張鑫玥 何麗華 張永根 辛杭書*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，哈爾濱 150030；2.遼寧生態(tài)工程職業(yè)學院農(nóng)牧學院，沈陽 110122)

犢牛階段是牛生長發(fā)育的關鍵時期。在此階段，犢牛飼糧從以液體飼糧(牛奶或代乳粉)為主，逐漸過渡到以固體飼糧(開食料)為主；同時，犢牛消化位置也由皺胃消化過渡到瘤胃消化；消化方式由化學消化過渡到微生物消化。眾所周知，瘤胃是反芻動物的“發(fā)酵罐”，瘤胃發(fā)育程度直接影響到動物生產(chǎn)性能的發(fā)揮。有研究表明，犢牛僅采食液體飼料會顯著降低瘤胃重量和容量，并抑制瘤胃乳頭生長和肌肉結構發(fā)育[1-3]，所以，盡早飼喂犢牛固體飼糧，對瘤胃發(fā)育至關重要。當固體飼糧進入瘤胃后，產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids，VFA)，而VFA中的丙酸和丁酸，尤其是丁酸，是瘤胃上皮發(fā)育的主要能源物質(zhì)，可以有效刺激瘤胃上皮的增殖和生長[4]。固體飼糧通常分為精飼料(即開食料)和粗飼料，僅飼喂開食料，尤其是飼喂細碎的開食料飼糧時(開食料顆?；潭容^低，粉末較多)[5-6]，會導致發(fā)酵產(chǎn)物的快速堆積，進而造成瘤胃液pH快速降低、瘤胃乳頭過度角質(zhì)化和瘤胃上皮黏膜出現(xiàn)斑塊等現(xiàn)象[7-8]，對瘤胃發(fā)育產(chǎn)生不良影響。而在開食料的基礎上，增加優(yōu)質(zhì)粗飼料的飼喂，可以增大犢牛瘤胃容量，促進瘤胃乳頭生長，并且會使瘤胃微生物區(qū)系變得更加豐富[9-12]，有利于瘤胃健康發(fā)育[13]。然而，粗飼料不同的來源以及供給方式都會對犢牛瘤胃的發(fā)育帶來不同程度的影響，基于此，本文主要闡述粗飼料的來源、添加水平和物理切割長度對瘤胃組織生長、瘤胃發(fā)酵參數(shù)以及瘤胃微生物區(qū)系的影響，旨在為犢牛瘤胃發(fā)育階段的粗纖維營養(yǎng)供給提供理論依據(jù)。

1 不同粗飼料來源對犢牛瘤胃發(fā)育的影響

1.1 瘤胃組織發(fā)育

用于飼喂犢牛的粗飼料主要有苜蓿草、燕麥草及秸稈等。Suárez等[13]用大麥秸稈、玉米青貯和青干草(添加比例均為30%)飼喂犢牛后發(fā)現(xiàn)，瘤胃重量及乳頭發(fā)育均無明顯變化，但是，玉米青貯飼喂組有88%的犢牛瘤胃壁上出現(xiàn)斑塊(即瘤胃乳頭被食糜、毛發(fā)及細胞殘渣黏連在一起的現(xiàn)象)，而其他2組的斑塊發(fā)生率均為13%。瘤胃斑塊的形成是由于飼糧中缺少粗糙質(zhì)地的原料，物理摩擦作用減弱，使得細膩的食糜堆積在瘤胃壁表面[14]。雖然在上述研究中，3組犢牛的瘤胃發(fā)育并無顯著不同，但瘤胃斑塊的存在將會對瘤胃組織發(fā)育產(chǎn)生長遠影響。然而，王斯琴塔娜[15]的研究結果卻表明，與玉米秸稈相比，飼喂青干草的犢牛瘤胃重量和瘤胃乳頭長度較高，乳頭寬度較低。這可能與此試驗中玉米秸稈的蛋白質(zhì)含量顯著低于青干草的蛋白質(zhì)含量有關(4.08% DM vs.10.96% DM)。因為高蛋白質(zhì)飼糧會顯著增加瘤胃中VFA濃度[16]，其中升高的丁酸濃度更加有效地刺激瘤胃上皮細胞發(fā)育[4]。而當比較燕麥草和苜蓿干草飼喂犢牛對犢牛瘤胃發(fā)育的影響時，發(fā)現(xiàn)燕麥組的犢牛瘤胃重量為2.08 kg，低于對照組(不添加粗飼料；2.80 kg)和苜蓿組(2.37 kg)；且瘤胃乳頭的長度也呈現(xiàn)類似的變化，而乳頭寬度和乳頭面積無顯著差異，此外，不論是燕麥組還是苜蓿組，均未發(fā)現(xiàn)有瘤胃斑塊形成[17]。由此可見，不同來源的粗飼料對瘤胃組織生長發(fā)育的影響不一致，這可能與試驗動物的日齡、開食料組成、樣本量或試驗周期長短有關。同時，除了瘤胃組織生長的物理數(shù)據(jù)參數(shù)外，與其有關的健康參數(shù)，如斑塊發(fā)生率，可能會對瘤胃發(fā)育產(chǎn)生長遠的影響，是更加值得關注的方面。

