高直鏈淀粉玉米替代普通玉米對斷奶羔羊生長性能、營養物質表觀消化率和血液生理生化指標的影響

陳 凱 劉 勇 冉 濤 賀建華 賀志雄,3* 譚支良,3

(1.湖南農業大學動物科學技術學院，長沙 410128；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，亞熱帶農業生態過程重點實驗室，畜禽養殖污染控制與資源化技術國家工程實驗室，湖南省動物營養生理與代謝過程重點實驗室，農業部中南動物營養與飼料科學觀測實驗站，長沙 410125；3.中國科學院大學，北京 100049)

直鏈淀粉是D-葡萄糖基以α-(1,4)糖苷鍵連接的多糖鏈，支鏈淀粉中葡萄糖分子之間除了以α-(1,4)糖苷鍵相連外，其支鏈是以α-(1,6)糖苷鍵相連[1]。直鏈淀粉與支鏈淀粉結構的差異性，使得它們在動物體內降解速率不一致，相比于支鏈淀粉，直鏈淀粉消化降解的速率要更慢，淀粉在胃腸道轉變為能量被機體利用的效率可能更高，同時也能通過刺激反芻動物瘤胃的發育，對反芻動物生長發育產生積極意義[2-3]。淀粉主要來源于大米、小麥、玉米、土豆和高粱等，劉文等[4]通過探究不同來源淀粉(豌豆淀粉、玉米淀粉、小麥淀粉和木薯淀粉)對育肥羔羊生長發育的影響，發現生長性能未見顯著差異。但也有研究得出豌豆淀粉(直鏈淀粉占總淀粉的比例達32.4%)有提高育肥羊生長性能的趨勢，促進反芻動物健康生長[5]。近幾年來，關于直鏈淀粉在反芻動物上應用的研究受到很多關注，學者們相繼發現直鏈淀粉對反芻動物胃腸道發育、瘤胃發酵及微生物定植具有積極影響[6-7]。玉米籽粒中直鏈淀粉占總淀粉的比例在55%～85%的玉米稱之為高直鏈淀粉玉米(簡稱高直玉米)，與普通玉米相比，高直玉米在食品、醫藥和環境保護等領域具有更廣泛的應用[1,8]。但是高直玉米應用于反芻動物飼糧替代普通玉米的研究相對較少，目前在動物飼糧生產中以玉米-豆粕型飼糧為主，然而高谷物飼糧由于其易降解，在瘤胃中快速發酵，使揮發性脂肪酸(VFA)堆積，造成亞急性瘤胃酸中毒，對反芻動物健康發育具有不利影響，從而影響反芻動物的正常生長[9]。本試驗通過在斷奶羔羊飼糧中添加不同比例的高直玉米替代普通玉米，探究其對斷奶羔羊生長性能、營養物質消化率以及血液生理生化指標的影響，以期為高直玉米在反芻動物飼糧中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用試驗山羊由中國科學院亞熱帶農業生態研究所與瀏陽黑山羊產業研發中心共建的動物試驗基地提供，高直玉米由海南某科技有限公司提供。

1.2 試驗設計

選取27頭健康、體況良好、平均體重為(8.97±0.19)kg的瀏陽湘東黑山羊為試驗動物，將其隨機分為3組，每組4頭公羊、5頭母羊，試驗羊單欄飼養。分別用高直玉米替代基礎飼糧中0(A組，作為對照組)、50%(B組)、100%(C組)的普通玉米，配制3種試驗飼糧，各組精料組成及營養水平見表1。預試期為7 d，正試期為28 d。飼養試驗在湖南省瀏陽市某羊場進行，在試驗開始之前清掃羊圈，使用百毒殺稀釋液全面消毒，對試驗羊進行驅蟲處理。試驗飼糧精粗比控制在6∶4，粗飼料為苜蓿，每天09:00和17:00各飼喂1次，自由飲水，記錄每日采食量。根據每日剩料量適當調整投食量。

表1 精料組成及營養水平(干物質基礎)

1.3 飼糧營養水平測定

1.3.1 常規營養成分含量

干物質、粗蛋白質、總能、鈣、磷、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量參照《飼料分析及飼料質量檢測技術》[10]的方法進行測定。

