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        不同年齡驢的后消化道中揮發(fā)性脂肪酸含量和組成的分析初探

        2012-11-12 07:04:30陳根元周小玲唐顯喜袁亞麗肖國亮
        塔里木大學學報 2012年4期
        關(guān)鍵詞:后腸戊酸丙酸

        陳根元 周小玲,2 蔣 慧,2 唐顯喜 袁亞麗 方 雷,2 肖國亮

        (1 塔里木大學動物科學學院,新疆 阿拉爾843300)(2 新疆生產(chǎn)建設兵團塔里木畜牧科技重點實驗室,新疆 阿拉爾843300)(3 喀什地區(qū)畜牧技術(shù)推廣中心站,新疆 喀什 844000)

        揮發(fā)性脂肪酸(VFA)是草食動物消化道中微生物發(fā)酵的主要產(chǎn)物,在以粗飼料為主的家畜中,以VFA 形式提供的能量及營養(yǎng)物質(zhì)具有重要作用。驢為馬科馬屬動物,作為極耐粗飼的單胃草食動物,在飼料消化方面有著與單胃動物和反芻動物不同的特點。驢的消化道前段類似于單胃動物,不同的是,它還具備由盲腸、結(jié)腸和直腸組成[1]的發(fā)達后腸(hindgut),后腸是馬屬動物VFA 產(chǎn)生的主要部位,后腸發(fā)酵主要產(chǎn)生以乙酸、丙酸、丁酸等為主的VFA[2,3],在盲腸中產(chǎn)生的VFA 可滿足馬維持能量需要的30%[4]。馬屬動物對纖維素的消化率可能不遜于反芻動物,Cuddeford 等[5]研究表明驢對纖維的消化比矮種馬更完全。方雷等[6,7]研究也發(fā)現(xiàn),驢對麥秸、稻草、玉米秸稈和青貯飼料具有良好消化性。

        在其它家畜中的研究都證明,飼糧成分尤其是碳水化合物組成無疑是影響后腸VFA 產(chǎn)生的主要因素[8-10],但馬屬動物的后腸隨年齡而增加,結(jié)腸至少在20 歲時仍然增加[1],這種發(fā)育特點說明老齡動物對粗飼料的依賴性增加,推測不同年齡驢的不同消化道部位在VFA 含量及組成方面可能存在某種程度差異,但目前尚未見相關(guān)報道。此研究主要通過采集不同年齡驢的不同消化道部位食糜液,初步了解年齡和不同腸道部位中VFA的含量及組成特點,以期為深入研究驢后腸營養(yǎng)與代謝生理提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地點及動物

        在新疆阿克蘇某驢屠宰場,根據(jù)待驢的年齡及體況,選取幼齡(1~3 歲)、壯年(4~8 歲)和老齡(9~13 歲)的新疆驢作為試驗動物。

        1.2 儀器設備及試劑

        離心機(TGL -20A),氣相色譜儀(GC -2014C,日本島津),配AT.FFAP 毛細管柱(30 m ×0.25 mm×0.25 mm),氫火焰離子化檢測器(FID)。

        乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸、異戊酸標準品(購自Sigma -Aldrich 公司),氯化汞(分析純),偏磷酸(分析純)

        1.3 樣品采集及處理

        待實驗動物屠宰后,取出消化道,鑒別回腸、盲腸、右腹結(jié)腸和右背結(jié)腸部位,回腸食糜采集部位為距回盲端30 cm 至回盲端之間,用拴系法結(jié)扎后,剪開相應腸段,收集相應腸段內(nèi)容物。

        第一期(2011年8~9月),選擇3 頭幼齡及3頭老齡驢,采集回腸末端、盲腸、右腹結(jié)腸的食糜液,比較前腸與后腸VFA 差異。

        第二期(2011年9月),選取3 頭壯年驢,采集盲腸、右腹結(jié)腸、右背結(jié)腸3 個部位食糜液,比較后腸不同部位VFA 差異。

        第三期(2011年10月~11月),選取幼齡10頭、壯年17 頭及老齡10 頭共37 頭驢,采集盲腸與右腹結(jié)腸食糜液,調(diào)查不同年齡動物后腸VFA 含量情況。

        所有樣品經(jīng)四層紗布過濾后,按10%比例(V/V)添加濃度為25%的磷酸溶液,及數(shù)滴飽和氯化汞溶液,混勻并置于冰盒,待當天采樣完成后,置冰箱中于-20℃冷凍保存后分析。

