缓释尿素对藏西北绒山羊生长性能、氮代谢、血浆指标和瘤胃发酵的影响

德 吉 郑 琳 吴玉江 巴 贵 阿旺措吉 仁青措姆 益西尼布 旦增曲珍 索朗达*

(1.西藏自治区农牧科学院畜牧兽医研究所,拉萨 850009;2.农业农村部青藏高原畜禽遗传育种重点实验室,拉萨 850009;3.吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所,公主岭 136100;4.西藏自治区那曲市尼玛县农牧业科技服务站,那曲 852000)

藏西北绒山羊广泛分布在西藏西北部广袤的羌塘高原上,是西藏绒山羊的典型代表,具有羊绒品质优良、耐粗饲、抗缺氧、抗病力强、适应性好等优良特点,为农牧民提供羊绒、羊肉、羊奶、羊皮等畜产品,是藏北重要的地方特色家畜[1]。但是羌塘高原具有海拔高、温度低、牧草生长期短(仅为90～120 d)等特点,从而导致该地区牧草在数量和质量上存在严重的季节性不平衡[2]。千百年来,绒山羊一直处于传统、粗放的管理模式,全年放牧而无任何补饲,致使绒山羊生产性能低下、退化严重,长期处于“秋肥、冬瘦、春死亡”的周而复始季节性循环之中,严重制约绒山羊产业的发展。

有研究表明,冬春季牧草干枯期补饲精饲料可有效提高绒山羊养殖效率,保证放牧条件下绒山羊的机体健康。尿素以其含氮量高、来源广泛、价格低廉等特点成为目前应用最广泛的非蛋白氮(NPN)来源,但是尿素在瘤胃内分解速度过快,致使氨浓度急骤升高,瘤胃微生物来不及利用而造成氮源的浪费,甚至会引起氨中毒[3]。缓释技术是提高尿素利用价值的主要途径。目前,物理包被、化学缓释、生物酶活性抑制和物理缓释是常用的尿素缓释技术[4]。包被尿素采用低水溶性或微溶性有机物或无机聚合物将其进行包被,可有效控制其在瘤胃中的释放速率。常用的包被剂有纤维素衍生物、丙烯酸树脂类、淀粉、氢化棕榈油等。国外已有相关产品应用于动物生产,其中,Optigen1200和Nitroshure这2种包被尿素产品分别由聚合物和氢化植物油包被而成,有研究证实,Optigen1200和Nitroshure应用于奶牛可提高乳品质,增加乳脂产量[5-6]。罗继学等[7]研究包衣尿素的生产工艺及其在反刍动物(肉牛、奶牛、肉羊)中的应用效果,结果表明包被尿素增奶、增重效果显著。潘正茂等[8]采用硬脂酸、乙基纤维素和氢化植物油包被尿素,体外和奶牛瘤胃瘘管试验表明,与普通尿素相比,包被尿素有明显的缓释效果。Ji等[9]研究缓释尿素对肉羊生长性能、器官发育及血清生化指标的影响,结果表明,缓释尿素的添加量为4%可降低饲料成本,且不会对羔羊的健康和生长性能产生负面影响。Cherdthong等[10]研究缓释尿素对泰国肉牛氮代谢和血液指标的影响,结果表明,饲粮中添加180 g/kg的缓释尿素可提高氮利用率,且对肉牛的血液指标不产生负面影响。Tye等[11]研究缓释尿素对奶牛泌乳性能、能量分配和瘤胃发酵的影响,发现缓释尿素可提高奶牛的能量利用效率。国内有关包被尿素的研究多直接采用包被尿素商品,并研究其对动物的影响,有关包被尿素制备的相关研究甚少;此外,缓释尿素在反刍动物中的应用研究多集中于奶牛、肉羊、肉牛等,在绒山羊中的研究报道很少。

本研究旨在以藏西北绒山羊为试验对象,采用乙基纤维素、聚丙烯酸树脂Ⅳ和氢化棕榈油作为包被材料,通过流化床包衣法制备缓释尿素,研究其对绒山羊生长性能、氮代谢、血浆指标及瘤胃发酵参数等的影响,为缓释尿素的实际生产和应用,以及青藏高原绒山羊科学补饲提供理论依据和技术支撑,从而实现绒山羊养殖业的健康、可持续发展。

