2. 青海省牦牛工程技术研究中心, 西宁 810016;
3. 青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室, 西宁 810016
2. Yak Engineering Technology Research Center in Qinghai Province, Xining 810016, China;
3. Key Laboratory of Grazing Animal Nutrition and Feed Science of Qinghai Province, Xining 810016, China
犊牛是牦牛产业持续发展的重要基础,其早期培育质量决定着牦牛成年后生长性能的表现。目前牦牛生产中,牦犊牛早期培育采用传统全哺乳+放牧方式,其平均哺乳量为1.78 kg/d,此时放牧采食的营养有限,牦犊牛的总体营养摄入水平较低。同时,由于新生牦犊牛微生物区系未建立完全,胃肠道消化机能和免疫功能发育不健全,导致断奶期间容易出现应激反应,伴随着牦犊牛胃肠道生理、微生物和免疫体系的巨大改变,表现为采食量降低、体重减少、饲料消化能力降低等。乳酸菌作为调节家畜胃肠道健康的有益微生物,能通过竞争营养源和抑制病原菌特性改善肠道内环境,促进肠道的健康发育,有利于营养物质的消化吸收[1-7]。因此,本饲养旨在前期筛选获得牦犊牛源益生乳酸菌的基础上,研究复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛生长性能、血清生化指标、肠道发育及消化酶活性影响,为下一步牦犊牛专用益生菌产品研发提供重要参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料复合乳酸菌:乳酸片球菌、戊糖片球菌、植物乳杆菌由青海大学畜牧兽医科学院动物营养与饲料科学重点实验室筛选,按乳酸片球菌:戊糖片球菌:植物乳杆菌=1:1:1的比例配制成复合乳酸菌,总活菌数为1.7×1010 CFU/g。
试验饲粮:代乳粉和开食料由北京精准动物营养研究中心提供,代乳粉主要原料包括:全脂奶粉、乳清粉、浓缩蛋白、维生素A、维生素D3、维生素E、烟酸、泛酸、赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、有机微量元素等;开食料主要原料包括:玉米、豆粕、膨化大豆、麸皮、乳清粉、细石粉、预混料、脂肪粉、磷酸氢钙、食盐等。苜蓿草采购自甘肃省张掖市。
1.2 试验设计采用单因素试验设计。选取28日龄断奶的公牦犊牛10头,平均体重为(48.06±2.72) kg,随机分为2个组(每组5个重复,每个重复1头牛),分别饲喂试验饲粮(CT组)、试验饲粮+复合乳酸菌(LBS组)。每日晨饲,LBS组饲喂时在代乳粉中添加1 g/(d·头)复合乳酸菌[3]。
饲喂方法:用煮沸后冷却到42 ℃的温水按1:5比例冲泡代乳粉,第1~28天,每头牦犊牛饲喂500~600 g/d,每天08:00和17:00各饲喂1次;第28~56天,每头牦犊牛饲喂500~700 g/d,每天08:00和17:00各饲喂1次。试验期间自由采食开食料和苜蓿草。
1.3 试验饲粮试验饲粮由代乳粉、开食料和苜蓿草组成,其营养水平见表 1。
试验期第28天和第56天当日07:30晨饲前,对牦犊牛进行颈静脉采血,采集的血液在3 000 r/min条件下离心20 min,取血清装于2 mL速冻管中,-80 ℃下保存。血清样品在青海省人民医院检验科用全自动生化分析仪测定血清总蛋白(TP)、球蛋白(GLB)、白蛋白(ALB)、葡萄糖(GLU)、尿素氮(UN)、肌酐(Cr)含量及谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)、碱性磷酸酶(ALP)、乳酸脱氢酶(LDH)活性。
