杜周和,嚴(yán) 旭,張智勇,粟思源,左艷春, 劉彬斌,鄒邦興,王紅林,寇 晶,劉俊鳳*

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 牧業(yè)研究中心,四川 南充 637000；2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蠶業(yè)研究所,四川 南充 637000)

進行農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革,大力發(fā)展草食畜牧業(yè),可以不斷滿足人們對畜禽產(chǎn)品日益增長的品質(zhì)和數(shù)量需求[1,2]。當(dāng)前,優(yōu)質(zhì)蛋白飼料短缺、冬春季青綠飼料供應(yīng)不足是限制畜禽產(chǎn)品產(chǎn)出和威脅畜禽食品安全的重要因素[3]。豆粕是全球動物飼料中使用最多的蛋白原料[4]。蛋白資源緊缺是一個世界性問題,我國尤為嚴(yán)重[5]。2017年我國大豆需求總量為11079萬t,但國內(nèi)產(chǎn)量不足1500萬t,進口補充9553萬t。飼料原料短缺,大量依賴進口已成為影響我國畜牧業(yè)安全的嚴(yán)重問題[6]。提高現(xiàn)有蛋白質(zhì)資源的利用率,開辟新的蛋白飼料資源,是緩解蛋白質(zhì)資源短缺的有效途徑[5]。我國非糧型飼料蛋白質(zhì)資源非常豐富,桑(MorusalbaL.)就是其中重要一種[7]。桑樹生物產(chǎn)量大,桑葉蛋白質(zhì)含量高，氨基酸比例平衡,動物適口性好;我國栽桑技術(shù)普及,桑樹栽植規(guī)模大;桑具有開發(fā)為蛋白飼料源的巨大潛力[8-10]。家蠶(BombyxmoriL.)是典型的寡食性昆蟲,只食桑葉,但對桑葉營養(yǎng)的利用率低,平均消化率僅36%左右[11]。家蠶對桑葉取食不完全,對桑葉養(yǎng)分消化吸收不充分,因此蠶沙(蠶糞和蠶采食后剩余桑葉殘渣的混合物)中尚存大量營養(yǎng)物質(zhì),具有較高的飼用價值[12]。本文深入研究了桑的生長發(fā)育規(guī)律及家蠶對桑葉養(yǎng)分的消化吸收特性,旨在為蠶沙的飼用開發(fā)提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試蠶品種:“造A×蘭B”一代雜交種,由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所家蠶育種研究室提供,對其進行常規(guī)技術(shù)飼養(yǎng)管理。

供試桑品種:“湘7920”,由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所桑園場提供,對其進行常規(guī)技術(shù)栽培管理。

1.2 試驗設(shè)計

根據(jù)桑葉在枝條上的著生位置(葉位)確定其生長發(fā)育程度；采摘不同葉位的桑葉分別烘干粉碎，測定其營養(yǎng)成分,研究桑葉在生長發(fā)育過程中的營養(yǎng)動態(tài)變化特性。家蠶飼養(yǎng),從3齡餉食開始稱量給桑,記錄給桑量;3齡和4齡分別在就眠止桑前除沙1次,5齡每日除沙1次,每次除沙時分別稱量蠶座剩余的桑葉殘渣(殘桑)量和蠶糞量;5齡蠶期雌、雄蠶分開飼養(yǎng),每區(qū)定蠶400頭,分別調(diào)查雌、雄蠶的采食消化情況。每次喂桑時隨機抽取一定數(shù)量的桑葉放置于蠶室作為全葉樣品,在室溫下讓其自然失水,隨同每次收集的殘桑和蠶糞烘干粉碎備用。烘干條件:105 ℃殺青30 min,65 ℃烘干至恒重。各處理設(shè)3次重復(fù)。

1.3 測定項目與方法

調(diào)查不同葉位桑葉的干物質(zhì)含量及營養(yǎng)成分;分期調(diào)查家蠶在不同發(fā)育階段的給桑量、殘桑量、蠶糞量,計算其食下量、食下率、消化量、消化率，相關(guān)計算公式為：食下量=給桑量-殘桑量；食下率=食下量/給桑量;消化量=食桑量-蠶糞量；消化率=消化量/食下量。

所有樣品烘干粉碎過40目篩,測定粗蛋白(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、粗脂肪(EE)、粗灰分(CA)含量等指標(biāo)。用Van Soest濾袋法測定NDF和ADF含量(ANKOM A2000i)；采用索氏抽提法測定EE含量(ANKOM XT15i)；采用凱氏定氮法測定CP含量(海能K9860)；采用灼燒法測定CA含量(中科奧博馬弗爐TL2012)。參照Rohweder等的方法計算相對飼用價值(relative feeding value, RFV),其計算公式如下:

