趙連生 王 典 ?？←?趙 勐 張文舉 卜登攀 鄭 琛 馬 露

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，甘肅730070；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)室，北京100193；3.內(nèi)蒙古優(yōu)然牧業(yè)有限責(zé)任公司，呼和浩特010070；4. 石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 石河子832000；5.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院與世界農(nóng)用林業(yè)中心，農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè) 聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京100193；6．湖南畜產(chǎn)品質(zhì)量安全協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙410128)

碳水化合物是奶牛飼糧的重要組成部分，占飼糧干物質(zhì)的60%～80%，碳水化合物在奶牛瘤胃和后腸道消化后為瘤胃微生物和機(jī)體代謝提供能量[1-2]，碳水化合物奶牛的主要能量來(lái)源。瘤胃乙酸是奶牛乳脂從頭合成的重要底物，丙酸是奶牛葡萄糖糖異生的最主要底物[3]，飼糧碳水化合物的組成可以通過改變瘤胃內(nèi)乙酸與丙酸的比值或影響瘤胃上皮細(xì)胞揮發(fā)性脂肪酸吸收和代謝相關(guān)基因的表達(dá)[4]，改變瘤胃的發(fā)酵模式，進(jìn)而影響牛奶中乳脂和乳糖的含量。此外，微生物蛋白和可代謝蛋白質(zhì)合成能力對(duì)于奶牛乳蛋白的合成至關(guān)重要，是飼糧蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為乳蛋白的樞紐和紐帶，而碳水化合物在瘤胃的降解產(chǎn)物能夠?yàn)槲⑸锾峁┠芰浚龠M(jìn)瘤胃微生物的增殖和瘤胃可代謝蛋白質(zhì)向微生物蛋白的轉(zhuǎn)化，因此，碳水化合物是影響微生物蛋白與可代謝蛋白質(zhì)合成能力及乳腺攝取血液游離氨基酸能力的重要因素[5-6]。飼糧碳水化合物在瘤胃中的降解程度和速度會(huì)直接影響奶牛瘤胃和機(jī)體的健康，谷物類含量較高的飼糧在瘤胃中的降解程度和速度較快，易引起奶牛揮發(fā)性脂肪酸或乳酸的累積，造成瘤胃pH降低，繼而發(fā)生瘤胃亞急性或急性酸中毒[7]；粗飼料的長(zhǎng)度也是影響瘤胃pH的重要因素，粗飼料長(zhǎng)度過短會(huì)降低其對(duì)瘤胃的刺激，影響奶牛的反芻和咀嚼行為[8]，減少唾液分泌[9]，進(jìn)而降低其對(duì)瘤胃揮發(fā)性脂肪酸的中和能力[10]，造成瘤胃pH降低[11]。因此，如何平衡碳水化合物的組成是維護(hù)奶牛瘤胃健康的關(guān)鍵性問題。

飼糧的碳水化合物組成與奶牛的產(chǎn)奶量、乳成分、奶牛機(jī)體健康和飼料利用率密切相關(guān)。碳水化合物主要包括結(jié)構(gòu)性碳水化合物和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物[12]。從化學(xué)成分劃分，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和淀粉分別是結(jié)構(gòu)性碳水化合物和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的主要組成部分。Beckman等[1]首次用NDF與淀粉比值研究了飼糧碳水化合物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率的影響，近年來(lái)許多學(xué)者研究了飼糧中NDF與淀粉比值對(duì)奶牛生產(chǎn)性能和乳成分的影響[9,13-14]，為了進(jìn)一步探討飼糧中NDF與淀粉比值能否作為飼糧碳水化合物組成的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，本試驗(yàn)采用Meta分析方法探究飼糧NDF與淀粉比值作為評(píng)價(jià)飼糧碳水化合物組成的可行性，并研究其與奶牛生產(chǎn)性能和乳成分的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 文獻(xiàn)檢索和篩選

文獻(xiàn)檢索：采用Web of Science、Science Direct、PubMED以及NCBI等數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行相關(guān)文獻(xiàn)的檢索，檢索關(guān)鍵詞包括dairy cows、milk production、milk composition、carbohydrate、starch以及forage and concentrate ratio的不同組合。