        1.4 測定方法

        按各VFA 標準品保留時間定性,以外標法定量。

        1.4.1 標準品制備

        分別量取不同體積的乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸和異戊酸標準品,制成含乙酸1~100 mmol/L,丙酸、丁酸0.5~50 mmol/L,異丁酸、戊酸和異戊酸0.2~20 mmol/L的標準品梯度溶液,取1 μL 上述各梯度溶液上機測試,用于制作標準曲線(見表1)。

        表1 各VFA 標準品的標準曲線

        1.4.2 樣品制備

        樣品解凍混勻后,取10 ml 濾液4 000 rmp 離心15 min,再取上清液2 mL,10 000 rmp 離心15 min,上清液用0.22 μm 水系濾膜過濾后,取1 μL 濾液上機測定。如峰面積超過上述標準曲線值范圍,則將濾液用去離子水稀釋一倍后再取1 μL 上機測試。

        1.4.3 分析條件

        采用程序升溫,初始溫度120℃,保持4 min,后以20℃速率升溫到180℃,保留1 min,整個程序持續(xù)時間為8 min。進樣口溫度230℃,檢測器溫度230℃。載氣為高純氮氣,色譜柱流量為0.9 mL/min,氫氣流量45 mL/min,空氣流量450 mL/min,分流比30:1,尾吹氣流量30 mL/min。圖1 為某腸道食糜樣品的氣相色譜出峰圖。

        圖1 某樣品的氣相色譜出峰圖

        1.5 數(shù)據(jù)分析

        數(shù)據(jù)分析采用EXCEL 和SPSS 11.5 軟件進行,采用t 檢驗(t test)或單因素方差分析(one -way ANOVA)進行顯著性檢驗,P<0.05 為差異顯著,用Duncan 氏法進行多重比較,結(jié)果以平均值±標準誤(SE)表示。

        表2 幼齡和老齡驢回腸、盲腸與右腹結(jié)腸VFA 含量和比例

        2 結(jié)果與分析

        2.1 幼齡和老齡驢前、后消化道的VFA 組成

        由表2 可知,在VFA 含量方面,幼齡和老齡驢的回腸和盲腸中各VFA 含量無顯著差異(P >0.05),但在右腹結(jié)腸中,除丁酸和異戊酸外,其它VFA 在老齡動物中都顯著高于幼齡動物(P<0.05)。在幼齡驢中,右腹結(jié)腸乙酸、丙酸、丁酸和總VFA 含量顯著高于回腸(P<0.05),但與盲腸無顯著差異(P >0.05),盡管在右腹結(jié)腸中各指標數(shù)值高于盲腸;而盲腸的乙酸和總VFA 含量顯著高于回腸(P<0.05)。在老齡驢中,乙酸、丙酸和總VFA含量顯著高于盲腸和回腸(P<0.05),而盲腸除乙酸含量顯著高于回腸(P<0.05)外,其它各VFA 與回腸間無顯著差異(P >0.05)。但需特別說明地是,回腸中各VFA 和總VFA的含量都較低,而盲腸和右腹結(jié)腸VFA 含量個體間在數(shù)值上變異較大,可能在統(tǒng)計上掩蓋VFA 在各部位間的差異性,僅就某一個體值進行比較時,所有個體均呈現(xiàn)出右腹結(jié)腸和盲腸VFA 含量遠高于回腸的特點。

        在VFA比例方面,幼齡和老齡驢的各腸段中VFA比例無顯著差異(P >0.05)。但在幼齡驢的盲腸和右腹結(jié)腸中乙酸比例顯著高于回腸(P<0.05),而回腸中丁酸和異戊酸比例顯著高于盲腸和右腹結(jié)腸(P<0.05),且在老齡驢中,回腸中戊酸含量顯著高于盲腸和右腹結(jié)腸(P<0.05);在數(shù)值上,不同年齡驢回腸中異丁酸、異戊酸和戊酸含量高于盲腸和右腹結(jié)腸。另外,在回腸中未檢測出異丁酸。

        2.2 壯年驢不同后腸部位VFA 組成

        由表3 可知,由于個體間VFA 含量差異較大,在盲腸、右腹結(jié)腸和右背結(jié)腸中各VFA 含量無顯著差異(P >0.05),但就單一個體而言,在單個VFA或總VFA 含量間,總是呈現(xiàn)出盲腸<右背結(jié)腸<右腹結(jié)腸的規(guī)律。