1 材料与方法

1.1 试验材料

未包被尿素购自山西某煤化工有限责任公司,含氮量≥46%。缓释尿素由吉林省农业科学院动物营养与饲料研究所提供,选用乙基纤维素、聚丙烯酸树脂Ⅳ和氢化棕榈油作为壁材,95%乙醇作为溶剂,聚乙二醇和柠檬酸三丁酯作为增塑剂,吐温-80为乳化剂,滑石粉为抗粘剂,采用流化床包被法制作,工艺参数:供液转速为6 r/min,进风温度为55～90 ℃,雾化压力为0.8 bar,包被2层,含氮量≥38%,24 h缓释率为85%。

1.2 试验设计

试验于2022年4—5月在西藏农牧科学院畜牧兽医研究所动物试验场进行,选取15月龄藏西北绒山羊40只(公母各占1/2),随机分为4组,每组10个重复,每个重复1只,各组间体重无显著差异(P>0.05)。对照组饲喂不添加尿素的基础饲粮,Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组分别饲喂添加2.0%未包被尿素、1.2%缓释尿素和2.4%缓释尿素的试验饲粮。参照《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2021)配制粉状配合饲料,配合饲料中含有20%粗饲料,饲喂期间每日每只羊补饲占比40%配合饲料的苜蓿干草,配合饲料组成及营养水平见表1。预试期7 d,正试期49 d,试验前期为第1～21天,试验后期为第22～49天。

1.3 饲养管理

试验前对羊舍进行冲洗消毒处理。绒山羊采用全舍饲饲养管理,试验期间,试验羊每日饲喂2次,饲喂时间分别为09:00和16:00。依据尿素产品在基础饲粮中的添加比例,每日饲喂前将其均匀混合到各组的配合饲料中,每次饲喂前后禁止饮水1 h,在采食后的1 h内观察羊只是否出现异常反应,以免引起氨中毒。饲养期间供给充足清洁饮水,每天清粪、消毒,观察绒山羊健康状况。

1.4 样品采集

1.4.1 粪样、尿样和饲粮采集

试验期第19～21天和第47～49天进行消化试验,各组每只羊每天每6 h收集1次粪样,连续收集3 d,将收集到的粪样混合均匀后按重量的5%取样,并按每100 g添加5 mL 10%硫酸固氮,-20 ℃保存备测;另取500 g粪样65 ℃烘干,回潮24 h,粉碎过40目筛,-20 ℃保存备测。用自制的收尿袋收集每天的全部尿样,并记录排尿量,收尿时,应事先在收尿瓶中加入一定量的浓硫酸以达到固氮的目的(保证尿液pH=2)。取每只羊每天过滤后排尿量的10%装入塑料瓶内。连续收集3 d尿样构成混合尿样,放入-20 ℃保存备测。收集消化试验期间新鲜和剩余的饲粮样品,将收集到的饲粮样品混合均匀后取样500 g,65 ℃烘干,回潮24 h,粉碎过40目筛,-20 ℃保存备测。

1.4.2 血浆采集

试验期第21和49天晨饲前,通过颈静脉穿刺收集血液样品,将血液样品收集到5 mL肝素钠抗凝采血管中,收集后将抗凝管中的血液以3 000×g离心15 min,分离血浆并储存在-20 ℃,用于后续血浆指标分析。

1.4.3 瘤胃液采集

试验期第49天,每组随机选择5只羊采用颈静脉放血法屠宰。屠宰后采集每只绒山羊瘤胃内容物30 mL,经4层纱布过滤,立即用便携式pH计测定瘤胃液pH,样品分装于3个10 mL离心管中,-20 ℃冷冻保存。

