动物营养学报    2021, Vol. 33 Issue (6): 3323-3333    PDF    
甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛生产性能、乳品质及血清生化指标的影响
杨占涛1 , 孔凡林1 , 王吉东1 , 姚琨1 , 韩强2 , 王良2 , 李亚君3 , 刘辉4 , 李胜利1     
1. 中国农业大学动物科学技术学院, 动物营养国家重点实验室, 北京 100193;
2. 康瑞(山东)农业发展有限公司, 潍坊 261000;
3. 馥蒂同创(北京)科技有限公司, 北京 100085;
4. 加拿大拉曼公司北京代表处, 北京 100102
摘要: 本试验旨在研究甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛生产性能、乳品质及血清生化指标的影响,以探究其适宜添加量。选择胎次、泌乳天数和产奶量相近的泌乳中期荷斯坦奶牛45头,随机为3组,每组15个重复,每个重复1头牛。对照组(CON组)饲喂基础饲粮,低剂量组(LD组)和高剂量组(HD组)在基础饲粮的基础上添加30、60 g/d的甜菜碱与烟酰胺复合制剂。预试期5 d,正试期30 d。结果表明:1)第16~30天,LH和HD组的干物质采食量显著高于CON组(P < 0.05);第1~30天,HD组的干物质采食量显著高于CON组(P < 0.05)。第1~15天、第16~30天和第1~30天,LH和HD组的产奶量均显著高于CON组(P < 0.05)。2)第15天,LH和HD组的乳脂率和乳蛋白率显著高于CON组(P < 0.05);第30天,LD组的乳中尿素氮(UN)含量显著低于CON组(P < 0.05)。3)第15天,HD组的血清葡萄糖(GLU)含量显著低于CON组(P < 0.05);第30天,LD和HD组的血清GLU含量显著低于CON组(P < 0.05)。第15天,LD和HD组的血清UN含量显著低于CON组(P < 0.05)。4)第30天,LD和HD组的血清碱性磷酸酶(ALP)活性显著低于CON组(P < 0.05)。第30天,HD组的血清肌酐(CRE)含量显著低于CON组(P < 0.05)。综上所述,饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可以提高热应激奶牛的干物质采食量、产奶量,改善乳品质及部分血清生化指标,有助于缓解奶牛热应激,且30 g/d为适宜添加量。
关键词: 甜菜碱    烟酰胺    热应激    生产性能    奶牛    
Effects of Betaine and Niacinamide Compound Preparation on Performance, Milk Quality and Serum Biochemical Indexes of Heat-Stressed Dairy Cows
YANG Zhantao1 , KONG Fanlin1 , WANG Jidong1 , YAO Kun1 , HAN Qiang2 , WANG Liang2 , LI Yajun3 , LIU Hui4 , LI Shengli1     
1. State Key Laboratory of Animal Nutrition, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China;
2. Kangrui(Shandong) Agricultural Development Co., Ltd., Weifang 261000, China;
3. Fudi Tongchuang(Beijing) Technology Co., Ltd., Beijing 100085, China;
4. Raman Corporation of Canada Beijing Representative Office, Beijing 100102, China
Abstract: This experiment was conducted to study the effects of betaine and niacinamide compound preparation on performance, milk quality and serum biochemical indexes of heat-stressed dairy cows, and determine the appropriate additive amount of betaine and niacinamide compound preparation. Forty-five mid-lactating Holstein cows with similar parity, days of lactation and milk yield were selected and randomly assigned into 3 groups with 15 replicates per group and 1 cow per replicate. Cows in the control group (CON group) were fed a basal diet, and others in low-dose group (LD group) and high-dose group (HD group) were fed basal diets supplemented with 30 and 60 g/d betaine and niacinamide compound preparation, respectively. The pre-experimental period lasted for 5 days, and the experimental period lasted for 30 days. The results showed as follows: 1) during day 16 to 30, the dry matter intake of LD and HD groups was significantly higher than that of CON group (P < 0.05); during day 1 to 30, the dry matter intake of HD group was significantly higher than that of CON group (P < 0.05). During day 1 to 15, day 16 to 30 and day 1 to 30, the milk yield of LD and HD groups was significantly higher than that of CON group (P < 0.05). 2) On day 15, the milk fat rate and milk protein rate of LD and HD groups were significantly higher than those of CON group (P < 0.05); on day 30, the milk urea nitrogen (UN) content of LD group was significantly lower than that of CON group (P < 0.05). 3) On day 15, the serum glucose (GLU) content of HD group was significantly lower than that of CON group (P < 0.05); on day 30, the serum GLU content of LD and HD groups was significantly lower than that of CON group (P < 0.05). On day 15, the serum UN content of LD and HD groups was significantly lower than that of CON group (P < 0.05). 4) On day 30, the serum alkaline phosphatase (ALP) activity of LD and HD groups was significantly lower than that of CON group (P < 0.05). On day 30, the serum creatinine (CRE) content of HD group was significantly lower than that of CON group (P < 0.05). In conclusion, the addition of betaine and niacinamide compound preparation in diets can increase the dry matter intake and milk yield of heat-stressed dairy cows, improve milk quality and some serum biochemical indexes, helpful to alleviate the heat stress of dairy cows, and 30 g/d is the appropriate additive amount.
Key words: betaine    nicotinamide    heat stress    performance    dairy cows    

