不同精粗比饲粮中添加凝结芽孢杆菌对绵羊羔羊生长性能和消化代谢的影响

王兴岗 张暄梓 杨代毅 郝小燕 张建新

(山西农业大学动物科学学院,太谷 030801)

近几年,随着我国畜牧业不断发展,肉羊养殖逐渐由小规模散养向规模化舍饲养殖转变,但随着舍饲、半舍饲养殖肉羊数量的增多,饲养过程中饲粮搭配不合理、营养不均衡问题凸显,导致肉羊生产效率不高,营养代谢疾病频发,致使养殖经济效益偏低。众所周知,适量的提高饲粮精粗比可以加快动物生长,但饲粮精粗比过高可引起反刍动物瘤胃酸中毒,造成动物疾病。研究发现,饲喂不同精粗比饲粮对断奶羔羊瘤胃发育具有不同的影响,随着精料比例的增加,瘤胃乳头长度和宽度有增加趋势,但瘤胃乳头密度显著降低;饲粮精粗比的变化使瘤胃角化层和肌肉层产生显著差异,说明粗饲料具有粗糙性和研磨值,其高粗纤维含量对瘤胃具有物理刺激作用,一定程度上能够增加瘤胃蠕动,同时促进肌肉层发育,且适宜的粗饲料可对瘤胃角化层的消磨及死亡上皮细胞的清除有积极作用,保证瘤胃上皮的完整性[1]。给湖羊饲喂不同精粗比的饲粮后发现,高精粗比饲粮对湖羊瘤胃菌群丰富度和多样性及瘤胃发酵具有促进作用[2]。

益生菌又称益生素,是绿色的微生物饲料添加剂[3],具有调节反刍动物胃肠道菌群、促进营养物质消化吸收等功能,因而受到了越来越多研究者的关注。凝结芽孢杆菌(Bacilluscoagulans,BC)是一种革兰氏阳性、兼性厌氧、非致病性、芽孢子形成和产生乳酸的细菌[4]。由于其优异的稳定性,已广泛应用于医药、食品和化工行业,被称为“益生菌之王”。最近的研究表明,BC通过调节微生物群组成、宿主免疫和代谢,对肠道疾病具有治疗作用[5]。此外,毒理学实验和大量临床观察表明,BC是安全的,没有致突变性、致畸性或遗传毒性[6]。BC通过产生氨基酸和维生素,分泌α-淀粉酶、木聚糖酶、蛋白酶和脂肪酶,提高动物生长性能和饲料消化率[7]。同时,BC可促进有益菌群的发育,从而创造了一个健康和有效的肠道环境[8]。综上所述,给动物饲喂BC可以提高饲料消化率、促进消化道有益菌群的增殖和消化道健康发育,从而可以使动物快速且健康生长。由于目前只在山羊上进行了添加BC对羔羊生长性能和消化代谢影响的研究,在绵羊上以及饲粮精粗比不同时的影响尚不清楚。因此,本试验在不同精粗比饲粮中添加BC,研究其对绵羊羔羊生长性能和消化代谢的影响,旨在为BC在羔羊生产中的应用提供更多科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验设计

饲养试验于2022年7—10月在山西省右玉县宏宇牧业有限责任公司完成。试验所用BC活菌数为5×109CFU/g。试验采用2×2因子完全随机设计,2个因素分别为精粗比[40∶60(低精料)、70∶30(高精料)]和BC[不添加和添加1.0×1010CFU/kg BC]。选取48只体重[(24.8±1.3) kg]相近的4月龄杜泊×小尾寒羊F1代公羔,随机分为4组,分别饲喂低精料饲粮(LD组)、低精料添加BC饲粮(LD+BC组)、高精料饲粮(HD组)、高精料添加BC饲粮(HD+BC组),每组12只。每只羊采取单栏(0.8 m×2 m)饲养。生长性能试验共计70 d,其中预试期10 d,正试期60 d。参照NY/T 816—2021《肉羊营养需要量》来配制精粗比分别为40∶60(低精料)、70∶30(高精料)的基础饲粮,其组成及营养水平见表1。

