Chinese Journal of Animal Nutrition >

2026 , Vol. 38 >Issue 4: 2709 - 2719

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.218

RESEARCH PAPER

Effects of Biochanin A on Lactation Performance, Serum Biochemical Indexes, Nutrient Apparent Digestibility and Nitrogen Utilization of Heat-Stressed Dairy Cows

  • TUO Yong , 1 ,
  • ZHAN Zhenhong 1 ,
  • REN Ziyi 1 ,
  • TURHONG Aikdan 1 ,
  • WEN Xiaoyan 1 ,
  • ZANG Shunshun 1 ,
  • LIU Xiaojun 2 ,
  • WANG Xihu 2 ,
  • WANG Jun 2 ,
  • ZHAO Shengguo , 3, * ,
  • AMAT Guzalnur , 1, *
Expand
  • 1 Key Laboratory of Feed Biotechnology for Herbivorous Livestock, Feed Research Institute, Xinjiang Uygur Autonomous Region Academy of Animal Husbandry Sciences, Urumqi 830011, China
  • 2 Hutubi Cattle Breeding Farm Co., Ltd., Changji 831200, China
  • 3 National Key Laboratory of Livestock Nutrition and Feeding, Beijing Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China
*ZHAO Shengguo, professor, E-mail: ;
AMAT Guzalnur, associate professor, E-mail:

Received date: 2025-09-26

  Online published: 2026-04-14

Fold

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of dietary supplementation with biochanin A on lactation performance, serum biochemical indexes, nutrient apparent digestibility, and nitrogen utilization of heat-stressed Holstein dairy cows. A total of 300 healthy Holstein cows with similar parity (2 to 3 parities), milk yield [(34.05±5.40) kg], and days in milk [(175.02±34.91) d] were randomly assigned to three groups, with 100 cows per group. The cows were fed a total mixed ration (TMR) supplemented with 0 (control group), 2 (low-dose group) and 10 g/d (high-dose group) biochanin A. The experiment lasted for 35 days, including a 7-day adaptation period and a 28-day experimental period. The results showed as follows: 1) throughout the trial, the average daily temperature-humidity index (THI) in the barn exceeded 68, and the respiratory rate of cows in all groups was over 60 breaths/min, indicating that the cows were under heat stress. Compared with the control group, the respiratory rate on day 28 was significantly lower in the high-dose group (P<0.05). The serum contents of heat shock protein-27 and heat shock protein-70 were significantly lower in both the low- and high-dose groups than those in the control group (P<0.05). 2) Milk yield, feed conversion efficiency, and milk protein yield were significantly higher in the high-dose group than those in the control group (P<0.05). 3) Serum total protein content was significantly higher in the high-dose group than that in the control group (P<0.05), while serum urea and β-hydroxybutyric acid contents were significantly lower (P<0.05). 4) The apparent digestibility of crude protein and neutral detergent fiber was significantly higher in the high-dose group than those in the control group (P<0.05). 5) Milk nitrogen yield and nitrogen conversion rate were significantly higher in the high-dose group than those in the control group (P<0.05). Serum urea nitrogen, urinary urea nitrogen, and ruminal ammonia nitrogen (NH3-N) contents were significantly lower in the high-dose group than those in the control group (P<0.05). Ruminal urease activity was significantly lower in both the low- and high-dose groups compared with the control group (P<0.05). In conclusion, dietary supplementation with 10 g/d biochanin A improves milk yield and milk protein production, optimizes nitrogen metabolism, and alleviates heat stress symptoms of heat-stressed Holstein dairy cows.

Key words： biochanin A; dairy cows; lactation performance; serum biochemical indexes; nutrient apparent digestibility; nitrogen utilization

Cite this article

TUO Yong , ZHAN Zhenhong , REN Ziyi , TURHONG Aikdan , WEN Xiaoyan , ZANG Shunshun , LIU Xiaojun , WANG Xihu , WANG Jun , ZHAO Shengguo , AMAT Guzalnur . Effects of Biochanin A on Lactation Performance, Serum Biochemical Indexes, Nutrient Apparent Digestibility and Nitrogen Utilization of Heat-Stressed Dairy Cows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2026 , 38(4) : 2709 -2719 . DOI: 10.12418/CJAN2026.218

