2. 济南市畜牧技术推广站, 济南 250306;
3. 青岛市崂山区农业农村局, 青岛 266061
2. Jinan Animal Husbandry Technology Extension Station, Jinan 250306, China;
3. Agricultural and Rural Bureau of Laoshan, Qingdao 266061, China
随着奶牛养殖业的发展,蛋白质饲料利用率低、瘤胃内氨氮损失过高的现象十分严重。提高蛋白质饲料的利用率,改善畜产品质量,并在一定程度上减轻排泄物对环境的污染是目前研究的热点。饲料添加剂是配合饲料原料的三大支柱之一,饲料添加剂的应用可以提高奶牛产奶量、改善乳成分、提高瘤胃内氨氮的利用。在饲料中添加饲料添加剂进而调控奶牛的生产性能,对我国奶牛业健康发展意义重大。半胱胺(cysteamine,CS)又称β-巯基乙胺,是构成辅酶A(CoA)分子的成分,是存在于生物体内的生理调节剂,其在动物体内代谢迅速,最终转化为对动物体无害的胱胺、半胱胺酸、谷胱甘肽等[1]。近年来,CS作为一种新型饲料添加剂,在生产上得到广泛应用[2]。饲喂CS可改善奶牛乳品质,提高奶牛产奶量[3]。王玲等[4]研究表明,CS(含量30%)添加量为20 g/(d·头)时对提高奶牛瘤胃微生物蛋白(MCP)产量和产奶量、降低氮排泄的效果显著。蛋氨酸(methionine,Met)是奶牛主要限制性氨基酸之一,能调节蛋白质合成与代谢,提高生产性能。奶牛瘤胃系统复杂,如果直接在饲粮中添加Met容易被瘤胃内的各种微生物大量降解,降低了奶牛对Met的利用效率[5],因此,饲粮中常常添加过瘤胃蛋氨酸(rumen-protected methionine,RPMet)。补充RPMet可以改善奶牛的整体生产性能和健康状况。Zhou等[6]研究表明,补充RPMet对奶牛的生产性能有积极影响。张成喜等[7]研究发现,RPMet添加量为25 g/(d·头)时对奶牛瘤胃MCP产量、产奶量和氮排泄的影响显著。迄今为止,本课题组仅就CS和RPMet单独应用于奶牛生产进行了研究,尚未将CS和RPMet联合应用于奶牛生产,也未见相关报道。因此,本试验在前期CS和RPMet单独添加的基础上,研究CS和RPMet组合添加对奶牛产奶性能、瘤胃MCP产量及氮排泄的影响,旨在探究其适宜添加水平组合,为CS和RPMet的联合使用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料和试验设计试验所用CS组成为半胱胺盐酸盐、棕桐油、淀粉等,含量为40%,过瘤胃率为50%;RPMet组成为DL-蛋氨酸、棕榈油、二氧化硅,含量为60%,过瘤胃率为85%。CS和RPMet均购自青岛润博特生物科技有限公司。
试验在烟台荷牧园牧业有限责任公司进行,选取40头年龄(4±1)岁、体重(650±20) kg、2~3胎、产奶量为(28.27±0.81) kg、泌乳期为(90±10) d的荷斯坦奶牛,随机分为10组,每组4头。对照(C)组饲喂基础饲粮,试验组添加不同水平的CS和RPMet,CS的添加水平分别为13、15、17 g/(d·头);RPMet的添加水平分别为23、25、27 g/(d·头),共9个不同组合,试验设计见表 1。
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表 1 试验设计 Table 1 Experimental design |
每头奶牛每天预留0.5 kg精料,作为载体与CS和RPMet混合,剩余精料与粗饲料混合均匀后制成全混合日粮(TMR)。TMR组成及营养水平见表 2。CS和RPMet与精料混合后再随TMR一起饲喂。试验期75 d,其中预试期15 d,正试期60 d。
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表 2 TMR组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of the TMR (DM basis) |