1.4.2 肠道组织样品采集从十二指肠近端、空肠中段、回肠中段端剪取1 cm2的组织块,用生理盐水将组织块冲洗干净后放入装有4%多聚甲醛溶液的50 mL速冻管中,用于组织切片制备。
1.4.3 肠道黏膜样品采集从十二指肠近端、空肠中段、回肠中段端剪取组织块,用生理盐水将组织块冲洗干净后,用载玻片刮取黏膜,放入5 mL速冻管中,立即投入液氮中,用于免疫指标的测定。
1.4.4 肠道主要消化酶样品的采集打开犊牛腹腔,取出整个胃肠道,并用绳对各个分离部位进行双向结扎。取十二指肠、空肠、回肠内容物于5 mL灭菌离心管中,立即投入液氮罐保存,用于肠道主要消化酶活性检测。
1.5 测定指标与方法 1.5.1 生长性能分别于试验期第1、14、28、42、56天的07:30晨饲前称量体重,连续称重2次取平均值,计算牦犊牛平均日增重。同时记录每天牦犊牛的开食料、苜蓿草和代乳粉的采食量,计算总干物质采食量、开食料采食量和苜蓿草采食量。
料重比=总干物质采食量/平均日增重。
1.5.2 胃肠道形态发育观察组织切片依照以下步骤制备:1)固定;2)修块;3)脱水;4)透明;5)浸蜡;6)包埋;7)切片;8)展片;9)苏木精-伊红(HE)染色;10)封片,制作成石蜡切片。
在4×4倍镜下观察,用LY-WN-HP SUPPERCCD软件测量瘤胃的乳头长度、宽度及瘤胃壁的厚度,测量小肠的绒毛高度、隐窝深度、黏膜厚度及肌层厚度。
1.5.3 肠道黏膜免疫指标的测定采用酶联免疫吸附测定(ELISA)法测定肠道黏膜中分泌型免疫球蛋白A(SIgA)、白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-2(IL-2)、白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-10(IL-10)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、干扰素-γ(IFN-γ)含量,具体操作按试剂盒(南京建成生物工程研究所)说明书进行。
1.5.4 肠道主要消化酶活性的测定采用ELISA试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定十二指肠、空肠、回肠内容物的淀粉酶(AMS)、胰蛋白酶(TRS)和脂肪酶(LPS)活性,具体操作按试剂盒说明书进行。
1.6 数据处理与分析所有试验数据先采用Excel 2016进行初步分析,再用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析,采用Duncan氏法进行多重比较,P<0.01和P<0.05分别表示差异极显著和显著,P>0.05表示差异不显著。
2 结 果 2.1 复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛生长性能的影响由表 2可知,LBS组的各阶段平均日增重均略高于CT组,但差异不显著(P>0.05)。从整个试验期(第1~56天)来看,与CT组相比,LBS组的平均日增重提高了6.36%。
由表 3可知,从整个试验期来看,LBS组的总干物质采食量高于CT组(P>0.05),第29~42天LBS组的总干物质采食量极显著高于CT组(P<0.01)。第15~28天、第29~42天、第43~56天以及第1~56天,LBS组的开食料采食量均极显著高于CT组(P<0.01)。第43~56天,LBS组的苜蓿草采食量显著高于CT组(P<0.05)。2组各阶段的料重比均无显著差异(P>0.05)。
