围产期母体营养调控对犊牦牛生长发育、血清生化及免疫功能的影响

尚恺圆,江明锋,官久强,安添午,赵洪文,柏 琴,吴伟生,李华德,谢荣清,沙 泉,罗晓林*,张翔飞*

(1.四川省草原科学研究院,成都 611731;2.西南民族大学畜牧兽医学院,成都 610041)

牦牛(Bosgrunniens)是青藏高原畜牧业中最重要的优势畜种,中国牦牛超过1 600万头[1],占全世界牦牛总数的94%以上。牦牛产业是我国牛肉市场供给的重要来源,在青藏高原高寒牧区具有不可替代的生态、社会、经济地位。然而,受其分布地区的地理气候、科技、社会发展水平的限制,牦牛养殖仍多为“靠天养畜”的传统天然放牧模式。青藏高原冷季长、气温低,枯草期可达7～8个月,冷季天然牧草产量与粗蛋白、粗脂肪、非结构性碳水化合物等营养成分均显著降低[2],天然放牧模式下,牦牛冷季因饲草料缺乏掉膘可达体重的25%[3],而牦牛的季节性发情与繁殖周期规律使其整个妊娠期处于高寒牧区冷季条件下,尤其在胎儿快速发育的妊娠后期,胎儿发育营养需求与母体冷季牧草养分摄入匮乏之间的不平衡,使胎儿发育营养供给不足,初生重和抵抗力下降[4]。在产后阶段,犊牦牛仍以传统“母带犊”自然放牧哺乳模式培育,1岁以上自然断奶,母体大量养分被利用以泌乳,导致其产后体况及繁殖系统恢复滞后,多为“两年一胎”甚至“三年一胎”。就犊牛而言,母牛在冷季哺乳时,常因饲草料缺乏处于饥饿状态,泌乳减少甚至停滞,犊牛在生长发育最关键的阶段营养供给不足,使得犊牛发育迟缓、甚至导致僵牛的发生。因此,牦牛围产期成为制约牦牛生产效率的关键环节之一,改变围产期牦牛传统饲养模式,开展牦牛围产期营养调控研究,有利于保障犊牦牛繁活率,提升牦牛生产效率,为牦牛科学饲养提供技术支撑。

潘浩等[5]通过碳氮平衡试验对妊娠后期牦牛营养需要研究发现,妊娠210 d牦牛维持代谢能量和净蛋白需要量为541.64 kJ/(kg BW0.75·d)和3.82 g/(kg BW0.75·d),远高于韩兴泰和谢敖云[6]以及薛白等[7]所报道的生长期牦牛能量与蛋白需要量。妊娠后期为胎儿快速发育期,母体营养需求增加,需要大量营养物质供给至胎盘以满足胎儿发育需要。针对牦牛围产期营养,宋仁德等[4]对妊娠后期放牧牦牛进行简单补饲后发现,母牛产前掉膘降低、产后发情率显著高于对照组,犊牛初生重显著升高。在产后阶段,肉牛、奶牛领域的研究证实[8-9],犊牛早期断奶可降低患病率,促使犊牛食用固体饲料,加快犊牛生长发育的同时减少母牛哺乳需求和能量消耗,有利于母牛体重恢复和下一胎繁殖效率,从而提高养殖的经济效益。在前期试验中,本团队开展了犊牦牛早期断奶研究,结果发现15日龄早期断奶在初期对犊牦牛产生了一定断奶应激,但对长期生长发育无显著不利影响,并促进了瘤胃功能菌群的建立[10]。目前,牦牛围产期营养调控相关研究仍较少,本研究拟采用在围产期为牦牛提供均衡营养结合早期断奶的调控措施,探究其对犊牦牛生长发育、营养代谢与免疫功能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

