不同能量水平低氮飼糧對藏羊表觀消化率、 氮代謝和生長性能的影響

康婧鵬，王文基，郭亞敏，景小平，仲崇亮，郭偉，龍瑞軍，周建偉,3*

(1.蘭州大學草地農業生態系統國家重點實驗室，蘭州大學草地農業科技學院，甘肅 蘭州 730020；2.青藏高原生態系統管理國際中心， 蘭州大學生命科學學院，甘肅 蘭州 730000；3.中國科學院西北生態環境資源研究院，甘肅 蘭州 730000)

青藏高原被稱為地球“第三極”，擁有世界上海拔最高(平均海拔4000 m以上)、面積最大(2.5×106km2)和唯一四季放牧利用的高寒草地[1]。藏羊(Ovisaries)是生活在該區域的關鍵物種之一，其存欄量為5000萬頭，是藏區牧民重要的生產和生活資料[2]。千百年來，藏羊一直處在傳統、粗放的飼養管理模式之下，全年都在天然草地上放牧而沒有任何補飼[3]。由于青藏高原特殊的地理環境和氣候條件，該地區牧草每年的生長期僅為120 d[4]，并且冷季的牧草蛋白含量只有2.96%～10.44%[5]。據報道，藏羊暖季每天的牧草干物質采食量為116 g·kg-1BW0.75，冷季則下降到59 g·kg-1BW0.75[6]。顯而易見，在漫長的冷季，藏羊將面臨飼草料在數量和質量上的雙重脅迫。正因如此，藏羊一直重復著“夏壯、秋肥、冬瘦、春死”的惡性循環，生產效率極其低下[7-8]。

前期的研究發現，藏羊對飼料營養不足，尤其是對氮素營養匱乏具有較強的抵抗能力[9-10]。但就生產實際而言，藏羊在冷季由于營養虧損而消耗的體重仍占上年秋末最大體重的40%～43%[11]，這可能是由于冷季能量飼料攝入嚴重不足而引起藏羊在氮素抗逆營養上的潛在機制并未得到充分發揮。同時，相關研究試驗表明在冷季對藏羊補飼燕麥青干草、青貯飼料、精料及營養舔磚均能增加采食水平、提高營養物質利用效率以及改善生長性能[11-17]。鑒于此，本試驗以模擬青藏高原冷季牧草蛋白水平，探究能量調控對藏羊飼糧消化率、氮代謝及生長性能的影響，以期為藏羊冷季科學補飼提供理論依據和技術支撐，從而實現高寒畜牧業的可持續發展。

1 材料與方法

1.1 試驗地點和日期

本試驗于2016年10月至2017年1月在甘肅省天祝藏族自治縣烏鞘嶺試驗站(N 37°14′20.54″，E 102°48′34.32″，海拔3150 m)進行。

1.2 試驗動物與試驗設計

試驗采用隨機區組設計。選取1.5周歲、體重(48.5±1.89) kg和體況相近的健康去勢藏羊24只，隨機分為4個處理組，每組6個重復，分別飼喂低能(low energy, LE)、中低能(medium low energy, MLE)、中高能(medium high energy, MHE)和高能(high energy, HE)飼糧。整個試驗包括42 d的飼養試驗和7 d的消化代謝試驗。為減少藏羊因應激反應而影響試驗效果，在試驗正式開始前開展了長達35 d的預飼期，以使試驗動物適應。

1.3 試驗飼糧

根據中國肉羊飼養標準(2004)[18]和中國飼料成分與營養價值表(2015)[19]配制了4種蛋白相近而能量不同的飼糧，其蛋白含量約為7%，消化能(digestible energy, DE)水平分別為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)。試驗羊所喂粗料為長度1～2 cm的青稞秸稈，精料為顆粒飼料，飼糧組成及營養水平見表1。

1.4 飼養管理

試驗前利用伊維菌素對藏羊進行驅蟲處理，同時對圈舍及所用器具進行清潔和消毒。試驗羊單籠飼養，每天飼喂2次(8:00和18:00)，精粗料混合飼喂，飼喂量為4.5% BW0.75·d-1(干物質基礎)，自由飲水。在晨飼前收集前1 d剩料，準確記錄每只羊的采食量。

