Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 4: 2416 - 2424

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.208

RESEARCH PAPER

Effects of Compound Bacteria Culture on Performance, Non-Specific Immune Function and Antioxidant Capacity of Dairy Cows

  • LI Xueqiang , 1, 2 ,
  • WANG Yan 1, 2 ,
  • LIU Shixiong 1, 2 ,
  • LI Songjian 1, 2 ,
  • YANG Lan 1, 2 ,
  • HU Honglian 3 ,
  • GAO Min 3 ,
  • CHEN Hui , 1, 2 ,
  • LIU Dacheng , 1, 2
Expand
  • 1 College of Veterinary, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China
  • 2 Key Laboratory of Clinical Diagnosis and Treatment of Animal Diseases, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Hohhot 010018, China
  • 3 Institute of Animal Nutrition and Feed, Inner Mongolia Academy of Agriculture and Animal Husbandry, Hohhot 010031, China
*CHEN Hui, lecturer, E-mail: ;
LIU Dacheng, professor, E-mail:

Received date: 2023-09-11

  Online published: 2024-04-15

Fold

Abstract

This experiment was conducted to study the effects of compound bacteria culture on performance, non-specific immune function and antioxidant capacity of dairy cows. Forty healthy Holstein cows with two parities and similar lactation days [(92.1±25.6) d], milk yield [(36.8±4.6) kg/d] and milk protein content [(2.98±0.48)%] were randomly divided into 2 groups with 20 cows per group. Cows in the control group were fed a basal diet, and those in the experimental group were fed the basal diet supplemented with 0.23 kg/d compound bacteria culture. The pre-trial period lasted for 7 days and the experimental period lasted for 60 days. Feed intake and milk yield were recorded daily during the experiment. Milk was collected every 20 days to determine the milk composition, and blood was collected at the beginning and ending of the experiment to determine the immune and antioxidant indices. The results showed as follows: 1) on days 41 to 60 of the experiment, the average daily feed intake of cows in the control group was decreased by 2.92% compared with days 1 to 20 of the experiment, while it was increased by 3.12% in the experimental group. On days 21 to 40 and 41 to 60, the milk yield of cows in the experimental group was increased by 2.17 (P<0.01) and 2.42 kg/d (P<0.05) compared with that in the control group, respectively. During the experiment, there were no significant differences in milk protein and non-fat milk solid contents between 2 groups (P>0.05). 2) On day 60, the serum lysozyme (LZM) content, acid phosphatase (ACP) activity, lymphocyte proliferation capacity and neutrophil phagocytosis capacity of cows in the experimental group were significantly higher than those in the control group (P<0.05), the total antioxidant capacity (T-AOC), activities of superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH-Px) in serum in the experimental group were significantly increased by 11.54%, 22.09% and 17.18% compared with the control group (P<0.05), and the serum malondialdehyde content was significantly decreased by 35.38% compared with the control group (P<0.05), respectively. The results indicate that the compound bacterial culture can significantly increase feed intake and milk yield, improve non-specific immune function and enhance antioxidant capacity of dairy cows.

Key words： compound bacteria culture; dairy cows; performance; non-specific immune function; antioxidant capacity

Cite this article

LI Xueqiang , WANG Yan , LIU Shixiong , LI Songjian , YANG Lan , HU Honglian , GAO Min , CHEN Hui , LIU Dacheng . Effects of Compound Bacteria Culture on Performance, Non-Specific Immune Function and Antioxidant Capacity of Dairy Cows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(4) : 2416 -2424 . DOI: 10.12418/CJAN2024.208

