不同CBI日粮对牦牛瘤胃发酵参数、血清生化指标和养分消化率的影响

周亚楠， 夏洪泽， 刘书杰， 孙 璐， 崔占鸿*， 周 磊， 周玉青

(1. 青海大学畜牧兽医科学院， 青海 西宁 810016； 2. 青海省牦牛工程技术研究中心， 青海 西宁 810016； 3. 青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室， 青海 西宁 810016； 4. 海北藏族自治州高原生态畜牧业科技示范园管委会，青海 海晏 810016)

牦牛是青藏高原地区特有的家畜品种，是青藏地区牧民主要的经济来源之一[1]。牦牛日粮干物质中碳水化合物占比为60%～70%，牦牛生长及瘤胃微生物所需要的能量主要由碳水化合物提供[2]。目前已知的康奈尔净碳水化合物-净蛋白质(Cornell net carbohydrate and protein system，CNCPS)体系主要反映饲料中碳水化合物的特性；在其基础上研究的碳水化合物平衡指数(Carbohydrate balance index，CBI)是衡量日粮中碳水化合物组成的重要营养学指标，碳水化合物平衡指数的概念是由徐明、姚军虎等[3]通过对大量试验的回归首先提出的，由物理有效中性洗涤纤维(Physically effective neutral detergent fiber,pe NDF)和瘤胃可降解淀粉(Rumen degradable starch，RDS)两个主要因素组成。pe NDF是由Mertens等[4]整合了日粮化学成分(NDF含量)与结构特征(饲料粒度)提出的。寻找pe NDF与快速降解碳水化合物之间的平衡对维持瘤胃正常代谢和提高牦牛生产性能具有重要意义，但过多的日粮纤维会造成动物挑食行为和降低饲料利用效率[4]。RDS是快速降解的非结构性碳水化合物，可充分反映瘤胃内非结构性碳水化合物的降解和利用情况[6-7]。

近年来，日粮CBI这一概念逐渐被研究者们所重视，并进行了一些相关研究。Zebili[8]分析了RDS与pe NDF在高产奶牛瘤胃发酵和生产性能上的交互作用，指出为保证动物健康与生产性能，在配置奶牛日粮时要尽量避免CBI值小于1.45。Li等[8]通过用小麦代替玉米的方法，提出奶山羊的适宜CBI值为1.43。徐进昊等[10]利用CBI对荷斯坦后备母牛饲粮中碳水化合物结构及其营养平衡参数进行探究。所以，采用CBI指标优化反刍动物日粮碳水化合物组成是提高日粮利用率的重要营养学手段[11]。本研究采用3×3拉丁方试验设计，通过对日粮消化率、牦牛瘤胃发酵参数和血清生化指标的测定，获得牦牛日粮碳水化合物组成优化的营养综合评价指标，为舍饲条件下牦牛日粮的碳水化合物营养高效利用提供重要参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物及试验设计

选取3头体重相近(280.0±15.0) kg的2.5岁并带有瘤胃瘘管的牦牛。试验牦牛饲养于青海大学畜牧兽医科学院营养代谢基地，采用3×3拉丁方试验设计，如表1所示，饲喂3个处理组的日粮，各处理组的试验牦牛采食量相等，每日两次饲喂(早上8：00和晚上5：00)，自由饮水，试验共进行3期，每期试验包括3周预饲期和1周试验期，试验期第1天为牦牛适应期，观察适应情况，从第2天开始为期5天的正式消化试验。

表1 拉丁方试验设计Table 1 3×3 Latin square design

1.2 试验日粮

CBI参考徐明[3]推荐的计算方法，各试验日粮的碳水化合物平衡指数见表2，日粮组成及其营养水平见表3，具体计算方法如下所示。(1)peNDF的测定：peNDF=NDF×pef；pef=pefL×pefF；pefL=1.4a+1.1b+0.7c；pefF=NDF/50；(2)RDS的测定：RDS=饲料中淀粉含量×淀粉的瘤胃降解率(Rd)；(3)CBI的计算：CBI=peNDF/RDS。