每天采用全自动挤奶器(丹麦SAC公司)在03:30、11:30、18:30时各挤奶1次,每天在03:30、13:00时各饲喂TMR 1次,试验过程中保证每天每头奶牛接触到TMR的时间在20 h以上,自由采食和饮水。
1.3 样品采集 1.3.1 TMR样采用五点取样法在预试期第1天及正试期第28、58天时连续收集3 d试验牛TMR样。
1.3.2 奶样在正试期第15、30、45、60天挤奶时采集3次奶样。
1.3.3 尿样尿样采集采用朱雯[9]的点收尿法,并结合人工接尿和膀胱取尿。尿样采集时间为预试期的第1~3天及正试期的第28~30天、第58~60天。
1.3.4 粪样采用直肠采粪法在预试期第1天及正试期第28、58天时连续收集3 d试验牛粪样。
1.4 测定指标与方法 1.4.1 采食量与日排粪量预试期的第1、5、9、13天记录采食量,每次连续记录3 d的TMR投料量及剩料量,据此计算出每头试验牛在预试期内的平均采食量。正试期10 d记录1次,方法同预试期。通过4 mol/L盐酸不溶灰分法结合采食量测定奶牛的日排粪量。
1.4.2 主要养分含量收集的TMR样放入65 ℃烘箱中烘干,粉碎待用。粪样加硫酸进行固氮,硫酸浓度为10%,每100 g样品中加25 mL硫酸,并于-20 ℃冷冻保存。样品中干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、钙(Ca)、磷(P)含量分别参照GB/T 6435—2006[10]、GB/T 6432—2018[11]、GB/T 20806—2006[12]、GB/T 6436—2002[13]、GB/T 6437—2002[14]测定。酸性洗涤纤维(ADF)含量参照《饲料中酸性洗涤纤维的测定》(NY/T 1459—2007)[15]测定。
1.4.3 产奶量试验期间,每5 d记录1次产奶量,连续记录3 d,于每日挤奶时记录。牛场使用全自动挤奶机每天挤奶3次(03:30、11:30、18:30),自动显示产奶量。
1.4.4 乳成分在正试期第15、30、45、60天挤奶时采集3次奶样,按4 : 3 : 3混合,共50 mL,加入30 mg K2Cr2O7防腐处理后4 ℃保存。奶样在青岛市畜牧兽医研究所进行测定,使用CombiFoss FT+分析仪(丹麦Foss公司)测定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和乳体细胞数。
1.4.5 尿酸和尿囊素含量尿样中加入浓度为10%的硫酸调整pH,使pH<3,-20 ℃保存。尿中尿酸含量测定采用UV-1800 PC型紫外可见分光光度计(上海美谱达仪器有限公司),尿中尿囊素含量测定采用Infinite F50酶标仪(瑞士Tecan公司)。
1.4.6 瘤胃MCP产量参考Chen等[16]阐述的原理并结合王虎成等[17]的计算公式,通过尿中嘌呤衍生物(PD)估测出MCP产量。PD含量为尿中尿酸和尿囊素的含量之和。计算公式如下:
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式中:X为小肠吸收外源性嘌呤的含量(mmol/d);70为每摩尔嘌呤的含氮量(mg/mol);0.83为微生物核酸嘌呤的消化率;0.116为瘤胃微生物总氮中嘌呤氮的比例;6.25为氮换算为蛋白质的平均系数。
小肠吸收外源性嘌呤的含量(X)的计算公式为:
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式中:Y为尿中嘌呤衍生物的排出量(mmol/d);0.85为牛肠道吸收的嘌呤转化为尿中PD的回收率;0.385为当牛肠道吸收嘌呤的数量为0时,尿中排出内源性嘌呤衍生物的含量(mmol/d);BW0.75为动物的代谢体重。
1.4.7 氮代谢指标使用KjeltecTM8200凯氏定氮仪(丹麦Foss公司)测定尿氮含量,采用苦味酸比色法并使用UV-1800 PC分光光度计测定尿肌酐含量,以尿肌酐(每头牛每天1 kg体重排出约29 mg)标记测定奶牛的排尿量。试剂盒由南京建成生物工程研究所提供。