随着养殖业集约化发展与全球气候的持续变暖,提高资源利用率成为了畜牧养殖业的核心挑战[1-2]。尤其是奶业发展正处于瓶颈突破与模式重构阶段,亟须开发兼具高效性与可持续性的高产奶牛养殖策略[3]。近年来,植物提取物因其调控瘤胃发酵和氮代谢的潜力受到关注,鹰嘴豆芽素A(biochanin A)是植物中提取的天然异黄酮化合物,属于植物雌激素,主要存在于豆科植物中。该植物提取物最初在红三叶草的茎、叶组织中被检测到,除红三叶草外,其天然来源还包括苜蓿[4]、大豆[5]和鹰嘴豆[6]等,其中,红三叶草叶片中鹰嘴豆芽素A含量最为丰富,约为10.30 mg/g[7]。有研究发现,饲粮中添加红三叶草异黄酮(鹰嘴豆芽素A含量0.15~0.26 g/kg)可提高泌乳奶牛产奶量与血清中免疫球蛋白A含量,降低肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量,同时降低血液和乳中尿素氮含量[8];另外,红三叶草异黄酮还能降低瘤胃内脲酶活性[9]。然而,红三叶草中丰富的异黄酮可能进一步增加牛奶中雌马酚等雌激素的富集,可能对食品安全造成潜在不利影响[10]。为应对这一潜在危害,Dadáková等[11]利用奶牛瘤胃体外消化含有红三叶草异黄酮的精料型饲粮,检测消化液发现鹰嘴豆芽素A含量占比较高;Jacobs等[12]在羔羊饲粮中补充鹰嘴豆芽素A,持续60 d后尿液中氨的累积挥发量有效降低33%;Xu等[13]在奶山羊饲粮中添加鹰嘴豆芽素A提升了产奶量,改善了机体氮代谢和抗氧化能力。上述结果表明,直接使用纯化的鹰嘴豆芽素A,有望在绕开红三叶草中其他可能导致雌激素富集的复杂成分的同时,依然保留其核心的益生作用,从而为安全、高效地调控生产性能提供了新策略。然而,现有关于鹰嘴豆芽素A在奶牛生产中的应用研究,多集中于体外模型,其在热应激环境下对高产奶牛泌乳性能、养分代谢及氮利用效率的全面影响尚缺乏系统评估。因此,本试验旨在研究饲粮中添加鹰嘴豆芽素A对热应激泌乳奶牛泌乳性能、血清生化指标、养分表观消化率和氮利用的综合效应,以期为开发缓解奶牛热应激、提高养殖效益的新型绿色饲料添加剂提供理论依据与实践参考。

1 材料与方法

1.1 动物试验伦理声明

本试验中所有涉及动物的饲喂、样品采集等操作或程序均已获得新疆维吾尔自治区畜牧科学院科技伦理委员会的批准与监督(批准编号为No.420231030)。

1.2 试验设计与饲粮组成

选取300头胎次(2~3胎)、产奶量[(34.05±5.40) kg]和泌乳天数[(175.02±34.91) d]相近且健康状况良好的荷斯坦奶牛,随机分为3组,每组100头。各组分别饲喂在基础饲粮中添加0(对照组)、2(低剂量组)、10 g/d(高剂量组)鹰嘴豆芽素A的试验饲粮。试验期35 d,其中预试期7 d,正试期28 d。参照NRC(2001)奶牛营养需要[14]设计全混合日粮(TMR)作为基础饲粮,以满足泌乳中期荷斯坦奶牛营养需要,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(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

项目Items 含量Content
原料Ingredients
全株玉米青贮Whole corn silage 16.20
苜蓿青贮Alfalfa silage 2.05
啤酒糟Brewer’s spent grain 14.34
甜菜渣Beet pomace 15.47
苜蓿干草Alfalfa hay 12.00
棉籽Cottonseed 7.73
玉米Corn 17.18
麦麸Wheat bran 1.87
豆粕Soybean meal 6.25
棉籽粕Cottonseed meal 1.56
磷酸氢钙CaHPO4 0.37
碳酸钙CaCO3 0.47
食盐NaCl 0.25
赖氨酸Lysine 0.20
糖蜜Molasses 1.47
预混料Premix1) 2.59
合计Total 100.00
营养水平Nutrient levels2)
泌乳净能NEL/(MJ/kg) 6.83
粗蛋白质CP 18.36
粗灰分Ash 8.87
粗脂肪EE 3.91
中性洗涤纤维NDF 26.86
酸性洗涤纤维ADF 15.07
钙Ca 1.02
总磷TP 0.39

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kilogram of the diet:VA≥10 800 U,VD3≥2 520 U,VE≥72 mg,β-胡萝卜素 beta-carotene≥5 mg,Fe≥60 mg,Cu≥22 mg,Zn≥90 mg,Mn≥33 mg,Se≥0.75 mg,I≥1.5 mg,Co≥0.45 mg。
2)泌乳净能依据中国饲料数据库(www.chinafeeddata.org.cn)计算得出,其余为实测值。NEL was calculated based on the China Feed Database (www.chinafeeddata.org.cn), while the others were measured values.

