反芻動物碳水化合物高效利用的綜合調(diào)控

■姚軍虎

（西北農(nóng)林科技大學動物科技學院，陜西楊凌 712100）

碳水化合物占反芻動物日糧干物質(zhì)的60%～80%，是瘤胃微生物和機體代謝的主要能量來源。飼料碳水化合物包括中性洗劑纖維（NDF）和非纖維性碳水化合物(NFC)，NDF和NFC的營養(yǎng)學和營養(yǎng)生理學意義不盡相同，兩者在瘤胃、瘤胃后消化道的降解產(chǎn)物及其能量轉(zhuǎn)化效率明顯不同，本課題組以提高反芻動物對日糧能量的總體利用率為目標，系統(tǒng)研究了日糧組成、飼料成分、飼料加工、飼喂方法、瘤胃內(nèi)環(huán)境控制、小腸灌注功能性氨基酸等對反芻動物（奶山羊、奶牛）采食和咀嚼行為、瘤胃發(fā)育與功能、瘤胃酶活及降解參數(shù)、小腸酶活、養(yǎng)分消化率、生產(chǎn)性能等指標的影響，上述研究表明：合理調(diào)控兩類碳水化合物的消化部位，維持健康、高效的瘤胃發(fā)酵，促進瘤胃后消化道碳水化合物的消化與吸收，并輔以合理的飼養(yǎng)管理與調(diào)控技術(shù)是提高飼料能量效率和生產(chǎn)性能的重要思路，也是緩解圍產(chǎn)期奶牛能量負平衡（NEB）的根本途徑（見圖1）。為此，目前已將物理有效中性洗劑纖維(peNDF，即日糧中能夠影響反芻動物咀嚼活動和瘤胃內(nèi)容物固液分層的那部分纖維)、NFC（主要是淀粉）作為奶牛最基本的營養(yǎng)需要參數(shù)之一。

圖1 反芻動物碳水化合物營養(yǎng)及其調(diào)控途徑

1 碳水化合物及其對反芻動物采食行為和瘤胃代謝的影響

瘤胃是反芻動物特有的消化器官，其中瘤胃微生物可降解日糧碳水化合物產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸（VFA），是反芻動物最基本和最主要的能量來源。通常飼料中的NDF存在于細胞壁，而NFC主要存在于細胞內(nèi)容物中（見圖2），二者在反芻動物體內(nèi)的降解特性差異很大（徐明，2007；趙向輝，2012）。NDF在瘤胃中的降解量占其總降解量的90%以上，過瘤胃NDF的小腸消化率則很低，而不同飼料種類的NFC在瘤胃中的降解量占其總降解量的60%～80%。NDF在瘤胃中降解速度較慢，可有效刺激反芻和咀嚼，增加唾液分泌，NFC的瘤胃降解速度較快，產(chǎn)酸力更強（杜莎，未發(fā)表）。日糧配置中合理平衡NDF和NFC的水平，對改善反芻動物健康和生產(chǎn)性能具有重要意義。

圖2 植物碳水化合物組成

1.1 粗飼料顆粒大小對采食行為的影響

趙向輝（2009）以苜蓿干草作為奶山羊粗飼料唯一來源，通過改變苜蓿干草的切斷長度調(diào)控日糧peNDF水平，研究表明，隨著日糧peNDF水平（日糧peNDF8.0分別為2.15%、5.77%、9.58%、13.09%）增加，peNDF8.0的采食量、反芻和咀嚼時間、瘤胃液平均pH值顯著增加，單位peNDF8.0和peNDF1.18的采食時間、瘤胃液pH值低于5.8的持續(xù)時間、瘤胃乙酸濃度顯著降低，同時趨向于降低DM、OM和NFC的采食量以及瘤胃液總VFA和丁酸濃度。高洋（2011）的研究表明，以初花期或盛花期黑麥草作為唯一粗飼料且日糧NDF及其他養(yǎng)分含量相同時，隨著黑麥草NDF中木質(zhì)素含量的增加，奶山羊單位DM和peNDF1.18的咀嚼時間顯著增加（P＜0.05），并趨于增加單位DM及peNDF1.18的反芻時間和peNDF8.0總咀嚼時間（0.05＜P＜0.1）；減小黑麥草粒度，顯著提高山羊的DMI（P＜0.05），極顯著提高每天總的采食時間和單位peNDF8.0的采食、咀嚼和反芻時間（P＜0.01），極顯著降低總咀嚼、總反芻時間和單位DM、NDF及peNDF1.18的采食時間（P＜0.01）。