适宜的环境条件是保障奶牛生产性能的关键性条件。研究表明,荷斯坦奶牛在5~25 ℃时生产性能最佳,温度过高会引起奶牛热应激,进而降低奶牛的产奶性能。在夏季高温高湿的环境下,荷斯坦奶牛无法通过自主散热来降低机体的体温,极易产生热应激[1-2]。因此,很多新型饲料添加剂被研发出来用以缓解奶牛热应激。甜菜碱(betaine)又名三甲基甘氨酸,广泛积累于耐盐或干旱条件作物中[3-4],最早是从甜菜制糖过程中分离出来的天然物质,目前已能人工合成[5]。甜菜碱在生物体内可以作为甲基供体,可以通过肝脏合成大量肉碱增强脂肪酸转运,从而促进脂肪酸的β氧化。同时,甜菜碱还是渗透压调节剂,可降低钠钾泵的运用,从而降低能量消耗,表现为降低产热。研究表明,夏季高温季节时奶牛饲粮中添加甜菜碱显著降低热休克蛋白70(HSP70)mRNA的表达量,从而使奶牛血液中HSP70含量显著降低,因而缓解了奶牛的夏季热应激[6]。而Peterson等[7]研究显示,在奶牛饲粮中添加100 g/d的甜菜碱显著提高了产奶量。

烟酰胺(nicotinamide)是一种B族维生素,在动物体内作为能量代谢的辅酶组成成分,参与碳水化合物和蛋白质的代谢,调控脂类的合成[8]。奶牛瘤胃在正常情况下可以通过体内色氨酸等物质合成烟酰胺,无需在饲粮中额外添加,但随着饲粮中精料比例的增加、饲料加工过程对饲粮中烟酰胺和色氨酸破坏等因素,可能导致奶牛烟酸缺乏,如果不及时给予补充,就会影响其产奶量,甚至会发生酮病[9-10]。烟酸是烟酰胺的前体物质,在小肠中转化为烟酰胺从而发挥作用。有研究显示,在热应激奶牛的饲粮中添加烟酸使奶牛的血管舒张,增加HSP70 mRNA的表达量,从而导致体温降低,缓解热应激[11-12]。孙先枝等[13]研究显示,在热应激奶牛饲粮中添加8 g/d的烟酰胺显著降低了奶牛血清中的非酯化脂肪酸(NEFA)、β-羟基丁酸(BHBA)等含量,对热应激环境下奶牛维持电解质平衡有积极作用。王金新等[14]给高产奶牛和中产奶牛补饲烟酰胺舔砖,结果显示,与对照组相比,试验组产奶量分别提高了14.32%和7.29%。

