添加不同水平莫能霉素对奶牛瘤胃内日粮营养物质发酵及血液生化指标的影响

钱占宇,苗树君＊,李红宇,2,程延彬

(1.黑龙江八一农垦大学动物科技学院,黑龙江 大庆市 163319;2.黑龙江省畜牧研究所,黑龙江 齐齐哈尔 161005)

莫能霉素(monensin)又称瘤胃素。1967年由Haney从肉桂地链霉菌发酵产生的物质中提取的一类亲酯性聚醚类离子载体。70年代作为抗球虫药物开始投放市场,后来发现它对反刍家畜具有生长促进及保健作用,它能够调节瘤胃微生物区系,抑制乳酸产生菌、氨产生菌及甲烷产气菌活性饲料中添加莫能霉素可提高饲料转化率、改善、调控瘤胃发酵[1]。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验设计

选择三头体重近(550 kg左右)、健康、处于泌乳后期安装永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛。采用3×3拉丁方实验设计,MⅠ处理:基础日粮;MⅡ处理:基础日粮+莫能霉素(31.5 mg/kg DM);MⅢ处理:基础日粮+莫能霉素(46.5 mg/kg DM);每期试验预试期12 d,正试期3 d。

1.2 试验日粮及饲养管理

试验牛全为舍饲,自由饮水,每日喂料两次(6:00和18:00),先粗后精。日粮组成由混合精料、玉米秸秆和羊草组成,基础日粮及营养水平见表1。莫能霉素购于浙江升华拜克生物公司,纯度为20%,将其均匀混入精饲料饲喂。

1.3 样本的采集、预处理方法

1.3.1 瘤胃液的采集 瘤胃液的采集与分析测定:每期最后一天,分别在饲喂前(0 h),饲喂后3 h、6 h、9 h、12 h 采集瘤胃液,每次采集 100 mL,用 4层纱布过滤后,然后4 000 r/min离心处理,取上清液0.5 mL+4.5 mL 0.2 mol/L盐酸测定氨态氮浓度;取4 mL上清液测定挥发性脂肪酸(VFA),采用高效气相色普谱仪测定。

1.3.2 血液的采集 在正试期开始后第3 d采用颈静脉采血,于采食后3 h采血,置于10 mL离心管中,常温下迅速用离心机以1 500 r/min的速度离心分离血清,用于测定血液中的尿素氮、血糖,另取一管加入0.3 mL(100万单位/100 mL生理盐水)肝素钠+10 mL血液直接混匀为全血,将采集后的样品至于-20℃冰柜内保,以备测定血液生化指标。

表1 基础日粮组成及营养水平

1.4 试样测定方法

1.4.1 瘤胃pH值测定 经四层纱布过滤后用梅特勒FE20k型pH计测定pH值。

1.4.2 瘤胃液中氨态氮测定 利用冯宗慈高民方法[2],采用723A可见光分光光度计。

1.4.3 瘤胃液中VFA测定 采用气相色谱法。

1.4.4 营养成分的测定方法 尼龙袋残渣营养物质含量的测定方法参见《饲料分析及饲料质量检测技术》(杨胜,1993)。

1.4.5 瘤胃降解率测定方法 应用体内尼龙袋法(冯仰廉1984),尼龙袋17×6 m,孔径300目,袋的三边以细涤纶线作双道缝合,针孔用防水耐温胶密封,准确称取9 g样品,装料后袋口用细线缝合。于晨饲前0 h投入瘤胃腹囊50 cm处,每头牛放10个袋,分别于 6 h、12 h、24 h、48 h 和 72 h 取出两个袋,立即用水冲洗至水液完全澄清为止,在65℃烘至恒重,测定 DM 、NDF、ADF 和 CP[3～4],计算瘤胃降解率。