1.5 检测指标

1.5.1 生长性能

每天记录各组试验绒山羊的投喂量和剩料量,用以测定平均日采食量(ADFI)。在试验期第1和49天晨饲前称重,计算平均日增重(ADG)。

料重比(F/G)=ADFI/ADG。

1.5.2 氮代谢指标

饲粮、粪样和尿样中的粗蛋白质(CP)和总氮(TN)含量采用凯氏定氮法[12]测定;酸不溶灰分(AIA)含量按照GB/T 23742—2009[13]的方法检测;尿样中尿素氮(UN)含量由全自动生化分析仪(日立7170)测定。

粗蛋白质消化率(%)=100-100×[(粪便中粗蛋白质含量×饲粮中酸不溶灰分含量)/(饲粮中粗蛋白质含量×粪便中酸不溶灰分含量)]。

1.5.3 血浆指标

血浆总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、UN和NPN含量由全自动生化分析仪(日立7170)测定;血浆总抗氧化能力(T-AOC)、总超氧化歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性及丙二醛(MDA)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-6(IL-6)、免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)含量采用酶联免疫法测定,试剂盒购自南京建成生物工程研究所。

1.5.4 瘤胃发酵参数

瘤胃挥发性脂肪酸(VFA)含量按照Zhou等[14]的方法测定。瘤胃氨态氮(NH3-N)含量按照冯宗慈等[15]的方法测定。瘤胃微生物蛋白(MCP)含量测定中样品前处理参照Makkar等[16]的方法,之后采用BCA试剂盒检测,试剂盒购于南京建成生物工程研究所。

1.5.5 经济效益分析

根据饲料价格、采食量和增重数据,计算增重收入、饲料消耗费用和纯利润,计算公式如下:

增重收入(元)=[末重(kg)-始重(kg)]×50(kg/元,活羊价格);
饲料消耗费用(元)=[ADFI(g/d)/1 000]×49 d×饲粮价格(元/t)/1 000;
纯利润(元)=增重收入(元)-饲料消耗费用(元)。

1.6 数据统计分析

试验数据采用SPSS 22.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan氏法进行多重比较。结果以“平均值±标准误”表示,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著,P>0.05为差异不显著。

2 结果与分析

2.1 缓释尿素对藏西北绒山羊生长性能的影响

由表2可知,绒山羊始重各组间差异不显著(P>0.05),末重各组间差异不显著(P>0.05);ADFI在Ⅱ组最高,Ⅰ组最低,Ⅱ组和Ⅲ组与对照组差异不显著(P>0.05),Ⅰ组显著低于对照组(P<0.05);Ⅰ组ADG显著低于其他组(P<0.05),F/G显著高于其他组(P<0.05)。

表2 缓释尿素对藏西北绒山羊生长性能的影响

2.2 缓释尿素对藏西北绒山羊氮代谢的影响

由表3可知,第21天时,各组粗蛋白质消化率差异不显著(P>0.05);Ⅰ组、Ⅱ组和Ⅲ组尿中TN和UN含量极显著高于对照组(P<0.01)。第49天时,Ⅰ组粗蛋白质消化率与对照组差异不显著(P>0.05),Ⅱ组和Ⅲ组极显著高于对照组(P<0.01);Ⅱ组尿中TN含量显著低于Ⅰ组和Ⅲ组(P<0.05);Ⅰ组尿中UN含量极显著高于其他组(P<0.01)。

表3 缓释尿素对藏西北绒山羊氮代谢的影响

2.3 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆生化指标的影响

由表4可知,试验各组血浆ALB和UN含量差异不显著(P>0.05)。第21天时,Ⅲ组血浆TP含量显著高于Ⅱ组(P<0.05);Ⅰ组和Ⅲ组血浆NPN含量显著高于对照组(P<0.05)。第49天时,各组血浆NPN含量差异不显著(P>0.05)。

表4 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆生化指标的影响

2.4 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆抗氧化指标的影响

由表5可知,第21天时,Ⅰ组血浆T-AOC极显著高于对照组(P<0.01),对照组极显著高于Ⅲ组(P<0.01);各组间血浆T-SOD和GSH-Px活性差异极显著(P<0.01),Ⅰ组>对照组>Ⅱ组>Ⅲ组;Ⅲ组血浆MDA含量极显著低于对照组(P<0.01),各组间差异极显著(P<0.01),且Ⅰ组血浆MDA含量最低。第49天时,对照组和Ⅰ组血浆T-AOC和GSH-Px活性极显著高于Ⅱ组和Ⅲ组(P<0.01);Ⅰ组血浆T-SOD活性极显著高于其他组(P<0.01)。