表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)

1.2 饲养管理

预试期前对试验羊舍进行彻底清洁、消毒和灭虫处理,同时对所有试验羊剃毛和体内、体外各2次驱虫。预试期对试验羊进行编号和多次称重,分别为筛选48只体重相近羔羊进行第1次称重,集体饲喂2 d后给48只羔羊剃毛标号分栏进行第2次称重,分栏后会给羔羊进行2次驱虫处理,开始每组羔羊体重存在差异,需要进行第3次称重来随机分组,保持每组羔羊平均体重相近。正试期间,所有羔羊饲喂颗粒型全混合日粮(TMR),并且均为自由采食和自由饮水,保持羊舍通风、温度和清洁卫生。将BC提前与少量饲粮混合饲喂,待羔羊采食完全后将剩余料倒入槽内,且保证第2天有料剩余。羔羊每天分为2次饲喂,分别在07:00和17:00饲喂。每天07:00前收集前1天剩料,并称重记录。

1.3 测定指标与测定方法

1.3.1 饲粮中常规营养成分含量的测定

饲粮干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)含量参照AOAC(2012)[10]中方法进行测定;参照Van Soest等[11]的方法测定饲粮中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量;尿能(urinary energy,UE)、粪能(fecal energy,FE)用氧弹量热仪(IKA C 6000 isoperibol Package,德国)检测。

1.3.2 生长性能指标测定

在生长性能试验中,试验羊进行3次称重:正试期第1天为初重(IBW)、正试期第30天为中期重、正试期第60天为末重(FBW),均为晨饲前对所有羊空腹称重。饲养期间记录每日喂料量和剩料量,计算每日采食量,在试验结束后计算平均日采食量(ADFI)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。

1.3.3 粪样、尿样收集与处理

生长性能试验结束后第2天,每组选取6只试验羊放于自制消化代谢笼中进行消化代谢试验(消化代谢笼配备有利于收集粪便的塑料筛网,在筛网下还有一层中间有1个洞的厚塑料布以方便用桶收集尿液)。消化代谢试验共计7 d,其中适应期4 d,取样期3 d。

粪样的收集:晨饲前收集每只羊24 h所排全部粪便,并称重记录。连续收集3 d,按排粪量的10%四分法取样,记录粪样重。一部分粪样加入10%的硫酸(每100 g粪样加10 mL 10%的硫酸)固氮,充分混匀后置于-20 ℃保存。

尿样的收集:于采样前1天向每只尿桶中加入100 mL 10%的硫酸固氮,晨饲前收集每只羊24 h所排全部尿液,用量筒量其体积并记录。将尿样摇匀后,经4层纱布过滤,按1/10取样,连续收集3 d,将样品充分混匀后置于-20 ℃保存。

1.3.4 消化代谢指标测定

将采样期3 d内收集的粪样混匀,称重,然后将其放置于65 ℃烘箱烘48 h,回潮12 h,期间勿打开烘箱,再称重,用于计算粪样初水分。将烘好的粪样经0.4 mm筛粉碎,置于自封袋,用于测定粪样中的DM、OM、CP、NDF、ADF含量。尿液中尿酸含量用尿酸试剂盒(南京建成生物工程研究所生产)进行检测;参考Chen等[12]的方法利用分光光度计(UV1100,上海天美科学仪器有限公司)对尿囊素含量进行测定;黄嘌呤+次黄嘌呤、尿嘌呤衍生物(PD)和瘤胃微生物蛋白(microbial crude protein,MCP)的合成量参照Chen等[12]的方法来估算;甲烷能依据赵一广[13]的甲烷排放量预测模型来估算。消化代谢相关指标计算公式如下:

