饲粮能量水平对草原红牛代谢及血清指标的影响

刘基伟，张相伦，李旭，王蕾，秦立红，班志斌，吴健，张国梁，万发春

（1吉林省农业科学院畜牧所，吉林公主岭 136100；2山东省农业科学院畜牧兽医研究所/山东省畜禽疫病防治与繁育重点实验室，济南 250100）

0 引言

【研究意义】草原红牛是我国自主培育而成的乳肉兼用型的优良品种，具有生长性能高、适应北方寒冷地区气候、耐粗饲、抗逆性强、遗传力稳定等优良特性，是我国东北地区肉牛带的主要品种[1]。近几年，国内专家学者围绕草原红牛的种质资源开发、良种扩繁、分子育种改良等方面开展了大量实验性研究[2-3]，主要从遗传育种与繁殖领域挖掘了其品种特性。而从动物营养学角度开展的草原红牛营养需要及调控方面的研究还较缺乏，严重限制了其推广利用。明确营养需要是动物发挥最佳生产性能的前提，由于缺乏系统研究，草原红牛的科学饲养尚无标准可依。因此，开展草原红牛养分消化代谢规律及营养需要的研究具有重要意义。【前人研究进展】饲粮能量是动物生长的第一限制性因素，其对动物采食、饲料养分的消化吸收、机体新陈代谢等方面具有重要的调节作用[4-5]。陈艳等[6]发现，适当提高饲粮能量水平可显著改善秦川牛的生产性能，提高能量利用效率，但能量过高时则带来不利影响。柏峻等[7]研究表明，提高饲粮能量水平有助于降低锦江黄牛的料重比，提高饲料营养物质的利用率。LI等[8]报道，饲粮能量水平虽然对湘西黄牛生产性能无显著影响，但可提高产肉性能，改善肌肉品质。可见，适宜的饲粮能量水平对于促进动物生长、提高营养物质消化利用、改善胴体品质等方面具有重要作用。【本研究切入点】目前，关于饲粮能量因素在草原红牛上的相关研究较少，仅李旭等[9]初步探讨了不同营养水平饲粮对其生产性能和屠宰性能的影响，且各组能量水平未明确标明，对于草原红牛养分消化代谢规律方面的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】基于此，本研究以体重为350 kg左右的草原红牛为对象，系统探讨了饲粮能量水平对草原红牛气体代谢、养分消化代谢及血清指标的影响，通过汇总分析得出饲粮能量适宜供给量，以期为草原红牛饲养标准的制订和高效饲养提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验动物与设计

选用12头体重相近（365.08±2.76）kg、膘情相似、健康的草原红牛公牛，随机分为3个处理，每组4头。试验采用单因子试验设计，各处理组分别饲喂3种不同能量水平的饲粮，分别记为低能组（LE）、中能组（ME）和高能组（HE）。试验组饲粮精粗比为4:6，精饲料组成及营养成分见表1，粗料全部为羊草。试验日粮参考《肉牛饲养标准》NY/T 815-2004[10]，并结合生产实际进行配制，低能组、中能组和高能组的增重净能分别为5.65、6.05和6.43 MJ·kg-1。试验期14 d，包括预试期12 d，正试期2 d，试验在吉林省农业科学院畜牧所试验牛场进行，于2018年11月份开展。

表1 精饲料组成及其营养成分（风干基础）Table 1 Composition and nutrient levels of concentrates (air-dry basis, %)

1.2 试验方法及饲养管理

预试期间，试验牛单槽拴系饲养，单饲定饲，每天7:00和17:00各饲喂1次，先精后粗，自由饮水。预试期摸索各组采食量，确保各组采食量基本一致。正试期将所有试验牛转入呼吸测热室内拴系饲养，饲喂时间、日粮、饮水等条件与预试期完全相同。

正式期间，利用吉林省农业科学院自主研制的“大型动物开放回流式呼吸测热装置”进行呼吸代谢试验[12]，该套装置采用“开放式”气体通路，室内环境温度可控，自动化和精度高。测定期间每隔3min，系统自动检测并记录呼吸代谢室气体及外界大气的气体变化，连续记录2d。正式期间，同时采用全收粪尿法收集每头牛每天的粪便和尿液，连续收集2d，开仓收集粪尿的时间为每日气体数据采集完成时。每天采集的粪便全部称重并作好记录，充分混合均匀后分成2份，1份制备风干样本待测，1份用10%硫酸固氮后，用于定氮的检测。每天排泄的尿液全部收集后，用量筒准确记录，用6层纱布过滤后，量取每头牛每天尿样的10%置于干净塑料瓶中，加入10%的硫酸，密封置于-20℃待测。试验结束前每头牛颈静脉采集血样10 mL，4℃条件下3 000×g离心15 min，分离血清保存于-20℃待测。

