张吉鹍 刘建新 卢德勋
摘 要 文章综述了反刍动物含次生代谢物饲料的组合效应，并对该类饲料的组合效应进行了分类，指出了其与常规饲料组合效应的异同及今后值得重点思考的几个问题。同时还就此类饲料组合效应的研究方法进行了比较，指出应在体外产气技术的基础上结合动物饲养试验来进行含次生代谢物饲料的组合效应及其营养代谢机理。
关键词 反刍动物；次生代谢物；饲料；组合效应
中图分类号 S816.11
在许多热带国家，越来越多地使用树叶与植物果实等作为低质（低蛋白、高纤维）基础粗饲料，如稻草等农作物秸秆的蛋白补充料或作为主要饲料，为反刍动物提供可消化能、瘤胃可降解与不可降解蛋白、维生素与矿物质等，以减少日粮中精饲料的用量，降低饲料成本。在我国使用树叶饲喂反刍动物也很普遍。据统计，每年我国可产几亿吨树叶饲料。然而，这些饲料通常或多或少含有次生代谢物即俗称的毒素，如氯化锂、苦杏仁苷、皂苷、草酸盐、硝酸盐、非蛋白氨基酸与单宁等，尤其是单宁的含量较高，具有抗营养作用。不同季节，各种饲料在放牧反刍动物日粮中所占比例不同。Juarez等（2003）报道，放牧山羊在牧草匮乏的墨西哥北部干旱区，采食的饲料以树叶、阔叶草和灌木为主，同时采食少量作物秸秆、植物果实及散落干树叶，年均采食的各种饲料占日粮干物质的百分比为树叶30.0%、阔叶草26.9%、灌木24.1%、农作物秸秆5.6%、荚果类4.7%、仙人球4.0%、禾本科植物1.8%及散落干树叶0.1%，但不同季节日粮中的饲料品种构成差异较大，如春季，灌木几乎要占到整个日粮的一半（48.5%），到冬季则下降到8.7%，而冬季以树叶饲料为主，占整个日粮的58.4%。该项研究还表明，放牧山羊四季日粮的固体单宁含量相似，约为3%，差异并不显著。由于一种含次生代谢物饲料（本文中的含次生代谢物饲料主要指树叶、植物果实、灌木与嫩树枝等，这类含有次生代谢物的植物可用作反刍动物饲料，其中又以树叶和豆科灌木这类木本饲料为主，下同）的营养素和次生代谢物会与日粮中其它组分的营养素或次生代谢物相互作用（Mangan，1988），从而使得此类混合饲料间的互作即组合效应更复杂。
1 含次生代谢物饲料的组合效应
1.1 反刍动物含次生代谢物饲料与常规饲料组合效应的共性
放牧反刍动物常采食多种植物的茎叶果枝而非单一的某种植物的茎叶果枝，可能与这些植物中所含的次生代谢物有关，因为混合饲料间的组合效应不仅使得混合饲料较单个饲料提高了营养价值，而且使得混合饲料中的次生代谢物这类“毒素”成分得以“稀释”，同时改善日粮的适口性（Burritt等，2000）。卢德勋（2000）在总结前人工作的基础上，将日粮中这种来自不同饲料源的营养性物质、非营养性物质以及抗营养物质之间互作的整体效应定义为组合效应。反刍动物含次生代谢物饲料间的组合效应与常规饲料间的组合效应一样，同样表现在瘤胃氨氮水平与代谢能以及营养素与营养素之间的互作，即在缺氮的情况下，放牧家畜主动觅食富含氮的树叶，以增加瘤胃微生物的合成量，从而提高纤维的消化率与采食量。Reed等（1990）观察到，分别给饲喂画眉草秸的绵羊补饲洋槐叶和野豌豆时，画眉草秸的相应采食量分别为285 g/d与407 g/d，尽管野豌豆氮的含量与洋槐叶相似，可是由于洋槐叶中可溶酚是野豌豆的两倍，酚与蛋白质结合而降低洋槐叶氮的利用率，结果导致画眉草秸采食量的较大差异。这说明在含有次生代谢物这类生物有害物质的木本蛋白资源补充料中，氮不是唯一的指标。对于这类粗饲料，不但要了解其营养物质的化学组成，还要了解其营养素的利用率。
