Chinese Journal of Animal Nutrition >

2025 , Vol. 37 >Issue 12: 8452 - 8465

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.689

RESEARCH PAPER

Effects of Coated Bacillus subtilis on Growth Performance, Serum Biochemical Indexes, Rumen Fermentation and Gas Emissions of Goats

  • CHEN Hongyong , 1 ,
  • SHEN Weijun , 1, * ,
  • LIU Qianglin 1 ,
  • WAN Fachun 1 ,
  • SONG Yang 1 ,
  • AN Jishan 1 ,
  • HUANG Ximei 2 ,
  • ZHOU Dongze 3
Expand
  • 1 Yuelu Mountain Laboratory, College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
  • 2 Zhongshan Nenghe Biotechnology Co., Ltd., Zhongshan 528400, China
  • 3 Changsha Pukefei Biotechnology Co., Ltd., Changsha 410128, China
* professor, E-mail:

Received date: 2025-04-19

  Online published: 2025-12-13

Fold

Abstract

This experiment aimed to investigate the effects of coated Bacillus subtilis on the growth performance, serum biochemical indexes, rumen fermentation, and gas emissions of goats. Fifty castrated male Liuyang black goats in the late fattening stage, with similar body conditions, body weights [(18.21±2.02) kg], genetic backgrounds, and good health, were selected. These goats were randomly divided into five groups: the CON group (control group, basal diet), the C1 group (basal diet+0.5 g/kg of coated Bacillus subtilis), the C2 group (basal diet+1.0 g/kg of coated Bacillus subtilis), the NC1 group (basal diet+0.5 g/kg of uncoated Bacillus subtilis), and the NC2 group (basal diet+1.0 g/kg of uncoated Bacillus subtilis). Each group had five replicates, with two goats in each replicate. The pre-experimental period lasted for 15 days, and the formal experimental period lasted for 60 days. The results showed as follows: 1) compared with the CON group, the apparent digestibility of acid detergent fiber (ADF) was significantly increased in the C1 and C2 groups (P<0.05). 2) Compared with the CON group, the serum glucose (GLU) content and total antioxidant capacity (T-AOC) in the C1 and C2 groups were significantly increased (P<0.05), and the serum malondialdehyde (MDA) content in the C1, C2, NC1, and NC2 groups was significantly decreased (P<0.05). Compared with the uncoated treatment, the coated treatment significantly increased the serum creatinine (CRE) and MDA contents (P<0.05). 3) Compared with the CON group, the rumen microbial protein (MCP) and propionate contents in the C1 and C2 groups were significantly increased (P<0.05), while the acetate:propionate in the C1 and C2 groups was significantly decreased (P<0.05). At the same time, the ammonia nitrogen (NH3-N) content in the C2 and NC2 groups was significantly increased (P<0.05). Compared with the untreated treatment, the treated treatment significantly increased the MCP and propionate contents in the rumen fluid (P<0.05), significantly decreased the isovalerate, valerate contents and acetate:propionate (P<0.05); the interaction analysis indicated that there was a significant interaction effect between the treatment and the dose in terms of pH, acetate and isovalerate contents (P<0.05). 4) Compared with the CON group, the ammonia (NH3) emissions in the C1 and C2 groups were significantly reduced (P<0.05). Compared with the untreated treatment, the treated group significantly decreased the NH3 emissions (P<0.05). In conclusion, adding coated Bacillus subtilis to the diet can effectively improve the rumen fermentation pattern of goats, enhance nutrient digestibility, and reduce NH3 emissions, indicating a promising application prospect.

Key words： coated Bacillus subtilis; goats; growth performance; rumen fermentation; gas emissions

Cite this article

CHEN Hongyong , SHEN Weijun , LIU Qianglin , WAN Fachun , SONG Yang , AN Jishan , HUANG Ximei , ZHOU Dongze . Effects of Coated Bacillus subtilis on Growth Performance, Serum Biochemical Indexes, Rumen Fermentation and Gas Emissions of Goats[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2025 , 37(12) : 8452 -8465 . DOI: 10.12418/CJAN2025.689

