奶牛围产期共42 d，包括围产前期(干奶后期)和围产后期(泌乳早期)，是保证奶牛产后泌乳及再繁殖的重要时期[1]。围产期奶牛经历了干奶、饲粮营养结构变化、饲料环境变化、分娩及产奶等营养、代谢和生理等方面的变化[2]，干物质采食量(dry matter intake，DMI)下降，同时胎儿生长发育、母牛自身维持和乳房发育都需要大量营养物质，导致脂肪动员加剧，产生大量的非酯化脂肪酸(non-esterified fatty acid，NEFA)，加重肝脏负担，未能被肝脏清除的NEFA最终以甘油三酯(triglyceride，TG)形式储存在肝脏，造成肝脏损伤，进而损害奶牛机体健康，降低生产性能[3-5]。能量负平衡(negative energy balance，NEB)状态下，奶牛机体动用脂肪、蛋白质等物质增加，这在一定程度上缓解了能量的缺乏，却导致一系列疾病，如子宫内膜炎、乳房炎[6]、酮病和脂肪肝[7]等疾病，严重威胁奶牛的健康，甚至会减少奶牛的使用年限，增加牛场的淘汰率[8]。
郑家三等[9]研究显示，围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱(rumen-protected choline，RPC)能够减缓血浆葡萄糖(glucose，GLU)含量的降低，降低血浆β-羟丁酸(β-hydroxybutyric acid，BHBA)、NEFA含量，有提高奶牛血浆胰岛素(insulin，INS)含量的趋势，这说明在围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱能够改善机体脂肪代谢，促进糖异生作用，缓解奶牛NEB状态。相关研究表明，围产期奶牛饲粮中补饲铬对围产期奶牛氧化应激状态具有改善作用，可提高奶牛的生产性能，并且有提升血浆GLU含量及降低产后血浆NEFA含量的效果，改善围产期奶牛NEB状态[10-11]。胆碱和有机铬作为饲料添加剂在临床上用于改善围产期奶牛的应激及NEB状态具有较为明显的作用。在中国荷斯坦奶牛研究上，相对有机铬来讲，过瘤胃胆碱在围产期奶牛应用的研究相对较多，但几乎没有过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血液生化及内分泌指标影响的对比，以及二者联合应用对围产期奶牛血液生化指标的影响的研究。因此，本试验针对饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬以及二者联合应用对围产期奶牛DMI、奶产量以及血液生化指标的影响做了一系列的研究分析。
1 材料与方法 1.1 试验设计试验使用过瘤胃胆碱购于上海某生物科技股份有限公司，其中氯化胆碱含量＞24%；有机铬购于某动物营养科技有限公司，主要为蛋氨酸铬，含量＞1 000 mg/kg。
奶牛饲养试验于2019年在重庆市巴南区光大生态牧场进行。选取40头健康、经产(平均胎次1~2胎)的中国荷斯坦奶牛，按身体健康状态(BCS)、胎次平均分为4组，每组10头。对照组(TO)饲喂基础饲粮，胆碱组(TC)饲喂基础饲粮+30 g/d过瘤胃胆碱，有机铬组(TA)饲喂基础饲粮+8 g/d有机铬，混合组(TAC)饲喂基础饲粮+30 g/d过瘤胃胆碱+8 g/d机铬添。本试验过瘤胃胆碱及有机铬添加剂量参考产品使用说明确定。
试验期为整个围产期。进入干奶期的奶牛转入干奶圈饲养，预产前第15天从干奶群转入产房待产，产后第3天转入泌乳牛舍，产前产后饲喂不同饲粮，基础饲粮组成及营养水平见表 1，均为全混合日粮(total mixed ration，TMR)，TMR每天现喂现配，产前每天投喂2次，投喂时间分别为08:00和20:00；产后每天投喂3次，投喂时间分别为08:00、14:00和20:00，牛只全天自由饮水。试验牛每日清晨正常饲喂精料前，将添加剂拌入少量精料中，每头牛单独采食，之后正常饲喂，确保每头试验牛都能完全采食各组过瘤胃胆碱和有机铬。
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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 basal diets (DM basis) |
于饲喂前采集奶牛饲粮，送回实验室，于烘箱中65 ℃烘干，粉碎后常温保存，用于饲料营养成分的测定。
1.2.2 血清样品分别在奶牛产前第20天、产前第10天、分娩当天、产后第10天和产后第20天晨饲前用10 mL一次性兽用采血针进行尾静脉采血，采血量5~10 mL。血样于30 ℃下静置5~6 h，析出血清，将血清分装于1.5 mL离心管中，-20 ℃保存待测。
1.3 指标测定 1.3.1 DMI和奶产量试验期间，记录各组奶牛产前、产后的采食量，计算DMI。奶牛的产奶量由自动挤奶系统完成，每日早、中、晚3次读取奶牛完成挤奶后自动挤奶系统上的数值进行统计。