表2 各试验日粮的碳水化合物平衡指数Table 2 Carbohydrate balance index of each test diet

表3 日粮组成及其营养水平(干物质基础)Table 3 Composition and nutrient levels of the diet (DM basis)

pef为物理有效因子，pefL和pefF分别为长度有效因子和韧度有效因子；a，b和c分别为宾夕法尼亚粗饲料分级筛 19 mm，8 mm和 1.18 mm筛上存留物占总样品重的百分比；Rd计算公式为:Rd(%)=71.142-1.987SI(n=40，R2=0.093，P=0.056)；其中SI为淀粉采食量(kg·d-1)。

1.3 观测指标与测定方法

1.3.1瘤胃发酵参数测定 瘤胃液采集：每个试验期最后一天于晨饲2 h后，采集瘤胃液样品。使用日本产的外套不锈钢弹簧内部为乳胶管的采样管清洗干净从瘘管放入，使用150 mL大型注射器抽取瘤胃液，前两管均舍弃，使用瘤胃液润洗管壁，避免管壁内残留的水对样品产生干扰，保证样品的无误性。采集完毕后，缓慢将采样管抽出，并放入蒸馏水中再次清洗备用。随后立刻将注射器中的瘤胃液转移编好号的15 mL离心管中，分装10管，采集的瘤胃液应当立即测定pH值，带回实验室后—20℃条件下保存备用，用于测定瘤胃液发酵参数。

pH值测定：采用HANNA HI221型台式酸度计测定瘤胃液pH值。氨态氮(NH3-N)浓度测定：采用冯宗慈[12]改进的比色法测定NH3-N含量，使用紫外可见分光光度计(TU-1810)，在波长625 nm处测定溶液吸光值，利用标准曲线求出待测样品的NH3-N浓度。微生物蛋白(Microbial proteins，MCP)含量测定：依据Wang[13]差速离心法，对微生物进行分离，将分离出的细菌转移至消化管中，用考马斯亮蓝法进行测定。挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids，VFA)浓度的测定：参考曹庆云等[14]，VFA采用气相色谱仪(日本岛津GC-2014)进行测定，气相色谱条件为：载气为N2，分流比 40∶1，进样量 1 μL，进样孔温度为250℃，辅助箱温度为250℃，气化室温度为250℃，FID检测器温度为250℃，色谱柱型号为AT-FFAP毛细管填充柱(30.0 m×0.32 μm)。恒流模式，流量 2.1 mL·min-1，平均线速度 38 cm·sec-1，柱压 11.3 psi(0.1 Mpa)。

1.3.2血清生化指标测定 每期试验结束后，使用真空采血管从牦牛颈静脉采血5 mL，在离心机中离心10 min(4 000 r·min-1)，取上层血清于冻存管中，将采集的血清保存于超低温冰箱(—80℃)中待测。

血清生化指标采用全自动生化分析仪进行测定，测定指标为谷丙转氨酶(Glutathione aminotransferase，ALT)、谷草转氨酶(Glutathione aminotransferase，AST)、总蛋白(Total protein，TP)、白蛋白(Albumin，ALB)、球蛋白(Globulin，GLB)、尿素氮(Urea nitrogen，BUN)、葡萄糖(Glucose，GLU)、甘油三酯(Triglycerides，TG)、碱性磷酸酶(Alkaline phosphatase，ALP)等。

1.3.3养分表观消化率测定 正式饲养试验开始时，试验期为第22～28天，每天收集各组日粮，一期下来将各组原料混合均匀于65℃烘干并粉碎过1 mm筛网，封袋编号备用。