近年来,随着山羊养殖规模从传统放牧型转向半舍饲或全舍饲,山羊养殖业面临着饲料成本增加以及粪便所导致的环境污染等一系列挑战。在这一背景下,益生菌制剂的应用为解决这些问题提供了新的思路,其中枯草芽孢杆菌在改善瘤胃发酵参数、调节微生物群落结构及降低甲烷(CH4)排放方面展现出独特优势。李靖[1]研究表明,在育成牛饲粮中添加枯草芽孢杆菌能显著提高其平均日增重(ADG),促进动物的生长。据有关报道,枯草芽孢杆菌能够调节瘤胃微生物群落结构,调节瘤胃发酵模式,增加挥发性脂肪酸(VFA)的产量[2]。同时,枯草芽孢杆菌还被证明能够减少氨气(NH3)和CH4等有害气体的排放,改善养殖环境[3]。然而,当前已有的研究大多聚焦在枯草芽孢杆菌对猪、鸡这类单胃动物所产生的影响上。相对而言,关于枯草芽孢杆菌在反刍动物方面的应用研究较少,并且,这些已有的相关研究得出的结果也不尽相同[4]。此外,由于反刍动物独特的消化结构,未包被和包被的枯草芽孢杆菌是否在进入反刍动物瘤胃后,瘤胃内高氨浓度、微生物竞争等复杂环境会对其活性产生影响,制约了其应用效果的发挥也不清晰[5-6]。鉴于此,本研究以地方特色品种黑山羊为研究对象,研究在山羊育肥期阶段添加包被与未包被枯草芽孢杆菌制剂对其生长性能、养分消化率、瘤胃发酵及气体排放的影响,为提高山羊的养殖效益提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用枯草芽孢杆菌(活菌数1.48×108 CFU/g)使用微囊化包被工艺,由长沙普菲克生物科技有限公司进行包被。采用尼龙袋法测定枯草芽孢杆菌的过瘤胃率,选用了3头健康的肉牛,这些肉牛均安装有永久性瘤胃瘘管,以此作为试验动物,枯草芽孢杆菌样品设置3个重复,平均过瘤胃率为72.03%(图1)。
图1 包被枯草芽孢杆菌过瘤胃率

Fig.1 Ruminal bypass rate of coated Bacillus subtilis

1.2 试验动物与试验设计

试验在湖南省浏阳市浏安农业科技综合开发有限公司进行。试验获得湖南农业大学科技伦理委员会的批准,批准编号为2025125。
本试验采用完全随机设计,选用体况良好、体重[(18.21±2.02) kg]相近、遗传背景相似且健康无病的育肥后期浏阳黑山羊(去势公羊)50只,随机分为5组:CON组(对照组,基础饲粮)、C1组(基础饲粮+包被芽孢杆菌0.5 g/kg)、C2组(基础饲粮+包被芽孢杆菌1.0 g/kg)、NC1组(基础饲粮+未包被芽孢杆菌0.5 g/kg)、NC2组(基础饲粮+未包被芽孢杆菌1.0 g/kg),每组5个重复,每个重复2只羊。试验期分为预试期15 d和正试期60 d。参考《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2004)配制基础饲粮,其组成及营养水平见表1。
表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

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

项目Items 含量Content
原料Ingredients
玉米Maize 30.00
豆粕Soybean meal 10.00
油糠Oil bran 10.00
稻草Rice straw 40.00
预混料Premix1) 6.00
中药渣Chinese medicine residue2) 4.00
合计Total 100.00
营养水平Nutrient levels3)
维持净能NEm/(MJ/kg) 2.84
粗蛋白质CP 12.55
粗脂肪EE 3.17
中性洗涤纤维NDF 34.36
酸性洗涤纤维ADF 18.70
钙Ca 0.64
磷P 0.36

1) 预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of the diet:VA 12 000 IU,VD3 1 500 IU,VE 100 mg,Fe 30 mg,Zn 55 mg,Mn 37 mg,S 0.5 mg,I 0.5 mg,Co 0.1 mg。

2) 中药渣为每千克饲粮提供山楂10 g、陈皮5 g、甘草1 g、黄芪5 g。The Chinese herbal residue provided 10 g of hawthorn, 5 g of tangerine peel, 1 g of licorice, and 5 g of Astragalus membranaceus per kilogram of the diet.

3) 维持净能根据《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2004)计算得出,其他为实测值。NEm was calculated according to Feeding Standard of Meat Sheep (NY/T 816—2004), while the others were measured values.

1.3 饲养管理

试验开始前,完成了羊舍的清扫与消毒工作,并对试验羊依次开展了编号、分组、驱虫及保健处理,按山羊饲养场管理制度进行,饲喂并适应基础饲粮。试验羊每2只羊同栏饲喂,采用全混合日粮(TMR)形式饲喂粉料,每日按比例添加枯草芽孢杆菌制剂,并将其与饲粮充分混合均匀。于每日08:00和17:00对羊只进行饲喂,饲喂后及时清扫食槽与水槽。羊只可自由饮用清洁的水。各试验羊只所处羊舍内,温度、光照、通风等饲养环境条件保持基本一致。

1.4 样品采集及指标测定

1.4.1 生长性能

采食量由每日饲喂时准确记录,并且及时观察羊只生长情况,在试验期第1、30、60天分别对试验羊逐只进行称重,并准确计算干物质采食量(DMI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。