某养分表观消化率(%)=[(食入某养分质量-粪中某养分质量)/食入某养分质量]×100;可消化氮(g/d)=摄入氮-粪氮;沉积氮(g/d)=摄入氮-粪氮-尿氮;氮表观消化率(%)=[(摄入氮-粪氮)/摄入氮]×100;氮沉积率(%)=(沉积氮/摄入氮)×100;消化能(MJ/d)=摄入总能-粪能;代谢能(MJ/d)=消化能-尿能-甲烷能;总能表观消化率(%)=(消化能/摄入总能)×100;总能代谢率(%)=(代谢能/摄入总能)×100。

1.3.5 血清生化指标测定

在正试期第30天和第60天晨饲前给所有试验羊空腹采血,经颈静脉采取10 mL血液,于37 ℃水浴锅内倾斜30°静置30 min,3 000×g离心10 min,将上清液分装到3个1.5 mL离心管内,置于-20 ℃超低温冰箱保存。

血清生化指标检测试剂盒购于上海酶联生物科技有限公司,具体指标包括谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性与总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UN)含量,采用BS200生化分析仪测定。

1.4 数据处理与统计分析

利用Excel 2010软件将数据进行初步整理,然后使用SPSS 22.0统计软件的两因素方差分析(two-way ANOVA)程序检验2个因素及其交互作用的影响,之后对4组数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA),并采用Duncan氏法进行组间多重比较。结果以平均值±标准差表示,P<0.01表示差异极显著,P<0.05表示差异显著,0.05≤P<0.10表示差异有显著趋势。

2 结果与分析

2.1 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊生长性能的影响

由表2可知,24只饲喂高精料饲粮羔羊的FBW显著高于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.05),ADG极显著高于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01),且F/G极显著低于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01);24只饲喂添加BC饲粮羔羊的ADG显著高于24只饲喂未添加BC饲粮羔羊(P<0.05)。在羔羊生长性能方面,饲粮精粗比和BC之间不存在显著的交互作用(P>0.05)。

表2 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊生长性能的影响

2.2 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊养分表观消化率的影响

由表3可知,24只饲喂高精料饲粮羔羊对DM、OM、NDF的表观消化率极显著高于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01),且ADF的表观消化率极显著低于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01);24只饲喂添加BC饲粮羔羊对DM、OM、NDF的表观消化率显著高于24只饲喂不添加BC饲粮羔羊(P<0.05)。在养分表观消化率方面,饲粮精粗比和BC在羔羊对OM和NDF的表观消化率上存在显著的交互作用(P<0.05)。HD+BC组羔羊对OM和NDF的表观消化率显著高于其他3组(P<0.05)。

表3 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊养分表观消化率的影响

2.3 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊能量代谢的影响

由表4可知,24只饲喂高精料饲粮羔羊的粪能、总能表观消化率、总能代谢率极显著低于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01);24只饲喂添加BC饲粮羔羊的总能表观消化率显著高于24只饲喂不添加BC饲粮羔羊(P<0.05)。在羔羊能量代谢方面,饲粮精粗比和BC在摄入总能、粪能和总能表观消化率上有显著或极显著的交互作用(P<0.05或P<0.01)。LD+BC组的摄入总能显著高于LD组(P<0.05),粪能显著高于其他3组(P<0.05);HD+BC的总能表观消化率显著高于其他3组(P<0.05)。

表4 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊能量代谢的影响

2.4 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊氮代谢的影响

由表5可知,24只饲喂高精料饲粮羔羊对氮的表观消化率极显著高于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.01);24只饲喂添加BC饲粮羔羊在氮代谢指标上与24只饲喂不添加BC饲粮羔羊没有显著差异(P>0.05)。在羔羊氮代谢方面,饲粮精粗比和BC在摄入氮、粪氮、可消化氮、沉积氮及氮沉积率上有显著或极显著的交互作用(P<0.05或P<0.01)。LD+BC组的摄入氮、可消化氮、氮沉积率显著高于LD组(P<0.05),粪氮显著高于HD+BC组(P<0.05),沉积氮显著高于LD组和HD+BC组(P<0.05);HD+BC组的氮表观消化率显著高于LD组和LD+BC组(P<0.05)。

