CPM-Dairy软件是由美国康奈尔大学、宾夕法尼亚大学和米纳尔农业研究所的科学家们联合开发的，目的是应用康奈尔净碳水化合物-净蛋白质体系(CNCPS)进行评估和优化奶牛饲粮，它可以对整个牛群的营养水平进行准确评价^[1]。近几年来，CPM模型在我国刚刚开展应用，且大多集中在提高成年母牛饲料转化率方面。曲永利等^[2]研究表明，应用CPM模型配制的泌乳奶牛饲粮可改善能氮平衡，节约饲料成本，并可较准确地预测奶牛的产奶量。边四辈等^{[3, 4]}就如何应用CPM模型来提高泌乳奶牛对饲粮蛋白质利用率进行了详细的阐述。CPM模型能够有效地优化泌乳奶牛饲粮，提高泌乳奶牛生产性能，增加经济效益^[5]。因为泌乳奶牛能够提供商品奶，所以在奶牛饲养中非常重要，但后备母牛的培育也不容忽视。后备母牛培育的好坏直接影响到成年母牛的产奶性能和健康状况。后备母牛的培育在我国长期得不到重视，导致后备牛生长发育达不到理想状况，沁乳潜力得不到发挥，健康水平下降，降低了牛群经济效益。7～15月龄是后备母牛饲养的关键时期， 这一时期要求奶牛发育理想并达到恰当的体况评分，至关重要的是，体组织、骨骼、肌肉及重要器官的生长不能被中断或受干扰，否则生长发育受阻很难弥补^[6]。目前，有关应用CPM模型对7～15月龄的后备母牛饲粮的评价及优化的研究还未见报道。

本试验以后备荷斯坦母牛为试验动物，利用CPM模型对规模化奶牛场后备母牛饲粮配方进行诊断及优化，通过后备母牛生长发育指标及血液生化指标的变化，来确定其对后备母牛饲粮优化的效果，为其在后备母牛饲粮配制中的应用提供理论基础。

选用黑龙江省北大荒奶牛养殖有限公司相同 月龄(7月龄)，胎次、体高和体重相近的健康后备荷斯坦母牛40头，按照配对试验设计随机分为2组，每组20头。试验牛只体况见表1。对照组采用奶牛场现有的饲粮配方，试验组采用CPM模型优化的饲粮配方。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 试验后备母牛体况 Table 1 Body condition of experimental replacement heifers 项目 Items 平均体重 Average weight/kg 平均体高 Average height/cm 平均胸围 Average chest/cm 平均管围 Average cannon circumference/cm 平均体斜长 Average length/cm 平均日龄 Average age in days 对照组 Control group 206.51±9.76 106.66±1.52 134.50±3.89 15.67±0.41 114.08±4.79 210 试验组 Test group 218.62±10.31 106.21±2.21 137.00±7.23 16.68±0.62 116.74±4.52 210 同列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)，不同大写字母表示差异极显著(P＜0.01)。下表同。 In the same column,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),and with different capital letter superscripts mean significant difference (P＜0.01). The same as below.

表1 试验后备母牛体况 Table 1 Body condition of experimental replacement heifers

利用CPM模型对奶牛场当前饲粮配方进行评价，根据评价结果调整饲粮能氮水平。按照CNCPS的要求对饲料原料营养水平进行测定，干物质(dry matter,DM)、粗蛋白质(crude protein,CP)、粗灰分(ash)和粗脂肪(ether extract,EE)含量的分析按照AOAC(1980)中的方法进行；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)、中性洗涤不溶蛋白质(neutral detergent insoluble protein,NDIP)和酸性洗涤不溶蛋白质(acid detergent insoluble protein,ADIP)含量的分析按照Van Soest等^[7]的方法进行；可溶性蛋白质(soluble crude protein,SCP)含量的分析按照Krishnamoorthy等^[8]的方法进行；淀粉含量的分析按照AACC(1976)^[9]中的方法进行。