1.3 测定指标及计算方式

1.3.1 养分表观消化率 按照《饲料分析及饲料质量检测技术》[13]测定饲料、粪便样本的干物质（DM）、有机物（OM）、粗脂肪（EE）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF），计算养分表观利用率。

饲料养分表观消化率（%）=（养分摄入量－粪便养分排泄量）/养分摄入量×100

1.3.2 气体代谢及产热量 利用呼吸代谢室检测每头牛的氧气消耗量、二氧化碳产生量、甲烷产生量等，并计算呼吸熵、产热量。

呼吸熵 = 二氧化碳产生量/氧气消耗量

产热量（kJ）[14]= 16.175 × 氧气消耗量+ 5.021 ×二氧化碳产生量-2.167 ×甲烷产生量-5.987 ×尿氮排出量

1.3.3 能量及氮代谢参数 利用氧弹式测热仪（C2000，IKA）测定饲料、粪便、尿样的总能值，根据甲烷产量计算甲烷能值，计算能量代谢相关参数。

总能采食量（MJ·d-1）=采食量×饲料总能值

粪能排泄量（MJ·d-1）=粪便排泄量×粪便能值

甲烷能排出量（MJ·d-1）=甲烷排出量×39.55（MJ·L-1）

尿能排泄量（MJ·d-1）=尿排泄量×尿能值

消化能采食量（MJ·d-1）=总能采食量-粪能排泄量

代谢能采食量（MJ·d-1）=总能采食量-粪能排泄量-尿能排泄量－甲烷能排出量

总能消化率（%）=（总能采食量-粪能排泄量）/总能采食量×100

总能代谢率（%）=（总能采食量-粪能排泄量-尿能排泄量-甲烷能排放量）/总能采食量×100

利用凯氏定氮法（Kjeltec 8400，FOSS）测定饲料、粪便、尿样的氮，计算氮代谢相关参数。

总氮摄入量（g·d-1）=采食量×饲粮氮含量

粪氮排泄量（g·d-1）=粪排泄量×粪氮含量

尿氮排泄量（g·d-1）=尿排泄量×尿氮含量

消化氮（g·d-1）=总氮摄入量-粪氮排泄量

沉积氮（g·d-1）=总氮摄入量-粪氮排泄量-尿氮排泄量

氮表观消化率（%）=（总氮摄入量-粪氮排泄量）/总氮摄入量×100

氮表观代谢率（%）=（总氮摄入量-粪氮排泄量－尿氮排泄量）/总氮摄入量×100

1.3.4 血清生化指标 利用试剂盒检测血清葡萄糖（Glu）、总甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）、总蛋白（TP）、尿素氮（UN）（南京建成生物工程研究所）。

1.4 数据统计

数据经Excel 2007初步整理后，采用SPSS 20.0软件中的单因子方差分析（One-way ANOVA）进行统计分析，多重比较采用Tukey法进行，采用多项式比较分析一次线性效应，结果以平均值和平均值标准误（SEM）表示，P＜0.05为差异显著，0.05＜P＜0.1表示有变化趋势。

2 结果

2.1 饲粮能量水平对草原红牛气体代谢的影响

由表2可见，饲粮能量水平对草原红牛气体代谢各项指标均有较大影响。其中，高能组草原红牛的甲烷产生量、甲烷产生量占干物质采食量比例、氧气消耗量及产热量均高于其余2组，二氧化碳产生量显著高于中能组（P＜0.05），并且各项指标随着饲粮能量升高呈线性升高变化（P＜0.05）。中能组呼吸熵有降低趋势，但未达显著水平（P=0.09）。

表2 饲粮能量水平对草原红牛气体代谢的影响Table 2 Effects of dietary energy levels on gas metabolism of Steppe Red cattle

2.2 饲粮能量水平对草原红牛能量代谢参数的影响

表3结果表明，各组动物消化能采食量（P=0.053）、总能消化率（P=0.069）随饲粮能量水平升高呈线性升高，各组间代谢能采食量、总能代谢率无显著差异（P＞0.05）。随着饲粮能量的升高，草原红牛的甲烷能排放量、甲烷能占总能比值均呈线性升高，以高能组最高（P=0.018）。饲粮能量水平对粪能和尿能的排泄量均无显著影响（P＞0.05），但粪能排泄量有线性降低趋势（P=0.076）。