氮代谢指标计算公式:
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使用Excel 2010软件对数据进行基本处理,使用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析,Duncan氏法多重比较进行组间差异显著性检验,以P < 0.01和P < 0.05分别表示差异极显著和显著,结果以平均值±标准误表示。
2 结果 2.1 CS和RPMet不同组合对奶牛主要养分采食量的影响由表 3可知,各试验组奶牛的主要养分采食量与C组之间差异不显著(P>0.05)。
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表 3 CS和RPMet不同组合对奶牛主要养分采食量的影响(干物质基础) Table 3 Effects of different combinations of CS and RPMet on main nutrient intakes of dairy cows (DM basis) |
由表 4可知,LL、LM、LH、ML、MM、MH、HL、HM、HH组产奶量分别比C组提高了7.17%(P<0.05)、12.88%(P<0.01)、10.29%(P<0.05)、8.26%(P<0.05)、8.48%(P<0.05)、17.52%(P<0.01)、19.76%(P<0.01)、12.84%(P<0.01)、13.85%(P<0.01)。
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表 4 CS和RPMet不同组合对奶牛产奶量的影响 Table 4 Effects of different combinations of CS and RPMet on milk yield of dairy cows |
由表 5可知,在乳脂率方面,LL、LH、ML、MM、MH、HL、HM、HH组极显著高于C组(P<0.01);在乳蛋白率方面,LH、HL、HH组极显著高于C组(P<0.01);在乳体细胞数方面,ML、HH组极显著低于C组(P<0.01)。
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表 5 CS和RPMet不同组合对奶牛乳成分的影响 Table 5 Effects of different combinations of CS and RPMet on milk composition of dairy cows |
由表 6可知,在尿囊素排出量方面,HL组极显著高于C组(P<0.01);在嘌呤衍生物排出量方面,HL组极显著高于C组(P<0.01),HM组显著高于C组(P<0.05);在MCP产量方面,LL、LM、LH、ML、MM、MH、HL、HM、HH组分别比C组提高了12.19%(P>0.05)、21.89%(P>0.05)、17.49%(P<0.05)、14.04%(P>0.05)、14.41%(P>0.05)、29.78%(P<0.05)、33.59%(P<0.01)、21.83%(P<0.05)、23.54%(P>0.05)。
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表 6 CS和RPMet不同组合对奶牛瘤胃MCP产量的影响 Table 6 Effects of different combinations of CS on rumen MCP production of dairy cows |
由表 7可知,在粪氮方面,各试验组均极显著低于C组(P<0.01);在尿氮方面,LM、LH、ML、MM、MH、HL、HM、HH组极显著低于C组(P<0.01);在乳氮方面,LM、LH、MH、HL、HM组极显著高于C组(P<0.01);在氮沉积方面,除LL组外各试验组均显著或极显著高于C组(P<0.05或P<0.01);在氮总排泄量方面,各试验组均极显著低于C组(P<0.01);在氮表观消化率方面,各试验组均极显著高于C组(P<0.01)。
