豆粕中蛋白质含量高、氨基酸平衡,是植物性蛋白质的优选,很适合动物营养需要。但是植物性蛋白质的瘤胃降解率在60%以上,造成很大的浪费。自2018年南美大豆减产和中美贸易大战增加美国大豆关税后,我国豆粕价格持续走高[1]。因此,选择高性价比蛋白质饲料原料迫在眉睫。通过过瘤胃化的处理可提高豆粕过瘤胃率,从而提高蛋白质转化效率。因此,推广过瘤胃豆粕替代常规豆粕,验证其在国内奶牛场使用效果,对其推广具有重要的理论与实践意义。张春刚等[2]利用过瘤胃豆粕替代饲粮中17%的豆粕,发现饲喂过瘤胃豆粕可以提高高产泌乳牛的干物质采食量、产奶量以及乳成分。Colmenero等[3]通过饲养试验证实,饲喂过瘤胃蛋白质可使乳蛋白率从3.0%增至3.2%,且全群产奶量显著提高,均达到43 kg/(头·d)以上。
目前,关于过瘤胃豆粕在泌乳牛上的应用研究报道较为少见,特别是研究过瘤胃豆粕替代不同比例常规豆粕对泌乳牛血液生化指标的影响尚未见报道。将优质植物蛋白质源豆粕进行过瘤胃处理,减少优质蛋白质在瘤胃中的降解,使之更多地过瘤胃提供给皱胃和小肠进行消化吸收,将优质蛋白质更多地直接提供给奶牛而更少地供给瘤胃微生物,可提高蛋白质的利用率。因此,本试验旨在研究过瘤胃豆粕替代不同比例常规豆粕对奶牛生产性能及血浆生化指标的影响,以确定过瘤胃豆粕的适宜添加比例,为过瘤胃豆粕在实际中应用提供参考。
1 材料与方法 1.1 试验材料试验所用的常规豆粕和过瘤胃豆粕(过瘤胃率为70%)均由黑龙江禾丰公司提供,常规豆粕为淡黄色颗粒状物质,粗蛋白质含量(干物质基础)≥40%,水分含量≤12%;过瘤胃豆粕为红褐色颗粒状物质,由乙基纤维素包被,粗蛋白质含量(干物质基础)≥50%,水分含量≤12%。
1.2 试验设计和饲养管理选择黑龙江省绥化市裕达牧业有限公司奶牛场胎次[(2.79±0.28)胎]、体重[(570.00±20.43) kg]、平均泌乳量[(30.00±1.61) kg/d]、泌乳天数[(157.63±8.42) d]相近且健康奶牛60头,随机分为4组,每组15头。对照组饲喂基础饲粮,试验Ⅰ组用过瘤胃豆粕替代基础饲粮中12.5%的常规豆粕,试验Ⅱ组用过瘤胃豆粕替代基础饲粮中25.0%的常规豆粕,试验Ⅲ组用过瘤胃豆粕替代基础饲粮中50.0%的常规豆粕。试验饲粮组成及营养水平见表 1。试验牛采用分栏饲喂,预试期为15 d,正试期为45 d。试验牛每日使用阿菲金进口全自动挤奶器挤奶3次(04: 00、12:00、18:00),每日饲喂全混合日粮(TMR)3次(04:30、12:30、18:30),确保奶牛每日有20 h以上时间能够接触到TMR。试验奶牛采食后,在运动场自由运动和饮水,按常规对试验牛进行驱虫、光照及管理。
试验牛分栏饲喂,单独记录每头试验牛的采食量。预试期内,每隔5 d记录1次投料量,每次饲喂前收集剩余饲粮并称重,依据投料量和剩料量计算出每头牛的采食量。采用相同的方法,正试期内每隔15 d记录并计算1次采食量,总共记录3次,每次连续记录3 d,根据3 d的采食量记录计算出该阶段的平均采食量。每次根据上一阶段测定的平均采食量调整下一阶段饲粮饲喂量。
饲粮样品的采集:用四分法收集新鲜饲粮样品各1 kg,用于测定饲粮中各种营养物质的含量。