试验地点位于四川省阿坝州红原县的四川省草原科学研究院牦牛科研基地。当地平均海拔3 500 m,年均气温约1.1 ℃。

试验的预饲期为10 d,试验正式期为120 d,试验开始日期为2022年3月10日,试验结束日期为2022年7月10日。

1.2 试验设计与饲养管理

于牦牛科研基地选取18头健康、体重(233.22±19.00)kg、预产期相近、胎次为2～4次的妊娠后期牦牛,随机分为3个组,每组6个重复,每个重复1头牛。3个组分组情况分别为(表1):1)对照组(graze feeding group,GF)。天然放牧+产后自然放牧哺乳,牦牛产前及产后阶段均于基地内天然牧场进行放牧,每日8:00出牧,18:00归牧,归牧后于暖棚中过夜,犊牛随母哺乳自然断奶。2)营养供给组(nutritional supplementation group,SF)。围产期营养均衡供给+产后自然放牧哺乳,采用扣笼差额法[11]对妊娠后期牦牛进行天然放牧采食量分析,并结合天然牧场牧草营养成分测算天然放牧养分摄入,再根据《中国肉牛饲养标准(2004)》配制基于放牧养分摄入的妊娠后期、泌乳早期牦牛营养均衡供给日粮(精料+燕麦干草),每日归牧后,于圈舍内进行补饲。产后犊牛随母哺乳自然断奶。3)营养供给+早期断奶组(nutritional supplementation and early weaning group,SW):围产期营养均衡供给+产后早期断奶,围产期营养均衡供给方式与SF组一致。产后60 d进行早期断奶,隔离母牛与犊牛。

表1 试验分组设计Table 1 Test grouping design

根据牦牛产犊的季节性,于2月份开始对各组妊娠母牛进行分群饲养,SF与SW组开始补饲,预饲期10 d,围产前期日粮饲喂至产犊,保证营养补饲覆盖整个围产前期,对未完成覆盖的牛只予以剔除,产犊后母牦牛饲喂泌乳早期日粮至产后90 d。

GF与SF组犊牛出生后,随母在围栏牧场内正常放牧哺乳,自然断奶,不饲喂代乳料或开食料。SW组犊牛随母牛哺乳至45日龄时,由乳汁饲喂逐渐过渡为代乳料饲喂,每日晨牧前、归牧后补饲代乳粉,代乳料以温水溶解,比例1∶5,当每头犊牦牛代乳料饲喂量达0.55 kg·d-1时,隔离母牛与犊牛,继续饲喂代乳粉,并开始为犊牛提供开食料及天然牧草供自由采食,至犊牛固体饲料采食量达到500 g时停喂代乳粉[12],完成早期断奶后,犊牛继续在天然牧场放牧采食,观测后续生长发育。

1.3 试验日粮

根据天然放牧养分摄入以及《中国肉牛饲养标准(2004)》中妊娠母牛、泌乳母牛营养需要推荐值,以玉米、小麦麸、豆粕、菜籽粕、棉籽粕、过瘤胃脂肪、过瘤胃葡萄糖、酵母等原料为组分配制精料,粗料为燕麦青干草。妊娠后期精粗比为45∶55、泌乳前期为50∶50。日粮组成因正在申请专利,本文中均仅列出日粮营养水平。母牦牛日粮、犊牦牛代乳粉[13]和开食料营养水平见表2。犊牛开食料主要成分:玉米、麦麸、豆粕、棉籽粕、植物油、矿物元素、维生素等。

表2 日粮、代乳粉和开食料营养水平(干物质基础)Table 2 Nutrient levels of diet, milk replacer and starter concentrate (DM basis) %

1.4 样本采集与分析

1.4.1 生长发育测定 跟踪监测各组犊牛生长发育情况,分别于犊牛初生和90日龄时,对各组犊牛进行晨饲前称重,并测量体高、体斜长、胸围、管围等体尺指标。

1.4.2 血清生化分析 采集各组犊牛90日龄晨饲前颈静脉血,血液样本经3 500 r·min-1离心10 min后分离血清-20 ℃冻存待测。

葡萄糖(GLU)、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、尿素氮(UREA)、胆固醇(CHO)和甘油三酯(TG)使用全自动生化仪(Mindray迈瑞医疗国际股份有限公司)配合对应试剂盒(购自Mindray迈瑞医疗国际股份有限公司)进行检测;β-羟基丁酸(BHBA)通过ELISA法测定,试剂盒购自上海酶联生物科技有限公司。非酯化脂肪酸(NEFA)浓度测定试剂盒购自Elabscience生物科技有限公司,分析方法按试剂盒说明书进行。

