Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 8: 5085 - 5093

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.433

RESEARCH PAPER

Study on Protein Metabolism Rule and Requirement of 500 to 550 kg Simmental Hybrid Beef Cattle

  • CAO Guangzhou , 1 ,
  • WANG Long 1 ,
  • LI Lin 1 ,
  • ZHANG Fengwei 1 ,
  • XU Lanjiao 1 ,
  • HU Ziyu 1 ,
  • LI Geping 2 ,
  • MEI Wenliang 1 ,
  • QU Mingren , 1, * ,
  • LIANG Huan , 1, *
Expand
  • 1 Engineering Research Center of Feed Development, Jiangxi Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China
  • 2 Jiangxi Shenglong Cattle Industry Group Co., Ltd., Pingxiang 337000, China
*QU Mingren, professor, E-mail: ;
LIANG Huan,associate researcher, E-mail:

Received date: 2024-02-08

  Online published: 2024-08-12

Fold

Abstract

This experiment was conducted to investigate the protein metabolism rule and requirement of 500 to 550 kg Simmental hybrid beef cattle. Thirty healthy Simmental hybrid bulls with similar weight of (497.73±43.84) kg were randomly divided into 5 groups with 6 replicates per group and 1 cow per replicate. The pre-feeding period was 10 days, and the formal experiment period was 45 days. The comprehensive net energy of all diets was 6.12 MJ/kg. The crude protein (CP) levels of the diets were 9.53%, 10.53%, 11.53%, 12.53% and 13.53%, respectively. The effects of different dietary CP levels on growth performance and protein metabolism of Simmental hybrid cattle were studied through feeding experiment and digestion and metabolism experiment. A prediction model of protein requirement of 500 to 550 kg Simmental hybrid cattle was established. The results showed as follows: 1) with the increase of dietary CP level, the average daily gain (ADG) of beef cattle in all groups was firstly increased and then decreased, and the ADG in 12.53% group was the highest, which was significantly higher than that in 9.53% and 13.53% groups (P<0.05), and the feed/gain (F/G) in 12.53% group was the lowest, which was significantly lower than that in 13.53% group (P<0.05). 2) Different dietary CP levels had no significant effects on CP digestibility of 500 to 550 kg Simmental hybrid cattle (P>0.05). Fecal nitrogen excretion of beef cattle in 10.53% group were the highest, which was significantly higher than that in 9.53% and 12.53% groups (P<0.05), and CP deposition rate of beef cattle in 12.53% group was the highest, which was significantly higher than that in other groups (P<0.05). 3) The CP requirement equation of 500 to 550 kg Simmental cross cattle was CP=7.89W0.75+68.60ADG, the maintenance CP (CPm) requirement was 7.89 g/(kg W0.75·d), and the CP per kilogram of weight gain (CPg) requirement was 68.60 g. The digestible CP (DCP) requirement equation is DCP=6.68W0.75+61.19ADG, the maintain digestible CP (DCPm) requirement is 6.68 g/(kgW0.75·d), and the digestible CP per kilogram of weight gain (DCPg) requirement is 61.19 g. Under the conditions of this experiment, the optimal dietary CP level for 500 to 550 kg Simmental hybrid bulls is 12.53%, and the results of this study can provide data reference for protein requirements of 500 to 550 kg Simmental hybrid bulls.

Key words： Simmental hybrid beef cattle; late fattening stage; protein; requirement

Cite this article

CAO Guangzhou , WANG Long , LI Lin , ZHANG Fengwei , XU Lanjiao , HU Ziyu , LI Geping , MEI Wenliang , QU Mingren , LIANG Huan . Study on Protein Metabolism Rule and Requirement of 500 to 550 kg Simmental Hybrid Beef Cattle[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(8) : 5085 -5093 . DOI: 10.12418/CJAN2024.433