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表 7 CS和RPMet不同组合对奶牛氮表观消化率及氮排泄的影响 Table 7 Effects of different combinations of CS and RPMet on N apparent digestibility and N excretion of dairy cows |
干物质采食量(DMI)是奶牛营养物质摄入量的直观体现。夏伦志等[18]将CS添加到泌乳奶牛中,发现CS对奶牛DMI无显著影响。芦娜等[19]在奶牛饲粮中添加RPMet发现,试验组和对照组奶牛DMI无显著差异。本试验中,CS和RPMet不同组合对奶牛DMI采食量无显著影响,这与夏伦志等[18]和芦娜等[19]的研究结果一致,表明CS和RPMet组合使用不会对奶牛主要养分采食量造成负面影响。
3.2 CS和RPMet不同组合对奶牛产奶量的影响本试验条件下,在奶牛饲粮中添加CS和RPMet后,奶牛的产奶量均显著或极显著高于C组。王玲等[4]在奶牛饲料中添加CS,试验组奶牛产奶量较对照组提高了19.58%。CS能有效降低下丘脑、胃和十二指肠中生长抑素(SS)的免疫活性,解除SS对生长激素(GH)的抑制作用[20]。CS对SS具有抑制作用是由于CS分子内含有巯基和氨基等活性基团,能与SS分子直接作用,导致SS分子构型改变,使其免疫活性和生物活性遭到破坏,因此减弱了对GH的抑制,促进了垂体前叶分泌GH,使血液内GH水平升高,从而提高奶牛产奶量[21-22]。甘佳等[23]指出,奶牛饲粮中添加RPMet可有效解决氨基酸平衡问题,提高蛋白质的利用率,从而使产奶量提高。张成喜等[7]在奶牛饲粮中添加RPMet,产奶量较对照组提高13.32%。Xu等[24]报道,在奶牛饲粮中添加RPMet能增加小肠Met的供给,满足泌乳奶牛对限制性氨基酸的需要,为奶牛产奶提供充足的Met,从而促进奶牛的产奶性能。本试验中,联合使用CS和RPMet,奶牛产奶量最高可提高19.76%,与王玲等[4]单独使用CS的提高幅度几乎一致,其原因可能是由于本试验的时间为夏季,奶牛正处于热应激期间;此外,试验牛群及饲粮成分不同,也或许还有其他一些未知因素所致。但本试验结果高于张成喜等[7]单独使用RPMet的提高幅度,这说明CS和RPMet联合使用优于单独使用的效果,这可能是由于CS和RPMet联合使用不仅提高了奶牛体内GH水平[20],而且促进了氨基酸平衡[24],改善瘤胃发酵,促进机体对营养物质的消化吸收,有利于产奶量的提高。
3.3 CS和RPMet不同组合对奶牛乳成分的影响乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和乳体细胞数是衡量乳品质的标准。Zhang等[25]研究发现,饲粮添加CS的试验组乳蛋白率和乳脂率显著提高。韩新燕等[26]研究发现,CS能促进乳腺细胞增殖,促进动物体内GH水平上升。夏伦志等[18]研究发现,CS通过提高动物体内GH水平,促进胰岛素(INS)分泌,从而增加体内胰岛素样生长因子-1(IGF-1)含量,进一步促进乳蛋白、乳糖和乳脂的合成。毕晓华等[27]指出,饲粮添加RPMet能提高牛奶中总脂肪、乳蛋白和乳脂含量。李海霞等[28]研究证明,RPMet能增加瘤胃内乙酸、丙酸、丁酸、总挥发性脂肪酸的浓度,从而提高乳品质。RPMet作为奶牛第一限制性氨基酸,能增加小肠可消化氨基酸数量,提高小肠可消化蛋白质(IDCP)含量,有利于乳蛋白的合成。本试验结果表明,CS和RPMet联合使用对提高奶牛奶中乳蛋白率、乳脂率有积极影响。