1.4.3 生长相关激素分析 生长激素(GH)、胰岛素样生长因子I(IGF-I)、甲状腺素(T4)、三碘甲腺原氨酸(T3)分泌水平均通过ELISA试剂盒测定,购自上海酶联生物科技有限公司。

1.4.4 免疫功能分析 对各组犊牛90日龄血清样本进行分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白M(IgM)、免疫球蛋白G(IgG)水平分析,采用ELISA试剂盒法,购自上海酶联生物科技有限公司,分析方法按试剂盒说明书进行。

1.5 数据统计与分析

试验数据使用SAS 9.4(SAS Institute Inc.)软件一般线性模型(general linear model,GLM)以GF、SF、SW为试验处理因素,进行不同处理组间差异统计分析,采用Student-Newman-Keuls(SNK)模型进行试验处理组间均值多重比较,结果变异程度以均值标准误(SEM)表示,P<0.05定义为差异显著,0.05 ≤P<0.10定义为存在显著差异趋势。

2 结 果

2.1 围产期营养调控对犊牦牛生长发育的影响

据表3可知,在不同围产期营养调控方式下,SF和SW组犊牦牛的初生重显著高于GF组(P<0.05)。SF和SW组组间初生重及各项体尺指标差异不显著(P>0.05)。

表3 围产期营养调控对初生犊牦牛体重体尺的影响Table 3 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on body weight and body size of newborn yaks

如表4所示,犊牦牛90日龄时,SF和SW组犊牦牛的体重、体高以及胸围均显著高于GF组(P<0.05)。SF和SW组组间体重及各项体尺指标差异不显著(P>0.05)。

表4 围产期营养调控对90日龄犊牦牛体重体尺的影响Table 4 Effect of maternal nutrition regulation in transition period on body weight and body size of 90-day-old yak calves

2.2 围产期营养调控对犊牦牛血清生化的影响

由表5可知,在血清代谢物中,90日龄时SF、SW组犊牦牛血清中GLU水平显著相比GF组显著升高(P<0.05)。SF、SW组犊牦牛血清GLB浓度显著高于GF组(P<0.05),同时SF组犊牦牛血清TP显著高于GF组(P<0.05)。脂肪代谢物方面,SF、SW组犊牦牛血清CHO水平显著相比GF组显著升高(P<0.05),其他NEFA、BHBA等脂肪分解产物在不同围产期营养调控方式下犊牦牛间未观测到显著差异(P>0.05)。

表5 围产期营养调控对90日龄犊牦牛血清代谢物水平影响Table 5 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on serum metabolite levels of 90-day-old yak calves

2.3 围产期营养调控对犊牦牛生长相关激素水平的影响

生长相关激素中,如表6所示,90日龄时SF、SW组的犊牦牛血清中IGF-I水平显著高于GF组(P<0.05)。SW组犊牦牛血清GH水平相比GF组显著升高(P<0.05)。

表6 围产期营养调控对90日龄犊牦牛血清生长相关激素水平影响Table 6 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on serum growth-related hormone levels in 90-day-old yak calves

2.4 围产期营养调控对犊牦牛免疫功能的影响

据表7围产期营养调控对90日龄犊牦牛免疫功能的影响可知,SF、GF组犊牦牛血清sIgA浓度显著高于SW组(P<0.05),进行母体营养均衡供给的SF、SW组犊牦牛血清IgA水平相比GF组显著提升(P<0.05),并且SF组犊牦牛血清IgG浓度显著高于GF组(P<0.05),SF与SW组组间差异不显著(P>0.05)。

表7 围产期营养调控对90日龄犊牦牛免疫功能的影响Table 7 Effects of maternal nutrition regulation in transition period on immune function of 90-day-old yak calves μg·mL-1

