蛋白質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)對(duì)奶牛產(chǎn)奶性能及氮排泄影響的研究進(jìn)展

王 玲， 楊璐玲， 呂永艷， 孫國強(qiáng)

（青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東青島 266109）

近年來，隨著奶牛養(yǎng)殖業(yè)的蓬勃發(fā)展，特別是奶牛養(yǎng)殖集約化程度的提高，奶牛生產(chǎn)過程中的氮排放對(duì)環(huán)境保護(hù)帶來的壓力越來越大。有數(shù)據(jù)表明，奶牛生產(chǎn)過程中排放的氮約占動(dòng)物生產(chǎn)氮排放量的 60%（Oenema 和 Tamminga，2005）。日糧中的蛋白質(zhì)和含氮化合物需經(jīng)消化后被機(jī)體吸收利用，但在這個(gè)過程中只有約21%的氮可被奶牛機(jī)體有效吸收利用（Korevaar，1992），其余的則被排出體外，造成蛋白質(zhì)飼料的浪費(fèi)。氮的大量排放會(huì)造成環(huán)境污染，引起空氣質(zhì)量下降、水源和土壤氮元素富營養(yǎng)化。通過蛋白質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)減少瘤胃氨氮損失、提高小腸蛋白質(zhì)利用率可以減少蛋白飼料資源的浪費(fèi)，減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)奶牛養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文就蛋白質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控技術(shù)對(duì)奶牛產(chǎn)奶性能及氮排泄影響的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 蛋白質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控方法

奶牛蛋白質(zhì)營養(yǎng)調(diào)控方法主要包括降低日糧粗蛋白質(zhì)水平、增加過瘤胃蛋白的比例、對(duì)必需氨基酸進(jìn)行保護(hù)。

1.1 降低日糧粗蛋白質(zhì)水平 奶牛采食的粗蛋白質(zhì)除部分用于維持瘤胃發(fā)酵、乳蛋白質(zhì)合成等，剩余蛋白質(zhì)則以尿素形式排出體外，當(dāng)飼喂奶牛低蛋白日糧時(shí)，奶牛本身尿素氮再循環(huán)能力得到增強(qiáng)，更多的尿素氮被重新吸收參與再循環(huán)代謝，使氮的排泄量降低。日糧提供的蛋白質(zhì)超過自身需要時(shí)，多余的氮會(huì)通過糞尿排出體外，而低于需要時(shí)會(huì)導(dǎo)致蛋白的缺乏，限制瘤胃微生物蛋白的生成、小腸中總蛋白含量降低，影響動(dòng)物生產(chǎn)潛力的發(fā)揮，使產(chǎn)奶量和乳中乳蛋白含量降低，而影響生產(chǎn)效益。在滿足反芻動(dòng)物自身蛋白營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上，適當(dāng)降低日糧粗蛋白質(zhì)水平，有利于減少氮素?fù)p失、提高蛋白利用率、降低氮排泄、減少環(huán)境污染。翟少偉（2009）研究表明，奶牛日糧粗蛋白質(zhì)水平由16.2%降到13.2%時(shí)，糞尿中總氮含量由320 g/d顯著降到240 g/d，同時(shí)對(duì)產(chǎn)奶性能無影響。因此，采用低蛋白質(zhì)日糧，不僅補(bǔ)充必需氨基酸和提高過瘤胃蛋白率，還能滿足高產(chǎn)反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需求提高蛋白質(zhì)利用率，減少氮排泄而減少環(huán)境污染。

1.2 增加過瘤胃蛋白的比例 一方面，增加過瘤胃蛋白的比例，可提高蛋白質(zhì)利用率、降低瘤胃氨氮損失；另一方面，由于微生物蛋白為小腸提供部分氨基酸，當(dāng)飼喂的瘤胃降解蛋白低于瘤胃微生物的需要量時(shí)，可降低瘤胃中微生物蛋白的合成量，影響瘤胃微生物發(fā)酵，進(jìn)而影響牛體自身健康、奶牛生產(chǎn)性能和蛋白利用率。因此，確定日糧中合適的瘤胃降解蛋白與過瘤胃蛋白間的比例，為微生物生長提供最佳的瘤胃降解蛋白水平，就能提高飼料蛋白利用率，降低氮素排泄，提高產(chǎn)奶性能。王翀（2008）研究表明，降低瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例有顯著增加奶牛產(chǎn)奶量和改善乳成分的趨勢，同時(shí)，降低日糧瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例，可以降低糞氮及尿氮的排泄，從而增加飼料氮的利用效率。從生產(chǎn)性能和環(huán)境兩方面考慮，當(dāng)瘤胃降解蛋白和瘤胃非降解蛋白間的比例為1.6時(shí)，可以在維持高生產(chǎn)水平的同時(shí)減少向環(huán)境中排放的氮，尤其是減少揮發(fā)性尿氮的排放。增加過瘤胃蛋白的比例可以從以兩個(gè)方面考慮：一方面，可以使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料如玉米酒精糟、雙低菜籽粕等；另一方面，對(duì)過瘤胃率低的飼料采取熱處理、化學(xué)處理等方法對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