表5 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆抗氧化指标的影响

2.5 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆免疫指标的影响

由表6可知,血浆TNF-α、IL-6、IgA和IgG含量在各组间差异均不显著(P>0.05)。

表6 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆免疫指标的影响

2.6 缓释尿素对藏西北绒山羊瘤胃发酵参数的影响

由表7可知,瘤胃pH和总挥发性脂肪酸(TVFAs)含量各组间差异不显著(P>0.05);与对照组相比,Ⅰ组瘤胃NH3-N含量显著升高(P<0.05),MCP含量显著降低(P<0.05)。

表7 缓释尿素对藏西北绒山羊瘤胃发酵参数的影响

2.7 缓释尿素对藏西北绒山羊经济效益的影响

由表8可知,与对照组相比,饲喂普通尿素的绒山羊的增重收入、饲料消耗费用和纯利润均最低;饲喂缓释尿素的纯利润高于对照组,且饲喂2.4%缓释尿素的绒山羊纯利润最高。

表8 经济效益分析

3 讨 论

3.1 缓释尿素对藏西北绒山羊生长性能的影响

本研究中,添加普通尿素组绒山羊的ADG显著降低,F/G显著升高,但添加缓释尿素组的绒山羊ADG和F/G与对照组差异不显著。张峰等[17]同样发现,与对照组相比,添加普通尿素组的ADG降低。其原因可能与采食量有关,添加缓释尿素组ADFI与对照组差异不显著,但饲粮添加普通尿素后绒山羊ADFI显著降低,且添加普通尿素的绒山羊采食量显著低于添加1.2%缓释尿素的绒山羊。添加普通尿素导致采食量降低可能与瘤胃中氨浓度过高有关,尿素在瘤胃中极易溶解,较高的氨释放率会限制瘤胃细菌对氨的全部利用,致使过多的氨转移至肝脏,肝脏尿素循环间接触发肝脏氧化代谢,从而增加ATP的产量,导致动物采食量减少[18]。Cherdthong等[10]同样发现,添加普通尿素组泰国肉牛的干物质采食量(DMI)显著低于添加缓释尿素组。本研究中,试验各组始重虽然没有显著差异,但添加缓释尿素各组的始重高于添加普通尿素组,组间差异较大,这会导致添加缓释尿素各组的绒山羊采食量高于添加普通尿素组,进而导致ADG产生显著差异。此外,与缓释尿素相比,普通尿素可能因适口性差,导致动物采食量降低,进而降低ADG[19]。虽然本研究中添加普通尿素组的绒山羊ADG与对照组相比显著降低,但该指标组内偏差较大,其原因可能与普通尿素的添加对绒山羊产生刺激有关,由于绒山羊存在个体差异,其对尿素的适应能力不同,进而导致ADG组内产生较大偏差。本研究中,添加缓释尿素的绒山羊ADFI和ADG与对照组相比差异不显著,表明低剂量的缓释尿素对绒山羊的生长性能没有显著影响。虽然添加缓释尿素对绒山羊生长性能没有显著影响,但ADFI随缓释尿素添加剂量的增大而显著降低,说明缓释尿素对DMI有剂量依赖性。Ji等[9]同样发现,当缓释尿素在精料中的比例低于4%时,对DMI和ADG没有显著影响,但高于4%时,有显著影响。

