引用本文
康婧鹏, 王文基, 郭亚敏, 景小平, 仲崇亮, 郭伟, 龙瑞军, 周建伟. 不同能量水平低氮饲粮对藏羊表观消化率、氮代谢和生长性能的影响. 草业学报, 2018,27(9): 166-174
KANG Jing-peng, WANG Wen-ji, GUO Ya-min, JING Xiao-ping, ZHONG Chong-liang, GUO Wei, LONG Rui-jun, ZHOU Jian-wei. Effects of different dietary energy levels on apparent digestibility, nitrogen metabolism and growth performance of Tibetan sheep under low nitrogen conditions. Acta Prataculturae Sinica,2018,27(9): 166-174  
Doi:10.11686/cyxb2017443
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不同能量水平低氮饲粮对藏羊表观消化率、氮代谢和生长性能的影响
康婧鹏1, 王文基2, 郭亚敏1, 景小平2, 仲崇亮1, 郭伟1, 龙瑞军2, 周建伟2,3,*
1.兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室,兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州 730020
2.青藏高原生态系统管理国际中心,兰州大学生命科学学院,甘肃 兰州 730000
3.中国科学院西北生态环境资源研究院,甘肃 兰州 730000
*通信作者Corresponding author. E-mail: zhoujw@lzb.ac.cn

作者简介:康婧鹏(1993-),女,甘肃武威人,在读硕士。E-mail: kangjp15@lzu.edu.cn

收稿日期: 2017-10-25
基金项目:国家自然科学基金项目(31601960, 31672453)资助
摘要

试验旨在研究不同能量水平低氮饲粮对藏羊表观消化率、氮代谢和生长性能的影响,为高寒地区反刍家畜冷季补饲提供参考。选取1.5周岁、体重(48.5±1.89) kg和体况相近的健康去势藏羊24只,随机分为低能(LE)、中低能(MLE)、中高能(MHE)和高能(HE)4个处理组,每组6个重复。试验饲粮的粗蛋白质(CP)含量相近[(6.97±0.05)%]而能量不同,其消化能(DE)水平分别为8.21、9.33、10.45和11.57 MJ·kg-1。经过49 d的饲养和全收粪尿法,结果表明:1)藏羊的干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、总能(GE)采食量在各处理组间基本相同( P>0.05),其中DM、GE表观消化率都随着能量水平的提高而线性增加( P<0.05);2)当饲粮能量水平升高时,藏羊血清尿素氮(BUN)浓度线性增加( P<0.05),而游离脂肪酸(FFA)浓度却线性降低( P<0.05);3)随着饲粮能量水平升高,藏羊尿氮排出量线性降低( P<0.05),氮平衡和氮沉积率均线性升高( P<0.05),并且氮沉积率(NDR,%)与饲粮能量水平(DE, MJ·kg-1)呈显著线性正相关,其关系式为NDR=5.2143DE-39.006( R2=0.9616, n=24);4)藏羊的平均日增重(ADG)随着饲粮能量水平的提高而线性增加( P<0.05),除LE组外,其余ADG都为正值。上述研究结果表明,藏羊的蛋白和能量维持需要量较低,低氮条件下提高能量水平可改善藏羊的饲料营养消化率、氮代谢以及生长性能。

关键词: 藏羊; 饲粮能量水平; 表观消化率; 氮代谢; 生长性能
Effects of different dietary energy levels on apparent digestibility, nitrogen metabolism and growth performance of Tibetan sheep under low nitrogen conditions
KANG Jing-peng1, WANG Wen-ji2, GUO Ya-min1, JING Xiao-ping2, ZHONG Chong-liang1, GUO Wei1, LONG Rui-jun2, ZHOU Jian-wei2,3,*
1.State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems, College of Pastoral Agricultural Science and Technology, Lanzhou University, Lanzhou 730020, China
2.International Centre for Tibetan Plateau Ecosystem Management, School of Life Sciences, Lanzhou University, Lanzhou 730000, China
3.Northwest Institute of Eco-Environment and Resource, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China
Abstract