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)：1)試驗(yàn)動(dòng)物為荷斯坦泌乳奶牛；2)飼糧信息完整，必須包括粗蛋白質(zhì)(CP)、NDF以及淀粉含量；3)生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)完整，包括采食量、產(chǎn)奶量以及乳成分。通過文獻(xiàn)檢索和數(shù)據(jù)篩選，最終獲得27篇文獻(xiàn)的123個(gè)處理，分析所有納入文獻(xiàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，挑選文獻(xiàn)中具體的研究組別，建立總數(shù)據(jù)庫(kù)(表1)。

表1 Meta分析相關(guān)文獻(xiàn)及數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

Meta分析在多水平試驗(yàn)分析時(shí)，利用SAS 9.1軟件的Mixed模型，假設(shè)研究間存在異質(zhì)性(飼糧、特殊添加劑使用、動(dòng)物體況以及統(tǒng)計(jì)方法等)，利用對(duì)研究間效應(yīng)的校正剔除研究間的差異，從而將所有研究納入同一個(gè)研究中，研究不同飼糧NDF與淀粉比值對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響。

模型一般式如下：

Yij=B0+Bi+B1iXij+eij。

式中：i為研究個(gè)數(shù)(i=1，2，3，…，n)；j為每個(gè)研究中的觀察數(shù)(j=1，2，3，…，n)；B0為全部研究的總截距(固定效應(yīng))；Bi為第i個(gè)研究的隨機(jī)效應(yīng)；B1i為第i個(gè)研究的一次項(xiàng)回歸系數(shù)；eij為殘差，服從正態(tài)分布N(0，σ2)(隨機(jī)效應(yīng))。

SAS混合效應(yīng)代碼如下：

PROC MIXED data =temp；

CLASS Study；

MODEL Y=X Z/Solution OUTP =Predictionset OUTPM=PredY；

RANDOM intercept X/TYPE =UN SUBJECT=Study；

RUN。

以經(jīng)過隨機(jī)效應(yīng)校正的自變量(飼糧NDF與淀粉比值)為Y軸，干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量、乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳脂產(chǎn)量、乳蛋白產(chǎn)量或乳糖產(chǎn)量為X軸進(jìn)行曲線擬合。利用SAS 9.1軟件計(jì)算回歸系數(shù)P值、模型均方根誤差(root mean square error,RMSE)、F值及相關(guān)系數(shù)(R2)。

RMSE計(jì)算公式：

式中:xobs,i為觀測(cè)值;xmodeli為真值;n為觀測(cè)次數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼糧和奶牛生產(chǎn)信息描述

飼糧營(yíng)養(yǎng)成分和奶牛信息如表2所示。納入Meta分析的飼糧CP、NDF、淀粉含量平均值分別為17.1%、33.2%和21.7%，最高和最低含量之間分別相差40.8%、57.8%和89.4%；NDF與淀粉比值平均值為1.92。在奶牛生產(chǎn)參數(shù)方面，27個(gè)試驗(yàn)的123個(gè)處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量、乳脂率、乳脂產(chǎn)量、乳蛋白率、乳蛋白產(chǎn)量平均值分別為23.3 kg/d、35.7 kg/d、3.78%、1.32 kg/d、3.17%、1.14 kg/d；21個(gè)試驗(yàn)的96個(gè)處理統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：乳糖率和乳糖產(chǎn)量平均值分別為4.72%和1.69 kg/d。

表2 Meta分析中飼糧和奶牛生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)

2.2 飼糧NDF與淀粉比值與奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量和乳成分的線性相關(guān)性分析

