动物营养学报    2016, Vol. 28 Issue (6): 1696-1703    PDF (1397 KB)    
引用本文
郭江, 王加启, 高胜涛, 权素玉, 卜登攀. 热应激条件下粗饲料组合对奶牛氮素利用的影响[J]. 动物营养学报, 2016, 28(6): 1696-1703.  
GUO Jiang, WANG Jiaqi, GAO Shengtao, QUAN Suyu, BU Dengpan. Effects of Forage Combinations on Nitrogen Efficiency of Dairy Cows under Heat Stress[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(6): 1696-1703.  
热应激条件下粗饲料组合对奶牛氮素利用的影响
郭江1,2,3, 王加启2, 高胜涛2,3, 权素玉2,3, 卜登攀1,2,3,4     
1. 湖南农业大学动物科学技术学院, 长沙 410128;
2. 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所, 动物营养国家重点实验室, 北京 100193;
3. 中国农业科学院与世界农用林业中心, 农用林业与可持续畜牧业联合实验室, 北京 100193;
4. 东北农业大学食品安全与营养协同创新中心, 哈尔滨 150030
收稿日期: 2015-12-18
基金项目: 国家自然科学基金(31372341);"十二五"国家科技支撑计划(2012BAD12B02-05);中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IAS07)
作者简介: 郭江(1986-),男,福建三明人,博士研究生,从事生理学研究。E-mail:zhouhui163521@163.com
通信作者: 卜登攀,研究员,硕士生导师,E-mail:. E-mail:budengpan@126.com
摘要: 为了研究粗饲料组合对热应激奶牛氮素利用的影响,试验选取20头胎次和泌乳天数相似的健康荷斯坦奶牛,随机分成2组,每组10头,分别饲喂2种粗饲料组合饲粮:玉米青贮+苜蓿(0.92: 1.00,AF组)和玉米秸秆(CS组)。2组饲粮精料相同,精粗比均为63.7: 36.3。预试期1周,正试期8周。结果表明:1)与CS组相比,AF组奶牛产奶量及能量校正乳、4%脂肪校正乳、乳蛋白和乳糖产量显著或极显著升高(P<0.01或P<0.05)。2)奶牛对AF组饲粮粗蛋白质表观消化率极显著高于CS组(P<0.01)。3)与CS组相比,AF组瘤胃微生物蛋白产量显著升高(P<0.05),而尿液和血液尿素氮浓度极显著降低(P<0.01)。4)与CS组相比,AF组氮摄入量和乳中氮产量极显著升高(P<0.01),但氮转化效率显著降低(P<0.05)。结果提示,与玉米秸秆相比,玉米青贮+苜蓿的组合能提高饲粮粗蛋白质水平,增加热应激奶牛粗蛋白质表观消化率,促进瘤胃微生物蛋白和乳蛋白的合成,但氮的转化效率有待提高。
关键词: 热应激     粗饲料     微生物蛋白     表观消化率     氮转化效率    
Effects of Forage Combinations on Nitrogen Efficiency of Dairy Cows under Heat Stress
GUO Jiang1,2,3, WANG Jiaqi2, GAO Shengtao2,3, QUAN Suyu2,3, BU Dengpan1,2,3,4     
1. College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China;
2. State Key Laboratory of Animal Nutrition, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, China;
3. Joint Laboratory on Agroforestry and Sustainable Animal Husbandry, CAAS-ICRAF, Beijing 100193, China;
4. Synergetic Innovation Center of Food Safety and Nutrition, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China
Corresponding author: BU Dengpan, professor ,E-mail:budengpan@126.com
Abstract: In order to investigate the effects of forage combinations on nitrogen efficiency of heat-stressed cows, twenty healthy Holstein cows with similar parities and days in milk were randomly divided into two groups with ten cows per group. Cows were fed diets with two forage combinations [corn silage+alfalfa hay (0.92: 1.00, AF group) and corn straw (CS group)], but with the same concentrate and the same concentrate to forage ratio (63.7: 36.3). The pretest lasted for 1 week, and the test lasted for 8 weeks. The results showed as follows: 1) compared with CS group, cows in AF group had significantly higher milk, energy-corrected milk, 4% fat-corrected milk, milk protein and lactose yield (P<0.05 or P<0.01). 2) Cows showed significantly higher crude protein (CP) apparent digestibility in AF group diet than that in CS group diet (P<0.01). 3) Ruminal microbial protein yield in AF group was significantly higher than that in CS group (P<0.05), however, urine and blood urea nitrogen concentration were significantly lower in AF group (P<0.01). 4) Compared with CS group, cows in AF group had significantly higher nitrogen intake and milk nitrogen yield (P<0.01), however, had significantly lower nitrogen conversion rate (P<0.05). These results indicate that compared with corn straw, the combination of alfalfa hay and corn silage can increase dietary CP level, increase CP apparent digestibility, and improve microbial protein and milk protein synthesis of heat-stressed dairy cow, however, nitrogen efficiency needs to improve.
Key words: heat stress     forage     microbial protein     apparent digestibility     nitrogen efficiency    

