圍產期母體營養調控對犢牦牛生長發育、血清生化及免疫功能的影響

尚愷圓,江明鋒,官久強,安添午,趙洪文,柏 琴,吳偉生,李華德,謝榮清,沙 泉,羅曉林*,張翔飛*

(1.四川省草原科學研究院,成都 611731;2.西南民族大學畜牧獸醫學院,成都 610041)

牦牛(Bosgrunniens)是青藏高原畜牧業中最重要的優勢畜種,中國牦牛超過1 600萬頭[1],占全世界牦牛總數的94%以上。牦牛產業是我國牛肉市場供給的重要來源,在青藏高原高寒牧區具有不可替代的生態、社會、經濟地位。然而,受其分布地區的地理氣候、科技、社會發展水平的限制,牦牛養殖仍多為“靠天養畜”的傳統天然放牧模式。青藏高原冷季長、氣溫低,枯草期可達7～8個月,冷季天然牧草產量與粗蛋白、粗脂肪、非結構性碳水化合物等營養成分均顯著降低[2],天然放牧模式下,牦牛冷季因飼草料缺乏掉膘可達體重的25%[3],而牦牛的季節性發情與繁殖周期規律使其整個妊娠期處于高寒牧區冷季條件下,尤其在胎兒快速發育的妊娠后期,胎兒發育營養需求與母體冷季牧草養分攝入匱乏之間的不平衡,使胎兒發育營養供給不足,初生重和抵抗力下降[4]。在產后階段,犢牦牛仍以傳統“母帶犢”自然放牧哺乳模式培育,1歲以上自然斷奶,母體大量養分被利用以泌乳,導致其產后體況及繁殖系統恢復滯后,多為“兩年一胎”甚至“三年一胎”。就犢牛而言,母牛在冷季哺乳時,常因飼草料缺乏處于饑餓狀態,泌乳減少甚至停滯,犢牛在生長發育最關鍵的階段營養供給不足,使得犢牛發育遲緩、甚至導致僵牛的發生。因此,牦牛圍產期成為制約牦牛生產效率的關鍵環節之一,改變圍產期牦牛傳統飼養模式,開展牦牛圍產期營養調控研究,有利于保障犢牦牛繁活率,提升牦牛生產效率,為牦牛科學飼養提供技術支撐。

潘浩等[5]通過碳氮平衡試驗對妊娠后期牦牛營養需要研究發現,妊娠210 d牦牛維持代謝能量和凈蛋白需要量為541.64 kJ/(kg BW0.75·d)和3.82 g/(kg BW0.75·d),遠高于韓興泰和謝敖云[6]以及薛白等[7]所報道的生長期牦牛能量與蛋白需要量。妊娠后期為胎兒快速發育期,母體營養需求增加,需要大量營養物質供給至胎盤以滿足胎兒發育需要。針對牦牛圍產期營養,宋仁德等[4]對妊娠后期放牧牦牛進行簡單補飼后發現,母牛產前掉膘降低、產后發情率顯著高于對照組,犢牛初生重顯著升高。在產后階段,肉牛、奶牛領域的研究證實[8-9],犢牛早期斷奶可降低患病率,促使犢牛食用固體飼料,加快犢牛生長發育的同時減少母牛哺乳需求和能量消耗,有利于母牛體重恢復和下一胎繁殖效率,從而提高養殖的經濟效益。在前期試驗中,本團隊開展了犢牦牛早期斷奶研究,結果發現15日齡早期斷奶在初期對犢牦牛產生了一定斷奶應激,但對長期生長發育無顯著不利影響,并促進了瘤胃功能菌群的建立[10]。目前,牦牛圍產期營養調控相關研究仍較少,本研究擬采用在圍產期為牦牛提供均衡營養結合早期斷奶的調控措施,探究其對犢牦牛生長發育、營養代謝與免疫功能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗地點位于四川省阿壩州紅原縣的四川省草原科學研究院牦牛科研基地。當地平均海拔3 500 m,年均氣溫約1.1 ℃。