1.2 碳水化合物對瘤胃發(fā)酵的調(diào)控

瘤胃微生物是瘤胃發(fā)酵的直接參與者，是瘤胃VFA產(chǎn)生的唯一途徑，持續(xù)、高效的瘤胃發(fā)酵可為動物生長、發(fā)育和生產(chǎn)提供充足的能量。不同瘤胃微生物發(fā)酵所需的營養(yǎng)底物、發(fā)酵特征和產(chǎn)物存在顯著差異。

1.2.1 NDF對瘤胃發(fā)酵的調(diào)控

高NDF日糧可增加纖維分解菌、厭氧真菌的數(shù)量，但同時促進瘤胃原蟲和產(chǎn)甲烷菌的生長，增加甲烷產(chǎn)量（李朝云，未發(fā)表；Belanche等，2012）。NDF在瘤胃中的發(fā)酵產(chǎn)物主要為乙酸，屬于乙酸型發(fā)酵。Tafaj等（2007）的薈萃分析表明，瘤胃乙丙比與日糧NDF含量呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。本課題組通過改變苜蓿顆粒長度調(diào)節(jié)日糧peNDF含量（李飛，未發(fā)表；Zhao等，2011，見表1）的試驗結(jié)果顯示，peNDF不影響乙酸濃度和乙丙比，表明是NDF而不是peNDF調(diào)控瘤胃VFA的濃度和組成。

表1 日糧peNDF水平對瘤胃液pH值和VFA組成的影響

1.2.2 NFC對瘤胃發(fā)酵及牛羊生產(chǎn)性能的影響

趙向輝（2012）對30篇文獻的統(tǒng)計分析表明，常規(guī)日糧中NFC含量約占36%～42%，其中淀粉占20%～27%，可溶性糖和中性洗滌可溶性纖維(NDSF)占15%～18%。NFC在瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生有機酸，與NDF的乙酸型發(fā)酵相比，NFC的瘤胃降解屬于丙酸型發(fā)酵，主要為動物機體和瘤胃微生物生長提供能量。不同NFC組分（蔗糖、果膠、淀粉和菊粉）對瘤胃發(fā)酵的影響存在差異，與淀粉相比，蔗糖發(fā)酵產(chǎn)生較多丁酸，果膠發(fā)酵增加乙酸產(chǎn)量和乙丙比，增加甲烷產(chǎn)量（趙向輝，2012，見表2）。此外，課題組近期研究顯示淀粉來源也顯著調(diào)控瘤胃發(fā)酵類型（李飛，未發(fā)表），用小麥替代45%的玉米時，由于小麥淀粉瘤胃降解速度較快，奶山羊瘤胃丙酸產(chǎn)量和瘤胃淀粉分解菌數(shù)量顯著增加，纖維分解菌數(shù)量顯著減少。

表2 NFC組成和瘤胃降解蛋白（RDP）水平對發(fā)酵液pH值、甲烷和VFA產(chǎn)量的影響（mmol/d）

碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵為微生物提供能量和碳架。碳水化合物在瘤胃中的降解數(shù)量和速度與氮的降解是否同步是影響微生物蛋白合成的主要因素。瘤胃微生物的生長與碳水化合物的發(fā)酵速度呈正相關(guān)（Russell等，1992）。日糧瘤胃降解蛋白質(zhì)（RDP）水平和NFC類型在影響瘤胃發(fā)酵、微生物合成和纖維分解菌菌群方面存在交互作用，當日糧中有足夠的瘤胃可利用氮時，蔗糖和果膠在瘤胃中發(fā)酵較快，更易與RDP在速度上保持同步，在微生物合成方面比淀粉更具有優(yōu)勢（趙向輝，2012）。

