2. 泰安金兰奶牛养殖有限公司, 泰安 271018
2. Taian Jinlan Dairy Farming Co., Ltd., Tai'an 271018, China
精氨酸是奶牛体内的一种条件性必需氨基酸，可提高奶牛的氮利用率，降低血浆中氨的浓度[1]。精氨酸能通过“精氨酸-鸟氨酸”通路改善奶牛对氮的利用，并能增加酪蛋白合成[2]。此外，精氨酸也是T细胞生长成熟的必需营养素，其代谢后的一氧化氮也可以介导免疫反应[3]。N-氨甲酰谷氨酸(N-carbamylglutamate, NCG)是精氨酸合成过程中激活剂N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamate, NAG)的结构类似物，其功能与NAG相似且有较强的稳定性，因此近年关于内源精氨酸合成的研究方面，NCG受到越来越多的关注[4-7]。补充NCG能增加精氨酸的内源合成，起到与补充精氨酸相似的效果，因此在饲粮中添加NCG能够提高奶牛精氨酸的内源合成[8]。此外，与在饲粮中直接添加精氨酸和NAG相比，NCG的成本更低，同时NCG具有较高的过瘤胃率[7, 9]。
在我国NCG作为猪饲料添加剂的研究较多[10]，NCG能提高哺乳仔猪血浆内源性精氨酸浓度、生长激素浓度、生长速度和肌肉蛋白质的合成[11-12]。NCG在奶牛上的研究主要集中在泌乳奶牛上，有报道表明NCG可以提高泌乳奶牛的产奶量，提高乳脂和乳蛋白含量，并且在一定程度上可以缓解奶牛热应激[6, 13-14]。此外，饲喂NCG可以提高奶牛血浆精氨酸浓度[15]，并有效地促进反刍动物肠道组织的尿素循环[16]。在泌乳中期奶牛的NCG梯度添加试验表明NCG的最佳添加量为20 g/d，添加NCG能够提高泌乳奶牛的泌乳性能和氮利用率[15, 17]。然而，目前在奶牛上添加NCG的相关研究报道主要集中在泌乳奶牛上，围产期奶牛NCG的相关研究较少。
在围产期，奶牛的代谢水平和生理机能会发生很大的变化[18]，导致其免疫力下降，易患乳腺炎等产后疾病，同时由于能量负平衡会造成奶牛大量的体脂动员[19-20]，易发生脂肪肝和酮病等营养代谢病，严重影响奶牛的正常生产性能。因此，该阶段的目标是让其平稳度过围产期，为后续最大化发挥其泌乳性能奠定基础[18]。其他动物NCG饲喂添加试验表明，NCG的添加有助于缓解动物围产期的免疫反应并减轻产犊造成的应激。羊上的研究表明，饲粮中添加NCG对母羊怀孕期间的繁殖和代谢变化起到有益的影响[5]。此外，妊娠期补充NCG可提高母猪的免疫力[21]。作为精氨酸合成的激活剂，直接饲喂NCG可能会增加奶牛体内的精氨酸合成，从而提高奶牛生产性能并且改善机体免疫力。有研究报道，精氨酸能减轻奶牛乳腺炎症反应，并且提高泌乳奶牛氮利用率和牛奶中酪蛋白产量[22-23]，围产期添加NCG可能达到与补充精氨酸同样的作用。因此，本研究旨在评价围产期饲粮中添加NCG对奶牛产奶量、血清生化及免疫指标的影响，为围产奶牛添加剂的开发提供一定的数据支持。
1 材料与方法 1.1 试验设计本试验选用80头围产期荷斯坦母牛[胎次(2.5±1.1)胎，体重(627±46) kg，体况评分3.57±0.21]，随机分成4组，A组：产前21 d开始饲喂NCG，至产犊当天结束；B组：产犊当天开始饲喂NCG，至产后第21天结束；C组：产前21 d至产后21 d始终饲喂NCG；D组：产前21 d至产后21 d始终饲喂不添加NCG的基础饲粮。参考之前奶牛上的相关研究[15]，本试验NCG的平均添加量为每头奶牛20 g/d。
1.2 基础饲粮基础饲粮以全混合日粮(TMR)的形式对奶牛进行饲喂，基础饲粮组成及营养水平如表 1所示。每天饲喂前将NCG与TMR混合均匀后进行饲喂。将奶牛分为4组，采用散栏式饲喂，所有奶牛自由采食和饮水。
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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) |