試驗的預飼期為10 d,試驗正式期為120 d,試驗開始日期為2022年3月10日,試驗結束日期為2022年7月10日。

1.2 試驗設計與飼養管理

于牦牛科研基地選取18頭健康、體重(233.22±19.00)kg、預產期相近、胎次為2～4次的妊娠后期牦牛,隨機分為3個組,每組6個重復,每個重復1頭牛。3個組分組情況分別為(表1):1)對照組(graze feeding group,GF)。天然放牧+產后自然放牧哺乳,牦牛產前及產后階段均于基地內天然牧場進行放牧,每日8:00出牧,18:00歸牧,歸牧后于暖棚中過夜,犢牛隨母哺乳自然斷奶。2)營養供給組(nutritional supplementation group,SF)。圍產期營養均衡供給+產后自然放牧哺乳,采用扣籠差額法[11]對妊娠后期牦牛進行天然放牧采食量分析,并結合天然牧場牧草營養成分測算天然放牧養分攝入,再根據《中國肉牛飼養標準(2004)》配制基于放牧養分攝入的妊娠后期、泌乳早期牦牛營養均衡供給日糧(精料+燕麥干草),每日歸牧后,于圈舍內進行補飼。產后犢牛隨母哺乳自然斷奶。3)營養供給+早期斷奶組(nutritional supplementation and early weaning group,SW):圍產期營養均衡供給+產后早期斷奶,圍產期營養均衡供給方式與SF組一致。產后60 d進行早期斷奶,隔離母牛與犢牛。

表1 試驗分組設計Table 1 Test grouping design

根據牦牛產犢的季節性,于2月份開始對各組妊娠母牛進行分群飼養,SF與SW組開始補飼,預飼期10 d,圍產前期日糧飼喂至產犢,保證營養補飼覆蓋整個圍產前期,對未完成覆蓋的牛只予以剔除,產犢后母牦牛飼喂泌乳早期日糧至產后90 d。

GF與SF組犢牛出生后,隨母在圍欄牧場內正常放牧哺乳,自然斷奶,不飼喂代乳料或開食料。SW組犢牛隨母牛哺乳至45日齡時,由乳汁飼喂逐漸過渡為代乳料飼喂,每日晨牧前、歸牧后補飼代乳粉,代乳料以溫水溶解,比例1∶5,當每頭犢牦牛代乳料飼喂量達0.55 kg·d-1時,隔離母牛與犢牛,繼續飼喂代乳粉,并開始為犢牛提供開食料及天然牧草供自由采食,至犢牛固體飼料采食量達到500 g時停喂代乳粉[12],完成早期斷奶后,犢牛繼續在天然牧場放牧采食,觀測后續生長發育。

1.3 試驗日糧

根據天然放牧養分攝入以及《中國肉牛飼養標準(2004)》中妊娠母牛、泌乳母牛營養需要推薦值,以玉米、小麥麩、豆粕、菜籽粕、棉籽粕、過瘤胃脂肪、過瘤胃葡萄糖、酵母等原料為組分配制精料,粗料為燕麥青干草。妊娠后期精粗比為45∶55、泌乳前期為50∶50。日糧組成因正在申請專利,本文中均僅列出日糧營養水平。母牦牛日糧、犢牦牛代乳粉[13]和開食料營養水平見表2。犢牛開食料主要成分:玉米、麥麩、豆粕、棉籽粕、植物油、礦物元素、維生素等。

表2 日糧、代乳粉和開食料營養水平(干物質基礎)Table 2 Nutrient levels of diet, milk replacer and starter concentrate (DM basis) %

1.4 樣本采集與分析

1.4.1 生長發育測定 跟蹤監測各組犢牛生長發育情況,分別于犢牛初生和90日齡時,對各組犢牛進行晨飼前稱重,并測量體高、體斜長、胸圍、管圍等體尺指標。

1.4.2 血清生化分析 采集各組犢牛90日齡晨飼前頸靜脈血,血液樣本經3 500 r·min-1離心10 min后分離血清-20 ℃凍存待測。

葡萄糖(GLU)、總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UREA)、膽固醇(CHO)和甘油三酯(TG)使用全自動生化儀(Mindray邁瑞醫療國際股份有限公司)配合對應試劑盒(購自Mindray邁瑞醫療國際股份有限公司)進行檢測;β-羥基丁酸(BHBA)通過ELISA法測定,試劑盒購自上海酶聯生物科技有限公司。非酯化脂肪酸(NEFA)濃度測定試劑盒購自Elabscience生物科技有限公司,分析方法按試劑盒說明書進行。