综上所述,甜菜碱和烟酰胺对缓解奶牛热应激和提高奶牛生产性能都有一定的作用,它们均可以调控脂肪的代谢,降低奶牛血液中NEFA含量,从而保持机体能量的平衡。但两者的代谢途径有所不同,甜菜碱是作为甲基供体通过促进脂肪酸的氧化来调控[6],而烟酰胺则是通过促进脂质的合成来调控[15],但是关于两者的组合效应目前尚未见报道。因此,本试验通过在夏季热应激奶牛饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂,旨在探究其对热应激奶牛生产性能、乳品质及血清生化指标的影响,为其在奶牛生产中的应用提供一定的科学依据。

1 材料与方法 1.1 试验材料

试验使用的甜菜碱与烟酰胺复合制剂产品购于山东某农业发展有限公司,其主要成分为甜菜碱和烟酰胺,其中甜菜碱含量≥70%,烟酰胺含量≤10%,过瘤胃率≥80%。

1.2 试验设计与饲养管理

试验选取体况良好及泌乳天数[(180±26) d]、胎次[(2.3±0.6)胎]、产奶量[(36.6±5.5) kg]相近的荷斯坦奶牛45头,随机分为3组,每组15个重复,每个重复1头牛。对照组(CON组)饲喂基础饲粮,低剂量组(LD组)在基础饲粮的基础上添加30 g/d的甜菜碱与烟酰胺复合制剂,高剂量组(HD组)在基础饲粮的基础上添加60 g/d的甜菜碱与烟酰胺复合制剂。预试期5 d,正试期30 d。

试验于2020年7月中旬至2020年8月中旬在中国农业大学奶牛营养创新团队试验基地(金银岛基地)进行。甜菜碱与烟酰胺复合制剂于每天07:00、14:00、19:00按照牧场每日早、中、晚投料比例(4 ∶ 3 ∶ 3)均匀地撒在基础饲粮中。其他饲养管理同养殖场内管理一致。基础饲粮组成及营养水平见表 1

表 1 基础饲粮组成及营养水平(鲜重基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (fresh weight basis)  
1.3 样品采集与测定指标 1.3.1 牛舍温湿度指数的测定与统计

试验期间,在每天08:00、14:00和20:00分别测定牛舍内前、中、后距离地面1.5 m处,共6个固定点的温度和相对湿度,并计算每天的温湿度指数,计算公式[16]为:

式中:THI为温湿度指数;T为温度(℃);RH为相对湿度(%)。

1.3.2 干物质采食量(DMI)、产奶量以及乳品质测定

试验期间,每天通过全自动全混合日粮(TMR)混料车进行混料,投料时记录每天早、中、晚的投料量,在第2天06:30之前,分别清理3组的剩料量并称重,计算3组试验牛的采食量,并计算干物质采食量。记录每天每头牛的产奶量,计算各组第1~15天、第16~30天及第1~30天的产奶量。

在试验期的第1天、第15天、第30天分别在06:30、13:30、20:30采集3组试验牛奶样,并按4:3:3比例混匀在50 mL的离心管中,加入防腐剂,4 ℃保存,次日送至北京奶牛中心,使用乳成分体细胞数联机测定仪(YQ1-57)进行测定。依据NY/T 2659—2014方法检测乳脂率、乳蛋白率和乳糖率,依据ZD-70-2015方法检测乳中尿素氮(UN)含量,依据NY/T 800—2004方法检测乳中体细胞数(×103个/mL)。4%乳脂校正乳(4%FCM)产量计算公式为:

式中:M为产奶量(kg);F为乳脂率(%)。

1.3.3 血清生化指标的测定

在试验的第1天、第15天、第30天,从每组随机选取9头牛尾根静脉采血10 mL,在4 ℃、3 000 r/min的条件下离心15 min后取出血清,-20 ℃保存待测。血清样品送至北京莱博泰瑞科技发展公司进行测定。胰岛素(INS)含量使用BFM-96型放射免疫计数器(众成机电技术有限公司)运用放射免疫分析法测定;血清葡萄糖(GLU)、UN、总胆红素(T-BIL)、NEFA、BHBA、总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、肌酐(CRE)含量以及谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、碱性磷酸酶(ALP)活性使用GF-D200型半自动生化分析仪(山东高密彩虹分析仪器有限公司)、722型分光光度计(山东高密彩虹分析仪器有限公司),并运用比色法进行测定;HSP70含量采用试剂盒法(试剂盒购自北京莱博泰瑞科技发展有限公司),使用美国Thermo Multiskan Ascent酶标仪进行测定。

1.4 统计分析

试验所得数据先通过Excel 2019进行初步整理后,用SAS 9.4软件的单因素方差分析程序进行统计分析,并采用Turkey’s法进行多重比较。P < 0.05表示差异显著。

2 结果 2.1 牛舍温湿度指数

试验期间牛舍温湿度指数变化如图 1所示。整个试验期间的牛舍温湿度指数基本高于70,表示试验期间奶牛处于热应激条件下。

图 1 牛舍温湿度指数 Fig. 1 THI of cowshed
2.2 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛干物质采食量和产奶量的影响

表 2可知,第16~30天,LH和HD组的干物质采食量显著高于CON组(P < 0.05);第1~30天,HD组的干物质采食量显著高于CON组(P < 0.05)。第1~15天、第16~30天和第1~30天,LH和HD组的产奶量均显著高于CON组(P < 0.05)。第15天,LH和HD组的4%乳脂校正乳产量显著高于CON组(P < 0.05)。

表 2 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛干物质采食量以及产奶量的影响 Table 2 Effects of betaine and niacinamide compound preparation on DMI and milk yield of heat-stressed dairy cows
2.3 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛乳品质的影响

表 3可知,第15天,LH和HD组的乳脂率和乳蛋白率显著高于CON组(P < 0.05);第30天,LD组的乳中UN含量显著低于CON组(P < 0.05)。各组乳糖率、乳中体细胞数在各时间点均差异不显著(P>0.05)。

表 3 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛乳品质的影响 Table 3 Effects of betaine and niacinamide compound preparation on milk quality of heat-stressed dairy cows
2.4 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清生化指标的影响

表 4可知,第15天,HD组的血清GLU含量显著低于CON组(P < 0.05);第30天,LD和HD组的血清GLU含量显著低于CON组(P < 0.05)。第15天,LD和HD组的血清UN含量显著低于CON组(P < 0.05)。各组血清INS、NEFA、BHBA、HSP70、TP、ALB含量在各时间点均差异不显著(P>0.05)。

表 4 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清生化指标的影响 Table 4 Effects of betaine and niacinamide compound preparation on serum biochemical indexes of heat-stressed dairy cows
2.5 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清肝脏代谢指标的影响

表 5可知,第30天,LD和HD组的血清ALP活性显著低于CON组(P < 0.05)。第30天,HD组的血清CRE含量显著低于CON组(P < 0.05)。各组血清ALT、AST活性及T-BIL含量在各时间点均差异不显著(P>0.05)。

表 5 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清肝脏代谢指标的影响 Table 5 Effects of betaine and niacinamide compound preparation on serum liver metabolism indexes of heat-stressed dairy cows
3 讨论 3.1 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛干物质采食量及产奶量的影响