1.3.2 血液GLU与BHBA含量针刺耳静脉，用试纸条吸取少量血液，将试纸条置于血糖仪(三诺生物传感股份有限公司)和AM-1型血酮仪(河北帝准生物技术有限公司)测定读数。
1.3.3 血清脂质代谢、肝脏功能和内分泌指标采用全自动生化仪(Olympus AU400，日本奥林巴斯光学工业株式会社)检测血清TG、高密度脂蛋白(HDL)含量和谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性。
血清对氧磷酶-1(PON-1)、INS、脂联素(ADP)及瘦素(Leptin)含量采用试剂盒测定，试剂盒购于惠佳生物科技有限公司，按生产商说明书测定。
1.4 统计分析用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，用Duncan氏法进行多重比较，试验结果用平均值±标准差表示，P < 0.05表示差异显著。
2 结果 2.1 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛DMI的影响由表 2可知，各组之间奶牛产前、产后DMI无显著差异(P>0.05)。
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表 2 奶牛产前、产后DMI Table 2 DMI of dairy cows before delivery and after delivery |
由表 3可知，本试验牛场奶牛于产后3周达到泌乳峰值，产后4周奶产量略高于产后2周。产后1周，胆碱组和有机铬组奶牛奶产量显著高于对照组(P < 0.05)；产后2和4周，胆碱组、有机铬组和混合组奶牛奶产量均显著高于对照组(P < 0.05)，有机铬组奶牛奶产量显著高于胆碱组和混合组(P < 0.05)；产后3周，仅有机铬组奶牛奶产量显著高于对照组(P < 0.05)，胆碱组和混合组奶牛奶产量虽高于对照组，但差异不显著(P>0.05)。
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表 3 奶牛产后4周产奶量变化 Table 3 Changes in milk yield of dairy cows after 4 weeks |
由表 4可知，产前第20天和产前第10天，各组之间血液GLU含量差异不显著(P>0.05)；分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血液GLU含量均显著高于对照组(P < 0.05)，胆碱组、有机铬组和混合组之间差异不显著(P>0.05)。产前第20天和产前第10天，各组之间血液BHBA含量差异不显著(P>0.05)，分娩当天、产后10天和产后20天，胆碱组、有机铬组和混合组血液BABA含量显著低于对照组(P < 0.05)，胆碱组、有机铬组和混合组之间差异不显著(P>0.05)。
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表 4 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血液营养物质指标的影响 Table 4 Effects of rumen-protected choline and organic chromium on blood nutrient indexes of dairy cows during transition period |
由表 5可知，产前第20天和产前第10天，各组之间血清TG含量差异不显著(P>0.05)，分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清TG含量显著低于对照组(P < 0.05)；产后第10天，混合组血清TG含量显著低于胆碱组(P < 0.05)。产前第20天和产前第10天，各组之间血清HDL含量无显著差异(P>0.05)；分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清HDL含量均显著高于对照组(P < 0.05)；分娩当天，胆碱组血清HDL含量显著低于有机铬组和混合组(P < 0.05)；产后第10天，胆碱组、有机铬组和混合组之间血清HDL含量无显著差异(P>0.05)；产后第20天，胆碱组血清HDL含量显著低于有机铬组(P < 0.05)。
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表 5 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清脂质代谢指标的影响 Table 5 Effects of rumen-protected choline and organic chromium on serum lipid metabolism indexes of dairy cows during transition period |