2.3 饲粮能量水平对草原红牛氮代谢参数的影响

由表4可见，饲粮能量水平对草原红牛各项氮代谢指数均无显著影响（P＞0.05），但消化氮、沉积氮、氮消化率和氮代谢率均以高能组较高，表明高能饲料可一定程度上提高氮利用效率。

表3 饲粮能量水平对草原红牛能量代谢的影响Table 3 Effects of dietary energy levels on energy metabolism of Steppe Red cattle

表4 饲粮能量水平对草原红牛氮代谢的影响Table 4 Effects of dietary energy levels on nitrogen metabolism indexes of Steppe Red cattle

表5 饲粮能量水平对草原红牛养分表观消化率的影响Table 5 Effects of dietary levels on apparent nutrient digestibility of Steppe Red cattle (%)

2.4 饲粮能量水平对草原红牛养分表观消化率的影响

表5结果表明，饲粮能量水平对草原红牛干物质、有机物、粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观利用率均无显著影响（P＞0.05），但干物质（P=0.059）和有机物（P=0.059）表观消化率有随饲粮能量水平升高而线性升高的趋势。

2.5 饲粮能量水平对草原红牛血清生化指标的影响

由表6可见，随着饲粮能量的升高，血清总甘油三酯含量逐渐升高，以高能组最高（P＜0.05）；尿素氮的含量则逐渐降低，以高能组最低（P＜0.05）。各组血清葡萄糖、总胆固醇和总蛋白含量均无显著差异（P＞0.05）。

表6 饲粮能量水平对草原红牛血清生化指标的影响Table 6 Effects of dietary energy levels on serum parameters of Steppe Red cattle

3 讨论

3.1 高能饲粮可以提高草原红牛气体代谢及产热量

反刍动物的气体代谢中，甲烷反映了瘤胃的发酵活动，而氧气和二氧化碳则说明了机体生命代谢状况[15]。研究人员对甲烷产量与饲料能量含量的关系进行了大量的研究，但没有取得一致的结果。马媚[16]报道，荷斯坦奶牛的甲烷产量随饲粮能量水平的升高逐渐升高，而崔安[17]却发现，低能组秦川牛的甲烷产量高于中能组和高能组，其原因与饲粮精粗比提高、纤维含量降低有关。高精粗比的饲粮使得瘤胃乙酸产量降低，丙酸升高，而乙酸与甲烷的排放成正相关。本研究发现，随着饲粮能量水平的提高，甲烷产生量、氧气消耗量和二氧化碳产生量在数值上呈先降低后升高的趋势，由于各组饲粮的精粗比一致，因此甲烷产生量的高低主要受饲粮成分和营养水平影响。与低能组相比，中能组饲粮中玉米添加比例升高，而高含量的淀粉可降低甲烷的产生[18]，因此中能组甲烷排放量略微降低。高能组除玉米含量高于低能组外，还额外添加了1%的大豆油。添加油脂对甲烷产生的影响结果也不一致，有报道表明饲料添加油脂会降低反刍动物甲烷的产生量，本研究结果与其不一致，但其油脂的添加剂量高达50 g·kg-1DM以上[19-20]，本研究仅为4.3 g·kg-1DM。孙玲玲等[21]研究发现饲粮添加少量的硬核油可提高瘤胃乙酸含量，有可能促进甲烷产生，与本研究预期结果类似。本研究提高饲粮能量水平增加了草原红牛的氧气消耗量和二氧化碳产生量，导致产热量的增加，与马媚[16]的研究结果一致，原因可能是高能量的摄入提高了动物机体的代谢水平[22]。

