2. 新疆畜牧科学院饲料研究所, 乌鲁木齐 830011;
3. 石河子大学动物科技学院, 石河子 832000;
4. 新疆畜牧科学院生物技术研究所, 乌鲁木齐 830011
2. Feed Research Institute, Xinjiang Academy of Animal Sciences, Urumqi 830011, China;
3. School of Animal Science and Technology, Shihezi University, Shihezi 832000, China;
4. Institute of Biotechnology, Xinjiang Academy of Animal Sciences, Urumqi 830011, China
现代养殖环境存在较多应激因素，诸如运输应激、惊吓应激和冷热应激等。低温环境造成的冷应激常存在于冷季养殖生产中，且缺乏较好的应对措施。已有研究表明，冷应激会给畜禽带来综合性的不良反应[1-4]，对机体的免疫系统[5]、血液循环系统及神经系统[6]等生理过程造成不良影响，也会造成氧化应激[7]，使脂质代谢发生改变[8]等。新疆地区处于亚欧大陆腹地，冷季一般始于10月下旬至次年3月中旬，长达150 d左右，气温寒冷[9]。开放式、半开放式或放牧的饲养模式，会使牛、羊饱受风雪低温的考验。这种风雪交加、寒冷漫长的生长环境，会额外增加畜禽的能量消耗，严重影响其生长发育，给畜牧养殖业带来直接的经济损失。
目前国内外对应激的研究较多，但反刍动物冷应激方面的研究仍处于起步阶段，关于如何缓解冷应激的研究较少[10]。某些营养物质如维生素类、氨基酸类、中草药类以及微量元素类等能够参与畜禽机体的冷适应调节，提高生长性能和免疫机能，降低病死率[11]。沙棘叶粉含有黄酮类、蛋白质及多糖类等大量活性成分，具有较强的抗氧化作用和抗菌效果[12-13]，有助提高机体的免疫能力。李帅奇等[14]研究表明，沙棘可以有效刺激小鼠中枢免疫系统的发育，提升外周黏膜器官免疫能力。刘艳丰等[15]研究表明，沙棘叶黄酮可提高绵羊的蛋白质合成，益于提高机体的免疫能力。氯化铵作为非蛋白氮饲料原料，既可作为蛋白质饲料最有效、最直接的替代品，又可以缓解冷应激对机体造成的酸碱平衡紊乱，维持畜禽较高的生长性能。任秀珍[16]研究表明，饲粮中添加氯化铵可调节冷季绵羊血糖和相关激素的变化，缓解应激反应。谷氨酰胺供能于上皮细胞的增殖，在改善肠道结构、提高机体的免疫能力方面发挥重要作用[17]。陈静等[18]研究表明，谷氨酰胺能够提高断奶应激仔猪肠道黏膜的抗氧化性能。李向群等[19]研究表明，谷氨酰胺可以提高肉仔鸡的免疫能力，缓解免疫应激反应。胍基乙酸是合成抗氧化剂肌酸的前体物质，可促进动物能量代谢，提高饲料利用率，增强机体抗氧化能力，减少冷应激造成的氧化应激损伤。李子平等[20]研究表明，胍基乙酸可改善肉鸡的生长性能和抗氧化能力。综上所述，沙棘叶粉、氯化铵、谷氨酰胺、胍基乙酸均具有潜在的抗冷应激价值，经科学比例可配伍成不同复合添加剂。因此，本试验旨在研究复合添加剂对冷季绵羊生长性能和血清生化指标的影响，为指导冷季绵羊生产提供数据参考。
1 材料与方法 1.1 试验场地条件试验场地选址于乌鲁木齐米东区某养殖场，开展时间为2021年2—3月，正值早春低温寒冷时节。如图 1所示，试验期圈舍整体呈现气温低、相对湿度大的特点，最低温度为-11.3 ℃，平均温度为-4.0 ℃；其中-4.0~0 ℃有18 d，-4.0 ℃以下有12 d，多集中于2月中下旬及3月上旬。空气相对湿度在60%~90%的区间内上下浮动，平均值为79.5%。
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图 1 圈舍温度和相对湿度 Fig. 1 Temperature and relative humidity of enclosure |
选用体重[(39.64±2.72) kg]相近、体况健康的6月龄阿勒泰羊公羊60只，随机分为4个组，分别为对照组(CON组)、复合添加剂1组(T1组)、复合添加剂2组(T2组)、复合添加剂3组(T3组)，每组3个重复，每个重复5只羊。对照组饲喂基础饲粮，T1组在基础饲粮中添加2.2%的复合添加剂Ⅰ(沙棘叶粉∶氯化铵∶谷氨酰胺=15 ∶ 5 ∶ 2)，T2组在基础饲粮中添加2.2%的复合添加剂Ⅱ(沙棘叶粉∶氯化铵∶胍基乙酸=15 ∶ 5 ∶ 1)，T3组在基础饲粮中添加2.2%的复合添加剂Ⅲ(沙棘叶粉∶氯化铵∶谷氨酰胺∶胍基乙酸=15 ∶ 5 ∶ 2 ∶ 1)。整个试验期45 d，预试期15 d，正试期30 d。基础饲粮参考《肉用绵羊日营养需要量》(DB65/T 4244—2019)并结合生产实际配制，其组成及营养水平见表 1。
