日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响研究

日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响研究 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶 牛日粮氮利用效率影响研究 山东农业大学 硕士学位论文 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮 氮利用效率影响的研究 姓名:李鹏 申请学位级别:硕士 专业:动物营养与饲料科学 指导教师:王中华 2011-06-13山东农业大学硕士学位论文 中文摘要 反刍动物对日粮粗蛋白的利用相对较低,如何提高日粮氮的利用效率是目前反刍 动物研究的热点。本研究通过增加瘤胃微生物蛋白的供给和降低排泄氮损失占摄入氮 的比例两种手段来提高日粮氮的利用效率。研究共分为两个部分,第一部分研究了不 同能氮瘤胃释放同步化指数日粮对泌乳中期荷斯坦奶牛瘤胃发酵、生产性能及氮平衡 的影响;第二部分研究了不同能量、蛋白水平日粮对泌乳中期荷斯坦奶牛生产性能及 氮平衡的影响。 试验一选择 4 头安装有永久性瘤胃瘘管的泌乳中期荷斯坦牛,试验设计采用 4×4 的拉丁方设计,试验处理为四种瘤胃能氮释放同步化指数(SI)不同的能、氮相近日 粮(日粮 I,SI=0.95;日粮 II,SI=0.90;日粮 III,SI=0.83;日粮 IV,SI=0.77)。 每期试验 19 天,其中预饲期 14 天,采样期 5 天,采样期的昀后两天测定氮平衡。本 试验结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:瘤胃液pH随日粮SI值的升高而降低(P0.05);乙酸、丙酸、丁酸及 总挥发性脂肪酸浓度,NH-N浓度,瘤胃液相体积、稀释速率以及菌体氮外流量日粮间 3 差异不显著(P0.05)。产奶量、乳蛋白及乳糖产量随着日粮 SI 值的升高而增加 (P0.05),乳脂、乳糖、乳蛋白、乳尿素氮含量等处理间差异不显著(P0.05)。随 着日粮 SI 值的升高,乳氮、粪氮排出量增加(P0.05),尿氮排出量减少,但处理间 差异不显著(P0.05);SI 值对日粮氮表观消化率、日粮氮泌乳转化效率无显著影响 (P0.05)。本试验结果显示,提高日粮能氮瘤胃释放同步化程度具有促进菌体蛋白合 成,提高乳蛋白产量的效果。 试验二选择 4头泌乳中期荷斯坦奶牛,试验设计采用 4×4的拉丁方设计,日粮按 2×2 的双因素设计,四种日粮分别含有高或低的能量和蛋白水平。每期试验 19 天, 其中预饲期 14天,采样期 5天,采样期的昀后两天测定氮平衡。本试验结果表明:高 蛋白水平日粮有提高干物质采食量的趋势(0.05P0.1),能显著提高日粮N的摄入量 (P0.05)。不同能量和蛋白水平的日粮对产奶量和乳成分没有显著影响(P0.1) ,能 量和蛋白水平间互作关系有影响乳蛋白含量的趋势(0.05P0.1)。日粮的能量、蛋白 水平对粪氮排泄没有显著影响(P0.1),但是高蛋白水平日粮能显著提高尿氮的排泄1 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响的研究 (P0.05)。本试验结果显示,日粮粗蛋白水平有影响干物质采食量的趋势,在产奶净 能 1.52-1.78Mcal/kgDM(NDF,26.0-33.1%)条件下,14.1%的粗水平能够满足 产奶量 27.0-30.2kg/d 的蛋白需要,较低的蛋白水平能降低 N 的代谢及排泄提高 氮的利用效 率。 关键词 瘤胃 能氮同步化 能量水平 蛋白水平 生产性能 氮利用效率 2 山东农业大学硕士学位论文 Abstract Improving the use efficiency of dietary nitrogen, which is low for ruminants, is a hotspot for current study. The objective of the current series of experiments was to asses the effect of dietary synchrony of OM and N supply to rumen and dietary CP and energy level on the metabolism and performance of Helstein dairy cows to evalue the use efficiency of dietary N. The whole study has two parts: Part 1, The effects of ruminal synchronization of dietary energy and nitrogen release on the productivity, ruminal fermentation, and nitrogen balance in lactating Holstein cows. Part 2, Effects of varying dietary protein and energy levels on production of lactating