由表 4可知,第56天时,LBS组的血清ALT活性极显著低于CT组(P<0.01);第28天时,LBS组的血清ALP活性显著高于CT组(P<0.05);第28天时,LBS组的血清GLU含量极显著高于CT组(P<0.05)。各组的血清TP、ALB、GLB、UN、Cr含量和LDH、AST活性以及ALB/GLB无显著差异(P>0.05);第28天和第56天时,LBS组的血清TP、ALB、GLB含量及LDH活性高于CT组(P>0.05);第56天时,LBS组的血清UN、Cr、GLU含量及ALP活性高于CT组(P>0.05)。
由表 5可知,LBS组的十二指肠肌层厚度显著高于CT组(P<0.05),十二指肠绒毛高度/隐窝深度极显著高于CT组(P<0.01);LBS组的空肠黏膜厚度显著高于CT组(P<0.05),空肠肌层厚度和绒毛高度/隐窝深度极显著高于CT组(P<0.01);LBS组的回肠隐窝深度显著低于CT组(P<0.05),回肠绒毛高度/隐窝深度极显著高于CT组(P<0.01)。LBS组的十二指肠、空肠、回肠的绒毛高度高于CT组,十二指肠和回肠黏膜厚度高于CT组,十二指肠和空肠隐窝深度低于CT组,但差异均不显著(P>0.05)。
由表 6可知,LBS组的回肠黏膜TNF-α含量极显著高于CT组(P<0.01),十二指肠和空肠黏膜IFN-γ含量显著低于CT组(P<0.05),空肠黏膜IL-10和IL-4含量显著高于CT组(P<0.05)。各组的十二指肠、空肠和回肠黏膜SIgA、IL-1β和IL-2含量无显著差异(P>0.05)。
由表 7可知,LBS组的空肠和回肠胰蛋白酶活性显著高于CT组(P<0.05),回肠脂肪酶活性极显著高于CT组(P<0.01)。各组的十二指肠肠胰蛋白酶、十二指肠和空肠脂肪酶以及十二指肠、空肠和回肠淀粉酶活性无显著差异(P>0.05)。
幼龄时期的动物处于机体快速生长发育、组织器官和功能快速成熟、消化和免疫系统快速构建的阶段,任何环境条件的改变、饲粮结构或营养水平、微生物制剂的添加等都可能直接影响幼龄动物的生长性能及成年后的生长性能。目前,关于益生菌在犊牛上的应用主要集中在酵母菌和芽孢杆菌类,应用群体主要为新生犊牛和处于应激状态的犊牛,主要在于保证消化系统微生物区系的平衡,提高体增重、采食量、饲料转化率以及降低腹泻发病率。陈碧红等[8]报道,益生素可显著提高犊牛的平均日增重。丑有财[9]报道,益生菌可极显著提高犊牛的体斜长和体高。Kawas等[10]研究表明,益生菌具有提高羔羊和犊牛平均日增重以及饲料转化率的作用,但对采食量没有影响。刘学剑[11]报道,芽孢杆菌可提高犊牛平均日增重(1.9%~13.7%)和饲料利用率(1.7%~10.9%)。周盟[7]研究报道,饲喂植物乳杆菌的犊牛平均日增重增高了9.31%;饲喂由植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌组合的复合菌的犊牛平均日增重增加了7.33%;从试验全期来看,植物乳杆菌和复合菌对犊牛的采食量无显著影响,但饲料转化率分别提高了11.47%和10.39%。张海涛[12]报道,纳豆枯草芽孢杆菌使犊牛的平均日增重增高了26.5%。徐元庆等[13]研究发现,饲喂热带假丝酵母和地衣芽孢杆菌能增加后备牛的采食量。本研究发现,LBS组牦犊牛的平均日增重高于CT组,从整个试验期来看,LBS组牦犊牛的平均日增重提高了6.36%;试验期间,LBS组牦犊牛的开食料采食量和苜蓿草采食量均高于CT组,说明饲喂复合乳酸菌具有增加早期断奶牦犊牛的平均日增重和改善饲料转化率的趋势。
