高直链淀粉玉米替代普通玉米对断奶羔羊生长性能、营养物质表观消化率和血液生理生化指标的影响

陈 凯 刘 勇 冉 涛 贺建华 贺志雄,3* 谭支良,3

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，亚热带农业生态过程重点实验室，畜禽养殖污染控制与资源化技术国家工程实验室，湖南省动物营养生理与代谢过程重点实验室，农业部中南动物营养与饲料科学观测实验站，长沙 410125；3.中国科学院大学，北京 100049)

直链淀粉是D-葡萄糖基以α-(1,4)糖苷键连接的多糖链，支链淀粉中葡萄糖分子之间除了以α-(1,4)糖苷键相连外，其支链是以α-(1,6)糖苷键相连[1]。直链淀粉与支链淀粉结构的差异性，使得它们在动物体内降解速率不一致，相比于支链淀粉，直链淀粉消化降解的速率要更慢，淀粉在胃肠道转变为能量被机体利用的效率可能更高，同时也能通过刺激反刍动物瘤胃的发育，对反刍动物生长发育产生积极意义[2-3]。淀粉主要来源于大米、小麦、玉米、土豆和高粱等，刘文等[4]通过探究不同来源淀粉(豌豆淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉和木薯淀粉)对育肥羔羊生长发育的影响，发现生长性能未见显著差异。但也有研究得出豌豆淀粉(直链淀粉占总淀粉的比例达32.4%)有提高育肥羊生长性能的趋势，促进反刍动物健康生长[5]。近几年来，关于直链淀粉在反刍动物上应用的研究受到很多关注，学者们相继发现直链淀粉对反刍动物胃肠道发育、瘤胃发酵及微生物定植具有积极影响[6-7]。玉米籽粒中直链淀粉占总淀粉的比例在55%～85%的玉米称之为高直链淀粉玉米(简称高直玉米)，与普通玉米相比，高直玉米在食品、医药和环境保护等领域具有更广泛的应用[1,8]。但是高直玉米应用于反刍动物饲粮替代普通玉米的研究相对较少，目前在动物饲粮生产中以玉米-豆粕型饲粮为主，然而高谷物饲粮由于其易降解，在瘤胃中快速发酵，使挥发性脂肪酸(VFA)堆积，造成亚急性瘤胃酸中毒，对反刍动物健康发育具有不利影响，从而影响反刍动物的正常生长[9]。本试验通过在断奶羔羊饲粮中添加不同比例的高直玉米替代普通玉米，探究其对断奶羔羊生长性能、营养物质消化率以及血液生理生化指标的影响，以期为高直玉米在反刍动物饲粮中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用试验山羊由中国科学院亚热带农业生态研究所与浏阳黑山羊产业研发中心共建的动物试验基地提供，高直玉米由海南某科技有限公司提供。

1.2 试验设计

选取27头健康、体况良好、平均体重为(8.97±0.19)kg的浏阳湘东黑山羊为试验动物，将其随机分为3组，每组4头公羊、5头母羊，试验羊单栏饲养。分别用高直玉米替代基础饲粮中0(A组，作为对照组)、50%(B组)、100%(C组)的普通玉米，配制3种试验饲粮，各组精料组成及营养水平见表1。预试期为7 d，正试期为28 d。饲养试验在湖南省浏阳市某羊场进行，在试验开始之前清扫羊圈，使用百毒杀稀释液全面消毒，对试验羊进行驱虫处理。试验饲粮精粗比控制在6∶4，粗饲料为苜蓿，每天09:00和17:00各饲喂1次，自由饮水，记录每日采食量。根据每日剩料量适当调整投食量。

表1 精料组成及营养水平(干物质基础)

1.3 饲粮营养水平测定

1.3.1 常规营养成分含量

干物质、粗蛋白质、总能、钙、磷、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)含量参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[10]的方法进行测定。

1.3.2 总淀粉含量

利用α-淀粉酶和葡萄糖苷酶将淀粉分解成葡萄糖，通过多功能酶标仪(Infinite M200 PRO，瑞士)测定葡萄糖溶液在450 nm下的吸光度。总淀粉含量的具体测定方法参见雷龙等[11]，计算公式(0.9为葡萄糖转化为淀粉的系数)如下：

