王 玲 孫友德 劉錫武 孫國強(qiáng)*
(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,青島 266109;2.青島市畜牧獸醫(yī)研究所,青島 266100)
隨著奶牛業(yè)的蓬勃發(fā)展,特別是奶牛養(yǎng)殖集約化程度的提高,奶牛所產(chǎn)生的糞污給環(huán)境帶來了巨大壓力,其中氮對環(huán)境的影響已經(jīng)被公認(rèn)為是造成環(huán)境污染的重要原因之一。采取營養(yǎng)調(diào)控技術(shù),在提高生產(chǎn)性能的同時,降低奶牛的氮排泄對于減輕環(huán)境污染和節(jié)省蛋白質(zhì)飼料資源將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。半胱胺(cysteamine,CS)又名β-巰基乙胺,為乙酰輔酶A的組成部分,因含有性質(zhì)活潑的巰基和氨基而具有多種生物活性。王全軍等[1]的體外發(fā)酵試驗(yàn)表明CS可以通過促進(jìn)瘤胃發(fā)酵提高養(yǎng)分利用率。盧煒等[2]研究發(fā)現(xiàn),CS可以促進(jìn)山羊消化道發(fā)育,提高飼料轉(zhuǎn)化率,加速個體生長。沈贊明等[3]報道,奶牛飼糧中添加CS能顯著提高奶牛日產(chǎn)奶量和乳脂率、乳蛋白率。目前,CS在肉牛上的研究較多,結(jié)果表明其具有提高養(yǎng)分利用率的作用,而在奶牛生產(chǎn)上的研究較少,且主要集中在生產(chǎn)性能上,尚未見CS對奶牛瘤胃微生物蛋白(MCP)產(chǎn)量和氮排泄的影響進(jìn)行研究的報道。本試驗(yàn)擬通過給奶牛補(bǔ)飼不同水平的CS,探討CS對奶牛瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量、產(chǎn)奶性能及氮排泄的影響,以期提高奶牛產(chǎn)奶性能、節(jié)省蛋白質(zhì)飼料資源和降低奶牛氮排泄,為實(shí)現(xiàn)奶牛業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考。
CS由上海華擴(kuò)達(dá)生化科技有限公司提供,為白色顆粒狀物質(zhì),純度30%。載體精料用犢牛料,由青島奧特奶牛原種場提供,其組成及營養(yǎng)水平見表1。
表1 載體精料組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Nutrient levels of the concentrate using as substrate(DM basis) %
本試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,選用青島奧特奶牛原種場體況良好,年齡、體重、產(chǎn)奶量和泌乳期[(135±15)d]相近的荷斯坦奶牛40頭,分為4組,每組10頭。對照組和試驗(yàn)1組、2組、3組分別補(bǔ)飼0、15、20和25 g/(d·頭)CS。方法為將CS加入0.25 kg載體精料中混勻,隨全混合日糧(TMR)飼喂。整個試驗(yàn)為70 d,其中預(yù)試期14 d,正試期56 d。TMR組成及營養(yǎng)水平見表2。
表2 全混合日糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of the TMR(DM basis) %
試驗(yàn)牛采用舍飼,采用利拉伐擠奶設(shè)備日擠奶2 次(03:30、15:00),日飼喂 TMR 3 次(04:00、11:00、16:00),確保奶牛每天必須有20 h以上可以接觸到TMR。奶牛采食后在運(yùn)動場自由運(yùn)動和飲水,常規(guī)光照、驅(qū)蟲和管理。
1.4.1 飼糧樣
