动物营养学报 >

2024 , Vol. 36 >Issue 1: 416 - 427

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.038

研究论文

饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊生长性能、消化代谢、血清生化指标及瘤胃发酵的影响

  • 徐倩 , 1, 2 ,
  • 张富 1, 3 ,
  • 吴贤锋 1, 2 ,
  • 王迎港 1, 3 ,
  • 李文杨 1, 2 ,
  • 刘远 , 1, 2, *
展开
  • 1 福建省农业科学院畜牧兽医研究所,福州 350013
  • 2 福建省畜禽遗传育种重点实验室,福州 350013
  • 3 福建农林大学动物科学学院(蜂学学院),福州 350001
* 刘远,副研究员,E-mail:

徐倩(1990—),女,福建南平人,研究实习员,硕士,从事反刍动物非常规饲料资源的开发与高效利用技术研究。E-mail:

Copy editor: 武海龙

收稿日期: 2023-07-30

  网络出版日期: 2024-01-12

基金资助

福建省省属公益类科研院所基本科研专项(2020R10260014)

福建省省属公益类科研院所基本科研专项(2022R10260015)

福建省人民政府-中国农业科学院农业高质量发展超越“5511”协同创新工程(XTCXGC2021008)

福建省农业科学院科技创新团队(CXTD2021006-2)

福建省农业科学院引导性科技创新项目(YDXM202207)

收起

Effects of Dietary Fermented Brewer’s Grains Level on Growth Performance, Digestion and Metabolism, Serum Biochemical Indices and Rumen Fermentation of Mindong Goats

  • XU Qian , 1, 2 ,
  • ZHANG Fu 1, 3 ,
  • WU Xianfeng 1, 2 ,
  • WANG Yinggang 1, 3 ,
  • LI Wenyang 1, 2 ,
  • LIU Yuan , 1, 2, *
Expand
  • 1 Institute of Animal Husbandry and Veterinary, Fujian Academy of Agricultural Science, Fuzhou 350013, China
  • 2 Fujian Key Laboratory of Animal Genetics and Breeding, Fuzhou 350013, China
  • 3 College of Animal Science, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350001, China
* associate professor, E-mail:

Received date: 2023-07-30

  Online published: 2024-01-12

Fold

摘要

本试验旨在研究饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊生长性能、消化代谢、血清生化指标及瘤胃发酵的影响,为发酵啤酒糟在舍饲闽东山羊的科学利用提供参考。选择体重[(20.89±1.21) kg]相近的8月龄闽东山羊公羊24只,随机分为4组,每组6个重复,每个重复1只羊。对照组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组饲粮中发酵啤酒糟水平分别为0、12%、24%和36%,各组饲粮营养水平一致。预试期10 d,正试期7 d。结果表明:1)试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的干物质采食量显著高于对照组(P<0.05)。对照组和试验Ⅰ组的总能表观消化率显著高于试验Ⅱ组和试验Ⅲ组(P<0.05)。试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的酸性洗涤纤维表观消化率显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05)。对照组的进食氮显著低于试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组(P<0.05)。2)试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的血清总蛋白含量显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05)。3)试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的瘤胃pH显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05),试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的瘤胃丁酸含量显著低于对照组(P<0.05)。4)在门水平上,试验Ⅱ组的瘤胃厚壁菌门(Firmicutes)相对丰度显著高于对照组和试验Ⅲ组(P<0.05),试验Ⅲ组的瘤胃拟杆菌门(Bacteroidetes)相对丰度显著高于试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05)。在属水平上,试验Ⅲ组的瘤胃普雷沃氏菌属(Prevotella)相对丰度显著高于试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05),试验Ⅲ组的瘤胃琥珀酸菌属(Succiniclasticum)相对丰度显著高于对照组、试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05),试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的瘤胃肠单胞菌属(Intestinimonas)相对丰度显著高于对照组(P<0.05)。由此可见,饲粮中添加发酵啤酒糟可提高闽东山羊的干物质采食量和ADF表观消化率,在一定程度上提升瘤胃纤维素降解微生物的相对丰度,改善瘤胃发酵环境,且对闽东山羊的生长和机体代谢无负面影响。从本试验结果来看,饲粮发酵啤酒糟水平在12%~24%时饲喂效果最佳。

关键词： 发酵啤酒糟; 闽东山羊; 营养物质表观消化率; 血清生化指标; 瘤胃发酵

本文引用格式

徐倩 , 张富 , 吴贤锋 , 王迎港 , 李文杨 , 刘远 . 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊生长性能、消化代谢、血清生化指标及瘤胃发酵的影响[J]. 动物营养学报, 2024 , 36(1) : 416 -427 . DOI: 10.12418/CJAN2024.038