        就三個部位各VFA比例來說,各VFA的比例無顯著差異(P >0.05),平均乙酸:丙酸:丁酸的比例約為67:17:8,都是以乙酸為主的發(fā)酵類型,而異丁酸、異戊酸和戊酸比例變化較大。

        表3 壯年驢不同后腸部位VFA 含量和比例

        2.3 不同年齡段驢盲腸和右腹結(jié)腸VFA 含量及比例

        由圖2 和圖3 所示,不同年齡驢個體間VFA 含量差異很大,將各VFA 含量數(shù)值做成頻次分布圖。同一年齡段驢,在右腹結(jié)腸各VFA 中位于中含量和高含量區(qū)段的比例總是高于盲腸。在不同年齡段盲腸,乙酸、丙酸和異丁酸中位于中和高含量區(qū)段的比例隨年齡增加而增加,而其余VFA 變化無明顯特點。在不同年齡段右腹結(jié)腸,丙酸中位于中和高含量區(qū)段的比例隨年齡增加而增加,而異丁酸中位于中和高含量區(qū)段的比例隨年齡增加而減少,其余VFA 無特定趨勢。

        圖2 不同年齡段驢盲腸和結(jié)腸中乙酸、丙酸和丁酸含量頻次分布

        圖3 不同年齡段驢盲腸和結(jié)腸中異丁酸、異戊酸和戊酸含量頻次分布

        由表4 可知,右腹結(jié)腸中幼齡動物丙酸比例顯著高于壯年動物(P<0.05),而壯年組中右腹結(jié)腸異戊酸和戊酸比例顯著高于其盲腸(P<0.05),其余各VFA比例無顯著差異(P >0.05)。但在盲腸中呈現(xiàn)出乙酸比例隨年齡增加,而丁酸、異丁酸、異戊酸和戊酸比例則隨年齡而降低的趨勢;在結(jié)腸中乙酸和丁酸比例隨年齡而增加。其它VFA 無明顯變化規(guī)律。

        表4 不同年齡段驢盲腸與右腹結(jié)腸中VFA比例%

        3 討論

        在幼齡和老齡驢中,回腸的丁酸、異戊酸和戊酸比例高于盲腸和右腹結(jié)腸,而乙酸比例則較低,且未檢測到異丁酸,表明驢回腸微生物發(fā)酵模式的一些特殊性,但其產(chǎn)生原因及生理功能尚不清楚。

        驢盲腸是主要的VFA 產(chǎn)生部位,但從壯年驢中發(fā)現(xiàn),盲腸中VFA 含量比右腹結(jié)腸和右背結(jié)腸低,其原因是為何呢?從表觀上,我們在采樣過程中發(fā)現(xiàn),盲腸中食糜液較稀,而右背結(jié)腸較干燥,不易采集食糜液,而右腹結(jié)腸則介于二者之間。按照Frape[1]的報道,通過回盲結(jié)點的水分中被盲腸腔吸收的比例最多,其次被腹結(jié)腸吸收最多,微生物降解速率在盲腸和腹結(jié)腸中高于背結(jié)腸。從生理上可進一步解釋為,盲腸是主要的VFA 產(chǎn)生部位和吸收部位,也是水分吸收重要部位,但盲腸食糜中水分含量仍較多,VFA 被吸收和稀釋,因此VFA 含量低。而右腹結(jié)腸可部分產(chǎn)生VFA,加之進一步對水分大量吸收,導致此部位食糜液VFA被濃縮,因而VFA 含量高。而右背結(jié)腸部位,由于食糜水分含量少,已不宜于微生物發(fā)酵產(chǎn)生VFA,但此處VFA 吸收也少,卻對水分有部分吸收,同樣具有濃縮效應,導致此處的VFA 含量高于盲腸,但卻比右腹結(jié)腸低。

