高精料日粮下添加阿卡波糖对奶牛瘤胃及后肠发酵的影响研究

殷雨洋，刘玉洁，张瑞阳，朱伟云，毛胜勇*

(1.南京农业大学动物科技学院，江苏 南京 210095；2.湖州市农业科学研究院湖羊研究所，浙江 湖州 313000)



高精料日粮下添加阿卡波糖对奶牛瘤胃及后肠发酵的影响研究

殷雨洋1,2，刘玉洁1，张瑞阳1，朱伟云1，毛胜勇1*

(1.南京农业大学动物科技学院，江苏 南京 210095；2.湖州市农业科学研究院湖羊研究所，浙江 湖州 313000)

本试验旨在探讨高精料日粮下添加阿卡波糖对奶牛瘤胃和后肠发酵的影响。试验选用3头干奶期荷斯坦奶牛，采用3×3拉丁方试验设计，阿卡波糖添加剂量为0，0.5和1.0 g/d，试验分3期进行，每期21 d。结果表明，与对照组比较，添加阿卡波糖显著降低了奶牛瘤胃液中丙酸浓度(P<0.05)，提高了乙丙比(P<0.05)，但对瘤胃pH值、乳酸、乙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、总挥发性脂肪酸和氨氮浓度无显著影响(P>0.05)；与对照组比较，添加阿卡波糖显著降低了粪便pH值和氨氮浓度(P<0.05)，提高了乳酸、丁酸和异戊酸浓度(P<0.05)，但对乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、总挥发性脂肪酸和乙丙比无显著影响(P>0.05)。结果说明，高精料日粮下长期添加阿卡波糖虽可影响瘤胃液中个别挥发性脂肪酸的浓度，但对瘤胃整体发酵和瘤胃pH值无显著影响，此外，添加阿卡波糖可增加后肠发酵，并可能对后肠健康带来潜在危害。

阿卡波糖；奶牛；瘤胃；后肠；挥发性脂肪酸

在现代奶牛生产中，为提高奶牛产奶性能和经济效益，生产者常在奶牛日粮中使用高比例精料，但大量使用精料易导致瘤胃内挥发性脂肪酸(volatile fatty acid，VFA)和乳酸等累积，pH值快速下降，结果诱发瘤胃酸中毒[1]。瘤胃酸中毒可分为急性酸中毒(acute ruminal acidosis，ARA)和亚急性酸中毒(subacute ruminal acidosis，SARA)，其中SARA在生产中较为常见。有研究显示，即使在美国管理较严格的奶牛场，早期泌乳牛患 SARA的比例约为19%，中期泌乳牛SARA发病率甚至高达26%[2]。由于该病临床症状不明，同时该病常造成其他继发性疾病如蹄叶炎、腹泻和肝脓肿等的发生[3-8]。因此，该病已成为影响奶牛生产效益的主要疾病之一。近年来，许多营养措施被用于防治奶牛瘤胃酸中毒发生，具体包括：增加物理有效纤维含量；降低饲料中谷物类饲料的比例；使用缓冲剂、添加酵母培养物和应用莫能霉素[9-10]。这些方式在生产中虽取得了较显著的效果；但也表现出一些负面效应，如提高物理有效纤维的用量可导致日粮能量浓度下降，最终导致奶牛产奶性能下降；而缓冲剂存在降低瘤胃pH的作用时间短暂的问题；而应用莫能菌素虽可预防SARA的发生，但也带来瘤胃微生物耐药性增加和瘤胃纤维降解率下降的风险[11]。因此，寻找新的酸中毒预防措施，已成为当前反刍动物营养研究领域的一个热点问题。