在正试期最后5 d通过连接挤奶器的采样器连续进行牛奶样品采集,每天3次,按4 : 3 : 3比例混合,取50 mL加入5%重铬酸钾防腐剂的测定管中,于4 ℃保存,用于乳成分测定;从奶牛尾静脉采血于10 mL肝素钠抗凝管中静置离心(3 000×g,10 min)分离血浆,并于-20 ℃冰箱保存用于测定血浆生化指标;泌乳量则每天通过挤乳器自动计量。
1.4 测定方法干物质、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)和淀粉含量测定方法参见AOAC(2000)[5]的方法。粗蛋白质含量采用FOSS全自动凯氏定氮仪测定[6],酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量采用ANKOM A2000i(滤袋技术)全自动纤维仪测定[7],钙(Ca)含量采用高锰酸钾法[8]测定,磷(P)含量采用钒钼酸铵比色法[9]测定。
血浆尿素氮(urea nitrogen,UN)、总蛋白(albumin,ALB)、葡萄糖(glucose,GLU)含量以及谷丙转氨酶(alanine aminotransferase,ALT)、谷草转氨酶(aspartate transaminase,AST)、碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性等利用BA-88A半自动生化分析仪(迈瑞中国)采用试剂盒进行,试剂盒均购于南京建成生物工程研究所。
奶牛的乳成分采用Foss Milkoscan 4000乳成分分析仪(Foss Electric,丹麦)测定。
1.5 统计分析试验数据经Excel 2010软件整理后,采用SPSS 17.0软件的一般线性模型(GLM)程序进行单因素方差分析。并采用Duncan氏法多重比较检验组间差异显著性,结果用平均值±标准误(mean±SE)表示,以P<0.05表示为差异显著。模型如下:
式中:Xij为因变量;μ为总体均值;ai为单个水平效应;Σil为随机残差效应。
2 结果 2.1 过瘤胃豆粕替代常规豆粕对奶牛生产性能的影响从表 2可以看出,饲喂过瘤胃豆粕可以有效提高奶牛干物质采食量,各试验组的奶牛干物质采食量均显著高于对照组(P<0.05),且随着过瘤胃豆粕替代比例的增加而升高,但各试验组之间差异不显著(P>0.05)。各试验组奶牛的乳脂率、乳糖率、非脂乳固体含量与对照组相比均有升高的趋势,但差异不显著(P>0.05)。各试验组奶牛的产奶量均显著高于对照组(P < 0.05),且随着过瘤胃豆粕替代比例的增加而显著升高(P < 0.05)。试验Ⅲ组奶牛的乳蛋白率显著高于试验Ⅱ组(P < 0.05),试验Ⅱ组显著高于试验Ⅰ组和对照组(P < 0.05),试验Ⅰ组与对照组之间差异不显著(P>0.05)。试验Ⅲ组和试验Ⅱ组奶牛的乳尿素氮含量均显著高于试验Ⅰ组和对照组(P < 0.05),试验Ⅲ组与试验Ⅱ组之间差异不显著(P>0.05),试验Ⅰ组与对照组之间差异不显著(P>0.05)。各试验组奶牛的乳体细胞数高于对照组,但差异不显著(P>0.05)。
从表 3可以看出,各试验组血浆总蛋白和葡萄糖含量均显著高于对照组(P<0.05),且随着过瘤胃豆粕替代比例的增加而显著升高(P<0.05)。各组间血浆尿素氮含量及谷丙转氨酶、谷草转氨酶、碱性磷酸酶活性差异均不显著(P>0.05)。