1.3 饲养管理

试验于2024年7—9月在新疆呼图壁种牛场进行。试验牛均饲养于同一圈舍内,采用分组散栏模式,圈舍配有温度和湿度感应器、风扇与喷淋降温系统、自动刮粪板以及自动饮水装置,以保持圈舍良好通风且环境洁净。每天各组分别将鹰嘴豆芽素A和其他精料进行预混合,再分别添加到全混合日粮中。每天饲喂3次,挤奶3次,其中饲喂时间为06:30、14:30、21:30,使用带有重量感应器的投料车进行饲喂;挤奶时间为10:30、17:30、02:30。试验牛均自由采食和饮水,每组保证每天不低于5%的剩料量。

1.4 样品采集与指标测定

1.4.1 饲粮营养水平测定

试验期内,每7 d采集1次各组饲粮及剩料样品,试验结束后分别用四分法分装取500 g,-20 ℃保存待测。饲粮中干物质、粗脂肪、粗灰分、钙及总磷含量分别参照AOAC(2016)[15]中950.46、960.39、920.153、968.08及965.17的方法测定;粗蛋白质含量参照参考文献[16]所述的凯氏定氮法测定;中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量分别参照Van Soest等[17]和Goering等[18]的方法测定;酸不溶灰分(acid insoluble ash,AIA)含量参照Alvarenga等[19]的方法测定。

1.4.2 泌乳性能测定

试验期间,每天每头试验牛饲粮由带有重量感应器的全混合日粮投喂车提供,每次投喂结束后记录感应系统中饲粮投喂量,每天14:00清理各组前1天剩料量并称重记录,计算干物质采食量与饲料转化率,计算公式如下:
干物质采食量(kg/d)=[饲喂量×饲粮干物质含量-剩料量×剩料干物质含量]/试验牛头数;
饲料转化率=产奶量/干物质采食量。
试验期间,每天每头试验牛(n=100)的产奶量由挤奶厅智能系统记录并读取,于第26~28天每组随机选取12头试验牛采集乳样,每天采集3次,分别于10:30、17:30、02:30定时采集。采集完后将乳样按早、中、晚采集时间点以4∶3∶3的体积比进行混合,混合均匀后分装于50 mL无菌样品管,加入重铬酸钾防腐剂(北京翠峰科技有限公司),置于4 ℃条件下保存,连续采集3 d后,将乳样送至实验室,使用全自动乳成分分析仪(Foss Milko Scan 2000,Foss Food Technology公司,美国)检测乳成分指标,包括乳脂、乳蛋白、乳糖、总固形物及尿素氮含量,并计算各个乳成分产量,计算公式[20]如下:
某乳成分产量(g/d)=某乳成分含量×产奶量。

1.4.3 热应激指标测定

试验期内,每天11:00—19:00使用电子数显手持式温湿度感应器(希玛AR837,上海安锐自动化仪表有限公司)每隔2 h记录1次圈舍内温度和相对湿度。温湿度指数(temperature humidity index,THI)采用Dikmen等[21]提供的方法计算,计算公式如下:
THI=1.8×T+32-(0.55-0.005 5×RH)×(1.8×T-26)。
式中:T为温度(℃);RH为相对湿度(%)。
试验期内,分别于第1天、第14天和第28天15:00—16:00,从每组随机选取12头试验牛,采用观察法测定其呼吸频率,测定时,观测者位于牛胸部前侧方,使用计时器记录每头牛1 min内腹部的起伏次数,每头牛重复测3次,取平均值。
试验期最后1天晨饲后2 h,每组随机选取20头试验牛,使用真空负压采血管采集尾根静脉血样10 mL,于4 ℃条件下799×g离心15 min,静置后取上层血清分装于离心管中,置于-20 ℃保存待测。试验牛血清热休克蛋白-27(HSP-27)和热休克蛋白-70(HSP-70)含量采用比色法测定,所用酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒购自南京建成生物工程研究所,具体操作方法参考试剂盒说明书,检测过程通过Infinite F50酶标仪(Tecan集团,瑞士)完成。

1.4.4 血清生化指标测定

试验牛血清白蛋白、球蛋白、总蛋白、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯、尿素和β-羟基丁酸含量通过全自动生化分析仪(迈瑞BS200,迈瑞医疗国际有限公司)测定,并计算白球比和尿素氮含量。

1.4.5 养分表观消化率测定

试验期第26~28天连续3 d,每组随机选取10头试验牛,分别于每天饲喂后2 h采用直肠法掏取粪样,先弃去直肠外端部分,取中段粪样100 g,立即加入等质量的10%硫酸(H2SO4)溶液并混匀,4 ℃暂存。当天所有粪样采集完毕后,将同一头试验牛当日粪样合并,-20 ℃保存。连续采集3 d后,将所有粪样带回实验室,于4 ℃条件下预解冻,再将同一头试验牛3 d粪样进行混合,最后置于-20 ℃保存待测。粪样的干物质、粗蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗灰分以及AIA含量参照1.4.1中方法测定,并依据上述测定结果计算各个养分表观消化率,计算公式[22]如下:
某养分表观消化率(%)=[1-(饲粮中AIA含量×粪便中该营养成分含量)/(粪便中AIA含量×饲粮中该营养成分含量)]×100。