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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 basic diet (DM basis) |
试验前对圈舍进行消杀处理，对试验羊采取驱虫、预防免疫等准备工作。半开放式圈舍饲养模式，全天保持门窗全开的通风状态，以减小室内外温度差异。于圈舍四角及中部距离地面1.5 m处分别挂置5个温湿度计，每天记录圈舍温湿度。基础饲粮以全混合日粮(TMR)形式饲喂，于每日10:00和19:00各饲喂1次，并使剩料量占饲喂量的10%以上，以保证自由采食。为避免低温下水槽结冰导致羊群饮水不足，每日换水多次，以保证自由饮水。
1.4 样品采集与指标测定 1.4.1 生长性能的测定于试验第1天、第15天和第30天早晨分别对羊进行空腹称重，计算平均日增重(ADG)；每日准确记录给料量和剩料量，计算平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。
1.4.2 血清生化指标的测定正试期结束时，每组随机选取10只羊，于晨饲前颈静脉采集血液10 mL。采集的血液样品于室温下静置2 h，然后以3 000 r/min离心15 min分离取上清液，-20 ℃冰箱保存备测。
测定的血清生化指标包括抗氧化指标：超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性和丙二醛(MDA)含量及总抗氧化能力(T-AOC)；免疫指标：免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白G(IgG)、白细胞介素-2(IL-2)含量；酶指标：谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)、乳酸脱氢酶(LDH)、肌酸激酶(CK)活性；蛋白质指标：总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、尿素(UREA)含量；激素指标：生长激素(GH)、促肾上腺皮质激素(ACTH)、皮质醇(COR)、胰岛素(INS)、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素含量。以上指标均委托北京华英生物技术研究所检测。
1.5 数据统计分析试验数据经Excel 2010处理后，使用SPSS 26.0统计软件中的one-way ANOVA程序进行单因素方差分析，并采用Duncan氏法进行多重比较分析，结果以“平均值±标准差”表示，P＜0.05表示差异显著，P＜0.01表示差异极显著。
2 结果 2.1 复合添加剂对冷季绵羊生长性能的影响由表 2可知，各组之间第1天、第15天和第30天体重无显著差异(P>0.05)，各组之间第1~15天、第16~30天和第1~30天ADG无显著差异(P>0.05)。T1组和T3组第1~15天、第16~30天和第1~30天ADFI极显著高于对照组(P < 0.01)；T2组第1~15天ADFI显著高于对照组(P < 0.05)，第16~30天和第1~30天ADFI极显著高于对照组(P < 0.01)。T1组和T3组第1~15天F/G极显著低于对照组和T2组(P < 0.01)，T3组第1~30天F/G极显著低于T2组(P < 0.01)，T1组第1~30天F/G显著低于T2组(P < 0.05)。
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表 2 复合添加剂对冷季绵羊生长性能的影响 Table 2 Effects of compound additives on growth performance of sheep in cold season |
由表 3可知，各组之间血清ALB和UREA含量无显著差异(P>0.05)。T3组血清TP含量显著高于对照组(P < 0.05)。T3组血清GLB含量极显著高于对照组(P < 0.01)，T1组血清GLB含量显著高于对照组(P < 0.05)。
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表 3 复合添加剂对冷季绵羊血清蛋白质指标的影响 Table 3 Effects of compound additives on serum protein indexes of sheep in cold season |