按四分法收集TMR樣和載體精料樣,65℃烘箱中烘干,制成風(fēng)干樣,粉碎后備用。
1.4.2 糞樣
預(yù)試期開始當(dāng)天、正試期第28天、正試期結(jié)束時共采集3次糞樣,采用點(diǎn)收糞法,采取人工接糞結(jié)合直腸取糞的方式,即每次采樣時,將牛用頸夾固定后,采用直腸取糞的方式依次采集每頭牛的糞樣,若采集過程中牛出現(xiàn)自主排糞的姿勢,由專人負(fù)責(zé)接糞,每組收集10頭試驗(yàn)牛的糞樣,連續(xù)收集3 d,每天收集2次,每隔12 h收集1次,每天在前1天的基礎(chǔ)上延后4 h收集,按每100 g糞樣加10%硫酸25 mL進(jìn)行固氮處理,放入烘箱65℃烘干,制成風(fēng)干樣,用于氮含量測定。
1.4.3 乳樣
預(yù)試期開始當(dāng)天、正試期每隔15 d各采樣1次乳樣,均按早、晚產(chǎn)奶量的比例共收集65 mL乳樣,其中50 mL乳樣加入重鉻酸鉀防腐劑(0.6 mg/mL)混合均勻,4℃冷藏用于乳成分含量檢測。剩余15 mL經(jīng)400×g離心10 min,取4 mL離心乳樣,加入等體積的三氯乙酸(TCA)(25%),靜置5 min后于2 000×g下離心20 min去蛋白質(zhì),取1.5 mL處理好的乳樣-20℃冷凍用于乳尿素氮排泄量的測定。
1.4.4 尿樣
預(yù)試期開始當(dāng)天,正試期第28天、正試期結(jié)束時采集尿樣,采用點(diǎn)收尿法,采取人工接尿結(jié)合膀胱取尿的方式,即每次采樣時,將牛用頸夾固定后,把導(dǎo)尿管插到膀胱里采取膀胱取尿的方式依次采集每頭牛的尿樣,若采集過程中牛出現(xiàn)自主排尿的姿勢,由專人負(fù)責(zé)接尿,每組收集10頭試驗(yàn)牛的尿樣,連續(xù)收集3 d,每天收集2次,每隔12 h收集1次,每個采樣日在前1天的基礎(chǔ)上延后4 h收集,按一定比例加98%濃硫酸以調(diào)整尿液pH低于3,-20℃保存。
1.5.1 瘤胃 MCP產(chǎn)量
尿中排出的嘌呤衍生物(PD)主要來自瘤胃微生物嘌呤,因此可以通過PD估測經(jīng)瘤胃排出的MCP產(chǎn)量。采用比色法分別測定尿中尿酸和尿囊素含量,尿酸與尿囊素含量之和即為尿PD含量[6],計算公式如下:
定風(fēng)量系統(tǒng)具有恒定的風(fēng)量。目前,大多數(shù)中央空調(diào)主要使用空調(diào)和冷水管道系統(tǒng),兩者都在恒定風(fēng)量系統(tǒng)中控制具有恒定風(fēng)量的特定區(qū)域??照{(diào)定風(fēng)量系統(tǒng)采用空調(diào)變溫供氣來應(yīng)對室內(nèi)負(fù)荷波動。通過DDC監(jiān)控風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)、設(shè)備故障、過濾器和防凍報警。
MCP(g/d)=6.25 × (70X)/(0.83 ×0.116 ×1 000)=6.25 ×0.727X。
式中:X為小腸吸收外源性嘌呤的量(mmol/d);70為每毫摩爾嘌呤含氮量(mg/mol);0.83為微生物核酸嘌呤的消化率;0.116為瘤胃微生物總氮中嘌呤氮的比例;6.25為氮換算為蛋白質(zhì)的平均系數(shù)。
上述公式中,X的計算公式為:Y=0.85X+0.385BW0.75。
式中:Y為尿PD的排泄量(mmol/d);0.85為牛腸道中吸收的嘌呤轉(zhuǎn)化為尿PD的回收率;0.385BW0.75為內(nèi)源的 PD。
正試期第28天和正試期結(jié)束時MCP產(chǎn)量的平均值為正試期瘤胃MCP產(chǎn)量。
1.5.2 產(chǎn)奶量及乳成分含量
產(chǎn)奶量用利拉伐魚骨式擠奶機(jī)測定,電子顯示奶量。預(yù)試期、正試期每隔5 d記錄1次產(chǎn)奶量,每次連記2 d,取平均值。