近些年,随着我国奶牛养殖水平的不断提升,奶牛单产也在不断的突破,但由单产提高带来的奶牛健康问题也是养殖过程中的痛点问题。奶牛单产水平越高,机体代谢能力越旺盛,此时奶牛机体很容易出现自由基损伤、免疫能力下降以及疾病高发等诸多问题,尤其是奶牛在应激状态下,会导致奶牛采食量减少,严重制约奶牛生理机能的正常运转,加剧机体能量负平衡、代谢紊乱,导致奶牛生产性能下降、疾病多发、被动淘汰率增高,对奶牛养殖业造成了巨大的经济损失。因此,如何缓解氧化应激、提高高产奶牛抵抗力从而提高奶牛的生产性能是行业研究的热点。大量研究表明,酵母培养物不仅可以改善饲料品质、提升其消化吸收率,还可以维持动物体内微生态平衡[1],进一步增强动物的抗氧化功能和免疫力。近些年,酵母培养物在奶牛生产中的应用日渐增多,并显示出良好的功效,其不仅可以改善奶牛生产性能、提高其平均日采食量及产奶量,还可以改善机体免疫功能及抗氧化能力[2-3]。
目前,市场上酵母培养物的种类颇多,质量参差不齐,发酵工艺和菌种不同会直接影响培养物的品质和应用效果。复合菌培养物是本课题组前期研究的一种复合酵母培养物,由2株高活性酿酒酵母菌发酵生成,主效成分包含β-葡聚糖、甘露聚糖、多肽、有机酸和活性氨基酸5种营养活性物质[4],不仅可以为瘤胃微生物生长提供特定的营养底物,刺激其生长,还能进一步调控瘤胃的功能,促进营养物质的消化、吸收,活化巨噬细胞、激活抗氧化酶系统,增强机体免疫系统功能及抗氧化能力[5]。
本课题组前期研究显示,复合菌培养物可以显著提高肉羊、肉牛平均日增重和经济效益;能够显著改善母猪生产性能,降低产前便秘率和窝均死胎数;显著提高肉牛、肉羊和母猪的免疫功能及抗氧化能力[6⇓-8]。基于此,本试验选择泌乳高峰期的奶牛,研究该复合菌培养物对奶牛生产性能、非特异性免疫功能及抗氧化能力的影响,旨在为该制剂在奶牛上的应用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

根据课题组前期研究成果[4],选用米糠、棉籽粕、玉米粉、麸皮、玉米胚芽粕和硫酸盐等主要原料混合制备固态发酵培养基,将活化好的酵母菌XR4和酵母菌BC按1∶1比例混合作为发酵菌种接种于上述固态发酵底物中。试验所用复合菌培养物由某生物科技有限公司代生产。复合菌培养物中含有的5种主效活性物质及含量分别为:β-葡聚糖≥1 450 mg/kg、甘露聚糖≥670 mg/kg、多肽≥1.3 mg/g、氨基酸≥152.7 mg/kg、有机酸≥1.48 mg/g。

1.2 试验设计和饲养管理

本试验于2022年8—10月在内蒙古呼和浩特市某奶牛场进行。试验选择2胎次以及泌乳天数[(92.1±25.6) d]、产奶量[(36.8±4.6) kg/d]和乳蛋白质含量[(2.98±0.48)%]相近的健康荷斯坦奶牛40头,随机分为2组,每组20头。对照组饲喂基础饲粮,试验组在基础饲粮中添加0.23 kg/d的复合菌培养物(添加剂量由课题组前期对复合菌培养物的研究结果确定)。预试期7 d,正试期60 d。预试期梯度添加复合菌培养物至0.23 kg/d,正试期每日04:00、10:00和16:00进行饲喂,每日05:00、12:00和19:00统一进行挤奶,牛只自由采食和饮水。
奶牛基础饲粮参照NRC(2001)标准进行配制,其组成及营养水平见表1。营养水平中干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、钙和磷含量分别参照GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 20806—2006、NY/T 1459—2007、GB/T 6436—2018和GB/T 6437—2018测定。
表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis)%