由表3可知，飼糧NDF含量與乳脂率(R2=0.567，P<0.01)呈顯著的線性正相關(guān)，與干物質(zhì)采食量(R2=-0.678,P<0.01)、產(chǎn)奶量(R2=-0.517,P<0.01)、乳蛋白率(R2=-0.704,P<0.01)、乳脂產(chǎn)量(R2=-0.345,P<0.01)、乳蛋白產(chǎn)量(R2=-0.298,P<0.01)以及乳糖產(chǎn)量(R2=-0.429,P<0.01)呈顯著的線性負(fù)相關(guān)；飼糧淀粉含量與干物質(zhì)采食量(R2=0.699,P<0.01)、產(chǎn)奶量(R2=0.650,P<0.01)、乳蛋白率(R2=0.732,P<0.01)和乳糖產(chǎn)量(R2=0.489,P<0.01)呈顯著的線性正相關(guān)，與乳脂率(R2=-0.658,P<0.01)呈顯著的線性負(fù)相關(guān)；飼糧NDF與淀粉比值與乳脂率(R2=0.664,P<0.01)和乳糖產(chǎn)量(R2=-0.355,P<0.01)呈顯著的線性正相關(guān)，與干物質(zhì)采食量(R2=-0.799,P<0.01)、產(chǎn)奶量(R2=-0.730,P<0.01)、乳蛋白率(R2=-0.788,P<0.01)以及乳蛋白產(chǎn)量(R2=-0.567,P<0.01)呈顯著的線性負(fù)相關(guān)；奶牛的干物質(zhì)采食量與奶牛的生產(chǎn)性能相關(guān)性最強(qiáng)，與產(chǎn)奶量(R2=0.820,P<0.01)、乳蛋白率(R2=0.756,P<0.01)、乳脂產(chǎn)量(R2=0.394,P<0.01)、乳蛋白產(chǎn)量(R2=0.923,P<0.01)以及乳糖產(chǎn)量(R2=0.730,P<0.01)呈顯著的線性正相關(guān)，與乳脂率(R2=-0.644,P<0.01)呈顯著的線性負(fù)相關(guān)。

表3 飼糧營(yíng)養(yǎng)成分與奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量和乳成分的線性相關(guān)性分析

P>0.05表示相關(guān)性不顯著，P<0.05表示相關(guān)性顯著。

P>0.05 means no significant correlation, andP<0.05 means significant correlation.

2.3 飼糧NDF與淀粉比值與奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量和乳成分的一元線性回歸關(guān)系分析

飼糧NDF與淀粉比值與奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量和乳成分的一元線性回歸分析關(guān)系結(jié)果如表4所示。Meta分析結(jié)果表明，飼糧NDF與淀粉比值對(duì)干物質(zhì)采食量(P<0.01)、產(chǎn)奶量(P<0.01)、乳脂率(P<0.01)、乳蛋白率(P<0.01)、乳蛋白產(chǎn)量(P<0.01)和乳糖產(chǎn)量(P<0.01)的一元線性回歸方程均達(dá)到顯著水平。飼糧NDF與淀粉比值每增加1，奶牛的干物質(zhì)采食量和產(chǎn)奶量分別降低0.81和1.36 kg，一元線性回歸曲線如圖1所示；飼糧NDF與淀粉比值每增加1，奶牛的乳脂率和乳蛋白率分別增加0.11%和0.07%，一元線性回歸曲線如圖2所示；飼糧NDF與淀粉比值每增加1，奶牛的乳蛋白產(chǎn)量和乳糖產(chǎn)量分別降低0.06和1.50 kg，一元線性回歸曲線如圖3所示。

3 討 論

碳水化合物在反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中具有極其重要的作用，其能維持瘤胃正常發(fā)酵、保障胃腸道健康及作為瘤胃微生物和動(dòng)物機(jī)體代謝的能量載體等[12]，因此，提出優(yōu)化奶牛飼糧碳水化合物組成的綜合營(yíng)養(yǎng)學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)尤為重要。精粗比只是將植物的莖葉和籽實(shí)部分加以區(qū)分，體現(xiàn)的僅是纖維物質(zhì)和非纖維物質(zhì)含量上的差異[41]。非纖維性碳水化合物與NDF比值則更側(cè)重于反映飼糧中碳水化合物和纖維物質(zhì)的比例。NDF是結(jié)構(gòu)性碳水化合物的主要組成部分，非結(jié)構(gòu)性碳水化合物中淀粉含量超過80%，因此，NDF與淀粉比值能更準(zhǔn)確地反映飼糧碳水化合物組成。

表4 奶牛干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量和乳成分與飼糧NDF與starch比值的一元線性回歸關(guān)系分析

P>0.05表示一元線性回歸關(guān)系不顯著，P<0.05表示一元線性回歸關(guān)系顯著。

P>0.05 means no significant linear regression relationship, andP<0.05 means significant linear regression relationship.