乳体细胞数升高很大程度上预示着奶牛乳房患有疾病。本试验中,饲粮添加CS和RPMet后,各试验组乳体细胞数较C组均有降低,说明CS和RPMet联合使用对维持奶牛乳房健康有积极作用。CS能促进淋巴细胞增殖,提高外周血淋巴细胞转化率,并能提高血清白细胞介素-2(IL-2)含量,提高机体免疫力,减少发病几率,降低乳体细胞数[29]。RPMet能促进谷胱甘肽(GSH)等抗氧化物质的合成,降低细胞的氧化损伤,缓解奶牛能量负平衡,降低非酯化脂肪酸、β-羟基丁酸的含量,减少对细胞的损伤,增强机体的免疫功能,维持奶牛乳房健康,有利于降低乳体细胞数[30]。这可能是CS和RPMet联合使用降低乳体细胞数的原因。
3.4 CS和RPMet不同组合对奶牛瘤胃MCP产量的影响MCP是反刍动物生命活动中氮的主要来源,能为反刍动物的生命活动提供大量蛋白质[6]。尿嘌呤衍生物法是估测瘤胃MCP产量的有效方法[16],本试验采用该方法计算试验奶牛的瘤胃MCP产量。王玲等[4]试验发现,饲粮添加CS能增加奶牛瘤胃MCP产量。刘贵莲等[31]研究发现,CS能增加瘤胃微生物活性,使瘤胃MCP的合成速度加快。给反刍动物饲喂CS,能增强小肠蠕动,加快肠道消化,提高瘤胃稀释率,有利于加快氨态氮(NH3-N)代谢速度,提高MCP的产量[32]。CS的活性基团可对SS进行化学修饰,抑制SS的免疫活性和生物活性[33],使体内GH水平增多,消化功能相关激素活性增强,促进肠道运动,改善瘤胃内环境,加快瘤胃内微生物对NH3-N的利用,有利于加快NH3-N向MCP的转化[34]。张成喜等[7]研究表明,奶牛饲粮中添加RPMet能明显提高MCP产量。密士恒等[35]研究表明,饲粮添加RPMet能提高NH3-N的利用率。Met能促进纤维分解菌的分泌和MCP的合成,促进瘤胃发酵,降低NH3-N含量,从而提高MCP的产量[36]。本试验条件下,奶牛瘤胃MCP产量得到提高,一方面可能是因为CS和RPMet的添加可以提高奶牛体内激素水平,促进瘤胃发酵,加快瘤胃MCP的生成;另一方面可能是因为添加CS和RPMet使瘤胃微生物活性增强,瘤胃内环境得到改善,提高了奶牛体内NH3-N的利用率,这可能是本试验中联合使用CS和RPMet能提高奶牛瘤胃MCP产量的原因。
3.5 CS和RPMet不同组合对奶牛氮表观消化率及氮排泄的影响氮是维持动物正常生长所需的营养元素,奶牛养殖过程中大量未被机体利用的氮流失到环境中,造成环境污染[37]。提高氮的表观消化率,可降低氮排泄对环境造成的污染。本试验中,各试验组粪氮排出量均极显著低于C组,尿氮排出量(除LL组外)均极显著低于C组,氮总排泄量均极显著低于C组,氮表观消化率均极显著高于C组。刘月琴等[38]在绵羊饲粮中添加CS,提高了氮的表观消化率,促进了氮的吸收利用。饲粮中添加CS能促进动物机体对营养物质的吸收和利用,提高机体的消化代谢水平,加速蛋白质沉积,提高氮利用率[39-40]。密士恒等[35]指出,饲粮添加RPMet能改善肉羊体内氨基酸水平,促进氨基酸的利用,提高氮利用效率。饲粮添加RPMet可以增强瘤胃微生物活性,增强微生物降解NH3-N的能力[41]。在奶牛饲粮中添加RPMet能促进小肠对各种氨基酸的利用,Met缺乏会造成奶牛体内氨基酸不平衡,利用率低,未被利用的氨基酸在肝脏中以氨的形式排出体外,增加了尿氮排出量[42]。在奶牛饲粮中添加RPMet能平衡小肠内氨基酸的组成,促进小肠对氨基酸的利用,尿氮排出量减少[7]。饲粮添加瘤胃保护的限制性氨基酸,增加了MCP产量,平衡了小肠中氨基酸数量,减少氮损失,减少对环境的污染,而对动物的生长不会造成负面影响[43]。本试验中,饲喂CS和RPMet后能够显著提高氮表观消化率,降低粪氮和尿氮的排出量,印证了刘月琴等[38]、密士恒等[35]的研究结论,说明CS和RPMet联合使用对奶牛氮表观消化率及氮排泄有积极影响。
4 结论奶牛饲粮中添加CS和RPMet,能提高奶牛产奶性能和瘤胃MCP产量,减少氮排泄。综合考虑上述指标,在本试验条件下,以17 g/(d·头)CS +23 g/(d·头)RPMet为最佳组合。
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