粗饲料来源及长度对水牛犊牛生长性能、养分表观消化率和瘤胃菌群结构的影响

张 洁 王 坤 李 浩 陈情情 邹彩霞* 林 波,2*

(1.广西大学动物科学技术学院，南宁 530004；2.广西泰民兴牧业有限公司，南宁 532101)

营养物质的吸收利用对反刍动物幼龄时期瘤胃发育及成年后生产性能具有重要的意义[1]。为使犊牛在断奶前后保持理想的生长状态，应早期补饲粗饲料，这是促进其瘤胃发育的重要措施。饲喂粗饲料可以使犊牛瘤胃液pH升高，增加瘤胃容积，促进瘤胃肌层的发育和瘤胃乳头的正常形态[2]，从而提高生长性能。然而，不同来源的粗饲料会直接影响幼龄反刍动物的健康生长和发育，影响精料的采食量，最终影响经济效益[3]；粗饲料对瘤胃微生物的生长以及定殖也会产生影响。此外，粗饲料物理长度会对反刍动物生产性能[4]以及瘤胃的pH产生影响[5]，间接影响反刍动物的养分消化率。因此，在犊牛早期补饲阶段，粗饲料的选择及切割的物理长度对犊牛生长和瘤胃发育来说至关重要。

燕麦草可溶性碳水化合物含量较高，所以其有着良好的适口性，牛群喜欢采食。Terré等[6]研究发现，犊牛断奶后饲喂燕麦干草会提高其平均日增重(ADG)、末重以及干物质采食量(DMI)。象草是一种高蛋白质粗饲料[7]，在亚热带地区广泛种植。研究发现，新鲜象草作为粗饲料对育成奶水牛增重有显著效果[8]。Kong等[9]研究发现，不同来源的粗饲料会导致奶牛瘤胃菌群丰富度的差距，饲喂优质粗饲料比劣质粗饲料菌群丰富度更高。Yez-Ruiz等[10]证实了粗饲料的添加会影响瘤胃微生物的数量。有学者认为，在一定范围内减小饲料的长度，反刍动物消化速率的增长率高于瘤胃通过速率的增长率，总体的养分消化率也会提高[11]。Teimouri等[5]研究发现，苜蓿干草的物理长度与它的优质营养相比对犊牛的生长性能有着更显著的影响，在断奶后期，饲喂短的苜蓿干草相比长的苜蓿干草更能显著促进犊牛瘤胃的生长性能，并影响采食行为。Einarson等[12]研究发现，奶牛的采食量和有机物的摄入量与粗饲料的物理长度成正比关系。当粗饲料为青贮饲料时，适当的减小青贮饲料长度能够显著提高采食量[13]。

迄今为止，关于粗饲料对犊牛生长发育的研究大多以粗饲料来源不同作为单因素，粗饲料物理长度对犊牛生长发育的影响的研究甚少，且以不同来源粗饲料及不同物理长度粗饲料作为双因素对水牛犊牛生长性能和瘤胃菌群结构的影响更未见报道。因此，本研究选用象草干草和燕麦干草作为粗饲料，分别切割为2种物理长度，探究粗饲料来源及长度对水牛犊牛断奶前后采食量和生长性能的影响，分析断奶后水牛犊牛养分表观消化率的变化，评估不同来源粗饲料对经济效益的影响，探究断奶前添加粗饲料对其瘤胃菌群结构的影响，为广西当地的水牛犊牛培育提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料和试验设计

试验于2019年9—12月在广西泰民兴牧业有限公司进行。选取广西本地象草干草和进口燕麦干草为水牛犊牛粗饲料，均切割为(6.0±0.5) cm和(3.0±0.5) cm 2种长度，其营养成分含量见表1。选用体重为(41.90±6.31) kg、健康状况良好的(30±2)日龄的水牛公犊牛32头，随机分为4组，每组8头。4组水牛犊牛分别饲喂(6.0±0.5) cm象草干草(LE组)、(3.0±0.5) cm象草干草(SE组)、(6.0±0.5) cm燕麦干草(LT组)和(3.0±0.5) cm燕麦干草(ST组)粗饲料。试验预试期3 d，正试期56 d，其中正试期分为2个阶段：分别为断奶前35 d和断奶后21 d。断奶前代乳粉选用定制的犊牛代乳粉，由北京精准动物营养研究中心制作，代乳粉组成见表2；精料为牛场专用犊牛颗粒料，其组成及营养水平见表3。