Abstract

The aim of this experiment was to study the effects of dietary fermented brewer’s grains level on growth performance, digestion and metabolism, serum biochemical indices and rumen fermentation of Mindong goats, and to provide reference for the scientific utilization of fermented brewer’s grains in farmed Mindong goats. Twenty-four healthy 8-month-old Mindong goats with similar body weight [(20.89±1.21) kg] were randomly divided into 4 groups with 6 replicates per group and 1 goat per replicate. The dietary fermented brewer’s grains levels of control group, experiment group Ⅰ, experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ were 0, 12%, 24% and 36%, respectively, and the dietary nutrient levels of each group were consistent. The pre-experimental period lasted for 10 days, and the experimental period lasted for 7 days. The results showed as follows: 1) the dry matter intake of experiment group Ⅰ and experiment group Ⅱ was significantly higher than that of the control group (P<0.05). The gross energy apparent digestibility of control group and experiment group Ⅰ was significantly higher than that of experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ (P<0.05). The acid detergent fiber apparent digestibility of experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ was significantly higher than that of control group and experiment group Ⅰ (P<0.05). The nitrogen intake of the control group was significantly lower than that of experiment group Ⅰ, experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ (P<0.05). 2) The serum total protein content of experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ was significantly higher than that of control group and experiment group Ⅰ (P<0.05). 3) The rumen pH of experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ was significantly higher than that of control group and experiment group Ⅰ (P<0.05), and the rumen butyrate content of experiment group Ⅰ, experiment group Ⅱ and experiment group Ⅲ was significantly lower than that of the control group (P<0.05). 4) At the phylum level, the rumen Firmicutes relative abundance of experiment group Ⅱ was significantly higher than that of control group and experiment group Ⅰ (P<0.05), and the rumen Bacteroidetes relative abundance of experiment group Ⅲ was significantly higher than that of experiment group Ⅰ and experiment group Ⅱ (P<0.05). At the genus level, the rumen Prevotella relative abundance of experiment group Ⅲ was significantly higher than that of experiment group Ⅰ and experiment group Ⅱ (P<0.05), the rumen Succiniclasticum relative abundance of experiment group Ⅲ was significantly higher than that of control group, experiment group Ⅰ and experiment group Ⅱ (P<0.05), and the rumen Succiniaclasticum relative abundance of experiment group Ⅰ and experiment group Ⅱ was significantly higher than that of control group (P<0.05). In conclusion, the addition of fermented brewer’s grains in the diet can increase the dry matter intake and ADF apparent digestibility of Mindong goats, enhance the relative abundance of rumen cellulose degrading microorganisms to a certain extent, improve the rumen fermentation environment, and have no negative effect on the growth and body metabolism of Mindong goats. From the results of this experiment, the best feeding effect is achieved when the dietary fermented brewer’s grains level is 12% to 24%.

Key words： fermented brewer’s grains; Mindong goats; nutrient apparent digestibility; serum biochemical indices; rumen fermentation

随着人们对羊肉需求的持续增长,肉羊的传统放牧生产已经无法满足消费市场需要,舍饲和半舍饲是未来肉羊养殖的重要发展方向[1]。控制饲料成本是肉羊舍饲盈利的关键,开发质优价廉的非常规饲料资源替代常规饲料的使用是肉羊营养领域的研究热点之一。啤酒糟(brewer’s grains)是生产啤酒的副产物,富含蛋白质、膳食纤维等营养物质,是畜禽饲用价值较高的蛋白质饲料原料。新鲜啤酒糟含水量高,易腐败,难以储存,且烘干成本高,因此在生产中多使用发酵啤酒糟。发酵可以实现啤酒糟的储存,并能够有效保存和改善其营养成分,在发酵过程中,啤酒糟中的残留酒精挥发,能够提高啤酒糟的适口性。发酵啤酒糟在羊生产中已有广泛的研究和应用。杨璐玲等[2]研究表明,饲粮中添加15%烘干发酵啤酒糟有利于崂山奶山羊瘤胃发酵,且能有效提高肠道纤维素酶活性。李鹏程[3]研究表明,利用含48%发酵啤酒糟的饲粮饲喂简州大耳羊能改善其瘤胃发酵功能。本课题组前期研究表明,利用12%发酵啤酒糟替代精料饲喂湖羊的效果最佳[4]。上述研究结果表明,不同生产类型和品种的羊饲粮中啤酒糟的适宜添加水平存在较大差异。福建省啤酒工业发达,年啤酒糟产量达40万~50万t[5],可为我省肉羊产业提供丰富的低价饲料原料,但啤酒糟在福建地方品种羊中利用的参考资料较少,缺乏指导舍饲生产的数据。为此,本研究以福建省地方山羊品种——闽东山羊为试验对象,研究不同水平发酵啤酒糟饲粮对舍饲闽东山羊生长性能、营养物质表观消化、氮代谢、血清生化指标以及瘤胃发酵参数和微生物结构的影响,为其在闽东山羊中的高效利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