近年来，一些学者发现，使用阿卡波糖等α-葡糖苷酶和α-淀粉酶抑制剂可有效控制和缓解奶牛急性瘤胃酸中毒发生[12]；同时可提高采食量和乳脂校正奶产量[13]。我们在以前的体外实验中也发现，阿卡波糖可显著提高发酵体系中瘤胃pH值[14]，但长期饲喂阿卡波糖的效果如何，并不清楚。此外，有报道显示[15]，在治疗人糖尿病过程中，阿卡波糖虽可有效控制人小肠内碳水化合物的降解速度，但同时也提高了后肠中淀粉数量，进而促进了微生物发酵；由于后肠健康对奶牛生产十分关键，阿卡波糖在影响瘤胃碳水化合物的降解的同时，是否会增加奶牛后肠消化道负担，并不清楚。由此，本试验基于以上进展，研究了在高精料日粮下添加阿卡波糖对奶牛瘤胃及后肠发酵的影响，拟进一步明确阿卡波糖对奶牛瘤胃与后肠发酵的实际影响效果。

1　材料与方法

实验于2013年11月到2014年1月在南京农业大学江浦实验基地进行。

1.1实验动物及日粮

本试验选用3头干奶期装有永久性瘤胃瘘管的健康多胎奶牛为试验动物，单槽饲喂，自由饮水，每天8:00和16:00进行饲喂，体重为(590±48) kg。基础饲粮精粗比为65∶35，满足中国农业行业标准(NY/T34-2004)推荐的营养需求，日粮配方及营养水平见表1。

1.2试验试剂

阿卡波糖(Acarbose)为美国Bayer公司生产，用于治疗Ⅱ型糖尿病的药物。

1.3试验设计

试验采用3×3拉丁方设计，分3期进行，每期21 d。在正式试验前预饲10 d。正式试验前1 d对奶牛称重。阿卡波糖添加剂量为0，0.5和1.0 g/d。

表1　日粮配方及营养水平Table 1　Ingredient and nutrient levels of the diets

[1]每kg添加剂包括 The premix contains per kilogram: Fe 5500 mg, Cu 4080 mg, Zn 17500 mg, Mn 4980 mg, Se 110 mg, I 180 mg, Co 88.5 mg, VA>2000000 IU, VD3600000 IU, VE 10800 mg.

1.4样品采集与分析

1.4.1干物质采食量的测定在每期的第18，19和20天，分别对饲喂量和剩余料量进行称重，取样测定干物质重，计算干物质采食量。

1.4.2瘤胃和后肠发酵参数的测定在每期的第18,19和20天，分别采集饲喂阿卡波糖后0和2 h瘤胃内容物，并在晨饲前直肠采集300 g粪便；在每期第21天采集饲喂阿卡波糖后0，2，4，6，8，10和12 h的瘤胃内容物。所采集瘤胃内容物经4层纱布过滤获得瘤胃液，立即测定瘤胃液和粪便pH值。取200 g粪便与200 mL去离子水混合均匀后，15000 r/min下离心，取上清液于-20℃冻存备用。采用比色法测定瘤胃液和粪便中乳酸[16]和氨氮浓度[17]，采用气相色谱法 (GC-14B气相色谱仪，日本岛津，柱温110℃，气化室温度180℃，检测室温度180℃) 测定挥发性脂肪酸 (volatile fatty acid，VFA) 浓度[18]。

1.5数据处理

试验各期数据采用SPSS (17.0)软件中GLM模型中Multivariate程序进行主效应分析，以牛体重为协变量，当阿卡波糖的处理效应达显著水平时，对阿卡波糖各处理间的差异进一步进行多重比较，多重比较采用LSD法。显著性水平为P<0.05。

2　结果与分析

图1　添加阿卡波糖对奶牛干物质采食量的影响Fig.1　Effects of acarbose addition on the dry matter intake of dairy cows

2.1添加阿卡波糖对奶牛干物质采食量的影响

图1为添加阿卡波糖对奶牛干物质采食量的影响。与对照组比较，添加阿卡波糖有提高奶牛干物质采食量的趋势(P<0.1)。

2.2添加阿卡波糖对奶牛瘤胃发酵的影响

由表2可见，较对照组相比，添加阿卡波糖显著降低了瘤胃液中丙酸含量(P<0.05)，提高了乙丙比(P<0.05)，但对瘤胃pH、乳酸、乙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊酸、总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acid, TVFA)和氨氮浓度无显著影响(P>0.05)。饲

表2　添加阿卡波糖对瘤胃微生物发酵的影响Table 2　Effects of acarbose addition on the fermentation in rumen of dairy cows

SEM, standard error of the mean; A/P, ratio of acetate to propionate; TVFA, total volatile fatty acid. 不同字母表示差异显著(P<0.05)。Values with different letters mean significantly difference (P<0.05). 下同。The same below.