RFV=(DDM×DMI)/1.29

DDM=88.9-0.779×ADF

DMI=120/NDF

上式中: DDM (digestibility of dry matter)為可消化干物量(%)； DMI(dry matter intake)為干物質(zhì)采食量(%)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用SPSS 17.0對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析；采用Duncan氏法進行差異多重比較；使用Microsoft Excel 2010作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑葉的營養(yǎng)成分及動態(tài)變化

桑葉在枝條上的著生位置稱為葉位,葉位從莖尖向枝條基部按增序排序。桑葉的發(fā)育經(jīng)歷開葉、生長、成熟、衰老四個歷程;莖尖細(xì)胞分裂生長不斷產(chǎn)生新葉,枝條中下部的葉片漸次成熟衰老。在通常情況下,第5位葉開始進入成熟狀態(tài)。在桑葉生長發(fā)育過程中,隨葉齡的增加(葉位數(shù)變大),葉片所含水分逐漸減少,干物質(zhì)(DM)含量漸增,最后維持在一定的水平;干物質(zhì)中CP含量逐漸下降,至生長盛期達到最低水平,然后又逐漸升高;NDF和ADF含量先緩慢升高,然后大幅降低,至生長盛期達到最低,然后又大幅升高;EE和灰分含量一直維持在相對穩(wěn)定的水平(圖1)。

2.2 家蠶的采食特性

家蠶一生經(jīng)歷卵、幼蟲、蛹和成蟲四種變態(tài)。幼蟲發(fā)育經(jīng)歷4次就眠、5個齡期,眠起后第1次喂桑稱為餉食,餉食是進入下一個齡期的開始。每個齡期都要經(jīng)過少食期、盛食期、減食期三個階段。5齡期是食桑量最大的齡期,其食桑量占家蠶整個生命周期全部食桑量的80%～85%,對蠶沙的產(chǎn)量構(gòu)成和品質(zhì)特性具有重大影響,因此本研究對5齡家蠶的采食特性分雌、雄性別進行逐日詳細(xì)調(diào)查。從餉食開始,家蠶的食下量逐日增加,至盛食期(5齡第4～5天)達到高峰,然后下降,在老熟前1 d又有所增加;雌蠶的食桑量大于雄蠶。食下率在餉食后第2天達到最大值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;食下率在雌雄性別間沒有顯著差異。消化量在餉食后逐日增加,至第4天盛食期達到峰值,然后逐日下降,在老熟前1 d又有所增加;消化量在雌、雄性別間沒有顯著差異。消化率從餉食第1天開始逐日降低,在老熟前1 d有所增加;消化率在雌、雄性別間沒有顯著差異(表1、圖2，因雌、雄蠶各指標(biāo)的變化趨勢大致相同,故僅列示雄蠶的曲線圖,雌蠶圖略)。從5齡全期來看,給桑量的75%左右被家蠶采食,其余25%左右以殘桑(葉片中不被采食的葉脈和葉肉碎片)的形式成為蠶沙的組成部分。采食量的45%～50%被家蠶消化吸收,用于家蠶維持各種生理活動的能量消耗、機體組織構(gòu)成及絲物質(zhì)生產(chǎn),其余50%～55%的部分以蠶糞的形式排出,成為蠶沙的另一主要組成成分。在蠶沙的組成成分中，殘桑約占41%，蠶糞約占59%。家蠶對投喂桑葉的消化利用率僅為37.24%～41.26%,投喂的桑葉絕大部分成為蠶沙。在量蠶給桑的標(biāo)準(zhǔn)飼養(yǎng)技術(shù)體系下,按良桑飽食的飼養(yǎng)要求,雌蠶的食桑量比雄蠶大,因此對雌蠶的給桑量也較雄蠶大,雌蠶的食下量大于雄蠶,但食下率在性別間沒有顯著差異;雌蠶對食下桑葉的消化率大于雄蠶,因而雌蠶對桑葉的總體利用率高于雄蠶。

表1 家蠶5齡幼蟲對桑葉的采食消化特性

2.3 家蠶的營養(yǎng)攝取特性

家蠶取食桑葉僅能食用葉肉及細(xì)小的葉脈,剩余較粗大的葉脈成為殘桑的主要組成成分。粗蛋白和粗脂肪在葉肉中的含量高于葉脈,而纖維素和灰分在葉肉中的含量則低于葉脈。家蠶取食桑葉后,經(jīng)腸道消化,其中的CP和EE被大量吸收利用,表現(xiàn)為蠶糞中的CP和EE質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低,特別是CP含量降低極為顯著;而纖維素和灰分被吸收利用較少,表現(xiàn)為蠶糞中NDF、ADF和CA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高,特別是NDF和ADF升高明顯,表明家蠶消化利用纖維素的能力很弱。家蠶雖然消化利用了桑葉中大量的蛋白質(zhì)和脂肪,但蠶沙中的蛋白質(zhì)和脂肪依然很豐富,具有較高的飼料開發(fā)價值(表2)。