利用CPM模型调整前后的试验饲粮组成及营养水平见表2。试验组饲粮CP含量均低于对应的对照组，代谢蛋白质平衡更佳，优化后7月龄、8~9月龄、10~12月龄、13~15月龄饲粮成本分别比调整前降低了1.02、0.78、0.62和0.52 元/(头·d)。

试验期为270 d，从7月龄开始到15月龄结束。后备母牛为散栏式饲养，饲粮以全混合日粮(TMR)饲喂，08:00、15:00各饲喂1次，自由饮水。

试验奶牛在各月龄的最后1周进行体尺测量。体高即从鬐甲最高点到地面的垂直距离；体斜长即肩端到坐骨端的距离；管围即前肢管骨上1/3处测量的周径；胸围即肩胛骨后角处体躯的垂直周径。体高、体斜长用测杖测量，胸围与管围用皮卷尺测量。各月龄的最后1天利用地秤进行体重测量。

在各月龄最后1周利用一次性真空釆血管(抗凝)对后备牛进行空腹采血，每次采血20 mL。每头牛用10 mL离心管收集血液样品，7 200 r/min离心，血清用移液器将其转移到1.5 mL离心管中，标记盖盖，置于-20 ℃冰箱保存待测。血清总胆固醇、白蛋白、甘油三酯、葡萄糖、尿素氮、钙和磷含量用半自动生化分析仪测定，生长激素含量用试剂盒测定，试剂盒购自南京建成科技有限公司。

数据经Excel整理后，采用SPSS 19.0中的ANOVA过程进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，试验数据用平均值±标准差表示，平均值的多重比较采用Duncan氏法检验。

表2

Table 2

表2(Table 2)

表2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) 项目 Items 7月龄 7 months of age 8~9月龄 8 to 9 months of age 10~12月龄 10 to 12 months of age 13~15月龄 13 to 15 months of age 对照组 Control group 试验组 Test group 对照组 Control group 试验组 Test group 对照组 Control group 试验组 Test group 对照组 Control group 试验组 Test group 原料 Ingredients/% 全株玉米青贮 Whole corn silage 64.35 66.69 66.46 68.28 68.43 73.86 66.94 70.96 玉米 Corn 8.58 5.56 7.98 5.12 6.84 4.62 6.18 4.09 玉米蛋白粉 Corn gluten meal 2.79 2.59 1.99 1.37 2.28 1.23 2.57 1.64 羊草 Chinese wildrye 14.30 14.82 13.29 13.66 14.26 12.31 18.02 16.37 棉籽粕 Cottonseed meal 2.15 2.22 2.66 2.73 0.80 0.62 2.06 1.09 干酒糟及其可溶物 DDGS 3.22 3.70 2.99 3.41 2.28 1.85 0.00 1.64 大豆粕 Soybean meal 1.07 2.22 0.66 1.37 1.71 3.08 1.54 2.73 米糠粕 Rice bran meal 2.00 0.82 1.33 1.37 1.14 0.61 1.44 0.55 大豆皮 Soybean hull 1.07 0.96 1.99 2.05 1.71 1.23 0.88 0.55 磷酸氢钙 CaHPO4 0.14 0.08 0.34 0.34 0.29 0.31 0.13 0.14 预混料 Premix1) 0.33 0.34 0.31 0.30 0.26 0.28 0.24 0.24 合计 Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 营养水平 Nutrient levels2) 产乳净能 NEL/(MJ/kg) 1.41 1.41 1.45 1.46 1.48 1.49 1.41 1.42 粗蛋白质 CP/% 13.30 12.40 12.40 11.80 12.90 11.80 12.90 11.89 中性洗涤纤维 NDF/% 49.10 49.40 49.20 48.70 47.30 45.30 48.40 47.60 非纤维性碳水化合物 NFC/% 40.20 39.10 29.90 30.10 32.80 33.90 29.90 30.70 代谢能平衡 ME balance/(MJ/d) 0.20 0.20 1.20 0.60 4.30 3.40 6.70 6.50 代谢蛋白质平衡 MP balance/(g/d) 68.20 58.50 57.20 43.10 88.90 58.30 68.80 42.20 预计日增重 Estimated daily weight gain/kg 0.76 0.77 0.76 0.76 0.75 0.75 0.77 0.77 成本 Cost/[元/(头·d)] 13.44 12.42 13.42 12.64 13.64 13.02 13.78 13.26 干物质采食量 DMI/kg 6.00 6.00 6.50 6.50 7.10 7.10 8.40 8.40 1)每千克预混料中含有 One kilogram of premix contained the following：VA 1 200 000 IU，VD 90 000 IU，VE 8 000 IU，Cu 1 600 mg，Zn 4 000 mg，Fe 3 600 mg，Mn 3 600 mg，I 900 mg，Se 60 mg，Co 20 mg。 2)计算值。代谢能平衡(MJ/d)=饲粮中总可消化养分(g/d)×4.409×0.82×0.001。本公式是建立在“1 kg饲粮中总可消化养相当于4.409 MJ的消化能，1 MJ的消化能相当于0.82 MJ代谢能”的假设之上。代谢蛋白质平衡(g/d)=饲粮可消化蛋白质和菌体蛋白质(g/d)-细菌核酸(g/d)。Calculated values. ME balance (MJ/d) = total digestible nutrients from the diet (g/d) × 4.409 × 0.82 × 0.001. The formula was established based on the assumption of ‘1 kg of total digestible nutrients was equal to 4.409 MJ of DE,and 1 MJ of DE is equal to 0.82 MJ of ME’. MP balance (g/d) = digestible protein from the diet and microbial protein (g/d)-microbial nucleic acid (g/d).