1.5 樣品采集與分析

在正飼期的第0、14、28、42天，對所有試驗羊進行空腹稱重。在第42天晨飼前，從藏羊頸靜脈采集10 mL血液，于4 ℃、3000 r·min-1離心15 min，取上清分裝于1.5 mL 離心管中，-80 ℃保存，用于血清生化指標的測定。在正飼期第43～49天，采用全收糞尿法進行消化代謝試驗，記錄每只羊每天的糞尿排出量。糞便按四分法取樣，采集其總量的10%裝入自封袋中，于-20 ℃保存備測。尿液利用50%硫酸(pH<3.0)酸化后，按其總量的5%取樣，于-20 ℃保存備測。

飼糧及糞樣中干物質(dry matter, DM)、總能(gross energy, GE)、中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)、灰分(ash)、粗蛋白(crude protein, CP)和尿氮的測定參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[20]。血液生化指標采用全自動生化分析儀(日立7020，日本)測定，其中葡萄糖(glucose, GLU)、總甘油三酯(triglyceride, TG)、游離脂肪酸(free fatty acid, FFA)、 總膽固醇(total cholesterol,TC)、 總蛋白(total protein, TP)、 白蛋白(albumin, ALB)、球蛋白(globulin, GLB)和尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)濃度測定所用試劑盒由南京建成生物工程研究所提供。

表1 試驗飼糧原料組成及營養水平Table 1 The ingredients and nutritional compositions levels of experimental diets

1預混料每千克含The premix provided the following per kg of diets：維生素A Vitamin A 1700 IU，維生素D Vitamin D 190 IU，維生素E Vitamin E 18 IU，鈷Cobalt 0.30 mg，銅Copper 17 mg，碘Iodine 1.5 mg，鐵Iron 70 mg，錳Manganese 38 mg，硒Selenium 0.28 mg，鋅Zinc 40 mg.

2消化能為計算值，參考中國飼料成分與營養價值表(2015)[19]計算。其余為實測值。Digestible energy was a calculated value according to Chinese Feed Ingredients and Nutritional Value table (2015)[19]. Others were measured values.

1.6 計算方法

消化能攝入量(MJ·d-1)=總能-糞能

總能表觀消化率=[(總能-糞能)/總能]×100%

飼糧中某營養物質表觀消化率=[(食入某營養物質含量-糞中對應營養物質含量)/ 食入某營養物質含量]×100%

氮平衡(g·d-1)=采食氮量-糞排出氮量-尿排出氮量

氮沉積率=[(采食氮量-糞排出氮量-尿排出氮量)/采食氮量]×100%

1.7 統計分析

用Excel 2013初步整理試驗數據后，采用SPSS 17.0 中一般線性模型(general linear models，GLM)中的多項式正交對比模塊進行單變量分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同能量水平低氮飼糧對藏羊營養物質攝入量的影響

由表2可知，隨著飼糧能量水平升高，DE攝入量線性增加(P<0.05)，NDF和ADF線性降低(P<0.05)，而DM、OM、CP和GE不受影響(P>0.05)。

表2 飼糧能量水平對藏羊營養物質攝入量的影響Table 2 Effects of dietary energy levels on nutrients intake in Tibetan sheep

LE：低能飼糧組Low energy diet group；MLE：中低能飼糧組Medium low energy diet group；MHE：中高能飼糧組Medium high energy diet group；HE：高能飼糧組High energy diet group. E-L：飼糧能量水平線性效應Linear effect of dietary energy level；E-Q：飼糧能量水平二次曲線效應Quadratic effect of dietary energy level；E-C：飼糧能量水平三次曲線效應Cubic effect of dietary energy level. 下同The same below.

2.2 不同能量水平低氮飼糧對藏羊表觀消化率的影響

如表3所示， DM、OM和GE的表觀消化率均隨飼糧能量水平的升高而線性增加(P<0.05)，但NDF和ADF表觀消化率不顯著(P>0.05)。

表3 飼糧能量水平對藏羊表觀消化率的影響Table 3 Effects of energy levels on the apparent digestibilities of dietary nutrients in Tibetan sheep (%)

2.3 不同能量水平低氮飼糧對藏羊血液生化指標的影響

藏羊血液生化指標見表4。隨著飼糧能量水平升高，藏羊血清中BUN濃度線性增加(P<0.05)，FFA線性降低(P<0.05)，其余指標不受影響(P>0.05)。

表4 飼糧能量水平對藏羊血液生化指標的影響Table 4 Effects of energy levels on serum biochemical indices in Tibetan sheep