表1 燕麦干草和象草干草营养成分含量(风干基础)Table 1 Nutrient contents of oat hay and elephant grass hay (air-dry basis) %

表2 代乳粉组成Table 2 Milk replacer composition %

表3 精料组成及营养水平(风干基础)Table 3 Composition and nutrient levels of concentrate (air-dry basis) %

1.2 饲养管理

水牛公犊牛单栏单饲。代乳粉温水冲开，每天饲喂2次，饲喂时间为08:00和16:00。在断奶前，31～50日龄，上午饲喂4 L/头，下午饲喂2 L/头；51～60日龄，上午饲喂2 L/头，下午饲喂1 L/头；61～63日龄，每天饲喂1.5 L/头；64～65日龄，每天饲喂1 L/头。每天08：00补充饲料，精料和粗饲料分开饲喂，精粗比断奶前80∶20、断奶后70∶30，自由饮水。每3 d更换垫料，及时清理粪便。

1.3 指标测定

1.3.1 采食量和生长性能测定

每天定时记录每头水牛犊牛的粗饲料和精料饲喂量和剩余量；称量水牛犊牛初重、断奶时体重以及末重，计算ADG、粗饲料和精料的平均日采食量(ADFI)、总DMI和料重比(F/G)。根据ADG和DMI计算剩余采食量(RFI)，计算公式如下：

RFI=DMI-(b0+b1×ADG+b2×
平均中期代谢重)[14]；
平均中期代谢重=[(初重+末重)/2]0.75。

式中：b0为回归截距；b1和b2为回归系数。

利用SPSS 19.0软件建立多重线性回归模型计算RFI。

1.3.2 粪便评分

从试验开始至结束，每天观察水牛犊牛粪便形态、颜色等，按表4中粪便评分标准进行粪便评分。

表4 粪便评分标准Table 4 Feces scoring criteria

1.3.3 经济效益测定

经济效益根据水牛犊牛增重所获效益以及消耗饲料成本计算。饲料价格(原始价)：精料，3.5元/kg；代乳粉，20.0元/kg；象草，1.0元/kg；燕麦草，3.0元/kg；水牛犊牛增重价格，60.0元/kg。

净收入(元)=水牛犊牛增重×增重价格-代乳粉
成本-粗饲料成本-精料成本。

1.3.4 养分表观消化率测定

在断奶后第3周采用全收粪法进行消化试验，其中适应期2 d、测定期5 d。每天饲喂前采集饲粮样品和前1天粪便，粪样加10%硫酸固氮，混合均匀放置4 h后65 ℃烘箱烘干，用封口袋分装。测定饲粮样和粪样干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、总能(GE)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)。

养分表观消化率(%)=100×(摄入的粗饲料和
精料的养分量-粪中所含有的养分量)/摄入的
粗饲料和精料的养分量。

1.3.5 瘤胃液采集及菌群结构分析

分别于65和86日龄采集瘤胃液。各组于采集瘤胃液前1天晚上撤去料筒，每组随机选择5头健康的水牛犊牛，在08:00之前，利用羊用瘤胃管和采集器收集瘤胃液，第1次收集的瘤胃液弃掉，然后再收集100 mL，分成50 mL于2个50 mL的离心管中，一管用于pH的测定，另一管用于瘤胃菌群的测定。将65日龄的瘤胃液送至北京诺禾致源科技股份有限公司进行水牛宏基因组测序；利用FastQC软件进行数据质量检测，利用Bowtie2软件去除数据中宿主本身的基因组序列，只保留菌群数据，利用Metaphlan2软件进行菌群分类，并根据特征序列的覆盖程度进行丰度估算。

1.4 数据统计与分析

试验数据经Excel 2010处理后，采用SPSS 19.0软件中的一般线性模型(GLM)做双因素方差分析，采用Duncan氏法进行多重比较，P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 粗饲料来源及长度对水牛犊牛断奶前后采食量和生长性能的影响