1.4.6 氮利用相关指标测定

根据试验牛泌乳性能结果计算氮摄入量、乳氮产量和氮转化率,计算公式如下:
氮摄入量(g/d)=干物质采食量×饲粮粗蛋白质含量/6.25;
乳氮产量(g/d)=乳蛋白含量×产奶量/6.38;
氮转化率(%)=(乳氮产量/氮摄入量)×100。
于试验最后1天晨饲2 h后,每组随机选取5头试验牛,采用胃管式瘤胃液采样器(武汉科立博牧业科技有限公司)经口腔旋入瘤胃内,利用负压抽取瘤胃液。为了避免瘤胃液样品受唾液污染,丢弃采集的前50 mL瘤胃液样本,剩余瘤胃液经4层纱布过滤后,分装于无菌管中,-20 ℃保存待测。试验牛瘤胃氨态氮(NH3-N)含量采用次氯酸比色法[23]测定;脲酶活性采用比色法测定,所用脲酶ELISA试剂盒购自南京建成生物工程研究所,具体操作方法参考试剂盒说明书,检测过程通过Infinite F50酶标仪(Tecan集团,瑞士)完成。
试验期第26~28天连续3 d,每组随机选取10头试验牛,分别于每天饲喂后2 h采用外阴刺激法收集尿液,首先用指腹轻抚按摩外阴下侧以刺激耻骨区域的神经,待观察到排尿反应出现,在排尿2~3 s后开始收集中段尿液样本50 mL,立即加入等质量的10% H2SO4溶液并混匀,4 ℃暂存。后续尿样混合与保存方法同1.4.5粪样的处理方法。尿液中尿素氮含量通过尿素氮测试盒检测,所用试剂盒购自南京建成生物工程研究所,具体操作方法参考试剂盒说明书。乳和血清中尿素氮含量测定见1.4.2和1.4.4相关内容。

1.5 数据统计与分析

试验数据使用Excel 2019整理,并通过SPSS 23.0软件进行统计分析。首先,使用Shapiro-Wilk检验对所有试验数据进行测试并确认符合正态分布;随后,使用one-way ANOVA程序进行方差分析,采用Duncan氏法进行多重比较。试验结果均以平均值表示,各组的变异程度用均值标准误(SEM)表示,差异显著性判定标准为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛泌乳性能的影响

由表2可知,与对照组相比,高剂量组奶牛产奶量和饲料转化率显著提高(P<0.05),但低剂量组产奶量和饲料转化率差异不显著(P>0.05);高剂量组和低剂量组干物质采食量差异不显著(P>0.05)。
表2 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛饲料效率的影响

Table 2 Effects of biochanin A on feed efficiency of heat-stressed dairy cows (n=100)

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
产奶量Milk yield/(kg/d) 34.93b 36.07ab 37.57a 0.382 0.018
干物质采食量Dry matter intake/(kg/d) 21.89 21.70 21.93 0.090 0.558
饲料转化率Feed conversion efficiency 1.60b 1.66ab 1.71a 0.017 0.022

同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下表同。

In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.

由表3可知,试验第1天,各组间乳成分中乳脂、乳蛋白、乳糖和总固形物含量差异不显著(P>0.05);经饲粮补充鹰嘴豆芽素A 28 d后,各组间各个乳成分的含量仍差异不显著(P>0.05),但高剂量组乳蛋白产量与对照组相比显著提高(P<0.05)。
表3 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛乳成分的影响

Table 3 Effects of biochanin A on milk component of heat-stressed dairy cows (n=12)

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
第1天乳成分含量Milk component contents on day 1/%
乳脂Milk fat 2.47 2.58 3.27 0.193 0.190
乳蛋白Milk protein 2.70 2.91 2.72 0.045 0.104
乳糖Lactose 5.25 5.35 5.33 0.025 0.247
总固形物Total solid 11.54 12.00 12.51 0.206 0.159
第28天乳成分含量Milk component contents on day 28/%
乳脂Milk fat 3.51 3.67 4.06 0.268 0.699
乳蛋白Milk protein 2.74 2.73 2.93 0.054 0.260
乳糖Lactose 5.29 5.31 5.19 0.055 0.628
总固形物Total solid 12.80 12.92 13.45 0.304 0.664
乳成分产量Milk component yield/(g/d)
乳脂Milk fat 1 141.91 1 289.38 1 491.43 108.186 0.428
乳蛋白Milk protein 899.89b 929.08b 1 018.55a 18.259 0.017
乳糖Lactose 1 753.64 1 831.15 1 838.58 50.754 0.762
总固形物Total solid 4 209.12 4 470.02 4 806.32 166.955 0.352

2.2 鹰嘴豆芽素A对奶牛热应激指标的影响

由图1可知,试验期间牛舍内日均THI>68,表明整个试验期奶牛均处于热应激条件下;由表4可知,试验期各组奶牛呼吸频率均超过60次/min,表明奶牛处于热应激状态。与对照组相比,高剂量组奶牛第28天呼吸频率显著降低(P<0.05),但低剂量组第14天和第28天呼吸频率均无显著差异(P>0.05)。由图2可知,高剂量组奶牛血清热休克蛋白-27与热休克蛋白-70含量显著低于低剂量组与对照组(P<0.05),低剂量组奶牛血清热休克蛋白-27与热休克蛋白-70含量显著低于对照组(P<0.05)。
图1 试验期间牛舍日均温湿度指数的变化