1.4.3 生長相關激素分析 生長激素(GH)、胰島素樣生長因子I(IGF-I)、甲狀腺素(T4)、三碘甲腺原氨酸(T3)分泌水平均通過ELISA試劑盒測定,購自上海酶聯生物科技有限公司。

1.4.4 免疫功能分析 對各組犢牛90日齡血清樣本進行分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)水平分析,采用ELISA試劑盒法,購自上海酶聯生物科技有限公司,分析方法按試劑盒說明書進行。

1.5 數據統計與分析

試驗數據使用SAS 9.4(SAS Institute Inc.)軟件一般線性模型(general linear model,GLM)以GF、SF、SW為試驗處理因素,進行不同處理組間差異統計分析,采用Student-Newman-Keuls(SNK)模型進行試驗處理組間均值多重比較,結果變異程度以均值標準誤(SEM)表示,P<0.05定義為差異顯著,0.05 ≤P<0.10定義為存在顯著差異趨勢。

2 結 果

2.1 圍產期營養調控對犢牦牛生長發育的影響

據表3可知,在不同圍產期營養調控方式下,SF和SW組犢牦牛的初生重顯著高于GF組(P<0.05)。SF和SW組組間初生重及各項體尺指標差異不顯著(P>0.05)。

表3 圍產期營養調控對初生犢牦牛體重體尺的影響Table 3 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on body weight and body size of newborn yaks

如表4所示,犢牦牛90日齡時,SF和SW組犢牦牛的體重、體高以及胸圍均顯著高于GF組(P<0.05)。SF和SW組組間體重及各項體尺指標差異不顯著(P>0.05)。

表4 圍產期營養調控對90日齡犢牦牛體重體尺的影響Table 4 Effect of maternal nutrition regulation in transition period on body weight and body size of 90-day-old yak calves

2.2 圍產期營養調控對犢牦牛血清生化的影響

由表5可知,在血清代謝物中,90日齡時SF、SW組犢牦牛血清中GLU水平顯著相比GF組顯著升高(P<0.05)。SF、SW組犢牦牛血清GLB濃度顯著高于GF組(P<0.05),同時SF組犢牦牛血清TP顯著高于GF組(P<0.05)。脂肪代謝物方面,SF、SW組犢牦牛血清CHO水平顯著相比GF組顯著升高(P<0.05),其他NEFA、BHBA等脂肪分解產物在不同圍產期營養調控方式下犢牦牛間未觀測到顯著差異(P>0.05)。

表5 圍產期營養調控對90日齡犢牦牛血清代謝物水平影響Table 5 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on serum metabolite levels of 90-day-old yak calves

2.3 圍產期營養調控對犢牦牛生長相關激素水平的影響

生長相關激素中,如表6所示,90日齡時SF、SW組的犢牦牛血清中IGF-I水平顯著高于GF組(P<0.05)。SW組犢牦牛血清GH水平相比GF組顯著升高(P<0.05)。

表6 圍產期營養調控對90日齡犢牦牛血清生長相關激素水平影響Table 6 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on serum growth-related hormone levels in 90-day-old yak calves

2.4 圍產期營養調控對犢牦牛免疫功能的影響

據表7圍產期營養調控對90日齡犢牦牛免疫功能的影響可知,SF、GF組犢牦牛血清sIgA濃度顯著高于SW組(P<0.05),進行母體營養均衡供給的SF、SW組犢牦牛血清IgA水平相比GF組顯著提升(P<0.05),并且SF組犢牦牛血清IgG濃度顯著高于GF組(P<0.05),SF與SW組組間差異不顯著(P>0.05)。

表7 圍產期營養調控對90日齡犢牦牛免疫功能的影響Table 7 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on immune function of 90-day-old yak calves μg·mL-1