開水浸泡、蒸煮、改變玉米的粉碎粒度或飼喂整粒玉米是調(diào)控日糧淀粉在瘤胃中降解度的最簡單方法之一。徐明（2004）的研究表明，對日糧中粗飼料較多而精料飼喂量較低的中低產(chǎn)奶牛，蒸煮1/3玉米粉或開水浸泡2/3玉米粉可顯著提高產(chǎn)奶量。郝艷霜（2005）的研究表明，在飼料組成完全相同的情況下，玉米粒度（整粒、粗粉及細粉玉米）對泌乳中期莎能奶山羊各類飼料的采食量、日糧DMI、乳產(chǎn)量及乳成分含量、奶料比、主要養(yǎng)分的表觀消化率、血液指標均無顯著影響（P＞0.05），但飼喂整粒玉米趨于降低淀粉消化率（P=0.08）。董瀅（2006）將24只7月齡奶山羊（平均體重為17.53 kg）隨機等分為3組，飼喂含細粉（平均粒度0.76 mm）、粗粉（平均粒度2.57 mm）及整粒玉米的全混日糧(3組日糧配方一致，且日糧中玉米含量均為28.35%)，結(jié)果表明，與細粉或整粒玉米相比，粗粉玉米組可提高胰腺α－淀粉酶活性；玉米粒度不影響青年奶山羊胃腸道發(fā)育，且整粒玉米組趨于提高青年奶山羊生產(chǎn)性能，即7～9月齡奶山羊可采用粗粉或整粒形式投喂玉米。王艷紅（2007）給9月齡的奶山羊飼喂日糧DM中淀粉含量分別為27.62%、35.20%、45.61%，而相應NDF含量依次為41.54%、34.90%、26.48%的三種日糧，結(jié)果表明淀粉瘤胃和小腸消失量隨日糧淀粉水平的提高而提高；胰腺和小腸食糜α-淀粉酶總活性隨日糧淀粉水平的提高而降低；淀粉水平對小腸不同部位α-淀粉酶活性影響不一致；高淀粉水平日糧降低瘤胃乳頭高度、乳頭表面積以及瘤胃pH值；淀粉水平不影響小腸形態(tài)及小腸食糜pH值；日增重及飼料效率隨日糧淀粉水平的提高而提高。

通過飼料加工或改變飼喂方法調(diào)控日糧中淀粉的瘤胃降解率，或改變?nèi)占Z淀粉含量均可改變瘤胃降解淀粉(RDS)的數(shù)量，但日糧RDS對反芻動物消化生理及生產(chǎn)性能等的影響取決于日糧peNDF含量、動物種類和年齡。本課題組提出碳水化合物平衡指數(shù)（后述）是確定日糧RDS含量的最主要的理論依據(jù)。

1.3 瘤胃健康

瘤胃健康是維持高效發(fā)酵的前提，不同碳水化合物的瘤胃發(fā)酵特性不同，對瘤胃內(nèi)環(huán)境的影響各異。當日糧快速發(fā)酵碳水化合物含量過高時，瘤胃有機酸（VFA、乳酸等）的產(chǎn)生速度超過瘤胃緩沖能力和吸收能力，造成酸的積累，誘發(fā)亞急性瘤胃酸中毒（SARA）和急性酸中毒，威脅動物健康，降低生產(chǎn)性能（Plaizier等，2008）。因此，研究SARA的類型及其發(fā)病機理具有重要意義。

一般而言，在連續(xù)監(jiān)測的24 h內(nèi)，當瘤胃pH＜5.6的持續(xù)時間超過3 h時，認為反芻動物發(fā)生了SARA（Beauchemin等，2003）。SARA主要是瘤胃VFA累積所致，乳酸含量基本不變或略有增加，屬于VFA中毒；而急性酸中毒則是瘤胃乳酸在短時間內(nèi)的大量積累，屬于乳酸中毒。研究證明，SARA可增加瘤胃內(nèi)毒素的含量，影響瘤胃和機體健康，降低碳水化合物（尤其是NDF）的消化、吸收和利用，并引發(fā)多種疾病，降低動物生產(chǎn)性能（Plaizier，2012）。Klevenhusen等（2013）采用尤斯灌流系統(tǒng)（Ussing Chamber System）研究了高精料誘導的SARA對瘤胃上皮電生理指標的影響，發(fā)現(xiàn)高精料誘導的SARA增加瘤胃上皮的通透性，表明高精料誘導的SARA可破壞瘤胃上皮屏障，增加瘤胃毒素進入血液循環(huán)的可能性。李飛等（2013，未發(fā)表資料）在日糧飼草NDF(FNDF，32.5%)、粗蛋白質(zhì)（15.1%）和淀粉（29.0%）含量相同的情況下，用35%小麥替代等量玉米，奶山羊瘤胃液中乙丙比降低，每天瘤胃液pH值低于5.6的持續(xù)時間由1.13 h增至4.72 h，表明已發(fā)生SARA，此時顯著降低了苜蓿干草和青貯玉米DM和NDF的瘤胃有效降解度，SARA對谷物和蛋白質(zhì)飼料瘤胃降解度的影響規(guī)律不一。趙向輝等（2010）表明增加苜蓿干草的切短長度可改善奶山羊瘤胃pH值，緩解SARA的發(fā)生，提高纖維的有效利用率，但是，苜蓿干草的長度過長會降低采食量。