表2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis)

由表3可知，对照组与试验组各月龄后备母牛在体高、体斜长、胸围和体重方面差异均不显著(P＞0.05)。试验组后备母牛管围在8、10、11、13和15月龄极显著高于对照组(P＜0.01)，14月龄显著高于对照组(P＜0.05)，其他月龄差异不显著(P＞0.05)。

表3

Table 3

表3(Table 3)

表3 CPM模型优化饲粮对后备母牛体尺及体重的影响 Table 3 Effects of diets optimized by CPM model on body measurement and body weight of replacement heifers 项目 Items 组别 Groups 月龄 Months of age 7 8 9 10 11 12 13 14 15 体高 Stature/cm 对照 Control 106.66 ±1.52 109.72 ±2.08 110.33 ±1.35 112.02 ±2.08 115.85 ±2.51 118.01 ±2.64 121.49 ±1.51 123.82 ±4.04 125.66 ±2.00 试验 Test 106.21 ±2.21 108.32 ±2.87 110.12 ±2.51 113.66 ±3.65 116.92 ±4.56 119.81 ±3.35 122.68 ±2.86 124.77 ±3.94 126.09 ±3.48 体斜长 Body length/cm 对照 Control 114.08 ±4.79 117.39 ±4.64 120.78 ±4.24 124.99 ±5.19 128.06 ±3.83 132.40 ±3.48 135.82 ±4.35 139.05 ±3.95 142.74 ±4.68 试验 Test 116.74 ±4.52 120.87 ±3.26 124.79 ±5.88 127.06 ±2.98 131.30 ±6.04 134.73 ±3.58 139.41 ±6.38 142.19 ±4.80 144.32 ±5.19 胸围 Heart girth/cm 对照 Control 134.50 ±3.89 138.75 ±4.37 143.46 ±5.02 148.28 ±4.32 153.52 ±3.38 156.19 ±4.09 160.33 ±5.04 164.69 ±3.95 169.57 ±4.32 试验 Test 137.00 ±7.23 143.45 ±5.19 147.87 ±3.46 153.01 ±2.00 158.52 ±3.15 164.88 ±4.78 167.92 ±4.04 170.25 ±3.68 173.38 ±8.23 管围 Cannon circumference/cm 对照 Control 15.67 ±0.41 15.48 ±0.33A 16.45 ±0.62 16.89 ±0.51A 17.34 ±0.39A 17.75 ±0.72 18.23 ±0.32A 18.68 ±0.46a 19.12 ±0.38A 试验 Test 16.68 ±0.62 17.08 ±0.32B 17.68 ±0.28 19.00 ±1.00B 19.35 ±0.31B 19.68 ±0.27 19.98 ±0.54B 20.31 ±0.22b 20.49 ±0.26B 体重 Body weight/kg 对照 Control 206.51 ±9.76 232.27 ±13.27 252.54 ±11.21 286.81 ±9.91 311.65 ±9.56 324.45 ±10.89 345.71 ±17.21 363.33 ±19.58 384.98 ±9.78 试验 Test 218.62 ±10.31 243.92 ±11.43 271.65 ±10.37 298.61 ±12.91 324.75 ±8.78 343.56 ±9.45 366.77 ±13.88 381.98 ±16.17 398.13 ±10.66