奶牛的干物质采食量受很多因素的影响,包括饲料适口性、外界环境、奶牛瘤胃充盈度、食糜外流速度以及奶牛健康状况等[17-18]。现一般将温湿度指数=72作为判断奶牛热应激状态的阈值[19],并且每当温湿度指数增加1个单位,产奶量就降低0.2 kg[20]。有研究表明,甜菜碱有一定的诱食作用,能够促进奶牛的采食量。张丽等[21]研究发现,在夏季热应奶牛饲粮中添加15和20 g/d包膜甜菜碱,能够显著提高奶牛产奶量和采食量;李建国等[22]在奶牛饲粮中添加6和12 g/d的烟酸后发现,添加烟酸的试验组产奶量显著高于未添加烟酸的对照组。在本试验中,在奶牛饲粮中分别添加30和60 g/d的甜菜碱与烟酰胺复合制剂后,奶牛干物质采食量和产奶量升高,说明饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可以提高奶牛的生产性能。

3.2 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛乳品质的影响

乳成分是衡量牛奶质量的重要指标,其受高温的影响尤为明显。在本试验中,第1天的乳蛋白率和乳脂率均较低,且乳脂率低于乳蛋白率,这可能是由于热应激导致乳脂下降比例更高。有报道指出,当奶牛发生热应激时,温湿度指数每升高1个单位,乳脂和乳蛋白含量分别下降12和9 g[23],这表明热应激对乳脂的影响相对乳蛋白更大,这也是造成本试验前期出现异常状况的原因。樊晓京等[24]在奶牛饲粮中添加不同剂量的过瘤胃甜菜碱后,乳蛋白率和乳糖率有所升高,但差异不显著;杨耐德等[25]在奶牛饲粮中添加不同剂量的烟酸,发现对乳蛋白率、乳糖率和乳脂率均无显著影响。而本研究中,第15天的乳脂率和乳蛋白率均显著提高,这可能是甜菜碱与烟酰胺复合制剂对乳品质的提高有着组合效果。乳脂率升高可能是因为饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂显著提高了奶牛瘤胃中的丁酸含量以及乙酸/丙酸[26],乙酸和丁酸在瘤胃中主要用来合成乳脂,因此牛奶中的乳脂率有所升高。甜菜碱与烟酰胺复合制剂中的甜菜碱作为生物体内优良的甲基供体,与蛋氨酸的作用类似,因此在饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可通过减少蛋氨酸转甲基作用而引导蛋氨酸用于体蛋白或乳蛋白合成,这可能是本试验中乳蛋白率升高的原因。

乳中UN含量在奶牛实际生产中有重要意义,通过乳中UN含量可以来评定奶牛饲粮中蛋白质利用率以及蛋白质与能量的配比关系[27]。有研究表明,血清UN含量与饲料氮利用率成反比[28],在热应激条件下,奶牛采食量下降,导致部分必需氨基酸摄入不足,就会导致部分蛋白质分解为氨基酸,使血清UN含量增加,从而引起乳中UN增加。本试验结果显示,第30天LD组的乳中UN含量显著低于CON组,这说明饲粮添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂有助于缓解奶牛热应激。乳中的体细胞数是反映奶牛健康的直观指标,主要来源于血液中的白细胞以及部分乳腺组织上皮细胞。奶牛受到热应激时,乳房炎的患病率会增加,乳中的体细胞数也会随之增加[29]。连红[30]在热应激奶牛的饲粮中添加甜菜碱后发现,试验期间各组的乳中体细胞数均有下降。本试验中,饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂后,第15天和第30天LH和HD组的乳中体细胞数与CON组相比都有不同程度地下降。综上所述,在热应激状态下奶牛的饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可提高乳脂率和乳蛋白率,并且显著降低乳中UN含量,体细胞数也有一定程度地下降,对乳品质有着明显的提高作用。