表5 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊氮代谢的影响

2.5 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊尿嘌呤衍生物和MCP合成量的影响

由表6可知,24只饲喂高精料饲粮羔羊的尿囊素、黄嘌呤+次黄嘌呤、总嘌呤衍生物和MCP合成量显著高于24只饲喂低精料饲粮羔羊(P<0.05);24只饲喂添加BC饲粮羔羊在尿嘌呤衍生物以及MCP合成量上与24只饲喂不添加BC饲粮羔羊没有显著差异(P>0.05)。在尿嘌呤衍生物和MCP合成量方面,饲粮精粗比和BC之间不存在显著的交互作用(P>0.05)。

表6 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊尿嘌呤衍生物和MCP合成量的影响

2.6 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊血清生化指标的影响

由表7可知, 24只饲喂高精料饲粮羔羊在血清生化指标上与24只饲喂低精料饲粮羔羊没有显著差异(P>0.05);24只饲喂添加BC饲粮羔羊在血清生化指标上与24只饲喂不添加BC饲粮羔羊没有显著差异(P>0.05)。饲粮精粗比和BC在血清中尿素氮含量上存在显著的交互作用(P<0.05)。LD组血清中尿素氮含量显著高于LD+BC组和HD组(P<0.05),同时HD+BC组显著高于HD组(P<0.05)。

表7 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊血清生化指标的影响

3 讨 论

3.1 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊生长性能的影响

反刍动物拥有特殊的消化道系统,使得饲粮结构成为影响其健康和生长性能的重要因素。粗饲料能够刺激反刍和咀嚼、维持瘤胃液正常pH和瘤胃微生物区系,而精饲料大部分在瘤胃中发酵,产生的丁酸对幼龄反刍动物瘤胃黏膜组织发育具有促进作用,此外,丙酸能通过糖异生作用转化成葡萄糖为机体提供能量,但精饲料比例较高会扰乱瘤胃内环境致使消化功能降低[14]。Venkateswarlu等[15]研究表明,以高粱秸秆为粗饲料,以不同精粗比饲粮饲喂羔羊180 d后发现,精料比例越高,羔羊ADG越大,饲料效率越高。本试验结果上述研究结果基本一致,饲喂精粗比70∶30饲粮的羔羊的ADG极显著高于饲喂精粗比40∶60饲粮的羔羊,同时F/G显著降低。

BC代谢产生的多种营养物质可供机体吸收利用,如氨基酸、维生素、短链脂肪酸和促生长因子等,同时代谢产物中的抑菌活性肽能够降低肠道有害菌数量级;BC在肠道定植,消耗肠道中游离氧,创造低氧环境,抑制需氧型有害菌和腐败微生物生长,在两者共同作用下减少有害菌对营养物质的消耗,从而达到促生长作用。Sun等[16]研究表明,BC在畜牧业上的应用取得了良好的效果。研究显示,在肉鸡饲粮中添加BC可以促进其生长[17],并通过改善肠道菌群平衡来提高饲料转化率[18]。本试验研究结果与此相一致,在饲粮中添加BC可显著提高羔羊的生长性能。

3.2 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊养分表观消化率的影响

饲粮中NDF和ADF含量因饲粮精粗比的不同而存在差异。饲粮NDF含量是影响反刍动物采食量和营养物质消化率等因素的关键,适宜的NDF含量是机体正常生理功能和保障动物健康的重要指标[19]。随着饲粮精粗比的降低,NDF含量提高,NFC含量降低,可发酵碳水化合物比例降低。Valdés等[20]研究发现,随饲粮精粗比的下降,DM、OM表观消化率降低。王文奇等[21]研究表明,随着精料比例的提高,DM、OM的表观消化率均显著提高。本试验中,随着精粗比由70∶30升高到60∶40,饲粮NDF含量由50.33%降低到42.06%,羔羊对DM、OM和NDF的表观消化率呈现极显著升高,这与王文奇等[21]的研究结果相一致;但ADF的表观消化率则极显著降低,这与魏时来等[22]的研究结果相一致,饲粮ADF的表观消化率随饲粮中粗饲料比例的增加而提高。本试验结果之跟前人结果出现差异是由于饲粮组成以及试验动物的年龄、生理状态等存在一定的差异性。