dairy cowsExperiment 1. This experiment was conducted to study the effects of synchrony of diets on rumen fermentation, performance and N balance. A 4×4 Latin square design was used. Four Holstein cows in mid-lactation were equipped with ruminal cannulas and fed with four synchronized diets diet I,SI= 0.95, diet II,SI=0.90, diet III,SI=0.83, diet IV,SI=0.77 . Different diets content similar CP and energy. Each experimental period lasted for 21 d and measurements occurred during last 6 d of each period, total feces and urine was collected to evaluate the total-tract apparent digestibility and N lossesRumen pH was decrease as synchrony of diet increased(P<0.05) ,cocentrations of acetate, propionate and butyrate and total-volatile fatty acid and NH -N, and also ruminal volume and liquid dillution rates 3 and microbial N outflow didi no differP >0.05. Milk yield and yield of milk protein and lactose trend to be higher when synchrony of diet was higher P<0.05, milk composition including fat protein and lactose and milk urea N was similar for cows fed with different diets, Both significant result may come from the difference of concentrate in four diets. Milk N and fecal N loss were increased when synchrony increased P0.05 No significant difference was detected on urinary N, although it increased as synchrony of diet increased(P0.05)Synchrony of diet also had no effect on efficiency of N intake used for milk N, total-tract apparent digestibility and total N loss. The result indicated that synchrony diet had effect of improving microbial protein synthesis and increasing the production of milk protein Experiment 2. This experiment was conducted to study the effects of varying dietary protein and energy levels on production of lactating dairy cows. Four mulitiparous and mild-lactation Holstein dairy cows were randomly assigned to a 4×4 Latin square design with a 2×2 factorial arrangement of treatments to 3 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率 影响的研究 evalue two nenergy levels with two CP levels on milk production and N banlance. Also, total feces and urine was collected to evaluate the total-tract apparent digestibility and N losses. When CP increased from 14.1% to 18.2%, DMI was greater0.05P0.1, and N intake was higer(P0.05). Dietary