經(jīng)過長期努力，各地面對城市洪澇災害時的反應速度不斷加快，處理措施更加完善，應急處置能力不斷提高。北京市2013年汛期共出動搶險人員50萬人次，排除積水30處次，處理塌方和滑坡40點次，轉(zhuǎn)移群眾3.7萬人次，有力保障了人民生命財產(chǎn)安全。上海市遭遇2013年第23號強臺風“菲特”襲擊，全市普降大暴雨到特大暴雨，上海各地區(qū)、各行業(yè)按照防汛責任制和工作預案，迅速形成了較完整的防汛抗災組織體系，出動搶險、排水、巡查人員2萬余人次，出動各類應急搶險車輛1200余臺次，動員社會各界力量廣泛參與防風抗災，全力保障城市安全運轉(zhuǎn)。

本課題組近期評估了不同飼料原料的瘤胃產(chǎn)酸力（AV）（杜莎，未發(fā)表），結(jié)果發(fā)現(xiàn)瘤胃可降解NFC（RDNFC）是飼料酸產(chǎn)生力的主要來源，AV=0.96+0.15 RDNFC（R2=0.58，P＜0.01）。而NFC瘤胃降解產(chǎn)生的乳酸又是瘤胃pH下降的重要原因。乙酸、丙酸以及丁酸等VFA的酸解離常數(shù)平均為4.8，乳酸是3.9，因此乳酸的酸性比VFA高近10倍，瘤胃中乳酸濃度增加能夠顯著降低瘤胃pH值。瘤胃乳酸產(chǎn)量和pH值也受NFC組成的調(diào)控，淀粉和蔗糖發(fā)酵均能產(chǎn)生乳酸，果膠發(fā)酵產(chǎn)生較少或不產(chǎn)生乳酸（Hatfield等，1995）；淀粉和蔗糖處理組體外發(fā)酵液pH低于果膠和菊粉組（趙向輝，2012，見表2）。

日糧中含有一定量的NDF對維持瘤胃正常的發(fā)酵功能具有重要的意義。提高日糧NDF含量能夠增加乳頭活力和瘤胃壁厚度，增強瘤胃收縮力和運動能力，從而促進瘤胃壁對VFA和乳酸的吸收，減少有機酸的積累。此外，提高NDF含量還能夠刺激動物咀嚼，增加唾液分泌量，進而維持正常的瘤胃環(huán)境。衡量日糧NDF物理有效性的指標是peNDF，為維持泌乳牛瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，日糧peNDF至少應為19%～21%（杜莎，2008）。在課題組前期的山羊試驗中，日糧peNDF大于18%時即可維持瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定（Zhao等，2011），而李飛（未發(fā)表）試驗結(jié)果顯示，當日糧peNDF為18.7%時，pH值小于5.6的時間超過4 h，山羊處于SARA狀態(tài)，分析原因是李飛的試驗日糧中含有較高的瘤胃降解淀粉（RDS），瘤胃降解產(chǎn)生的VFA和乳酸已超過瘤胃的緩沖和吸收能力。這些試驗結(jié)果表明維持健康有效的瘤胃發(fā)酵應綜合考慮日糧的peNDF和RDS含量。

2 碳水化合物平衡指數(shù)