粪样采集：采用全收粪法，准确记录每期各日粮组每天总排粪量。基本流程为：每天早上饲喂前对粪进行称重，随后进行混匀粪样并取其总鲜重的10%，按照每100 g粪样加20 mL浓度为10%的H2SO4使其pH降低至3以下，对粪样进行固氮，封袋编号。随后将3组每天粪样归拢到1个大自封袋中贮存在-20℃的冰箱中，在每期全部收集好粪样后，按照各处理组进行混合均匀，分别作为每期各处理组的样本分析。随后取出部分混合样置干燥的托盘中放入65℃烘箱，持续72 h烘干至恒重测定其初水分，室温回潮，粉碎过1 mm筛网，封袋编号备用。

按照Van[15]方法去测定干物质消化率(Dry matter digestibility，DMD)、蛋白质消化率(Crude protein digestibility，CPD)、脂肪消化率(Ether extract digestibility，EED)、中性洗涤纤维消化率(Neutral detergent fiber digestibility，NDFD)、酸性洗涤纤维消化率(Acid detergent fiber digestibility，ADFD)；淀粉消化率(Starch digestibility，StarchD)的计算公式：日粮营养物质全肠道表观消化率=(食入的营养物质量—粪中该营养物质的量)/食入的营养物质量×100%。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据先经Excel 2016初步处理后，再经SPSS 20.0软件的ANOVA程序进行单因素方差分析。以P<0.05为差异显著判断标准，差异显著时，采用Duncan氏SSR法多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同CBI日粮对牦牛瘤胃发酵参数的影响

由表4可知，不同CBI牦牛日粮pH值、NH3-N含量、MCP含量、乙酸含量、丙酸含量、丁酸含量、总挥发性脂肪酸含量、乙丙比均差异不显著。但NH3-N、MCP含量随着CBI的升高有降低的趋势；CBI=2.45处理的乙酸、丙酸、总挥发性脂肪酸含量以及乙丙比略高于CBI=1.17和CBI=5.67处理。

表4 不同碳水化合物平衡指数日粮对瘤胃发酵参数的影响Table 4 The effect of diets with different CBI on rumen fermentation parameters

2.2 不同CBI日粮对牦牛血清生化指标的影响

由表5可知，不同CBI日粮的谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、尿素氮(BUN)、葡萄糖(GLU)、甘油三酯(TG)、碱性磷酸酶(ALP)均差异不显著；CBI=1.17与CBI=5.67牦牛日粮的ALB/GLB差异不显著，但均显著高于CBI=2.45的牦牛日粮(P<0.05)。

表5 不同碳水化合物平衡指数日粮对牦牛血清生化指标的影响Table 5 The effect of diets with different CBI on serum biochemical index of yak

2.3 不同CBI日粮的牦牛养分表观消化率

由表6可知，牦牛日粮CBI=2.45水平下DMD，CPD显著高于CBI=1.17和CBI=5.67(P<0.05)，且DMD，CPD随着CBI的升高有降低的趋势；CBI=2.45与CBI=5.67牦牛日粮的NDFD差异不显著，但均显著高于CBI=1.17的牦牛日粮(P<0.05)，且随着CBI升高呈现先升高再稳定的趋势；不同CBI日粮的EED，ADFD，Starch D差异不显著。

表6 不同碳水化合物平衡指数日粮的养分表观消化率Table 6 Apparent nutrient digestibility of diets with different carbohydrate balance index