1.4.6 血液生化指标的测定 血浆中尿素氮、血糖、全血乳酸均采用相应试剂盒,半自动生化仪测定测定。

1.5 瘤胃降解率计算

1.5.1 营养物质瘤胃降解率计算 降解率的计算模型:(Υ rskov和 McDonald(1979)提出的数学指数模型)[5]

y为尼龙袋在瘤胃中滞留时间t后的饲料降解率;a为快速降解部分;b为慢速降解部分;c为慢速降解部分的速度常数。待测饲料的有效降解率(ED)由公式ED=a+[b·c/(c+k)]计算得出。公式中的常数k为待测饲料的瘤胃外流速度,公式中的常数k为待测饲料的瘤胃外流速度,公式中的常数k为待测饲料的瘤胃外流速度,其计算数值被假设为0.036h-1(颜品勋,1992)。

1.6 分析统计方法

瘤胃pH 值、氨态氮、VFA、营养物质降解率数据应用SAS软件包(9.0)软件包中的平衡实验设计ANOVA过程进行方差分析,采用Duncan法进行多重比较。

图1 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液pH值的变化

图2 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液NH3-N浓度 变化/mg·100 mL-1

2 结果分析

2.1 添加不同水平莫能霉素对奶牛瘤胃发酵及发酵产物的影响

2.1.1 对奶牛瘤胃液pH值的影响 各试验组瘤胃液pH值在奶牛采食后均呈现先降低后升高的变化趋势。12:00点(即采食后6 h)最低;在奶牛采食后6小时内MⅠ组瘤胃液pH值的降低趋势要高于MⅡ组和MⅢ组。全程测定过程中,两添加组要高于对照组(P>0.05);MⅠ组、MⅡ组和MⅢ组pH值的变动范围分别为 6.36～6.94,6.63～7.07,6.64～7.01,MⅠ组、MⅡ组、M Ⅲ组pH值平均值分别为6.69,6.84,6.88其组间比较差异不显著(P>0.05),如图1所示。

2.1.2 对奶牛瘤胃液NH3-N浓度的影响 各试验组奶牛瘤胃液NH3-N浓度在采食后迅速上升,饲喂后3 h NH3-N浓度上升至最高值,之后随着时间的推移NH3-N浓度又逐渐下降,而饲喂后6～12 h时间段NH3-N浓度变化总体上比较平稳。MⅠ组、MⅡ组及MⅢ组NH3-N浓度平均值分别为10.72 mg/100 mL,10.27 mg/100 mL,8.56 mg/100 mL,添加组均低于未添加组,MⅢ分别为显著低出MⅠ组18.60个百分点(P<0.05),MⅡ组低于MⅠ组10.41个百分点(P>0.05),如图2所示。

图3 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液乙酸发酵的变化/mmol·L-1

图4 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤 胃液乙酸摩尔比例变化/%

2.1.3 对奶牛瘤胃液VFA(乙酸、丙酸、丁酸)浓度的影响 采食0 h MⅢ组瘤胃内乙酸浓度低于对照组,在采食0～3 h,各组瘤胃内乙酸浓度呈上升趋势,随采食后时间的延长各组的瘤胃内乙酸浓度也随之降低直到当天第二次采食;各个时间点其添加组瘤胃内乙酸含量均低于对照组,其在采食后3 h,MⅢ组显著低于MⅠ组与MⅡ组(P<0.05);乙酸浓度平均值,MⅢ组低于MⅠ组与MⅡ组,且差异极显著(P<0.05)。

在采食0 h MⅠ组乙酸摩尔比例高于MⅡ、MⅢ组(P>0.05),随后各组乙酸摩尔比例呈交替升高变化,但乙酸摩尔比平均值则表现为MⅠ组>MⅢ组>MⅡ组,各组间比较乙酸摩尔比例差异不显著(P>0.05),如图3和图4所示。

图5 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液丙酸发酵的变化/mmol·L-1

图6 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液 丙酸摩尔比例变化/%

在采食后0～3 h各组瘤胃内丙酸浓度上升较快,后随采食时间延长而逐渐下降;在采食后3 h MⅡ组丙酸浓度要高于MⅠ组及MⅢ组,组间比较差异不显著(P>0.05),各组丙酸浓度平均值为MⅡ组>MⅠ组>MⅢ组各组间比较差异不显著(P>0.05)。