3.3 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清生化指标的影响

血清生化指标是判断机体生理功能的重要参数,它能反映机体的代谢和健康[31]。血清GLU含量可以反映机体对糖的吸收和代谢,在INS和胰高血糖素的调节下,GLU的分解和合成处于动态平衡,GLU还是乳糖合成的前体物质,是乳腺上皮细胞合成乳蛋白和乳脂的底物[32-33]。血清TP、ALB含量可以反映动物机体蛋白质的吸收与合成状况,而血清UN含量则可以反映蛋白质代谢状况[34]。黄丽瑾[35]研究指出,奶牛正常的血清GLU含量为2.78~4.10 mmol/L。有研究显示,热应激状态下机体敏感神经兴奋,肾上腺皮质分泌功能增强,导致肾上腺素浓度升高,引起肝糖原分解并抑制INS的反应,从而使血清GLU含量升高[36]。在本试验的第15天、第30天,CON组血清GLU含量已经超过正常范围,这可能是热应激导致的结果,但第30天LD和HD组的血清GLU含量显著降低,这可能是由于甜菜碱与烟酰胺复合制剂中的烟酰胺促进了机体的脂质合成,从而引起机体能量消耗的增加。此外,第15天LD和HD组的血清UN含量显著低于CON组,其原因可能与乳中UN含量降低的原因一致;而各组血清TP和ALB含量无显著差异,说明甜菜碱与烟酰胺复合制剂对奶牛机体健康无不良影响。

血清NEFA和BHBA含量可以用来衡量体内能量平衡和能量动用状况[37]。有研究表明,奶牛在围产期由于能量负平衡引起了脂肪的动员,随着脂肪组织和肝糖原消耗的增加,血清NEFA含量显著增加[38]。本试验中,第30天LD和HD组的血清BHBA含量有所降低,表明饲粮添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可减少脂肪组织和肝糖原的消耗。HSP70是热休克蛋白家族中含量最丰富并且最为重要的热休克蛋白,具有维持细胞蛋白自稳,提高细胞对热应激原的耐受性的功能,使细胞维持正常的生理功能[6]。有研究表明,HSP70基因在热应激时会被激活,RNA聚合酶在转录调控因子的调解下迅速激活HSP70基因的启动子,大量转录HSP70 mRNA进而合成HSP70,引起HSP70表达水平升高[39]。在本研究中,与CON组相比,第15天和第30天LD和HD组的血清HSP70含量有所降低,表明甜菜碱与烟酰胺复合制剂对奶牛热应激有一定的缓解作用。

3.4 甜菜碱与烟酰胺复合制剂对热应激奶牛血清肝脏代谢指标的影响

CRE是肌酸磷酸酯在肌肉和蛋白质代谢中的分解产物[14],是反映机体蛋白质分解和肝脏氮素循环情况的指标,CRE含量的增加代表机体内蛋白质分解代谢活动增加[40]。有研究显示,在热应激条件下,奶牛血清CRE含量会升高[41]。本试验结果显示,第30天HD组的血清CRE含量显著低于CON组,说明甜菜碱与烟酰胺复合制剂具有缓解热应激的作用。ALP作为肝脏损伤的一个重要评估指标,在肝胆系统出现病变、胆汁淤积时,病变周围的肝细胞过度释放或者胆道梗阻导致其无法排入肠道而分泌入血,血清ALP活性就会升高[42]。AST和ALT作为肝脏代谢的重要指标,可有效反映反刍动物能量代谢转运情况,当机体肝脏损伤时会显著提高奶牛血清AST和ALT活性。T-BIL作为肝功能的重要指标,可分为直接胆红素和间接胆红素,两者中任何一个含量升高都表明肝脏损伤。本试验结果显示,各组血清ALT、AST活性及T-BIL含量在各时间点均差异不显著,第30天LD和HD组的血清ALP活性显著低于CON组,说明饲粮添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂不会导致奶牛肝脏的损伤。

4 结论

① 饲粮中添加甜菜碱与烟酰胺复合制剂可提高热应激奶牛的干物质采食量、产奶量和4%乳脂校正乳产量,改善乳品质及部分血清生化指标,有助于缓解奶牛热应激。

② 本试验条件下,为缓解奶牛热应激,饲粮中甜菜碱与烟酰胺复合制剂的适宜添加量为30 g/d。

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