The objective of this study was to investigate the effects of different dietary energy levels on the apparent digestibility, nitrogen metabolism and growth performance of Tibetan sheep under low nitrogen conditions, and thus to provide useful references for the supplementary feeding of alpine ruminants during the cold season. Twenty-four healthy, 1.5-year-old castrated Tibetan sheep with similar body weights (48.5±1.89 kg)were selected and then divided into four treatment groups: LE (low energy), MLE (medium low energy), MHE (medium high energy) and HE (high energy). Each group included 6 replicates. Diets were formulated to have similar crude protein (CP) content (6.97%±0.05%) but four different digestible energy levels: 8.23, 9.31, 10.45 and 11.57 MJ·kg-1 respectively. The animals were fed these diets for 49 days, with total collection of feces and urine for analysis. The results obtained were as follows: 1) Dry matter (DM), CP and gross energy (GE) intakes were similar among the four groups, whereas DM and GE apparent digestibilities all increased linearly with rising dietary energy levels ( P<0.05). 2) Serum free fatty acid (FFA) concentration decreased linearly as dietary energy increased ( P<0.05) while urea nitrogen (BUN) increased ( P<0.05). 3) As dietary energy levels increased, urinary nitrogen excretion decreased linearly ( P<0.05); however, the nitrogen balance and nitrogen deposition rates both increased ( P<0.05). There was a strong linear regression between nitrogen deposition rates (NDR, %) and dietary energy levels (DE, MJ·kg-1): NDR=5.2143DE-39.006 ( R2=0.9616, n=24). 4) With the exception of the low energy group, all the average daily gain (ADG) values were positive and increased linearly with dietary energy ( P<0.05).These results indicate that while the energy and protein requirements of Tibetan sheep are relatively low their apparent digestibility, nitrogen metabolism and growth performance could be improved with supplements of dietary energy.

Keyword: Tibetan sheep; dietary energy level; apparent digestibility; nitrogen metabolism; growth performance

青藏高原被称为地球“ 第三极” , 拥有世界上海拔最高(平均海拔4000 m以上)、面积最大(2.5× 106 km2)和唯一四季放牧利用的高寒草地[1]。藏羊(Ovis aries)是生活在该区域的关键物种之一, 其存栏量为5000万头, 是藏区牧民重要的生产和生活资料[2]。千百年来, 藏羊一直处在传统、粗放的饲养管理模式之下, 全年都在天然草地上放牧而没有任何补饲[3]。由于青藏高原特殊的地理环境和气候条件, 该地区牧草每年的生长期仅为120 d[4], 并且冷季的牧草蛋白含量只有2.96%~10.44%[5]。据报道, 藏羊暖季每天的牧草干物质采食量为116 g· kg-1 BW0.75, 冷季则下降到59 g· kg-1 BW0.75[6]。显而易见, 在漫长的冷季, 藏羊将面临饲草料在数量和质量上的双重胁迫。正因如此, 藏羊一直重复着“ 夏壮、秋肥、冬瘦、春死” 的恶性循环, 生产效率极其低下[7, 8]。

前期的研究发现, 藏羊对饲料营养不足, 尤其是对氮素营养匮乏具有较强的抵抗能力[9, 10]。但就生产实际而言, 藏羊在冷季由于营养亏损而消耗的体重仍占上年秋末最大体重的40%~43%[11], 这可能是由于冷季能量饲料摄入严重不足而引起藏羊在氮素抗逆营养上的潜在机制并未得到充分发挥。同时, 相关研究试验表明在冷季对藏羊补饲燕麦青干草、青贮饲料、精料及营养舔砖均能增加采食水平、提高营养物质利用效率以及改善生长性能[11, 12, 13, 14, 15, 16, 17]。鉴于此, 本试验以模拟青藏高原冷季牧草蛋白水平, 探究能量调控对藏羊饲粮消化率、氮代谢及生长性能的影响, 以期为藏羊冷季科学补饲提供理论依据和技术支撑, 从而实现高寒畜牧业的可持续发展。

1 材料与方法
1.1 试验地点和日期

本试验于2016年10月至2017年1月在甘肃省天祝藏族自治县乌鞘岭试验站(N 37° 14'20.54″, E 102° 48'34.32″, 海拔3150 m)进行。

1.2 试验动物与试验设计

试验采用随机区组设计。选取1.5周岁、体重(48.5± 1.89) kg和体况相近的健康去势藏羊24只, 随机分为4个处理组, 每组6个重复, 分别饲喂低能(low energy, LE)、中低能(medium low energy, MLE)、中高能(medium high energy, MHE)和高能(high energy, HE)饲粮。整个试验包括42 d的饲养试验和7 d的消化代谢试验。为减少藏羊因应激反应而影响试验效果, 在试验正式开始前开展了长达35 d的预饲期, 以使试验动物适应。