1.2 次生代谢物在饲料组合效应中的特殊作用
含次生代谢物饲料的组合效应及次生代谢物对此类饲料组合效应的影响研究不多，目前主要是一些观察到的经验现象。次生代谢物对反刍动物饲料组合效应的影响归纳起来可分为正面与负面的作用，但主要是负面作用。
1.2.1 次生代谢物在饲料组合效应中的负面作用
饲料中的次生代谢物单宁不仅具有抗营养作用，若反刍动物采食过量含单宁的植物甚至会致死，我国北方牛的栎树叶中毒就是典型的单宁中毒。有报道证实，当基础日粮的单宁增加时，绵羊采食含聚乙烯甘醇（PEG）的日粮增加（Provenza等，2000；Villalba等，2001），主要是PEG与单宁形成络合物而降低其活性，从而减少饲料中单宁的抗营养作用（Jones 等，1977）。绵羊这种通过采食特种微量营养组分（如PEG）来缓解次生代谢物这类特殊抗营养组分（如单宁）对日粮负面影响的能力也见于其它类似的报道。例如，给绵羊饲喂富含谷物的日粮，则绵羊会主动采食含碳酸氢盐的饲料或饮水以减轻酸中毒（Phy等，1998）。另外，反刍动物这种去除饲料中次生代谢物毒性的能力还与常规营养素的采食量有关（Illius等，1995）。Sinclair等（1984）与Villalba等（2002a，2002b）的研究证实，进行营养补添的山（绵）羊能够采食更多含单宁的橡树叶与含萜烯的北美灌木。反刍动物这种常规营养素的采食量与其除去饲料中次生代谢物毒性的互作机制有待进一步研究。
1.2.2 次生代谢物在饲料组合效应中的正面作用
如果树叶中的次生代谢物 (如田箐属植物中的茶皂素)具有抗原虫作用，则该种树叶的实际营养价值要大于其所含营养素的价值，因为部分原虫与产甲烷有关（Newbold等，1997）。Kumar等（1990）指出树叶中适当含量的固体单宁对反刍动物有益。Tixier等（1997）则认为獐鹿主动采食含单宁的植物（豆科树叶与植物果实等）主要是为了提高瘤胃氮的利用率，因为其中的单宁能够保护日粮蛋白免遭瘤胃微生物降解，从而增加过瘤胃蛋白量（Hess等，2003）。有研究证明，在日粮中添加适量含皂苷的植物果实或含单宁的豆科灌木与豆科树叶，可以减少瘤胃原虫数量与甲烷的产量，增加真菌与细菌的数量（Diaz等，1993；Navas-Camacho等，1993），以及十二指肠的氮流量，从而提高饲料的转化效率（Hess等，2003）。受寄生虫侵害的放牧反刍动物会主动觅食具有驱虫特性的野生植物茎叶进行“自疗”，就很可能与这些野生植物茎叶的次生代谢物具有杀灭寄生虫的作用有关。Dung等（2003）与Sokerya等（2003）的研究就分别证明，采食少量的木薯叶可显著降低山羊粪中线虫与球虫类寄生虫卵数。Lin等（2003）用少量菠萝蜜与银合欢树叶补饲放牧山羊，也得出了类似结论。
1.2.3 含次生代谢物饲料组合效应的复杂性
从上述反刍动物含次生代谢物饲料组合效应正、反两方面的例子可以看出，次生代谢物对饲料组合效应正或负的影响。首先，取决于其在饲料中的量，也就是一个“度”的问题，通过混合将次生代谢物的浓度稀释到“适度”，从而解除次生代谢物对瘤胃微生物或宿主动物的危害，甚至使其变得对宿主动物有益。其次，由于含次生代谢物饲料的组合效应不仅表现在营养素与营养素、营养素与次生代谢物之间，而且次生代谢物与次生代谢物之间也会发生相互作用，使得此类混合饲料的组合效应较常规饲料（本文中的常规饲料指不含次生代谢物的人工牧草、农作物秸秆、饼粕类与籽实类饲料）组合效应对反刍动物的影响更加难以预测。