在全程各测定时间点,MⅡ组的丙酸摩尔比例始终高于对照组MⅠ。在采食后3 h MⅡ组丙酸摩尔比显著高于MⅠ组(P<0.05);其他各测定时间点,其三组的丙酸摩尔比例组见比较差异不显著(P>0.05),添加组丙酸平均摩尔比例均要高于对照组丙酸摩尔比例,且MⅡ组显著高于MⅠ组(P<0.05),如图5和图 6所示。

图7 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液丁酸发酵的变化/mmol·L-1

图8 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液 丁酸摩尔比例变化/%

在奶牛采食日粮后0～6 h瘤胃内丁酸浓度呈上升趋势,在采食后6 h随时间的延长各组均呈下降趋势;在采食后6 hMⅠ组丁酸浓度高于MⅡ组、MⅢ组(P>0.05);但在采食后6～12 h,对照组瘤胃内丁酸的浓度下降趋势要高于添加组的下降趋势;丁酸浓度平均值MⅠ组要高于两添加组(P>0.05)。

在奶牛采食后0～6 h各组丁酸摩尔比例程上升趋势,随后随时间的延长而降低。在采食后6 h点,MⅠ组与MⅡ组和MⅢ组相比较丁酸摩尔比例要分别较其两组高出3.70、3.96个百分点(P>0.05);两添加组丁酸摩尔比例平均值低于对照组平均值,其组间差异不显著(P>0.05),如图7和图8所示。

图9 饲喂不同水平莫能霉素日粮奶牛瘤胃液TVFA发酵的变化/mmol·L-1

各组TVFA的浓度在采食后0～3 h均呈上升状态,而后随采食时间延长各组TVFA的浓度又随之下降,直到当天第二次采食。在各个时间点测定过程中,MⅢ组始终低于MⅠ组及MⅡ组;采食0～3 h后MⅠ组低于MⅢ组,采食后6～12 hM Ⅰ组TVFA浓度的下降趋势高于MⅡ组;各组全程测定TVFA的浓度平均值MⅡ组高于MⅠ组(P>0.05),MⅡ组显著高于MⅢ组(P<0.05),如图9所示。

2.1.4 对奶牛瘤胃液pH值、氨态氮和VFA浓度及摩尔比例的影响如表2所示。

表2 添加不同水平莫能霉素瘤胃液pH值、氨态氮和VFA浓度及摩尔比例

2.2 不同水平莫能霉素对日粮营养成分在瘤胃中降解率的影响

不同水平莫能霉素日粮DM瘤胃降解率:MⅡ、MⅢ两组的快速降解部分和慢速降解部分均低于MⅠ组(P>0.05);潜在降解率(a+b)值,M Ⅱ组低于对照组(P>0.05),MⅢ组显著低于MⅠ组(P<0.05);MⅠ组的有效降解率高于MⅡ和MⅢ组,各组间差异不显著(P>0.05)。

不同水平莫能霉素日粮CP瘤胃降解率:MⅠ组的快速降解部分略高于MⅡ组、MⅢ组(P>0.05);快速慢速解部分MⅢ组显著低于MⅠ组、MⅡ组(P<0.05);潜在降解率(a+b):MⅠ组与MⅡ组、MⅢ组比较分别高于7.14、16.64个百分点,组间比较差异均不显著(P>0.05)有效降解率:MⅠ组CP的有效降解率略高于MⅡ、M Ⅲ,其各组间比较差异不显著(P>0.05)。

不同水平莫能霉素日粮NDF瘤胃降解率:MⅡ组的快速降解部分分别高于MⅠ组、MⅢ组(P>0.05);MⅠ组的慢速降解部分分别高于MⅡ组、M Ⅲ组,但差异不显著(P>0.05);M Ⅱ组、MⅢ组的潜在降解率(a+b)值低于MⅠ组,MⅡ组与MⅢ组组间比较差异不显著(P>0.05);MⅡ组和MⅢ组有效降解率低于MⅠ组,但差异不显著(P>0.05)。