由表 6可知，产前第20天和产前第10天，各组之间血清PON-1活性无显著差异(P>0.05)；分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清PON-1活性显著高于对照组(P < 0.05)，胆碱组、有机铬组和混合组之间差异不显著(P>0.05)。产前第20天和产前第10天，各组之间血清ALT活性无显著差异(P>0.05)；分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清ALT活性显著低于对照组(P < 0.05)；分娩当天，胆碱组、有机铬组和混合组之间血清ALT活性差异不显著(P>0.05)；产后第10天和产后第20天，混合组血清ALT活性显著低于胆碱组和有机铬组(P < 0.05)，胆碱组和有机铬组之间差异不显著(P>0.05)。产前第20天、产前第10天和分娩当天，各组之间血清AST活性无显著差异(P>0.05)；产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清AST活性显著低于对照组(P < 0.05)；产后10天时，有机铬组和混合组血清AST活性显著低于胆碱组(P < 0.05)；产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组之间血清AST活性差异不显著(P>0.05)。
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表 6 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清肝脏功能指标的影响 Table 6 Effects of rumen-protected choline and organic chromium on serum liver function indexes of dairy cows during transition period |
由表 7可知，产前第20天和产前第10天，各组之间血清INS含量无显著差异(P>0.05)；分娩当天，有机铬组和混合组血清INS含量显著高于对照组(P < 0.05)，且有机铬组显著高于混合组(P < 0.05)；产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清INS含量显著高于对照组(P < 0.05)，但胆碱组、有机铬组和混合组之间差异不显著(P>0.05)。产前第20天和产前第10天，各组之间血清ADP含量无显著差异(P>0.05)；分娩当天，胆碱组和有机铬组血清ADP含量显著高于对照组(P < 0.05)，混合组血清ADP含量显著低于对照组(P < 0.05)；产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清ADP含量显著高于对照组(P < 0.05)，胆碱组、有机铬组和混合组之间差异不显著(P>0.05)。产前第20天，各组之间血清Leptin含量差异不显著(P>0.05)；产前第10天，有机铬组奶牛血清Leptin含量显著高于对照组、胆碱组和混合组(P < 0.05)；分娩当天、产后第10天和产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清Leptin含量均显著高于对照组(P < 0.05)；分娩当天，混合组血清Leptin含量显著高于胆碱组和有机铬组(P < 0.05)；产后第10天，有机铬组血清Leptin含量显著高于胆碱组和混合组(P < 0.05)；产后第20天，胆碱组、有机铬组和混合组血清Leptin含量差异不显著(P>0.05)。
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表 7 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清内分泌指标的影响 Table 7 Effects of rumen-protected choline and organic chromium on serum endocrine indexes of dairy cows during transition period |