这是因为该类饲料中的次生代谢物会影响到日粮中其它营养素的利用，特别是多种次生代谢物互作又可能改变其它不相关次生代谢物的代谢。Duncan等（2001）的研究证明瘤胃中草酸盐的降解与芥子油苷代谢有着内在的联系。在对饲喂单一饲料绵羊瘤胃内丙烯氰化物[见于芸苔（芥）属植物]与草酸盐[见于藜科（菠菜属）植物]的降解率测定后，接着测定饲喂混合（两种）饲料时绵羊瘤胃内这两种物质的降解率，发现它们呈现非加性的变化，表现为：添加白菜时，草酸盐的降解受到抑制；而当菠菜与白菜混合饲喂，丙烯氰化物的降解显著增强。同时还指出，这种营养素与次生代谢物、次生代谢物与次生代谢物间的组合效应与常规饲料的组合效应同样发生在瘤胃或经瘤胃壁吸收后的组织中。
2 含次生代谢物饲料组合效应研究中值得重点思考的几个问题
目前应用较多的含次生代谢物饲料主要是树叶、灌木与嫩树枝等木本饲料，凭经验进行混合，尽管取得了一些令人较为满意的饲喂效果，但这种混合缺乏正确的科学指导。含次生代谢物混合饲料的营养价值得以整体提高，通常认为是通过如下途径实现的：一是混合饲料中适当含量的天然单宁对日粮中蛋白质的保护作用增加了过瘤胃蛋白量；二是混合饲料中次生代谢物的“毒性”通过混合得到稀释，变得有益，由对瘤胃微生物或宿主的毒理作用变成生理作用；三是混合饲料由于营养素的互补使得采食量增加、消化率提高。因此，很有必要就反刍动物含次生代谢物混合饲料组合效应的营养代谢机理做进一步的研究。 2.1 含次生代谢物饲料品种的筛选研究
选择我国南北广为农、牧民所使用的地方木本饲料（指树叶、灌木与嫩树枝等）资源品种及特殊区域（如干旱、半干旱区，酸性土壤）农艺学质量好，具有潜在饲用价值的木本饲料进行研究。在此基础上与常规饲料组合效应的研究结合起来，筛选出在当地易获得的含甲烷抑制物的木本蛋白质饲料品种。
2.2 瘤胃微生物蛋白的合成
在反刍动物常规饲料组合效应的研究中发现，对采食低质农作物废弃物（如秸秆等）的反刍动物补饲豆科牧草虽克服了基础饲料氮的不足，但在提高低质基础饲料的消化率与采食量的同时却又增加了甲烷的产量，即消化能转化为代谢能以及代谢能转化为净能的效率未必随之提高，甚至有可能降低。因此，有必要探讨“2.1”中筛选出的含甲烷抑制物木本蛋白质饲料（豆科树叶与豆科灌木）在提高低质基础日粮（如秸秆）瘤胃的消化率、采食量与微生物蛋白产量的同时减少甲烷的排放量，进而提高能量整体（消化能转化为代谢能以及代谢能转化为净能）转化效率的适宜组合与添加量。并在优化纤维降解的情况下，应用瘤胃动力学与流通速率来研究怎样提高供给宿主的瘤胃微生物蛋白量。
2.3 瘤胃微生物菌群多样性研究
采食多种含次生代谢物饲料的反刍动物会适应性地在瘤胃内建立丰富的微生物菌群，以便能去除次生代谢物的毒性。这就有必要对采食混合木本饲料的反刍动物瘤胃微生物菌群的多样性进行研究，来探讨反刍动物对这些木本饲料的适应性；同时在对脱毒微生物分离、鉴定与定量研究的基础上，探讨瘤胃微生物（细菌、原虫与真菌）去除木本饲料次生代谢物毒性的代谢机理。
2.4 饲料中次生代谢物的研究
次生代谢物涉及到许多生物有害物质，其中就包括广泛存在的单宁。目前，可重点研究饲料中已知对瘤胃微生物和宿主有毒的次生代谢物的毒性与代谢机理以及这些次生代谢物的提取、鉴定与定量，并深入研究日粮不同水平次生代谢物的含量对反刍动物生产力（生长、泌乳与繁殖）以及健康的影响，继而对人类健康的影响。
3 含次生代谢物饲料组合效应的研究方法