采用山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院奶牛研究中心奶牛生產(chǎn)性能測定實(shí)驗(yàn)室的乳成分自動分析儀(Combi-Foss FT+,丹麥 Foss公司)測定乳蛋白率、乳脂率、乳糖率及乳體細(xì)胞數(shù),采用加權(quán)平均法計算正試期各乳成分含量。
1.5.3 采食量
預(yù)試期內(nèi)每隔2天稱量1次剩料,并記錄投料量,根據(jù)投料量和剩料量計算每頭奶牛的平均采食量,共記錄6次,預(yù)試期結(jié)束時根據(jù)6次的記錄數(shù)據(jù),計算得出預(yù)試期每頭奶牛的平均采食量。按照同樣的方法,正試期內(nèi)每隔10 d記錄和計算1次采食量,共6次。正試期結(jié)束時根據(jù)6次的記錄數(shù)據(jù),計算得出正試期每頭奶牛的平均采食量。每次根據(jù)上次測定的采食量調(diào)整下一階段的TMR投料量。根據(jù)平均采食量和飼糧營養(yǎng)物質(zhì)含量計算養(yǎng)分采食量。
1.5.4 氮代謝指標(biāo)
尿氮含量采用凱氏定氮法分析,尿素氮含量采用脲酶法測定,尿肌酐含量采用苦味酸比色法測定,試劑盒均購自南京建成生物工程研究所。參照 Valadares等[7]的方法,以尿肌酐(每頭牛每天1 kg體重排出約29 mg)標(biāo)記測定奶牛的排尿量。通過4 mol/L鹽酸不溶灰分法結(jié)合采食量測定奶牛的日排糞量,參照張麗英[5]主編的《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》中的方法測定飼糧及糞中粗蛋白質(zhì)(CP)含量。
氮代謝指標(biāo)計算公式:
試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本處理。采用SPSS17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,Duncan氏法多重比較進(jìn)行組間差異顯著性檢驗(yàn),以P<0.01和P<0.05分別表示差異極顯著和顯著,結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。
由表3可知,飼糧中加入CS對干物質(zhì)和其他養(yǎng)分的采食量影響較小。
表3 CS添加水平對奶牛主要養(yǎng)分采食量的影響Table 3 Effects of supplemental level of CS on main nutrient intake of dairy cows kg/d
由表4可知,在MCP產(chǎn)量方面,試驗(yàn)組顯著或極顯著高于對照組(P<0.05或 P<0.01),試驗(yàn)1組顯著高于對照組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組顯著高于試驗(yàn)1組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組間無顯著差異(P>0.05),試驗(yàn)1組、2組和3組MCP產(chǎn)量分別比對照組提高27.27%、66.56%、55.42%;各試驗(yàn)組尿酸排泄量顯著或極顯著高于對照組(P<0.05或P<0.01),試驗(yàn)3組顯著高于對照組(P<0.05),試驗(yàn)1組和3組間差異不顯著(P>0.05),試驗(yàn)2組顯著高于試驗(yàn)3組(P<0.05);各試驗(yàn)組尿囊素排泄量顯著或極顯著高于對照組(P<0.05或P<0.01),試驗(yàn)1組顯著高于對照組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組顯著高于試驗(yàn)1組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組間無顯著差異(P>0.05);各試驗(yàn)組尿PD排泄量顯著或極顯著高于對照組(P<0.05或P<0.01),試驗(yàn)1組顯著高于對照組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組顯著高于試驗(yàn)1組(P<0.05),試驗(yàn)2組和3組間無顯著差異(P >0.05)。
