《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Range-based finishing enhances omega-3 fatty acids and forage-derived metabolites in bison meat across a seven-treatment comparison
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背景：育肥方式影响北美野牛（Bison bison）肉的生化组成，对动物健康与人类营养具有潜在意义。本研究评估了七种代表性育肥体系，涵盖从粗放型到集约型的生产系统，并在饲草多样性、玉米补饲和饲养密度方面设置了额外对比，以确定其对野牛腰肉（M. longissi
背景：育肥方式影响北美野牛（Bison bison）肉的生化组成，对动物健康与人类营养具有潜在意义。本研究评估了七种代表性育肥体系，涵盖从粗放型到集约型的生产系统，并在饲草多样性、玉米补饲和饲养密度方面设置了额外对比，以确定其对野牛腰肉（M. longissimus lumborum）脂肪酸和植物营养素谱的影响。处理组包括：在高多样性天然牧场（约200种植物）或低多样性牧场（约90种植物）放牧、伴或不伴玉米补饲的放牧育肥野牛，以及在圈舍中采用不同饲料配方和饲养密度管理的圈养育肥野牛，其中包含常规全混合日粮（total mixed ration, TMR）组。脂肪酸采用气相色谱-火焰离子化检测法（gas chromatography–flame ionization detection, GC-FID）进行分析，植物营养素衍生代谢物的靶向代谢组学分析则采用液相色谱-串联质谱法（liquid chromatography–tandem mass spectrometry, LC–MS/MS）。结果：放牧育肥野牛的α-亚麻酸（alpha-linolenic acid, ALA; C18:3n-3）、二十二碳五烯酸（docosapentaenoic acid, DPA; C22:5n-3）和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA; C22:6n-3）浓度均高于圈养育肥野牛（均P?<?0.0001），且其n-6:n-3比值（2.8–3.6）低于圈养育肥野牛（5.0–7.3; P?<?0.0001）。代谢组学分析显示，马尿酸、儿茶酚和莽草酸（与饲草摄入和多酚代谢相关的候选生物标志物）在放牧育肥体系中富集，而3-(4-羟基苯基)乳酸（一种潜在的谷物相关代谢物）在圈养育肥野牛中的含量高于未补饲的放牧育肥野牛（所有比较P?<?0.05）。结论：放牧育肥体系增强了Omega-3脂肪酸和植物营养素相关代谢物的特征，而常规TMR育肥处理的水平最低，自由采食玉米和干草的圈养体系则呈现中间水平。总体而言，最显著的营养差异存在于放牧育肥与圈养育肥体系之间，而由饲草多样性或饲养密度引起的差异相对较小。这些发现表明，育肥体系强烈影响野牛肉的生化组成，但涉及常规TMR育肥处理的比较应谨慎解读，因为该组动物来自独立的繁殖牛群。
一、研究背景与科学问题
红肉的营养成分日益被认为受动物遗传背景和管理体系的共同影响。其中，育肥策略（包括日粮类型、饲草多样性和饲养密度）通过调节脂质代谢、瘤胃生物氢化以及对植物初级和次级代谢产物的暴露，在决定肉类生化品质方面发挥潜在作用。在反刍动物中，基于饲草的日粮通常能提高二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid, EPA）、二十二碳五烯酸（docosapentaenoic acid, DPA）、二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA）、共轭亚油酸（conjugated linoleic acid, CLA）和植物化学物质的浓度，同时降低n-6:n-3比值。北美的野牛产业涵盖了从粗放的天然牧场放牧育肥（即草饲育肥）到使用全混合日粮（total mixed ration, TMR）的封闭式圈养育肥（即谷饲育肥）的生产连续体。这种多样性既反映了生态适应也体现了经济策略，但也导致了反刍动物肉类营养性状的巨大变异。然而，目前缺乏将多样化育肥环境（包括饲草成分变化、饲料补充和饲养密度）与野牛肉脂肪酸和植物化学成分联系起来的综合性证据。此外，新兴的代谢组学证据发现，放牧育肥动物的肉中含有独特的植物源和微生物源代谢物特征，如马尿酸、肉桂酸和对甲酚代谢物，这些物质反映了酚类物质在瘤胃和宿主组织中的摄入与转化。因此，本研究的目的是评估七种代表性育肥体系（从放牧育肥到高密度圈养育肥）对野牛腰肉脂肪酸组成和代谢组学特征的影响。研究人员假设，在放牧条件下育肥的野牛将表现出更低的n-6:n-3比值和更高的饲草相关植物化学代谢物浓度，而在牧场上进行玉米补饲会产生中等水平的特征。