1.3 试验饲粮

根据中国肉羊饲养标准(2004)[18]和中国饲料成分与营养价值表(2015)[19]配制了4种蛋白相近而能量不同的饲粮, 其蛋白含量约为7%, 消化能(digestible energy, DE)水平分别为8.21 MJ· kg-1(低能)、9.33 MJ· kg-1(中低能)、10.45 MJ· kg-1(中高能)和11.57 MJ· kg-1(高能)。试验羊所喂粗料为长度1~2 cm的青稞秸秆, 精料为颗粒饲料, 饲粮组成及营养水平见表1。

1.4 饲养管理

试验前利用伊维菌素对藏羊进行驱虫处理, 同时对圈舍及所用器具进行清洁和消毒。试验羊单笼饲养, 每天饲喂2次(8:00和18:00), 精粗料混合饲喂, 饲喂量为4.5% BW0.75· d-1(干物质基础), 自由饮水。在晨饲前收集前1 d剩料, 准确记录每只羊的采食量。

1.5 样品采集与分析

在正饲期的第0、14、28、42天, 对所有试验羊进行空腹称重。在第42天晨饲前, 从藏羊颈静脉采集10 mL血液, 于4 ℃、3000 r· min-1 离心15 min, 取上清分装于1.5 mL 离心管中, -80 ℃保存, 用于血清生化指标的测定。在正饲期第43~49天, 采用全收粪尿法进行消化代谢试验, 记录每只羊每天的粪尿排出量。粪便按四分法取样, 采集其总量的10%装入自封袋中, 于-20 ℃保存备测。尿液利用50%硫酸(pH< 3.0)酸化后, 按其总量的5%取样, 于-20 ℃保存备测。

饲粮及粪样中干物质(dry matter, DM)、总能(gross energy, GE)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)、灰分(ash)、粗蛋白(crude protein, CP)和尿氮的测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[20]。血液生化指标采用全自动生化分析仪(日立7020, 日本)测定, 其中葡萄糖(glucose, GLU)、总甘油三酯(triglyceride, TG)、游离脂肪酸(free fatty acid, FFA)、 总胆固醇(total cholesterol,

表1 试验饲粮原料组成及营养水平 Table 1 The ingredients and nutritional compositions levels of experimental diets

TC)、 总蛋白(total protein, TP)、 白蛋白(albumin, ALB)、球蛋白(globulin, GLB)和尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)浓度测定所用试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。

1.6 计算方法

消化能摄入量(MJ· d-1)=总能-粪能

总能表观消化率=[(总能-粪能)/总能]× 100%

饲粮中某营养物质表观消化率=[(食入某营养物质含量-粪中对应营养物质含量)/

食入某营养物质含量]× 100%

氮平衡(g· d-1)=采食氮量-粪排出氮量-尿排出氮量

氮沉积率=[(采食氮量-粪排出氮量-尿排出氮量)/采食氮量]× 100%

1.7 统计分析

用Excel 2013初步整理试验数据后, 采用SPSS 17.0 中一般线性模型(general linear models, GLM)中的多项式正交对比模块进行单变量分析, P< 0.05表示差异显著。

2 结果与分析
2.1 不同能量水平低氮饲粮对藏羊营养物质摄入量的影响

由表2可知, 随着饲粮能量水平升高, DE摄入量线性增加(P< 0.05), NDF和ADF线性降低(P< 0.05), 而DM、OM、CP和GE不受影响(P> 0.05)。

表2 饲粮能量水平对藏羊营养物质摄入量的影响 Table 2 Effects of dietary energy levels on nutrients intake in Tibetan sheep
2.2 不同能量水平低氮饲粮对藏羊表观消化率的影响

如表3所示, DM、OM和GE的表观消化率均随饲粮能量水平的升高而线性增加(P< 0.05), 但NDF和ADF表观消化率不显著(P> 0.05)。

表3 饲粮能量水平对藏羊表观消化率的影响 Table 3 Effects of energy levels on the apparent digestibilities of dietary nutrients in Tibetan sheep (%)
2.3 不同能量水平低氮饲粮对藏羊血液生化指标的影响

藏羊血液生化指标见表4。随着饲粮能量水平升高, 藏羊血清中BUN浓度线性增加(P< 0.05), FFA线性降低(P< 0.05), 其余指标不受影响(P> 0.05)。

表4 饲粮能量水平对藏羊血液生化指标的影响 Table 4 Effects of energy levels on serum biochemical indices in Tibetan sheep
2.4 不同能量水平低氮饲粮对藏羊氮平衡的影响