表4 CS添加水平對瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of supplemental level of CS on ruminal MCP production of dairy cows
由表5可知,試驗(yàn)1組、2組、3組的產(chǎn)奶量均顯著高于對照組(P<0.05),分別比對照組提高18.97%、19.58% 、11.25%,而 3 個試驗(yàn)組間無顯著差異(P >0.05)。
表5 CS添加水平對奶牛產(chǎn)奶量的影響Table 5 Effects of supplemental level of CS on milk yield of dairy cows kg/d
由表6可知,試驗(yàn)2組乳脂率極顯著高于對照組(P <0.01),顯著高于試驗(yàn) 3組(P <0.05),試驗(yàn)1組和3組與對照組間無顯著差異(P>0.05);試驗(yàn)2組乳蛋白率極顯著高于對照組(P<0.01),顯著高于試驗(yàn)3組(P<0.05),試驗(yàn)1組和3組顯著高于對照組(P<0.05),這2個組之間無顯著差異(P>0.05);試驗(yàn)2組和3組的乳體細(xì)胞數(shù)顯著降低(P<0.05),而這 2個組間差異不顯著(P>0.05);飼糧中添加CS對乳糖率無顯著影響(P>0.05)。
表6 CS添加水平對奶牛乳成分含量的影響Table 6 Effects of supplemental level of CS on milk composition content of dairy cows %
由表7可知,從糞氮排泄量來看,各試驗(yàn)組極顯著低于對照組(P<0.01),試驗(yàn)1組和2組極顯著低于試驗(yàn)3組(P<0.01),試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組之間無顯著差異(P>0.05);試驗(yàn)組乳尿素氮排泄量顯著或極顯著低于對照組(P<0.05或P<0.01),其中試驗(yàn)2組和3組極顯著低于對照組(P<0.01),各試驗(yàn)組間差異不顯著(P >0.05);從尿氮排泄量來看,各試驗(yàn)組極顯著低于對照組(P<0.01),試驗(yàn)2組極顯著低于試驗(yàn)3組和1組(P<0.01),試驗(yàn)1組與試驗(yàn)3組之間差異不顯著(P>0.05);試驗(yàn)1組、2組和3組氮總排泄量分別比對照組減少 16.24%、22.66%、9.92%,各試驗(yàn)組極顯著低于對照組(P<0.01),試驗(yàn)2組極顯著低于試驗(yàn)3組(P<0.01),顯著低于試驗(yàn)1組(P <0.05),試驗(yàn)1組顯著低于試驗(yàn)3組(P<0.05);試驗(yàn)2組的可消化氮、氮表觀消化率均極顯著高于對照組(P<0.01)。由此表明,飼糧中添加CS可以顯著提高氮素的消化利用率,減少氮排放量。
楊洪波等[8]的研究表明150 g/d CS對奶牛日均干物質(zhì)食量無顯著影響。飼糧中添加CS后氮表觀消化率的提高可能與CS可以調(diào)控瘤胃發(fā)酵,使瘤胃微生物的活動增強(qiáng),中和胃腸道生長抑素(SS)的免疫活性,延長食糜在腸道內(nèi)的潴留時間,增強(qiáng)消化道蠕動和消化酶的分泌有關(guān)。