新鲜啤酒糟采至福建武夷兴华实业有限公司,利用黑曲霉(孢子含量≥150亿/g,上海颖心实验室设备有限公司)、热带假丝酵母(酵母菌数≥30.0亿/g,广州德为生物科技有限公司)、枯草芽孢杆菌(广州德为生物科技有限公司)与其均匀混合,经桶装密封发酵60 d后制成发酵啤酒糟,用于试验饲粮的配制。发酵啤酒糟干物质(DM)含量为25.21%;以DM为基础的总能(GE)为16.54 MJ/kg,有机物(OM)含量为96.08%,粗脂肪(EE)含量为5.40%,粗蛋白质(CP)含量为26.31%,中性洗涤纤维(NDF)含量为52.15%,酸性洗涤纤维(ADF)含量为25.40%,钙(Ca)和总磷(TP)含量分别为0.32%和0.42%。

1.2 试验设计与饲养管理

试验于2021年7—8月在福建省农业科学院渔溪试验基地进行,试验羊只由基地养殖和提供。选择体重[(20.89±1.21) kg]相近、体况良好的8月龄闽东山羊公羊24只,采用单因素随机试验设计,随机分为4组,每组6个重复,每个重复1只羊。参照《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2021)[6]中20 kg肉用山羊生长育肥、日增重0.1 kg营养需要量配制,试验饲粮组成及营养水平见表1。对照组、试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组饲粮中发酵啤酒糟水平分别为0、12%、24%和36%,各组饲粮营养水平一致。试验期17 d,其中预试期10 d,正试期7 d。
表1 试验饲粮组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis)%

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ
原料Ingredients
豆粕Soybean meal 12.00 7.20 1.70
玉米Corn 24.00 24.00 18.50 12.50
谷壳粉Chaff bran 9.00 9.00 9.00 9.00
杂交狼尾草Hybrid penisetum 51.50 44.30 43.30 39.00
发酵啤酒糟Fermented brewer’s grains 12.00 24.00 36.00
食盐NaCl 0.50 0.50 0.50 0.50
石粉Limestone 1.50 1.50 1.50 1.50
磷酸氢钙CaHPO4 0.50 0.50 0.50 0.50
预混料Premix1) 1.00 1.00 1.00 1.00
合计Total 100.00 100.00 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels2)
干物质DM 56.88 53.32 50.11 47.93
有机物OM 90.18 90.12 90.09 90.16
总能GE/(MJ/kg) 17.00 17.02 17.00 17.01
代谢能ME/(MJ/kg) 9.52 9.53 9.52 9.52
粗蛋白质CP 12.20 12.25 12.21 12.35
中性洗涤纤维NDF 46.98 47.28 53.59 55.17
酸性洗涤纤维ADF 26.54 27.88 31.15 31.91
钙Ca 0.77 0.76 0.76 0.75
总磷TP 0.23 0.24 0.24 0.25

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of diets:Cu 20.0 mg,Fe 80.0 mg,Mn 30.0 mg,Zn 80.0 mg,I 1 mg,Se 0.30 mg,VA 20 000 IU,VD 5 000 IU,VE 50.0 mg。

2)代谢能为计算值,其他营养水平为实测值。ME was a calculated value, while other nutrient levels were measured values.

试验前对试验羊进行常规统一驱虫和健胃,对羊舍、饮水系统和消化代谢笼进行清理消毒。试验所用消化代谢笼可将粪便和尿液自动分离,每只试验羊单独圈养。预试期内试验羊自由采食和饮水,统计各试验羊饲粮日采食量。正式试验期饲粮日投喂量参考预试验采食量进行,每天08:00和16:00各投喂1/2,保证每只试验羊的剩余饲料约为总投喂量的5%,自由饮水。

1.3 样品采集

每次晨饲前收集各组未采食的剩余饲料、粪便和尿液(提前加入200 mL 10%硫酸用于固氮)。剩余饲料称重后于65 ℃烘箱中烘48 h,粉碎过40目筛后回潮24 h备用;粪便全部收集称重后,准确称取总量的10%经100 mL 10%硫酸固氮后于65 ℃烘箱中烘48h,粉碎过40目筛后回潮24 h;每日排尿总量准确测量后经4层纱布过滤,50 mL EP管取样后-20 ℃保存备用。血样和瘤胃液于试验期结束后的第1天08:00未喂料前采集。试验羊静脉血经4 ℃、4 000 r/min离心5 min后收集血清,-20 ℃冰箱保存;试验羊经口腔采集瘤胃液约100 mL,采用4层无菌纱布过滤,取瘤胃液于灭菌50 mL EP管中立即放入液氮中速冻,后于-80 ℃保存备用。