1.4.2 养分表观消化率

每15 d收集饲粮样品1次,-20 ℃冰箱冷冻保存,用于基础饲粮营养水平测定。在试验期的最后3 d,采用全收粪法收集粪样。具体操作如下:在羊舍各栏漏缝地板下方铺设纱网,羊只排便后立即将粪便清扫至纱网中,确保粪便全部收集并避免尿液污染,同时清理鲜粪样品中的羊毛等杂质,随后称重并准确记录。取出100 g的样品作为待测样品,加入10%的稀盐酸溶液进行混合固氮处理,之后将其置于-20 ℃环境下冷冻保存备用。
干物质(DM)含量依据GB/T 6435—2014中方法测定;粗蛋白质(CP)含量依据GB/T 24318—2009中方法测定;中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量采用Van Soest等[7]的方法测定;粗脂肪(EE)含量依据GB/T 6433—2006中方法测定;粗灰分含量依据GB/T 6438—2007中方法测定,用DM减去粗灰分计算得出有机物(OM)含量;钙(Ca)含量依据GB/T 6436—2018中方法测定;磷(P)含量依据GB/T 6437—2018中方法测定。营养物质表观消化率计算公式如下:
某营养物质表观消化率(%)=100×[食入该营养物质含量(g)-粪中该营养物质含量(g)]/食入该营养物质含量(g)。

1.4.3 血清生化、抗氧化指标

在正试期第60天晨饲前对所有浏阳黑山羊逐只进行颈静脉采血,血液分3管采集,每管5 mL,将采集的血液置于离心机中,以1 000×g离心10 min,分离出血清分装于1.5 mL离心管中,先经液氮速冻处理,再存放于-80 ℃冰箱,留待后续检测使用。
采用酶联免疫吸附测定(ELISA)方法测定血清生化指标。尿素(UN)、葡萄糖(GLU)、谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、总抗氧化能力(T-AOC)、肌酐(CRE)、甘油三酯(TG)、丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、总胆固醇(TCHO)、高密度脂蛋白(HDL)以及低密度脂蛋白(LDL)含量或活性的检测严格按照南京建成生物工程研究所提供的试剂盒说明书,使用酶标仪(DG5033A,华东电子集团医疗装备有限公司)进行测定。

1.4.4 瘤胃发酵参数

在试验期第 60 天晨饲前 2 h,采用瘤胃液采集器采集瘤胃食糜:每组通过抽签编号随机选取 5 只试验羊,每只采集 60 mL 瘤胃液。将采集的瘤胃液经 4 层纱布过滤后,先测定其pH;随后用10 mL冻存管对每只羊的滤液进行分装(每只分 6 管),经液氮速冻后转移至 -80 ℃环境中保存。
pH测定:使用便携式pH计现场测定。氨态氮(NH3-N)含量通过改进的比色法[8-9]测定。瘤胃微生物蛋白质(MCP)含量参考Cone等[10]的方法,使用BCA蛋白测定试剂盒(MA0082,美伦生物技术有限公司)和酶标仪(1530-801186,Thermo Fisher Scientific,美国)进行测定。使用高效气相色谱仪(GC-CDS2,安捷伦科技有限公司,美国),配备氢火焰探测器和毛细管柱(DB-WAX30,安捷伦科技有限公司,美国),测定挥发性脂肪酸(VFA)含量,具体步骤参照秦为琳[11]。

1.4.5 气体排放

试验期间,每日 15:00 对 5 个羊舍同步封闭 0.5 h,随后使用气体检测仪器(型号 RH-C-01,长沙瑞和数码科技有限公司生产;校准方式为依据预设值远程自动校准),在各羊舍 “同一时间、相同环境条件、一致空间规格” 的统一标准下,测定二氧化碳(CO2)、NH3、CH4、硫化氢(H2S)的排放量。为获取气体累计排放数据,试验期间羊舍内的粪便采取堆积存放方式。

1.5 数据统计与分析

试验数据采用Excel 2021软件进行初步整理,采用SPSS 21.0中的单因素方差分析(one-way ANOVA)程序进行统计分析,并采用Duncan氏法进行多重比较;同时使用一般线性模型对数据进行交互分析。以P<0.05表示差异显著,P<0.01表示差异极显著。

2 结果与分析

2.1 包被枯草芽孢杆菌对山羊生长性能的影响

由表2可知,与CON组相比,C1、C2、NC1、NC2组试验羊的ADG分别提高13.42%、13.42%、8.96%、5.97%,但各组间差异不显著(P>0.05)。各组的DMI、F/G差异不显著(P>0.05)。交互分析表明,在ADG、DMI、DMD、F/G上,包被与剂量不存在显著交互效应(P>0.05)。
表2 包被枯草芽孢杆菌对山羊生长性能的影响