项目 Items 含量 Content
原料 Ingredients
玉米青贮 Corn silage 27.06
苜蓿 Alfalfa 15.87
压片玉米 Flaked corn 9.78
棉籽 Cottonseed 6.47
玉米淀粉 Corn starch 12.55
啤酒糟 Brewery mash 8.46
甜菜颗粒 Beet granules 4.12
豆粕 Soybean meal 9.95
膨化大豆 Extruded soybean 0.86
小麦麸 Wheat bran 2.08
碳酸氢钠 NaHCO3 0.43
棕榈脂肪粉 Palm fat powder 1.08
预混料 Premix1) 1.29
合计 Total 100.00
营养水平 Nutrient levels2)
泌乳净能 NEL/(MJ/kg) 7.15
粗蛋白质 CP 17.30
酸性洗涤纤维 ADF 19.80
中性洗涤纤维 NDF 30.10
钙 Ca 0.72
磷 P 0.37

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of diets:VA 7 000 IU,VE 50 IU,VD 3 000 IU,Cu (as copper sulfate) 10 mg,Zn (as zinc sulfate) 50 mg,Fe (as ferrous sulfate) 70 mg,I (as potassium iodide) 1 mg,Mn (as manganese sulfate)13 mg,Co (as cobaltous chloride 6-hydrate) 0.3 mg,Se (as sodium selenite) 0.15 mg。

2)泌乳净能参照NRC(2001)计算获得,其余为实测值。NEL was a calculated value according to NRC(2001), while the others were measured values.

1.3 血样采集

分别在正试期开始和结束的当天晨饲前使用促凝采血管尾静脉采血5 mL,3 000 r/min、离心10 min,将血清分装于2 mL无菌无酶冻存管中,编号并记录,于-80 ℃保存,用于测定血清中溶菌酶(LZM)、丙二醛(MDA)含量和酸性磷酸酶(ACP)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性以及总抗氧化能力(T-AOC);另从尾静脉采血10 mL置于抗凝采血管中,4 ℃保存运送到实验室,用于测定中性粒细胞吞噬能力(PMN)及淋巴细胞增殖能力。

1.4 测定指标及方法

1.4.1 生产性能

试验期间记录每日给料量和次日凌晨余料量,计算奶牛平均日采食量;记录每日产奶量;每20 d连续采集牛奶5 d,于早班次挤奶前,进行乳头消毒、擦拭、再消毒,弃3把奶后收集乳样50 mL,4 ℃保存,用于测定牛奶中蛋白质和非脂乳固体含量。

1.4.2 非特异性免疫功能及抗氧化能力

采用酶联免疫吸附试验(ELISA)法测定血清LZM、MDA含量和ACP、SOD、GSH-Px活性以及T-AOC,上述测定指标所需试剂盒均购于南京建成生物工程研究所,测定方法根据试剂盒说明书进行。采用流式细胞术测定PMN,采用MTT法测定淋巴细胞增殖能力。

1.5 数据统计分析

利用FlowJo V10软件对流式细胞术结果进行分析,采用SPSS.22软件对试验数据进行单因素方差分析,并用t检验进行组间比较,试验结果用“平均值±标准误”表示,P<0.01表示差异极显著,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 复合菌培养物对奶牛采食量的影响

因本试验选取的奶牛处于泌乳高峰的末期,所以产奶量及采食量呈下降趋势。由表2可知,对照组奶牛平均日采食量由43.11 kg/d降至41.85 kg/d,降低了2.92%;试验组平均日采食量由40.68 kg/d升至41.95 kg/d,提高了3.12%。这表明复合菌培养物在提升奶牛采食量上具有明显的效果。
表2 复合菌培养物对奶牛采食量的影响

Table 2 Effects of compound bacteria culture on feed intake of dairy cowskg/d

项目
Item		 时间
Time		 对照组
Control group		 试验组
Experimental group		 P值
P-value
平均日采食量
ADFI		 第1~20天 Days 1 to 20 43.11±2.48B 40.68±0.69A <0.001
第21~40天 Days 21 to 40 42.11±0.91 42.11±0.63 0.992
第41~60天 Days 41 to 60 41.85±1.86 41.95±1.65 0.852

同行数据肩标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),不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。下表同。

In the same row, values with no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), and with different capital letter superscripts mean extremely significant difference (P<0.01). The same as below.