Fig.1 Changes in daily average THI of cowshed during experiment

表4 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛呼吸频率的影响

Table 4 Effects of biochanin A on respiratory rate of heat-stressed dairy cows (n=12) 次/min

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
第1天呼吸频率Respiratory rate on day 1 83.50 83.50 84.25 0.930 0.934
第14天呼吸频率Respiratory rate on day 14 84.33 82.92 82.58 1.239 0.837
第28天呼吸频率Respiratory rate on day 28 84.92a 80.00ab 79.08b 1.127 0.033
图2 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛血清热休克蛋白-27和热休克蛋白-70含量的影响

数据柱形标注相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Fig.2 Effects of biochanin A on serum HSP-27 and HSP-70 contents of heat-stressed dairy cows

Value columns with the same small letter mean no significant difference (P>0.05), while with different small letters mean significant difference (P<0.05).

2.3 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛血清生化指标的影响

由表5可知,与对照组相比,高剂量组奶牛血清总蛋白含量显著提高(P<0.05),奶牛血清尿素含量显著降低(P<0.05);低剂量组和高剂量组奶牛血清β-羟基丁酸含量均显著降低(P<0.05);各组间其他血清生化指标差异不显著(P>0.05)。
表5 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛血清生化指标的影响

Table 5 Effects of biochanin A on serum biochemical indexes of heat-stressed dairy cows (n=20)

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
白蛋白Albumin/(g/L) 36.32 36.25 37.11 0.354 0.553
球蛋白Globulin/(g/L) 38.56 39.36 41.08 0.691 0.320
总蛋白Total protein/(g/L) 74.88b 75.61ab 78.19a 0.576 0.045
白球比A/G 0.97 0.95 0.92 0.022 0.652
葡萄糖Glucose/(mmol/L) 2.81 2.77 2.77 0.037 0.848
总胆固醇Total cholesterol/(mmol/L) 5.07 5.44 5.47 0.166 0.562
甘油三酯Triglyceride/(mmol/L) 0.12 0.12 0.12 0.003 0.939
尿素Urea/(mmol/L) 6.18a 5.75a 5.05b 0.111 0.001
β-羟基丁酸
β-hydroxybutyric acid/(mmol/L)		 0.53a 0.47b 0.46b 0.012 0.013

2.4 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛养分表观消化率的影响

由表6可知,与对照组相比,高剂量组奶牛粗蛋白质和中性洗涤纤维表观消化率显著提高(P<0.05),且高剂量组奶牛粗蛋白质表观消化率显著高于低剂量组(P<0.05),各组间其他养分表观消化率差异不显著(P>0.05)。
表6 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛养分表观消化率的影响

Table 6 Effects of biochanin A on nutrient apparent digestibility of heat-stressed dairy cows (n=10) %

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
干物质DM 60.62 60.66 61.14 3.228 0.966
粗蛋白质CP 64.00b 64.88b 68.07a 1.386 0.026
中性洗涤纤维NDF 45.42b 48.90ab 51.60a 1.156 0.029
酸性洗涤纤维ADF 44.38 45.70 43.85 1.110 0.794
粗灰分Ash 48.62 53.45 53.48 1.320 0.356

2.5 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛氮利用的影响

由表7可知,与对照组和低剂量组相比,高剂量组奶牛乳氮产量显著提高(P<0.05);与对照组相比,高剂量组奶牛氮转化率显著提高(P<0.05),高剂量组奶牛血清和尿液尿素氮含量以及瘤胃氨态氮含量和脲酶活性均显著降低(P<0.05)。与对照组相比,低剂量组和高剂量组氮转化率分别提高了3.61%、15.19%,高剂量组奶牛尿素氮在血清中的沉积和通过尿液的排放分别降低了10.73%、11.99%。
表7 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛氮利用的影响

Table 7 Effects of biochanin A on nitrogen utilization of heat-stressed dairy cows (n=10)

项目
Items		 对照组
Control group		 低剂量组
Low-dose group		 高剂量组
High-dose group		 均值标准误
SEM		 P值
P-value
氮摄入量Nitrogen intake/(g/d) 643.09 637.52 644.06 2.647 0.558
乳氮产量Milk nitrogen yield/(g/d) 144.39b 148.28b 166.56a 3.838 0.035
氮转化率Nitrogen conversion rate/% 22.45b 23.26ab 25.86a 0.594 0.043
瘤胃氨态氮含量
Ruminal NH3-N content/(mg/dL)		 11.24a 9.74ab 7.92b 0.621 0.028
瘤胃脲酶活性
Ruminal urease activity/(U/mL)		 155.61a 120.54b 111.32b 5.838 0.001
尿素氮含量Urea nitrogen content/(mg/dL)
乳Milk 15.05 16.51 17.80 0.493 0.070
血清Serum 17.42a 16.28ab 15.55b 0.278 0.016
尿液Urine 530.63a 500.74ab 467.01b 11.740 0.027