2.4 不同能量水平低氮飼糧對藏羊氮平衡的影響

由表5可知，隨著飼糧能量水平的升高，尿氮排出量線性減少(P<0.05)，氮平衡和氮沉積率都線性增加(P<0.05)，而氮采食量和糞氮排出量均不受影響(P>0.05)。氮沉積率(NDR)與飼糧能量水平(DE)之間具有較強的線性相關關系，其數學模型為：NDR=5.2143DE-39.006 (R2=0.9616，n=24)(圖1)。

表5 飼糧能量水平對藏羊氮沉積率的影響Table 5 Effects of energy levels on N deposition rate in Tibetan sheep

2.5 不同能量水平低氮飼糧對藏羊生長性能的影響

圖1 氮沉積率與飼糧能量水平的數學模型Fig.1 The mathematical model of nitrogen deposition rate and dietary energy level

由圖2可知，藏羊平均日增量(average daily gain，ADG)隨著飼糧能量水平的升高而線性增加(P<0.05)，LE組呈現負增長。

3 討論

3.1 不同能量水平低氮飼糧對藏羊采食量和表觀消化率的影響

本試驗中藏羊的飼糧干物質采食量僅為722.7～777.4 g·d-1，這可能是由于基礎飼糧適口性及營養價值較差所引起，因為青稞秸稈是一種高纖維、高木質素和低蛋白的農副產品，這從一定程度上抑制了動物的采食水平。然而，藏羊干物質攝入量隨能量水平升高而呈現增加趨勢，這是因為飼糧中精粗比提高而改善了其適口性。根據試驗設計對飼糧的要求，4種飼糧的粗蛋白含量約為7%，這與冷季牧草中的蛋白水平相近[6]。雖然GE攝入量在各組間基本相同，但DE攝入量差異較大，從低到高依次相當于0.7、0.8、0.9和1.0倍能量維持需要量[假設綿羊消化能(DE)維持需要為488 kJ·kg-1BW0.75·d-1][21]。

圖2 飼糧能量水平對藏羊生長性能的影響Fig.2 Effects of dietary energy level on growth performance in Tibetan sheep 不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。 Different small letters mean significant difference (P<0.05).

前期的研究發現，藏系反芻家畜具有較高的NDF消化率，例如牦牛和藏羊上所報道的數據分別是54.3%～63.1%[7,22]和63.4%～67.2%[10]，顯著高于本研究中的數值(44.0%～49.5%)，這可能是因為飼糧中較低的氮素水平抑制了瘤胃微生物和纖維消化酶活性，然而該數據卻與優質飼糧下奶牛(34.8%～53.0%)[23]和肉牛(41.2%～52.5%)[24]的NDF消化率相近。崔祥[25]在生長母牛上的研究結果表明，能量水平可以提高飼糧纖維消化率，而本試驗中NDF和ADF消化率均不受影響。藏羊對飼糧DM、OM、GE和Ash的消化率隨著飼糧能量水平的升高而增加，這與前人在綿羊[26]、山羊[27-28]和犢牛[29]上的研究結果一致。

3.2 不同能量水平低氮飼糧對藏羊血液生化指標的影響

血液生化指標可直觀反映機體營養物質的代謝程度及健康狀況，其中GLU、TG 和TC主要衡量動物對糖、脂肪等供能物質吸收、轉運及代謝情況。在本試驗中，藏羊血清GLU、TG和TC濃度不受飼糧能量水平影響。程光民等[30]研究表明，萊憲黑山羊血清GLU濃度在不同能量水平飼糧間無差異；蘇安偉[31]在泌乳水牛上的研究也發現血清TG濃度不受能量水平的影響；崔曉鵬等[32]報道，提高飼糧精粗比后妊娠藏羊血清TC濃度無變化。本試驗結果與上述報道的研究結果相一致。血清FFA濃度隨飼糧能量水平的升高而降低，這與Chelikani等[33]在犢牛上的研究結果相同，這是因為血清FFA是動物體內脂肪分解的代謝產物，飼糧能量水平的增加抑制了機體對脂肪的分解。