圖1 飼糧NDF與淀粉比值與干物質(zhì)采食量以及產(chǎn)奶量的關(guān)系Fig.1 Relationship between dietary NDF∶starch and DMI or MY

圖2 飼糧NDF與淀粉比值與乳脂率以及乳蛋白率的關(guān)系Fig.2 Relationship between dietary NDF∶starch and milk fat percentage or milk protein percentage

干物質(zhì)采食量是維持奶牛健康和生產(chǎn)所需養(yǎng)分的重要基礎(chǔ)，影響干物質(zhì)采食量的營(yíng)養(yǎng)因素主要包括飼糧NDF含量和精粗比[9,42]。已有研究表明，飼糧NDF含量與奶牛干物質(zhì)采食量之間呈顯著的負(fù)相關(guān)，提高飼糧中NDF的含量會(huì)降低食糜在瘤胃中的流通速率，進(jìn)而造成奶牛干物質(zhì)采食量的降低。在本研究中發(fā)現(xiàn)，飼糧NDF含量與干物質(zhì)采食量之間的具有顯著的線性負(fù)相關(guān)性，R2達(dá)到0.678。Meta分析結(jié)果表明飼糧淀粉含量與干物質(zhì)采食量呈現(xiàn)顯著的線性正相關(guān)(R2=0.699)，這是由于飼糧精粗比的改變通常會(huì)改變淀粉的含量，淀粉類易發(fā)酵碳水化合物能夠提高奶牛的干物質(zhì)采食量，其在瘤胃中的降解速度和流通速度明顯高于結(jié)構(gòu)性碳水化合物[43]。而飼糧NDF與淀粉比值和奶牛干物質(zhì)采食量之間呈現(xiàn)顯著的線性負(fù)相關(guān)(R2=0.799)，且相關(guān)性高于飼糧NDF和淀粉含量與奶牛干物質(zhì)采食量之間的相關(guān)性。因此，飼糧NDF與淀粉比值能夠更好地預(yù)測(cè)和評(píng)估奶牛的干物質(zhì)采食量。

圖3 飼糧NDF與淀粉比值與乳蛋白產(chǎn)量以及乳糖產(chǎn)量的關(guān)系Fig.3 Relationship between dietary NDF∶starch and milk protein yield or lactose yield

已有研究表明，奶牛的產(chǎn)奶量主要受干物質(zhì)采食量的影響，高干物質(zhì)采食量能夠?yàn)槟膛Ｉa(chǎn)和乳成分合成提供更多的營(yíng)養(yǎng)底物[44]。在本研究中，Meta分析結(jié)果與此觀點(diǎn)一致，奶牛干物質(zhì)采食量與產(chǎn)奶量之間的R2最大，達(dá)到0.820。而作為衡量飼糧碳水化合物組成的營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)中，與奶牛產(chǎn)奶量的相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為飼糧NDF與淀粉比值(R2=-0.730)、飼糧淀粉含量(R2=-0.650)和飼糧NDF含量(R2=-0.517)。因此，作為評(píng)價(jià)飼糧碳水化合物組成的指標(biāo)，NDF與淀粉比值能夠更準(zhǔn)確地反映碳水化合物的組成和預(yù)測(cè)奶牛的產(chǎn)奶量。