3 讨论

3.1 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛泌乳性能的影响

氮利用率和泌乳性能是贯穿奶牛养殖中健康管理、资源优化配置、环境可持续性和食品供应链安全的核心枢纽,在气候变化加剧与资源约束收紧的背景下,通过营养干预精准调控氮利用率,从而改善热应激奶牛的泌乳性能,已成为实现畜牧业可持续健康发展的重要策略[24]。有研究表明,富含异黄酮的植物提取物或天然化合物可以改善母畜的泌乳性能[25]。Zhang等[8]在泌乳期奶牛饲粮中添加低剂量(鹰嘴豆芽素A含量约3 g/d)和中等剂量(鹰嘴豆芽素A含量约5.2 g/d)红三叶草异黄酮可显著提高产奶量11%;而添加高剂量(鹰嘴豆芽素A含量约10.2 g/d)红三叶草异黄酮会显著降低干物质采食量,但对产奶量并无影响。Xiong等[26]在泌乳荷斯坦奶牛饲粮中添加高剂量(40 g/d)的鹰嘴豆芽素A显著提高产奶量(6%),增加乳蛋白(9%)和乳糖含量(6%)。Xu等[13]在奶山羊饲粮中添加6 g/d鹰嘴豆芽素A显著提高产奶量(25%)及乳蛋白(19%)和乳脂(8%)含量。这些研究结果的异同,可能与鹰嘴豆芽素A的来源形式、动物物种、基础饲粮组成以及剂量效应关系密切相关。Zhang等[8]使用的是红三叶草异黄酮提取物,其成分复杂,高剂量下可能伴随其他植物雌激素或抗营养因子的干扰,而Xiong等[26]与Xu等[13]使用纯化单体,作用更为明确。此外,奶山羊与奶牛在代谢与泌乳生理上的差异,以及不同试验中基础饲粮的能氮平衡状况,均可能影响鹰嘴豆芽素A的有效作用阈值与最终表现。本试验中,饲粮中添加10 g/d纯化的鹰嘴豆芽素A显著提高热应激奶牛的产奶量(8%)与乳蛋白产量(13%),这一泌乳性能的改善,与本试验所观测到的多项机体生理指标变化构成了完整的级联反应。一方面,高剂量鹰嘴豆芽素A提高了奶牛对饲粮中粗蛋白质与中性洗涤纤维的消化率,意味着有更多的营养物质被机体吸收,为产奶提供了更充足的物质基础;另一方面,高剂量鹰嘴豆芽素A提高了奶牛血清总蛋白含量、降低血清尿素含量,揭示机体蛋白质合成代谢增强、分解代谢减弱,为乳腺合成蛋白质提供了有利的内部环境,优化机体氮利用效率,从而提高乳氮产量和氮转化率,即鹰嘴豆芽素A可能通过改善热应激条件下动物机体的整体营养代谢状况,从而促进其泌乳性能的高效发挥。

3.2 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛血清生化指标和热应激程度的影响

奶牛处于高温、高湿环境中会做出非特异性生理反应,加快机体自身营养物质消耗,造成机体代谢机能紊乱,并抑制免疫功能,最终导致生产性能下降[27]。有研究表明,给奶牛补喂富含活性成分的植物提取物是缓解奶牛热应激不利影响的有效策略[28]。本试验在热应激条件下(日均THI>68)进行,试验结果表明,饲粮中添加鹰嘴豆芽素A能有效缓解奶牛的热应激反应。这直接体现在,高剂量组奶牛第28天呼吸频率与对照组相比显著降低,以及血清热休克蛋白-27和热休克蛋白-70含量显著下降。这2项指标分别从生理症状和细胞应激水平证实了热应激的缓解。更重要的是,这种缓解作用与能量代谢的改善密切相关。另外,本试验中,与对照组相比,饲粮中添加鹰嘴豆芽素A显著降低了血清β-羟基丁酸含量,该指标是反映能量负平衡的关键代谢指标。β-羟基丁酸含量降低意味着机体能量状况得到优化,这意味着饲粮中添加鹰嘴豆芽素A有助于减轻由能量代谢负担加剧而引发的热应激程度。然而,本试验中,与对照组相比,低剂量组奶牛热休克蛋白-27、热休克蛋白-70与β-羟基丁酸含量虽然显著降低,但呼吸频率未发生显著变化,这一结果可能是由于酮体代谢反应中底物较快达到平衡,而呼吸调控通路的激活需更高剂量累积以穿透屏障组织从而激活神经-免疫-细胞器级联反应,此机制还需要进一步验证。本试验结果揭示,鹰嘴豆芽素A可能是通过改善机体的能量平衡状态,间接且有效地减轻了热应激奶牛的生理负担。