在单胃动物上BC可以通过产生氨基酸和维生素以及分泌α-淀粉酶、木聚糖酶、蛋白酶和脂肪酶来提高动物的生长性能和饲料消化率[7]。BC还产生一些未知的生长促进因子,可以增加肠道蠕动和饲料消化率[23]。张海鹏等[24]研究发现,在鸡饲粮中添加BC(1.0×1010CFU/kg)可提高营养物质的表观消化率。陈坚等[25]研究发现,在山羊饲粮中添加BC可以显著提高饲粮CP和NDF消化率。研究发现,BC可以减少肠道炎症,导致绒毛吸收区域的发展和营养吸收的增强[26];还可以通过增加与营养吸收和运输相关基因的表达水平来促进营养代谢[17]。本试验结果显示,在饲粮中添加BC可显著提高羔羊对DM、OM、NDF的表观消化率。此外,相比于在低精料饲粮中添加BC,在高精料饲粮中添加BC可以更有效地提高羔羊对OM、NDF的表观消化率。这可能是由于饲粮精料比例越高,颗粒密度越高,溶质浓度越高,维持细胞内溶质所需的渗透压就越高,饲粮基质更容易暴露于瘤胃微生物中,从而加速发酵,提高消化率[27]。此外,高精料饲粮添加BC后,BC定植于消化道中产生的乳酸能够降低消化道的pH,从而极大地促进乳酸菌、双歧杆菌等厌氧益生菌的繁殖发育,促进胃肠健康发育,进一步提高肠道对营养物质的消化吸收。

3.3 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊能量代谢的影响

羊在采食饲粮后,饲粮中的蛋白质、碳水化合物和脂肪在机体内经一系列的消化和代谢作用产生的能量,最终以ATP的形式满足机体的需要。其中可发酵碳水化合物产生的乙酸、丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸(VFA)是反刍动物主要的能量来源,VFA能量约占动物摄入消化能的70%～80%[28]。当反刍动物饲粮中NDF含量较高时,乙酸/丙酸值较高,其能量利用率较低,反之利用率则较高。陈志蒙[29]研究发现,饲粮精粗比对VFA的产量没有太大的影响,但对乙酸、丙酸和丁酸等VFA组成比例的影响很大。不同精粗比饲粮对动物能量代谢的影响较大,粪能大约是摄入总能的1/3[30],是饲粮能量中损失最大的部分,粪能的高低与饲料原料组成及特性有很大关系。反刍动物采食精饲料时粪能占总能的20%～30%,采食粗饲料时粪能占总能的40%～50%,采食低质粗饲料时为60%[31]。本试验结果显示,在羔羊摄入总能不显著时,饲喂高精料饲粮羔羊排出的粪能较饲喂低精料饲粮羔羊极显著降低;羔羊的总能表观消化率和总能代谢率能随着精粗比的升高而显著上升,这与王文奇等[21]的研究结果相一致。

BC可以促进各种营养物质的消化和吸收,增加能量的消化吸收;同时,BC产生的L-乳酸可以降低消化道pH,进而抑制部分有害菌群增殖,减少能量的消耗;L-乳酸可以诱导微生物发酵营养物质生成丙酸,促进营养物质的消化吸收。本试验结果表明,饲粮中添加BC可以提高羔羊的总能表观消化率。此外,相比于在低精料饲粮中添加BC,在高精料饲粮中添加BC可以更有效地促进羔羊对总能的消化率。这可能是由于在高精料条件下有充足的碳源,同时BC产生的L-乳酸能进一步促进瘤胃发酵,提高能量的消化吸收。