表3 CPM模型优化饲粮对后备母牛体尺及体重的影响 Table 3 Effects of diets optimized by CPM model on body measurement and body weight of replacement heifers

由表4可知，试验组后备母牛血清中的钙含量在8月龄时显著高于对照组(P＜0.05)，其他月龄差异均不显著(P＞0.05)。各月龄试验组与对照组之间血清中的磷、白蛋白、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯和生长激素含量差异均不显著(P＞0.05)。

表4

Table 4

表4(Table 4)

表4 CPM模型优化饲粮对后备母牛血液生化指标的影响 Table 4 Effects of diets optimized by CPM model on blood biochemical parameters of replacement heifers 项目 Items 组别 Groups 月龄 Months of age 7 8 9 10 11 12 13 14 15 白蛋白 Albumin/(g/L) 对照 Control 35.75 ±0.98 36.68 ±1.21 38.49 ±0.86 36.05 ±0.78 38.79 ±0.92 38.06 ±0.59 37.68 ±0.75 36.54 ±0.49 35.21 ±0.64 试验 Test 34.64 ±1.06 36.96 ±1.35 38.99 ±0.79 35.35 ±0.96 39.21 ±0.48 37.55 ±0.45 37.55 ±0.67 35.96 ±0.38 35.44 ±0.91 钙 Ca/(mg/dL) 对照 Control 8.79 ±0.68 9.19 ±0.32a 10.34 ±0.79 10.68 ±0.55 9.78 ±0.34 8.50 ±0.68 9.19 ±0.59 10.05 ±0.38 10.69 ±0.59 试验 Test 9.35 ±0.43 12.43 ±1.02b 10.92 ±1.33 11.15 ±0.95 9.75 ±0.73 9.99 ±0.67 9.73 ±0.93 9.93 ±0.88 11.98 ±0.49 磷 P/(mg/dL) 对照 Control 7.32 ±0.44 7.68 ±0.57 7.26 ±0.36 7.77 ±0.54 8.07 ±0.32 7.63 ±0.57 7.76 ±0.26 7.41 ±0.37 7.13 ±0.31 试验 Test 7.26 ±0.19 7.89 ±0.64 7.86 ±0.39 7.51 ±0.29 8.16 ±0.18 7.92 ±0.33 8.46 ±0.16 8.07 ±0.42 7.65 ±0.51 葡萄糖 Glucose/(mmol/L) 对照 Control 3.53 ±0.42 3.99 ±0.69 3.75 ±0.37 3.73 ±0.42 3.40 ±0.31 3.09 ±0.52 3.19 ±0.23 2.98 ±0.22 3.15 ±0.43 试验 Test 4.48 ±0.21 4.16 ±0.43 3.84 ±0.34 3.93 ±0.28 3.59 ±0.57 3.47 ±0.23 3.24 ±0.12 2.93 ±0.46 3.06 ±0.24 总胆固醇 Total cholesterol/(mmol/L) 对照 Control 3.08 ±0.49 3.15 ±0.62 3.09 ±0.48 2.89 ±0.69 2.74 ±0.38 2.92 ±0.81 3.24 ±0.49 