3 讨 论

3.1 围产期营养调控对犊牦牛生长发育的影响

本研究发现,SF和SW组母牦牛经围产期母体营养均衡供给后,犊牦牛的初生重与GF组相比分别显著上升了1.95和1.90 kg,营养均衡供给改善了冷季条件下母体妊娠后期的营养状况,母体营养水平的上升提高了供应给胎儿的糖类、脂质、游离氨基酸等养分水平[14],促进胎儿生长发育。有研究报道,对围产期母牦牛进行0.5 kg·(d·头)-1精料+青干草补饲,犊牦牛初生重显著升高了1.6 kg[15],本试验结果与之相符。本研究中,SF、SW组的犊牛在90日龄时体重、体高以及胸围均显著高于GF组。程光民等[16]研究发现,妊娠期提供高蛋白质日粮可以显著提升黑山羊的泌乳量,张寿富等[17]对奶牛饲喂高淀粉水平日粮后发现,补饲可以提高乳成分中的乳蛋白和乳糖等营养物质浓度。推测围产期营养均衡供给提高了牦牛泌乳量和乳成分营养水平,进而促进了犊牛的生长发育,但本研究由于放牧牦牛野性较足,未能采集到泌乳量数据与乳样进行分析,本团队计划下一步工作中深入研究。Lamb等[18]对15日龄肉犊牛进行早期断奶处理后发现,在早期断奶初期,试验组犊牛增重显著低于随母哺乳组,魏佳等[12]对15日龄犊牦牛进行早期断奶后,也发现至30日龄时早期断奶组犊牦牛生长发育明显落后于随母放牧哺乳组。因此,在早期断奶时间上本研究进行了调整优化,选取60日龄进行早期断奶,结果显示本试验的早期断奶组犊牛生长发育各项指标与SF组相比无显著差异,达到了随母哺乳犊牦牛生长发育水平,未对犊牦牛生长产生负面影响。

3.2 围产期营养调控对犊牦牛血清生化指标的影响

血清生化指标可以反映动物机体体况以及营养物质吸收利用和代谢水平[19-21]。幼龄反刍动物血清中GLU来源随着生长时间的推移逐渐由肠道消化吸收获得转变为肝合成[22],同时GLU也是机体主要能量来源[23]。本研究发现,90日龄时SF、SW组犊牦牛血清中GLU水平均显著高于GF组,说明围产期营养均衡供给处理下,母体乳汁营养升高,犊牦牛摄入增多,碳水化合物消化利用上升,机体能量水平相较于自然放牧哺乳组更高,有利于加快其生长发育。血清TP由ALB和GLB组成,动物机体血清中TP处于较高水平时,能够提升免疫力和氮代谢水平,有利于动物健康并促进动物生长[24],也有研究表明应激反应时机体TP水平会明显下降[25]。本试验中,SF组组犊牦牛90日龄时血清中GLB、TP水平高于GF组,说明围产期营养均衡供给的营养调控方式通过提高母牦牛体况,增加了母体对犊牦牛的乳蛋白供应,从而提高了犊牦牛摄入的蛋白质水平。Stanley等[26]研究发现,血清中UREA是蛋白质代谢后产生的废物,UREA水平能反应动物体内蛋白质代谢水平和日粮氨基酸平衡状况。犊牛血清中的UREA含量和氮源营养摄入水平呈正相关[27]。魏佳等[12]研究发现,早期断奶会使90日龄犊牦牛血清UREA显著升高,本试验中SW组和SF组UREA含量无显著差异,这可能是试验所用日粮蛋白质水平以及组成蛋白质的氨基酸比例不同所导致。血清CHO含量是反映动物脂质代谢的重要指标,可以反映机体对脂类的吸收代谢情况[28]。本试验结果中,90日龄时SF、SW组CHO水平显著高于GF组,提示对母体进行围产期营养均衡供给可以有效促进犊牦牛机体脂肪代谢水平,推测其影响机制主要是围产期营养均衡供给使母体营养代谢水平上升,提高了其泌乳前期的泌乳量和乳汁营养水平[29],进而增加了犊牦牛脂类等养分摄入量,从而更充分发挥犊牦牛生长潜力。本研究中,90日龄SW组犊牦牛血清中糖、蛋白质、脂类等各营养代谢物水平与SF组差异均不显著,这表明早期断奶处理并未对犊牦牛营养代谢造成负面影响,早期断奶处理下犊牦牛养分的摄入、吸收和代谢,基本达到与母乳喂养同等的效果。