热应激导致奶牛采食量下降和生产性能降低[1]。最近研究发现热应激引起奶牛氮代谢改变，乳蛋白合成降低，产生“热应激乳蛋白降低征”[2-4]。此外，奶牛养殖业又面临氮排泄的问题。据Tamminga[5]研究报道，奶牛摄入的氮中只有21%被机体利用，其余79%从尿和粪中排出体外。因此，急需采取措施提高热应激奶牛氮转化效率和增加乳蛋白的合成。而有研究报道称，粗饲料会影响奶牛对氮的消化利用效率。夏科等[6]研究发现奶牛对苜蓿和羊草氮的消化率高于玉米秸秆。Ren等[7]研究也发现，粗饲料组合会影响奶牛氮转化效率和乳蛋白合成。目前，粗饲料组合对热应激奶牛氮代谢影响的研究较少。因此，本试验在热应激条件下，研究粗饲料组合对奶牛氮转化效率的影响，为提高热应激奶牛乳蛋白合成提供参考依据。

1 材料与方法 1.1 试验动物与试验设计

根据泌乳天数[(86±14) d]和产奶量[(36.7±4.3) kg/d]等相近的原则，将20头初产荷斯坦奶牛随机分成2组，每组10头，分别饲喂2种粗饲料组合饲粮：玉米青贮+苜蓿(0.92 ∶ 1.00，AF组)和玉米秸秆(CS组)。2组饲粮精料相同，精粗比均为63.7 ∶ 36.3。试验饲粮配方参照NRC(2001)推荐标准，其组成及营养水平见表 1。预试期1周，正试期8周。试验奶牛采用全自动饲喂系统(RIC system)饲养，每天以全混合日粮(TMR)形式饲喂2次(07:00和19:00)，自由饮水，每天挤奶3次(07:00、14:00和20:00)。

表 1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis)
1.2 样品采集与制备 1.2.1 温湿度的记录与温湿指数(THI)计算

每天07:00和14:00测定呼吸频率、直肠温度。每天06：00、14：00和22：00采用温湿度计记录牛舍内的温度和相对湿度,并参考Cowley等[4]方法换算成THI，计算公式如下：

THI=1.8×T+32-0.55×(1-RH)× (T×1.8+32-58)。

式中：T为温度(℃)；RH为相对湿度(%)。

1.2.2 饲料样、乳样采集与指标测定

根据全自动饲喂系统记录奶牛每天的采食量。每天记录奶牛的产奶量,并每周连续2 d采集奶样，按早 ∶ 中 ∶ 晚=4 ∶ 3 ∶ 3混合，用乳成分自动分析仪(Foss，丹麦)检测乳蛋白、乳脂和乳糖含量，计算每天产量；计算能量校正乳、4%脂肪校正乳产量；根据采食量和产奶量计算料乳比；参照Bhandari等[8]的方法测定乳中尿素氮浓度。每2周采集1次饲粮样和剩料样，65 ℃烘干后粉碎过40目筛，密封保存。粗蛋白质(CP)含量采用全自动凯氏定氮仪(VELP.UDK159，意大利)测定，粗脂肪(EE)和粗灰分(ash)含量参照AOAC(2000)[9]中的方法测定，酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)含量采用纤维分析仪[Ankom(200)，美国]测定。

1.2.3 粪便采集与指标测定

于试验第54、55、56天采用点收粪方法采集粪便。每天间隔6 h采集1次粪便，每次采集200 g，采样结束后缩样至2份，各500 g。一份测定EE、ash、ADF和NDF含量，另一份加入10% 6 mol/L盐酸测定CP含量。CP含量采用全自动凯氏定氮仪(VELP.UDK159，意大利)测定，EE和ash含量参照AOAC(2000)[9]中的方法测定，ADF和NDF含量采用Ankom(200)纤维分析仪(Ankom Technology，美国)测定；全肠道表观消化率采用内标法进行估测，酸不溶灰分(AIA)作为内标[10]，计算公式如下：