3.38 ±0.68 3.12 ±0.86 试验 Test 3.00 ±0.67 3.03 ±0.83 2.80 ±0.79 2.59 ±0.91 2.66 ±0.58 3.15 ±0.91 3.48 ±0.58 3.14 ±0.42 3.43 ±0.45 甘油三酯 Triglyceride/(mmol/L) 对照 Control 0.11 ±0.01 0.10 ±0.01 0.11 ±0.01 0.10 ±0.01 0.09 ±0.01 0.08 ±0.02 0.09 ±0.01 0.08 ±0.01 0.07 ±0.01 试验 Test 0.11 ±0.01 0.10 ±0.01 0.11 ±0.02 0.09 ±0.01 0.08 ±0.02 0.07 ±0.03 0.08 ±0.01 0.09 ±0.01 0.08 ±0.02 尿素氮 Urea nitrogen/(mmol/L) 对照 Control 4.33 ±0.45 4.18 ±0.65 4.06 ±0.33 3.89 ±0.40 3.77 ±0.68 3.43 ±0.92 3.38 ±0.87 3.54 ±0.62 3.81 ±0.80 试验 Test 3.79 ±0.58 3.62 ±0.72 3.38 ±0.42 3.55 ±0.59 3.64 ±0.45 3.29 ±0.86 3.37 ±0.59 3.22 ±0.75 3.48 ±0.35 生长激素 Growth hormone/(ng/mL) 对照 Control 2.29 ±0.62 2.42 ±0.58 2.56 ±0.72 2.32 ±0.51 2.19 ±0.32 1.99 ±0.65 1.89 ±0.49 2.01 ±0.51 2.13 ±0.44 试验 Test 2.65 ±0.47 2.51 ±0.61 2.69 ±0.79 2.54 ±0.61 2.38 ±0.40 2.21 ±0.53 2.15 ±0.42 2.09 ±0.47 2.16 ±0.63

表4 CPM模型优化饲粮对后备母牛血液生化指标的影响 Table 4 Effects of diets optimized by CPM model on blood biochemical parameters of replacement heifers

从CPM模型对饲粮配方的优化后的结果可以看出，试验组后备母牛的各月龄体重均比对照组有所提高。反刍动物小肠代谢蛋白质主要由过瘤胃蛋白质(UDP)和菌体蛋白质(MCP)组成，其中MCP的合成，必须由饲料经过瘤胃发酵后去提供所需要的能量和氮源。瘤胃MCP的合成不但和饲粮可发酵能有关，也受降解氮(小肽和氨)和内源氮的影响，要使MCP合成量最大，必须使饲粮可发酵能和降解氮达到平衡。

瘤胃内能量和降解氮比例的失衡，不足和过高都会导致饲料间的负组合效应。能氮平衡主要通过饲粮配方调整和添加非蛋白氮(NPN)来达到。CPM模型通过计算饲粮提供的代谢能与代谢蛋白质水平与奶牛机体需要量，确定奶牛需要代谢能与代谢蛋白质水平平衡点。本试验原有饲粮配方CP水平分别为13.30%、12.40%、12.90%和12.90%，分别高出代谢蛋白质平衡值68.20、57.20、88.90和68.80 g/d。调整后奶牛饲粮配方的CP水平分别降低至12.40%、11.80%、11.80%和11.89%，分别高出代谢蛋白质平衡值58.5、43.1、58.3和42.2 g/d，按照Pell^[10]推断泌乳奶牛饲粮中CP每降低1%，氮的排泄将减少大约10%的理论，调整后的饲粮配方可减少氮排泄量9%左右，7月龄、8~9月龄、10~12月龄、13~15月龄饲料成本分别降低1.02、0.78、0.62和0.52元/(头·d)。