3.2 复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛血清生化指标的影响血清TP由ALB和GLB组成,GLB具有增强机体抵抗力及预防感染的作用,ALB具有维系血液胶体渗透压的作用。正常范围内,高血清TP含量有利于提升机体代谢水平和增强免疫力,使动物健康快速含量的发育。本研究中,饲喂复合乳酸菌对牦犊牛血清中TP、ALB、GLB含量及ALB/GLB没有显著影响,但有提高血清TP、ALB、GLB含量的趋势。闫晓刚[14]报道,饲喂酵母培养物对犊牛血清TP含量没有显著影响,与本研究结果之相一致。王建红等[15]认为血清UN含量下降,则蛋白质的沉积率提高。本试验中,2组血清UN含量差异不显著,但在试验期第28天时,复合乳酸菌降低了血清UN含量,推测饲喂复合乳酸菌可能提高了早期犊牛蛋白质的沉积。GLU是机体能量平衡的重要指标,相对稳定的GLU含量对维持机体正常的生理功能有重要作用。GLU含量的升高可以促进促进肾上皮质激素和胰高血糖素功能,抵御寒冷和应激等不良因素的影响[16]。闫晓刚[14]报道,酵母培养物可以提升犊牛血浆GLU含量。本研究中,饲喂复合乳酸菌极显著提高了第28天犊牛血清GLU含量,对试验期第56天血清GLU含量有提升的趋势,说明复合乳酸菌有提高早期断奶牦犊牛机体能量供给的作用。
AST和ALT是动物体内重要的转氨酶,ALT是肝功能是否正常的检测指标之一,AST在骨骼肌、肝细胞和心肌中活性较高,其活性反映蛋白质代谢状况。本研究中,饲喂复合乳酸菌极显著降低了第56天血清ALT活性,降低了第28天血清ALT活性,对血清AST活性无显著影响,说明复合乳酸菌对牦犊牛肝脏和心脏没有产生不良作用。ALP作为消化代谢过程中的关键性酶,可反映动物的生长性能。在健康的生理状态下,高水平的碱性磷酸酶有利于增加机体的物质代谢,增加平均日增重[14]。本研究中,饲喂复合乳酸菌显著提高了第28天血清ALP活性,提高了第56天血清ALP活性,说明复合乳酸菌有完善断奶牦犊牛肝脏功能的作用。
3.3 复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛肠道上皮形态发育的影响肠道绒毛高度、隐窝深度及绒毛高度/隐窝深度是反映小肠组织形态结构和消化吸收功能是否发育正常的关键指标和重要参数[17]。肠绒毛高度越高,说明其成熟细胞越多,吸收营养物质的能力越强[18]。本研究中,饲喂复合乳酸菌有促进肠绒毛高度发育的趋势,说明复合乳酸菌对肠道发育没有不良影响,并具有促进肠道发育的功能。肠道隐窝深度越浅,说明其分泌及吸收功能越强[19]。本研究中,饲喂复合乳酸菌显著降低了回肠隐窝深度,有抑制十二指肠和空肠隐窝深度的作用,说明复合乳酸菌减少了肠道受到的损伤,增强了肠道的分泌功能和吸收功能。Wang等[20]报道,随着绒毛高度/隐窝深度的上升,肠道消化吸收功能升高,并伴随腹泻率降低。本试验中,复合乳酸菌提高了十二指肠、空肠、回肠绒毛高度/隐窝深度,说明复合乳酸菌有降低犊牛腹泻率的功能。肠道黏膜和肌层厚度的提高有利于增强犊牛抗病菌和抗炎症的能力,减少肠道疾病的发生[21]。研究表明,饲粮结构和添加剂是影响肠道绒毛高度、隐窝深度、肌层厚度、黏膜厚度发育的因素。李玉[22]研究发现,含植物蛋白质70%以下的代乳粉可增强犊牛小肠黏膜形态结构的发育。Górka等[23]认为丁酸钠具有促进细胞增殖和抑制细胞凋亡作用,代乳品中添加丁酸钠可显著增加犊牛空肠中段绒毛高度和黏膜层厚度,但对十二指肠并无显著影响。Jafarpour等[24]报道,蛋氨酸锌(Zn-Met)(0.8和1.2 g/d)可以显著增加羔羊十二指肠和空肠绒毛高度和隐窝深度。本研究中,饲喂复合乳酸菌极显著提高了空肠肌层厚度,显著提高了十二指肠肌层厚度和空肠黏膜厚度,有提高十二指肠、回肠黏膜厚度的趋势。原因可能是复合乳酸菌调节肠道微生物区系和菌群,使其达到了一个更好的状态,提高了对营养物质的消化利用率,从而改善了牦犊牛的肠道发育。因此,饲喂复合乳酸菌能改善牦犊牛肠道绒毛生长状况,有助于肠道形态的完整及营养物质的吸收,进而有利于动物生长。