表7 CS添加水平對奶牛氮排泄的影響Table 7 Effects of supplemental level of CSon nitrogen excretion of dairy cows
MCP是反芻動物最主要的氮源供應(yīng),能提供反芻動物蛋白質(zhì)需要量的60% ~65%,其產(chǎn)量反映了微生物利用氨氮的能力,其產(chǎn)量還間接反映瘤胃中微生物種群的數(shù)量。本試驗(yàn)中,瘤胃MCP產(chǎn)量隨著CS添加水平的提高而逐漸升高,MCP產(chǎn)量以 CS添加水平為20 g/(d·頭)時最高。MCP的合成量主要取決于碳水化合物和氮源的降解數(shù)量和速度是否相匹配,即能氮是否平衡的問題,黃雅莉等[9]研究表明,飼喂CS后瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸含量增加。這說明添加CS后瘤胃內(nèi)能量的供應(yīng)更加充足,微生物活力的增強(qiáng)更有利于增強(qiáng)氮代謝,而脲酶活性的抑制,使氮源的降解速度降低,能氮更加平衡,更有利于MCP的生成,從而使MCP合成量增加。
泌乳中后期的奶牛處于泌乳高峰過后逐漸下降階段,隨著生理狀況的改變,產(chǎn)奶量逐漸下降至干奶。泌乳中后期奶牛處于采食量高峰期,采食量比前期明顯升高,營養(yǎng)物質(zhì)在體內(nèi)的消化、利用及各營養(yǎng)成分在體內(nèi)的分配等都將影響產(chǎn)奶性能[3]。CS可以耗竭外周血管和組織的 SS水平[10],提高內(nèi)源性生長激素(GH)和胰島素(INS)濃度,提高門靜脈和肝臟的血流量,增加門脈系統(tǒng)輸出α-氨基氮和β-羥基丁酸的量,并升高血液葡萄糖含量。奶牛體內(nèi)血液葡萄糖含量的升高能為乳糖的合成提供更多的前體,并為乳脂的生成提供必要的原料,是作為提高奶牛產(chǎn)奶量和乳脂率的方法之一[11]。Kung 等[12]報道,降低飼糧蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)的分解速度,以增加供給到小腸的氨基酸的量,是提高奶牛產(chǎn)奶量的常見做法。Taylor等[13]研究表明,提高奶牛飼糧中蛋白質(zhì)的過瘤胃率,可提高奶牛產(chǎn)奶量,提高乳脂率和乳糖率。目前,關(guān)于CS可以提高奶牛產(chǎn)奶性能的報到比較多,在飼糧中添加CS能減緩中后期奶牛產(chǎn)奶量下降幅度,可顯著提高產(chǎn)奶量[14]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,飼糧中CS添加水平為15~25 g/(d·頭)時可以顯著提高奶牛產(chǎn)奶量,與上述試驗(yàn)結(jié)果一致,根據(jù)CS本身的特點(diǎn)推斷其原因可能是:一方面,飼喂CS后體內(nèi)GH濃度升高,促進(jìn)胰島素分泌,進(jìn)而促使類胰島素因子(IGF-1)體內(nèi)合成增加,IGF-1能調(diào)控體內(nèi)蛋白質(zhì)和脂肪的營養(yǎng)分配,促進(jìn)乳腺細(xì)胞對循環(huán)系統(tǒng)中氨基酸和葡萄糖的攝取利用,促進(jìn)乳蛋白、乳糖和乳脂的合成,刺激動物泌乳反射,促進(jìn)產(chǎn)奶量提高;另一方面,CS可以提高瘤胃微生物對氨氮的利用率,提高瘤胃MCP的產(chǎn)量,通過降低瘤胃微生物對蛋白質(zhì)的降解速度,增加蛋白質(zhì)的過瘤胃利用率,同時為小腸提供更多的氨基酸,為奶牛產(chǎn)乳提供更多的小腸可消化蛋白質(zhì),對產(chǎn)奶量的提高起到了積極作用。