二、主要研究方法概述
研究人员选取出生于2021年春季的北美野牛母犊，设置七个育肥处理组，其中处理1–4代表圈养育肥环境：Pen-FREE-LOW（自由采食苜蓿干草、草地干草和玉米，低饲养密度）；Pen-TMR-LOW（野牛TMR，低饲养密度）；Pen-TMR-HIGH（相同TMR，高饲养密度）；Pen-TMR-TRAD（传统商业化高密度育肥场，作为独立繁殖牛群对照）。处理5–7代表放牧育肥环境：Range-DIV（高多样性天然牧场，约200种植物）；Range-LIM（低多样性草甸牧场，约90种植物）；Range-LIM-CORN（低多样性牧场加自由采食整粒玉米）。所有动物于2023年5月开始育肥，持续约7个月至2023年12月–2024年1月屠宰。取左侧腰肉样品，经14天熟成后，分别送往犹他州立大学进行脂肪酸分析，以及针对另一批108份牛排子样本进行靶向代谢组学分析。脂肪酸分析采用气相色谱-火焰离子化检测法（gas chromatography–flame ionization detection, GC-FID），植物营养素分析采用液相色谱-串联质谱法（liquid chromatography–tandem mass spectrometry, LC–MS/MS）。
三、研究结果
脂肪酸组成：放牧育肥野牛（Range-DIV、Range-LIM和Range-LIM-CORN）的n-3脂肪酸水平显著高于圈养育肥组。α-亚麻酸（alpha-linolenic acid, ALA; C18:3n-3）、二十二碳五烯酸（docosapentaenoic acid, DPA; C22:5n-3）和二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid, DHA; C22:6n-3）浓度在所有放牧育肥野牛中均更高（均P?<?0.0001），而二十碳五烯酸（eicosapentaenoic acid, EPA; C20:5n-3）在圈养育肥动物中整体略高（P?<?0.0001）。放牧育肥野牛的ALA约为圈养育肥的四倍，n-6:n-3比值（2.8–3.6）远低于圈养动物（5.0–7.3）。在Range-LIM-CORN组中加入玉米降低了总n-3浓度并提高了n-6:n-3比值。传统育肥场系统（Pen-TMR-TRAD）显示出最高的n-6:n-3比值和最低的总n-3浓度。
代谢组学分析：靶向代谢组学分析在至少一个肉样中检测到45种代谢物，其中7种有报告性总体处理效应（P?<?0.05）：马尿酸、儿茶酚、莽草酸、肉桂酰甘氨酸、对甲酚硫酸盐、3-(4-羟基苯基)乳酸和皂草苷。放牧育肥野牛的马尿酸平均浓度约为圈养育肥系统的三到四倍，玉米补饲使其降至中等水平。儿茶酚在放牧育肥系统中显著更高，玉米补饲使其降至与圈养组相当的水平。莽草酸在放牧育肥系统中显著升高。相反，圈养育肥野牛的3-(4-羟基苯基)乳酸浓度高于未补饲的放牧育肥系统（P?=?0.013）。肉桂酰甘氨酸在放牧育肥野牛中升高，约为圈养组的两倍。
相关性分析：个体样本层面，马尿酸与儿茶酚（r?=?0.91）、肉桂酰甘氨酸（r?=?0.65）和莽草酸（r?=?0.74）呈正相关（均P?<?0.001）。处理均值层面，总n-3脂肪酸含量与马尿酸（r?=?0.89）、儿茶酚（r?=?0.82）和肉桂酰甘氨酸（r?=?0.86）呈正相关，而n-6:n-3比值与这些代谢物呈负相关。饲草总酚类物质与肉品马尿酸（Spearman ρ?=?0.95, P?=?0.001）和儿茶酚（Spearman ρ?=?0.77, P?=?0.041）呈强正相关。
四、讨论与结论
讨论部分指出，本研究发现育肥体系强烈影响野牛肉的脂肪酸组成和植物营养素特征，放牧育肥系统产生的肉富含n-3脂肪酸和具有潜在抗氧化与抗炎特性的植物营养素。这些结果与先前关于牛肉、羊肉和鹿肉的研究一致，并扩展了van Vliet等人早期的非靶向代谢组学研究。放牧育肥动物中较高的ALA可能促进了组织中DPA和DHA的积累，而EPA在圈养动物中较高可能反映了去饱和-延长途径效率的差异。放牧育肥野牛的n-6:n-3比值（2.8–3.6）接近≤4:1的推荐膳食目标，远低于西方饮食的典型比值（15:1–20:1）。植物营养素谱的差异反映了放牧动物摄入并经过瘤胃微生物转化的多样化植物次级代谢产物。研究结论如下：放牧育肥系统增强了Omega-3脂肪酸和植物营养素相关代谢物的特征，而常规TMR育肥处理产生最低水平，自由采食玉米和干草的圈养系统呈现中间水平。总体而言，最显著的营养差异存在于放牧育肥与圈养育肥系统之间，而由饲草多样性或饲养密度引起的差异相对较小。这些发现表明育肥系统强烈影响野牛肉的生化组成，但涉及常规TMR育肥处理的比较应谨慎解读，因为该组动物来自独立的繁殖牛群。