围产期奶牛临近分娩会处于应激状态，DMI降低，如何提高围产期奶牛采食量，增加营养物质的摄入，缓解NEB，成为养牛业关注的重点。本试验结果显示，围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬能一定程度增加围产期奶牛DMI，其中，单独添加过瘤胃胆碱的效果较好，与对照组相比，产前提高了0.88 kg/d，产后提高了0.76 kg/d。Lima等[12]和Patton[13]研究显示，饲粮中添加胆碱可提高奶牛采食量，与本试验结果一致。因此，提高DMI可能是胆碱和有机铬改善机体能量代谢的途径之一。
胆碱是脂蛋白的重要组成成分，同时可清除肝脏组织内的TG，有机铬可以合成葡萄糖耐量因子(GTF)，与INS发挥协同作用。本试验结果显示，在围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬，试验组奶牛产后4周内的奶产量均高于对照组，虽部分时间内不存在显著差异，但在DMI相同的条件下，奶产量呈现增加的趋势。本试验饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬提高了奶牛的产奶量，可能是胆碱发挥了清除肝脏组织中TG的作用，促进了脂蛋白的合成，加快了脂类从肝脏和脂肪组织进入乳腺的效率，同时，有机铬与INS进行协同，增加奶牛的采食量，为奶牛的泌乳性能提供物质和能量保障。本试验中，血液TG含量的降低也印证了胆碱和有机铬对肝脏功能的维护起到了关键的作用。
3.2 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血液GLU和BHBA含量的影响研究显示，围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱具有提升产后血液GLU含量、降低BHBA含量的作用[1, 14]。但也有研究表明，围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱，对血清BHBA、NEFA含量并无显著影响[15]。围产期奶牛饲粮中补饲蛋氨酸铬可以降低产后血清NEFA含量以及升高产后21天血清GLU含量[11]，且饲喂蛋氨酸铬的试验组奶牛与对照组相比，具有较高的血清NEFA含量及较低的BHBA含量，并且血清GLU和胰高血糖素含量也显著高于对照组[16]。本试验在对血液GLU和BHBA含量的研究中发现，分娩当天奶牛血液GLU含量迅速下降，奶牛围产期GLU缺乏引发奶牛调动体内脂肪储备，血液中脂肪酸含量增加，高脂肪酸含量可干扰INS信号途径，从而降低INS敏感性[17]。此外，GLU的缺乏伴随着脂解作用，产生的部分脂肪酸导致机体出现一系列应激和炎症反应。这一系列由GLU代谢失衡导致的应激和免疫抑制乃至疾病都会导致泌乳性能的下降[18]。试验组添加过瘤胃胆碱和有机铬对奶牛产前血液GLU和BHBA含量影响不明显，与对照组相比，在分娩当天及产后，各试验组均存在不同程度地提高了奶牛产后血液GLU含量，降低了产前、产后血液BHBA含量，提高了能量物质的供给，减少脂质动员，降低脂肪肝和酮病等营养代谢病的发生率，缓解奶牛围产期NEB状态。血液GLU含量在奶牛产犊后大幅度下降，恰恰反映了高产奶牛乳腺对GLU的极大需求。而围产期奶牛DMI下降所导致的NEB，其实质是GLU的缺乏，更确切的说是升糖前体物质缺乏所导致的GLU代谢失衡。
3.3 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清脂质代谢指标的影响HDL主要合成于小肠和肝脏，用于将肝外的胆固醇运到肝脏内，并且能够与血液循环中的极低密度脂蛋白(VLDL)进行物质交换[19]。一方面VLDL接受高密度脂蛋白-胆固醇(HDL-C)的载脂蛋白CⅡ(APOCⅡ)，激活脂蛋白脂肪酶(LPL)，催化VLDL携带的TG分解，进入组织细胞氧化供能或脂肪组织储存，未被LPL催化水解的TG会返回肝脏加重肝脏脂肪变性[20]。另一方面HDL-C可与VLDL交换磷脂、胆固醇和胆固醇酯并带回肝脏，返回肝脏的胆固醇一部分会合成胆汁酸，胆汁酸可以促进肠道脂肪的乳化吸收，减轻自体脂肪的分解代谢，促进胰腺分泌INS并且提高INS的敏感性；另一部分HDL-C会重新参与到脂蛋白的合成，促进TG的转运。TG蓄积会造成肝细胞脂质浸润和脂肪肝的发生，进而造成内源GLU合成不足，加剧NEB。相关的试验表明补饲胆碱可降低TG在肝脏的蓄积[21]，围产期奶牛饲粮中补饲有机铬显著降低了产后血清TG及总胆固醇含量[22]。本试验研究发现，饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬均提高了血清HDL含量，降低血清TG含量。血液中的HDL与富含TG脂蛋白进行胆固醇酯与TG的交换，富含TG的HDL容易被肝脂酶和内皮脂酶所脂解，从而形成较小的HDL颗粒被肾小球过滤和重吸收，最终在远曲小管降解。产后试验组奶牛血清HDL含量显著高于对照组，同时TG含量也显著低于对照组，说明补饲过瘤胃胆碱和有机铬在一定程度上减轻了肝脏中TG的沉积，能够缓解NEB对奶牛肝脏造成的损伤。