肉牛的营养需要量是指导肉牛饲粮科学配制的技术指南。蛋白质在肉牛营养中发挥着非常重要的作用,也是影响肉牛饲料成本的主要因素。肉牛产业起步较早的欧美国家已经在肉牛蛋白质需要量方面开展了大量研究,并出台了肉牛饲养标准,例如美国NASEM(2016,已更新8版)、巴西BR-CORTE(2016)、北欧NorFor(2011)、荷兰DVE/OEB(2011)、法国INRA(2010)、泰国(2010)、日本(2008)、澳大利亚CSIRO(2007)及英国AFRC(1993)等[1⇓-3]。我国肉牛产业起步较晚,在蛋白质营养需要领域,饲养标准落后于产业发展实际,已成为制约肉牛产业发展的一个瓶颈问题,我国农业部于2004年发布了《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004),经过21年的发展,该标准已不符合当前我国肉牛的养殖需求。近年来,中国学者们通过饲养和屠宰试验、消化代谢试验、尼龙袋试验、体外模拟试验等研究方法,陆续研究了夏南牛[4]、湘中黑牛[5]、秦川牛[6]和华西牛[7]等肉牛品种的蛋白质需要量参数,但有关育肥后期西门塔尔杂交牛蛋白质需要量的研究目前还鲜有报道。
西门塔尔牛是世界著名的良种牛,具有体型大、生长快等特点,以产肉性能高、胴体瘦肉多而闻名,是杂交利用或改良地方品种的优良父本[8]。我国在20世纪50年代初就引入了西门塔尔牛,目前我国有2 788万头西门塔尔杂交牛,占全部存栏4 284.6万头牛的65%,占杂交牛群的79%,是我国最主要的育肥牛品种。目前我国西门塔尔杂交牛的出栏体重在600 kg以上,现有的《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)中最大推荐体重仅为500 kg,已经无法为育肥后期西门塔尔杂交牛饲粮的配制提供参考,急需研究育肥后期西门塔尔杂交牛的蛋白质需要量。本试验以西门塔尔杂交牛为研究对象,采用饲养试验和消化代谢试验等研究方法,通过解析西门塔尔杂交公牛平均日增重(ADG)与饲粮粗蛋白质(CP)水平和粪尿中蛋白质排出量之间的关系,建立500~550 kg西门塔尔杂交牛CP需要量的析因模型,并以此为基础,推导出500~550 kg西门塔尔杂交牛CP和可消化粗蛋白质(DCP)需要量参数,旨在为我国西门塔尔杂交牛科学养殖提供技术支持,为我国《肉牛饲养标准》的修订提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验时间和地点

饲养试验和消化代谢试验于2022年9月至2022年10月在江西省莲花县江西胜龙牛业集团有限责任公司进行,样品检测在江西农业大学江西省动物营养重点实验室完成。

1.2 试验设计

试验按照《江西农业大学实验动物福利伦理和动物实验安全审查制度》(赣农大发[2018]30号)要求操作。试验选用30头健康、体重[(497.73±43.84) kg]相近的西门塔尔杂交公牛,采用随机区组设计,将肉牛分成5个组,每组6头牛。参照《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)和《日本饲养标准:肉用牛(2008年版)》[9]中500 kg肉牛日增重1.0 kg/d时的需要量配制基础饲粮(A组),在A组(CP水平9.53%)基础上,B组、C组、D组和E组的饲粮CP水平依次增加1%(10.53%)、2%(11.53%)、3%(12.53%)和4%(13.53%),各组饲粮的综合净能统一为6.12 MJ/kg。饲粮组成及营养水平见表1。
表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of diets (DM basis) %