3 讨论

3.1 不同CBI日粮对牦牛瘤胃发酵参数的影响

瘤胃液pH值是评价瘤胃功能稳定的重要指标[16]，可综合反映瘤胃微生物活动情况，也可反应有机酸生成状况[17]。已有研究表明，反刍动物瘤胃液的pH正常变化范围为6.0～7.5[18-19]，故本试验pH值(6.67～6.72)结果合理，均在正常范围内。MCP是瘤胃微生物主要的氮源，而NH3-N浓度又是限制MCP合成的重要因素，NH3-N浓度过高或过低都会限制微生物生长[20]。Owens[21]、Schaefer[22]和Petersen[23]等报道指出，MCP合成所需的NH3-N浓度为0.35～29 mg·dL-1，本试验的NH3-N浓度范围为11.80～12.97 mg·dL-1，足以满足瘤胃微生物生长的需要。VFA是反刍动物瘤胃代谢最为关键的一部分，为机体提供了总能量需要的70%～80%[24-27]，VFA中乙酸、丙酸和丁酸占TVFA含量95%左右[28]。本试验中各处理组的乙酸浓度均高于丙酸浓度，一系列研究表明本试验中pH均处于正常范围，瘤胃处于正常发酵状态，且这一结果与Murphy等[29]的研究结果相一致。CBI=2.45处理的乙酸、丙酸、总挥发性脂肪酸含量以及乙丙比略高于CBI=1.17和CBI=5.67处理，且瘤胃pH值在三组间处于适宜水平，说明调整粗饲料CBI至2.45时，能够促进牦牛反刍咀嚼，维持瘤胃内环境不偏向酸性，稳定了乙酸的形成，从而正向调控瘤胃消化。整体而言，日粮水平为CBI=2.45时牦牛的瘤胃发酵效果略好。

3.2 不同CBI日粮对牦牛血清生化指标的影响

血清生化指标可以很好的体现动物的营养摄入状况[30]。其中GLU和TG是反应机体能量代谢与脂代谢情况的重要指标，本试验中饲喂不同水平CBI日粮的牦牛血清中的GLU，TG差异不显著，这与各日粮脂肪消化率的结果一致。血清中TP由ALB和GLB组成，其含量能够反应蛋白质合成与分解速率，血清中BUN含量是反应动物体氮代谢平衡的重要指标，尿素氮是衡量体内蛋白质和氨基酸代谢状况的指标。本试验结果发现，在日粮CP水平一致的情况下，各CBI处理组血液中TP,BUN,ALB,GLB均无显著性差异，说明本试验中日粮CBI水平的改变，TP,BUN,ALB,GLB尽管有不同程度的差异，但不足以引起血液中这些指标的变化。这一结果与周明[31]、信富钰[32]研究结果基本一致。血液中ALT,AST和ALP在机体代谢中具有重要作用，在正常范围内，这3种转氨酶对机体蛋白质代谢起着关键作用。当机体蛋白质代谢加强时，三种转氨酶的活性会升高。本试验中ALT,AST和ALP差异不显著，可能是由于各CBI日粮的纤维消化率变化不明显，从而导致瘤胃排空速率基本一致，使进入小肠中的食糜量和营养物质较为一致，进入血液和肝脏中的氨基酸活性无差异，导致转氨酶活性变化不明显，这一结果与任春燕[28]研究结果相似，低CBI日粮不利于瘤胃微生物对NDF的利用。

3.3 不同CBI日粮对牦牛营养表观消化率的影响

在干物质采食量相同的条件下，随着日粮CBI的升高，DMD呈现先升高后降低的趋势，原因可能与瘤胃微生物缺乏能量，生长受阻有关。Zebeli[33]研究得出，随玉米青贮中pe NDF水平的增加，DMD都出现先上升后下降的2次曲线变化，这与本试验得出结果相似。有大量研究表明，合理的日粮组成，可提高瘤胃降解淀粉，可降低瘤胃NDFD[14，33-38]；因此，改变FNDF/RDS可影响NDFD。上述试验与本试验结果基本一致，瘤胃NDFD随CBI(pe NDF/RDS)的升高呈升高的趋势，低CBI日粮不利于瘤胃微生物对NDF的利用。

4 结论

综合日粮的表观消化率、牦牛瘤胃发酵指标和血清生化指标发现：CBI=2.45的日粮优于CBI=1.17，5.67的日粮，更有利于其瘤胃发酵和养分消化利用，为舍饲牦牛日粮营养优化供给提供了重要参考。