3 討 論

3.1 圍產期營養調控對犢牦牛生長發育的影響

本研究發現,SF和SW組母牦牛經圍產期母體營養均衡供給后,犢牦牛的初生重與GF組相比分別顯著上升了1.95和1.90 kg,營養均衡供給改善了冷季條件下母體妊娠后期的營養狀況,母體營養水平的上升提高了供應給胎兒的糖類、脂質、游離氨基酸等養分水平[14],促進胎兒生長發育。有研究報道,對圍產期母牦牛進行0.5 kg·(d·頭)-1精料+青干草補飼,犢牦牛初生重顯著升高了1.6 kg[15],本試驗結果與之相符。本研究中,SF、SW組的犢牛在90日齡時體重、體高以及胸圍均顯著高于GF組。程光民等[16]研究發現,妊娠期提供高蛋白質日糧可以顯著提升黑山羊的泌乳量,張壽富等[17]對奶牛飼喂高淀粉水平日糧后發現,補飼可以提高乳成分中的乳蛋白和乳糖等營養物質濃度。推測圍產期營養均衡供給提高了牦牛泌乳量和乳成分營養水平,進而促進了犢牛的生長發育,但本研究由于放牧牦牛野性較足,未能采集到泌乳量數據與乳樣進行分析,本團隊計劃下一步工作中深入研究。Lamb等[18]對15日齡肉犢牛進行早期斷奶處理后發現,在早期斷奶初期,試驗組犢牛增重顯著低于隨母哺乳組,魏佳等[12]對15日齡犢牦牛進行早期斷奶后,也發現至30日齡時早期斷奶組犢牦牛生長發育明顯落后于隨母放牧哺乳組。因此,在早期斷奶時間上本研究進行了調整優化,選取60日齡進行早期斷奶,結果顯示本試驗的早期斷奶組犢牛生長發育各項指標與SF組相比無顯著差異,達到了隨母哺乳犢牦牛生長發育水平,未對犢牦牛生長產生負面影響。

3.2 圍產期營養調控對犢牦牛血清生化指標的影響

血清生化指標可以反映動物機體體況以及營養物質吸收利用和代謝水平[19-21]。幼齡反芻動物血清中GLU來源隨著生長時間的推移逐漸由腸道消化吸收獲得轉變為肝合成[22],同時GLU也是機體主要能量來源[23]。本研究發現,90日齡時SF、SW組犢牦牛血清中GLU水平均顯著高于GF組,說明圍產期營養均衡供給處理下,母體乳汁營養升高,犢牦牛攝入增多,碳水化合物消化利用上升,機體能量水平相較于自然放牧哺乳組更高,有利于加快其生長發育。血清TP由ALB和GLB組成,動物機體血清中TP處于較高水平時,能夠提升免疫力和氮代謝水平,有利于動物健康并促進動物生長[24],也有研究表明應激反應時機體TP水平會明顯下降[25]。本試驗中,SF組組犢牦牛90日齡時血清中GLB、TP水平高于GF組,說明圍產期營養均衡供給的營養調控方式通過提高母牦牛體況,增加了母體對犢牦牛的乳蛋白供應,從而提高了犢牦牛攝入的蛋白質水平。Stanley等[26]研究發現,血清中UREA是蛋白質代謝后產生的廢物,UREA水平能反應動物體內蛋白質代謝水平和日糧氨基酸平衡狀況。犢牛血清中的UREA含量和氮源營養攝入水平呈正相關[27]。魏佳等[12]研究發現,早期斷奶會使90日齡犢牦牛血清UREA顯著升高,本試驗中SW組和SF組UREA含量無顯著差異,這可能是試驗所用日糧蛋白質水平以及組成蛋白質的氨基酸比例不同所導致。血清CHO含量是反映動物脂質代謝的重要指標,可以反映機體對脂類的吸收代謝情況[28]。本試驗結果中,90日齡時SF、SW組CHO水平顯著高于GF組,提示對母體進行圍產期營養均衡供給可以有效促進犢牦牛機體脂肪代謝水平,推測其影響機制主要是圍產期營養均衡供給使母體營養代謝水平上升,提高了其泌乳前期的泌乳量和乳汁營養水平[29],進而增加了犢牦牛脂類等養分攝入量,從而更充分發揮犢牦牛生長潛力。本研究中,90日齡SW組犢牦牛血清中糖、蛋白質、脂類等各營養代謝物水平與SF組差異均不顯著,這表明早期斷奶處理并未對犢牦牛營養代謝造成負面影響,早期斷奶處理下犢牦牛養分的攝入、吸收和代謝,基本達到與母乳喂養同等的效果。