全肠道表观消化率(%)=100×[1-(A1×B2)/(A2×B1)]。

式中：A1为饲粮中AIA的含量(%)；A2为粪中AIA含量(%)；B1为饲粮中该养分含量(%)；B2为粪中该养分含量(%)。

1.2.4 尿液采集与指标测定

于试验第54、55、56天采用点收尿方法采集尿液。每天间隔6 h采集1次尿液，每次收集30 mL，采样结束后缩样至100 mL，尿液与1% 6.0 mol/L盐酸混合。尿液尿素氮浓度的测定参照Bhandari等[8]方法；采用肌酸酐(苦味酸法)和尿酸(尿酶法)试剂盒分别测定尿液肌酸酐和尿酸浓度，试剂盒均购自南京建成生物工程研究所；采用比色法测定尿液尿囊素浓度[11]；采用嘌呤衍生物(PD)法测定瘤胃微生物蛋白含量[12]。计算公式如下：

尿量=29×体重/肌酸酐[13]；

尿囊(尿酸)素排出量=尿囊(尿酸)浓度×尿量；

PD排出量(mmol/d)=尿囊素排出量+尿酸排出量；

PD吸收量(mmol/d)=(PD排出量-0.385×BW0.75)/0.85；

微生物蛋白产量(mmol/d)=(PD吸收量×70)/(0.116×0.83×1 000)。

式中：0.385×BW0.75为内源蛋白质PD排出量(mmol/d)；0.85为PD的吸收率；70为PD中氮的含量(mg/mmol)；0.116为PD氮与瘤胃微生物总氮之比；0.83为微生物嘌呤的消化率。

1.2.5 血液采集与指标测定

于试验的第56天，晨饲前空腹采集尾静脉血液，制备乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝血，3 000 r/min离心20 min制备血浆，参照Bhandari等[8]方法测定血液中尿素氮浓度。

1.3 数据处理与统计分析

试验数据采用SAS 9.2统计软件进行分析，其中呼吸频率、直肠温度、产奶量、能量校正乳、4%脂肪校正乳、料乳比和乳成分用Proc Mixed模型分析，其余指标采用一般线性模型(GLM)的t检验分析。P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析 2.1 牛舍THI和奶牛呼吸频率、直肠温度变化

整个试验期间牛舍的THI如图 1所示，牛舍在06:00、14:00和22:00 THI平均值分别是73.8(65.7~82.0)、80.0(67.9~86.9)、77.0(65.8~86.6)，说明试验期奶牛处于热应激状态(THI＞72)。由表 2可知，2组奶牛呼吸频率和直肠温度无显著差异(P＞0.05)。

图1 试验期牛舍的THI变化 Fig. 1 The changes of THI in barns during experimental period
表 2 试验期间奶牛的呼吸频率和直肠温度 Table 2 Respiratory rate and rectal temperature of dairy cows during experimental period
2.2 粗饲料组合对热应激奶牛生产性能的影响

由表 3可知，AF组奶牛的产奶量、乳蛋白和 乳糖产量极显著高于CS组(P<0.01)；能量校正 乳和4%脂肪校正乳显著高于CS组(P<0.05)；而料乳比和乳脂产量差异无显著(P＞0.05)。

表 3 粗饲料组合对热应激奶牛生产性能的影响 Table 3 Effects of forage combinations on performance of heat-stressed dairy cows
2.3 粗饲料组合对热应激奶牛营养物质摄入和表观消化率的影响

由表 4可知，与CS组相比，AF组奶牛干物质、有机物表观消化率显著上升(P<0.05)，干物质、有机物、CP摄入量和CP表观消化率极显著上升(P<0.01)，而ADF摄入量和NDF、ADF表观消化率显著降低(P<0.01)。NDF、EE摄入量和EE表观消化率组间无显著差异(P＞0.05)。

表 4 粗饲料组合对热应激奶牛营养物质摄入量和表观消化率的影响 Table 4 Effects of forage combinations on nutrient intake and apparent digestibility of heat-stressed dairy cows
2.4 粗饲料组合对热应激奶牛血液、尿液、乳中尿素氮浓度和瘤胃微生物蛋白产量的影响

由表 5可知，AF组奶牛血液和尿液尿素氮浓度极显著低于CS组(P<0.01)，而瘤胃微生物蛋白产量显著高于CS组(P<0.05)，乳中尿素氮浓度组间无显著差异(P＞0.05)。

表 5 粗饲料组合对热应激奶牛血液、尿液、乳中尿素氮浓度和瘤胃微生物蛋白产量的影响 Table 5 Effects of forage combinations on blood, urine and milk urea nitrogen concentrations and ruminal microbial protein yield of heat-stressed dairy cows
2.5 粗饲料组合对热应激奶牛氮转化效率的影响

由表 6可知，AF组奶牛饲粮氮摄入量和乳中氮产量极显著高于CS组(P<0.01)，而氮的转化效率显著低于CS组(P<0.05)。

表 6 粗饲料组合对热应激奶牛氮转化效率的影响 Table 6 Effects of forage combinations on nitrogen conversion rate of heat-stressed dairy cows
3 讨 论 3.1 热应激指标