飼糧的碳水化合物能夠影響奶牛乳成分的合成，飼糧中的NDF能夠?yàn)槟膛Ｈ橹铣商峁┑孜颷45]，淀粉類易發(fā)酵碳水化合物能夠促進(jìn)乳糖的合成[23,46]，瘤胃可發(fā)酵碳水化合物能夠影響微生物蛋白的合成能力和產(chǎn)量，為乳蛋白合成提供優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來(lái)源[47]。Meta分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在本試驗(yàn)中反映飼糧碳水化合物組成的指標(biāo)中，與乳脂率的相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為飼糧NDF與淀粉比值(R2=0.664)、飼糧淀粉含量(R2=0.658)和飼糧NDF含量(R2=0.567)，與乳蛋白率的相關(guān)性由強(qiáng)到弱依次為飼糧NDF與淀粉比值(R2=-0.788)、飼糧淀粉含量(R2=0.732)和飼糧NDF含量(R2=-0.704)。相關(guān)性結(jié)果表明，飼糧NDF與淀粉比值與牛奶的乳脂率和乳蛋白率相關(guān)性最強(qiáng)，能更準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和反映乳脂率和乳蛋白率。然而，飼糧NDF與淀粉比值以及飼糧淀粉和NDF含量與牛奶的乳糖率無(wú)相關(guān)性，這可能與牛奶中乳糖率比較穩(wěn)定有關(guān)。在反映牛奶乳成分的指標(biāo)中，與乳脂率和乳蛋白率相比，牛奶中的乳糖率比較穩(wěn)定。

乳成分的產(chǎn)量與奶牛的產(chǎn)奶量和乳成分含量有關(guān)，在本研究中，乳脂產(chǎn)量與干物質(zhì)采食量呈線性正相關(guān)(R2=0.394)，盡管干物質(zhì)采食量與奶牛的乳脂率呈線性負(fù)相關(guān)(R2=-0.644)，由于干物質(zhì)采食量與產(chǎn)奶量具有極強(qiáng)的相關(guān)性，因此，干物質(zhì)采食量與乳脂產(chǎn)量呈現(xiàn)線性正相關(guān)。乳脂產(chǎn)量與飼糧NDF含量呈線性負(fù)相關(guān)(R2=-0.345)，飼糧NDF含量與乳脂率呈線性正相關(guān)，這可能也是由于飼糧NDF含量與產(chǎn)奶量呈線性負(fù)相關(guān)引起的。飼糧NDF與淀粉比值以及以及飼糧淀粉含量與乳脂產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性，提示飼糧NDF與淀粉比值可能無(wú)法反映乳脂的合成。對(duì)于乳蛋白產(chǎn)量，干物質(zhì)采食量與乳蛋白產(chǎn)量呈極強(qiáng)的線性正相關(guān)(R2=0.923)。Hristov等[44]通過Meta分析方法研究了飼糧碳水化合物與乳蛋白產(chǎn)量的關(guān)系，結(jié)果表明干物質(zhì)采食量是乳蛋白產(chǎn)量的決定因素。本研究發(fā)現(xiàn)，飼糧NDF與淀粉比值與乳蛋白產(chǎn)量呈線性負(fù)相關(guān)(R2=-0.567)，而飼糧NDF含量與乳蛋白產(chǎn)量呈較弱的相關(guān)性，飼糧淀粉含量與乳蛋白產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性，表明飼糧NDF與淀粉比值能夠在一定程度上反映乳蛋白的合成能力。對(duì)于乳糖產(chǎn)量，奶牛干物質(zhì)采食量與乳糖產(chǎn)量相關(guān)性最強(qiáng)(R2=0730)，這主要是由于干物質(zhì)采食量能夠?yàn)闄C(jī)體提供足夠的能量和營(yíng)養(yǎng)素。飼糧淀粉含量與乳糖產(chǎn)量存在線性正相關(guān)(R2=0.489)，這主要是由于乳糖合成的底物主要直接或間接來(lái)源于飼糧淀粉。

4 結(jié) 論

① 通過對(duì)27篇文獻(xiàn)中的123個(gè)處理的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，運(yùn)用Meta分析發(fā)現(xiàn)，飼糧NDF與淀粉比值與奶牛的干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量、乳脂率和乳蛋白率存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系和一元線性回歸關(guān)系。

② 與飼糧NDF和淀粉含量相比，飼糧NDF與淀粉比值能夠更科學(xué)、準(zhǔn)確和全面地反映飼糧的碳水化合物組成，能夠用于預(yù)測(cè)奶牛的生產(chǎn)性能和乳成分。