protein or energy had no effect on milk yield and milk compositionP0.1. The effect of interaction of dietary energy and protein on milk protein was conducted0.05P0.1. Fecal N loss did no differ as dietary energy of CP changedP0.1, but urea N loss increased by increasing dietary CP level P0.05. The result indicated when NE met 1.52-1.78Mcal/kg DM, a 14.1% of dietary CP level appeard sufficient for L cows producing 27.0-30.2kg/d of milk in this study. Lower dietary CP can decrease excretion of enviromentally labile urinary NKey words: Rumen synchrony, energy level, protein level, productivity, nitrogen, efficiency 4英文缩略表 缩写 英文 中文 ALP alkaline phosphatase 碱性磷酸酶 ALT alanine aminotransferase 谷丙转酶 AST associated trunk 谷草转氨酶 BHBA β-hydroxybutyric acid β-羟丁酸 CP crude protein 粗蛋白 DM dry matter 干物质 FN fecal nitrogen 粪氮 FOM fermentable organic matter 可发酵有机物 g gram 克 kg kilogram 千克 MCP microbial protein 微生物蛋白 mmol/l millimole per liter 毫摩尔/升 MUN milk urea nitrogen 乳中尿素氮 MY milk yield 产奶量 N nitrogen 氮 NDF neutral detergent fibre 中性洗涤纤维 OM organic matter 有机物 PUN plasma urea nitrogen 血浆尿素氮 RDN rumen degraded nitrogen 瘤胃降解氮 RDP rumen degraded protein 瘤胃降解蛋白 RUP rumen undegradable protein 瘤胃非降解蛋白 U/L active unit per liter 酶活力单位/升 UA urea acid 尿酸 UN urine nitrogen 尿氮 VFA volatile fatty acid 挥发性脂肪酸 关于学位论文发表和使用的协议 甲方:山东农业大学 乙方: 依据《中华人民共和国著作权法》,为保护知识产权,明确双方权 利和义务,山东农业大学(甲方)与在我校攻读博士、硕士学位人员(乙 方)达成协议如下: 第一条 乙方所呈交的学位论文,是乙方在山东农业大学攻读学位期间由 导师指导并通过科学研究取得的,属职务作品,甲方享有著作权法规定的复 制 权、展览权和汇编权等,可以将学位论文全部或部分内容编入有关数据库进 行检索,可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编学位论文。 第二条 乙方在论文参加学术交流、发表和评奖等过程中应明确注有 山东农业大学字样。对在论文研究期间给予指导、帮助和做出贡献的个人、 单位或参考文献,均应在文中明确注明和致谢。 第三条 乙方同意按照甲方有关保护知识产权和保留使用学位论文 的规定,按要求向国家有关部门或机构送交论文纸质本和电子版,允许论 文被查阅和借阅。同时授权中国科学技术信息研究所和中国学术期刊(光盘 版)电子杂志社将本学位论文收录到相应的数据库中,并向社会公众提供信 息 服务。 第四条 乙方申请保密的论文在乙方申请解密后亦遵守此规定。 第五条 本协议一式两份,双方各执一份。甲 方:山东农业大学乙方(签 章) : 委托代理人(签章) : 年 月日 山东农业大学硕士学位论文 1. 引言 饲粮蛋白质通常指粗蛋白(CP),其定义为饲料原料中的氮乘以6.25(每100g 蛋 白质中平均含有16g氮)。计算出的粗蛋白包括蛋白质和非蛋白氮(NPN) 。反刍动物摄 入的日粮蛋白质分为瘤胃降解蛋白(RDP)和瘤胃非降解蛋白(RUP)。RDP在瘤胃内经 过微生物的降解合成菌体蛋白(MCP),MCP 和 RUP 组成小肠蛋白质被消化、吸收和利 用。近代反刍动物蛋白质营养体系均以小肠蛋白为基础,尽管表达的方式有所不同, 例如,美国NRC,1996、2001的吸收蛋白体系,英国AFRC,1993的降解蛋白质(RDP) 和非降解蛋白(UDP)体系,法国INRA,1989、荷兰(Tamminga等,1994)的小肠 可消化真蛋白质体系PDI,北欧Bickel 等.1987用小肠可吸收氨基酸和瘤胃蛋白质 平衡体系AAT-PBV,德国Rohr,1987用十二指肠粗蛋白,澳大利亚CSIRO,1990 和中国2000用小肠表观可消化粗蛋白质体系。 