由表5可知，断奶前35 d，燕麦干草组粗饲料ADFI显著高于象草干草组(P<0.05)，物理长度短的粗饲料ADFI也显著高于长的粗饲料(P<0.05)；ST组粗饲料ADFI最高，分别比SE组、LE组和LT组提高了16.68%、35.80%和15.74%(P<0.05)；LT组精料ADFI显著高于其他3组(P<0.05)；LT组ADG显著高于LE组(P<0.05)；LT组总DMI显著高于其他3组(P<0.05)；LE组F/G显著高于其他3组(P<0.05)；粗饲料来源对粗饲料ADFI有显著影响(P<0.05)，粗饲料长度对粗饲料ADFI和总DMI有显著影响(P<0.05)，粗饲料来源与长度对粗饲料ADFI、精料ADFI、ADG、总DMI、RFI和F/G均有显著交互作用(P<0.05)。断奶后21 d，燕麦干草组粗饲料ADFI显著高于象草干草组(P<0.05)，ST组粗饲料ADFI显著高于LT组(P<0.05)，LT组精料ADFI显著高于LE组(P<0.05)；LT组ADG显著高于SE组和LE组(P<0.05)；ST组和LT组总DMI显著高于SE组和ST组(P<0.05)；LT组F/G显著低于其他3组(P<0.05)；粗饲料来源对总DMI有显著影响(P<0.05)，粗饲料长度对ADG有显著影响(P<0.05)，粗饲料来源与长度对粗饲料ADFI、精料ADFI、ADG、总DMI和F/G均有显著交互作用(P<0.05)。各组水牛犊牛断奶前后初重、末重和粪便评分无显著差异(P>0.05)。

表5 粗饲料来源及长度对水牛犊牛断奶前后采食量和生长性能的影响Table 5 Effects of roughage source and length on feed intake and growth performance of pre- and post-weaning buffalo calves

2.2 粗饲料来源及长度对水牛犊牛经济效益的影响

由表6可知，ST组的粗饲料成本显著高于其他3组(P<0.05)；LT组的精料成本显著高于其他3组(P<0.05)；LT组的增重所获收益显著高于LE组(P<0.05)；ST组和LT组的净收入显著高于LE组(P<0.05)，与SE组差异不显著(P>0.05)；粗饲料来源与长度对粗饲料成本、精料成本、增重所获效益和净收入均有显著交互作用(P<0.05)。

表6 粗饲料来源及长度对水牛犊牛经济效益的影响Table 6 Effects of roughage source and length on economic benefit of buffalo calves 元/d

2.3 粗饲料来源及长度对断奶后水牛犊牛养分表观消化率的影响

由表7可知，LT组DM和NDF表观消化率显著高于其他3组(P<0.05)；ST组GE表观消化率显著低于其他3组(P<0.05)；SE组CP表观消化率显著高于其他3组(P<0.05)；ST组和LT组ADF表观消化率显著高于SE组和LE组(P<0.05)；粗饲料来源与长度对DM、GE、CP、NDF和ADF表观消化率均有显著交互作用(P<0.05)。

表7 粗饲料来源及长度对断奶后水牛犊牛养分表观消化率的影响Table 7 Effects of roughage source and length on nutrient apparent digestibility of post-weaning buffalo calves %

2.4 粗饲料来源及长度对断奶前后水牛犊牛瘤胃液pH的影响

由表8可知，断奶前，各组瘤胃液pH差异不显著(P>0.05)；断奶后，LE组和LT组瘤胃液pH显著高于SE组(P<0.05)，与ST组差异不显著(P>0.05)；粗饲料来源与长度对断奶前后pH均无显著交互作用(P>0.05)。

表8 粗饲料来源及长度对断奶前后水牛犊牛瘤胃液pH的影响Table 8 Effects of roughage source and length on rumen fluid pH of pre- and post-weaning buffalo calves