2.2 复合菌培养物对奶牛产奶量及乳品质的影响

由表3可知,对照组与试验组产奶量均呈下降趋势,在试验第1~20天,2组奶牛产奶量处于同一水平(P>0.05);在试验第21~40天和第41~60天,试验组奶牛产奶量分别比对照组提高了2.17(P<0.01)和2.42 kg/d(P<0.05)。试验期间,2组乳蛋白质和非脂乳固体含量均无显著差异(P>0.05)。总体来看,复合菌培养物对维持奶牛产奶量作用明显,但对乳品质无显著影响。
表3 复合菌培养物对奶牛产奶量及乳品质的影响

Table 3 Effects of compound bacteria culture on milk yield and milk quality of dairy cows

项目
Items		 时间
Time		 对照组
Control group		 试验组
Experimental group		 P值
P-value
产奶量
Milk yield/(kg/d)		 第1~20天 Days 1 to 20 39.43±0.62 39.96±0.74 0.213
第21~40天 Days 21 to 40 36.55±0.67A 38.72±0.74B <0.001
第41~60天 Days 41 to 60 34.05±1.54a 36.47±1.92b 0.037
乳蛋白质
Milk protein/%		 第1天 Day 1 2.98±0.49 2.97±0.47 0.970
第20天 Day 20 3.83±0.10 3.72±0.07 0.119
第40天 Day 40 3.67±0.05 3.61±0.20 0.547
第60天 Day 60 3.54±0.26 3.60±0.28 0.719
非脂乳固体
Non-fat milk solid/%		 第1天 Day 1 8.60±0.21 8.74±0.21 0.322
第20天 Day 20 8.93±0.25 8.92±0.19 0.923
第40天 Day 40 8.94±0.12 9.02±0.09 0.237
第60天 Day 60 9.13±0.07 9.20±0.25 0.564

2.3 复合菌培养物对奶牛非特异性免疫功能的影响

由表4可知,在试验开始时(试验第1天),2组奶牛血清LZM含量和ACP活性处于同一水平(P>0.05)。在试验第60天时,试验组奶牛血清LZM含量比对照组提高0.48 μg/mL(P<0.01),提升了11.88%;同时,试验组血清ACP活性比对照组提高0.72 U/L(P<0.05),提升了19.35%;与对照组相比,试验组奶牛淋巴细胞增殖能力和PMN分别提升了15.44%和5.70%(P<0.05)。以上结果表明,复合菌培养物在改善奶牛非特异性免疫功能方面效果显著。
表4 复合菌培养物对奶牛非特异性免疫功能的影响

Table 4 Effects of compound bacteria culture on non-specific immune function of dairy cows

项目
Items		 时间
Time		 对照组
Control group		 试验组
Experimental group		 P值
P-value
溶菌酶
LZM/(μg/mL)		 第1天 Day 1 4.01±0.12 4.09±0.10 0.350
第60天 Day 60 4.04±0.21A 4.52±0.16B 0.003
酸性磷酸酶
ACP/(U/L)		 第1天 Day 1 3.22±0.48 3.26±0.40 0.878
第60天 Day 60 3.72±0.38a 4.44±0.61b 0.024
淋巴细胞增殖能力
Lymphocyte proliferation ability		 第1天 Day 1 1.26±0.02 1.26±0.05 0.952
第60天 Day 60 1.49±0.17a 1.72±0.09b 0.024
中性粒细胞吞噬能力
PMN/%		 第1天 Day 1 74.15±4.42 73.64±3.11 0.167
第60天 Day 60 74.78±3.43a 79.04±2.13b 0.046

2.4 复合菌培养物对奶牛抗氧化能力的影响

由表5可知,在试验开始时,2组奶牛血清中4个抗氧化指标均无显著差异(P>0.05).在试验第60天时,试验组奶牛血清T-AOC比对照组提高0.09 mmol/L(P<0.05),提升了11.54%;血清SOD活性比对照组提高4.33 U/mL(P<0.01),提升了22.09%;与对照组相比,试验组血清GSH-Px活性提升了17.18%(P<0.05),血清MDA含量降低了35.38%(P<0.05)。结果表明,复合菌培养物可以显著提升奶牛的抗氧化能力。
表5 复合菌培养物对奶牛抗氧化能力的影响