Table 2 Effects of coated Bacillus subtilis on growth performance of goats

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
初始体重IBW/kg 18.45 18.44 17.86 0.983 0.792 18.72 17.57 1.119 0.585 0.999 0.672
终末体重FBW/kg 22.52 23.03 22.47 1.152 0.860 22.52 23.12 21.880 1.327 0.763 0.675
平均日增重ADG/(kg/d) 0.07 0.08 0.08 0.011 0.690 0.07 0.07 0.007 0.734 0.508 0.900
干物质采食量DMI/(kg/d) 0.51 0.50 0.48 0.031 0.481 0.47 0.49 0.026 0.320 0.802 0.401
干物质排粪量DMFO/(kg/d) 0.13 0.12 0.12 0.010 0.963 0.12 0.13 0.009 0.711 0.611 0.634
料重比F/G 7.70 6.76 6.78 0.786 0.412 7.17 7.70 0.576 0.493 0.512 0.890

同行数据肩标不同小写字母表示包被组与对照组差异显著(P<0.05),不同大写字母表示未包被组与对照组差异显著(P<0.05),相同字母或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

The different lowercase letters in the superscripts of the data among peers indicated that there were significant differences between the coated group and the control group (P<0.05), and the different uppercase letters indicated that there were significant differences between the uncoated group and the control group (P<0.05), while the same letter or the absence of a letter indicated that there was no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.2 包被枯草芽孢杆菌对山羊养分表观消化率的影响

由表3可知,与CON组相比,C1、C2组试验羊的ADF表观消化率显著提高(P<0.05);交互分析表明,在各养分表观消化率上包被与剂量不存在显著交互效应(P>0.05)。
表3 包被枯草芽孢杆菌对山羊养分表观消化率的影响

Table 3 Effects of coated Bacillus subtilis on apparent nutrient digestibility of goats %

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
干物质DM 75.33 75.36 74.08 2.081 0.785 73.75 73.24 1.931 0.544 0.387 0.785
有机物OM 75.81 75.45 77.58 1.447 0.332 75.67 77.30 1.560 0.529 0.979 0.832
粗脂肪EE 67.71 69.68 68.38 1.824 0.562 68.19 69.37 2.326 0.768 0.858 0.391
粗蛋白质CP 72.80 74.14 75.81 1.426 0.159 73.19 74.48 1.711 0.619 0.341 0.871
中性洗涤纤维NDF 64.18 67.39 68.59 2.268 0.176 64.18 67.60 2.766 0.389 0.245 0.503
酸性洗涤纤维ADF 36.29b 40.38a 43.68a 1.596 0.002 40.09 44.33 3.418 0.102 0.911 0.822
钙Ca 35.94 38.12 39.58 3.058 0.507 34.46 38.74 2.142 0.170 0.257 0.474
磷P 49.20 50.81 52.54 1.770 0.210 52.16 53.63 3.997 0.546 0.595 0.953

2.3 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清生化、抗氧化指标的影响

2.3.1 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清生化指标的影响

由表4可知,各组血清中ALT、AST、TP、ALB、GLB、UREA含量或活性无显著差异(P>0.05);与CON组相比,C1、C2组血清GLU含量显著升高(P<0.05);与未包被处理相比,包被处理血清GLU、CRE含量显著升高(P<0.05)。交互分析表明,在各血清生化指标上,包被与剂量不存在显著交互效应(P>0.05)。
表4 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清生化指标的影响

Table 4 Effects of coated Bacillus subtilis on serum biochemical indexes of goats

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
葡萄糖GLU/(mmol/L) 1.46b 2.00a 2.35a 0.239 0.010 1.49 1.88 0.209 0.126 0.003 0.685
谷丙转氨酶ALT/(U/L) 23.17 23.12 22.23 4.391 0.972 20.97 21.08 3.828 0.815 0.605 0.875
谷草转氨酶AST/(U/L) 112.95 111.02 100.97 22.195 0.847 104.73 111.89 21.891 0.920 0.867 0.534
总蛋白TP/(g/L) 78.18 80.52 85.32 4.134 0.252 78.30 81.08 3.159 0.597 0.234 0.704
白蛋白ALB/(g/L) 37.36 39.04 38.24 1.800 0.657 38.40 37.70 1.334 0.735 0.619 0.966
球蛋白GLB/(g/L) 40.82 41.48 47.08 4.497 0.344 40.05 43.38 3.794 0.665 0.312 0.703
总胆固醇TCHO/(mmol/L) 3.41 3.41 2.62 0.506 0.234 3.00 2.92 0.326 0.306 0.856 0.230
甘油三酯TG/(mmol/L) 0.34 0.26 0.40 0.099 0.371 0.27 0.29 0.066 0.571 0.431 0.314
高密度脂蛋白HDL/(mmol/L) 1.63 1.64 1.41 0.150 0.263 1.50 1.55 0.077 0.266 0.955 0.119
低密度脂蛋白LDL/(mmol/L) 0.81 0.77 0.55 0.170 0.276 0.61 0.56 0.167 0.307 0.493 0.427
尿素UN/(mmol/L) 4.56 4.89 4.91 0.451 0.694 4.94 4.07 0.867 0.614 0.269 0.252
肌酐CRE/(μmol/L) 53.72 59.56 68.54 7.964 0.214 58.14 50.55 3.433 0.127 0.047 0.086