1.2 瘤胃發(fā)酵參數(shù)

一系列研究顯示，在開食料基礎上添加苜蓿草[17]、燕麥草[17]、甜菜渣[18]和小麥秸稈[19]后，瘤胃液pH均有不同程度的升高，這是因為粗飼料中的高纖維組分能夠促進犢牛反芻，同時刺激唾液腺分泌大量唾液，并隨食糜進入瘤胃，起到平衡瘤胃液pH的作用[8]。然而，來源不同的粗飼料會改變VFA的組成，甚至可能改變瘤胃發(fā)酵類型。Suárez等[13]用麥秸、青干草和玉米青貯飼喂犢牛時發(fā)現(xiàn)，瘤胃液pH和VFA總量沒有變化，但VFA的組成發(fā)生顯著改變。其中，麥秸組犢牛瘤胃中乙酸濃度為62.1%，顯著高于其他2組(56.1%、52.8%)，丁酸和戊酸濃度呈現(xiàn)相反的變化趨勢，青草組未檢測出異丁酸，麥秸組和玉米青貯組異丁酸濃度分別為0.7%和0.6%，丙酸、甲基丁酸以及氨濃度在3組之間均無顯著差異。此外，Castells等[17]發(fā)現(xiàn)，與燕麥草相比，飼喂苜蓿草的犢牛瘤胃中VFA總量和乙酸濃度呈上升趨勢，丙酸濃度沒有顯著變化，丁酸和戊酸濃度趨于下降。而當甜菜渣添加到犢牛飼糧中時，瘤胃中的乙酸和丁酸的摩爾比例以及乙酸/丙酸均有顯著升高[18]。上述試驗表明，不同粗飼料來源對瘤胃中VFA組成有影響，尤其是乙酸和丁酸濃度，而對丙酸濃度影響較小，導致乙酸/丙酸發(fā)生變化，從而改變瘤胃發(fā)酵類型。不同飼糧具有明顯不同的營養(yǎng)組成，即使在某一指標上(如蛋白質(zhì))有相同的水平，其分子結構也不盡相同[20]，而這些因素都會對其在瘤胃中的發(fā)酵產(chǎn)生影響[21]，進而改變瘤胃發(fā)酵類型。因而，利用現(xiàn)代生物學技術在分子水平上進行探索，研究不同來源的粗飼料對瘤胃發(fā)酵的機制很有必要。