氮在奶牛体内的代谢周转根据来源可以分为外源氮和内源氮。外源氮主要来自肠 道对流入十二指肠的菌体蛋白氮和瘤胃非降解蛋白氮的吸收,内源氮包括反 刍动物特 有的尿素循环氮和少量来自消化液中的酶、消化道脱落上皮等蛋白氮。 经对文献数据统计,乳中粗蛋白蛋白 N 占日粮粗蛋白 N 比例平均值约为 22.5%, 这与其他研究者报道的 19-20%相近(Tamminga,1992;MacRae 等,1995)。反刍动物 对日粮粗蛋白的利用相对较低,如何提高日粮氮的利用效率是目前反刍动物研究的热 点。提高蛋白质和 N 的利用效率动因主要有以下几点:降低单位瘦肉增重或乳蛋白产 量所需的饲料成本;提高乳蛋白产量和生产效率;为饲粮中添加其他营养物质提高产 奶量创造空间;减少废物中N的排放(NRC,2001)。 本论文通过研究日粮能氮瘤胃释放的同步化对微生物蛋白、生产性能和氮排泄的 影响以及日粮整体能量和蛋白水平对生产性能和氮排泄的影响,为生产中提高乳产量、 降低饲料成本和减少废物中N的排放提高日粮中N的利用效率提供一定的依据。 1.1 影响微生物蛋白质合成的因素 瘤胃微生物蛋白质与畜产品蛋白质的氨基酸组成相似。各种必需氨基酸的含量 (g/kgCP)为:Ile:5.8;Leu:8.8;Lys:9.2;Met:2.5;Phe:5.3;Thr:5.7;Trp: 1.5;Val:5.8;Arg:5.3;His:2.1(Storm,1982),氨基酸组成相对比较平衡(Clark, 5 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响的研究 1992),而且组成比较稳定(反刍动物营养学,2004)。MCP 的品质次于优质的动物 蛋白质,与豆饼和苜蓿叶蛋白相当,优于大多数谷物蛋白质(杨凤,1999)。MCP的 生物学价值高,平均为 70-80%;消化率高,NRC(1985)推荐值为 0.80, AFRC(1992) 采用 0.75,中国奶牛饲养标准(2004)采用 0.70。 1.1.1 能量因素 饲料养分在瘤胃内发酵生成三磷酸腺苷(ATP),ATP 是瘤胃微生物的维持和生长 的能量。但是瘤胃发酵过程产生的 ATP 很难准确测定,所以现在的饲养标准均采用间 接能量指标衡量瘤胃微生物的维持、生长。例如美国2001、1996用总可消化养分 TDN、法国1989和荷兰(1994)用瘤胃可发酵有机物质FOM、英国1993用可发 酵代谢能FME、德国1982用代谢能ME、丹麦1987用可消化碳水化合物DCHO、 澳大利亚1990用可消化有机物质DOM、中国2000用可发酵有机物(FOM)。 饲料表观可发酵有机物质FOM能进行常规评定,虽然并不很完善,但简便易行, 所以我国目前采用表观FOM。我国牛的饲养标准2000根据国内对19种日粮用牛消化 道瘘管体内法得出的平均值为 MNg/FOMkg21.75,且很稳定SD1.678,MCPg/FOMkg =136;绵羊的平均MCPg/FOMkg=169。INRA(1989)对300个试验中可靠的405个日 粮测定结果进行统计,所得出的结果为MNg/FOMkg23.2,MCPg/FOMkg=145g。 表观 FOM 通常用瘤胃尼龙袋法评定。在无条件进行瘤胃尼龙袋法评定时,可用饲 料中NDF/OM、ADF/OM与与FOM/OM的关系式作出估测(中国牛饲养标准,2000):FOMOM×FOM/OM FOM/OM(%92.8945-74.7568NDF/OM r-0.9950,n10,p0.01, 被测饲料的NDF/OM的范围为0~0.72 FOM/OM%91.2202-118.6864ADF/OM r-0.9893,n10,p0.01 被测饲料的ADF/OM的范围为0~0.44 英国ARC1984用ME估测MCP,对精粗饲料配合合理的日粮为8.4gMCP/MJME,对 禾本科青贮单独饲喂时为6.25 gMCP/MJME。以后,AFRC1992改用可发酵代谢能FME 去估测 MCP,但该 FME 并非真正的瘤胃 FME,而是用 ME 扣除饲料脂肪的代谢能和青贮 发酵产物的能量,即: 6 山东农业大学硕士学位论文 FMEMJ/kgDMME-MEfat-MEferm其中MEfat35KJ/g饲料脂肪, MEferm0.1×青贮饲料的ME MCPg/FMEMJ7+6[1-e-0.35L] 其中L为饲养水平 根据该式,对不同家畜的建议值: 维持饲养水平9gMCP/MJFME 生长牛和绵羊2×维持饲养水平 10gMCP/MJFME 奶牛和奶羊3×维持饲养水平11 gMCP/MJFME NRC1996、2001仍以总可消化养分TDN作为计算基础: MCPg/TDNkg130。德国 Rohr,1987使用代谢能进食量MEI和干物质采食量(DMI)计算 MCP 的产量:MCP (g/d)11.92MEI(MJ)-15DMI(kg),其中15是估测的干物质进食量DMI条件下胃 内源蛋白质损失的系数。 不同降解速度的碳水化合物会影响 MCP 的产量,Herrera-Saldana 等(1990)对 不同来源淀粉的降解率进行了排序:燕麦小麦大麦玉米高粱。Hagemeister 等 (1980)报道,以大麦为碳水化合物来源的饲料与以玉米为碳水化合物来源的饲料相 比,前者MCP/FOM明显升高,而且精饲料在日粮中的比例过高会降低MCP/FOM(表1.)