总淀粉含量(%)=葡萄糖含量(g/L)×

0.9×[100/样品重(mg)]。

1.3.3 直链淀粉含量

直链淀粉含量采用国家标准方法(GB/T 15683—2008)测定。称取(100.0±0.5)mg试样于100 mL小烧杯中，加入1.0 mL乙醇充分湿润样品，再加入9.0 mL 1 mol/L的氢氧化钠溶液，在85 ℃水浴中分散10～15 min，迅速冷却，移入100 mL容量瓶中，用适量水洗涤烧杯3～4次，洗涤液一并移入容量瓶中，定容，剧烈摇匀。利用一定体积的直、支链淀粉标准分散液及2.0 mL 0.09 mol/L的氢氧化钠溶液配制直链淀粉占比为0、25%、50%、75%和100%的标准混合液，其中直链淀粉、支链淀粉标准品由西格玛奥德里奇贸易有限公司(上海)提供。准确移取2.5 mL待测溶液和标准混合液于50 mL比色管中，比色管中预先加入25 mL水，加0.5 mL 1 mol/L乙酸溶液，混匀，再加入1.0 mL碘试剂，加水至刻度，塞上塞子，摇匀，静置20 min，取300 μL于酶标板中使用多功能酶标仪(Infinite M200 PRO，瑞士)测定其在620 nm处的吸光度。直链淀粉含量通过吸光度在校正曲线上查出相对应的直链淀粉占比来表示。

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1 生长性能和体尺指标

试验期间记录每日采食量，在正试期第1天和第28天空腹称重，计算每头羔羊的平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。试验第28天测量试验羔羊体高、体斜长和胸围。

1.4.2 营养物质表观消化率

试验期间每周收集1次饲料与粪便，测定其干物质、粗蛋白质、NDF、ADF、淀粉、酸不溶灰分含量，计算营养物质表观消化率。酸不溶灰分含量测定按照文献[12]的方法测定，干物质、粗蛋白质、NDF、ADF和总淀粉含量按照1.2.1方法测定。营养物质表观消化率计算公式如下：

某营养物质表观消化率(%)=100-100×[饲粮中酸不溶灰分含量(%)×粪便中该营养物质含量(%)]×[粪便中酸不溶灰分含量(%)×饲粮中该营养物质含量(%)]。

1.4.3 血液生理生化指标

试验结束后，于第2天晨饲前采集试验羊颈静脉血，静置4 h，在4 ℃条件下以3 000×g离心10 min，收集血清，-20 ℃保存待测。血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、血氨(NH3L)含量与谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、乳酸脱氢酶(LDH)、淀粉酶(AMS)、胰淀粉酶(AMY-P)活性使用Cobas C311自动生化仪(Roche，瑞士)测定。血清血管内皮生长因子(VEGF)、乳酸(LAC)、类胰岛素生长因子-1(IGF-1)和生长激素(GH)含量使用酶联免疫吸附试验(ELISA)法测定，LAC和VEGF试剂盒由上海蓝基生物科技有限公司提供，GH和IGF-1试剂盒由武汉华美生物工程有限公司提供。

1.5 数据统计与分析

试验数据首先使用Excel 2010进行归纳整理，之后应用SPSS 24.0分析软件的一般线性模型单变量分析方法分析组间、性别及二者交互作用影响的显著性，组间数据使用单变量线性方法分析数据的线性和二次方显著性，P<0.05作为差异显著性判断标准。

2 结 果

2.1 生长性能和体尺指标

各组羔羊的生长性能如表2所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可显著提高羔羊的ADG(P<0.05)，并且公羊比母羊的ADG提升更为显著(P<0.05)，但是组别和性别之间没有交互作用(P<0.05)。

表2 高直玉米替代不同比例普通玉米对断奶羔羊生长性能的影响

各组羔羊的体尺指标如表3所示。高直玉米替代50%和100%的普通玉米可提高羔羊的体斜长，其中100%替代组与对照组的差异达到显著水平(P<0.05)，并且组别与性别之间存在交互作用(P<0.05)。