1.3 瘤胃微生物區(qū)系

瘤胃作為反芻動物體內(nèi)的天然發(fā)酵體系[22]，對其內(nèi)部微生物區(qū)系進行研究有助于更好地了解瘤胃的發(fā)酵活動，然而有關粗飼料添加種類對瘤胃微生物區(qū)系影響的報道還十分有限。有研究比較在開食料基礎上添加苜蓿草和燕麥草對犢牛瘤胃微生物區(qū)系的影響，斷奶后3周發(fā)現(xiàn)不同粗飼料組的瘤胃液中牛鏈球菌(Streptococcusbovis)和白色瘤胃球菌(Ruminococcusalbus)的相對豐度差異不顯著[17]。在瘤胃中，Ruminococcusalbus是降解纖維素的優(yōu)勢菌種之一[17]，而Streptococcusbovis可以降解淀粉，產(chǎn)生乳酸[23]，由于該研究并未對其他菌群進行測定，所以這2種粗飼料對瘤胃微生物區(qū)系的影響尚無定論。而Kim等[24]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，添加混合干草飼喂的犢牛，在試驗第3周時，瘤胃中擬桿菌門(Bacteroidetes)相對豐度升高，放線菌門(Actinobacteria)相對豐度降低?？偖a(chǎn)甲烷菌(Methanogenus)、琥珀酸纖維桿菌(Fibrobactersuccinogenes)、埃爾斯德尼巨型吸蟲(Megasphaeraelsdenii)、黃色瘤胃球菌(Ruminococcusflavefaciens)、Streptococcusbovis和反芻獸單胞菌(Selenomonasruminantium)的相對豐度均無顯著差異，但Ruminococcusalbus的相對豐度顯著高于對照組。另一項研究發(fā)現(xiàn)，在液體飼糧基礎上添加紫花苜蓿干草，可以使犢牛瘤胃液中Fibrobactersuccinogenes和普氏桿菌(Prevotellaruminicola)的相對豐度降低，而Ruminococcusflavefaciens相對豐度升高[25]。以上2項試驗說明不同種類粗飼料的添加會影響犢牛瘤胃微生物區(qū)系的建立，這可能與粗飼料中的營養(yǎng)成分不同有關。例如，飼糧中高含量的非纖維性碳水化合物(NFC)能降低犢牛瘤胃微生物的種類和豐富度，同時也會降低屬水平上普雷沃氏菌和克里斯滕森菌的相對豐度[26]；而當飼糧中中性洗滌纖維(NDF)含量低于20%時，瘤胃中細菌的相對豐度有所下降，而隨著NDF含量的增加，厭氧真菌的相對豐度得到增加[27]。

2 粗飼料添加水平對犢牛瘤胃發(fā)育的影響

2.1 瘤胃組織發(fā)育

張雙奇等[28]比較添加比例為40%、50%和60%的粗飼料(苜蓿干草+玉米青貯)對荷斯坦公犢牛瘤胃發(fā)育的影響，結果發(fā)現(xiàn)隨著粗飼料水平的增加，瘤胃角化層、顆粒層和基底層厚度均顯著降低；固有膜厚度在前背和后背組織中顯著降低，在前腹和后腹組織中無顯著變化；瘤胃乳頭長度在后背和前腹組織中顯著降低，在前背和后腹組織中無顯著變化；乳頭寬度在前腹和后腹組織中逐漸升高，在前背和后背組織中無顯著變化；乳頭密度只有在前腹組織中顯著降低。然而，Kehoe等[29]在荷斯坦犢牛飼糧中添加0(100%開食料)、40%(60%開食料+40%玉米青貯)和100%的玉米青貯(無開食料)，觀察8周齡內(nèi)犢牛瘤胃發(fā)育情況時發(fā)現(xiàn)，隨著玉米青貯的添加，瘤胃乳頭的長度和寬度均顯著降低，單位面積內(nèi)的乳頭數(shù)量增加，而瘤胃壁厚度無顯著變化。此外，也有研究將苜蓿添加水平設置為8%和16%，在荷斯坦犢牛72日齡時發(fā)現(xiàn)，2組犢牛瘤胃在角質(zhì)層厚度、瘤胃上皮厚度、瘤胃壁厚度以及乳頭長度、寬度上差異均不顯著[30]。Suárez等[13]在15%和30%干草或15%和30%秸稈的比較試驗中也得到類似的結論。但王安思[31]發(fā)現(xiàn)在全混合日糧(TMR)中逐漸增加粗飼料的添加水平，犢牛瘤胃乳頭寬度顯著降低，瘤胃乳頭長度呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢，而瘤胃肌層厚度無顯著變化。理論上，當飼糧中的粗飼料水平限制在一定范圍內(nèi)時，纖維的物理磨擦作用可以刺激犢牛瘤胃上皮發(fā)育，但過量的纖維會使飼糧能值降低，阻礙犢牛胃腸發(fā)育。由此可以看出，在一定范圍內(nèi)，粗飼料的增加可以促進犢牛瘤胃組織發(fā)育，但當粗飼料添加水平過高，或受其他因素共同影響時則會阻礙瘤胃發(fā)育。然而，目前的研究仍未得出一致的結論，需要更多的研究以確定犢牛飼糧中最佳的粗飼料添加水平。