。 表 1. 精饲料类型对牛 MCP/FOM 的影响 Table1. Effcet of varying dietary concentrate on MCP/FOM精料?干草 6?4 9?1 大麦 玉米 大麦 玉米 ME 进食MJ/d 129 128 132 122 CP 进食g/d 1787 1818 1681 1756 MCP 产生量g/d 1350 850 1212 438 MPC/FOM(g/kg) 212 137 192 83 Hagemeister 等(1980) 1.1.2 氮源因素 进入瘤胃的饲料蛋白质被瘤胃微生物大量降解,生成肽和氨基酸,一部分肽和氨 基酸进一步分解成 NH 、VFA 和 CO ,并伴随产生一些发酵热。肽、氨基酸和氨是 3 2 7 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率 影响的研究 瘤胃微生物生长可直接利用蛋白形式,在能量充足条件下,瘤胃微生物可以利用氨、 氨基酸和肽合成自身蛋白。瘤胃微生物的氮素营养研究大体经历了三个阶段,即非蛋 白氮(NPN)的研究(如 Hotter 等,1968)、饲料蛋白质降解的研究(如фrskov 等, 1976)和蛋白质在瘤胃中降解动态化的研究(如 Sinclair等,1993) 。微生物对不同的 氮源有不同的转运机制;氨氮等小分子物质因其细胞通透性好,故此类物质的吸收主 要为被动扩散;亲水性化合物如氨基酸与肽,因其细胞通透性较差,必须有细胞膜载 体蛋白来主动运输(Russell 等,1990)。瘤胃微生物利用氨、碳架及能量合成氨基酸 是蛋白合成的启始步骤。微生物合成氨基酸有 2 条途径:一是在瘤胃氨浓度较低时, 先由谷氨酸与氨生成谷氨酰胺,谷氨酰胺再与 α-酮戊二酸反应生成 2个谷氨酸;二是 当瘤胃氨浓度较高时,在谷氨酸脱氢酶作用下,氨和 α-酮戊二酸直接合成谷氨酸。谷 氨酸经转氨作用可以生成其它氨基酸。这一过程是提高微生物蛋白合成量, 节约蛋白 质资源的重要途径。昀后,这 些微生物蛋白连同饲料中过瘤胃蛋白随食糜流入真胃和 小肠。 1.1.2.1 微生物对氮源底物的要求 肽、氨基酸和氨是瘤胃细菌生长所必需的营养物质。瘤胃原虫不能利用氨,但很 多瘤胃细菌能够利用氨作为惟一氮源合成自身蛋白,而且一定浓度的氨氮也是微生物 15 正常生长的保障。Slater 等(1979)在用 N标记的氨源或瘤胃灌注尿素或以单一剂量 添加尿素的研究结果表明,有 18%-100%的微生物 N来源于氨。Nolan(1975)和 Leng 等(1984)使用相似的方法报道,至少有 50%的微生物 N来源于氨,其余的来源于肽 和氨基酸。虽然满足微生物昀大合成效率氨浓度因研究各异,但一般认为 20~50mg/L 的浓度就可以达到理想的微生物合成效率。在有非氨态氮存在时微生物对氨的利用比 率将减少。Atasoglu 等(1999)报道细菌体 N中来源于氨 N的比例随氨的浓度降低而 减少;Siddons 等(1985)和 Firkins 等(1987)报道氨浓度与细胞 N中来源于氨 N 的 比例有相关关系。Wallace(1991)认为用氨作为惟一氮源,只要有碳架提供,如支链 挥发性脂肪酸,则大多数细菌能合成氨基酸。大量的研究认为菌体蛋白氮 60~80%的 来源于氨氮,40~60%来源于氨基酸和肽类物质(Maeng,1976)。 当瘤胃氮源中的肽和氨基酸浓度高时,微生物对氨的利用下降,氨仅提供微生物 合成氮源需要的 26%(Wallace,1996)。Griswold 等(1996)报道当用肽或 AA 作为 唯一或者主要氮源替代氨时,微生物生长速度增加。研究表明,快速降解能量条件下, 氨基酸、肽能刺激瘤胃微生物的生长、增加微生物的产量(Argyle 等,1989;Chen等, 8 山东农业大学硕士学位论文 1987;Cruz Soto等,1994;Russell 等,1983)。但是在慢速降解能量条件下,氨基酸 和肽对微生物的刺激作用并不明显。美国康奈尔净碳水化合物体系(CNCPS)根据细 菌对底物利用的倾向,将细菌分为结构碳水化合物(SC)分解菌和非结构碳水化合物 (NSC)分解菌两大类。并认为前者以氨为主要氮源,后者以氨、氨基酸、肽为主要 氮源。由此可见,不同的微生物菌体对底物有一定的选择性。 在多数情况下,肽和游离氨基酸对细菌生长或瘤胃发酵往往是有利的(Griswold 等,1996;Russell 等,1984,1992),这是因为大多数瘤胃细菌和原虫能利用肽和游 离氨基酸直接合成微生物(Allison,1970;Wallace et al.,1988,1991)。但是,不同 种类的细菌对氨、游离氨基酸和肽的需要量不一样。 1.1.3 能氮瘤胃释放同步化理论的发展 对于反刍动物,菌体蛋白的合成对能量的依赖高于对氮的依赖(Hristov等, 2003), 碳水化合物在瘤胃降解释放的能量促进菌体蛋白的合成(Koenig 等,2003),日粮蛋 白瘤胃中的降解产物:氨基酸、肽及氨态氮是微生物合成的重要氮源。研究证实,较 高水平的瘤胃可发酵碳水化合物和较高水平瘤胃降解蛋白条件下,瘤胃菌体蛋白的产 量更高(Herrera-saldana等,1990;Aldrich等,1993)。日粮能量和蛋白质平衡一直是 反刍动物营养研究的热点问题。