项目
Items		 组别Groups
A B C D E
原料Ingredients
麦秸Wheat straw 27.15 26.14 25.36 24.88 24.40
啤酒糟Brewer’s grains 5.00 8.00 10.00 12.00 14.00
玉米Corn 56.16 50.04 42.25 39.29 34.72
麦麸Wheat bran 8.00 12.00 18.00 18.00 20.00
豆粕Soybean meal 0.76 0.96 1.50 3.01 4.16
小苏打NaHCO3 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
食盐NaCl 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
石粉Limestone 0.30 0.30 0.10 0.13 0.22
磷酸氢钙CaPHO4 0.13 0.06 0.29 0.19
预混料Premix1) 1.00 1.00 1.00 1.00 1.00
合计Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels2)
综合净能NEmf/(MJ/kg) 6.12 6.12 6.12 6.12 6.12
粗蛋白质CP 9.53 10.53 11.53 12.53 13.53
钙Ca 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50
磷P 0.33 0.33 0.33 0.33 0.33
中性洗涤纤维NDF 31.73 33.05 34.79 35.13 36.01
酸性洗涤纤维ADF 18.77 19.32 20.01 20.30 20.78

1)每千克预混料含有 Per kilogram of premix contained the following: VD 320 000 IU,VA 150 000 IU,VE 4 000 IU,Fe 5 200 mg,Mn 1 600 mg,Zn 3 000 mg,Cu 700 mg,I 40 mg,Se 15 mg,Co 15 mg,Ca 150 g,P 40 g。

2) 综合净能为计算值,其他为实测值。NEmf was a calculated value,while the others were measured values.

1.3 饲养管理

预试期10 d,正试期45 d。在预试期对试验牛进行编号、驱虫等,试验牛全部单栏饲喂,每天打扫牛舍地面和料槽,保持圈舍干燥,阳光充足,保持卫生清洁。每日08:00和16:00定时饲喂试验牛,保证自由采食和饮水,并准确记录试验牛的日采食量。每周采集饲粮样和剩料样并烘干保存。在饲养试验开始和结束时对试验牛逐只进行称重。

1.4 消化代谢试验

饲养试验结束前3 d连续采集所有试验牛的粪便、尿液和全混合日粮(TMR)样品。于每天08: 00开始收集粪便,记录试验牛全天的总排便量,在塑料桶中充分混合均匀,按5%采样混合之后的粪样,加入浓度为10%的硫酸固氮,每100 g加入20 mL,冷冻保存待测。收集试验牛尿液的装置购买于中国农业大学,记录每天收集尿液的数量,并从中取10%混均,4层粗纱布过滤,称取500 mL过滤之后的尿液,加入10%硫酸,保存在-20 ℃冰箱中待测。

1.5 检测指标与方法

1.5.1 生长性能的测定

在正式试验期,在每天晨饲前准确称量与记录每头试验牛料槽中的剩料量,计算出试验牛的平均干物质日采食量(ADMI);在饲养试验正式开始的第1天和最后1天,在晨饲前称量全部试验牛的初始体重和终末体重,计算试验牛的ADG和料重比(F/G)。

1.5.2 饲粮样品检测指标

饲粮中干物质(DM)含量参考GB/T 6435—2014方法测定;中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量分别参考GB/T 20806—2006和NY/T 1459—2007方法测定;钙含量参考GB/T 6437—2002方法测定;磷含量参考GB/T 6437—2018方法测定;综合净能根据《肉牛饲养标准》(NY/T 815—2004)计算而来。

1.5.3 蛋白质代谢指标的测定

粪便、尿液及饲粮样品中氮含量参照GB/T 6432—2018[10]的方法进行测定。

1.6 计算公式

相关计算公式参照本课题组之前发表的论文[4]。
ADMI(kg/d)=饲粮DM含量×平均日采食量;
ADG(kg/d)=(终末体重-初始体重)/试验天数;
F/G=ADMI/ADG;
CP采食量=DM采食量×饲粮样氮含量×6.25;
DCP采食量(g/d)=CP采食量×CP消化率;
粪(尿)氮排泄量(g/d)=粪(尿)排泄量×粪(尿)样氮含量;
沉积氮(g/d)=饲粮氮采食量-粪氮排泄量-尿氮排泄量;
CP消化率(%)=100×[(CP采食量-粪氮排泄量×6.25)/CP采食量];
CP沉积率(%)=100×[CP采食量-(粪氮排泄量+尿氮排泄量)×6.25]/CP采食量。
根据析因法原理,西门塔尔杂交牛的CP和DCP需要量可分为维持需要和增重需要[11]。计算公式如下:
CP=a×W0.75+b×ADG;
DCP=a×W0.75+b×ADG。
式中:CP为粗蛋白质需要量(g/d);DCP为可消化粗蛋白质需要量(g/d);a和b为多元回归系数;W0.75为单位代谢体重(kg);ADG为平均日增重(kg/d)。