2.2 瘤胃發(fā)酵參數(shù)

楊宏波等[32]逐漸提高3月齡荷斯坦公犢牛飼糧中的粗飼料(苜?！眯『邴?3∶1)添加水平，試驗結束時(70 d)發(fā)現(xiàn)，TVFA濃度顯著降低，乙酸濃度也顯著下降，丁酸濃度呈現(xiàn)先升高后降低再升高的變化趨勢，其他VFA濃度無變化；各組間氨態(tài)氮(NH3-N)濃度無顯著差異。一方面可能是因為各組瘤胃中微生物蛋白合成量相近，說明微生物對NH3-N的利用率相似，另一方面，各組飼糧相同的粗蛋白質(zhì)水平也是主要原因之一。相似地，Xia等[33]將羊草添加水平由50%提高到65%后，犢牛瘤胃液pH、乙酸濃度以及乙酸/丙酸顯著升高，丁酸濃度顯著降低，戊酸濃度有上升趨勢。苜蓿干草添加水平由5%增加到10%也使得犢牛瘤胃液pH和乙酸濃度顯著升高[34]。然而，與飼喂7.5%雀麥草相比，飼喂15%雀麥草的犢牛瘤胃中乙酸濃度無顯著變化，但是丙酸濃度由34.6 mmol/L降低至28.4 mmol/L，導致乙酸/丙酸顯著上升[35]。從以上研究中可以發(fā)現(xiàn)，不論粗飼料來源如何，瘤胃液pH都隨著其添加水平的提高而升高，這可能是因為瘤胃中纖維物質(zhì)的物理摩擦作用于上皮細胞表面，能有效清除瘤胃壁角質(zhì)化和脫落的上皮細胞[36]，增加了瘤胃壁吸收面積，促進瘤胃壁吸收或轉運VFA，進而使得瘤胃內(nèi)酸度下降。同時，粗飼料的添加能有效刺激犢牛咀嚼[37]和反芻[38-39]，提高了流向瘤胃的唾液量，有利于維持瘤胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。但是，Nemati等[40]在犢牛70日齡時，比較添加水平為12.5%和25.0%的苜蓿干草的研究中發(fā)現(xiàn)，犢牛瘤胃中除了丙酸摩爾比例有降低趨勢外，其他指標均無顯著改變。Mirzaei等[30]的研究也發(fā)現(xiàn)添加8%和16%的苜蓿，犢牛瘤胃中VFA組成和比例均無顯著改變。目前的研究未得到一致性結果，這也可能與液體飼料或開食料營養(yǎng)成分、粗飼料添加方式以及動物機體狀態(tài)差異等因素有關。

2.3 瘤胃微生物區(qū)系

研究發(fā)現(xiàn)，隨著粗飼料(苜?！眯『邴?3∶1)添加水平的升高，瘤胃中Ruminococcusalbus、溶纖維丁酸弧菌(Butyrivibriofibrisolvens)和真菌相對豐度逐漸上升，Ruminococcusflavefaciens相對豐度呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢[32]。Ruminococcusalbus和Ruminococcusflavefaciens都是瘤胃中主要的纖維降解菌，但Ruminococcusalbus會產(chǎn)生細菌素，對Ruminococcusflavefaciens的生長起到一定程度的抑制作用，這可能是Ruminococcusflavefaciens出現(xiàn)曲線型變化的原因之一[32]。Butyrivibriofibrisolvens可以將乙酸轉化為丁酸，因此，在一定范圍內(nèi)，粗飼料添加水平的升高，會刺激瘤胃中Butyrivibriofibrisolvens的增殖，增加丁酸的產(chǎn)量，從而更好地促進瘤胃發(fā)育。同時，有研究發(fā)現(xiàn)隨著苜蓿干草添加水平升高，犢牛瘤胃中的纖毛蟲數(shù)量有所增加[41]。這可能是由于纖毛蟲可以利用纖維素，將顆粒淀粉和可溶性糖以聚糊精形式藏儲于體內(nèi)，進而降低了瘤胃中作為發(fā)酵底物的淀粉和糖的供給，間接起到穩(wěn)定pH的作用，這對防止犢牛發(fā)生酸中毒現(xiàn)象具有重要意義[42-43]。此外，還有試驗報道，與混合飼喂(50%開食料+50%玉米青貯)相比，僅飼喂玉米青貯的犢牛瘤胃中有更多的纖維桿菌(Cellulomonas)附著，并且菌群更加豐富，微生物區(qū)系的組成更加接近成年奶牛[44]。由此可見，飼糧中粗飼料水平的增加，會刺激瘤胃纖維降解菌的生長和增殖，加快微生物區(qū)系的穩(wěn)定與成熟。