3.2 提高饲粮能量水平可影响草原红牛能量及氮代谢参数

能量和氮代谢均与日粮能量水平密切相关，在适宜的饲养水平范围内，随着饲粮能量水平的提高，饲料有效能量用于维持部分相对减少，用于生产的净效率增加，因此其消化能和代谢能值均增加[5]。本研究提高饲粮能量水平显著增加了甲烷能的排放量，但不影响草原红牛的粪能和尿能的排泄量。由于饲粮能量水平增加提高了甲烷的产生量，进而使甲烷能的排放量显著增加。粪能是饲料能量中损失最大的部分，其排泄量受动物种类、年龄和饲料类型影响；尿能主要来源于机体的蛋白质代谢产物（尿氮）[5]。刘道杨等[23]发现饲粮能量水平对11—12月龄夏南牛（275.57 kg）的粪能和尿能排泄量均无显著差异。但陈艳等[6]报道，秦川牛（336.33 kg）的粪能排泄量随饲粮能量水平的提高呈先增加后降低的变化趋势，但尿能排泄量不受影响。造成上述结果差异的原因与饲粮能量水平差异、动物品种和所处的生理阶段不同有关。本研究发现，各组消化能和代谢能采食量、总能的消化率和代谢率等指标虽然差异不显著，但数值上均随饲粮能量水平提高而升高，其中高能组的总能消化率和代谢率达71.66%和65.22%，这与崔秋佳等[24-25]研究结果类似。

反刍动物蛋白质利用效率受动物生理阶段、日粮组成、饲料蛋白质品质等各方面的影响[5,26-27]。穆阿丽等[28]报道，提高饲粮能量水平可从数值上提高4—6月龄利木赞×鲁西黄牛杂交牛（105.32 kg）的氮沉积率，但差异不显著。但张蓉[29]报道，饲粮能量对新生犊牛的养分表观消化率均具有显著影响，适宜能量水平可显著提高氮的表观消化率。本研究表明，饲粮能量水平对草原红牛的粪氮、尿氮排出量均无显著影响，各组间可消化氮、沉积氮、氮的表观消化率和代谢率等虽有增加的趋势，但差异不显著，与穆阿丽等[28]的研究结果一致。

3.3 饲粮能量水平对草原红牛养分表观消化率的影响不显著

养分消化率是反映饲粮组成能否满足动物生长需要及营养配比是否均衡的重要指标，饲粮能量水平是影响消化率的重要因素之一。崔祥[30]报道，随着饲粮能量水平的提高，180日龄断奶犊牛干物质表观消化率呈先升高后降低的变化趋势，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率逐渐升高，但对有机物和粗脂肪消化率无显著影响。曾书秦[31]研究表明，7—10月龄荷斯坦育成牛的干物质、有机物和粗脂肪的表观消化率随饲粮能量水平提高而提高，但酸性洗涤纤维的消化率降低。柏峻等[7]研究了饲粮能量水平对锦江黄牛（301 kg）的影响，发现各组间养分消化率也无显著差异，但随能量水平升高呈增加趋势。上述研究结果表明，适当提高饲粮能量水平有利于提高饲料养分消化率，但当超过一定水平后，消化率开始降低。适宜能量水平的日粮可能会促进瘤胃微生物区系的优化和新陈代谢，提高饲料利用率[26]，但过高能量的饲料可能会导致消化底物和酶分泌量的不均衡，导致消化率降低[7]。本研究发现饲粮能量水平对各养分的表观消化率均无显著影响，但数值上随饲粮能量水平的升高逐渐升高，与上述研究报道类似。

3.4 饲粮能量水平可影响草原红牛部分血清生化指标

血清生化指标的变化通常与机体营养水平或疾病密切相关[32]。本试验中，血清葡萄糖、脂类、蛋白代谢等相关产物指标均在正常范围内[33]，说明各组动物机体代谢水平正常。本研究发现饲粮能量水平对血清葡萄糖、总胆固醇和总蛋白水平均无显著影响，与武婷婷等[34]的研究结果类似，说明本研究饲粮能量水平的提高还不足以改变上述指标。但是，血清总甘油三酯含量以高能组最高，可能与高能组精料添加了油脂有关[35]。而血清尿素氮含量以高能组最低，血清尿素氮含量可反映机体的蛋白质利用程度，提高饲粮能量水平降低了血清尿素氮含量，可能是通过促进瘤胃微生物蛋白合成提高了氮利用效率，进而导致血清尿素氮降低[36]。

4 结论

本试验条件下，提高饲粮能量水平提高了草原红牛的甲烷产量及甲烷能排放量，增加了氧气消耗量和二氧化碳产量，增加了产热量；提高饲粮能量水平有提高草原红牛能量和各养分表观消化率的趋势。综合各项指标以中能组最佳，推荐350 kg的草原红牛消化能和消化蛋白日供给量分别为128.12 MJ·d-1、749.50 g·d-1，代谢能和沉积蛋白日供给量分别为121.78 MJ·d-1和678.75 g·d-1，增重净能日供给量为55.96 MJ·d-1。