1.7 数据统计与分析

采用Excel 2019对试验数据进行初步整理,采用SPSS 21.0统计软件中的one-way ANOVA进行单因素方差分析,用Duncan氏法进行多重比较,并分析组间差异的显著性,以P<0.05为差异显著性判断标准;采用多元回归分析法对数据进行回归分析。

2 结果

2.1 饲粮不同CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛生长性能的影响

由表2可知,各组肉牛的初始体重和终末体重无显著差异(P>0.05);各组肉牛的ADG随饲粮CP水平的提高呈现先上升后下降的趋势,其中D组的ADG最高,达到1.11 kg/d,显著高于A组和E组(P<0.05);A组肉牛的ADMI最低,显著低于其他各组(P<0.05),B组肉牛的ADMI最高;D组肉牛的F/G最低,显著低于E组(P<0.05)。
表2 饲粮CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛生长性能的影响

Table 2 Effects of dietary CP levels on growth performance of 500 to 550 kg Simmental hybrid bulls

项目
Items		 组别Groups SEM P值P-value
A B C D E组 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
初始体重IBW/kg 493.6 498.6 503.0 497.8 499.0 8.20 0.348 0.838 0.916
终末体重FBW/kg 535.4 548.0 553.4 559.0 541.6 8.88 0.284 0.753 0.659
平均日增重
ADG/(kg/d)		 0.76b 0.90ab 0.92ab 1.11a 0.77b 0.06 0.042 0.583 0.047
平均干物质日采食量
ADMI/(kg/d)		 9.26c 10.31a 10.22ab 9.80ab 9.99ab 0.10 0.013 0.073 0.002
料重比F/G 12.74ab 13.06ab 12.41ab 8.98b 15.35a 0.95 0.044 0.876 0.043

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

2.2 饲粮不同CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛蛋白质代谢的影响

由表3可知,饲粮不同CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛的进食氮、粪氮排泄量、尿氮排泄量、沉积氮和CP沉积率均有显著影响(P<0.05),其中E组肉牛的进食氮、尿氮排泄量和沉积氮最高,显著高于A组和D组(P<0.05),B组肉牛的粪氮排泄量最高,显著高于A组和D组(P<0.05),D组肉牛的CP沉积率最高,显著高于其余各组(P<0.05);不同饲粮CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛的CP消化率无显著影响(P>0.05)。
表3 饲粮CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛蛋白质代谢的影响

Table 3 Effects of dietary CP levels on protein metabolism of 500 to 550 kg Simmental hybrid bulls

项目
Items		 组别Groups SEM P值P-value
A B C D E 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
进食氮
Feeding nitrogen/(g/d)		 127.76c 143.86b 147.97ab 139.93b 154.25a 2.03 0.043 0.001 0.099
粪氮排泄量
Fecal nitrogen excretion/(g/d)		 34.10bc 37.23a 35.51ab 32.64c 36.85a 0.41 0.018 0.001 0.143
尿氮排泄量
Urinary nitrogen excretion/(g/d)		 52.39bc 55.37a 53.74ab 50.69c 55.56a 1.23 0.026 0.001 0.684
沉积氮
Deposited nitrogen/(g/d)		 40.27d 50.59c 58.72ab 56.25b 62.40a 1.55 0.030 0.001 0.004
粗蛋白质消化率
CP digestibility/%		 71.10 73.84 75.88 74.94 74.73 0.30 0.233 0.251 0.279
粗蛋白质沉积率
CP deposition rate/%		 31.75d 35.33c 39.68b 40.45a 40.09b 1.55 0.012 0.001 0.010