大量的研究均是围绕这一焦点展开的。 1.1.3.1 瘤胃能氮平衡概念的提出 六、七十年代,对非蛋白氮(NPN)利用研究是反刍动物蛋白质营养研究的起始阶 段。但是,受认知水平及研究条件所限,大多的研究没有能提出瘤胃微生物对 NPN 的 利用机制,而仅仅局限在 NPN 的利用效果和加工处理上。瘤胃能氮同步化概念的雏形 由Johson等(1976)提出来:对NPN的利用,应当同时考虑不同的碳水化合物的类型, 即考虑碳水化合物和NPN的联系。 八十年代,饲料蛋白质在瘤胃的降解研究成为反刍动物蛋白质营养研究的热点(φ rskov 等,1976)。不同的国家(法国、美国、北欧、中国等)相继建立了蛋白质营养 的新体系并提出了瘤胃能氮平衡的概念。如: 法国的 PDI 体系中,分别采用可利用能(PDIME)和降解氮(PDIMN)进行估 测 MCP(PDINPDIA+PDIMN;PDIEPDIA+PDIME)。 冯仰廉(1995)提出了瘤胃能氮平衡的概念和应用方法: 瘤胃能氮平衡用可利用能估测 MCP-用 RDP估测的 MCP DOM*136-RDP*0.9 9 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响的研究 如果 RENB 为 0,则表明平衡良好;RENB 为正,则能量过剩;RENB 为负,则 能量不足。 王加启(1996)提出: MN/RDN(g/g)2.2098-0.9637ln(RDN/FCHO)(n13,r0.7873) 能氮平衡的概念指出,瘤胃内微生物蛋白质的合成主要取决于瘤胃内碳水化合物 和 N 的利用效率。瘤胃能氮平衡的概念虽然考虑了日粮养分的浓度,阐述了瘤胃微生 物对能量和氮同步利用的特点,但也仅仅是一种静态的描述。 1.1.3.2 瘤胃能氮释放同步化概念的提出 九十年代后,在能氮平衡概念的基础上,一些学者提出了瘤胃能氮释放同步化的 新概念(Herrera-Saldana 等,1991;Hoover 等,1991;Aldrich 等,1993;Sinclair 等, 1993,1995)。所谓瘤胃能氮释放的同步化(synchronization)是以瘤胃微生物的生 长理论为依据,通过调控日粮能量和 N 的降解速率使日粮瘤胃降解过程中,每一时刻 点瘤胃微生物可利用能量和氮源释放速度相匹配。如图2.所示: MCP VFA 图 2:瘤胃微生物蛋白质合成对能氮需求关系 Figure 2:The relationship between microbial protein synthesis and the release of energy and nitrogen in the rumen 1.1.3.3 能氮瘤胃释放同步化理论的完善 利用更合适的指标,定性或定量的描述瘤胃能氮的释放,是更准确的预测微生物 蛋白的生长状况及产量的关键。至今,有关能氮释放同步化的研究仍多以静态的指标 来描述,如:N:OM;RDN:DOM:RDN:FOM:NSC:RDP;NSC:DIP 等。尽 管表达形式不同,但其都是对瘤胃内降解的氮源和能量的描述。 Sinclair等(1993)提出了能氮释放的同步化指数(synchrony index,SI) , 实现 了对能氮释放同步化的动态描述。同时,他报道瘤胃微生物效率的昀佳能氮比为 25 10 山东农业大学硕士学位论文 (25g RDN/Kg FOM)。具体如下: OM 和 N每小时有效降解率模型: - c+kt P=a+[bc/c+k][1-e ] 该公式为静态降解率。其中 k为饲料的瘤胃外流速度,t为饲料在瘤胃内的任一滞 留时间段(以小时为单位)。 根据上公式可计算出不同小时内 OM 和 N的降解数量。同时可计算出一定时间段 内瘤胃能量和氮的同步化指数(SI): SI=25-[? ?25-每小时 N:DOM)?]/12/25 1-12 尽管该模型向动态化的描述微生物对日粮中能量和蛋白的需求迈了一步,但由于 微生物对可利用底物具有一定的专性范围,不同品种动物、不同日粮条件或不同同步 性的日粮条件下,微生物对能氮摄取的形式及其比例关系,以及微生物生长与能氮提 供之间的确切关系还没有搞清,因此该模型是否具有广泛的适应性仍有一定的争议。 1.1.3.4 能氮瘤胃释放同步化的意义 瘤胃微生态环境复杂,微生物蛋白质的合成(MPS)还受到许多其他因素的影响, 如瘤胃微生物合成所需的一些微量成分,如S、支链氨基酸和异位有机酸、维生素等, 但这些成分一般情况下很容易由日粮满足。从微生物合成的理论出发,瘤胃可利用氮 源和可利用能源是影响MPS的主要因素。瘤胃内可利用养分之间的互作效应影响MPS, 尤其是在 N 利用受到限制时,CHO和N之间的这种互作更为明显。因此要确定微生物 蛋白质合成的昀佳O M和N的需要量,应从动态的角度考虑不同的CHO和N源。 日粮瘤胃内 CHO 和 N 的合理组合是微生物蛋白质的合成的关键,这样不仅可以使 氮在瘤胃内能被合理利用促进微生物蛋白合成的效率和产量,减少瘤胃内因无效周转 而造成的损失(包括能量损失),同时可以减少氨的排泄对环境的污染。此外,蛋白饲 料通常比较昂贵,通过调控能氮释放速率可以节约饲养成本,尤其对高产反刍动物。 高产反刍动物除了微生物蛋白质外,还需额外供给更多的瘤胃非降解蛋白质(RUP)以 保证生产潜力的充分发挥。如果微生物蛋白质的合成能够增加,则可以相应减少相对 比较昂贵的RUP需求量(Stern,1986)。 