THI被认为是判断奶牛热应激的一项重要指标。研究发现，当THI大于72时，奶牛会出现严重的应激反应[14]。试验期THI基本都高于72，14：00的THI甚至超过78；说明奶牛处于热应激状态；另外，Berman等[15]报道指出，当热应激奶牛呼吸频率超过60次/min，奶牛会出现严重的负面反应。而14：00奶牛呼吸频率超过60次/min，也证明了奶牛处于热应激状态。

3.2 粗饲料组合对热应激奶牛生产性能的影响

热应激导致奶牛的采食量下降，引起营养物质摄入减少和产奶量降低[16]。Baumgard等[17]研究报道在热应激条件下，奶牛优先将营养物质在组织中利用而非进行泌乳。本试验中，与CS组相比，AF组改变粗饲料组合，改善饲粮的适口性，增加奶牛的采食量。Ren等[6]研究也发现饲喂苜蓿+玉米青贮饲粮奶牛采食量高于饲喂玉米秸秆饲粮。由于采食量升高，AF组奶牛产奶量也随之升高。王金合等[18]研究发现，饲喂苜蓿干草饲粮奶牛的产奶量显著高于饲喂玉米秸秆饲粮。另外，AF组饲粮的CP含量较高，这可能是产奶量升高的另一个原因。Grings等[19]研究发现，当饲粮CP水平升高时，奶牛的产奶量也升高。

3.3 粗饲料组合对热应激奶牛营养物质表观消化率的影响

热应激可降低奶牛营养物质的消化率[20]。温雅俐等[21]研究发现，热应激使奶牛CP的消化率降低10%。而本试验是在热应激条件下研究不同粗饲料组合对CP表观消化率影响,结果表明，奶牛对AF组饲粮CP消化率高于CS组饲粮，这说明高CP摄入量可以提高奶牛CP消化率。这个结果与周汉林等[22]研究结果一致，随饲粮CP水平升高，CP和氮的表观消化率也升高。陈艳等[23]认为牧草CP含量较高，有利于蛋白质的降解；而秸秆的纤维素结构影响蛋白质分解。

3.4 粗饲料组合对热应激奶牛瘤胃微生物蛋白合成的影响

瘤胃微生物蛋白是可代谢蛋白重要组成部分，影响饲料CP合成乳蛋白的效率[24]。饲粮蛋白质在瘤胃降解成氨氮被微生物利用[25]。但过量的氨氮透过瘤胃壁进入血液，在肝脏中转化成尿素，并通过肾随尿排出体外；这不仅影响瘤胃微生物的生长，造成氮资源的浪费，还污染环境[5]。本试验发现与CS组相比，AF组瘤胃微生物蛋白产量较高，而血液和尿液尿素氮浓度较低。因此，与玉米秸秆饲粮相比，苜蓿+玉米青贮饲粮更适合热应激奶牛瘤胃微生物的生长。

3.5 粗饲料组合对热应激奶牛氮转化效率的影响

乳蛋白产量与蛋白质摄入量、微生物蛋白产量密切相关。Wright等[26]研究发现随着饲粮CP水平升高，能释放足够的氮源合成瘤胃微生物蛋白，提高乳蛋白产量。赵勐等[24]研究报道称，乳蛋白产量与CP摄入量相关性为0.874，与微生物蛋白产量相关性为0.484。本试验中，AF组奶牛氮的摄入量和乳中氮产量较高，但氮的转化效率较低。氮转化效率低可能是由于CP水平(18.5%)较高，尿氮和粪氮的排泄量增加。Mulligan等[27]研究发现奶牛饲喂高蛋白质饲粮(20.4%)尿氮和总氮排泄量比饲喂低蛋白质饲粮(16.4%)高。本试验结果显示，与玉米秸秆相比，苜蓿+玉米青贮的组合提高了饲粮CP水平，增加了奶牛蛋白质摄入和消化，促进了乳蛋白合成，但高CP水平不利于氮的高效转化。

4 结 论

夏季奶牛处于热应激状态，采食量明显下降，导致牛奶营养物质摄入减少，产奶量降低。另外，热应激使奶牛氮代谢改变，维持需要的蛋白质增加，乳蛋白合成降低。本试验饲喂苜蓿+玉米青贮组饲粮，提高了热应激奶牛采食量和CP表观消化率，促进了瘤胃微生物蛋白和乳蛋白合成，增加了产奶量。但是苜蓿+玉米青贮组饲粮氮的转化效率较低，需进一步研究最适CP水平，以促进热应激奶牛乳蛋白合成和提高氮转化效率。

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