奶牛每天分别于06：00、14：00和20：00进行饲喂。产犊后，分别于每天11：00、19：00、03：00进行挤奶，产犊后每天记录各组奶牛的产奶量，并在产犊后19~21 d采集乳样，用78110乳品快速分析仪(Foss)对乳脂、乳蛋白、乳糖含量，体细胞数和乳尿素氮含量进行分析。乳脂校正乳(FCM)产量=产奶量×0.432+乳脂含量×16.216。
分别于产前10 d、产犊当天、产后21 d，晨喂后3 h从尾静脉采血。血样放置于促凝管中，1 000×g离心15 min，用于收集每组的血清样品。用日立7020型全自动生化分析仪检测血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性及白蛋白(ALB)、尿素(UN)和葡萄糖(GLU)含量。血清中总蛋白(TP)含量由试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。血清白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-6(IL-6)、干扰素-α(IFN-α)和免疫球蛋白G(IgG)含量采用放射免疫分析试剂盒(天津九鼎医学生物工程有限公司)进行检测。
1.4 数据统计分析使用SAS 8.2的one-way ANOVA程序进行单因素方差分析，采用Duncan氏多重比较检验法对平均值进行多重比较。当P < 0.05时，表明统计上有显著差异；当0.05≤P < 0.10时，表明统计上有差异的趋势。
2 结果 2.1 围产期饲喂NCG对奶牛泌乳性能和乳成分的影响由表 2可知，B组产奶量显著高于D组(P < 0.05)，A组和C组产奶量相比于D组有增加的趋势(0.05 < P < 0.10)。A、B、C组的FCM产量显著高于D组(P < 0.05)，其中A组和C组的FCM产量更高。相比于D组，A、B、C组的乳蛋白含量显著提高(P < 0.05)，乳脂、乳糖含量和体细胞数各组间差异不显著(P>0.05)。
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表 2 围产期饲喂NCG对奶牛产奶量和乳成分的影响 Table 2 Effects of NCG supplementation on milk yield and milk composition in transition cows |
由表 3可知，产前10 d，各组血清免疫指标差异不显著(P>0.05)。在产前10 d，A组和C组与其他2组相比，有升高血清IL-6含量的趋势(0.05＜P < 0.10)。在产后21 d，B组和C组有降低血清IL-6含量的趋势(0.05＜P < 0.10)。不同组间血清IFN-α和IgG含量无统计学差异(P>0.05)。
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表 3 围产期饲喂NCG对奶牛血清免疫指标的影响 Table 3 Effects of NCG supplementation on serum immune parameters in transition cows |
由表 4中，产后21 d，C组中血清AST活性显著低于A组和D组(P < 0.05)，B组血清AST活性显著低于A组(P < 0.05)。而产犊前10 d和产犊当天，各组中血清AST活性无显著差异(P>0.05)。产前10 d，A组和C组具有较高的血清TP含量(P < 0.05)。在产犊当天，B组血清GLU含量显著高于D组(P < 0.05)。在其他采样时间点，各组间血清ALT活性及TP、ALB和GLU含量无显著差异(P>0.05)。此外，在产后21 d，B组和D组血清UN含量有降低的趋势(0.05 < P < 0.10)。
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表 4 围产期饲喂NCG对奶牛血清生化指标的影响 Table 4 Effect of NCG supplementation on serum biochemical parameters in transition cows |