由表5可知, 随着饲粮能量水平的升高, 尿氮排出量线性减少(P< 0.05), 氮平衡和氮沉积率都线性增加(P< 0.05), 而氮采食量和粪氮排出量均不受影响(P> 0.05)。氮沉积率(NDR)与饲粮能量水平(DE)之间具有较强的线性相关关系, 其数学模型为:NDR=5.2143DE-39.006 (R2=0.9616, n=24)(图1)。

表5 饲粮能量水平对藏羊氮沉积率的影响 Table 5 Effects of energy levels on N deposition rate in Tibetan sheep

图1 氮沉积率与饲粮能量水平的数学模型Fig.1 The mathematical model of nitrogen deposition rate and dietary energy level

2.5 不同能量水平低氮饲粮对藏羊生长性能的影响

由图2可知, 藏羊平均日增量(average daily gain, ADG)随着饲粮能量水平的升高而线性增加(P< 0.05), LE组呈现负增长。

图2 饲粮能量水平对藏羊生长性能的影响
不同小写字母表示差异显著(P< 0.05)。Fig.2 Effects of dietary energy level on growth performance in Tibetan sheep
Different small letters mean significant difference (P< 0.05).

3 讨论
3.1 不同能量水平低氮饲粮对藏羊采食量和表观消化率的影响

本试验中藏羊的饲粮干物质采食量仅为722.7~777.4 g· d-1, 这可能是由于基础饲粮适口性及营养价值较差所引起, 因为青稞秸秆是一种高纤维、高木质素和低蛋白的农副产品, 这从一定程度上抑制了动物的采食水平。然而, 藏羊干物质摄入量随能量水平升高而呈现增加趋势, 这是因为饲粮中精粗比提高而改善了其适口性。根据试验设计对饲粮的要求, 4种饲粮的粗蛋白含量约为7%, 这与冷季牧草中的蛋白水平相近[6]。虽然GE摄入量在各组间基本相同, 但DE摄入量差异较大, 从低到高依次相当于0.7、0.8、0.9和1.0倍能量维持需要量[假设绵羊消化能(DE)维持需要为488 kJ· kg-1 BW0.75· d-1][21]。

前期的研究发现, 藏系反刍家畜具有较高的NDF消化率, 例如牦牛和藏羊上所报道的数据分别是54.3%~63.1%[7, 22]和63.4%~67.2%[10], 显著高于本研究中的数值(44.0%~49.5%), 这可能是因为饲粮中较低的氮素水平抑制了瘤胃微生物和纤维消化酶活性, 然而该数据却与优质饲粮下奶牛(34.8%~53.0%)[23]和肉牛(41.2%~52.5%)[24]的NDF消化率相近。崔祥[25]在生长母牛上的研究结果表明, 能量水平可以提高饲粮纤维消化率, 而本试验中NDF和ADF消化率均不受影响。藏羊对饲粮DM、OM、GE和Ash的消化率随着饲粮能量水平的升高而增加, 这与前人在绵羊[26]、山羊[27, 28]和犊牛[29]上的研究结果一致。

3.2 不同能量水平低氮饲粮对藏羊血液生化指标的影响

血液生化指标可直观反映机体营养物质的代谢程度及健康状况, 其中GLU、TG 和TC主要衡量动物对糖、脂肪等供能物质吸收、转运及代谢情况。在本试验中, 藏羊血清GLU、TG和TC浓度不受饲粮能量水平影响。程光民等[30]研究表明, 莱宪黑山羊血清GLU浓度在不同能量水平饲粮间无差异; 苏安伟[31]在泌乳水牛上的研究也发现血清TG浓度不受能量水平的影响; 崔晓鹏等[32]报道, 提高饲粮精粗比后妊娠藏羊血清TC浓度无变化。本试验结果与上述报道的研究结果相一致。血清FFA浓度随饲粮能量水平的升高而降低, 这与Chelikani等[33]在犊牛上的研究结果相同, 这是因为血清FFA是动物体内脂肪分解的代谢产物, 饲粮能量水平的增加抑制了机体对脂肪的分解。