表2 家蠶對桑葉中不同養(yǎng)分的吸收利用率 %

2.4 蠶沙的營養(yǎng)成分及相對飼用價值

對比分析蠶沙與2種新型木本飼料及3種常用禾本科飼草的營養(yǎng)成分,蠶沙的粗蛋白含量為12.27%,位居第2位;中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量最低,分別為26.26%和20.28%;礦質(zhì)元素豐富,灰分含量位居榜首,高達15.32%。在對比分析的6種飼料中,蠶沙的相對飼料價值最高,達258.96%,遠(yuǎn)高于其它幾種飼料,是墨西哥玉米的3.25倍(表3)。

表3 幾種飼料原料的主要營養(yǎng)成分含量比較

3 討論

3.1 蠶沙的飼用價值

經(jīng)過家蠶的消解富集,蠶沙中營養(yǎng)成分豐富,本實驗測得蠶沙中含CP 12.27%、NDF 26.26%、ADF 20.28%、EE 4.50%,相對飼料價值高達258.96%。玉米、高粱的CP含量分別為7.8%和9.0%;苜蓿的NDF和ADF含量分別為36.7%和25.0%;蠶沙的CP含量高于谷實類飼料的,纖維含量低于苜蓿的,其營養(yǎng)價值水平介于精料與粗料之間[14]。粗飼料的分級指數(shù)(GI)可以綜合反映飼料在畜禽生產(chǎn)中的飼用營養(yǎng)價值。劉美等測得蠶沙的GI值為3.38,而苜蓿、羊草和玉米秸稈的GI值分別為4.45、0.46和0.11,蠶沙的GI值略低于苜蓿,但遠(yuǎn)高于羊草和玉米秸稈。研究表明,向日糧中添加一定比例的蠶沙可以促進山羊?qū)︼暭ZDM的消化代謝,其CP、NDF、ADF的表觀消化率顯著提高[15]。蠶沙中氨基酸總含量在10.56%以上,氨基酸含量占粗蛋白的85.49%,表明蠶沙粗蛋白中超過85%為真蛋白[16]。日糧中某種氨基酸過量或不足都會對機體產(chǎn)生負(fù)面影響[17]。保持日糧中多種氨基酸的平衡供給,可以減少氨基酸間的頡頏作用,提高動物的生產(chǎn)性能和氮消化率,降低氮排放,保護環(huán)境,提高養(yǎng)殖經(jīng)濟效益[18]。我國飼料工業(yè)主要參照北美模式,以玉米為能量配料,以豆粕為蛋白配料。以玉米—豆粕為主體的日糧,第一或第二限制性氨基酸基本上為賴氨酸和蛋氨酸[18～22]。桑葉和蠶沙中氨基酸種類全面,比例適宜,特別是富含賴氨酸和蛋氨酸[16,23]；蠶沙的飼用化可以有效緩解蛋白質(zhì)營養(yǎng)不足和氨基酸比例失衡的問題[24]。試驗表明,豬對蠶沙中粗蛋白質(zhì)、粗纖維及總能的表觀消化率分別為67.33%、62.16%和74.20%;對蠶沙的消化能為11.02 MJ/kg,表現(xiàn)出較高的飼用價值[25]。