1.2.1 使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料 奶牛日糧中蛋白質(zhì)種類的組成決定了日糧粗蛋白質(zhì)的過瘤胃率，通過使用天然過瘤胃蛋白含量高的飼料如玉米酒精糟、雙低菜籽粕等可以提高日糧過瘤胃蛋白比例。

1.2.1.1 玉米酒精糟 玉米酒精糟是以玉米為原料，發(fā)酵生產(chǎn)酒精時(shí)得到的一種副產(chǎn)品。玉米酒精糟的主要特點(diǎn)是低淀粉、高蛋白、可消化纖維含量高、有效磷和硫含量高；酵母菌體、B族維生素含量豐富，且富含生長因子，有利于動(dòng)物生長，因此，被廣泛應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)；此外，玉米酒精糟中，過瘤胃蛋白率高達(dá)70%左右（楊連玉等，1998），因此被廣泛用于反芻動(dòng)物飼料中。許艷麗等（2013）研究表明，試驗(yàn)組在對(duì)照組基礎(chǔ)上每天多飼喂4 kg和6 kg玉米酒精糟，30 d后產(chǎn)奶量分別提高2.30 kg和2.28 kg，顯著提高奶牛產(chǎn)奶性能，增加經(jīng)濟(jì)效益。Kleinschmit等（2006）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加玉米酒精糟不影響瘤胃中乙酸和丙酸的濃度，對(duì)照組奶牛瘤胃丁酸含量低于添加玉米酒精糟的處理組，但總揮發(fā)性脂肪酸含量較高，同時(shí)，添加玉米酒精糟的奶牛乳中尿素氮的含量低于對(duì)照組。Mjoun等（2010）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中分別添加0%、10%、20%和30%脫脂玉米酒精糟，未對(duì)采食量、產(chǎn)奶量產(chǎn)生影響，乳脂率以及血漿葡萄糖和蛋氨酸含量隨著玉米酒精糟比例的增加呈線性增加，乳尿素氮和血中賴氨酸含量呈線性降低。隨后顏志輝（2010）也通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，玉米酒精糟可以提高奶牛生產(chǎn)性能且能提高過瘤胃蛋白率而減少氮排泄，降低環(huán)境污染。

1.2.1.2 雙低菜籽粕 雙低菜籽粕是使用雙低菜籽為原料，經(jīng)軟化、軋坯、蒸炒、預(yù)榨、溶劑浸出、濕粕脫溶等工序加工榨油后而成的副產(chǎn)品。與普通菜籽粕相比，雙低菜籽粕中粗蛋白質(zhì)、粗脂肪等常規(guī)營養(yǎng)成分與普通菜籽粕無太多差別，有效能值和氨基酸組成優(yōu)于普通菜籽粕，但硫葡萄糖甙含量和芥酸含量大幅度降低，飼用品質(zhì)顯著優(yōu)于普通菜籽粕。田豐（2009）和董文?。?006）通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，飼喂雙低菜籽粕可以提高奶牛產(chǎn)奶量、乳脂率和乳蛋白量，降低瘤胃內(nèi)氨氮濃度、平衡日糧中過瘤胃氨基酸質(zhì)量、減少氮元素帶來的環(huán)境污染。孫振華（2012）也通過試驗(yàn)得出，高產(chǎn)奶牛每天飼喂1.2、2.4 kg的雙低菜籽粕，產(chǎn)奶量顯著增加，與對(duì)照組相比分別增加1.57、1.45 kg，在試驗(yàn)前期增加更多，達(dá)2 kg以上；乳蛋白產(chǎn)量也有增加的趨勢；干物質(zhì)采食量極顯著增加，每頭奶牛的日平均干物質(zhì)采食量提高1 kg以上；血中尿素氮和乳中尿素氮含量顯著降低；可提高粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維與磷的消化率，降低環(huán)境污染。