2.3.2 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清抗氧化指标的影响

由表5可知,与CON组相比,C1、C2组试验羊血清T-AOC显著增加(P<0.05),C1、C2、NC1、NC2组血清MDA含量显著降低(P<0.05)。各组血清SOD活性无显著差异(P>0.05)。与未包被处理相比,包被处理显著提高血清MDA含量(P<0.05)。交互分析表明,在血清T-AOC、MDA含量、SOD活性上,包被与剂量不存在显著交互效应(P>0.05)。
表5 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清抗氧化指标的影响

Table 5 Effects of coated Bacillus subtilis on serum antioxidant indexes of goats

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
总抗氧化能力
T-AOC/(μmol/L)		 0.16b 0.20a 0.21a 0.014 0.014 0.20 0.20 0.016 0.080 0.539 0.362
丙二醛MDA/(nmol/mL) 0.40aA 0.34b 0.29b 0.023 0.002 0.28B 0.27B 0.020 <0.001 0.024 0.247
超氧化物歧化酶SOD/(U/mL) 3.42 4.03 3.73 0.298 0.165 4.07 3.51 0.299 0.100 0.681 0.549

2.4 包被枯草芽孢杆菌对山羊瘤胃发酵的影响

由表6可知,各组间瘤胃液pH无显著差异(P>0.05)。与CON组相比,C2、NC2组瘤胃液中的NH3-N含量显著提高(P<0.05),C1、C2、NC2组瘤胃液中的MCP含量显著提高(P<0.05),NC2组瘤胃液中的乙酸含量显著降低(P<0.05),C1、C2组瘤胃液中的丙酸含量显著提高(P<0.05),C1、C2组瘤胃中的乙丙比显著降低(P<0.05)。与未包被处理相比,包被处理显著提高瘤胃液中的MCP、丙酸含量(P<0.05),显著降低异戊酸、戊酸含量及乙丙比(P<0.05)。交互分析表明,在pH、乙酸、异戊酸含量上,包被与剂量存在显著交互效应(P<0.05)。
表6 包被枯草芽孢杆菌对山羊瘤胃发酵的影响

Table 6 Effects of coated Bacillus subtilis on rumen fermentation of goats

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
pH 6.41 6.44 6.41 0.100 0.935 6.28 6.56 0.100 0.050 0.890 0.002
氨态氮NH3-N/(mg/dL) 13.89bB 13.58b 18.07a 1.225 0.005 14.20B 20.28A 1.245 <0.001 0.121 0.373
微生物蛋白MCP/(μg/mL) 131.39bB 245.00a 225.32a 22.160 0.001 139.91B 162.65A 10.590 0.032 <0.001 0.120
总挥发性脂肪酸TVFA/(mmol/L) 79.80 74.39 66.87 10.991 0.517 67.84 80.52 11.000 0.457 0.647 0.201
乙酸Acetate/% 77.86A 74.04 75.98 1.669 0.113 77.73A 70.61B 1.148 <0.001 0.443 <0.001
丙酸Propionate/% 12.15b 14.71a 14.92a 1.040 0.037 12.94 12.93 0.543 0.283 0.006 0.861
丁酸Butyrate/% 7.21 7.37 7.35 1.193 0.990 7.02 6.79 1.206 0.941 0.617 0.907
异戊酸Isovalerate/% 2.15 1.90 2.15 0.215 0.442 2.59 2.17 0.264 0.219 0.036 0.049
异丁酸Isobutyrate/% 1.35 1.26 1.21 0.197 0.770 1.66 1.26 0.179 0.108 0.092 0.180
戊酸Valerate/% 0.51 0.54 0.34 0.093 0.105 0.68 0.55 0.084 0.156 0.017 0.612
乙丙比Acetate:propionate 6.29a 5.63b 5.14b 0.259 0.003 6.01 5.83 0.228 0.165 0.009 0.406

2.5 包被枯草芽孢杆菌对山羊气体排放量的影响

由表7可知,与CON组相比,C1、C2组试验羊的NH3排放量显著降低(P<0.05);与未包被处理相比,包被处理显著降低试验羊的NH3排放量(P<0.05)。各组间CO2、CH4和H2S排放量无显著差异(P>0.05)。交互分析表明,在CO2、NH3、CH4和H2S排放量上,包被与剂量不存在显著交互效应(P>0.05)。
表7 包被枯草芽孢杆菌对山羊气体排放量的影响