Table 5 Effects of compound bacteria culture on antioxidant capacity of dairy cows

项目
Items		 时间
Time		 对照组
Control group		 试验组
Experimental group		 P值
P-value
总抗氧化能力
T-AOC/(mmol/L)		 第1天 Day 1 0.83±0.05 0.83±0.09 0.952
第60天 Day 60 0.78±0.08a 0.87±0.08b 0.018
超氧化物歧化酶
SOD/(U/mL)		 第1天 Day 1 22.98±2.15 23.95±3.68 0.476
第60天 Day 60 19.60±1.88A 23.93±3.99B 0.004
谷胱甘肽过氧化物酶
GSH-Px/(U/mL)		 第1天 Day 1 141.01±25.78 141.01±25.78 0.600
第60天 Day 60 166.83±20.01a 195.49±21.37b 0.038
丙二醛
MDA/(nmol/mL)		 第1天 Day 1 0.48±0.12 0.55±0.15 0.257
第60天 Day 60 0.65±0.20b 0.42±0.12a 0.015

3 讨论

3.1 复合菌培养物对奶牛生产性能的影响

奶牛采食量高低限制着奶牛生产性能的发挥,也是决定奶牛健康的关键因素。大量研究表明,在奶牛饲粮中添加酵母培养物[9],可以改善奶牛生产性能,提高其平均日采食量及产奶量。
在试验过程中,因本试验选取的奶牛处于泌乳高峰的末期,所以2组奶牛的产奶量均有不同程度的下降,但试验组奶牛产奶量在试验第21~40天和第41~60天分别比对照组显著提高了2.17和2.42 kg/d,说明复合菌培养物可以提高产奶量。随着产奶量降低,对照组奶牛采食量也下降,但试验组奶牛采食量呈上升趋势。复合菌培养物主要通过酵母菌发酵生成,在发酵过程能产生特有的酸香气味,可以刺激食欲,增加采食量[1];奶牛胃肠功能健康也是限制其生产性能的重要因素,复合菌培养物可以增加瘤胃内有益菌数量,改善瘤胃微生态环境,减少高产奶牛在高精料下由于酸度过高而造成的对瘤胃黏的损伤,并使瘤胃消化吸收功能更趋稳定[10];同时,复合菌培养物中富含的消化酶、有机酸等,可以有效降解饲料原料中的抗营养因子,提升饲料利用率[4];另外,复合菌培养物中的营养活性物质,能够提高瘤胃微生物及蛋白酶和纤维素酶的活性,使蛋白质和纤维素、半纤维素的消化速度与利用效率升高[11],从而进一步提升了奶牛的生产性能。
试验期间,2组乳蛋白质和非脂乳固体含量无显著差异,但2组乳蛋白质含量均偏高,这可能是由于试验牧场为改善乳指标,针对高产奶牛添加了过瘤胃蛋白所致;另外,随着试验的开展,试验期进入了9月,北方气温逐渐降低、热应激影响减少,同时试验奶牛泌乳天数延长,产奶量逐渐降低,导致乳蛋白质含量升高。