3.3 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛养分表观消化率的影响

养分表观消化率能直观评估奶牛对饲粮的利用效率和营养代谢状态,以此反映消化系统的整体功能。本试验发现,高剂量鹰嘴豆芽素A能显著提高奶牛粗蛋白质和中性洗涤纤维的表观消化率。这一结果对于解释泌乳性能的提升至关重要,养分消化率直接决定了可用于生产和维持的营养物质总量。粗蛋白质消化率的提升,与本试验中在氮代谢部分观察到的高剂量组奶牛血清和尿液尿素氮含量以及瘤胃氨态氮含量和脲酶活性均显著降低的结果相互印证,共同说明饲粮蛋白质被更高效地用于合成代谢,而非分解为尿素或氨态氮被浪费。中性洗涤纤维表观消化率的提高,则意味着奶牛从粗饲料中摄取了更多能量,这为观测到的血清β-羟基丁酸含量下降及产奶量增加提供了关键的物质层面解释。

3.4 鹰嘴豆芽素A对热应激奶牛氮利用的影响

尿素主要在肝脏中合成,其合成原料主要来源于2部分:一是瘤胃中吸收的过量氨;二是身体组织中代谢产生的多余氨基酸经脱氨基产生的氨。合成后的尿素被释放入血液,形成“血液尿素氮”池。血液中的尿素氮流向直接决定了氮利用率的高低,其面临3个主要分支:一是经肾脏过滤,以尿液的形式排出体外;二是通过唾液分泌或直接穿过瘤胃壁返回瘤胃,瘤胃微生物分泌的脲酶会立即将其水解为氨,如果瘤胃中有充足的可发酵碳水化合物,微生物就能利用此氨重新合成微生物蛋白,后经消化转化为氨基酸并被吸收,用于合成乳蛋白;三是极少量血液中尿素可进入乳汁,成为乳尿素氮[29]。本试验从多个环节获得了鹰嘴豆芽素A能优化奶牛氮利用效率的有力证据。在输入端,粗蛋白质表观消化率的提高意味着更多的氮被摄入体内;在代谢中心环节,瘤胃氨态氮含量的降低与脲酶活性的抑制,表明瘤胃内蛋白质的过度降解被有效遏制,减少了氨态氮的生成与损失;在末端产出与损失环节,乳氮产量的显著增加与血清、尿液尿素氮含量的同步下降,即整个过程有效减少了氮排放,亦说明了饲粮氮被更多地用于乳汁合成。所有这些环节的改善共同促成了氮转化率的显著提高。本试验的这些内在指标构成了一个完整的级联反应,证实鹰嘴豆芽素A通过调控从瘤胃(主要是脲酶活性)到全身的氮代谢途径,实现了氮资源从“损失”向“高产”的再分配。

4 结论

在本试验条件下,通过在饲粮中添加10 g/d鹰嘴豆芽素A,可提高热应激荷斯坦奶牛的产奶量与乳蛋白产量,优化机体氮代谢并缓解热应激症状,达到增产增收的效果。

References

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[1]
HANSEN P J, DRIANCOURT M A. Heat stress and reproduction—a foreword[J]. Theriogenology, 2021, 161:271-272.

DOI

[2]
GUPTA M, VAIDYA M, KUMAR S, et al. Heat stress:a major threat to ruminant reproduction and mitigating strategies[J]. International Journal of Biometeorology, 2025, 69(1):209-224.

DOI

[3]
CHAUHAN S S, RASHAMOL V P, BAGATH M, et al. Impacts of heat stress on immune responses and oxidative stress in farm animals and nutritional strategies for amelioration[J]. International Journal of Biometeorology, 2021, 65(7):1231-1244.

DOI PMID

[4]
KAGAN I A, GOFF B M, FLYTHE M D. Soluble phenolic compounds in different cultivars of red clover and alfalfa,and their implication for protection against proteolysis and ammonia production in ruminants[J]. Natural Product Communications, 2015, 10(7):1263-1267.

[5]
CHEN L R, CHEN K H. Utilization of isoflavones in soybeans for women with menopausal syndrome:an overview[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2021, 22(6):3212.

DOI

[6]
李可馨, 郭艺璇, 赵圣国. 红三叶草异黄酮鹰嘴豆芽素A合成工艺优化的研究[J]. 中国饲料, 2025(13):43-48,56.

LI K X, GUO Y X, ZHAO S G. Optimization of red clover isoflavone biochanin A synthesis process[J]. China Feed, 2025(13):43-48,56. (in Chinese)

[7]
KIM M R, KIM H J, YU S H, et al. Combination of red clover and hops extract improved menopause symptoms in an ovariectomized rat model[J]. Evidence-Based Complementary and Alternative Medicine, 2020, 2020(1):7941391.

DOI

[8]
ZHANG S Q, ZHANG X Y, XIONG Z B, et al. Effect of red clover isoflavones on hormone,immune,inflammatory,and plasma biochemistry in lactating dairy cows[J]. Animal Nutrition, 2024, 16:306-312.