由表 4可知，各组之间血清IgG含量无显著差异(P>0.05)。T3组血清IgM含量显著高于对照组和T2组(P < 0.05)。T3组血清IgA含量显著高于对照组(P < 0.05)。对照组血清IL-2含量最高，极显著高于其他各组(P < 0.01)；T1组血清IL-2含量显著高于T2组(P < 0.05)，极显著高于T3组(P < 0.01)；T2组血清IL-2含量显著高于T3组(P < 0.05)。
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表 4 复合添加剂对冷季绵羊血清免疫指标的影响 Table 4 Effects of compound additives on serum immune indexes of sheep in cold season |
由表 5可知，各组之间血清AST、LDH和CK活性无显著差异(P>0.05)。T2组血清ALT活性显著高于其他各组(P < 0.05)。T2组血清ALP活性极显著高于T1组(P < 0.01)。
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表 5 复合添加剂对冷季绵羊血清酶指标的影响 Table 5 Effects of compound additives on serum enzyme indexes of sheep in cold season |
由表 6可知，T3组血清GH含量显著高于对照组(P < 0.05)，血清INS、ACTH、COR、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素含量极显著低于对照组(P < 0.01)。T2组血清INS、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素含量显著低于对照组(P < 0.05)，血清COR和ACTH含量极显著低于对照组(P < 0.01)。T1组血清ACTH、COR含量极显著低于对照组(P < 0.01)。
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表 6 复合添加剂对冷季绵羊血清激素指标的影响 Table 6 Effects of compound additives on serum hormone indexes of sheep in cold season |
由表 7可知，T3组血清T-AOC和SOD、GSH-Px活性极显著高于对照组(P < 0.01)，血清MDA含量极显著低于对照组(P < 0.01)。T2组血清T-AOC和SOD活性极显著高于对照组(P < 0.05)，血清MDA含量极显著低于对照组(P < 0.01)。T1组血清T-AOC极显著高于对照组(P < 0.05)，血清MDA含量极显著低于对照组(P < 0.01)。
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表 7 复合添加剂对冷季绵羊血清抗氧化指标的影响 Table 7 Effects of compound additives on serum antioxidant indexes of sheep in cold season |
生长性能是反映冷应激最直接的客观指标。冬季畜禽生产面临着低温环境的考验，为了抵御低温环境，动物会消耗过多的能量来维持自身代谢平衡。本试验应用的复合添加剂可从增强机体免疫能力、提高抗氧化能力及改善肠道结构等方面提升绵羊对低温环境的适应能力，减缓冷应激造成的负面影响。冷应激往往引发氧化应激，沙棘叶中的活性成分可提高抗氧化能力来缓解冷应激造成的机体损伤。杨岚等[21]研究表明，沙棘叶黄酮具有明显的抗氧化作用；冯欣欣等[22]研究表明，沙棘叶黄酮提取物可以增强大鼠机体的非特异性免疫功能。氯化铵既是非蛋白氮饲料原料又是很好的酸化剂，有助于维持内环境的酸碱平衡，减缓冷应激引起的代谢紊乱。谷氨酰胺有助改善肠道黏膜结构，提高营养物质的消化率，补充机体在寒冷环境下额外产生的能量消耗。肖双双等[23]研究发现，饲粮中添加2.0%谷氨酰胺可以显著提高冷应激肉鸡ADFI、ADG和饲料转化率。胍基乙酸可促进肌肉的能量代谢，提高能量利用率，在冷应激时起到很好的供能作用。