NFC和peNDF是影響瘤胃pH值的關(guān)鍵日糧因素。典型反芻動物日糧NFC主要是淀粉，淀粉在瘤胃的快速降解可降低瘤胃pH值，影響瘤胃內(nèi)環(huán)境。RDS是瘤胃VFA的重要來源，其含量可反映谷物類飼料對瘤胃pH值的貢獻值（徐明，2007；Bradford等，2012；Maulfair等，2012）。peNDF含量可反映粗飼料對瘤胃pH值的影響，且peNDF與RDS對瘤胃pH值的作用效果相反（徐明，2007；姚軍虎，2008）。

為確定RDS和peNDF之間的平衡關(guān)系，徐明（2007）提出反芻動物碳水化合物平衡指數(shù)（CBI）的概念，其計算公式為：CBI=peNDF/RDS，當飼料為標準切碎長度的優(yōu)質(zhì)粗飼料時，peNDF=FNDF，其中FNDF表示粗飼料來源的NDF。由于多數(shù)已發(fā)表文獻缺乏粗飼料長度的測定結(jié)果，無法確定peNDF含量，故用FNDF代替peNDF進行分析。徐明（2007）選取已發(fā)表的泌乳牛（52篇）和育肥牛（66篇）的相關(guān)研究，綜合瘤胃pH值和生產(chǎn)性能的回歸結(jié)果，認為CBI（FNDF/RDS）最佳值為：泌乳牛1.0±0.1；育肥牛0.25±0.05。奶牛與育肥牛CBI差異很大主要源于單位體重相對采食量的差異。

本課題組通過調(diào)整日糧中玉米含量、改變玉米粉碎粒度、熱水浸泡或水煮日糧中部分玉米、更換粗飼料種類、改變粗飼料切斷長度、使用不同生長期的牧草等方法調(diào)節(jié)飼糧CBI，開展系列試驗研究CBI對山羊采食行為、瘤胃發(fā)育、消化道和胰腺酶活性、養(yǎng)分瘤胃降解率的影響。杜莎（2008）對四種CBI（0.42、0.83、1.42和2.48）飼糧的比較研究表明，山羊日糧的CBI以0.83為宜（見表3）。在研究日糧淀粉水平（28%、35%和46%）對山羊胃腸道形態(tài)影響的試驗中（Wang等，2009），當日糧淀粉水平為35%時，山羊胃腸道發(fā)育狀況最好，此時日糧CBI值約為1.0。李飛（2013，未發(fā)表資料）在奶山羊日糧peNDF(32.0%)和其他養(yǎng)分含量相同的情況下，用小麥替代玉米使日糧CBI值分別為1.80、1.43、1.21，瘤胃pH值低于5.6的持續(xù)時間依次1.20、1.43、3.05 h（P=0.004），瘤胃總VFA濃度不受影響，但乙酸濃度(mol/100 mol)依次為65.3、65.2、62.7（P=0.048），乳酸濃度(mmol)為1.22、1.53、3.55(P=0.031)，苜蓿干草DM在瘤胃中24 h降解率為52.2%、52.0%、49.1%(P=0.08)，同時由于瘤胃微生物區(qū)系的改變導致瘤胃液中奇數(shù)碳和支鏈脂肪酸含量增加。Zebeli等（2010）建議奶牛日糧的peNDF/RDS不應低于1.45±0.22。日糧NFC主要由淀粉、可溶性糖、果聚糖以及果膠質(zhì)組成，RDS是瘤胃快速降解碳水化合物的一部分，并不能完全代表NFC對瘤胃內(nèi)環(huán)境的影響。趙向輝等（2012）的研究表明，日糧不同NFC組分在瘤胃內(nèi)的降解特性不同，李飛（2013，未發(fā)表）也證明，NFC組分誘導SARA的時間存在差異。因此，本課題組采用瘤胃可降解非纖維性碳水化合物（RDNFC）代替RDS計算CBI（CBI=peNDF/RDNFC)，目前這一工作仍在進一步完善中。