表3 添加不同水平莫能霉素日粮中DM、CP、ADF、NDF的瘤胃有效降解率(%, X±SD)

不同水平莫能霉素日粮ADF瘤胃降解率:MⅠ组的快速降解部分低于MⅡ组、MⅢ组快速降解部分(P>0.05),两添加组间比较MⅡ组低于MⅢ组(P>0.05);MⅡ组、MⅢ组慢速降解部分低于MⅠ组(P>0.05);MⅠ、MⅢ两组的潜在降解率(a+b)值略高于MⅡ添加组(P>0.05);MⅠ、MⅢ两个添加组的有效降解率高于MⅡ组(P>0.05)。

2.3 不同水平莫能霉素对奶牛血液生化指标的影响

表4 饲喂不同水平莫能霉素日粮对奶牛血液生化指标的影响( X±SD)

由表4可知,MⅡ组、MⅢ组的血糖浓度略高于对照组分别高出10.96、10.35个百分点,各组间比较差异不显著(P>0.05);血清尿素氮:MⅡ组、MⅢ组均高于MⅠ未添加组(P>0.05),两试验组间比较,MⅡ组与MⅢ组间差异不显著(P>0.05);各组的血液乳酸浓度差异不显著(P>0.05)。

3 讨论

从试验结果中可看出,莫能霉素添加组瘤胃内pH值高于对照组,这一结果与Broderick(2004)[6]试验结果相一致。

根据康乃尔净碳水化合物蛋白质系统(CNCPS),将微生物按照对能量获得和蛋白质的利用分为两类,即分解结构性碳水化合物、利用氨为氮源的微生物与利用非结构性碳水化合物可利用氨、氨基酸和肽为氮源的微生物[7～8]。本试验中添加组的氨氮浓度要低于对照组,其可能是由于莫能霉素对于革兰氏阳性菌的调节作用,其降低了瘤胃内微生物对于日粮中蛋白质分解,该观点可从本试验中日粮粗蛋白降解率的部分参数得到部分证实。此外Yang(1993)等研究认为莫能霉素可抑制瘤胃内微生物的脱氨基作用,以至添加组氨氮浓度低于对照组[9],Jenkins(2003)等研究报道,在奶牛日粮中单独添加莫能霉素也得到类似结果[10]。Preston(1987)等认为瘤胃内的氨氮浓度处于6.0～30.0 mg/100 mL时可保证瘤胃内微生物的正常发酵该试验结果数值均处于适正常耐受范围内[11]。

在本试验中,添加组瘤胃内乙酸浓度要低于对照组,但丙酸的发酵量及摩尔比例高于对照组。该结果与Marounek(2001)[12]等在体外培养条件下以及研究的结果相一致,这可能与瘤胃内乙酸发酵菌受到抑制有关。添加组的C2/C3值要低于对照组,且C2/C3大于 3。这与李长皓(2007)对于肉牛的研究结果近似C2/C3值均高于对照组,但其测定各组C2/C3值均小于3[13]。这可能与日粮的组成结构不同有关,造成的发酵类型不同。TVFA在的发酵量随日粮中莫能霉素含量的增加而降低,这也说明了对于莫能霉素的使用量须在一定的合理范围内,使其正效应最大限度大于负效应。

本试验中各添加组的DM瘤胃内有效降解率均高于对照组,证明添加组的瘤胃内环境较适合瘤胃发酵菌的生长繁殖;当日粮中添加46.5 mg/kg DM的莫能霉素后CP瘤胃内慢速降解部分则要低于对照组;添加组NDF瘤胃内的有效降解率则低于对照组,而日粮中添加31.5 mg/kg DM莫能霉素后ADF瘤胃内有效降解率要低于其他两组,并没有出现ADF瘤胃内有效降解率随莫能霉素添加量增加而低,这一问题有待继续探讨。