表3 高直玉米替代不同比例普通玉米对断奶羔羊体尺指标的影响

2.2 营养物质表观消化率

各组山羊的营养物质表观消化率如表4所示。相较于对照组，50%和100%替代组的干物质、粗蛋白质、NDF和ADF表观消化率显著提高(P<0.05)。性别对粗蛋白质表观消化率有显著影响(P<0.05)，公羊显著高于母羊(P<0.05)。

表4 高直玉米替代不同比例普通玉米对断奶羔羊营养物质表观消化率的影响

2.3 血液生理生化指标

由表5可知，100%替代组血清VEGF和LAC含量显著高于对照组(P<0.05)，50%替代组血清VEGF和LAC含量也高于对照组，但差异不显著(P>0.05)，其他血液生理生化指标(血清IGF-1、GH、TP、ALB、NH3L含量与ALT、AST、LDH、AM、AMY-P活性)各组间均无显著差异(P>0.05)。性别对血清LAC含量有显著影响(P<0.05)，公羊显著高于母羊(P<0.05)。

表5 高直玉米替代不同比例普通玉米对断奶羔羊血液生理生化指标的影响

3 讨 论

谷物淀粉是家畜生长发育的主要能量来源，在反刍动物中，淀粉不仅提供能量来提高动物的生长性能，还在促进微生物发育方面起着重要作用。近年来，科学家们进行了大量关于直链淀粉在反刍动物生长、消化代谢等方面的研究，例如：Ren等[5]在育肥羊上的研究发现高直链淀粉能提高羊的日采食量、日增重，促进羊的生长发育；刘文等[4]通过探究不同来源淀粉对育肥羔羊生长性能的影响，发现饲喂直链淀粉比例最高(占总淀粉的比例为32.4%)的豌豆淀粉组的羔羊在日采食量、日增重、料重比和体尺指标均高于其他来源淀粉组(低直链淀粉组)。本试验结果与上述研究结果相符，高直玉米显著提高了羔羊的ADG、体斜长。这可能是由于淀粉的结构以及反刍动物中不同位置淀粉的降解方式存在差异，小肠中淀粉会直接分解为葡萄糖被机体吸收，而瘤胃中淀粉被降解为丙酮酸，再被微生物所利用生成挥发性脂肪酸进入机体代谢途径，为机体提供能量。而且，淀粉在瘤胃中还产生甲烷、二氧化碳等气体，通过嗳气排出体外，直链淀粉由于其难以被消化降解的特性使得过瘤胃淀粉增加，能量利用效率增加，提高了反刍动物的生长性能。反刍动物的生长发育与饲粮各种营养物质的消化吸收息息相关，其中淀粉作为能量来源不仅受到其组成及结构的影响，而且在动物和人体内消化的速度和部位存在差异，淀粉颗粒大小、直链淀粉和支链淀粉的占比、淀粉的物理存在形式、非淀粉多糖、抗营养因子、饲粮的油脂水平以及动物体内淀粉消化酶的活性、小肠对淀粉消化产物葡萄糖的吸收能力、饲料在消化道中停留的时间和消化酶与淀粉的接触程度等都对其消化产生影响；同时，淀粉的消化同样也影响其他营养物质的消化代谢[13]。

在反刍动物中，淀粉主要在瘤胃微生物发酵作用下产生挥发性脂肪酸被机体吸收，而过瘤胃后未降解的大部分淀粉在小肠α-淀粉酶和葡萄糖化酶作用下分解为葡萄糖被机体吸收利用，另外还有一小部分淀粉会穿过小肠到达大肠，同样经过微生物发酵作用产生挥发性脂肪酸再被机体吸收[14-15]。单胃动物淀粉的水解消化主要在小肠，被分解为葡萄糖再提供给机体日常生长发育所需的能量，一般来说，淀粉在体内水解成葡萄糖能作为能量被机体有效利用，但是经过微生物发酵而生成的挥发性脂肪酸的利用效率要低于葡萄糖[16-17]，所以这可能是反刍动物比单胃动物生长缓慢的原因之一。直链淀粉葡萄糖链上的氢键更广泛，而支链淀粉每个分子与酶接触的表面积更大，更容易被分解，所以直链淀粉更难以被降解[18]。对于饲料原料种类来说，淀粉颗粒较小的谷物(大米、燕麦等)比淀粉颗粒较大的谷物(玉米、小麦)更容易被消化降解[19-20]。在瘤胃中细菌比其他微生物能更有效地消化淀粉[21]，在瘤胃细菌的发酵作用下，快速发酵的淀粉(支链淀粉)能产生大量丙酸盐，当丙酸盐的产生远远大于被吸收转化为葡萄糖时，会被氧化生成三磷酸腺苷(ATP)，从而反馈地调节采食量，降低饲料利用率，抑制反刍动物生长[22]。而慢速发酵的淀粉(直链淀粉)在反刍动物胃肠道的消化利用过程中，缓慢的发酵模式能让营养物质得到充分分解，能更加有效的为机体所利用[2]。本试验中，高直玉米替代50%和100%的普通玉米显著提高了断奶羔羊的干物质、粗蛋白质、NDF和ADF表观消化率，这与上述结论相符合。