瘤胃能氮同步释放理论的依据是瘤胃微生物对养分的依赖性,以及微生物对养分 载体物质分解利用的时效性。由于不同饲料在瘤胃的降解动力学迥异,同时反刍动物 采食等消化活动及消化行为具有一定的节律性,因此,以微生物蛋白质的合成效率为 目标,根据不同饲料养分在瘤胃的动态降解规律,通过对不同饲料原料或对 饲料进行 11 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响的研究 加工调制后合理搭配,结合一定的饲喂 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 (或放牧制度)配制日粮,符合现代动物 营养学整体动态优化发展的需求。同时,借助一定的数学手段和一些直接或间接的衡 量指标,可以对反刍动物瘤胃发酵功能和日粮营养适合度(卢德勋,1997;2002)进 行检测。 1.1.3.5 ?瘤胃能氮释放同步化研究的争议 瘤胃能氮释放同步化的核心目标是优化微生物的生长,因为经过瘤胃微生物发酵, 与摄入日粮蛋白比较,进入反刍动物十二指肠消化的蛋白无论在质量上还是在数量上 均发生了明显的变化,其中菌体蛋白(MCP)约占到了进入十二指肠蛋白总量的约 40~60%(Clark等,1992)。一些研究表明,缩短预测MCP产量的时间(如以1h为单 位)可以降低MCP产量预测的误差,能促进微生物蛋白的合成进而提高产奶量(Johnson, 1976;Herrera-Saldana等,1989;Sinclair et al., 1993) ,但是也有研究 报道日粮能氮同 步化不是影响瘤胃发酵及微生物蛋白合成效率的主要因素Shabi et al., 1998; Richardson et al., 2003。同时运用能氮瘤胃释放同步化原理设计日粮增加了日粮设计的 复杂性,因此是否有必要在日粮设计时考虑瘤胃能氮释放的同步化需要大量的试验评 估。 1.2. 日粮粗蛋白水平和能量水平的互作对泌乳牛的影响 1.2.1 日粮粗蛋白水平对泌乳牛的影响 产奶量随着日粮蛋白水平的提高呈二次曲线规律增加,NRC(2001)根据 82 个试 验的393项数据统计,得出产奶量与日粮CP的回归公式: 2 2 产奶量0.8×DMI+2.3×CP-0.05×CP -9.8 (r0.29) 其中,产奶量和干物质采食量(DMI)的单位为kg/d,CP为占日粮DM的百分比。 回归方程中引入干物质采食量是为了消除不同试验中由于基础产奶量、体重等差 异带来的影响。由本回归方程式可知,假设DMI不变,当日粮CP达到23%时会有昀大 产奶量。但是考虑到经济效益和对环境的影响,日粮CP一般不会过高。 Armentano 等(1993)报道,13.9%的蛋白水平(其中 RDP:11.9%,RDP:4.3%) 能满足在产奶量30 kg/d的蛋白需要。很多研究报道不同蛋白水平条件下产奶量并没 有显著差异,并建议饲喂日粮中使用较低的蛋白水平(Leonardi等,2003;Wu和Satter, 2000;Wattiaux等,2004a),因为随着日粮蛋白水平的升高,乳中尿素氮和血中尿素 氮浓度呈线性增加,粪氮、尿氮损失均增加,泌乳氮转移效率下降(Wu,2005。表 3.是近年部分关于日粮蛋白水平对泌乳牛生产性能影响相关研究的报道: 12 山东农业大学硕士学位论文表 2 部分关于蛋白水平对泌乳牛生产性能影响研究的结果 Table 2. Some results of varying dietary CP level on productivity of dairy cows 作者 年份 日粮 蛋白水平% 其他 结论 考虑 因素 苜蓿青贮、玉米青 蛋白水平在泌乳前 30 周为 贮、高水分去皮玉 15.4,17.4, 17.5、30 周左右降至 16.0 可以 米、熟化豆粕、压 19.3,16.0, 泌乳 节约饲喂成本、对生产性能不影 Wu 等 2000 榨豆粕 17.9 阶段 响而且环境中的氮排泄适中。 1. CP 水平对DMI、N 摄入、乳 产量、乳脂产量有极显著影响, 对乳蛋白有显著影响 2. 高蛋白水平条件下,尿氮、 苜蓿青贮、玉米青 乳中尿素氮、NPN 含量增加,N 贮、高水分去皮玉 利用效率下降。 Broderick 米、溶剂萃取豆粕、 15.1、16.7、 3. 16.7%的蛋白水平能满足 等 2002 熟化大豆 18.4 能量 31.2-36.2kg/d 产奶需要 玉米青贮、棉籽壳、 1. 19.4 蛋白水平条件下,CP 大豆壳、棉籽、破 摄入增加,血浆尿素氮、尿氮排 碎玉米、豆粕、动 泄(预测值)增加 Davidson 物脂肪、玉米粉、 16.8,16.5, 2. 16.8 蛋白水平,N 排泄降 等 2003 血粉、肉骨粉、 17.2、19.4 RUP 低而生产性能未受到影响。 苜蓿青贮、玉米青 贮、棉粕、破碎玉 1. 蛋白水平增加导致乳中尿 米、豆粕、蛋氨酸、 素氮浓度、尿氮、粪氮排泄上升 熟化豆粕、大豆、 2. 16.1%的蛋白水平能满足产 Leonardl 血粉、尿素、动物 蛋氨 奶量 42kg/d 的蛋白需要,而且 等 2003 脂肪 16.1,18.8 酸 能降低氮的排泄 1. 不同蛋白水平下,乳产 量、乳蛋白、乳脂无显著影 响 2. 