3.4 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清肝脏功能指标的影响PON-1主要由肝脏分泌进入血液，当肝脏损伤时，肝脏合成PON-1减少，血液中PON-1活性会下降。ALT和AST作为常见的监测肝脏损伤的指标，二者活性升高往往是由于肝细胞受损坏死引起细胞膜通透性提高，肝细胞内这2种酶释放入血所造成的。而ALT只存在于肝细胞胞质内，具有较高的特异性，如果肝细胞出现1%的损伤，那么血液中ALT活性就会升高1倍，因此，ALT被认为是检测肝脏功能损害的最敏感指标。马晨等[21]研究发现，围产期奶牛血清ALT、AST活性随着过瘤胃胆碱的添加量升高而降低。本试验中，各组奶牛产后血清PON-1活性低于产前，血清AST、ALT活性均高于产前，说明母牛产后体脂过度动员产生大量的TG聚集于肝脏，对肝脏功能造成了一定的损害，所以监测围产期奶牛肝脏功能指标，对评价奶牛健康状况及预测围产期疾病发生具有重要意义。而产后20天开始慢慢恢复至产前的状态，这与奶牛肝脏自我修复机制的作用密切相关，且饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬的奶牛会更快地恢复到产前的状态。围产期奶牛饲粮中添加过瘤胃胆碱和有机铬具有减少奶牛肝脏脂质沉积的作用，能较好地保护肝脏组织的生理功能。
3.5 过瘤胃胆碱和有机铬对围产期奶牛血清内分泌指标的影响在奶牛泌乳期间，营养利用需要组织间的协调，而INS参与了这一调节过程[23]，INS能够促进机体组织摄取利用GLU，维持血液GLU平衡，抑制脂质代谢、肝脏糖异生和糖原分解。围产期奶牛常处于INS敏感性与反应性降低，这是一种自身稳态的适应性反应，目的在于刺激肝脏糖异生增加，同时增强脂肪组织的脂解、NEFA的释放，增加血清其他游离脂肪酸含量以支持机体功能。本试验中，产后第10天，血清INS含量显著上升，说明外周组织INS敏感性显著降低，出现了一定程度的INS抵抗，适度的INS抵抗能够加速机体脂肪代谢，缓解NEB状态；产后第20天，血清INS含量逐渐降低，说明NEB状态得到了缓解。围产期奶牛血液GLU与INS含量呈显著负相关，且皆于分娩当天出现拐点，原因在于INS用于维持血液GLU含量稳定，而血液GLU含量受到肝脏、激素和神经系统的共同调节，肝脏主要通过糖异生、糖原转化、糖转脂肪等方式调节机体对糖的需求。神经系统主要通过调节INS、胰高血糖素、肾上腺素等激素来实现对血液GLU含量的调控，分娩当天突然遭受分娩与启动泌乳，血液GLU含量骤然降低，能量供应不足，脂肪动员加剧，便会产生大量的生酮前体物质，增加了奶牛患酮病的风险。而本试验中发现，分娩当天血清INS含量升高，之后慢慢降低，短暂的高血清INS含量可抑制脂质分解，降低生酮前体物质的生成，降低患酮病的风险。
ADP和Leptin都是脂肪组织分泌的激素，可以抑制肝脏脂肪合成，降低TG含量，促进脂肪氧化分解，增强肝脏脂肪氧化作用，减少肝脏脂肪堆积[24]。本试验中，产后第20天，各试验组奶牛血清ADP含量显著高于对照组，血清TG含量显著低于对照组，二者存在相关性，分析原因可能是ADP在肝细胞中与其受体结合，激活过氧化物酶体增殖物激活受体α信号通路及腺苷酸活化蛋白激酶信号通路，增加了肝脏脂肪的氧化，降低了肝脏脂质生成和聚积而使奶牛处于相对健康状态[25]。Leptin可以向中枢神经系统传递能量状况的信号从而对机体进行调控，调节摄食行为和能量消耗[26]。血清低Leptin含量表明能量缺乏，且研究结果表明，围产期奶牛血清Leptin与GLU含量呈极显著正相关[27]。Leptin通过限制TG在非脂肪细胞中的沉积来影响肝脏的功能，同时，Leptin可以提高INS敏感性[28]，从而调节糖脂代谢。本试验中，随着产后血清Leptin含量的逐渐上升，血清INS含量也逐渐下降，也印证Leptin提高INS敏感性的作用。研究显示，围产期奶牛NEB越严重，血清Leptin和ADP含量越低[29-30]。本试验发现，产后第10天和产后第20天，试验组奶牛血清ADP和Leptin含量显著高于对照组。在调控脂肪代谢中，Leptin可通过自分泌方式抑制脂肪生成，并能促进TG分解，抑制脂肪酸合成酶表达和脂肪组织对INS反应能力，最终发挥调控脂肪合成作用，增强INS敏感性，加快肝脏脂肪分解，抑制体脂动员，减轻NEB所导致的糖脂代谢紊乱，同时产后血清Leptin含量逐渐恢复，也反映了机体能量供应的加强。
4 结论本试验条件下，饲粮中单独添加过瘤胃胆碱和有机铬以及二者联合应用均可提高围产期奶牛奶产量，改善奶牛机体能量供应，调节糖、脂代谢，减轻肝脏负担，缓解NEB状态。
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