3.2 蠶沙作飼料,拓寬飼料來源,變廢為寶

為了保障畜牧生產(chǎn)健康和畜禽產(chǎn)品安全,歐盟禁止使用哺乳動物源性肉骨粉飼喂反芻動物,禁止動物源性成分在種內(nèi)循環(huán);我國亦禁止在反芻動物飼料中使用動物源性飼料產(chǎn)品。但由于蛋白飼料的匱乏,在反芻動物精料補充料中違禁添加肉骨粉等動物源性成分的現(xiàn)象屢見不鮮[26]。在現(xiàn)實生產(chǎn)中,一方面是飼料蛋白緊缺,另一方面蛋白飼料資源卻未得到充分開發(fā)利用。我國非糧型植物飼料蛋白資源豐富,但開發(fā)利用程度很低，比如:年產(chǎn)棉籽餅粕約400萬t,喂豬僅占16%;年產(chǎn)菜籽粕約700萬t,只有5%～6%用作飼料,其余直接用作肥料[5];發(fā)達國家農(nóng)產(chǎn)品綜合利用率達90%,我國只有40%左右[9]。桑葉蛋白質(zhì)含量高,氨基酸比例平衡,動物采食率和消化率高[8～10]。向仲懷院士在中國工程院科技論壇上指出,現(xiàn)代蠶業(yè)的發(fā)展,要將蠶桑產(chǎn)業(yè)與大農(nóng)業(yè)有機融合,特別是將桑作飼料整合融入到“草地+n”的大農(nóng)業(yè)體系中[9]。任繼周院士明確指出,桑富含維生素和微量元素,對提高畜禽飼料的營養(yǎng)價值具有重要意義。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已將桑納入飼料原料目錄,桑作飼料獲得國家法規(guī)認(rèn)可。家蠶是典型的寡食性昆蟲,桑是其唯一食料,但家蠶對桑葉的采食、利用并不充分,平均采食率只有74.94%,平均消化率僅36%左右[11],其余大部分以蠶沙(桑葉殘渣和蠶糞)的形態(tài)被廢棄[27]。我國栽桑規(guī)模在全球最大,現(xiàn)有桑園面積80多萬hm2,年產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蠶沙及養(yǎng)蠶剩余桑葉800多萬t,可開發(fā)體量大[23,28]。蠶沙作畜禽飼料,既可以延伸蠶桑產(chǎn)業(yè)鏈條,增加畜牧業(yè)飼料供應(yīng),又可以清潔養(yǎng)蠶環(huán)境,一舉兩得,對提高農(nóng)牧業(yè)的總體經(jīng)濟效益意義重大[12]。充分利用現(xiàn)有的蠶桑副產(chǎn)物資源開發(fā)飼料,不僅能降低養(yǎng)殖飼料成本,而且能節(jié)約飼糧用地,有利于節(jié)約耕地,保護環(huán)境。國際公認(rèn)30%是土地開發(fā)警戒線,當(dāng)土地開發(fā)強度超過警戒線時,人類的生存環(huán)境就會受到影響[29]。我國耕地有限,土地開發(fā)已接近警戒線。我國南方地區(qū)的?；~塘系統(tǒng)通過“塘基種桑、桑葉喂蠶、蠶沙養(yǎng)魚、魚糞肥塘、塘泥壅?！钡鸟詈?實現(xiàn)了物質(zhì)和能量的多級循環(huán)利用和零污染排放,堪稱蠶沙飼用價值利用的典范,被聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)認(rèn)定為全球重要農(nóng)業(yè)文化遺產(chǎn)[30～32]。

3.3 蠶沙作飼料，助力無抗養(yǎng)殖

我國養(yǎng)殖生產(chǎn)中大量使用抗生素,每年用于畜牧及飼料行業(yè)的抗生素高達9.7萬t,過量使用甚至濫用抗生素的現(xiàn)象非常普遍,嚴(yán)重威脅畜禽產(chǎn)品的食用安全。歐盟于2006年1月1日起禁止在飼料中添加抗生素,美國從2007年起在畜牧生產(chǎn)中推行無抗養(yǎng)殖[33]。2016年7月,國務(wù)院食品安全辦、食品藥品監(jiān)管總局等五部門聯(lián)合制定了《畜禽水產(chǎn)品抗生素、禁用化合物及獸藥殘留超標(biāo)專項整治行動方案》[34],嚴(yán)厲打擊超劑量超范圍用藥、違規(guī)使用原料藥、不執(zhí)行休藥期、不按獸用處方藥規(guī)定使用處方藥、濫用抗菌藥物等違法行為。桑是傳統(tǒng)中藥,桑葉和蠶沙中富含類胡蘿卜素、維生素、槲皮素、γ-氨基丁酸、桑黃酮、桑多糖和超氧化物歧化酶等多種生物活性成分,對增強飼養(yǎng)動物的免疫力、減少或免除抗生素使用、改善畜禽產(chǎn)品的品質(zhì)和風(fēng)味大有裨益[24,35～36]。試驗表明,向綿羊飼糧中添加20%的蠶沙,其脾臟重量顯著大于對照。脾臟是綿羊最大的免疫器官,含有的巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等能夠消除病原微生物,產(chǎn)生免疫球蛋白、補體等免疫物質(zhì)[37]。當(dāng)前,在積極推進減抗、無抗養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)背景下,蠶沙作為飼料,可以充分發(fā)揮其提高動物機體免疫力的功效,更具有重大的實踐意義。家蠶是鱗翅目昆蟲,與畜禽水產(chǎn)品無共患疾病;截至目前,未見家蠶病原微生物感染畜禽水產(chǎn)品的報道,因此向畜禽日糧中添加蠶沙不會影響畜禽水產(chǎn)品的養(yǎng)殖安全[32]。