喂期对瘤胃pH值、乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸和TVFA浓度及乙丙比有显著影响(P>0.05)；在对瘤胃pH值、丙酸、丁酸、TVFA、氨氮浓度和乙丙比的影响上，饲喂期和阿卡波糖剂量之间有显著的互作效应(P<0.05)。

2.3添加阿卡波糖对奶牛瘤胃发酵指标动态变化的影响

较对照组相比，添加阿卡波糖对瘤胃pH的动态变化无显著影响(P>0.05)，但在饲喂后0～4 h期间，添加阿卡波糖可减缓瘤胃pH值下降速率，提高最低瘤胃pH值；添加阿卡波糖对乙酸、丙酸和丁酸浓度的动态变化无显著影响(P>0.05)。与对照组相比，添加阿卡波糖对总挥发性脂肪酸浓度、乙丙比和乳酸浓度的动态变化无显著影响(P>0.05)。此外，添加阿卡波糖显著降低了瘤胃氨氮浓度(P<0.05)(图2)。

图2　添加阿卡波糖对奶牛瘤胃pH值、VFA、乳酸、氨氮浓度及乙丙比动态变化的影响Fig.2　Effects of acarbose addition on changes in the ruminal pH, the concentrations of VFA, lactate and NH3-N, and the ratio of acetate to propionate

2.4添加阿卡波糖对奶牛后肠发酵的影响

与对照组相比，添加阿卡波糖显著降低了后肠pH值和氨氮水平(P<0.05)，显著提高了乳酸、丁酸和异戊酸浓度(P<0.05)，但对乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、TVFA浓度及乙丙比没有显著(P>0.05)影响。饲喂期对瘤胃pH值、乳酸、丙酸和丁酸浓度有显著影响(P<0.05)，阿卡波糖剂量和饲喂周期对pH值、丁酸和异戊酸浓度亦有显著的互作效应(P<0.05)(表3)。

表3　添加阿卡波糖对奶牛后肠发酵的影响Table 3　Effects of acarbose addition on the hindgut fermentation in dairy cows

3　讨论

随着我国奶牛饲养规模的不断增大与集约化程度的不断提高，以及生产者对经济效益的过度追求，因大量饲喂高精料日粮而诱发的瘤胃健康紊乱问题已严重影响到我国一些牧场的正常生产。研究发现[19-20]，高精料日粮易导致瘤胃pH值过低，进而引发瘤胃内代谢紊乱。因此，如何有效提高瘤胃pH值，对于防止瘤胃过酸带来的健康隐患意义巨大。Speight和Harmon[21]体外研究发现，添加阿卡波糖能有效防止瘤胃pH下降、TVFA和乳酸累积，进而有效控制和缓解急性瘤胃酸中毒的发生。Speight等[22]报道，阿卡波糖可能通过降低瘤胃内淀粉的降解速度来起到预防酸中毒的作用。与上述报道不一致，本试验结果表明，添加阿卡波糖虽可显著降低瘤胃中丙酸含量，提高乙丙比，但对瘤胃pH值、氨氮、乳酸和总挥发性脂肪酸浓度无显著影响；此外，对瘤胃pH值动态变化数值的统计结果显示，阿卡波糖对瘤胃pH值也无显著效果。该结果暗示，长期饲喂阿卡波糖不能有效提高瘤胃pH，暗示其在预防奶牛瘤胃亚急性酸中毒方面的作用效果有限。本研究表明，尽管阿卡波糖对瘤胃和后肠大多指标影响不显著，但饲喂期对多项指标有显著影响；而且在多项指标上，饲喂期和阿卡波糖剂量之间有显著的互作效应。我们推测，出现上述结果的根本原因可能在于阿卡波糖在影响微生物发酵方面的短暂效应，即动物初次使用阿卡波糖可能存在一定效果，但长期使用则效果减弱或消失，原因可能在于瘤胃微生物种类十分丰富，长期添加阿卡波糖使部分瘤胃微生物对其产生了适应，进而使其生物学效应下降，但该推测仍需试验验证。