尿素循环对维系反刍动物氮平衡具有重要的生物学意义, 尤其是在饲粮氮供应不足时, 80%以上肝脏合成的尿素都可经血液循环以唾液分泌和瘤胃壁渗透的方式进入消化道[3, 34, 35, 36]。尿素分子在水解成铵态氮后被瘤胃微生物重新捕获, 用于合成菌体蛋白, 最终为宿主动物提供氨基酸资源。Sunny等[37]在绵羊上的研究发现, 进入消化道的尿素总量与BUN浓度成正比, 即BUN浓度越大, 进入瘤胃中的尿素越多; 然而, 高浓度的BUN同时也会降低尿素循环效率, 更多的尿素会随尿液排出体外而造成浪费。本试验中藏羊BUN浓度随能量水平升高而增加, 而Bailey等[38]通过对肉牛瘤胃注射葡萄糖和挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的试验表明, 能量补饲可以显著降低BUN浓度, 本试验结果与此正好相反, 这可能与藏系反刍家畜特殊的肾脏生理学机制有关。据报道, 与低海拔牛羊相比, 藏羊和牦牛具有较小的肾小球滤过率和强大的尿素重吸收能力[36, 39], 这使得藏系反刍家畜在维持较高的唾液尿素氮(salivary urea nitrogen, SUN)浓度时不会造成大量的尿素随尿液排出体外。本研究中, 饲粮能量水平的提高增加了瘤胃中可发酵碳水化合物数量, 促进了瘤胃微生物利用循环尿素氮合成菌体蛋白的效率, 因而减少了尿中尿素氮的损失。另外, 饲粮能量水平的提高也可能增强了藏羊肾脏尿素重吸收率, 因而提高了SUN浓度, 最终让更多的尿素循环进入瘤胃, 为微生物菌体蛋白合成提供更多的氮源。藏羊在采食蛋白含量为11%和能量水平为1.2倍维持需要量的饲粮时, BUN浓度高达15.5 mmol· L-1[9], 与低氮条件下牦牛BUN相近(10.4~16.4 mmol· L-1)[40, 41], 本试验中藏羊BUN浓度维持在5.06~6.30 mmol· L-1, 这可能是因为使用了更低水平的蛋白和能量饲粮所致。

3.3 不同能量水平低氮饲粮对藏羊氮代谢的影响

饲粮中最佳的能量与蛋白含量及其比例一直是反刍动物营养研究的热点话题。饲粮中能量水平的提高可以增加动物的蛋白沉积以及减少机体中氨基酸的分解[42]。与此相同, 本试验中藏羊氮平衡随着饲粮能量水平提高而显著增加, 这主要得益于尿氮排出量的减少。研究表明, 在反刍动物复胃灌注蔗糖[43]或丙酸[44]可促进血液中尿素进入瘤胃, 进而减少尿素经尿液而排出体外。因此, 本研究中藏羊尿氮排出量随饲粮能量水平增加而减少的直接原因可能是尿中尿素氮的减少。粪氮主要受采食量的影响[45], 本研究中各处理组间的采食水平相近, 饲粮中氮含量也相同, 所以粪氮排出量无差异。本试验中藏羊的氮采食量是8.68 g· d-1, 仅为相同体重下NRC[46] 绵羊的60%, 然而氮平衡都为正值, 这说明藏羊在氮代谢方面具有低维持需要和高效利用的特点, 从而来应对青藏高原冷季氮素营养胁迫的威胁。通过藏羊氮沉积率与饲粮能量水平的数学模型可以预测, 饲粮中DE含量每增加1 MJ, 氮沉积率可提高5.2%, 这对青藏高原冷季营养物质补饲具有重要的参考意义。

3.4 不同能量水平低氮饲粮对藏羊生长性能的影响

动物的生长性能是其对营养物质的摄入、消化、吸收及沉积的最终体现。本试验中藏羊ADG随着饲粮能量水平提高而显著增加, 这与李瑞丽等[47]、王惠[48]、高晔等[49]在山羊上的研究结果一致。中国肉羊饲养标准(2004)[18]所推荐的50 kg肉羊DE维持需要量为14.3 MJ· d-1, 而本研究中各试验组藏羊DE摄入量依次为6.01、6.82、7.73和8.61 MJ· d-1, 即相当于饲养标准推荐值的42%、48%、54%和60%。结果显示, 除LE组外, 其他组ADG都为正值, 这表明藏羊在能量代谢方面也同样具有低维持需要和高效利用的特点。因此, 如果在冷季对藏羊进行能量补饲可有效减轻其冬季掉膘现象。

4 结论

在低氮条件下提高饲粮能量水平, 可显著提高藏羊对DM、OM和GE的消化能力, 增加氮沉积, 从而改善其生长性能; 同时也表明在冷季通过对藏羊补饲能量饲料的方式来提高其生产力是可行的。

The authors have declared that no competing interests exist.

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