VEGF调控血管细胞生成，血管细胞生成增加可提高氧气运输能力，进而提供更多的营养物质、促生长因子，促进动物生长发育[23]。本试验中，血清VEGF含量在100%替代组最高，表明高直玉米能提高山羊的血管生成能力，促进山羊的生长发育。IGF-1是影响肠道发育的重要调节因子，它必须与胰岛素样生长因子受体(IGF-1R)结合才能发挥其作用，IGF-1和GH等协同作用促进肠道上皮细胞的增殖[6]。高直链淀粉能显著提高瘤胃乳头表面积，促进乳头发育，对小肠绒毛的发育也有促进作用[6]。但是在本试验中没有发现高直玉米替代不同比例普通玉米后血清IGF-1和GH含量的显著变化。淀粉进入胃肠道被分解成葡萄糖这个过程与很多方面有关，比如微生物、葡萄糖转运体等。直链淀粉难以被分解除了与其直链结构相关外，还与动物胃肠道内微生物种类、丰度和各种葡萄糖转运体有关。在反刍动物中，瘤胃微生物相比于单胃动物大肠微生物种类更丰富，数量更多[5]，淀粉不仅为机体提供生存的能量，也促进微生物的发育，为胃肠道有益微生物的定植提供支持。直链淀粉对于瘤胃微生物的作用较小，瘤胃微生物仍然主要作用于纤维分解，但是直链淀粉可能从瘤胃通过进入其他胃肠道而促进胃肠道有益菌的定植与增殖[24]。

部分LAC通过瘤胃淀粉发酵产生，本试验发现50%、100%替代组血清LAC含量均高于对照组，表明高直玉米促进了LAC的合成，一定程度上抑制了糖异生途径，降低了血糖合成。血液中TP和ALB含量可反映机体蛋白质状况，NH3L含量可反映机体对氨的利用情况。本试验中没有发现高直玉米替代不同比例普通玉米后血清TP、ALB、NH3L含量的显著变化。在肉鸡上的研究发现直链淀粉抑制了小肠对于氨基酸的吸收利用，氨基酸代谢减弱[25]。但是在本试验中，高直玉米替代不同比例普通玉米后血清ALT、AST活性没有发生显著变化，而且2个替代组的数值比对照组稍低，这可能是被高直玉米中其他成分所影响，但对氨代谢的影响有限。高淀粉饲粮可能影响氨代谢，过高的饲粮能量水平可能增加脂肪的合成而减少蛋白质的合成，在家畜育肥不同阶段调制不同原料组成的饲粮，可以有针对性地促进家畜增脂或者增肌效果。有研究表明高直链淀粉能够促进猪蛋白质的合成，达到增肌减脂的效果[26]。在反刍动物中，高直玉米大部分会在瘤胃微生物的发酵作用下生成挥发性脂肪酸被机体利用，所以能量利用效率偏低，机体代谢减弱，这可能也是导致在本试验中3个组的血液代谢酶活性没有显著变化的原因之一。

综上可知，高直玉米替代普通玉米对断奶羔羊的生长发育具有积极影响，能提高营养物质的消化率，促进能量饲料的有效利用，高直玉米在家畜饲料化应用方面有着巨大前景。但是高直玉米在我国成本较高，50%的替代比例可能更符合实际生产需求。

4 结 论

高直玉米替代50%或100%普通玉米对断奶羔羊的生长和营养物质消化均有积极影响。