3.3 围产期营养调控对犊牦牛血清生长相关激素的影响

本研究发现90日龄时SF、SW组犊牦牛血清生长相关激素中IGF-Ⅰ水平与GF组相比显著升高,这提示对母体进行围产期营养均衡供给促进了犊牦牛生长相关激素的分泌。IGF-Ⅰ是由垂体分泌的GH作用于膜受体后刺激机体生成,进而促进动物的生长发育和器官成熟[30],另外其生物学功能还包括平衡机体氮循环等[31]。Mauras和Haymond[32]报道称,IGF-Ⅰ与GH有着相似的蛋白质代谢调控功能。王波[33]在日粮蛋白水平对早期断奶羔羊生长发育和肝组织基因表达的研究中发现,蛋白质摄入降低会导致机体IGF-Ⅰ水平下降。此外,早期研究发现机体摄入能量不足也会导致血清中IGF-Ⅰ水平降低[34]。甲状腺激素可以维持动物的基础代谢[35],T3和T4的主要作用机理是通过作用于相对应的受体,参与基因表达调控,从而调节细胞生长、分化等过程[36]。本试验中,90日龄时SF和SW组的犊牦牛血清T3、T4水平与GF组相比无显著变化,同时IGF-Ⅰ水平显著升高,结合本研究中血清代谢物研究结果,母体营养调控影响犊牦牛生长发育的途径很可能是通过围产期营养均衡供给提升了母体营养水平,增加泌乳量与乳汁中营养素含量,使犊牛能量、蛋白摄入增多,刺激犊牛机体释放GH,GH进一步作用于垂体,促进分泌IGF-Ⅰ,从而加快了犊牦牛生长发育和器官成熟,这与本研究得到的母体围产期营养均衡供给使犊牦牛摄入营养更均衡充分、生长发育更快的结果一致。此外,在90日龄时,SW组犊牦牛血清生长相关激素分泌水平与SF组相比无显著变化,同时GH水平显著高于GF组,说明早期断奶并未抑制犊牦牛生长相关激素的分泌。此前,魏佳等[12]研究发现,90日龄时,进行15日龄早期断奶的犊牦牛血清中IGF-Ⅰ和GH水平显著高于自然放牧断奶组,本研究结果与之相同,证实了早期断奶对犊牦牛后期的营养代谢和生长发育有促进作用。

3.4 围产期营养调控对犊牦牛免疫功能的影响

sIgA、IgA、IgM以及IgG都属于Ig家族蛋白[37],Ig家族蛋白可以通过血液循环参与机体免疫反应[38],血清中免疫球蛋白水平可以用于评估动物个体的免疫功能[39]。sIgA是黏膜免疫的关键效应因子之一[40],参与建立消化道免疫屏障,有研究发现,动物体出现消化道炎症时血清sIgA浓度下降[41]。本试验发现,早期断奶组犊牛血清中sIgA浓度在90日龄时与SF和GF组相比显著降低,推测可能是因为代乳粉与开食料中蛋白等养分含量十分丰富,犊牦牛营养摄入较多,消化道负担增重,产生炎症反应,影响了黏膜分泌sIgA过程[42],间接导致血清中sIgA浓度降低。本试验中,90日龄时SF组犊牦牛血清中IgA和IgG浓度相比GF组显著升高,摄入营养增多有助于机体提升免疫球蛋白合成代谢[43],同时已有研究证实,血清中免疫球蛋白水平与TP的浓度相关[44],SF组犊牦牛摄入养分更好,蛋白质代谢旺盛,血清TP水平较高,这很可能是血清IgA和IgG水平上升的原因[45]。本研究中,90日龄时SW组犊牦牛血清中IgA、IgM以及IgG的水平与SF组相比均无显著变化,断奶后犊牦牛免疫球蛋白来源主要是机体自身合成,提示代乳粉和开食料所提供营养已接近母乳水平,因此SF和SW两组犊牦牛血清免疫球蛋白水平相近。

4 结 论

围产期母体营养均衡供给方式能够显著提高犊牦牛初生重,同时促进生长发育,提升血清糖、氮、脂代谢物、生长相关激素IGF-I以及免疫球蛋白水平。母体营养均衡供给条件下,早期断奶未显著影响犊牦牛90日龄时生长发育、营养代谢及免疫功能,并进一步促进了生长激素分泌。