1.4 指标测定

1.4.1 营养成分、生长性能、营养物质表观消化和氮代谢测定

记录试验羊初始体重(IBW)、终末体重(FBW)、每日干物质投喂量以及剩余饲粮量,并根据以下公式计算每只羊的干物质采食量(DMI):

DMI(g/d)=投料DM重-剩料DM重。

试验饲粮和粪样中的DM含量为样品经105 ℃烘干到恒重后所得,粗灰分(Ash)含量为DM经坩埚560 ℃烧到恒重的重量,OM含量为DM含量减去Ash含量;GE采用氧弹式热量计(JKLR-8 000A)测定,CP含量按照GB/T 6432—2018[7]方法测定,NDF和ADF含量采用Van Soest[8]的方法(CAU滤袋购自中国农业大学)测定,总磷含量按照GB/T 6437—2002方法测定,钙含量按照GB/T 13885—2017方法测定。粪氮、尿氮含量采用凯氏定氮法测定。
营养物质表观消化率参照Adeola[9]的方法计算:

某营养物质的表观消化率(%)=100×(食入的该营养物质总量-粪中该营养物质总量)/食入的某该营养物质总量。

饲粮氮代谢相关指标的计算公式如下:

排泄氮(g/d)=粪氮+尿氮;

沉积氮(g/d)=食入氮-排泄氮;

氮沉积率(%)=100×沉积氮/食入氮。

1.4.2 血清生化指标的测定

血清各项生化指标采用试剂盒检测,试剂盒购自苏州格锐思生物科技有限公司。

1.4.3 瘤胃发酵参数测定

瘤胃液采集经4层纱布过滤后,立即使用便携式酸度计(PHB-1型,杭州奥立龙仪器有限公司)测定瘤胃液pH。氨态氮(NH3-N)含量参考冯宗慈等[10]方法测定。挥发性脂肪酸(VFA)含量采用气相色谱(GC-4000A,东西分析仪器有限公司)测定。

1.4.4 瘤胃微生物多样性测定

瘤胃液样品解冻后4 ℃、12 000 r/min离心15 min,使用DNA试剂盒(北京索莱宝科技有限公司)提取和纯化总DNA后送至测序公司(百迈客生物科技有限公司)测定。
建库测序:提取样品总DNA后,根据保守区设计得到引物,在引物末端加上测序接头,进行PCR扩增并对其产物进行纯化、定量和均一化,形成测序文库,建好的文库先进行文库质检,质检合格的文库用Illumina NovaSeq 6000进行测序。
信息分析内容:使用Usearch[11]软件对Reads在97.0%的相似度水平下进行聚类,获得分类操作单元(OTU),使用RDP classifier 2.2软件进行OTU物种解释。使用QIIME[12]软件,对瘤胃液Alpha多样性指数进行评估;利用Metastats[13]软件对组间差异进行分析。

1.5 数据统计分析

数据的初步整理和统计使用Excel 2010软件,再利用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),应用Duncan氏法进行多重比较。P<0.05为差异显著,P>0.05为差异不显著,0.05≤P<0.10为有显著性趋势。

2 结果

2.1 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊消化代谢的影响

由表2可知,饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊的FBW无显著影响(P>0.05)。对照组的DMI显著低于试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05),与试验Ⅲ组差异不显著(P>0.05)。饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊的DM、CP和NDF表观消化率无显著影响(P>0.05),OM消化率随饲粮发酵啤酒糟水平增加呈现下降趋势(0.05≤P<0.10)。对照组和试验Ⅰ组的GE表观消化率显著高于试验Ⅱ组和试验Ⅲ组(P<0.05),试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的ADF表观消化率显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05)。饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊的粪氮、尿氮、沉积氮和氮沉积率无显著影响(P>0.05)。对照组的进食氮显著低于试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组(P<0.05)。
表2 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊生长性能、营养物质表观消化率及氮代谢的影响

Table 2 Effects of dietary fermented brewer’s grains level on growth performance, nutrient apparent digestibility and nitrogen metabolism of Mindong goats