Table 7 Effects of coated Bacillus subtilis on gas emission amount of goats

项目
Items		 对照组
CON
group		 包被Coated SEM P值
P-value		 未包被Not coated SEM P值
P-value		 P值P-value
C1组
C1 group		 C2组
C2 group		 NC1组
NC1 group		 NC2组
NC2 group		 包被
Coated		 包被×剂量
Coated×
dosage
二氧化碳CO2/% 584.89 553.87 570.80 15.645 0.143 579.66 583.43 16.191 0.946 0.061 0.553
氨气NH3/(mg/m3) 1.55a 1.27b 1.31b 0.114 0.030 1.39 1.54 0.127 0.361 0.031 0.510
甲烷CH4/L 0.69 0.66 0.67 0.033 0.666 0.67 0.68 0.033 0.869 0.734 0.832
硫化氢H2S/(mg/m3) 0.14 0.14 0.14 0.002 0.292 0.14 0.14 0.001 0.673 0.310 0.936

3 讨论

3.1 包被枯草芽孢杆菌对山羊生长性能以及养分表观消化的影响

枯草芽孢杆菌属于好氧有益菌,在动物生长过程中发挥着积极作用。它可促进动物胃肠道发育,同时分泌蛋白酶、纤维酶、淀粉酶、脂肪酶等多种消化酶。这些酶能够分解大分子物质,产生多种小分子营养成分,便于动物机体直接吸收,动物吸收这些小分子营养成分后,生长性能往往会得到提升[12-13]。
有研究表明,枯草芽孢杆菌能够改善反刍动物的生长性能,提高ADG[14-15]。程连平等[16]研究表明,在饲粮中添加枯草芽孢杆菌对湖羊羔羊的ADG有显著提升作用,且F/G显著降低,提高了饲料的利用率。然而,也有试验表明,芽孢杆菌对反刍动物生长性能影响不显著[4]。刘俊斌等[17]研究发现,在断奶湖羊的饲粮中分别添加不同剂量的枯草芽孢杆菌,对ADG、采食量以及F/G无显著影响,这与本试验所获结果相符。本试验结果表明,饲粮中添加包被与未包被枯草芽孢杆菌对山羊生长性能的影响不显著。不同的研究结果存在差异,主要是可能与菌种选择、活性以及数量,动物品种、日龄以及生理状态,饲养环境以及饲粮配方有关。
养分表观消化率主要是指动物机体消化吸收的营养物质占比,能反映动物对营养物质消化吸收的情况。张娟利等[18]研究发现,饲粮添加枯草芽孢杆菌对13月龄新疆褐牛育肥的养分表观消化率无显著影响。吴江等[15]在育肥肉牛饲粮中添加不同剂量枯草芽孢杆菌制剂对肉牛养分表观消化率没有显著影响。本试验研究结果表明,与CON组相比,添加包被与未包被枯草芽孢杆菌对山羊的EE、CP、ADF、Ca、P表观消化率均有提高但不显著,但C1、C2组山羊ADF表观消化率显著提高,这可能与包被处理后芽孢杆菌能在肠道释放,与其产生的纤维素酶和其他纤维降解酶有关,促进分解纤维成分,提高其消化率。同时,C1、C2组血清中GLU含量显著高于CON组,间接反映了机体消化吸收和营养代谢功能的提高[11]。