表3 碳水化合物平衡指數(shù)對山羊瘤胃液和胰膽汁酶活以及養(yǎng)分瘤胃有效降解率的影響

3 小腸碳水化合物的高效利用

淀粉是反芻動物的重要能量來源，過瘤胃淀粉（RES）在胰腺α-淀粉酶的作用下生成葡萄糖，是反芻動物外源葡萄糖的最主要來源。淀粉在小腸的供能效率比瘤胃高42%（Harmon等，2001；徐明，2007；姚軍虎等，2008），但過多的RES供應會降低淀粉的小腸消化率，造成能量損失，降低動物生產(chǎn)性能（Nocek等，1991；Gressley等，2011）。胰腺α-淀粉酶分泌不足是限制RES小腸消化率的最關(guān)鍵因素（Harmon等，2001，2009）。

Xu等（2007）研究了日糧RES水平對山羊胰腺消化酶分泌的影響，結(jié)果表明，胰腺α-淀粉酶分泌量隨RES水平的增加呈先增加后降低的二次曲線趨勢，當RES攝入量為113 g/d時，胰腺α-淀粉酶分泌量最高。Wang等（2009）發(fā)現(xiàn)，隨日糧淀粉含量增加，山羊空腸絨毛高度呈先增加后下降的變化趨勢，淀粉含量為35%時，回腸絨毛高度達到最大值，表明適當提高日糧淀粉水平可增強小腸吸收功能。

除淀粉外，十二指腸蛋白質(zhì)已被證明可改善反芻動物胰腺α-淀粉酶分泌（Richards等，2003；Swanson等，2004）和小腸淀粉消化（Abramson等，2005）。綜合分析前人的研究結(jié)果，本課題組提出假設(shè)：蛋白質(zhì)通過①腸腔AA-CCK-mRNA/mTOR和②血液AA-mRNA/mTOR或血液AA-insulinmRNA/mTOR兩條途徑調(diào)控胰腺發(fā)育和消化酶合成（于志鵬，2013，見圖3），且苯丙氨酸和亮氨酸分別是調(diào)控兩條途徑的最有效氨基酸。十二指腸灌注亮氨酸（于紅霞等，2011；Yu等，2013）和苯丙氨酸（Yu等，2012，見表4）對山羊胰腺發(fā)育和消化酶分泌影響的試驗證明，亮氨酸和苯丙氨酸均能促進α-淀粉酶分泌，其調(diào)控主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄和/或翻譯層次（于志鵬，2013），進而提高小腸淀粉消化率和葡萄糖供應，促進碳水化合物高效利用。在荷斯坦青年牛試驗中，劉凱等（未發(fā)表，見表5）也發(fā)現(xiàn)亮氨酸可調(diào)控胰液腺α-淀粉酶分泌。

圖3 蛋白質(zhì)（氨基酸）對胰腺發(fā)育和胰酶表達的調(diào)控途徑

表4 十二指腸灌注苯丙氨酸對山羊胰腺外分泌功能和血液激素的影響

奶牛產(chǎn)后由于血液激素變化和代謝紊亂導致干物質(zhì)采食量下降，同時開始啟動泌乳，4～8周即可達到泌乳高峰，而采食高峰則出現(xiàn)在8～12周，泌乳量和采食量增加的不同步性造成泌乳前期奶牛能量負平衡（NEB），并可能引發(fā)一系列代謝性疾病，如酮病、脂肪肝、瘤胃酸中毒、乳房炎等，嚴重威脅奶牛健康和生產(chǎn)（NRC，2001；Grummer等，2010；Yuan等，2012）。為解決奶牛泌乳前期NEB和提高奶牛泌乳量，實際生產(chǎn)中常通過增加精料提高日糧能量水平，但淀粉在瘤胃中過多降解導致瘤胃酸中毒等代謝性疾病發(fā)生，威脅奶牛健康（Krause等，2006；Mulligan等，2008；Kleen等，2012）。通過調(diào)控淀粉消化部位，保證適宜瘤胃淀粉降解量（滿足最大化瘤胃微生物生長需要），增加小腸淀粉消化量可減緩奶牛泌乳初期瘤胃酸中毒和能量不足狀況（于志鵬，2013）。然而反芻動物小腸消化淀粉的能力有限（Harmon等，2004；Zebeli等，2012），限制了淀粉在小腸降解的能量效率優(yōu)勢，單純增加RES不能有效解決NEB問題。因此，胰腺α-淀粉酶的分泌調(diào)控是小腸碳水化合物高效利用的關(guān)鍵所在。