近年来，对阿卡波糖的相关研究主要关注于其对瘤胃发酵的影响，对后肠消化有何具体影响，仍不清楚。Nordlund等[3]报道，饲喂高精料日粮除可显著影响瘤胃健康外，还可促进后肠发酵，导致后肠食糜pH值降低，进而可能引发气泡粪和腹泻产生。本试验结果显示，饲喂阿卡波糖显著降低了后肠pH值和氨氮浓度，提高了乳酸、乙酸、丁酸和异戊酸的浓度。试验结果说明，应用阿卡波糖加重了奶牛后肠道的消化负担，可能对奶牛后肠道健康造成危害。其原因可能与阿卡波糖抑制了奶牛小肠淀粉酶活性，导致奶牛小肠淀粉消化率下降，最终进入奶牛后肠中的淀粉数量增加，进而使奶牛后肠微生物发酵增强，导致部分VFA浓度增加，pH值下降。

综上所述，奶牛日粮中长期添加阿卡波糖对瘤胃pH值、乳酸和TVFA浓度未产生显著影响，但显著降低了后肠pH值，提高了乳酸含量。因此，高精料日粮下长期添加阿卡波糖不能改善奶牛瘤胃健康，并可能增加奶牛后肠发酵，影响奶牛后肠健康。

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*The effect of acarbose addition on rumen and hindgut fermentation in dairy cows fed high-concentrate diets

YIN Yu-Yang1,2, LIU Yu-Jie1, ZHANG Rui-Yang1, ZHU Wei-Yun1, MAO Sheng-Yong1*

1.TheCollegeofAnimalScienceandTechnology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China；2.HuzhouAcademyofAgriculturalSciences,Huzhou313000,China

In this study, three cannulated Holstein cows (590±48 kg liveweight) were used to investigate the effect of acarbose (glucosidase inhibitor) addition (0, 0.5 and 1.0 g/d) on ruminal and hindgut fermentation characteristics in a 3×3 Latin square design. The results showed that acarbose addition decreased the propionate concentration in rumen fluid (P<0.05), increased the ratio of acetate to propionate (P<0.05) but did not affect the concentrations of lactate, acetate, isobutyrate, butyrate, isovalerate, valerate, total volatile fatty acid, ammonia-nitrogen, and pH value compared with the control (P>0.05). Acarbose addition decreased the pH value and ammonia-nitrogen levels (P<0.05) and increased the concentrations of lactate, butyrate, isovalerate (P<0.05) in feces, but no differences were observed in the concentration of acetate, propionate, isobutyrate, valerate, total volatile fatty acid and the ratio of acetate to propionate among the three groups. In general, our data revealed that acarbose addition may not be useful for preventing the occurrence of ruminal acidosis in the long term. Additionally, acarbose addition may increase hindgut fermentation and produce detrimental effects on the hindgut health of dairy cattle.

acarbose; diary cows; rumen; hindgut; volatile fatty acid

10.11686/cyxb2015431

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-09-09；改回日期：2015-11-09

国家“973”奶业项目(2011CB100801)资助。

殷雨洋(1987-)，男，安徽阜阳人，助理畜牧师，硕士。E-mail: yinyuyang@163.com

Corresponding author. E-mail: maoshengyong@163.com

殷雨洋，刘玉洁，张瑞阳，朱伟云，毛胜勇. 高精料日粮下添加阿卡波糖对奶牛瘤胃及后肠发酵的影响研究. 草业学报, 2016, 25(6): 198-203.

YIN Yu-Yang, LIU Yu-Jie, ZHANG Rui-Yang, ZHU Wei-Yun, MAO Sheng-Yong. The effect of acarbose addition on rumen and hindgut fermentation in dairy cows fed high-concentrate diets. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(6): 198-203.