1.2.1.3 其他蛋白質(zhì)飼料 其他類型的蛋白質(zhì)飼料如胡麻餅、蓖麻粕等也是天然過瘤胃率較高的蛋白質(zhì)飼料（趙天章等，2010）。在制作奶牛全混合日糧配方時(shí)替代部分豆粕等常規(guī)飼料原料可提高飼料粗蛋白質(zhì)過瘤胃率，增加蛋白質(zhì)利用率，降低飼料成本，提高生產(chǎn)性能，減少氮排放對(duì)環(huán)境帶來的污染。

1.2.2 對(duì)過瘤胃率低的蛋白飼料進(jìn)行保護(hù) 飼料中的瘤胃降解蛋白主要滿足瘤胃微生物對(duì)蛋白質(zhì)的需求，過瘤胃蛋白和瘤胃微生物蛋白，進(jìn)入小腸后被消化吸收用來滿足動(dòng)物生產(chǎn)需要。所以，對(duì)過瘤胃率低的蛋白質(zhì)飼料進(jìn)行保護(hù)，提高其過瘤胃率，可以更好地滿足高產(chǎn)反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需要量、提高動(dòng)物生產(chǎn)性能、同時(shí)可以提高氮利用率、降低氮排放、減少環(huán)境污染。常用的蛋白質(zhì)飼料保護(hù)方法有加熱法、化學(xué)法和物理包被法。

1.2.2.1 加熱處理 加熱處理包括干熱、焙炒、高壓加熱和蒸汽加熱、加熱的同時(shí)采用物理化學(xué)復(fù)合處理。加熱使蛋白質(zhì)變性，在瘤胃中的降解率降低。熱處理效果受加熱溫度、加熱時(shí)間長短等因素影響。蔣林樹（2008）對(duì)膨化大豆和焙烤大豆進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，大豆處理后能降低瘤胃氨態(tài)氮濃度、減少環(huán)境污染，提高蛋白過瘤胃率，乙酸/丙酸有所改變、乳脂率得到提高。

1.2.2.2 化學(xué)處理 化學(xué)處理包括甲醛處理、鋅鹽處理、單寧處理、氫氧化鈉等其他化學(xué)藥品處理以及非酶促褐化反應(yīng)。這些處理主要利用化學(xué)藥品與蛋白質(zhì)分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或美拉德反應(yīng)，使蛋白質(zhì)在瘤胃中溶解度降低，減少瘤胃微生物對(duì)蛋白質(zhì)的分解，從而提高蛋白質(zhì)過瘤胃率；當(dāng)復(fù)合物到達(dá)小腸時(shí)，在小腸環(huán)境的作用下，蛋白質(zhì)與處理時(shí)所用藥品分離，釋放蛋白質(zhì)，使其在小腸中被消化利用。丁學(xué)智（2006）研究了單寧酸對(duì)瘤胃發(fā)酵特性及甲烷產(chǎn)量的影響，隨著單寧酸添加量（4、6、8、10 mg）的增加，瘤胃甲烷產(chǎn)氣量比對(duì)照組降低8.7%、19.6%、16.7%、25.1%，瘤胃氨態(tài)氮濃度明顯降低、過瘤胃蛋白率增加、瘤胃微生物蛋白的產(chǎn)量明顯提高，蛋白質(zhì)利用率和奶牛產(chǎn)奶性能也得到提高，同時(shí)減少氮排泄。袁英良（2010）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中3%的縮合單寧含量可以降低瘤胃氨態(tài)氮濃度和瘤胃液蛋白氮含量，蛋白質(zhì)過瘤胃率和利用率顯著提高，能滿足高產(chǎn)反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需求，增加產(chǎn)奶性能、降低氮排泄。楊威（2007）、王維波等（2009）探索美拉德反應(yīng)對(duì)瘤胃蛋白降解率等方面的影響，發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)能降低瘤胃氨態(tài)氮濃度、蛋白質(zhì)過瘤胃率、乳蛋白率和乳脂率，降低氮排放、減少環(huán)境污染。以糖為保護(hù)劑利用美拉德反應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行保護(hù)不僅保護(hù)效果明顯，而且安全、綠色、無污染。Jahani-Moghadam等（2009）研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)木糖醇處理過的大豆蛋白質(zhì)在瘤胃降解速度低于未處理的大豆蛋白質(zhì)；隨著過瘤胃蛋白與瘤胃降解蛋白比率增加，血液中尿素有下降趨勢，且奶品質(zhì)得到很大程度的改善；隨著過瘤胃蛋白與瘤胃降解蛋白比率由5.2∶11.6到7.1∶9.5的增加優(yōu)化了氮的代謝和牛奶品質(zhì)，降低了成本。