3.3 圍產期營養調控對犢牦牛血清生長相關激素的影響

本研究發現90日齡時SF、SW組犢牦牛血清生長相關激素中IGF-Ⅰ水平與GF組相比顯著升高,這提示對母體進行圍產期營養均衡供給促進了犢牦牛生長相關激素的分泌。IGF-Ⅰ是由垂體分泌的GH作用于膜受體后刺激機體生成,進而促進動物的生長發育和器官成熟[30],另外其生物學功能還包括平衡機體氮循環等[31]。Mauras和Haymond[32]報道稱,IGF-Ⅰ與GH有著相似的蛋白質代謝調控功能。王波[33]在日糧蛋白水平對早期斷奶羔羊生長發育和肝組織基因表達的研究中發現,蛋白質攝入降低會導致機體IGF-Ⅰ水平下降。此外,早期研究發現機體攝入能量不足也會導致血清中IGF-Ⅰ水平降低[34]。甲狀腺激素可以維持動物的基礎代謝[35],T3和T4的主要作用機理是通過作用于相對應的受體,參與基因表達調控,從而調節細胞生長、分化等過程[36]。本試驗中,90日齡時SF和SW組的犢牦牛血清T3、T4水平與GF組相比無顯著變化,同時IGF-Ⅰ水平顯著升高,結合本研究中血清代謝物研究結果,母體營養調控影響犢牦牛生長發育的途徑很可能是通過圍產期營養均衡供給提升了母體營養水平,增加泌乳量與乳汁中營養素含量,使犢牛能量、蛋白攝入增多,刺激犢牛機體釋放GH,GH進一步作用于垂體,促進分泌IGF-Ⅰ,從而加快了犢牦牛生長發育和器官成熟,這與本研究得到的母體圍產期營養均衡供給使犢牦牛攝入營養更均衡充分、生長發育更快的結果一致。此外,在90日齡時,SW組犢牦牛血清生長相關激素分泌水平與SF組相比無顯著變化,同時GH水平顯著高于GF組,說明早期斷奶并未抑制犢牦牛生長相關激素的分泌。此前,魏佳等[12]研究發現,90日齡時,進行15日齡早期斷奶的犢牦牛血清中IGF-Ⅰ和GH水平顯著高于自然放牧斷奶組,本研究結果與之相同,證實了早期斷奶對犢牦牛后期的營養代謝和生長發育有促進作用。

3.4 圍產期營養調控對犢牦牛免疫功能的影響

sIgA、IgA、IgM以及IgG都屬于Ig家族蛋白[37],Ig家族蛋白可以通過血液循環參與機體免疫反應[38],血清中免疫球蛋白水平可以用于評估動物個體的免疫功能[39]。sIgA是黏膜免疫的關鍵效應因子之一[40],參與建立消化道免疫屏障,有研究發現,動物體出現消化道炎癥時血清sIgA濃度下降[41]。本試驗發現,早期斷奶組犢牛血清中sIgA濃度在90日齡時與SF和GF組相比顯著降低,推測可能是因為代乳粉與開食料中蛋白等養分含量十分豐富,犢牦牛營養攝入較多,消化道負擔增重,產生炎癥反應,影響了黏膜分泌sIgA過程[42],間接導致血清中sIgA濃度降低。本試驗中,90日齡時SF組犢牦牛血清中IgA和IgG濃度相比GF組顯著升高,攝入營養增多有助于機體提升免疫球蛋白合成代謝[43],同時已有研究證實,血清中免疫球蛋白水平與TP的濃度相關[44],SF組犢牦牛攝入養分更好,蛋白質代謝旺盛,血清TP水平較高,這很可能是血清IgA和IgG水平上升的原因[45]。本研究中,90日齡時SW組犢牦牛血清中IgA、IgM以及IgG的水平與SF組相比均無顯著變化,斷奶后犢牦牛免疫球蛋白來源主要是機體自身合成,提示代乳粉和開食料所提供營養已接近母乳水平,因此SF和SW兩組犢牦牛血清免疫球蛋白水平相近。

4 結 論

圍產期母體營養均衡供給方式能夠顯著提高犢牦牛初生重,同時促進生長發育,提升血清糖、氮、脂代謝物、生長相關激素IGF-I以及免疫球蛋白水平。母體營養均衡供給條件下,早期斷奶未顯著影響犢牦牛90日齡時生長發育、營養代謝及免疫功能,并進一步促進了生長激素分泌。