本试验对于奶牛血糖的测定结果发现试验组血糖浓度均略高于对照组(P>0.05),这可能是由于乙酸发酵菌对于日粮中可溶性碳水化合物发酵的减少以及丙酸发酵量的增加,其次生糖氨基酸在瘤胃内降解的减少导致了葡萄糖合成量的增加,这结果与Vallimont(2001)等单独添加莫能霉素的研究报道相一致[14]。血中的尿素氮可作为评定蛋白质利用水平一项重要指标,其对于分析、评定调整家畜日粮蛋白质水平起着重要的参考作用。血中尿素氮含量与反刍动物日粮中的蛋白质水平及其利用状况成正相关。试验结果表明添加组血液中的尿素氮含量高于对照组,日粮中CP在瘤胃内有效降解率的下将及过瘤胃蛋白数量的增加都可能导致这一结果。由于该实验所投给的精饲料并未达到导致酸中毒的饲喂量,所以试验中各组奶牛血液中的乳酸含量均未达到中毒水平且各组间差异不显著。

4 结论

1)对于奶牛日粮中添加莫能霉素可以提高奶牛的瘤胃内pH值、降低氨态氮浓度,显著提高丙酸摩尔比例,降低乙酸丙酸比值。

2)添加莫能霉素减缓日粮中粗蛋白降解,但奶牛日粮中干物质和纤维在瘤胃内降解率也会降低。

3)添加莫能霉素可一定程度提高奶牛血液中尿素氮含量及血糖浓度、对血液乳酸浓度影响则表现不明显,各项指标均呈差异不显著。

[1] Bergen W G,Bates D B.Ionophores:Their effect on production efficiency and mode of action.Journal of Animal Science,1984,58:1465-1471.

[2] 冯宗慈,高 民.通过比色法测定瘤胃液氨氮含量方法地改进[J].内蒙古畜牧科学,1993,(4):40-41.

[3] 林春健,冯仰廉.尼龙袋法评定饲料于反刍动物瘤胃内蛋白质降解率[J].北京农业大学学报,1987,13(3):375-380.

[4] 魏全意,莫 放.几种能量饲料在瘤胃内的干物质降解率的研究[J].饲料研究,1998,4:1-2.

[5] Grummer R R,Skaar T C,Dentine M R,et al.Seasonal effects of prepartum and postpartum fatand niacin feeding on lactation performance and lipid metabolism[J].J Dairy Sci,1989,72(8):2028-38.

[6] Broderick G A.Effect of Low Level Monensin Supplementation on the Production of Dairy Cows Fed Alfalfa Silage[J].J Dairy Sci,2004,87:359-368.

[7] Russell J B,O'Connor J D,Fox D G,et al.A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets:Ⅰ.Ruminal fermentation[J].J Anim Sci,1992,(70):3551-3561.

[8] Sniffen C J,O'Connor J D,Van Soest P J,et al.A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets:II.Carbohydrate and protein availability[J].JAnim Sci,1992,(70):3562-3577.

[9] Yang,C M J and Russell J B.Effect of monensin on the specific activity of ammonia production by ruminal bacteria and disappearance of amino nitrogen from the rumen[J].Appl Environ Microbiol,1993,(59):3250-3254.

[10] Jenkins T C,Fellner V,and McGuffey R K.M onensin by Fat Interactions on Trans Fatty Acids in Culturesof Mixed Ruminal Microorganisms Grown in ContinuousFermentors Fed Corn or Barley[J].Dairy Sci,2003,(86):324-330.

[11] Preston T R,Leng K A.Matching Ruminant Production System with Available Resources in the T ropics and Sub-trpoics Penambul Books[M].Armidale[C].1987.

[12] Marounek M,Fievze V,Mbanzamihigo L.In vitro effects of bacitracin and monensin on ovine rumen fermentation[J].Sci Agric Bohemica,2001,33(2):59-62.

[13] 李长皓.日粮中添加维吉尼亚霉素和莫能霉素对于肉牛消化代谢的影响[D].新疆农业大学,2007.

[14] Vallimont J E,Varga G A,Arieli A,et al.Effects of Prepartum Somatotropin and Monensin on Metabolism and Production of Periparturient Holstein Dairy Cows[J].J Dairy Sci,2001,(84):2607-2621.