刘笑梅等[24]研究发现，饲粮中添加适宜水平的胍基乙酸可提高羔羊的ADG，降低F/G，改善肉品质。本试验中，T1组和T3组第1~30天ADG较对照组提高了15%以上，表明复合添加剂Ⅰ和Ⅲ对冷季绵羊的生长发育产生了很好的促进作用；T2组第16~30天ADG对照组有所提高，推测初始冷应激状态下，复合添加剂Ⅱ中的胍基乙酸首先供能于磷酸肌酸和ATP等高能量物质的利用，以满足机体抵御寒冷产生的额外能量消耗[25]。绵羊对冷应激适应后，胍基乙酸减少了体内精氨酸和甘氨酸的消耗，为氨基酸和蛋白质的合成创造了有利条件，进而促进了机体的快速生长。T2组的第1~30天F/G极显著高于T3组，显著高于T1组，可能是T1组和T3组中的谷氨酰胺有效促进了肠道上皮细胞的发育，修复了冷应激造成的肠道损伤，配合添加剂中沙棘叶黄酮、多糖等营养物质的供应，提高了机体免疫能力和饲料的利用率，进而促进了冷季绵羊的生长发育。
3.2 复合添加剂对冷季绵羊血清生化指标的影响血清生化指标能够反映机体内环境稳态、体内营养维持状态、组织细胞机能变化以及物质代谢情况等[26]。冷应激往往会引起血清生化指标的改变。所以可借助血清生化指标间接反映动物受冷应激影响情况。
动物处于低温冷应激状态时，体内蛋白质的合成速率降低，代谢速率加快[27]。血清TP是血清固体成分中含量最多的物质，在正常范围内，TP含量的提升有利于提高机体代谢水平，增强免疫功能，间接反映了动物的营养状况[28]；ALB主要参与机体代谢物运输和蛋白质供应作用等；UREA含量则反映动物机体对蛋白质和氨基酸的利用程度。Dzadzovski等[29]研究表明，寒冷环境下的妊娠母羊比适宜环境下的非妊娠母羊血清中葡萄糖和蛋白质含量显著降低。本试验中，与对照组相比，T1组、T2组和T3组血清TP、GLB和UREA含量均有所提高，其中T3组血清TP含量显著提高，GLB含量极显著提高，说明复合添加剂提高了冷季绵羊体内蛋白质的合成速率，为机体抵御寒冷提供了更多的能量。
冷季低温环境下，动物机体的免疫系统较为薄弱，易受病菌的侵袭，抗病力下降。免疫球蛋白是参与机体免疫作用最重要的抗体之一，能够特异性的识别并结合病毒或细菌，中和细菌毒素，使其丧失致病作用。IgG是血液中含量最高的免疫球蛋白，也是初级免疫应答最持久的抗体，它能够使病菌失去感染宿主的能力。一定范围内，血清IgG含量增加，机体免疫功能增加[30]。IL-2是在炎症反应中具有启动作用的抗炎性细胞因子，其含量的多少可视作衡量机体免疫系统活化程度的标准，是机体是否产生细胞免疫的重要标志之一[31]。本试验结果显示，复合添加剂对各组血清IgM、IgA和IL-2含量均存在显著或极显著影响，其中T3组血清IgM和IgA含量显著高于对照组，IgG含量也高于其他各组，表明复合添加剂能提高绵羊血清IgM和IgA含量，也有提高血清IgG含量的趋势。冷应激能够扰乱免疫系统的动态平衡，导致相关指标改变。郭爽等[32]研究表明，相比于正常环境，处于冷应激环境下的大鼠血清IL-2、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-4(IL-4)等含量有上升的趋势。而在本试验中，T1组、T2组和T3组血清IL-2含量均极显著低于对照组。由此推测，添加复合添加剂可能有助于冷季绵羊免疫器官的发育，可从提升机体非特异性防御能力方面来缓解冷应激产生的负面影响。
AST和ALT主要存在于肝脏组织中，是反映肝脏功能的2个重要指标，它们参与调节机体蛋白质代谢，在氨基酸降解过程中发挥重要作用。正常情况下，血清AST活性较低，冷应激导致机体肝细胞受损，会使AST活性和AST/ALT明显升高[33]。ALP是消化代谢的关键酶，它反映动物的生长性能，也和肝功能有密切的联系，ALP活性升高是肝功能受损的表现之一[34]。本试验中，与对照组相比，T1组和T3组血清ALT和ALP活性有所降低，表明复合添加剂可缓解冷应激对机体肝功能造成的负面影响，而T2组血清AST、ALT、ALP和LDH活性均高于其他各组，可能是复合添加剂Ⅱ的组合效应导致，还需进一步探究。CK在体内主要促进磷酸激酶转化为肌酸和ATP，起供能作用。CK和LDH是反映机体能量代谢的重要生化指标，血清CK活性会随机体代谢增强而增加。动物应激状态下，血清CK活性会有所增加。本试验中，T2组和T3组血清CK活性均较对照组有所降低，表明复合添加剂Ⅱ和Ⅲ有效缓解了冷应激对机体的负面影响，降低了能量消耗，从而有利于机体营养物质的积累，促进生长发育。