        除個別部位丙酸、異戊酸和戊酸存在差異外,不同年齡驢的盲腸和右腹結(jié)腸各VFA比例都較接近,表明其發(fā)酵類型和模式基本相同,間接表明大于1 歲驢后腸及其微生物發(fā)酵系統(tǒng)基本完善,這對主要以低質(zhì)粗飼料為食的驢具有特殊的生理意義。徐崇榮[11]對牦牛犢牛瘤胃中VFA 研究發(fā)現(xiàn),其VFA 總量隨年齡增長而增加,而邵彩霞與韓正康[12]也發(fā)現(xiàn)鵝盲腸中VFA 含量有隨年齡增長而增加的趨勢,Guedes 等[13]研究發(fā)現(xiàn)34~90日齡內(nèi),年齡顯著地影響家兔盲腸中VFA 含量,但本文結(jié)果說明:大于1 歲齡時,年齡不是影響驢盲腸和結(jié)腸發(fā)酵的主要因素。但另一方面,老齡驢中右腹結(jié)腸乙酸、丙酸和總VFA 含量高于低齡驢,且盲腸中乙酸比例隨驢年齡增加而增加,表明老齡動物在纖維素利用上更占優(yōu)勢,也說明老齡驢后腸發(fā)育比幼齡動物更加完善。Frape[1]報道馬屬動物大腸隨年齡增加而增加,結(jié)腸在至少20 歲時仍然增加,且大腸的末端比始端能在更大的年齡上持續(xù)伸長。這種發(fā)育反映了老齡動物對粗料的依賴增加,也進一步說明粗飼料在驢營養(yǎng)供給和后腸發(fā)育中的重要作用。

        馬屬動物后腸發(fā)酵與瘤胃的典型區(qū)別是后腸中淀粉含量更低,馬小腸中可高效地消化可溶性淀粉,因此到達大腸的淀粉較少,除非飼喂大量含淀粉飼糧[1]。馬屬動物大腸食糜內(nèi)容物以結(jié)構(gòu)性碳水化合物為主,乙酸和丁酸是其消化的主要產(chǎn)物,因此,驢后腸都是以乙酸為主的發(fā)酵類型,乙酸摩爾比例約為60~69%,丙酸摩爾比例介于16~23%間,丁酸介于7~11%間,乙酸:丙酸:丁酸比例一般為65:20:10,這3 種VFA 為驢盲腸和結(jié)腸中主要的VFA,占總VFA比例大于90%,異丁酸、異戊酸和戊酸所占比例很小。牛羊瘤胃中乙酸/丙酸比值在3 左右[14,15],而在驢后腸中普遍大于3,最高者可達4.3,表明驢后腸乙酸產(chǎn)生量很高,也間接說明其在結(jié)構(gòu)性化合物消化中的重要地位。

        孔祥浩等[2]報道后腸中還含有較高濃度的支鏈脂肪酸,從本文結(jié)果來看,驢后腸中支鏈脂肪酸(異戊酸和異丁酸)比例為5~7%,略高于Bovera等[16]對家兔盲腸的報道,高于張瑩等[15]對牦牛瘤胃的報道。異位酸可促進纖維分解菌生長[17],提高纖維的消化率[18]。驢后腸中高比例異位酸可能也對其纖維發(fā)酵具有潛在的益處。

        本研究的不足在于未在相同飼糧條件下對試驗動物各指標進行比較,因此不能消除由飼糧引起的差異。李旺[19]總結(jié)發(fā)現(xiàn),VFA 含量受粗精比的影響較大,而揮發(fā)性脂肪酸組成則受飼料中NDF 和非NDF比例影響較大。Fleming 等[20]研究發(fā)現(xiàn)不同粗料日糧對VFA 含量影響顯著,但VFA比例差異小。在新疆當?shù)?,驢飼糧以麥秸、玉米秸為主,這可能是導致驢個體間VFA 含量差異大而VFA比例接近的主要原因。另外,在屠宰前驢個體間未進食時間不同,Rérat 等[21]研究表明VFA組成不受禁食時間所影響,但VFA 含量變化明顯,這可能是引起個體間VFA 含量差異大的另一個原因。

        4 結(jié)論

        4.1 不同年齡和部位,驢個體間VFA 含量差異較大。就單一個體而言,回腸中VFA 含量低,而驢后腸VFA 含量高,VFA 含量通常為右腹結(jié)腸>右背結(jié)腸>盲腸>回腸。

        4.2 各VFA比例在不同年齡驢的不同后腸部位幾乎都無明顯差異,但回腸各VFA比例與后腸差異較大。在大于1 歲齡驢中,年齡不是影響驢后腸VFA 含量及比例的主要因素,表明大于1 歲齡驢的后腸發(fā)酵系統(tǒng)已經(jīng)基本完善。

        4.3 在驢后腸中,微生物發(fā)酵類型為乙酸型,VFA含量及比例以乙酸為主,其次是丙酸和丁酸,也能產(chǎn)生少量的異丁酸、異戊酸和戊酸。

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