1.3.2 總淀粉含量

利用α-淀粉酶和葡萄糖苷酶將淀粉分解成葡萄糖，通過多功能酶標儀(Infinite M200 PRO，瑞士)測定葡萄糖溶液在450 nm下的吸光度?？偟矸酆康木唧w測定方法參見雷龍等[11]，計算公式(0.9為葡萄糖轉化為淀粉的系數)如下：

總淀粉含量(%)=葡萄糖含量(g/L)×

0.9×[100/樣品重(mg)]。

1.3.3 直鏈淀粉含量

直鏈淀粉含量采用國家標準方法(GB/T 15683—2008)測定。稱取(100.0±0.5)mg試樣于100 mL小燒杯中，加入1.0 mL乙醇充分濕潤樣品，再加入9.0 mL 1 mol/L的氫氧化鈉溶液，在85 ℃水浴中分散10～15 min，迅速冷卻，移入100 mL容量瓶中，用適量水洗滌燒杯3～4次，洗滌液一并移入容量瓶中，定容，劇烈搖勻。利用一定體積的直、支鏈淀粉標準分散液及2.0 mL 0.09 mol/L的氫氧化鈉溶液配制直鏈淀粉占比為0、25%、50%、75%和100%的標準混合液，其中直鏈淀粉、支鏈淀粉標準品由西格瑪奧德里奇貿易有限公司(上海)提供。準確移取2.5 mL待測溶液和標準混合液于50 mL比色管中，比色管中預先加入25 mL水，加0.5 mL 1 mol/L乙酸溶液，混勻，再加入1.0 mL碘試劑，加水至刻度，塞上塞子，搖勻，靜置20 min，取300 μL于酶標板中使用多功能酶標儀(Infinite M200 PRO，瑞士)測定其在620 nm處的吸光度。直鏈淀粉含量通過吸光度在校正曲線上查出相對應的直鏈淀粉占比來表示。

1.4 樣品采集與指標測定

1.4.1 生長性能和體尺指標

試驗期間記錄每日采食量，在正試期第1天和第28天空腹稱重，計算每頭羔羊的平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。試驗第28天測量試驗羔羊體高、體斜長和胸圍。

1.4.2 營養物質表觀消化率

試驗期間每周收集1次飼料與糞便，測定其干物質、粗蛋白質、NDF、ADF、淀粉、酸不溶灰分含量，計算營養物質表觀消化率。酸不溶灰分含量測定按照文獻[12]的方法測定，干物質、粗蛋白質、NDF、ADF和總淀粉含量按照1.2.1方法測定。營養物質表觀消化率計算公式如下：

某營養物質表觀消化率(%)=100-100×[飼糧中酸不溶灰分含量(%)×糞便中該營養物質含量(%)]×[糞便中酸不溶灰分含量(%)×飼糧中該營養物質含量(%)]。

1.4.3 血液生理生化指標

試驗結束后，于第2天晨飼前采集試驗羊頸靜脈血，靜置4 h，在4 ℃條件下以3 000×g離心10 min，收集血清，-20 ℃保存待測。血清總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、血氨(NH3L)含量與谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)、乳酸脫氫酶(LDH)、淀粉酶(AMS)、胰淀粉酶(AMY-P)活性使用Cobas C311自動生化儀(Roche，瑞士)測定。血清血管內皮生長因子(VEGF)、乳酸(LAC)、類胰島素生長因子-1(IGF-1)和生長激素(GH)含量使用酶聯免疫吸附試驗(ELISA)法測定，LAC和VEGF試劑盒由上海藍基生物科技有限公司提供，GH和IGF-1試劑盒由武漢華美生物工程有限公司提供。

1.5 數據統計與分析

試驗數據首先使用Excel 2010進行歸納整理，之后應用SPSS 24.0分析軟件的一般線性模型單變量分析方法分析組間、性別及二者交互作用影響的顯著性，組間數據使用單變量線性方法分析數據的線性和二次方顯著性，P<0.05作為差異顯著性判斷標準。

2 結 果

2.1 生長性能和體尺指標

各組羔羊的生長性能如表2所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可顯著提高羔羊的ADG(P<0.05)，并且公羊比母羊的ADG提升更為顯著(P<0.05)，但是組別和性別之間沒有交互作用(P<0.05)。

表2 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊生長性能的影響

各組羔羊的體尺指標如表3所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可提高羔羊的體斜長，其中100%替代組與對照組的差異達到顯著水平(P<0.05)，并且組別與性別之間存在交互作用(P<0.05)。