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
生长性能Growth performance
干物质采食量DMI/(g/d) 701.63b 763.14a 757.89a 734.18ab 8.59 0.012
初始体重IBW/kg 20.97 21.22 20.25 21.13 0.59 0.459
终末体重FBW/kg 21.63 21.89 20.93 21.73 0.56 0.447
营养物质表观消化率Nutrient apparent digestibility/%
干物质DM 61.97 62.73 55.91 58.22 1.23 0.155
有机物OM 63.01 64.89 58.22 61.59 0.99 0.079
粗蛋白质CP 73.32 69.65 70.43 71.96 1.79 0.921
总能GE 63.40a 58.20a 51.00b 50.98b 1.73 0.002
中性洗涤纤维NDF 53.54 54.06 55.00 54.14 0.74 0.844
酸性洗涤纤维ADF 37.90b 38.93b 44.40a 45.48a 1.18 0.015
氮代谢Nitrogen metabolism
进食氮N intake/(g/d) 12.94a 15.42b 14.72b 15.29b 0.32 <0.001
粪氮Feces N/(g/d) 3.46 4.68 4.35 4.33 0.31 0.599
尿氮Urine N/(g/d) 2.20 1.86 3.94 2.63 0.32 0.086
沉积氮N deposition/(g/d) 7.28 8.88 6.43 8.33 0.44 0.203
氮沉积率N deposition rate/% 56.32 57.47 43.83 54.84 2.97 0.379

同行数据肩标相同字母或无字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

In the same row, values with the same letter or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05).The same as below.

2.2 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊血清生化指标的影响

由表3可知,试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的血清总蛋白(TP)含量显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05)。饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊其他血清生化指标均无显著影响(P>0.05),其中血清总胆固醇(TC)含量随饲粮发酵啤酒糟水平升高呈上升趋势(0.05≤P<0.10)。
表3 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊血清生化指标的影响

Table 3 Effects of dietary fermented brewer’s grains level on serum biochemical indices of Mindong goats

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
葡萄糖GLU/(mmol/L) 3.56 3.43 3.39 3.20 0.15 0.904
尿素氮UN/(mmol/L) 3.22 3.98 4.67 2.11 0.59 0.510
总蛋白TP/(g/L) 69.02b 70.87b 106.98a 103.94a 6.09 0.006
总胆固醇TC/(mmol/L) 3.79 4.09 3.78 5.36 0.27 0.098
甘油三酯TG/(mmol/L) 0.19 0.44 0.31 0.71 0.01 0.084
碱性磷酸酶AKP/(U/mL) 236.97 220.67 188.09 195.45 17.26 0.788
谷丙转氨酶ALT/(U/mL) 19.58 18.27 18.67 19.71 0.42 0.614
谷草转氨酶AST/(U/mL) 52.73 52.44 54.98 57.40 1.69 0.763
低密度脂蛋白LDL/(μmol/L) 143.57 140.29 145.48 137.79 1.60 0.368
高密度脂蛋白HDL/(μmol/L) 81.44 78.48 82.46 84.52 2.44 0.888

2.3 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃发酵的影响

2.3.1 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃发酵参数的影响

由表4可知,试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的瘤胃pH显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.05),试验Ⅰ组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的瘤胃丁酸含量显著低于对照组(P<0.05)。饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃NH3-N、丙酸、异丁酸、异戊酸、戊酸和总挥发性脂肪酸(TVFA)含量无显著影响(P>0.05),其中乙酸含量和乙酸/丙酸随着饲粮发酵啤酒糟水平升高呈上升趋势(0.05≤P<0.10)。
表4 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃发酵参数的影响

Table 4 Effects of dietary fermented brewer’s grains level on rumen fermentation parameters of Mindong goats

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
pH 6.55b 6.70b 6.83a 6.82a 0.04 0.048
氨态氮NH3-N/(mg/dL) 13.77 14.55 14.10 15.04 0.55 0.897
乙酸Acetate/(mmoL/L) 45.66 49.35 49.99 50.71 0.80 0.092
丙酸Propionate/(mmoL/L) 19.98 20.71 19.06 19.56 0.44 0.657
异丁酸Isobutyrate/(mmoL/L) 7.34 7.31 7.70 7.18 0.41 0.981
丁酸Butyrate/(mmoL/L) 13.19a 11.51b 10.84b 11.04b 0.33 0.019
异戊酸Isovalerate/(mmoL/L) 4.62 4.83 4.62 4.56 0.14 0.924
戊酸Valerate/(mmoL/L) 2.76 2.64 2.81 3.07 0.11 0.634
乙酸/丙酸Acetate/propionate 2.29 2.40 2.63 2.60 0.06 0.099
总挥发性脂肪酸TVFA/(mmoL/L) 92.79 96.34 95.01 96.12 1.02 0.659

2.3.2 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃微生物结构的影响

由表5可知,饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃微生物Ace指数、Shannon指数、Simpson指数和Chao1指数无显著影响(P>0.05)。
表5 饲粮发酵啤酒糟替代水平对闽东山羊瘤胃微生物Alpha多样性指数的影响

Table 5 Effects of dietary fermented brewer’s grains level on rumen microbiota Alpha diversity indexes of Mindong goats