3 粗飼料切割長度對犢牛瘤胃發(fā)育的影響

3.1 瘤胃組織發(fā)育

粉碎過細的粗飼料會引起瘤胃乳頭的過度角質(zhì)化，降低瘤胃黏膜吸收營養(yǎng)物質(zhì)的能力[45]。在一定范圍內(nèi)，適當增加切割長度，能夠刺激瘤胃肌肉層發(fā)育，增大瘤胃容積，提高犢牛對固體飼糧的采食量[6,35,46]，進而持續(xù)刺激瘤胃上皮發(fā)育。Suarez-Mena等[47]在飼喂荷斯坦犢牛開食料的基礎上添加5%稻草秸稈，并將稻秸切割成3.04、7.10、12.70 mm 3個長度，6周后發(fā)現(xiàn)瘤網(wǎng)胃重量、瘤胃乳頭的長度、寬度以及瘤胃壁厚度并未隨粗飼料切割長度的改變而發(fā)生變化。Greenwood等[5]的比較不同切割長度的試驗中，也未發(fā)現(xiàn)瘤胃及瘤胃乳頭寬度變化，但是瘤胃乳頭長度卻隨切割長度的增加而顯著降低。這可能是因為切割長度對瘤胃組織發(fā)育存在曲線性影響，即在某種特定范圍內(nèi)才會對瘤胃組織發(fā)育產(chǎn)生影響[48]。此外，粗飼料的切割長度與添加比例也存在互作關系。例如，有研究發(fā)現(xiàn)，當飼糧中苜蓿干草添加水平為8%時，飼喂5.04 mm苜蓿草段的犢牛比飼喂2.92 mm草段的犢牛有更低的瘤胃壁角質(zhì)層厚度(6.1 μm vs.8.7 μm)，而當苜蓿添加水平升高至16%時，并未發(fā)現(xiàn)相似情況[30]。所以，在犢牛飼養(yǎng)管理中，要對粗飼料適宜的切割長度進行充分綜合考慮，既要避免粉碎過細造成瘤胃上皮角質(zhì)化，阻礙瘤胃發(fā)育，又要避免過長的粗飼料使得其營養(yǎng)物質(zhì)降解率下降，導致犢牛攝入養(yǎng)分不足。

3.2 瘤胃發(fā)酵參數(shù)

在一定范圍內(nèi)，提高粗飼料的切割長度會促進動物反芻，使得更多的唾液進入瘤胃，平衡瘤胃酸度[45]。Nemati等[40]發(fā)現(xiàn)，當苜蓿草切割長度在1～3 mm時，犢牛瘤胃液pH和乙酸濃度隨切割長度的增加而上升，TVFA、丙酸和丁酸濃度無顯著變化，乙酸/丙酸顯著提高。Omidi-Mirzaei等[49]將苜蓿草的切割長度由1.96 mm提高到3.93 mm后，發(fā)現(xiàn)70日齡犢牛的瘤胃液pH和乙酸、丁酸以及戊酸濃度無顯著變化，但TVFA和丙酸濃度顯著降低，乙酸/丙酸有升高趨勢。Mirzaei等[30]的研究中，隨著苜蓿草切割長度的變化，未發(fā)現(xiàn)犢牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)(包括pH、VFA總量及組成)的變化。這可能是由于開食料中的高淀粉含量掩蓋了粗飼料切割長度帶來的影響，大量淀粉和糖快速發(fā)酵產(chǎn)生的VFA不斷聚集，甚至超出了瘤胃上皮的吸收能力[50]，使得瘤胃發(fā)酵參數(shù)無法呈現(xiàn)差異性變化；也可能是因為過長的粗飼料導致犢牛更容易產(chǎn)生挑食行為[51]，導致實際采食的粗飼料量降低。粗飼料切割長度對犢牛瘤胃NH3-N濃度的影響不大[33,46]，且與犢牛的日齡存在互作效應[46]。