表5 十二指腸灌注亮氨酸對荷斯坦青年牛胰液分泌及α-淀粉酶活性的影響

4 奶牛圍產(chǎn)期葡萄糖營養(yǎng)平衡

葡萄糖是動物機體代謝活動的必需營養(yǎng)素，也是泌乳動物合成乳糖的重要前體物質(zhì)，本課題組前期已詳細論述了泌乳反芻動物葡萄糖營養(yǎng)研究進展（徐明等，2005）。反芻動物機體所需葡萄糖源于內(nèi)源合成和外源吸收兩部分，前者主要由丙酸經(jīng)肝臟糖異生途徑產(chǎn)生，占總代謝葡萄糖的27%～80%（Amaral等，1990），后者主要由腸道吸收而來（Huntington等，2006；Aschenbach等，2010）。目前，圍產(chǎn)期奶牛普遍通過添加脂類來提高日糧能量水平從而緩解葡萄糖供應不足，但其中的不飽和脂肪酸會加劇奶牛圍產(chǎn)期氧化應激，進一步降低DMI（Sordillo等，2009）。因此，精準而高效的小腸葡萄糖供應是緩解奶牛圍產(chǎn)期NEB和保障機體健康的最有效策略。

4.1 內(nèi)源葡萄糖的調(diào)控

肝臟糖異生涉及多個復雜的酶促反應，在肝臟合成水平難以調(diào)控，目前集中于瘤胃發(fā)酵類型的調(diào)控。丙酸是糖異生的關(guān)鍵底物，故瘤胃丙酸型發(fā)酵利于葡萄糖的內(nèi)源生成。Peng等（2011）研究發(fā)現(xiàn)，納豆芽孢桿菌發(fā)酵物可促進瘤胃丙酸型發(fā)酵，提高奶產(chǎn)量和乳糖含量。可調(diào)控瘤胃發(fā)酵類型的物質(zhì)還有大蒜油、肉桂醛等（Mohammed等，2011；Rodríguez-Prado等，2012；Verma等，2012），但由于其氣味、價格等因素的制約，多數(shù)研究結(jié)果目前尚不能在實際生產(chǎn)中推廣應用。

4.2 外源葡萄糖的調(diào)控

外源葡萄糖更易于調(diào)控，已成為奶牛葡萄糖營養(yǎng)的研究重點和熱點。胰腺分泌的α-淀粉酶在小腸內(nèi)將RES分解為葡萄糖，是小腸葡萄糖的最主要來源。因此，適當增加日糧RES和促進胰腺α-淀粉酶分泌均可增加腸道葡萄糖供應量。

進入小腸的葡萄糖只有吸收入血后才能被機體利用，因此，小腸葡萄糖的吸收能力也是影響機體葡萄糖利用的重要因素。腸道葡萄糖吸收通過兩類葡萄糖裝運載體（SGLTs和GLUTs）完成（Zhao等，2007）。SGLTs是Na+依賴型葡萄糖轉(zhuǎn)運載體，其轉(zhuǎn)運過程需要Na+協(xié)同才能完成（Lu等，2012；Simonyi，2012），這提示腸道和血液Na+濃度可能影響機體葡萄糖吸收及乳腺葡萄糖攝取，但關(guān)于Na+水平對葡萄糖轉(zhuǎn)運的研究還鮮有報道。當腸腔葡萄糖濃度低于血漿葡萄糖濃度時，小腸葡萄糖吸收主要由SGLT1介導的主動轉(zhuǎn)運途徑完成。當腸腔葡萄糖濃度高于血漿葡萄糖濃度時，小腸葡萄糖吸收則主要由GLUT2介導的易化擴散途徑完成（Kellett，2008）。SGLT1在體內(nèi)轉(zhuǎn)運葡萄糖的飽和度是30～50 mM，F(xiàn)ordtran等（1968）發(fā)現(xiàn)腸腔葡萄糖含量為50 mM至數(shù)百毫摩爾時，其吸收量呈線性增加。這表明，小腸葡萄糖的吸收還存在其他機制。Kellett（2008）證實了糖吸收易化擴散機制的存在，認為GLUT2在生理狀態(tài)時位于小腸基底膜，當小腸腸腔在高糖狀態(tài)時，能于數(shù)分鐘內(nèi)易位至空腸頂膜參與糖吸收，這種糖的易化擴散稱為頂膜GLUT2途徑。Lostao等（1991）認為在腸腔高糖濃度時，易化擴散機制的吸收是主動轉(zhuǎn)運的3～5倍。然而目前反芻動物小腸GLUT2途徑的研究極為缺乏，本課題組目前正在開展相關(guān)方面的研究工作。