2.5 粗饲料来源及长度对断奶前水牛犊牛瘤胃菌群结构的影响

2.5.1 水牛犊牛断奶前瘤胃细菌门水平结构分析

由表9和图1可知，水牛犊牛断奶前瘤胃细菌的优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和放线菌门(Actinobacteria)。SE组放线菌门相对丰度显著高于ST组(P<0.05)；ST组螺旋体门(Spirochaetes)相对丰度显著高于LT组和SE组(P<0.05)。

图1 断奶前水牛犊牛瘤胃细菌在门水平上的分布图Fig.1 Distribution diagram of rumen bacteria at phylum level of pre-weaning buffalo calves

表9 断奶前水牛犊牛瘤胃细菌在门水平上的相对丰度Table 9 Relative abundance of rumen bacteria at phylum level of pre-weaning buffalo calves %

2.5.2 水牛犊牛断奶前瘤胃细菌属水平结构分析

由表10和图2可知，水牛犊牛断奶前瘤胃细菌的优势菌属为月形单胞菌属(Selenomonas)、氨基酸球菌属(Acidaminococcus)和普雷沃菌属(Prevotella)。LE组拟杆菌属(Bacteroides)相对丰度显著高于其他3组(P<0.05)；LT组普雷沃菌属相对丰度显著高于其他3组(P<0.05)；SE组奥尔森氏菌属(Olsenella)和丁酸弧菌属(Butyrivibrio)相对丰度显著高于其他3组(P<0.05)；SE组和ST组乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度显著高于LE组和LT组(P<0.05)；LE组和LT组锥体杆菌(Pyramidobacter)相对丰度显著高于SE组和ST组(P<0.05)。

表10 断奶前水牛犊牛瘤胃细菌在属水平上的相对丰度Table 10 Relative abundance of rumen bacteria at genus level of pre-weaning buffalo calves %

续表10项目 Items象草干草 Elephant grass haySE组 SE groupLE组 LE group燕麦干草 Oat hayST组 ST groupLT组 ST groupSEMP值 P-valueSLS×L乳杆菌属 Lactobacillus5.58a0.10b4.01a0.11b2.100.0250.1470.002锥体杆菌属 Pyramidobacter0.81b4.92a0.44b2.61a0.070.0310.6610.042Subdoligranulum1.780.43.811.821.040.5310.8750.772瘤胃球菌属 Ruminococcus1.151.280.100.650.510.4470.3920.375其他 Other5.4516.4315.976.650.100.2790.4380.358

图2 断奶前水牛犊牛瘤胃细菌在属水平上的分布图Fig.2 Distribution diagram of rumen bacteria at genus level of pre-weaning buffalo calves

3 讨 论

3.1 粗饲料来源及长度对水牛犊牛断奶前后采食量和生长性能的影响

犊牛早期补饲的粗饲料应含有相对较高的碳水化合物，以此来支持瘤胃组织正常生长所需的发酵。Mirzaei等[15]研究发现，在犊牛断奶前饲喂粗饲料可减少精料的消耗，这是由瘤胃中纤维物质发酵率低所致。Hill等[16]研究报道，粗饲料来源不同，其品质也存在差异，对犊牛的生长发育产生不同影响。崔利宏等[17]研究发现，断奶犊牛补饲干草比秸秆更有利于犊牛生长发育。Castells等[18]研究发现，犊牛断奶前饲喂切碎的燕麦干草相比苜蓿干草有更高的ADG和总DMI。粗饲料的物理长度会影响反刍动物的采食，随着粗饲料的摄入，瘤胃逐步充盈，大粒度粗饲料会刺激胃壁上的接触性受体，从而影响采食行为。聂普[19]研究发现，奶牛的DMI随着粗饲料物理长度的减少而显著提高。Montoro等[20]研究发现，与细磨的干草相比，提供切碎的干草可以改善犊牛断奶后1周的饲料摄入量。Castells等[21]研究发现，在断奶前和断奶后分别饲喂切碎的干草或青贮饲料会减少粗饲料消耗量，导致精料摄入量增加，ADG提高，当饲料和开食料分开提供时，犊牛选择4%～8%的切碎饲料(黑麦草干草、燕麦干草、大麦秸秆、小黑麦青贮和玉米青贮)。还有研究表明，犊牛采食10%切短的苜蓿干草[22]或者自由采食切短的燕麦干草能够显著提高犊牛的反刍和采食时间，同时能够提高犊牛的纤维摄入水平，促进反刍行为[6]。然而，Jahani-Moghadam等[23]研究发现，颗粒化苜蓿与切碎的苜蓿干草对犊牛的生长性能和饲料摄入量的影响无显著差异。本研究中，水牛犊牛断奶前后饲喂燕麦干草相比象草干草更有利于水牛犊牛的饲料摄入量和生长发育，这与前人研究结果一致。