表3 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊體尺指標的影響

2.2 營養物質表觀消化率

各組山羊的營養物質表觀消化率如表4所示。相較于對照組，50%和100%替代組的干物質、粗蛋白質、NDF和ADF表觀消化率顯著提高(P<0.05)。性別對粗蛋白質表觀消化率有顯著影響(P<0.05)，公羊顯著高于母羊(P<0.05)。

表4 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊營養物質表觀消化率的影響

2.3 血液生理生化指標

由表5可知，100%替代組血清VEGF和LAC含量顯著高于對照組(P<0.05)，50%替代組血清VEGF和LAC含量也高于對照組，但差異不顯著(P>0.05)，其他血液生理生化指標(血清IGF-1、GH、TP、ALB、NH3L含量與ALT、AST、LDH、AM、AMY-P活性)各組間均無顯著差異(P>0.05)。性別對血清LAC含量有顯著影響(P<0.05)，公羊顯著高于母羊(P<0.05)。

表5 高直玉米替代不同比例普通玉米對斷奶羔羊血液生理生化指標的影響

3 討 論

谷物淀粉是家畜生長發育的主要能量來源，在反芻動物中，淀粉不僅提供能量來提高動物的生長性能，還在促進微生物發育方面起著重要作用。近年來，科學家們進行了大量關于直鏈淀粉在反芻動物生長、消化代謝等方面的研究，例如：Ren等[5]在育肥羊上的研究發現高直鏈淀粉能提高羊的日采食量、日增重，促進羊的生長發育；劉文等[4]通過探究不同來源淀粉對育肥羔羊生長性能的影響，發現飼喂直鏈淀粉比例最高(占總淀粉的比例為32.4%)的豌豆淀粉組的羔羊在日采食量、日增重、料重比和體尺指標均高于其他來源淀粉組(低直鏈淀粉組)。本試驗結果與上述研究結果相符，高直玉米顯著提高了羔羊的ADG、體斜長。這可能是由于淀粉的結構以及反芻動物中不同位置淀粉的降解方式存在差異，小腸中淀粉會直接分解為葡萄糖被機體吸收，而瘤胃中淀粉被降解為丙酮酸，再被微生物所利用生成揮發性脂肪酸進入機體代謝途徑，為機體提供能量。而且，淀粉在瘤胃中還產生甲烷、二氧化碳等氣體，通過噯氣排出體外，直鏈淀粉由于其難以被消化降解的特性使得過瘤胃淀粉增加，能量利用效率增加，提高了反芻動物的生長性能。反芻動物的生長發育與飼糧各種營養物質的消化吸收息息相關，其中淀粉作為能量來源不僅受到其組成及結構的影響，而且在動物和人體內消化的速度和部位存在差異，淀粉顆粒大小、直鏈淀粉和支鏈淀粉的占比、淀粉的物理存在形式、非淀粉多糖、抗營養因子、飼糧的油脂水平以及動物體內淀粉消化酶的活性、小腸對淀粉消化產物葡萄糖的吸收能力、飼料在消化道中停留的時間和消化酶與淀粉的接觸程度等都對其消化產生影響；同時，淀粉的消化同樣也影響其他營養物質的消化代謝[13]。

在反芻動物中，淀粉主要在瘤胃微生物發酵作用下產生揮發性脂肪酸被機體吸收，而過瘤胃后未降解的大部分淀粉在小腸α-淀粉酶和葡萄糖化酶作用下分解為葡萄糖被機體吸收利用，另外還有一小部分淀粉會穿過小腸到達大腸，同樣經過微生物發酵作用產生揮發性脂肪酸再被機體吸收[14-15]。單胃動物淀粉的水解消化主要在小腸，被分解為葡萄糖再提供給機體日常生長發育所需的能量，一般來說，淀粉在體內水解成葡萄糖能作為能量被機體有效利用，但是經過微生物發酵而生成的揮發性脂肪酸的利用效率要低于葡萄糖[16-17]，所以這可能是反芻動物比單胃動物生長緩慢的原因之一。直鏈淀粉葡萄糖鏈上的氫鍵更廣泛，而支鏈淀粉每個分子與酶接觸的表面積更大，更容易被分解，所以直鏈淀粉更難以被降解[18]。對于飼料原料種類來說，淀粉顆粒較小的谷物(大米、燕麥等)比淀粉顆粒較大的谷物(玉米、小麥)更容易被消化降解[19-20]。在瘤胃中細菌比其他微生物能更有效地消化淀粉[21]，在瘤胃細菌的發酵作用下，快速發酵的淀粉(支鏈淀粉)能產生大量丙酸鹽，當丙酸鹽的產生遠遠大于被吸收轉化為葡萄糖時，會被氧化生成三磷酸腺苷(ATP)，從而反饋地調節采食量，降低飼料利用率，抑制反芻動物生長[22]。而慢速發酵的淀粉(直鏈淀粉)在反芻動物胃腸道的消化利用過程中，緩慢的發酵模式能讓營養物質得到充分分解，能更加有效的為機體所利用[2]。本試驗中，高直玉米替代50%和100%的普通玉米顯著提高了斷奶羔羊的干物質、粗蛋白質、NDF和ADF表觀消化率，這與上述結論相符合。