3.2 复合菌培养物对奶牛非特异性免疫功能的影响

在本研究中,试验组奶牛血清LZM含量比对照组显著提高了0.48 μg/mL。LZM是动物机体重要的非特异性免疫因子,对细菌有很强的抑制作用,其含量的提高可能是由于复合菌培养物中的营养活性物质与活菌细胞共同刺激肠黏膜中的潘氏细胞,提高了Toll样受体9(TLR9)、LZM等基因的表达[12-13],从而提高了LZM含量,增强了奶牛的非特异性免疫功能。
ACP是巨噬细胞溶酶体的标志酶之一,研究表明,ACP活性与巨噬细胞活性呈正相关关系[14]。本研究中,试验组奶牛血清ACP活性的提高,可能是复合菌培养物中的营养活性物质β-葡聚糖和甘露聚糖所发挥的作用,这2种多糖在消化道中不可溶、不吸收、不产生黏性,作为免疫促进剂,可有效地刺激肠黏膜免疫,促进机体的免疫应答,激活巨噬细胞,提高ACP活性,增强其分泌溶菌酶、抗菌肽等物质[15⇓-17],进一步增强巨噬细胞清除病原菌和凋亡细胞的能力,从而提高机体免疫功能[18]。
淋巴细胞作为机体特异性免疫的主要承担者,其增殖能力决定着效应淋巴细胞产生的多少[19]。中性粒细胞是外周血中含量最高的免疫细胞,可以通过吞噬细菌、递呈抗原等方式高效杀伤和抑制病原微生物[20-21]。本研究中,试验组奶牛淋巴细胞增殖能力相比对照组有显著的提升,PMN也显著提升了5.70%,说明复合菌培养物能够在一定程度上调节奶牛的免疫功能。这可能是由于复合菌培养物中的多种营养活性物质进入机体后,能够活化巨噬细胞,刺激体内溶菌酶的产生[22],激活T淋巴细胞并提高细胞因子产生的能力[23-24],从而提高了机体的抗菌防御机能[25],并对动物的非特异性免疫功能起到了积极的调节作用。
另外,在试验过程中,本研究还统计了2组奶牛的乳房炎发病率,其中对照组为10.2%、试验组为4.2%,这也进一步说明,复合菌培养物可以提升奶牛的免疫功能,增强抗病能力,邢杰等[26]、庞清刚等[27]的研究结果与本试验的结论一致。

3.3 复合菌培养物对奶牛抗氧化能力的影响

机体抗氧化能力的强弱与健康程度存在着密切联系。奶牛在泌乳高峰期,因乳腺组织代谢能力旺盛,自由基的产生会更多[28],因此该阶段奶牛机体很容易出现自由基损伤、免疫能力下降以及疾病高发等诸多问题。研究表明,酵母培养物具有抗氧化活性,可以提高动物机体的抗氧化能力[3,29]。
MDA是脂质过氧化的最终产物,其含量的高低可以衡量动物机体产生氧化损伤的程度;T-AOC的高低可以反映机体清除自由基的能力。在本研究中,与对照组相比,试验组奶牛血清MDA含量显著降低了35.38%,血清T-AOC显著提高了11.54%,说明复合菌培养物可以显著降低奶牛体内的氧化应激反应,增强机体清除自由基的能力,减少氧化应激对奶牛造成的损害。这可能是由于酵母菌在发酵过程中产生维生素E、维生素C、氨基酸及多酚类等多种抗氧化活性物质[30],这些非酶抗氧化物能与抗氧化酶协同,能够共同清除体内自由基,最终提升了奶牛的抗氧化能力,降低了氧化损伤。GSH-Px和SOD是机体最主要的酶促抗氧化系统,奶牛在采食复合菌培养物后,培养物中的主效成分激活了奶牛抗氧化酶系统,从而提高了奶牛抗氧化酶GSH-Px和SOD活性[31],增强了奶牛清除自由基和活性氧能力,防止脂质过氧化物生产,进而起到加强奶牛抗氧化能力的作用。
在本试验过程中,笔者遇到奶牛场因青贮更换过渡时间太短而导致全场泌乳奶牛出现大面积腹泻,试验组个别奶牛也有腹泻,但数量比对照组和牧场其他奶牛明显少很多,粪便形态也基本接近正常,这也进一步说明了复合菌培养物能够增强奶牛的抗应激能力,缓解饲料突变对奶牛造成的应激。

4 结论

① 复合菌培养物能够显著提升奶牛采食量和产奶量。
② 复合菌培养物能够显著提高奶牛血清LZM含量和ACP活性,显著提升淋巴细胞增殖能力和PMN,从而提高奶牛非特异性免疫功能。
③ 复合菌培养物能够显著提高奶牛血清SOD、GSH-Px活性和T-AOC,显著降低血清MDA含量,从而增强奶牛的抗氧化能力。

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