随蛋白水平的升高,乳 中尿素氮、血浆尿素氮浓度 线性增加,尿氮排泄显著增 苜蓿青贮、大豆皮、 加,泌乳转化效率降低 破碎玉米、熟化豆 16.6、17.7 粗料 3. 17%的蛋白水平能满足 Groff 等 2005 粕、豆粕 18.9、20.0 构成 产奶量38kg/d的蛋白需要。 青贮、黑麦草、苜 1. 随日粮氮白水平增加, 蓿干草、甜菜粕、 粪氮变化小,尿氮及显著增 玉米、大麦、麸皮、 加 豆粕、全面籽、面 13.2,14.1, 2. 14%的蛋白水平可满足 翟少伟 2009 饼、菜粕 15.0,16.2 无 20.5-25kg/d 产奶需要 随着蛋白、能量水平升高,产 能量 奶量增加,但对产奶量和乳蛋白 Rius 等 2010 不详 15.7,16.7 水平 产量无互作作用。 13 日粮能氮瘤胃释放同步化及能量、蛋白水平对荷斯坦奶牛日粮氮利用效率影响的研究 日粮蛋白水平过高不能被充分利用的条件下,会增加体内氮的代谢负担,导致血 中和乳中尿素氮浓度的升高。肝脏尿素产生量过高时,一方面会导致尿中尿素氮排泄 的增加造成氮的浪费和环境污染,同时会影响繁殖性能。 动物体内过剩的氮全是通过尿氮的形式排泄,体内氮过剩增加肝脏负担。尿氮与 粪氮不同,粪氮主要是由饲料未消化氮和内源氮组成,尿中氮的主要成分是 尿素。不 同蛋白水平条件下粪氮变化通常不大,但是尿氮排泄量变化范围很大(80-320g/d) (Whitehead等,1995)。尿氮与粪氮相比不稳定容易降解成氨(Rom等,1997) 。当粪 尿混合时,尿素转化成氨的速度增加,pH、环境温度及氮浓度会影响氨的释放。 已经证明,过高的蛋白水平会对繁殖性能造成不利影响。一种观点认为,过高的 蛋白水平条件下,奶牛为了代谢排出过量的 N,必须额外消耗更多的能量。这就可能 会值能量的负平衡(Beam和Bulter,1997; Bulter,1998),随之而来的血浆孕酮水 平的下降Bulter,1998是导致繁殖性能下降的因素;也有一种观点认为血中尿素氮 浓度的升高是造成繁殖性能下降的主要因素。因为过高的血液尿素氮会对精子、卵子 或胚胎产生毒害作用导致受精率的下降(Canfield 等,1990)、降低子宫 pH、减少前 列腺素的合成(Bulter,1998)。同时,血液循环中高浓度的氨会降低免疫系统功能, 这可能也是繁殖性能下降的因素(Anderson和Barton,1988)。 可见,日粮中蛋白水平当增加到一定限度后,对生产性能不会产生有益影响,而 且会导致饲养成本的增加,而且过多的蛋白在体内代谢造成代谢负担以及无效利用造 成环境的污染。所有的研究结果都指向“适宜”的蛋白水平而非“高”的蛋白水平对 生产及奶牛健康有益。 1.2.2 日粮能量水平对泌乳牛的影响 各国现行饲料能量价值评定和能量需要的体系主要分为净能体系和代谢能体系。 净能体系的特点是用产品的能量作为评价动物净能需要的依据,饲料净能利用的评定 根据利用效率,目前大多数国家,如美国,欧洲多数国家,中国都采用净能体系。同 时,由于奶用生长牛的增重并不要求过快的速度,日粮组成较稳定,因此对奶用生长 牛的能量需要采用产奶净能表达。代谢能体系的特点是将饲料能量价值评定到代谢能 为止,这固然对饲料的评定比较易行,但对确定代谢能的需要量则较繁琐,目前只有 英国等少数国家采用该体系。由于代谢能对净能的利用效率取决于能量浓度(ME/GE) 或其他因素,所以在代谢能需要表格中须列出这些能量浓度的档次。但日粮由不同饲 14 山东农业大学硕士学位论文 料组成,而各种饲料的 ME/GE 往往差异较大,故须计算出所用日粮的 ME/GE,因此 比较繁琐。 净能体系通常将用于维持和产奶的能量需要以产奶净能(NE )表示。产奶净能 L 体系中(Moe 和 Tyrrell,1972),维持和产奶的能量需要及饲料的能值都用同一个能量 NE 表示。在增加能量供给的条件下,泌乳牛产奶量呈能线性增加(Friggens等,1995) L 或曲线增加(Broster 等,1973)。但是这些结果受到奶牛泌乳期和饲喂时间的影响 Coulon等,1991。能量对于乳蛋白含量的影响并没有一致的结果,Broderick(2003) 报道在高能量条件下有较高的乳蛋白含量,但是也有研究报道能量水平对乳蛋白含量 无显著影响(Cowan等,1981)。 1.2.3 日粮粗蛋白和能量水平的互作 能量和蛋白水平对奶牛的影响除了在瘤胃代谢方面,前面已做过叙述,同时,日 粮中能量和蛋白的水平可能对产奶量和乳成分有互作影响(Brun-Lafleur等,2010)。 当增加日粮代谢蛋白的供给时,干物质采食量(DMI)通常会增加(这就意味着能量供 给的增加) (Brun-Lafleur等,2010)。同时,蛋白水平会影响吸收的营养物质的利用 效率以及营养物质在乳腺中的代谢(Oldham,1984)。Cowan等(1981)报道在高能量 水平日粮条件下提高蛋白水平能显著增加产奶量。但是,有研究报道日粮能量和蛋白 水平的互作对产奶量没有显著影响(Macleod等,1984;Broderick等,2003)。 由此可见,对于产奶牛日粮粗蛋白水平满足生产需要即可,过量不仅导致生产成 本的增加还会带来一系列的负面影响。但是不同饲养环境、饲养条件下,不同的产奶 量需要的蛋白水平没有统一的推荐标准。同时,目前很少有研究能量和蛋白的互作关 系对产奶量及乳成分组成的影响。因此,有必要对现行地区条件下奶牛的蛋白水平需 要、能量蛋白水平的互作关系做一定