3.2 粗饲料来源及长度对水牛犊牛经济效益的影响

本研究经济效益分析结果表明，燕麦干草组的经济效益优于象草干草组，长燕麦干草组的经济效益最好，长象草干草组的净收入比长燕麦干草组低25.45%，可见燕麦干草作为水牛犊牛断奶前后粗饲料来源在生长性能和经济效益方面具有一定优势。但结合短象草干草组的F/G和净收入分析，在一定程度上可以用短象草干草来替代燕麦干草。

3.3 粗饲料来源及长度对断奶后水牛犊牛养分表观消化率的影响

水牛相比于其他反刍动物，对CP和DM的消化具有较大优势[24]。崔利宏等[17]研究发现，犊牛饲喂青干草时DM和粗脂肪消化率略高于玉米秸秆；而肖琎等[25]研究发现，饲喂苜蓿干草对犊牛养分表观消化率没有显著影响，这可能与犊牛日龄以及粗饲料来源、品质和形态有关。此外，较高的纤维含量可能会刺激微生物纤维分解活动，进而进一步提高纤维消化率[26]。纤维含量是刺激还是抑制其消化率，可能取决于饲粮的类型。本研究中，LT组NDF和ADF表观消化率高于其他3组，一方面可能因为长燕麦干草促进了瘤胃纤维分解菌的生长[27]，从而促进水牛犊牛对纤维的利用；另一方面可能由于长燕麦干草增加了反刍时间，使纤维物质与纤维降解菌的作用时间延长[28]，因此对NDF和ADF的表观消化率起到促进作用。

3.4 粗饲料来源及长度对断奶前后瘤胃液pH的影响

瘤胃液pH是对饲粮的发酵潜力、代谢程度、瘤胃排空速率、唾液分泌程度和营养物质吸收能力综合作用的结果，对犊牛瘤胃发育来说至关重要。一般情况下瘤胃pH变化范围为5.00～7.50。本研究中，水牛犊牛断奶前后瘤胃液pH为6.22～6.90，说明试验期间水牛犊牛瘤胃内环境相对平稳。瘤胃液pH过低会影响瘤胃菌群的平衡，损害瘤胃健康。犊牛断奶前后粗饲料的采食推动着瘤胃的发育，粗饲料富含可快速发酵的碳水化合物，导致丁酸产量增加和瘤胃液pH降低[29]。Lin等[30]研究发现，给犊牛饲喂燕麦干草会使瘤胃液pH发生变化。Castells等[18]研究发现，不同粗饲料来源会影响犊牛瘤胃液pH，但影响的程度不一致。粗饲料摄入会刺激反刍动物的咀嚼活动，粗饲料的长度增加会刺激反刍和唾液分泌，唾液进入瘤胃内，会使瘤胃内容物的整体的pH变高。本研究中，pH差异主要来自于粗饲料的物理长度，较短的粗饲料使得瘤胃液pH更低，这与前人的研究结果一致。研究发现，饲粮类型会影响瘤胃分解菌的生长，最终引起瘤胃液pH不同[31]。瘤胃中低pH有利于进行将碳水化合物转化为丙酸的琥珀酸途径[32]，同时，较低的pH也能抑制产甲烷作用[33]，增加丙酸的生成。