3.2 缓释尿素对藏西北绒山羊氮代谢的影响

本试验中,试验前期饲粮添加普通尿素或缓释尿素对绒山羊粗蛋白质消化率影响不显著,与Sinclair等[20]和Calomeni等[21]研究结果相同。试验后期饲粮添加普通尿素不影响粗蛋白质消化率,但添加缓释尿素后绒山羊粗蛋白质消化率极显著增高。尿中TN和UN含量的结果表明,试验前期饲粮添加普通尿素或缓释尿素显著增加了绒山羊尿中TN和UN的含量,试验后期饲粮添加普通尿素绒山羊尿中UN含量升高,但缓释尿素组绒山羊尿中UN含量与对照组差异不显著。研究结果与粗蛋白质消化率结果呈负相关,原因可能与尿素来源有关。普通尿素因瘤胃降解速率过快而使更多的氨氮从瘤胃中逃逸,降低了瘤胃微生物对氨氮的利用,从而降低对蛋白质的消化与利用,而缓释尿素降低了尿素在瘤胃中的释放速率,使得更多的氨氮参与MCP的合成,进而促进机体对蛋白质的消化与吸收。肾脏在反刍动物氮循环中起着重要作用,是排出体内多余尿素的主要器官[22]。饲粮添加普通尿素后瘤胃氨氮含量升高,不被瘤胃微生物利用的氨氮最终通过尿液排出体外,导致尿液中UN含量升高,进而使TN含量升高[23],而饲粮添加缓释尿素后瘤胃氨氮含量降低,更多的氨氮用于MCP的合成,导致尿中UN含量降低,进而减少了尿氮的损失。

3.3 缓释尿素对藏西北绒山羊血浆指标的影响

本研究中,与对照组相比,饲粮添加普通尿素或缓释尿素对绒山羊血浆TP、ALB和UN含量影响不显著,虽然试验前期饲粮添加普通尿素和2.4%缓释尿素使得绒山羊血浆NPN含量显著升高,但到试验后期,仅饲喂普通尿素的绒山羊血浆NPN含量升高。这表明饲喂普通尿素组的绒山羊获得了超过需要量的有效氮。血浆NPN含量升高可能与不被瘤胃微生物合成的氨从瘤胃壁直接扩散至血液有关,也可能由于氨通量超过肝脏清除能力,致使多余的氮流向血液,导致血液中NPN含量升高[24]。虽然本研究绒山羊血浆UN含量各组间没有显著差异,但饲粮添加普通尿素或缓释尿素都有升高UN含量的趋势,且添加普通尿素组血浆UN含量最高。Kohn等[25]报道血浆UN与氮排泄率呈线性相关,本研究中,试验后期尿素组与2个缓释尿素组的血浆中UN和尿中TN含量分别为:5.84、5.12、5.17 g/L和1 774.21、1 415.33、1 754.74 mg/L,试验数据支持UN含量与氮排泄率之间的线性关系。与普通尿素相比,缓释尿素能够降低血浆UN含量,进而降低尿氮排泄量。

T-AOC作为动物机体抗氧化功能的综合性指标,能反映机体的健康情况;SOD和GHS-Px等抗氧化酶可有效清除自由基,MDA含量可反映动物体的细胞受损程度[26]。氧化剂与抗氧化剂失衡,会导致细胞凋亡或坏死,造成动物机体氧化损伤[27]。贾柔[28]研究结果表明,饲喂尿素处理的稻草能够提高滩羊血浆GSH-Px活性,降低MDA含量。严啊妮[29]研究发现,饲粮添加缓释尿素和葡萄糖能提高热应激绵羊血清T-AOC和SOD活性,降低MDA含量。上述研究结果与本研究结果相似。本研究中,饲粮添加普通尿素极显著提高了绒山羊试验前期血浆T-AOC和SOD活性及试验前期和试验后期GSH-Px活性,降低了MDA含量;但值得注意的是添加缓释尿素的绒山羊抗氧化性能低于添加普通尿素的绒山羊,原因可能与尿素来源有关,普通尿素的摄入影响了绒山羊的瘤胃发酵,瘤胃中氨氮浓度过高,绒山羊为防止机体氨中毒,诱发机体抵抗氧化应激,促使抗氧化性能提升,但具体作用机制有待深入研究。