干物质采食量对奶牛的生长十分重要。干物质采食量受饲粮适口性、瘤胃充盈度、食糜外流速度和奶牛自身的新陈代谢等因素的影响[10-11]。泌乳牛每增加1 kg干物质摄入量,牛奶产量将增加约2 kg[12],因此千方百计地提高奶牛的干物质采食量是养殖者追求的目标之一。本试验中可以看出,饲喂过瘤胃豆粕可以有效提高奶牛干物质采食量,且随着过瘤胃豆粕添加比例的增加而上升。张春刚等[2]研究表明,饲喂过瘤胃豆粕可以提高奶牛干物质采食量,这与本试验结果一致。本试验中,试验Ⅲ组奶牛的干物质采食量较对照组提高了0.43 kg。Overton等[13]研究发现,每天补饲20 g/头过瘤胃蛋白,其干物质采食量较对照组增加了0.5 kg。其原因可能是过瘤胃豆粕具有较好的适口性,促进奶牛采食。需要注意的是,过瘤胃豆粕的过瘤胃率为70%。这说明,实际的过瘤胃豆粕添加量应该是0.227 5、0.455 0和0.910 0 kg。
3.2 过瘤胃豆粕替代常规豆粕对奶牛生产性能的影响影响泌乳量的因素很多,但主要是受遗传、生理和环境等因素影响。饲粮作为环境因素中最主要的组成部分,对泌乳量起到最直接的调控作用[14]。本研究发现,试验组奶牛的产奶量均显著高于对照组,说明利用过瘤胃豆粕代替常规豆粕有利于奶牛泌乳性能的发挥。从乳成分变化来看,试验组奶牛的乳脂率、乳糖率、乳尿素氮含量与对照组相比均有升高的趋势。这一结果与段玲欣等[15]的研究结果相似。Pereira等[16]饲喂热处理豆粕代替常规豆粕后发现,饲喂热处理豆粕可提高奶牛产奶量,促进乳蛋白合成,提高乳蛋白率。Nursoy等[17]研究表明,在奶牛饲粮中添加过瘤胃蛋白可以提高奶牛的干物质采食量、产奶量和乳蛋白率,对乳脂率无不良影响。马慧等[18]研究发现,在高产牛饲粮中利用新型过瘤胃豆粕替代常规豆粕能够显著提高采食量,改善乳成分,降低乳中尿素氮含量。但Wilson等[19]研究表明,奶牛饲粮中添加过瘤胃蛋白虽会提高泌乳量,但会降低乳脂率,对乳蛋白率影响不大。
造成本试验结果的原因还可能是由于豆粕中含有的多种氨基酸引起,豆粕的主要成分含量为:粗蛋白质40%~48%,赖氨酸2.5%~3.0%,色氨酸0.6%~0.7%,蛋氨酸0.5%~0.7%[20]。豆粕经过瘤胃处理后,更利于氨基酸在小肠内消化利用。云伏雨[21]在奶牛饲粮中补饲瘤胃保护性赖氨酸(RPLys)后发现,其对奶牛干物质采食量无显著影响,但显著提高了奶牛的产奶量和乳蛋白含量。RPLys的使用可以满足泌乳奶牛对限制性氨基酸的需要,增加小肠可利用氨基酸的数量,进而提高泌乳奶牛的生产性能。奶牛饲粮中的小肠可消化蛋白质(IDCP)是合成乳蛋白的来源[22],在奶牛饲粮中添RPLys后可提高IDCP的总量, 并改善了IDCP中可消化氨基酸的组成比例,从而提高了奶牛乳蛋白的含量。
牛奶中尿素含量介于20~30 mg/dL之间为正常的含量范围[23],乘以尿素的含氮量,则为乳尿素氮的含量[24]。牛群乳尿素氮含量的平均值为13~14 mg/dL,标准差在±(3~4) mg/dL,即大多分布在10~18 mg/dL内[25],本试验对照组和试验Ⅰ组乳尿素氮含量均在此范围之内,而试验Ⅱ组和试验Ⅲ组则略高于此范围,且乳尿素氮的含量随过瘤胃豆粕比例增加而增加。Godden等[26]认为,当对乳尿素氮含量与乳脂率、乳蛋白率进行奶牛个体水平分析时,存在负的非线性相关。本试验饲粮调整前后对奶牛乳尿素氮含量的影响不符合Godden等[26]论述,原因可能是试验组干物质采食量增加导致机体吸收较多粗蛋白质,也有可能是过瘤胃豆粕的粗蛋白质更易被动物机体吸收利用,但本试验牛群未出现能量负平衡表现,本试验结果乳尿素氮含量虽然略高,但在合理范围内。