2.3 500~550 kg西门塔尔杂交牛CP和DCP需要量模型的建立

根据肉牛饲养试验和消化代谢试验获得的试验数据,将试验牛的CP采食量和DCP采食量分别与ADG、单位代谢体重进行回归分析,得出500~550 kg西门塔尔杂交牛的CP需要量和DCP需要量方程如下所示:
CP=7.89W0.75+68.60ADG
(R2=0.992,P<0.001,n=30);
DCP=6.68W0.75+61.19ADG
(R2=0.990,P<0.001,n=30)。
由方程可知,500~550 kg西门塔尔杂交牛的维持粗蛋白质(CPm)需要量为7.89 g/(kgW0.75·d),每千克增重的粗蛋白质(CPg)需要量为68.60 g;维持可消化粗蛋白质(DCPm)需要量为6.68 g/(kgW0.75·d),每千克增重的可消化粗蛋白质(DCPg)需要量为61.19 g。

3 讨论

3.1 饲粮不同CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛生长性能的影响

饲粮的CP水平与动物的生长发育和生产性能密切相关[12]。适宜的CP水平是提高动物蛋白质和能量利用效率的关键因素,饲粮CP供给不足时难以满足动物营养需要,从而影响动物生长性能,而饲粮CP水平过高时,过多的氮会从粪尿中排出,加重机体代谢负担,降低饲料利用率[13]。近年来,国内外关于饲粮CP水平影响肉牛生长性能的研究较多,Blome等[14]研究发现,荷斯坦犊牛的ADG与饲粮CP水平呈显著的正相关关系。王微等[15]、刘道杨[16]、李麒[6]和魏金涛等[17]分别研究了饲粮CP水平对锦江黄牛、湘中黑牛、秦川牛和西门塔尔牛生长性能的影响,均得到了相似的结论。但代正阳等[18]的研究结果表明,在中等CP水平条件下,金华黄牛的生长性能最优,高CP水平组的生长性能反而最差。本试验的研究结果表明,500~550 kg阶段的西门塔尔杂交牛ADG随饲粮CP水平的提高呈现先上升后下降的趋势,其中12.39%组的ADG最高,F/G最低,这一结果与代正阳等[18]的研究结果相一致,与Blome等[14]、王微等[15]、刘道杨[16]、李麒[6]和魏金涛等[17]的研究结果不同,分析原因可能是肉牛品种和生理阶段不同引起的,有研究表明,育肥后期的肉牛对蛋白质的需求量较低,供给过多不仅会提高机体代谢负担,还会造成浪费[19]。此外,CP水平最高组(13.53%)肉牛的ADG降低,F/G升高,这与代正阳等[18]和荆元强[20]的研究结果相一致,原因可能是西门塔尔杂交牛在育肥后期肌肉生长速度减缓,脂肪沉积速度增加,对饲粮中蛋白质的需求相比育肥前期有所减少,从而造成本试验饲粮CP水平升高,但ADG反而下降的情况[21]。