3.2 包被枯草芽孢杆菌对山羊血清生化、抗氧化指标的影响

血清生化指标能够反映试验动物机体的代谢水平和健康状态[19-20]。在本试验中,与CON组相比,各组山羊血清ALT、AST活性以及UN、CRE含量无显著差异,添加枯草芽孢杆菌后,山羊肝脏、肾脏等脏器功能以及血脂等营养物质代谢未受不良影响。这一结果与苏勇华等[21]研究发现添加枯草芽孢杆菌对多浪羊血清ALT、AST活性以及UN、CRE含量无显著影响结果一致。血清中TCHO、TG是反映动物机体对能量分解、转化以及利用情况的重要指标。研究发现,枯草芽孢杆菌制剂对荷斯坦奶牛血清T-CHO、TG含量影响不显著[15]。本试验与此结论一致,说明添加枯草芽孢杆菌与未包被枯草芽孢杆菌对山羊的肝脏、肾脏和营养状况无不良影响。
血糖在动物体内扮演着临时能源储备的关键角色,为机体的各类组织、器官以及整个系统提供能量与营养支持,尤其是保障中枢神经正常生理活动的能量供应。维持血糖含量的动态平衡,才能确保机体各器官和组织有充足能量供应。适当提升血糖浓度,有助于增强畜禽对外界环境的抵御能力。血糖是反刍动物能量代谢的关键生理指标。在反刍动物的代谢进程中,血糖大多源于糖异生作用。经此作用合成的肝糖原,能够为机体各组织供应能量,还参与脂肪沉积过程。反刍动物每日所需的GLU大部分经糖异生作用在体内合成,仅有一小部分是从消化道吸收而来[22]。丙酸是糖异生作用的关键前体物质。丙酸经瘤胃壁吸收后,仅有少量会转化为乳酸,而大部分则在肝脏中转化为GLU[23]。有研究发现,饲粮中添加乳酸菌能提高犊牛的血清GLU含量[24]。林谦等[25]研究表明,益生菌与酶制剂添加在肉鸡饲粮中,各试验组与对照组之间血清GLU含量有升高趋势,但差异不显著。本试验与上述结果基本一致,枯草芽孢杆菌无论是包被还是未包被形式,进入山羊的胃肠道后,都能通过自身的生长繁殖,改善胃肠道微生态环境。它可以产生多种消化酶,如淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、葡萄糖苷酶等,分别可催化分解淀粉、纤维素、木聚糖等碳水化合物并促进GLU的吸收。本试验中,C1、C2组山羊血清中GLU含量显著高于CON组,糖异生作用的主要前体物是丙酸,这与C1、C2组山羊瘤胃中丙酸含量显著高于CON组结论相符。包被可保护枯草芽孢杆菌,使其抵御胃酸和胆汁破坏,到达肠道后活性高,同时,包被枯草芽孢菌在肠道特定部位逐步释放,能持久稳定调节GLU代谢,未包被枯草芽孢杆菌则快速接触胃肠道环境,作用直接但时间短。这使其在调节糖类代谢方面与未包被形式效果不同,包被增强了枯草芽孢杆菌的稳定性与活性。
蛋白质于生命活动意义重大,是其他营养物质无法替代的,在机体的构建与营养供给方面作用关键。血清TP主要包含ALB和GLB,这一指标能够反映机体对蛋白质的吸收情况以及代谢水平,是衡量机体蛋白质状况的重要依据,对于了解机体的生理状态有着不可忽视的价值,为判断机体的健康程度和营养状况提供关键信息。有研究发现,在饲粮中添加枯草芽孢杆菌可以提高育肥羊血液中TP、GLB含量[26]。而管晓轩等[27]研究发现,添加地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌对犊牛血清TP、ALB、GLB含量无显著影响。这与本试验结果一致,在本试验中,山羊饲粮中添加包被和未包被的枯草芽孢杆菌后,其血清TP、ALB、GLB含量虽有所上升,但与CON组相比,差异并不显著。有研究认为,枯草芽孢杆菌可促进畜禽消化道蛋白酶分泌,进而改善其生长性能[28],这与本试验的ADG升高但与CON组无显著差异结果一致。
羊体内的抗氧化系统十分复杂,由SOD、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等多种抗氧化酶,以及维生素C、维生素E等非酶抗氧化物质共同构成。MDA作为脂质过氧化反应的最终产物,其在机体内含量的高低,是衡量机体脂质过氧化程度的重要指标。研究表明,枯草芽孢杆菌具有显著的抗氧化特性,能有效缓解体内外氧化应激所致的损伤[29-30]。何振虎等[31]研究发现,在育肥羊的饲粮中添加枯草芽孢杆菌,能够显著提升育肥羊血清中的T-AOC和MDA的含量。吴江等[15]研究表明,在育肥西门塔尔杂交牛饲粮中添加低剂量枯草芽孢杆菌能显著提高T-AOC,但血清中的SOD活性未显著提高。这一结果与本试验结果相似,本试验结果表明,枯草芽孢杆菌能降低血清MDA含量,主要因抗氧化物质能直接阻断脂质过氧化的链式反应,减少MDA的积累。C1、C2组山羊血清T-AOC显著高于CON组,但SOD活性不显著,其原因可能是枯草芽孢杆菌通过代谢产生非酶抗氧化剂对机体内的自由基进行直接中和或通过相关信号通路来调节自由基,也可能由于其他抗氧化酶或物质的协同作用没有达到最佳状态,使得SOD活性未能发生显著变化,但其具体作用机制有待进一步探究。包被形式可能使枯草芽孢杆菌更好地抵达肠道并定植,活性得以更好保持,可能产生更多的抗氧化物质,在提升T-AOC和MDA含量上效果相对更优。