DOI

[9]
BU Y, ZHANG X Y, XIONG Z B, et al. Effect of red clover isoflavones on ruminal microbial composition and fermentation in dairy cows[J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 2025, 109(1):107.

DOI PMID

[10]
HÖJER A, ADLER S, PURUP S, et al. Effects of feeding dairy cows different legume-grass silages on milk phytoestrogen concentration[J]. Journal of Dairy Science, 2012, 95(8):4526-4540.

DOI PMID

[11]
DADÁKOVÁ K, TRNKOVÁ A, KAŠPAROVSKÁ J, et al. In vitro metabolism of red clover isoflavones in rumen fluid[J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition, 2020, 104(6):1647-1654.

DOI

[12]
JACOBS A A, FLYTHE M D, ELY D G, et al. Biochanin A feed supplementation alters dynamics of trace gas emissions from lamb urine-amended soil[J]. Journal of Environmental Quality, 2024, 53(6):1086-1098.

DOI PMID

[13]
XU Q B, LI Y J, DU W J, et al. Effect of dietary biochanin A on lactation performance,antioxidant capacity,rumen fermentation and rumen microbiome of dairy goat[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14:1101849.

DOI

[14]
National Research Council. Nutrient requirements of dairy cattle[S].7th ed. Washington,D.C.: National Academy Press, 2001.

[15]
LATIMER G W Jr. Official methods of analysis of AOAC International[S]. 20th ed. Gaithersburg: AOAC International, 2016.

[16]
MCKENZIE H A, WALLACE H S. The kjeldahl determination of nitrogen:a critical study of digestion conditions-temperature,catalyst,and oxidizing agent[J]. Australian Journal of Chemistry, 1954, 7(1):55-70.

DOI

[17]
VAN SOEST P J, ROBERTSON J B, LEWIS B A. Methods for dietary fiber,neutral detergent fiber,and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition[J]. Journal of Dairy Science, 1991, 74(10):3583-3597.

DOI

[18]
GOERING H K, VAN SOEST P J. Forage fiber analysis:apparatus,reagents,pocedures and some applications[M]// United States Department of Agriculture.Agricultural handbook. Washington,D.C.: US Govemment Printing Office, 1970.

[19]
ALVARENGA I C, ALDRICH C G, OU Z N. Comparison of four digestibility markers to estimate fecal output of dogs[J]. Journal of Animal Science, 2019, 97(3):1036-1041.

DOI PMID

[20]
高远, 张晓音, 熊展博, 等. 饲粮能氮水平对奶牛生产性能、血液指标和氮代谢的影响[J]. 动物营养学报, 2023, 35(11):7212-7223.

DOI

GAO Y, ZHANG X Y, XIONG Z B, et al. Effects of dietary energy and nitrogen levels on performance,blood indices and nitrogen metabolism of dairy cows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2023, 35(11):7212-7223. (in Chinese)

[21]
DIKMEN S, HANSEN P J. Is the temperature-humidity index the best indicator of heat stress in lactating dairy cows in a subtropical environment?[J]. Journal of Dairy Science, 2009, 92(1):109-116.

DOI PMID

[22]
BLOCK E, KILMER L H, MULLER L D. Acid insoluble ash as a marker of digestibility for sheep fed corn plants or hay and for lactating dairy cattle fed hay[J]. Journal of Animal Science, 1981, 52(5):1164-1169.

PMID

[23]
BRODERICK G A, KANG J H. Automated simultaneous determination of ammonia and amino acids in ruminal fluids and in vitro media[J]. Journal of Dairy Science, 1980, 63(1):64-75.

DOI

[24]
TAO S, ORELLANA RIVAS R M, MARINS T N, et al. Impact of heat stress on lactational performance of dairy cows[J]. Theriogenology, 2020, 150:437-444.

DOI PMID

[25]
ISHISAKA A, FUJIWARA N, MUKAI R, et al. Flavonoids in breast milk and their absorption,metabolism,and bioactivity in infants[J]. Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry, 2025, 89(2):165-173.

DOI

[26]
XIONG Z B, LI Y J, ZHANG X Y, et al. Effects of biochanin A on lactational performance,nitrogen metabolism,and blood metabolites in dairy cows[J]. Animal Nutrition, 2024, 18:441-449.

DOI

[27]
BAGATH M, KRISHNAN G, DEVARAJ C, et al. The impact of heat stress on the immune system in dairy cattle:a review[J]. Research in Veterinary Science, 2019, 126:94-102.

DOI

[28]
MIN L, LI D G, TONG X, et al. Nutritional strategies for alleviating the detrimental effects of heat stress in dairy cows:a review[J]. International Journal of Biometeorology, 2019, 63(9):1283-1302.

DOI

[29]
XIONG Z B, ZHANG X Y, ZHANG S Q, et al. Effects of red clover isoflavone on lactation performance,milk quality and nitrogen metabolism in dairy cows[J]. Animal Nutrition, 2025, 22:191-200.

DOI

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