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
Ace指数Ace index 911.392 943.198 895.763 914.294 10.034 0.457
Shannon指数Shannon index 6.849 7.167 6.764 6.845 0.110 0.640
Simpson指数Simpson index 0.974 0.981 0.968 0.970 0.003 0.465
Chao1指数Chao1 index 937.027 962.114 912.632 934.086 9.397 0.358
由表6可知,各组瘤胃微生物在门水平上相对丰度排行前10的依次是厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)、纤维杆菌(Fibrobacteres)、变形杆菌门(Epsilonbacteraeota)、互养菌门(Synergistetes)、螺旋体门(Spirochaetes)、放线菌门(Actinobacteria)、无壁菌门(Tenericutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)。其中,试验Ⅱ组的瘤胃厚壁菌门相对丰度显著高于对照组和试验Ⅲ组(P<0.05),试验Ⅲ组的瘤胃拟杆菌门相对丰度显著高于试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05)。
表6 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃微生物门和属水平上相对丰度的影响

Table 6 Effects of dietary fermented brewer’s grains level on rumen microbiota relative abundance at phylum and genus levels of Mindong goats%

项目
Items		 对照组
Contral
group		 试验Ⅰ组
Experiment
group Ⅰ		 试验Ⅱ组
Experiment
group Ⅱ		 试验Ⅲ组
Experiment
group Ⅲ		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
门水平相对丰度Relative abundance at phylum level
厚壁菌门Firmicutes 26.562b 38.418ab 45.490a 31.865b 2.729 0.045
拟杆菌门Bacteroidetes 21.773ab 16.195b 14.255b 29.102a 2.215 0.044
变形菌门Proteobacteria 0.830 1.226 1.402 0.463 0.160 0.149
纤维杆菌门Fibrobacteres 0.074 0.128 0.041 0.811 0.136 0.120
变形杆菌门Epsilonbacteraeota 0.001 0.268 0.349 0.001 0.104 0.584
互养菌门Synergistetes 0.162 0.087 0.071 0.225 0.038 0.518
螺旋体门Spirochaetes 0.059 0.108 0.048 0.301 0.048 0.225
放线菌门Actinobacteria 0.111 0.179 0.154 0.042 0.027 0.320
无壁菌门Tenericutes 0.024 0.037 0.016 0.071 0.009 0.162
绿弯菌门Chloroflexi 0.021 0.023 0.019 0.013 0.004 0.859
属水平相对丰度Relative abundance at genus level
普雷沃氏菌属Prevotella 21.263ab 14.771b 12.448b 28.794a 2.377 0.031
琥珀酸菌属Succiniclasticum 3.213b 3.443b 4.528b 9.767a 1.028 0.047
瘤胃球菌属Ruminococcus 3.012 2.669 7.668 5.177 0.925 0.197
酪氨酸菌属Tyzzerella 3.449 5.187 6.211 1.493 0.739 0.092
Uncultured_bacterium_f_
Ruminococcaceae		 0.955 5.867 5.722 1.130 1.258 0.344
肠单胞菌属Intestinimonas 1.940b 4.364a 3.614a 3.317ab 0.337 0.044
Uncultured_bacterium_o_Clostridiales 2.875 1.266 1.069 1.669 0.308 0.147
假丁酸弧菌属Pseudobutyrivibrio 0.681 1.892 1.478 1.141 0.260 0.454
Uncultured_bacterium_f_
Lachnospiraceae		 1.340 1.736 1.398 0.535 0.314 0.644
Kineothrix 0.426 0.887 0.358 0.429 0.363 0.538
各组瘤胃微生物在属水平上相对丰度排行前10的依次普雷沃氏菌属(Prevotella)、琥珀酸菌属(Succiniclasticum)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、酪氨酸菌属(Tyzzerella)、uncultured_bacterium_f_Ruminococcaceae、肠单胞菌属(Intestinimonas)、uncultured_bacterium_o_Clostridiales、假丁酸弧菌属(Pseudobutyrivibrio)、uncultured_bacterium_f_Lachnospiraceae、Kineothrix。其中,试验Ⅲ组的瘤胃普雷沃氏菌属相对丰度显著高于试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05),试验Ⅲ组的瘤胃琥珀酸菌属相对丰度显著高于对照组、试验Ⅰ组和试验Ⅱ组(P<0.05),试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的瘤胃肠单胞菌属相对丰度显著高于对照组(P<0.05),瘤胃酪氨酸菌属相对丰度随饲粮发酵啤酒糟水平升高呈上升趋势(0.05≤P<0.10)。