3.1 体外产气技术是评定含次生代谢物饲料组合效应的有效方法
评定饲料组合效应的主要指标为采食量、消化率与利用率等，由于饲料资源广泛、可用于补饲的品种多，使得在实践中仅用体内法来评定众多的组合效应较困难。实测反刍动物的采食量和消化率虽能较好地反映反刍动物对特定日粮的潜在生产力，但这种体内法耗时费力，需要大量的试验用饲料，且对试验动物要求严格（如需选择同品种、同性别、同日龄的动物），以将试验误差降到最小。因此，一些学者建立了体外评定饲料消化率及其消化速率的方法（Tilley 和Terry，1963；?覫rskov 和McDonald，1979）。这些体外法相对简单，一次可评定大量的样品，但不同的体外评定法其局限性各异。
酶法（Jones 等，1975）对影响瘤胃微生物降解的组合效应及饲料中次生代谢物的毒性不敏感，且酶法与标准的Tilley 和Terry 法（1963）都只是测定体外培养终点的消化率，不能反映体外培养消化的动力学变化。当然，可以通过在不同时间点结束培养来获得消化率的动力学数据，但这样会增加相应的工作量。由于饲料在体内的消化率还受到流通速率的影响（?覫rskov 和McDonald，1979），使得采用固定培养时间获得的体外消化率不一定能准确地反映其在体内的消化率。
体外产气技术（Menke等，1979；Theodorou等，1994）不仅可以评定干物质或有机物的消化率，还能评定体外发酵的直接终产物（如产气量）或间接终产物（如短链脂肪酸）的含量。体外产气法本质上与Tilley和Terry（1963）法相似，不同的是前者测定的是已发酵的基质量而后者为测定发酵基质干物质的损失量。体外产气技术与瘤胃尼龙袋技术都曾广泛应用于含次生代谢物饲料在瘤胃中的发酵（Siaw等，1993；Bonsi等，1995；Khazaal等，1994）。由于尼龙袋中可溶解物质会不断地被瘤胃液“冲洗”掉，次生代谢物对饲料在瘤胃中降解的抑制作用就不会持久，从而“失真”。Khazaal等（1993）就报道用体外产气技术评定的饲料中单宁对消化的抑制作用要大于尼龙袋技术（P<0.05）。尽管瘤胃尼龙袋技术不能真实地反映次生代谢物对饲料瘤胃降解率的影响，但仍可通过特定模型计算出含次生代谢物饲料在瘤胃中的最大潜在降解率。Khazaal等（1994）的研究证明，体外产气技术较瘤胃尼龙袋技术更适用于饲料中与酚有关的次生代谢物的评定，主要是由于尼龙袋技术只能评定饲料中与蛋白质、碳水化合物等物质物理结合的单宁，至于单宁对瘤胃微生物的毒性或单宁与微生物所分泌的酶的结合对消化所造成的负面影响，则由于其在瘤胃中不断地被瘤胃液稀释而较难评定。又由于尼龙袋内物质的消化还受到瘤胃微生物的影响，即瘘管动物所采食的饲料的影响，故此法不是很适合于评定含次生代谢物饲料的组合效应。与之相反，由于体外产气技术是用一定量的瘤胃液在一个封闭的系统中进行，因而更适合于含次生代谢物饲料营养价值及其组合效应的评定。由于饲料中单宁的浓度与体外产气量呈显著的负相关（Longland等，1995），在用体外产气技术评定含次生代谢物饲料的组合效应时，可以这样设计：将含次生代谢物的饲料与秸秆（如稻草、麦秸）按级进比例混合进行体外产气培养，由于含次生代谢物饲料理论上的瘤胃降解率比秸秆高，随着此类饲料比例的增加，产气量理论上应随之增加。若不增加或减少，说明所评定饲料中含有抗微生物活性的次生代谢物，且与其它营养素存在着互作。此外，较之尼龙袋技术，体外产气技术还能够提供饲料中除可溶解次生代谢物以外其它组分的消化动力学信息（Getachew等，1998），但其不足之处在于固定瘤胃液的量会高估次生代谢物在反刍动物体内的抗营养效果（Khazaal等，1994；Apori等，1998）。尽管存在着不足，但由于体外产气技术每批分析的样品量大，成本低，因而在反刍动物饲料组合效应的评定上应用较广。