3.4 复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛肠道黏膜免疫的影响黏膜免疫系统是机体的第1道免疫防线,是机体免疫系统中最大最复杂的部分,对抵抗外来致病菌的入侵有重要作用。肠道微生态系统与肠黏膜免疫系统相互作用,参与肠黏膜免疫细胞的发育,启动调节肠黏膜免疫功能的信号传导通路[25]。许多研究表明,益生菌提高肠道黏膜免疫功能的主要作用机制是增加肠道SIgA的分泌及刺激肠道中某些免疫相关因子的表达[26]。SIgA是黏膜度免疫的主要效应因子,在调节肠道中微生物的定殖、抵抗有害肠道微生物侵袭等生物学作用中发挥重要作用。细胞因子IL-1β、IL-2、IL-4、IL-10对SIgA的分泌有刺激作用,IFN-γ对SIgA分泌有抑制作用。TNF-α具有肿瘤细胞毒性作用,能够诱导细胞因子分泌,并且还具有抗病毒功能,其过度释放可引起组织损伤和局部出现炎症反应。祁珊珊等[27]报道,饲喂嗜酸杆菌L3显著提高了牦牛肠道IL-2、IL-4、IL-6的含量,显著降低了IFN-γ含量。曹晋宜等[28]报道,灌胃瑞士乳杆菌显著提高了小鼠小肠IL-2、IL-4、IL-6含量。酵母细胞壁中的成分甘露寡糖和GLU通过活性巨噬细胞触发肠道上皮细胞或肠道相关性淋巴样组织辅助性T细胞(Th)-1的应答,从而增强机体免疫力[29]。吴婷婷[30]报道,补饲绵羊瘤胃液和益生菌能增加羔羊肠黏膜中IL-6和TNF-α含量,说明瘤胃液或益生菌可以通过正常机体内TLRs与细胞因子来增强免疫反应。本研究中,饲喂复合乳酸菌显著提高了回肠黏膜TNF-α含量,降低了十二指肠和空肠黏膜IFN-γ含量,提高了空肠黏膜IL-4和IL-10含量,说明本研究所饲喂的复合乳酸菌可以抑制促炎细胞因子,激发抗炎细胞因子,缓解机体炎症反应,提高肠道黏膜屏障功能,减少肠道疾病的发生。此外,这些益生乳酸菌进入肠道后可抑制致病菌生长,从而减少腹泻的发生。
3.5 复合乳酸菌对早期断奶牦犊牛肠道主要消化酶活性的影响粗脂肪在脂肪酶的作用下水解为甘油和脂肪酸,绝大部分脂肪酸被氢化后进入消化道。胰蛋白酶对饲粮中蛋白营养成分以及水解后氨基酸和小肽的消化吸收起着重要作用。淀粉酶活性直接影响到机体对淀粉类营养物质的消化能力。目前也有许多关于饲料添加剂对不同动物肠道消化酶活性影响的报道。宋恩亮等[31]报道,饲喂复方健脾散可显著增强犊牛十二指肠脂肪酶和胰蛋白酶活性, 但对淀粉酶活性影响不显著。朱仁俊等[32]研究发现,饲喂中草药饲料添加剂能够显著增强仔猪消化道的脂肪酶、胰蛋白酶和淀粉酶活性。张世昌[33]报道,饲粮营养水平显著影响6月龄陕北白绒山羊小肠形态发育和α-淀粉酶和胰蛋白酶活性,进而影响其生长性能。Gorrill等[34]指出,反刍动物在小肠段的蛋白水解酶活性在其前2/3段高于后1/3段。佟莉蓉[35]研究表明,犊牛空肠前段的胰蛋白酶活性最高,而α-淀粉酶活性在空肠中、后段最高。本试验中,饲喂复合乳酸菌显著增加了牦犊牛空肠和回肠胰蛋白酶的活性,极显著增加了回肠脂肪酶活性;LBS组的空肠脂肪酶、十二指肠胰蛋白酶活性高于CT组,但差异不显著,原因可能是饲喂复合乳酸菌时,牦犊牛肠道内环境得到改善,摄入较多的能量和蛋白质,能够加强消化器官以及消化腺功能的发育完善。这表明饲喂复合乳酸菌制剂增强了肠道消化酶活性,提高了营养物质利用率。
4 结 论饲喂复合乳酸菌提高了早期断奶牦犊牛的生长性能,促进营养物质的吸收利用,对早期断奶牦犊牛的早期肠道发育和免疫能力具有正调控作用。
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