3 讨论

3.1 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊生长性能及消化代谢的影响

啤酒糟是主要以大麦为原料酿造啤酒后产生的副产物,其富含蛋白质和膳食纤维,被广泛应用于动物饲料。有研究表明,发酵啤酒糟由于其特殊的香味可提升反刍动物的采食量[4]。Hatungimana等[14]研究表明,用含有10%湿发酵啤酒糟替代饲料中的大豆和玉米饲喂小牛,可提升小牛的DMI。本课题组前期研究表明,发酵啤酒糟能显著提高湖羊的DMI[4]。本试验以发酵啤酒糟替代饲粮中蛋白质和能量饲料饲喂闽东山羊,结果显示发酵啤酒糟能提高试验组的DMI,与前人研究结果一致。随着饲粮发酵啤酒糟水平升高,试验羊DMI采食量降低,这可能是因为饲粮中ADF和NDF含量增加,影响饲粮适口性。此外,根据《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2021)[6],本试验结果显示所有组试验羊采食量都均未达到预期(0.82 kg/d),可能是因为闽东山羊长期放牧为主,不适应舍饲生产,侧面也反映出饲粮合理配制的重要性。
营养物质表观消化率可以反映机体对饲料的消化吸收量以及利用效率。Gurung等[15]研究发现,添加玉米酒糟可显著提升羔羊ADF表观消化率,对DM和NDF表观消化率无显著影响。Aregheore等[16]试验表明,羔羊DM和OM表观消化率随着发酵啤酒糟添加水平的升高而降低,显著提升粗纤维表观消化率,与本试验结果基本一致,饲粮添加发酵啤酒糟提高了闽东山羊ADF表观消化率。此外,本试验结果显示,饲粮发酵啤酒糟水平会影响闽东山羊的GE表观消化率,随着饲粮发酵啤酒糟水平的升高,GE表观消化率降低。有研究表明,饲粮中粗纤维含量越高,饲料的瘤胃通过速率越快,会导致瘤胃微生物及瘤胃对营养吸收不足[17]。本试验中,饲粮发酵啤酒糟水平越高,饲粮中ADF和NDF含量越高,饲料的瘤胃通过速率越快,这可能导致GE消化不完全。

3.2 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊血清生化指标的影响

血清生化指标是反映动物健康状态及机体代谢的重要指标。TC和甘油三酯(TG)含量能够反映机体能量平衡和脂质代谢情况,血清葡萄糖含量可以反映机体对糖的代谢情况。血清中的葡萄糖一部分可以通过反刍动物瘤胃发酵的丙酸转化而来。有研究表明,动物血清葡萄糖含量在正常范围内的浓度越高,代表其生长性能越高[18]。本试验结果显示,饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊血清葡萄糖、TC和TG含量影响不显著,说明发酵啤酒糟对闽东山羊脂质代谢和糖代谢无不良影响。
血清TP和尿素氮(UN)含量可以反映动物机体蛋白质和氨基酸代谢情况[19],同时也一定程度上反映出动物对饲粮中蛋白质的代谢情况。研究表明,蛋白质摄入不足会引起血清TP含量降低,TP含量在参考范围内越高,则有利于提高代谢水平和免疫力[20]。本试验结果显示,当饲粮发酵啤酒糟水平为24%和36%时,血清TP含量显著升高,对血清UN含量无显著影响,这一结果与张博等[21]的研究结果一致。碱性磷酸酶(AKP)、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)是动物体内重要的转氨酶,是评价肝脏功能的重要指标[22]。本研究结果显示,各组之间血清AKP、ALT和AST活性无显著差异,说明添加发酵啤酒糟饲粮对闽东山羊肝脏健康无不良影响,这一结果与于星宇等[23]的研究结果一致。综合血清生化指标来看,饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊机体健康无不良影响。