在应激环境下，动物血液中激素、酶等会动态调整达到新的平衡，以便机体更好的适应环境变化。ACTH、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素等是肾上腺髓质(SAM)、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)和下丘脑-垂体-甲状腺(HPT)三大神经内分泌系统中重要的激素，它们参与机体体热调节，其含量的多少受机体内环境稳态的影响。冷季低温环境下遭受冷应激的动物体内动态平衡被打破，内环境发生紊乱。此时参与体热调节的三大神经内分泌系统被激活，ACTH、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素等激素分泌增加，机体产热增加。INS是调控体内营养代谢的重要激素[35]；COR常被作为评价应激的指标，负责糖、蛋白质和脂肪代谢的调节，主要功能是增加糖异生，在应激状态下维持机体生理功能的平衡。应激会使大鼠的血清COR含量显著提高[36]；GH由垂体前叶分泌，能够促进蛋白质合成和脂肪的分解，促进骨骼、内脏和全身的生长发育。正常范围内，GH含量越高越有利于机体的生长。王喜伟等[37]研究表明，冷应激可抑制GH的分泌，影响小鼠的生长发育。本试验结果显示，T1组、T2组和T3组血清GH含量均高于对照组，且T3组血清GH含量显著高于对照组，表明复合添加剂可能对冷季绵羊的生长发育产生促进作用。白丹丹[38]探究不同季节冷热应激对三河牛血清生化指标的影响，结果表明，冬季时血清ACTH、葡萄糖、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素含量显著高于春季和夏季。陈浩等[39]研究表明，冬季低温环境对蒙古母牛造成了冷应激刺激，HPT轴和HPA轴被激活，机体增加产热以抵抗低温环境，其血清ACTH、三碘甲状腺原氨酸、甲状腺素和GH等激素含量显著升高。本试验结果显示，T3组血清INS、三碘甲状腺原氨酸和甲状腺素的含量极显著低于对照组，血清GH含量显著高于对照组；T1组、T2组和T3组血清COR和ACTH含量极显著低于对照组，表明复合添加剂有助于缓解低温环境对绵羊产生的负面影响。
3.3 复合添加剂对冷季绵羊抗氧化能力的影响动物机体在长期进化过程中形成了一个天然的抗氧化防御系统，该系统可以有效清除体内自由基，使细胞免受自由基损害而发生病理变化[40]。SOD和GSH-Px参与构成抗氧化防御系统的酶促体系，主要从消除自由基和活性氧、分解过氧化物及去除具有催化作用的金属离子3个方面发挥抗氧化作用。抗氧化防御体系中各组分相辅相成，共同发挥作用，维持着机体促氧化和抗氧化之间的动态平衡[41]。SOD能够避免细胞膜发生脂质过氧化反应，保护细胞膜免受氧化损伤，在调节体内氧化还原方面具有重要作用。因此可把它看作体内自由基的天然清除剂，其活性间接反映着自由基在体内的代谢状况以及机体消除自由基的能力。GSH-Px作为催化过氧化物分解酶，可通过催化谷胱甘肽过氧化物的还原反应发挥自由基清除作用，阻止自由基侵袭生物大分子，提高机体免疫能力和抗病能力[42]。T-AOC代表机体的总体抗氧化能力，是衡量生物体内酶类及非酶类抗氧化物调节氧化还原能力的综合性指标[43]。当它们的活性较高时，则在一定程度上表明机体的抗氧化能力在一定程度上有所增强，利于动物的生长和发育。MDA可以间接反映机体氧化损伤的程度。根据自由基学说，生物体内自由基的产生、利用和消除之间存在动态平衡，冷应激状态时，机体抗氧化和促氧化之间的平衡被打破，体内产生大量自由基，导致脂质过氧化，进而产生脂质过氧化产物MDA[44-45]。张燕等[46]研究发现，相比舍内，舍外低温环境下荷斯坦奶牛血清总超氧化物歧化酶(T-SOD)和铜锌超氧化物歧化酶(CuZn-SOD)活性显著降低，血清MDA含量显著增多。高静雯等[47]研究不同程度低温条件下绵羊体内参与能量代谢与氧化代谢的变化过程，结果表明，低温环境带来的冷应激刺激导致绵羊体内发生过氧化损伤，血清SOD和GSH-Px活性不同程度下降，导致机体抗氧化能力有所下降。本研究中，与对照组相比，T1组、T2组和T3组血清T-AOC极显著升高，血清MDA含量极显著降低，侧面表明复合添加剂能够改善冷应激对绵羊造成的负面影响，助于提升机体的抗氧化能力，使细胞免受氧化损伤，进而提高机体抵御寒冷的能力。
4 结论本试验条件下，饲粮中添加复合添加剂能够促进冷季绵羊生长发育，增强机体免疫机能，提高抗氧化能力。综合试验结果，复合添加剂Ⅲ(沙棘叶粉∶氯化铵∶谷氨酰胺∶胍基乙酸=15 ∶ 5 ∶ 2 ∶ 1)对冷季绵羊生产应用效果较好。
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