1.2.2.3 物理包被 物理包被分為白蛋白包被和使用聚合物或化合物包被。白蛋白包被主要利用白蛋白能在飼料顆粒外形成一層保護(hù)膜，防止易溶蛋白在瘤胃中溶解，降低蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)溶解度，減少微生物與蛋白質(zhì)接觸面積，從而提高蛋白質(zhì)過瘤胃率。使用聚合物或化合物對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行保護(hù)的原理是利用瘤胃液與皺胃液間pH差異，使飼料在中性或弱酸性條件下不溶而在強(qiáng)酸條件下能溶解的材料包被起來，降低蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的溶解度，提高飼料蛋白質(zhì)過瘤胃率。王聰?shù)龋?000）研究表明，用全血處理蛋白飼料能提高蛋白質(zhì)過瘤胃、提高氮沉積率、減少氮排放、提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。國春艷和刁其玉（2009）認(rèn)為，血粉在瘤胃內(nèi)完全不降解，并用全血撒到蛋白質(zhì)補(bǔ)充料上在100℃下干燥，發(fā)現(xiàn)在瘤胃內(nèi)氮的消失率顯著下降，并隨著全血用量的增加，氮的消失率極顯著下降。

1.3 對(duì)必需氨基酸進(jìn)行保護(hù) 飼料氮被機(jī)體消化吸收后不被利用的氮主要以尿素的形式排出。因此，吸收的氮量和其利用率決定尿氮的產(chǎn)生量，飼料蛋白質(zhì)的價(jià)值取決于氨基酸組成及含量，在飼料中添加多種氨基酸是改善飼料蛋白質(zhì)生物學(xué)價(jià)值的有效方法。限制性氨基酸的缺乏會(huì)導(dǎo)致其他氨基酸吸收利用障礙，而不能被利用的氨基酸在體內(nèi)以氨的形式進(jìn)入肝臟經(jīng)鳥氨酸循環(huán)轉(zhuǎn)化為尿素經(jīng)腎臟作用后隨尿排出，在日糧中添加瘤胃保護(hù)性氨基酸，可以提高小腸內(nèi)可消化氨基酸的含量，使到達(dá)十二指腸的氨基酸組成平衡，有利于各種氨基酸的吸收，從而降低尿氮排出。近幾年的研究表明（李秋鳳等，2010），補(bǔ)充瘤胃保護(hù)蛋氨酸和賴氨酸可以適當(dāng)降低日糧粗蛋白質(zhì)水平，但不影響產(chǎn)奶量，同時(shí)可減少奶牛的氮排泄量。降低奶牛的日糧蛋白質(zhì)濃度條件下，平衡日糧的可代謝氨基酸和賴氨酸，可維持甚至提高產(chǎn)奶量，改善乳成分。Broderick等（2008）研究表明當(dāng)日糧蛋白質(zhì)從18.6%降低到16.1%，同時(shí)補(bǔ)充過瘤胃蛋氨酸，可以提高氮的利用率，降低氮的排泄，提高產(chǎn)奶性能。云伏雨等（2011）在奶牛日糧中分別添加 10、20、30 g/（d·頭） 過瘤胃賴氨酸，研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)奶量顯著升高 0.62、0.90、1.39 kg，乳蛋白含量提高0.027%、0.028%、0.052%，乳成分指標(biāo)和蛋白質(zhì)利用率提高、減少氮排放、降低環(huán)境污染。

2 小結(jié)

隨著奶牛養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展和蛋白質(zhì)飼料的緊缺，如何降低養(yǎng)殖成本、獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益和減少環(huán)境污染日益受到廣泛關(guān)注。通過蛋白質(zhì)調(diào)控技術(shù)改善奶牛對(duì)飼料中氮的利用率，是提高奶牛生產(chǎn)性能的有效途徑，且將會(huì)是減少奶牛養(yǎng)殖過程中氮排放的有效手段和減輕環(huán)境污染的根本途徑。

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