3.3 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃发酵的影响

3.3.1 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃发酵参数的影响

瘤胃pH是反映反刍动物瘤胃环境稳态和瘤胃发酵程度的综合指标,瘤胃适宜pH在6.00~7.00,此时瘤胃微生物的活性最高,特别是纤维素降解菌[24]。本试验中,瘤胃pH随着饲粮发酵啤酒糟水平升高而上升,但均在正常范围内。有研究表明,瘤胃pH会随着饲料中粗纤维含量增加而升高[25],这与本试验结果一致,随着饲粮发酵啤酒糟水平升高,饲粮中粗纤维含量增多,瘤胃pH上升。NH3-N含量可以反映瘤胃微生物对氨氮的利用情况,NH3-N同时也是瘤胃微生物合成菌体蛋白的前体物质,其正常变动范围在6.3~27.5 mg/dL[24]。本试验结果显示,饲粮发酵啤酒糟水平不会对闽东山羊瘤胃NH3-N含量产生显著影响,且均在正常范围内,结果与杨璐玲等[2]的研究结果一致。乙酸和丁酸是反刍动物的主要能量来源,主要由瘤胃中纤维分解菌慢速发酵饲粮中的纤维物质所产生,丙酸是反刍动物葡萄糖合成的前体物质。乙酸/丙酸与能量利用效率相关,该值的高低与能量利用率成反比。那仁巴图等[26]通过不同纤维水平饲粮饲喂内蒙古白绒山羊,其瘤胃乙酸含量和乙酸/丙酸随饲粮纤维水平增加而升高,表明乙酸含量和乙酸/丙酸与饲粮纤维水平有关。本试验中,对照组瘤胃丁酸含量显著高于各试验组,各组之间瘤胃乙酸含量和乙酸/丙酸无显著差异,但随着饲粮发酵啤酒糟水平升高,瘤胃乙酸含量和乙酸/丙酸呈上升趋势,分析原因可能与添加发酵啤酒糟增加了饲粮中ADF和NDF含量有关,表明添加发酵啤酒糟后饲粮能量利用效率降低,这一结果与上文GE表观消化率结果也相一致。

3.3.2 饲粮发酵啤酒糟水平对闽东山羊瘤胃微生物结构的影响

Alpha多样性可反映单个样品微生物物种丰富度和多样性,有Chao1指数、Ace指数、Shannon指数和Simpson指数等多种衡量指标。Chao1指数和Ace指数衡量物种丰富度即物种数量的多少。Shannon指数和Simpson指数用于衡量物种多样性,受样品群落中物种丰富度和物种均匀度的影响。相同物种丰富度的情况下,群落中各物种具有越大的均匀度,则认为群落具有越大的多样性,Shannon指数和Simpson指数越大,说明样品的物种多样性越高[27]。反刍动物瘤胃微生物多样性受饲粮、品种、年龄和环境等多因素影响[28-29]。本课题前期研究表明,发酵啤酒糟能显著提升湖羊的瘤胃微生物丰富度和多样性[30]。本研究中,各组之间闽东山羊瘤胃微生物Alpha多样性指数差异不显著,表明饲粮发酵啤酒糟水平不会对闽东山羊瘤胃微生物多样性和丰富度造成影响,分析这一结果差异可能与羊品种有关。
厚壁菌门和拟杆菌门是反刍动物的优势菌群,在反刍动物的胃黏膜中这2个菌门数量都较多[31⇓-33]。本研究中,闽东山羊瘤胃内微生物主要是厚壁门菌和拟杆菌门,与前人研究一致。厚壁菌门是纤维素降解的主要菌群,在能量转换和获取方面发挥重要作用[34],而拟杆菌门负责蛋白质水解、碳水化合物降解和氨基酸发酵[35]。本研究中,瘤胃厚壁菌门相对丰度随着饲粮发酵啤酒糟水平升高而增加,瘤胃拟杆菌门相对丰度减少,表明添加发酵啤酒糟对闽东山羊优势菌群无不良影响,随着发酵啤酒糟水平升高,闽东山羊瘤胃微生物有着更高的能量获取能力和更少的蛋白质利用能力,一方面可能由于随着发酵啤酒糟水平增加,饲粮中蛋白质主要原料来源不同所导致,另一方面可能由于发酵啤酒糟中粗纤维含量高,饲料的瘤胃通过速率快[21],需要更强的能量获取能力,这也表明瘤胃微生物对饲料具有适应性。此外,本研究结果显示,在属水平上,普雷沃菌属和琥珀酸菌属相对丰度在饲粮发酵啤酒糟水平为36%时显著升高。Callaway等[36]研究发现,添加高水平干酒糟饲粮可提高普雷沃氏菌属的数量,与本研究结果一致。琥珀酸菌属和普雷沃菌属参与瘤胃中半纤维素的降解,普雷沃菌属是瘤胃中半纤维素利用的主要菌属,琥珀酸菌属能将琥珀酸转化成丙酸,是瘤胃中主要丙酸生成菌[37]。肠单胞杆菌属能从糖和氨基酸中产生丁酸,能够将赖氨酸转化为丁酸盐和乙酸[38]。本研究结果表明,饲粮添加发酵啤酒糟提升瘤胃中纤维素降解微生物的相对丰度,提升闽东山羊对饲粮中半纤维素的利用率,这一结果与上文中对ADF表观消化率的影响一致。

4 结论

饲粮中添加发酵啤酒糟可提高闽东山羊的DMI和ADF表观消化率,在一定程度上提升瘤胃纤维素降解微生物的相对丰度,改善瘤胃发酵环境,且对闽东山羊的生长和机体代谢无负面影响。从本试验结果来看,饲粮发酵啤酒糟水平在12%~24%时饲喂效果最佳。

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