3.3 包被枯草芽孢杆菌对山羊瘤胃发酵的影响

瘤胃正常的pH一般在5.5~7.5,在这个范围内,瘤胃内的微生物可以保持良好的活性,有利于对饲粮进行发酵和消化[32]。在本试验中,各组试验羊的瘤胃pH都处于该正常范围内,且组间无显著差异,这与乌日勒格[33]研究的在育肥羊饲粮中添加枯草芽孢杆菌对其瘤胃pH没有显著影响结果一致。瘤胃中NH3-N的含量与瘤胃中微生物氮的供应状况和瘤胃微生物分解纤维素有关[34],其正常含量在5~30 mg/dL[35]。本试验瘤胃液NH3-N含量为13.58~20.28 mg/dL,在正常范围内,其中C2、NC2组瘤胃液NH3-N含量显著高于CON组,与苏勇华[36]报道的枯草芽孢杆菌能显著提高多浪羊瘤胃NH3-N含量有相似的结果,瘤胃液NH3-N含量随枯草芽孢杆菌剂量增加而升高,NC1、NC2组NH3-N含量升高更为显著,未包被的枯草芽孢杆菌在瘤胃中能更快地与底物接触并发挥作用;而包被组的NH3-N含量增幅较小,可能与包被技术延缓了枯草芽孢杆菌的释放和活性有关。枯草芽孢杆菌可以通过改善瘤胃微生物群落结构,为微生物生长提供有利条件等方式,间接促进MCP的合成[37]。本试验包被的枯草芽孢杆菌在通过瘤胃前段环境时,更好地保护自身活性,到达适宜部位后释放并发挥作用,因此对MCP合成的促进作用可能更显著。它能够在更适宜的时间和位置释放,与瘤胃微生物实现更好的协同作用,提供必要的营养物质或信号分子,促进微生物的生长和繁殖,进而提高MCP的产量。而未包被的枯草芽孢杆菌进入消化道后,会迅速与瘤胃内的微生物和环境相互作用。在某些情况下,如果肉羊瘤胃内的微生物群落对未包被枯草芽孢杆菌的响应迅速,且瘤胃环境适宜其生长繁殖,未包被枯草芽孢杆菌也可能在短期内有效地促进MCP的合成,使瘤胃MCP含量升高[36]。本试验包被与未包被的枯草芽孢杆菌均能促进瘤胃内MCP的合成,包被处理效果更优。
瘤胃VFA主要有乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等成分,其中约95%能被机体利用,可用于氧化供能或者参与脂肪合成过程。有研究发现,在饲粮中添加枯草芽孢杆菌能使绵羊瘤胃中乙丙比降低,使得瘤胃发酵类型转变为丙酸型[38]。丁洪涛等[39]研究表明,添加枯草芽孢杆菌能显著提升瘤胃中总丙酸的含量,同时显著降低乙酸的含量。这与本试验结果相符,瘤胃中总VFA含量无显著差异,然而乙酸、丙酸等含量有所变动。C1、C2组瘤胃中丙酸含量显著高于CON组,乙丙比显著低于CON组。包被枯草芽孢杆菌可能通过调控瘤胃微生物群落结构,抑制了一些主要产生乙酸的微生物的生长,或者改变了代谢途径,使底物转向丙酸型,从而增加丙酸生成量,更有效地改变了乙酸和丙酸的生成比例,降低了乙丙比。

3.4 包被枯草芽孢杆菌对山羊气体排放量的影响

良好的畜禽舍环境是畜禽健康生长的根本保障。王海波等[3]研究发现,添加枯草芽孢杆菌和富硒酵母能使鸡舍内NH3和CO2排放量呈降低趋势但是变化不显著。本试验中,C1、C2组和NC1、NC2组山羊CO2、H2S排放量与CON组相比差异不显著,说明包被与未包被芽孢杆菌在本试验条件下对山羊CO2、H2S排放量影响较小,可能是芽孢杆菌对瘤胃发酵过程中产生CO2的相关代谢途径影响有限,或者羊本身的生理调节机制维持了CO2产生的相对稳定;而H2S主要由瘤胃中含硫氨基酸在脱硫弧菌等产硫化氢菌作用下分解产生。包被或未包被的枯草芽孢杆菌添加后,可能没有显著改变产硫化氢菌的数量、活性及在瘤胃微生物群落中的占比,使得H2S产生量稳定。本试验中,C1、C2组NH3排放量显著低于CON组,这与C1、C2组MCP含量显著高于CON组的结论相契合,较高的MCP产量反映了瘤胃内氮代谢处于相对平衡和高效的状态。MCP的合成和分解是瘤胃氮代谢的重要组成部分[40]。当MCP合成增加时,会促使瘤胃内的氮代谢向有利于合成MCP的方向进行调节。这可能会抑制一些不必要的含氮物质的分解,减少NH3-N的生成,从而降低NH3的排放。有研究表明,瘤胃中丙酸含量与CH4的合成均需要氢,二者具有竞争关系。当丙酸含量增加时,意味着更多的氢被用于丙酸合成,从而减少了用于CH4合成氢的量,使得CH4的合成受到抑制,进而降低肉羊的CH4排放量[12]。而本试验中,C1、C2组丙酸含量显著高于CON组,但是CH4排放量并没有显著降低;可能是产甲烷菌代谢途径和生态位比较独特,可通过其他途径获氢或维持活性,保证CH4持续产生,同时,瘤胃发酵底物丰富,丙酸和产甲烷菌除氢外还有其他底物,丙酸产量提高仅改变部分底物代谢流向,产甲烷菌仍然可以利用其他丰富的底物进行CH4生成,所以CH4排放量没受到显著影响[41]。

4 结论

在本试验条件下,在饲粮中添加包被枯草芽孢杆菌能显著提高山羊的ADF表观消化率、血清GLU含量,调节瘤胃发酵模式(转变为丙酸型),同时NH3排放量显著降低,减少有害气体排放对环境造成的污染,具有较高的生产应用价值。

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