尿素循環對維系反芻動物氮平衡具有重要的生物學意義，尤其是在飼糧氮供應不足時，80%以上肝臟合成的尿素都可經血液循環以唾液分泌和瘤胃壁滲透的方式進入消化道[3,34-36]。尿素分子在水解成銨態氮后被瘤胃微生物重新捕獲，用于合成菌體蛋白，最終為宿主動物提供氨基酸資源。Sunny等[37]在綿羊上的研究發現，進入消化道的尿素總量與BUN濃度成正比，即BUN濃度越大，進入瘤胃中的尿素越多；然而，高濃度的BUN同時也會降低尿素循環效率，更多的尿素會隨尿液排出體外而造成浪費。本試驗中藏羊BUN濃度隨能量水平升高而增加，而Bailey等[38]通過對肉牛瘤胃注射葡萄糖和揮發性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)的試驗表明，能量補飼可以顯著降低BUN濃度，本試驗結果與此正好相反，這可能與藏系反芻家畜特殊的腎臟生理學機制有關。據報道，與低海拔牛羊相比，藏羊和牦牛具有較小的腎小球濾過率和強大的尿素重吸收能力[36,39]，這使得藏系反芻家畜在維持較高的唾液尿素氮(salivary urea nitrogen, SUN)濃度時不會造成大量的尿素隨尿液排出體外。本研究中，飼糧能量水平的提高增加了瘤胃中可發酵碳水化合物數量，促進了瘤胃微生物利用循環尿素氮合成菌體蛋白的效率，因而減少了尿中尿素氮的損失。另外，飼糧能量水平的提高也可能增強了藏羊腎臟尿素重吸收率，因而提高了SUN濃度，最終讓更多的尿素循環進入瘤胃，為微生物菌體蛋白合成提供更多的氮源。藏羊在采食蛋白含量為11%和能量水平為1.2倍維持需要量的飼糧時，BUN濃度高達15.5 mmol·L-1[9]，與低氮條件下牦牛BUN相近(10.4～16.4 mmol·L-1)[40-41]，本試驗中藏羊BUN濃度維持在5.06～6.30 mmol·L-1，這可能是因為使用了更低水平的蛋白和能量飼糧所致。

3.3 不同能量水平低氮飼糧對藏羊氮代謝的影響

飼糧中最佳的能量與蛋白含量及其比例一直是反芻動物營養研究的熱點話題。飼糧中能量水平的提高可以增加動物的蛋白沉積以及減少機體中氨基酸的分解[42]。與此相同，本試驗中藏羊氮平衡隨著飼糧能量水平提高而顯著增加，這主要得益于尿氮排出量的減少。研究表明，在反芻動物復胃灌注蔗糖[43]或丙酸[44]可促進血液中尿素進入瘤胃，進而減少尿素經尿液而排出體外。因此，本研究中藏羊尿氮排出量隨飼糧能量水平增加而減少的直接原因可能是尿中尿素氮的減少。糞氮主要受采食量的影響[45]，本研究中各處理組間的采食水平相近，飼糧中氮含量也相同，所以糞氮排出量無差異。本試驗中藏羊的氮采食量是8.68 g·d-1，僅為相同體重下NRC[46]綿羊的60%，然而氮平衡都為正值，這說明藏羊在氮代謝方面具有低維持需要和高效利用的特點，從而來應對青藏高原冷季氮素營養脅迫的威脅。通過藏羊氮沉積率與飼糧能量水平的數學模型可以預測，飼糧中DE含量每增加1 MJ，氮沉積率可提高5.2%，這對青藏高原冷季營養物質補飼具有重要的參考意義。

3.4 不同能量水平低氮飼糧對藏羊生長性能的影響

動物的生長性能是其對營養物質的攝入、消化、吸收及沉積的最終體現。本試驗中藏羊ADG隨著飼糧能量水平提高而顯著增加，這與李瑞麗等[47]、王惠[48]、高曄等[49]在山羊上的研究結果一致。中國肉羊飼養標準(2004)[18]所推薦的50 kg肉羊DE維持需要量為14.3 MJ·d-1，而本研究中各試驗組藏羊DE攝入量依次為6.01、6.82、7.73和8.61 MJ·d-1，即相當于飼養標準推薦值的42%、48%、54%和60%。結果顯示，除LE組外，其他組ADG都為正值，這表明藏羊在能量代謝方面也同樣具有低維持需要和高效利用的特點。因此，如果在冷季對藏羊進行能量補飼可有效減輕其冬季掉膘現象。

4 結論

在低氮條件下提高飼糧能量水平，可顯著提高藏羊對DM、OM和GE的消化能力，增加氮沉積，從而改善其生長性能；同時也表明在冷季通過對藏羊補飼能量飼料的方式來提高其生產力是可行的。