3.2 饲粮CP水平对500~550 kg西门塔尔杂交牛蛋白质代谢的影响

CP利用效率是评价饲粮营养价值的重要指标,品种、性别、生理阶段以及健康状态等多种因素都会影响动物的CP利用效率。CP消化率和CP沉积率是评价肉牛对饲粮蛋白质利用效率的标准。刘庆华等[22]研究了不同饲粮CP水平对生长期闽南黄牛公牛蛋白质代谢的影响,结果发现闽南黄牛的CP采食量与CP消化率呈正相关关系,与CP沉积率呈负相关关系,其CP消化率为54.46%~62.93%;黄洁等[23]研究发现,育成期西门塔尔杂交母牛的CP消化率为53.3%~73.2%,CP沉积率为22.5%~44.4%;穆阿丽等[24]研究发现,生长期龄利×鲁杂交牛的CP消化率为75.93%,CP沉积率为35.28%;任继平等[25]研究发现,肥育期夏洛莱杂交牛的CP消化率为69.73%,CP沉积率为22.32%,且CP消化率与CP采食量呈正相关关系。本试验的研究结果表明,500~550 kg西门塔尔杂交牛的CP消化率为74.10%~75.88%,CP沉积率为31.75%~40.45%,这一结果要高于前面已有的研究报道,原因可能与试验动物的品种、生理阶段以及饲养条件有关,本次使用的是育肥后期(500~550 kg)的西门塔尔杂交公牛,其体型较大,其蛋白质沉积能力可能更强。此外,本试验的研究结果还发现,CP沉积率随饲粮CP水平的增加呈现先上升后下降的趋势,D组(12.53%)肉牛的CP沉积率最高,这与刘庆华等[22]的研究结果相一致。

3.3 500~550 kg西门塔尔杂交牛的CP和DCP需要量的确定

肉牛的生长、发育和增重等生理活动都离不开能量和蛋白质的有效供给。目前国内外针对肉牛CP和DCP需要量已开展了较多研究,但有关育肥后期西门塔尔牛蛋白质需要量的研究却鲜有报道。穆阿丽等[24]研究了利木赞×鲁西黄牛杂交肉牛的CP代谢情况和CP需要量,研究结果显示利鲁杂交牛的CPm需要量为6.46 g/(kgW0.75·d),DCPm需要量为5.81 g/(kgW0.75·d),CPg需要量为249.46 g,DCPg需要量为153.09 g;刘道杨[16]研究发现,12~13月龄湘中黑牛的DCPm需要量为2.66 g/(kgW0.75·d),CPm需要量为5.29 g/(kgW0.75·d),CPg需要量为430.69 g,DCPg需要量为377.95 g。Chizzotti等[26]通过研究得出巴西内洛尔牛的CPm需要量为1.74 g/(kgW0.75·d),维持代谢CP需要量为2.30 g/(kgW0.75·d);Philippe等[27]研究发现,生长期肉牛的维持代谢CP需要量为3.25 g/(kgW0.75·d);而Susmel等[28]通过研究发现,生长期肉牛的维持代谢CP需要量为3.8 g/(kgW0.75·d),并且这一研究结果被美国NRC(2000)[29]采纳。在本次试验条件下,500~550 kg西门塔尔杂交牛的CPm需要量为7.89 g/(kgW0.75·d), CPg需要量为68.60 g;DCPm需要量为6.68 g/(kgW0.75·d),DCPg需要量为61.19 g,这一结果要低于之前已有的研究报道。此外,根据本试验得出的西门塔尔牛的CP需要量预测模型,对不同阶段的西门塔尔牛CP需要量进行计算,并与《日本饲养标准:肉用牛(2008年版)》[9]推荐量进行比较发现,500~550 kg的西门塔尔牛在增重较慢的状态下(0.6 kg/d),其CP需要量略低于《日本饲养标准:肉用牛(2008年版)》[9]的推荐值,而在中等生长速度(0.8 kg/d)和高增长速度(1.0 kg/d)条件下要都略高于《日本饲养标准:肉用牛(2008年版)》的推荐值,造成试验结果与上述结果不同的原因可能是试验动物的品种、育肥模式以及饲养环境等因素不同造成的。

4 结论

本试验条件下,500~550 kg西门塔尔杂交公牛的最适饲粮CP水平为12.53%;500~550 kg西门塔尔杂交牛的CP需要量方程为CP=7.89W0.75+68.60ADG,其CPm需要量为7.89 g/(kgW0.75·d),CPg需要量为68.60 g;DCP需要量方程为DCP=6.68W0.75+61.19ADG,其DCPm需要量为6.68 g/(kgW0.75·d),DCPg需要量为61.19 g。

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