本研究结果表明，无论是产前还是产后补充NCG，都可以提高FCM产量，产后添加对FCM产量和乳蛋白含量的提高效果优于产前。之前的研究表明，高产奶牛饲粮中添加20 g/d的NCG有提高产奶量(40.2 kg/d vs. 38.1 kg/d)和乳蛋白含量(2.83% vs. 2.74%)的趋势，然而NCG的添加对乳脂含量没有显著影响[15]，这与我们在围产期奶牛NCG添加的结果一致。因此，不论是在围产期还是泌乳期添加NCG，都能提高产奶量。NCG能提高奶牛产奶量的原因可能是因为其能增加精氨酸的内源合成。之前有研究表明，向奶牛饲粮中添加NCG能增加血浆中的精氨酸含量[15]。氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(CPS-Ⅰ)是促进精氨酸合成的尿素循环中第一限速酶，其催化生成氨甲酰磷酸的反应是精氨酸内源性合成的关键步骤[23]。NAG是该反应中CPS-Ⅰ的必要的辅助因子，起着变构激活CPS-Ⅰ的作用。而作为NAG的结构类似物，NCG具有与NAG相同的功效，其能进入线粒体内部激活CPS-Ⅰ，促进氨甲酰磷酸的生成，间接提高精氨酸及其代谢产物的合成水平[23]。而精氨酸是一种很重要的氨基酸，其与氮的运输、储存和排出以及氨在尿素循环中的分配均有关。此外，作为精氨酸的代谢产物的一氧化氮可以促进乳腺血管增生，这可能也会增加产奶量[2]。本研究表明，NCG添加可提高乳蛋白含量，降低血清尿素含量，产犊后添加NCG可以提高泌乳早期奶牛的乳蛋白含量和产奶量。NCG是提高奶牛泌乳早、中期氮素利用率的一种有效方法[24]，奶牛瘤胃上皮细胞和十二指肠细胞可以利用NCG促进尿素循环，从而提高氮和氨的利用率[16]。在泌乳奶牛饲粮中添加NCG，降低了牛奶和血浆中尿素氮的含量，提高了氮利用率，从而改善了奶牛的泌乳性能[13]。因此，本试验中观察到的NCG对产奶量和乳蛋白含量的提高可能是由于NCG的添加后促进了精氨酸的内源合成，从而改善了奶牛对氮的利用。
3.2 围产期饲喂NCG对奶牛血清免疫指标的影响围产期奶牛的免疫力会随着围产期生理状态和环境的改变而降低[20]，因此这一阶段提高奶牛的免疫能力，能减少奶牛产后的疾病并缓解各种疾病对泌乳性能的影响。研究发现，精氨酸能通过促进免疫球蛋白产生、增强巨噬细胞的吞噬能力、增加白细胞介素的分泌、刺激T淋巴细胞增殖等方式，增加机体免疫力[2]。而作为精氨酸的补充剂，有研究表明NCG可提高动物的免疫能力，比如NCG可提高新生仔猪肠道黏膜对大肠杆菌的免疫功能[25]。因此，为了探究NCG对围产期奶牛免疫能力提高的效果，本研究对试验奶牛的血清免疫指标进行统计分析。结果表明，各组间大部分血清免疫指标无显著差异。围产期补充NCG有提高犊牛当天血清IL-6含量的趋势，产犊前添加NCG有升高血清IL-6含量的趋势，产后添加NCG有降低血清IL-6含量的趋势。在奶牛妊娠晚期，血清IL-6含量通常和患病率以及脂代谢有关，研究发现血清IL-6含量较高的奶牛在泌乳早期的疾病患病率较高，同时体脂动员更强[20]。通常围产期间奶牛的血清IgG含量下降将影响奶牛的免疫力[26]，本研究中，添加NCG对奶牛血清IgG没有显著影响，与Zeng等[27]的在仔猪上的研究结果一致，其表明NCG不会显著影响血清IgG含量。总之，围产期添加NCG与奶牛免疫力之间的相关性不强。
3.3 围产期饲喂NCG对奶牛血清生化指标的影响本研究中大部分血清生化指标在各组间差异不显著，产犊后21 d的结果表明，整个围产期饲喂NCG显著降低了血清AST活性。AST活性作为评价肝脏功能的指标，其升高可能是由于肝脏损伤引起[28]，此外有研究表明血清AST活性的升高可一定程度反映脂肪肝的存在[29]。产后补充NCG可降低产后21 d的血清AST活性，推测可能与脂肪肝的减轻有关。前期研究发现，NCG能降低中国黄羽肉鸡皮下脂肪[30]，大鼠饲喂精氨酸后内脏脂肪的积聚减少[31]。这些研究表明，饲喂NCG可能会改善动物的脂肪代谢。因此，后续试验可探究NCG对围产期奶牛肝脏脂肪沉积和代谢的影响。
4 结论围产前期、围产后期和整个围产期饲喂NCG均能提高奶牛产奶量和乳蛋白含量，围产后期和整个围产期添加对产奶量的提高效果更好。
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