由Theodorou 等（1994）发明的体外产气法，不象Menke（1979）产气法那样需要昂贵的玻璃注射器，而是通过测定瓶中的压力来间接测定培养物的产气量，因而特别适用于在发展中国家开展含次生代谢物饲料及其组合效应的评定。Mota等（2003）用Theodorou 等（1994）的体外产气法评定了象草分别补添两个水平的四种热带豆科灌木的组合效应。Hoffmann等（2000）与Makkar等（1996）的研究证明，PEG可以解除体外培养的树叶中单宁对产气的抑制作用。Solomon等（2003）报道，将因含可溶解酚及与纤维结合的固体单宁而使得降解率与产气量均低的树叶与那些降解率与产气量均高的树叶混合进行体外培养，发现混合树叶可以缓解酚与固体单宁这类次生代谢物对发酵的抑制作用，从而提高混合树叶培养物的降解率与产气量，表现出明显的正组合效应。Makkar（1995）等应用体外产气技术研究了单宁和茶皂素的互作，在微生物蛋白合成上具有相互促进的作用，具有正的组合效应。Soliva等（2003）用体外瘤胃模拟产气技术研究证明，补添富含皂苷的无患子果，可以降低低质粗饲料培养液中的原虫数，但没有减少产甲烷菌与细菌总数。由此推断无患子果降低甲烷产量的功能主要是通过抑制甲烷菌的活性实现的。
3.2 体外产气技术与动物饲养试验相结合能较全面、准确地评定含次生代谢物饲料的组合效应
由于饲料中次生代谢物在营养上有时存在着积极作用（如抗原虫），以及不同含次生代谢物饲料的适口性存在着差异等。且无论Menke等（1979）的注射器产气法，还是Theodorou等（1994）的瓶子产气法都不能完全区分潜在可用作饲料的植物与含次生代谢物的植物。因此，动物饲养试验在反刍动物用含次生代谢物饲料补饲或含次生代谢物饲料组合效应的评定上具有不可替代的作用。为准确评定含次生代谢物饲料的组合效应，须先对单个含次生代谢物饲料进行产气培养，然后再进行混合培养，选出有代表性的组合再进行饲养试验，所选择的试验动物最好为生产动物。在设计不同的处理时，一定要结合当地的饲养实际，如农、牧民通常向低质基础饲料中补添一定量的饲料而不是固定日粮的精粗比。Hess等（2003）将体外与体内法结合起来，研究已分别补添含单宁的豆科灌木嫩枝、不含次生代谢物的豆科灌木嫩枝、不含次生代谢物的豆科草本植物的热带低质基础禾本科干草（含3.7%的粗蛋白与73%的中性洗涤纤维）基础上，再按补添含皂苷的植物果实对瘤胃甲烷产量、瘤胃氮周转与十二指肠氮流量的影响，发现补添的含皂苷植物果实与低质禾本科干草或豆科植物（灌木、牧草）具有明显的正组合效应，表现在饲喂低质基础饲料的绵羊十二指肠微生物蛋白流量的增加、瘤胃发酵效率的提高与甲烷产量的显著降低。
（参考文献41篇，刊略，需者可函索）
（编辑：刘敏跃，）
张吉■，江西省农科院农副产品测试研究所，博士，330200，江西省南昌市莲塘南莲路602号。
刘建新（通迅作者），浙江大学动物科学学院。
卢德勋，内蒙古农牧业科学院动物营养研究所。
收稿日期：2006-07-06 |
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