免疫系统与抗氧化系统密切相关,核因子-κB(NF-κB)信号通路是连接2个系统的重要途径。IgA和IgG作为一类重要的免疫效应分子,可经转化为抗体,在特异性-体液免疫中起着重要的作用[30]。IL-6可由IL-1β诱导正常细胞产生,与TNF-α同为衡量机体炎症反应的重要指标[31]。严啊妮[29]研究表明,添加缓释尿素对热应激绵羊血液的免疫指标没有显著影响。张娇娇[32]研究也发现,尿素水平对牛血液免疫指标不产生影响,但品种差异导致牦牛的免疫球蛋白含量高于西杂牛。本试验饲粮添加尿素对绒山羊血浆免疫指标没有显著影响,与上述研究结果一致。

3.4 缓释尿素对藏西北绒山羊瘤胃发酵参数的影响

本研究中,饲喂尿素对绒山羊瘤胃pH影响不显著,与Benedeti等[33]和Heidari等[34]研究结果一致。瘤胃环境的理想pH为5.5～7.5,本研究中,各试验组的pH均在推荐的瘤胃理想pH范围内。饲粮添加尿素对瘤胃发酵不产生影响,但与对照组相比,饲粮添加普通尿素会增加丙酸含量,降低乙酸/丙酸,添加缓释尿素会增加乙酸含量,增高乙酸/丙酸,其原因可能与瘤胃NH3-N含量有关。Song等[35]将氯化铵注入奶牛的瘤胃,随着氨浓度的增加,瘤胃液丙酸含量增加,从而导致乙丙比下降。NH3-N和MCP是反映瘤胃氮平衡的重要指标,瘤胃微生物将饲粮蛋白质降解为氨气(NH3),MCP的合成依赖于瘤胃中被降解的NH3。本研究中饲粮添加普通尿素的绒山羊瘤胃NH3-N含量显著高于其他组,与上述研究结果趋势相同。尿素作为反刍动物瘤胃细菌种群的可溶性氮源,可转化为氨氮进而被瘤胃微生物利用,瘤胃中尿素到氨氮的转化效率与瘤胃细菌对氨氮的利用能力存在动态平衡[36]。本研究中,饲粮添加普通尿素使得绒山羊瘤胃NH3-N含量显著增高,但缓释尿素组NH3-N含量与对照组差异不显著。原因可能与尿素来源有关,普通尿素在瘤胃中溶解速率过快,氨氮的转化效率高于瘤胃细菌的利用能力,导致瘤胃内NH3-N含量升高,而缓释尿素降低了尿素在瘤胃中的释放速率,使得更多的氮被用于MCP的合成,致使瘤胃NH3-N含量降低[37]。本研究MCP含量的试验结果同样表明,饲喂普通尿素的绒山羊瘤胃MCP含量显著低于其他各组,而饲喂缓释尿素的绒山羊瘤胃MCP含量与对照组差异不显著,且MCP含量高于对照组。严啊妮[29]和Corte等[38]研究结果也同样发现,饲喂缓释尿素组绵羊和肉牛的MCP含量高于对照组。

3.5 缓释尿素对藏西北绒山羊经济效益的影响

根据市场行情,普通尿素的价格为1 300元/t,缓释尿素的价格为4 800/t,由饲粮价格可知,添加普通尿素和缓释尿素都会降低饲粮价格。从经济效益分析结果可以看出,饲粮添加普通尿素的纯利润为负值,饲粮添加缓释尿素的绒山羊纯利润高于对照组,且添加2.4%缓释尿素的绒山羊毛利润比对照组高20.73元。

4 结 论

① 饲粮添加2.0%普通尿素可有效提升藏西北绒山羊的抗氧化性能,但会降低ADG,增加瘤胃NH3-N含量及血液和尿液中的UN含量,不利于机体对氮的有效利用。

② 与普通尿素相比,饲粮添加1.2%和2.4%的缓释尿素对生长性能无负面影响,可提高藏西北绒山羊试验后期粗蛋白质消化率,有效降低瘤胃氨氮浓度及血液和尿液中的UN含量,提高瘤胃中MCP含量,促进机体对氮的有效利用。

③ 本研究中缓释尿素不同比例之间对藏西北绒山羊的影响没有显著差异,综合各项指标和经济效益分析结果,在藏西北绒山羊饲粮中添加2.4%的缓释尿素较为适宜。