奶牛的体尺性状不仅反映了奶牛体格的大小，而且也直接反映奶牛生长发育阶段饲养管理水平^[11]。荷斯坦母牛的体高、体斜长、胸围、管围与产奶量极显著相关^[12]。根据1997年《美国全国奶牛场杂志》报道，美国12月龄育成奶牛体高124 cm。本试验12月龄后备母牛体高约118 cm，与该报道基本相符。张浩等^[13]报道，管围在21～23 cm范围内的后备母牛与管围在15～17 cm和18～20 cm的后备母牛相比，前者投产后产奶量显著更高，可见管围越大，产奶量越高。经CPM模型优化的饲粮饲喂的后备母牛在8、10、11、13、14和15月龄的管围高于对照组，可以推测试验组的后备母牛投产后的产奶量很可能比对照组高。

后备母牛不同时期有着不同的生长强度，为了了解后备母牛是否健康，及时对其各个阶段进行血液参数指标检测是非常必要的。反刍动物血液中的尿素氮一部分通过血液循环由瘤胃壁和唾液的渗透进入瘤胃内被利用，一部分随尿液排出体外，所以说血液中尿素氮水平可间接反映动物机体对蛋白质和氨基酸的利用情况。血中的尿素氮可以较为准确地反映出动物机体内蛋白质的代谢情况和饲粮氨基酸的平衡情况。王俊东等^[14]报道，后备母牛血清中尿素氮的范围为在10～19 mg/dL(3.54～6.74 mmol/L)的范围内。本试验血清中后备母牛的尿素氮含量为3.22～4.33 mmol/L，处于正常的范围内，试验组与对照组尿素氮含量差异不显著。本试验中甘油三酯含量为0.05～0.17 mmol/L，这与李津等^[15]测定的结果相近。本次试验中血清中葡萄糖含量为2.93～4.00 mmol/L，各月龄后备母牛对照组与试验组差异不显著，这与李新萍等^[16]报道中血液葡萄糖含量接近，均在正常值范围内。对照组与试验组之间的各月龄后备母牛血清中的白蛋白、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯和生长激素的含量差异均不显著。

正常成年奶牛血清钙含量为9～10 mg/dL，犊牛的浓度相对较高。血清中磷的正常浓度为4～8 mg/dL，其中生长牛6～9 mg/dL；成年奶牛4～6 mg/dL。钙的吸收率随着动物年龄的增长而下降。年青动物能十分有效地吸收钙，而年老的动物对钙的吸收能力很差。本试验中血清中钙的含量为8.50～13.05 mg/dL，略高于成年奶牛9～10 mg/dL，与其报道相吻合。在8月龄时，试验组牛的血清钙含量显著高于对照组牛的血清钙含量，这表明CPM模型优化的饲粮配方更利于牛对钙的吸收。本试验血清中磷的含量为6.83～9.06 mg/dL，略高于6～9 mg/dL，但没有超过上限，仍处于正常范围内。

总胆固醇是指血液中所有脂蛋白所含胆固醇之和，包括游离胆固醇和胆固醇酯。胆固醇是合成肾上腺皮质激素、性激素、胆汁酸及维生素D等生理活性物质的重要原料，也是构成细胞膜的主要成分，其在血清中的含量可作为脂类代谢的指标。本试验测得血清中总胆固醇含量为2.46～3.38 mmol/L，与Mani等^[17]测定的结果接近，试验组与对照组总胆固醇含量差异不显著。

饲喂CPM模型优化饲粮可提高后备母牛的管围，促进后备母牛的生长，促进血钙的吸收，降低饲养成本。CPM模型可用于评价和优化后备荷斯坦母牛的饲粮配方，建议在规模化奶牛场推广应用。