3.3 瘤胃微生物區(qū)系

Beharka等[52]在荷斯坦公犢牛出生后3 d，在飼糧中添加25%的苜蓿干草，比較2種切割長度(1.0和6.4 mm)對瘤胃微生物區(qū)系組成的影響，結果發(fā)現(xiàn)，厭氧細菌(anaerobic bacteria)總數(shù)不受牧草物理形式的影響，與6.4 mm苜蓿干草相比，飼喂1.0 mm苜蓿干草的犢牛瘤胃中纖維素分解菌含量降低，淀粉分解菌含量增加，并且纖維素分解菌含量在第4周有顯著變化，而淀粉分解菌含量在第2、6和8周均有顯著變化。一方面可能是因為不同種類的瘤胃細菌對酸堿度的耐受度不同，該研究顯示，飼喂短顆粒牧草的犢牛瘤胃液pH低于飼喂長顆粒牧草，纖維素分解菌的增殖在酸性環(huán)境下會受到抑制，而淀粉分解菌更加耐受[52]；另一方面也可能與瘤胃微生物與宿主的互作[51]或者環(huán)境因素[53-54]有關。由此可知，粗飼料切割長度很大可能影響犢牛瘤胃微生物區(qū)系的建立，但此方面的研究報道非常有限，具體作用機制尚未明確，需要未來更多的研究進行深入探索。

4 飼喂技術

除上述影響因素外，粗飼料的添加時間也可以通過誘導微生物區(qū)系早期建立[55]、改變瘤胃發(fā)酵產(chǎn)物或刺激瘤胃上皮來影響瘤胃發(fā)育[10]。過早添加粗飼料，此時犢牛瘤胃尚未發(fā)育，對粗飼料的消化有限，會導致動物攝入能量不足，引發(fā)疾病(如草腹)；而采食粗飼料時間過晚，不利于瘤胃發(fā)育，影響動物成年后對粗飼料的消化能力，不利于最佳生長性能的發(fā)揮。例如，Hosseini等[56]分別在犢牛第2、4和6周齡時，補充15%的苜蓿干草，結果發(fā)現(xiàn)到第10周齡時，第2周齡開始飼喂苜蓿干草的犢牛瘤胃液pH較高，但第4和6周齡開始飼喂苜蓿干草的犢牛相比差異不大；并且第2和4周齡飼喂苜蓿干草的犢牛有更多的反芻時間，且減少了異常的采食行為。此外，Lin等[57]研究燕麥草補飼時間對犢牛瘤胃微生物區(qū)系的影響，發(fā)現(xiàn)添加干草時間雖然不影響犢牛瘤胃微生物區(qū)系的多樣性，但是它改變了各種微生物種群的比例。如在變形菌門水平上，第2周飼喂燕麥草的犢牛瘤胃中脫硫弧菌(Desulfovibrio)比例顯著高于第6周。此外，與第2周飼喂燕麥草的犢牛相比，第6周犢牛瘤胃中擬桿菌門中的丁酸單胞菌(Butyricimonas)比例也有升高的趨勢，而厚壁菌門中的琥珀酸菌(Succiniclasticum)比例則有降低的趨勢，但對于其作用機制，尚無研究報道。

5 小 結

粗飼料是成年反芻動物飼糧中不可或缺的組成成分，而對于犢牛的飼養(yǎng)管理，如何科學合理地利用粗飼料，對犢牛瘤胃的健康發(fā)育至關重要，甚至影響著動物成年后消化系統(tǒng)的完善及最佳生產(chǎn)性能的發(fā)揮。綜合文獻報道，粗飼料的不同來源、添加水平以及切割長度均會對犢牛瘤胃帶來影響，但影響程度不一，且作用機制尚不明確。未來需要更多的深入研究，在細胞或分子水平上，探究犢牛飼糧中粗飼料的合理供給方案，得出適宜的方案，以指導生產(chǎn)。