VEGF調控血管細胞生成，血管細胞生成增加可提高氧氣運輸能力，進而提供更多的營養物質、促生長因子，促進動物生長發育[23]。本試驗中，血清VEGF含量在100%替代組最高，表明高直玉米能提高山羊的血管生成能力，促進山羊的生長發育。IGF-1是影響腸道發育的重要調節因子，它必須與胰島素樣生長因子受體(IGF-1R)結合才能發揮其作用，IGF-1和GH等協同作用促進腸道上皮細胞的增殖[6]。高直鏈淀粉能顯著提高瘤胃乳頭表面積，促進乳頭發育，對小腸絨毛的發育也有促進作用[6]。但是在本試驗中沒有發現高直玉米替代不同比例普通玉米后血清IGF-1和GH含量的顯著變化。淀粉進入胃腸道被分解成葡萄糖這個過程與很多方面有關，比如微生物、葡萄糖轉運體等。直鏈淀粉難以被分解除了與其直鏈結構相關外，還與動物胃腸道內微生物種類、豐度和各種葡萄糖轉運體有關。在反芻動物中，瘤胃微生物相比于單胃動物大腸微生物種類更豐富，數量更多[5]，淀粉不僅為機體提供生存的能量，也促進微生物的發育，為胃腸道有益微生物的定植提供支持。直鏈淀粉對于瘤胃微生物的作用較小，瘤胃微生物仍然主要作用于纖維分解，但是直鏈淀粉可能從瘤胃通過進入其他胃腸道而促進胃腸道有益菌的定植與增殖[24]。

部分LAC通過瘤胃淀粉發酵產生，本試驗發現50%、100%替代組血清LAC含量均高于對照組，表明高直玉米促進了LAC的合成，一定程度上抑制了糖異生途徑，降低了血糖合成。血液中TP和ALB含量可反映機體蛋白質狀況，NH3L含量可反映機體對氨的利用情況。本試驗中沒有發現高直玉米替代不同比例普通玉米后血清TP、ALB、NH3L含量的顯著變化。在肉雞上的研究發現直鏈淀粉抑制了小腸對于氨基酸的吸收利用，氨基酸代謝減弱[25]。但是在本試驗中，高直玉米替代不同比例普通玉米后血清ALT、AST活性沒有發生顯著變化，而且2個替代組的數值比對照組稍低，這可能是被高直玉米中其他成分所影響，但對氨代謝的影響有限。高淀粉飼糧可能影響氨代謝，過高的飼糧能量水平可能增加脂肪的合成而減少蛋白質的合成，在家畜育肥不同階段調制不同原料組成的飼糧，可以有針對性地促進家畜增脂或者增肌效果。有研究表明高直鏈淀粉能夠促進豬蛋白質的合成，達到增肌減脂的效果[26]。在反芻動物中，高直玉米大部分會在瘤胃微生物的發酵作用下生成揮發性脂肪酸被機體利用，所以能量利用效率偏低，機體代謝減弱，這可能也是導致在本試驗中3個組的血液代謝酶活性沒有顯著變化的原因之一。

綜上可知，高直玉米替代普通玉米對斷奶羔羊的生長發育具有積極影響，能提高營養物質的消化率，促進能量飼料的有效利用，高直玉米在家畜飼料化應用方面有著巨大前景。但是高直玉米在我國成本較高，50%的替代比例可能更符合實際生產需求。

4 結 論

高直玉米替代50%或100%普通玉米對斷奶羔羊的生長和營養物質消化均有積極影響。