5 基于CNCPS和CPM-Dairy的中國飼料數(shù)據(jù)庫建設(shè)

美國康奈爾凈碳水化合物和凈蛋白質(zhì)體系（CNCPS）綜合考慮動物、環(huán)境、管理和瘤胃動態(tài)消化規(guī)律等因素，是動態(tài)的能量和蛋白質(zhì)（氨基酸）營養(yǎng)體系，更能反映飼料營養(yǎng)價值的實質(zhì)（Sniffen等，1992）。CNCPS體系將日糧碳水化合物分為A（A1和A2）、B（B1、B2和B3）和C三部分，其具體組成及降解特性見表6（Tedeschi等，2008）。

表6 基于CNCPS體系的飼料碳水化合物分類及降解特性

基于CNCPS體系，美國康奈爾大學、賓夕法尼亞大學和Miner研究所聯(lián)合開發(fā)了奶牛飼料配方設(shè)計軟件（CPM-Dairy）（Tedeschi等，2008；Whitehouse等，2009）。CPM-Dairy具有營養(yǎng)診斷、配方設(shè)計和日糧優(yōu)化三大功能，已成為認可度最高的奶牛場營養(yǎng)管理軟件。但CPM-Dairy數(shù)據(jù)庫源于美國飼料的營養(yǎng)參數(shù)，并不完全適用于我國飼料原料。基于CNCPS體系和CPM-Dairy軟件，本團隊受科技部國際科技合作與交流專項（2010DFB34230）資助，結(jié)合近紅外分析技術(shù)和實驗室化學分析，精確評價了我國常用奶牛飼料原料的營養(yǎng)價值，并通過聚類分析對每種飼料的多個樣品進行分類，建立了適合中國奶牛的數(shù)據(jù)庫（劉嬋娟，2013），并結(jié)合課題組前期的研究成果，與賓夕法尼亞大學合作開發(fā)中國奶牛精準營養(yǎng)管理系統(tǒng)（DNM，計算機軟件著作登記號：2013SR026769），旨在促進我國奶牛營養(yǎng)的科學性，推動我國奶業(yè)高效發(fā)展。

6 結(jié)語

反芻動物碳水化合物平衡及其高效利用是維持動物生長發(fā)育、營養(yǎng)代謝、免疫機能、生產(chǎn)性能和生產(chǎn)效率的前提。瘤胃是利用粗飼料的主要場所，瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是維持瘤胃發(fā)酵和粗飼料高效利用的關(guān)鍵因素，碳水化合物的瘤胃調(diào)控應以保證瘤胃健康為前提。CBI是評價瘤胃碳水化合物高效供應的重要指標。淀粉在小腸供能效率顯著高于瘤胃，但胰腺α-淀粉酶分泌量不足，降低了RES的小腸消化率，葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的數(shù)量及活性則限制腸道的葡萄糖吸收。因此，瘤胃健康及高效發(fā)酵、胰腺α-淀粉酶的分泌調(diào)控和腸道葡萄糖轉(zhuǎn)運載體的表達調(diào)控是反芻動物碳水化合物高效利用的核心。

我國優(yōu)質(zhì)粗飼料資源缺乏，非常規(guī)飼料資源種類多樣，營養(yǎng)價值變異較大，飼料營養(yǎng)價值評定及分類是營養(yǎng)調(diào)控的基礎(chǔ)和前提。以實測中國飼料營養(yǎng)價值為基礎(chǔ)的DNM軟件的開發(fā)為促進碳水化合物高效利用及保證瘤胃能氮平衡提供了重要技術(shù)手段，對提高我國奶?？茖W飼養(yǎng)管理水平和建設(shè)高效環(huán)保型畜牧業(yè)具有重要意義。