3.4 不同精粗比饲粮中添加BC对羔羊氮代谢及MCP合成的影响

氮代谢能最直接地反映反刍动物对饲粮中蛋白质的消化、吸收和代谢的情况。反刍动物的代谢蛋白主要由过瘤胃蛋白和MCP组成,两者均需要在小肠中吸收。反刍动物瘤胃微生物利用饲料降解的氮源和碳源合成MCP,MCP中大部分的氮是以游离氨基酸、肽或者蛋白质的形式存在,还有极小一部分存在于核酸中,核酸分解后形成嘌呤进入小肠上皮细胞,经过各种代谢后以嘌呤衍生物的形式随尿排出,因此通过尿中的嘌呤衍生物可计算MCP的合成量[32]。王立志等[33]研究表明,饲粮精料比例的提高促进了饲粮中氮的降解和瘤胃微生物氮的合成,这与本试验结果相一致。在本试验中,羔羊氮的表观消化率和MCP合成量随精粗比升高而有显著升高,但在不同精粗比条件下摄入氮、粪氮和尿氮不存在显著差异,这可能是由于本试验使用的不同精粗比全价混合颗粒料的氮含量一致。王文奇等[21]报道,随着饲粮NDF含量的升高,肉羊CP表观消化率呈现下降趋势,这与本试验结果一致。血清生化指标可以反映机体营养物质消化代谢、生长发育和机体健康状况。适当提高饲粮中精料比例能够提高机体对蛋白质的利用,进而提高营养物质的消化和吸收。但高精料饲粮条件下,瘤胃代谢异常,导致肝脏代谢与功能变化,进而降低氨基酸储存,影响蛋白质的代谢[34];精料比例过低,能量和蛋白质提供不足,影响蛋白质的代谢[35]。这与本试验结果不一致,导致这一现象的原因可能是由于本试验中的2种不同精粗比饲粮是等能等氮的。

陈琴等[36]研究表明,饲粮中添加BC在黔北麻羊上对CP的表观消化率没有显著影响。而陈坚等[25]的研究则显示BC在黔北麻羊上对CP的表观消化率有显著影响。本试验结果与陈琴等[36]的研究相结果相近,在饲粮中添加BC对羔羊氮代谢及MCP合成量没有显著影响,这可能与羊只生长阶段及其胃肠功能发育有关。饲粮中的营养成分被机体消化和吸收后,通过血液输送到各个组织和器官,因此血清生化指标与机体营养吸收、新陈代谢效率密切相关,是评价机体健康状况的重要指标。血清中的尿素氮是由蛋白质分解代谢产生的,其含量能够负面反映出机体对氮源的利用率以及蛋白质的吸收利用程度[37]。本试验结果显示,在低精料饲粮中添加BC可以降低羔羊血清中尿素氮的含量,而在高精饲粮中添加BC则没有此作用;同时,相比于在高精料饲粮中添加BC,在低精料饲粮中添加BC可以更有效地提高羔羊对氮的沉积。这可能是由于在低精料饲粮中添加BC能进一步地促进瘤胃微生物发酵,促进羔羊对蛋白质的消化、吸收和代谢,而高精料饲粮会降低pH,并且添加BC会产生乳酸,进一步降低pH,导致亚急性瘤胃酸中毒,进而造成蛋白质代谢紊乱导致。

4 结 论

饲粮中添加BC较不添加BC可提高绵羊羔羊对饲粮中OM、DM、ADF、NDF的消化吸收,有效提高总能表观消化率,进而促进羔羊生长。相较饲喂精粗比为60∶40的饲粮,饲喂精粗比为70∶30的饲粮可提高绵羊羔羊对饲粮中OM、DM、NDF的消化吸收,有效提高总能消化率、氮表观消化率和MCP合成量,进而提高羔羊的生长性能。因此,BC可以作为一种新型的益生菌制剂应用于羔羊生产中,且在精粗比为70∶30的高精料饲粮中添加效果更优。