乳脂率和乳蛋白率的高低是衡量原料奶品質(zhì)的重要指標(biāo),對原料奶的收購價格起著決定性作用。楊洪波等[8]研究結(jié)果表明,半胱胺鹽酸鹽可以顯著提高泌乳奶牛的乳脂率,與本試驗(yàn)結(jié)果一致。但也有研究表明,飼糧中添加CS,乳脂率和乳體細(xì)胞數(shù)雖能得到明顯的改善但不表現(xiàn)顯著性差異[15],與上述結(jié)果的差異可能是由于飼糧組成、飼喂時間的長短或者外界環(huán)境等因素的不同造成的。乳脂率的升高可能與GH濃度的提高有關(guān),Staples等[16]和 Johnson 等[17]研究表明,應(yīng)用牛重組生長激素后可以顯著提高乳脂率,GH可以增加乙酰輔酶A羧化酶、脂肪酸合成酶和脂蛋白酶的合成,其中乙酰輔酶A羧化酶是脂肪酸和合成的限速酶,CS能提高血清GH濃度,促進(jìn)各種酶的合成從而提高乳脂率。乳體細(xì)胞數(shù)可以反映乳房的健康程度,體細(xì)胞數(shù)越高,牛乳房健康程度越差,牛乳房炎發(fā)病率越高。本試驗(yàn)中飼喂CS后乳體細(xì)胞數(shù)明顯降低,表明奶牛乳腺得到良好的發(fā)育,乳房健康程度得到提高。
CS能以乙酰輔酶A的形式參與動物機(jī)體對蛋白質(zhì)的調(diào)控,CS也可以通過抑制SS的分泌增加GH分泌量,促進(jìn)動物對蛋白質(zhì)的合成利用,同時,CS也可以通過調(diào)控瘤胃微生物,促進(jìn)動物體對氮素的利用率,使得氮沉積增加進(jìn)而減少動物體氮排泄。張軍民等[18]給山羊瘤胃灌注CS后發(fā)現(xiàn),瘤胃微生物活性增強(qiáng),瘤胃內(nèi)氨氮濃度降低,氮素有效利用率提高。張英杰等[19]給綿羊飼喂CS后發(fā)現(xiàn),小腸中淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶活性顯著增高,小腸對蛋白質(zhì)的消化吸收能力增強(qiáng)。本試驗(yàn)中,隨著CS添加量的增加,試驗(yàn)組糞氮、尿氮、乳尿素氮排泄量均顯著或極顯著低于對照組,均以試驗(yàn)2組的水平最低,且CS的添加極顯著降低了糞氮和乳尿素氮的排泄量,極顯著提高了氮的消化利用率,提高了動物體氮沉積效率。氮排泄的降低、氮體內(nèi)沉積效率的提高、氮消化利用率的提高一方面與飼料中的蛋白質(zhì)在瘤胃內(nèi)被降解為氨的速度受脲酶活性的影響有關(guān),CS作為乙酰輔酶A的重要組成部分,是半胱氨酸的脫羧產(chǎn)物,能夠抑制脲酶的活性,有效控制瘤胃內(nèi)氨的爆發(fā)式釋放,使氨較長時間穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi),使瘤胃微生物有充分的時間利用氨合成MCP,降低了由于瘤胃內(nèi)氨的釋放速度大于微生物利用效率而損失的氮素,提高了瘤胃氮素利用率;另一方面飼喂CS后體內(nèi)SS水平降低,SS對胃腸道消化液分泌和腸道養(yǎng)分吸收的抑制作用降低,小腸中淀粉酶、胰蛋白酶、糜蛋白酶活性的增高可以有效利用過瘤胃蛋白和瘤胃MCP,提高了小腸中蛋白質(zhì)的消化利用程度,提高了小腸中的氮素利用率;其次,GH水平升高也是可以提高動物氮沉積和氮利用率的一個重要因素;此外,CS還可以通過提高IGF-1的水平提高氮素的利用率,IGF-1能通過內(nèi)分泌、旁分泌和自分泌作用于靶細(xì)胞,引起合成代謝改變,促進(jìn)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄及翻譯水平,進(jìn)而促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成,GIF-1還能減少蛋白質(zhì)的分解代謝和增強(qiáng)肝臟及肌肉攝取外源性氨基酸,從而促進(jìn)蛋白質(zhì)合成。
奶牛飼糧中添加CS可以顯著提高M(jìn)CP產(chǎn)量、減少氮排泄、提高產(chǎn)奶性能,綜合考慮上述指標(biāo),在本試驗(yàn)條件下,CS的適宜添加量為20 g/(d·頭)。
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