乳尿素氮含量过高是氨基酸不平衡造成的。氨基酸组成及其含量是影响反刍动物含氮物质消化率、沉积率、吸收率、排泄率的重要因素。自然情况下氨基酸对机体的损害几乎不存在, 机体会通过多种新陈代谢途径对富余氨基酸进行转化利用, 但饲粮中氨基酸含量超过动物的承受范围时也会对机体产生负面影响。成年反刍动物瘤胃发育完全, 低蛋白质氨基酸平衡饲粮同样不会影响其生产性能。Chen等[27]研究表明, 降低奶牛饲粮中2%蛋白质水平会降低产奶量, 但添加过瘤胃蛋氨酸后, 不仅不会影响奶牛产奶性能, 且可提高氮利用率, 降低牛奶和尿液中尿素氮的含量。Sinclair等[28]将奶牛饲粮蛋白质水平从18%降至15%时, 补充过瘤胃蛋氨酸和赖氨酸后奶牛产奶性能不受其影响, 且显著增增加氮利用率, 减少尿氮损失。Piepenbrink等[29]研究证明, 在粗蛋白质含量为14%的饲粮中添加蛋氨酸和赖氨酸, 奶牛的产奶量和乳蛋白率与粗蛋白质含量为18%的饲粮相同。氨基酸对动物机体的作用是非常复杂的, 动物对氨基酸的利用率也会随氨基酸之间平衡性的增加而增加, 只有保持氨基酸营养平衡才能达到氨基酸利用的最高效率。使用过瘤胃豆粕可降低饲粮粗蛋白质含量,防止因氨基酸不平衡导致氮的浪费。
3.3 过瘤胃豆粕替代常规豆粕对奶牛血浆生化指标的影响血浆生化指标是衡量奶牛代谢健康的重要指标。本研究发现,不同比例过瘤胃豆粕替代奶牛饲粮中部分常规豆粕后,对血浆尿素氮含量及谷丙转氨酶、谷草转氨酶、碱性磷酸酶活性没有显著影响,各指标都处于正常范围内。机体蛋白质的代谢是蛋白质合成与分解的动态过程。奶牛吸收的氨基酸可以被利用,合成血浆蛋白,同时体蛋白被分解产生的氨基酸也可以被利用合成血浆蛋白,因此血浆蛋白的含量同时受到饲粮氨基酸吸收量和机体蛋白质分解量的影响[30]。也有研究表明,血浆蛋白含量受饲粮蛋白质水平影响,但由于其维持血浆正常的渗透压,因此血浆总蛋白含量保持相对恒定[31],这与本研究结果不相符。毕晓华等[32]通过奶牛饲喂60 g/d过瘤胃蛋氨酸发现,机体内总蛋白含量显著提高。可能是由于本研究中豆粕含有1.35%过瘤胃蛋氨酸引起,导致本文结果的具体机理还有待进一步研究。葡萄糖为机体代谢尤其是神经系统的转运提供能量,是反映机体能量代谢的重要指标[33]。本研究中,血浆葡萄糖含量随着过瘤胃豆粕替代比例的添加而显著增加,可能是由于干物质采食量随着过瘤胃比例的添加而显著增加,导致淀粉的摄入量伴随着干物质采食量的提高而增加,从而提高了血浆葡萄糖含量,这对奶牛能量代谢具有重要意义。且豆粕中氨基酸经过过瘤胃处理后,包精氨酸、组氨酸、异亮氨酸等生糖氨基酸可更好代谢转变成丙酮酸、α-酮戊二酸、琥珀酸或草酰乙酸,再通过这些羧酸变成葡萄糖和糖原流入血液,导致血浆葡萄糖含量升高[34]。
4 结论过瘤胃豆粕替代常规豆粕可以起到提高奶牛的提高奶牛的干物质采食量,改善乳成分,同时改善奶牛机体代谢。在本试验条件下,以过瘤胃豆粕替代基础饲粮中50.0%的常规豆粕效果最佳。
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