3.5 粗饲料来源及长度对断奶前水牛犊牛瘤胃菌群结构的影响

瘤胃细菌数量巨大、种类繁多，对宿主动物生长发育和健康有重要影响。瘤胃内菌群水平受多种因素影响，其中饲粮是重要因素之一。吕佳颖[34]研究发现，育肥羔羊采食不同粗饲料其瘤胃微生物多样性水平和丰度会产生变化。Chanthakhoun等[35]研究发现，添加粗饲料可以增加水牛瘤胃纤维分解菌的相对丰度。彭科兰等[36]研究发现，奶水牛瘤胃的优势菌门为拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门。本研究中，断奶前水牛犊牛瘤胃优势菌门为拟杆菌门、厚壁菌门和放线菌门，与前人研究结果存在差异，这可能与动物日龄和饲喂饲粮有关。厚壁菌门可以促进纤维物质的分解，提高营养物质的利用率；拟杆菌门能分解大分子物质和多糖，是非纤维性物质的主要分解者[37]。Turnbaugh等[38]研究发现，厚壁菌门含有丰富的代谢酶，能够促进机体对能量的吸收，对脂肪的沉积具有积极效应。本研究中，LT组水牛犊牛断奶前ADG显著高于LE组，而各组厚壁菌门相对丰度无显著差异，这可能是动物日龄以及瘤胃发育状态所致。Thomas等[39]研究表明，拟杆菌门对消化道发育有一定的积极作用。此外，拟杆菌门还参与胆汁酸和毒素的新陈代谢。放线菌门在维持瘤胃内环境稳态方面起着关键作用，是生物活性代谢物的制造者。Lin等[30]研究发现，添加燕麦干草会增加犊牛瘤胃中拟杆菌门的相对丰度，拟杆菌门有利于瘤胃发育，促进瘤胃生长和瘤胃体积增大。本研究中，水牛犊牛饲喂长燕麦干草拟杆菌门相对丰度最高，这与前人研究结果一致。

在属水平上，月形单胞菌属是一种蛋白质降解菌。氨基酸球菌属能够发酵分解氨基酸及少部分葡萄糖，最终产生乙酸、丁酸以及二氧化碳。普雷沃菌属能促进蛋白质、淀粉等物质的分解，从而提高饲粮营养物质利用率[40]，普遍存在于反刍动物瘤胃中。本研究中，断奶前水牛犊牛瘤胃优势菌属为月形单胞菌属、氨基酸球菌属和普雷沃菌属。彭科兰等[36]研究发现，不同年龄奶水牛瘤胃优势菌不同，12月龄奶水牛瘤胃优势菌属为理研菌科RC9菌属、克里斯滕森菌科R7菌属和乳酸菌属，这种差异可能是由于动物日龄、饲喂饲粮和瘤胃发育水平等因素引起的。Purushe等[41]通过基因组分析发现普雷沃菌属对非纤维素多糖有显著降解作用。本研究中，LT组普雷沃菌属相对丰度显著高于其他3组，表明断奶前水牛犊牛采食长燕麦干草能够提高瘤胃普雷沃菌属的数量，进而提高非纤维多糖、蛋白质等营养物质的分解效率。奥尔森氏菌属属于放线菌门，代谢产生乳酸和乙酸。丁酸弧菌属广泛存在于瘤胃中，分解代谢纤维素、淀粉以及其他多糖[42]。乳杆菌属有较强的耐酸性，能够有效分解葡萄糖并产生乳酸，对维持胃肠道微生物区系平衡具有一定作用。锥体杆菌属代谢最终产物为乙酸、丙酸和异戊酸，能够降解有毒物质氟乙酸。本研究中，LE组和LT组锥体杆菌属相对丰度显著高于SE组和ST组，这表明物理长度长的粗饲料增加了断奶前水牛犊牛瘤胃内椎体杆菌属的数量，在一定程度上能够抑制水牛犊牛氟乙酸中毒。

4 结 论

粗饲料的来源和物理长度对水牛犊牛断奶前后生长性能、营养物质消化吸收以及瘤胃菌群丰度会产生一定影响。在水牛犊牛断奶前后，燕麦干草在促进生长性能方面比象草干草优势更大；断奶前，短燕麦干草效果最佳。物理长度短的粗饲料在一定程度上能够维持断奶前水牛犊牛瘤胃菌群的稳态。断奶后，长燕麦干草效果更佳；长燕麦干草能够提高断奶后水牛犊牛对纤维物质的消化率。