■劉大森 李彥芳 張美美

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030)

在奶牛瘤胃中蛋白質(zhì)的營養(yǎng)是二維的[1]。首先,日糧為微生物蛋白合成提供氮元素，然后，微生物蛋白為奶牛提供維持、生長、繁殖以及乳蛋白合成所需要的氨基酸。為了使體內(nèi)持續(xù)合成生長及生產(chǎn)所需要的蛋白質(zhì)，就必須有充足的必需氨基酸供應(yīng)，并且它們彼此之間都要處于最適宜的比率。若是動(dòng)物體吸收過量的氨基酸，多余的氨基酸就會(huì)被分解從而增加尿中的氮排泄，造成氮元素的利用率降低。若泌乳期奶牛氨基酸缺乏和不平衡，就會(huì)導(dǎo)致乳蛋白與乳脂率的降低。在氨基酸營養(yǎng)平衡，尤其是限制性氨基酸的平衡的情況下，如果其它營養(yǎng)及環(huán)境得到滿足，奶牛會(huì)最大限度地發(fā)揮其生產(chǎn)性能[2]。Colmos Colmenero等[3]指出，在日糧氨基酸平衡的前提下，雖然降低飼糧中的粗蛋白含量,但是泌乳期奶牛產(chǎn)奶量以及乳成分含量均得到提高。另外，在奶牛代謝、繁殖等性能上，氨基酸平衡日糧也表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。有研究指出，日糧氨基酸平衡存在兩種應(yīng)用方式：第一種為在奶牛的產(chǎn)奶量和乳成分未達(dá)到預(yù)期水平的情況下，盡可能的維持日糧的可代謝蛋白水平，同時(shí)增加可代謝賴氨酸和蛋氨酸的量使它們滿足生長需要；第二種為在奶牛的產(chǎn)奶量和乳成分都達(dá)到預(yù)期水平的情況下，增高的蛋白質(zhì)水平會(huì)造成日糧的成本提高及環(huán)境氮排放量增加。

1 奶牛小腸氨基酸營養(yǎng)特點(diǎn)和生產(chǎn)中的限制性氨基酸

研究表明，小腸在降解和合成氨基酸的過程中起著關(guān)鍵的作用。與單胃動(dòng)物相比，反芻動(dòng)物小腸氨基酸的來源比較復(fù)雜，分別來自微生物蛋白質(zhì)、瘤胃非降解蛋白質(zhì)和小腸內(nèi)源上皮細(xì)胞的分泌蛋白[4]。因?yàn)榱鑫肝⑸锏鞍踪|(zhì)的氨基酸組成不同，奶牛所采食的各種飼料及營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過瘤胃微生物的降解作用后，進(jìn)入小腸的氨基酸的組成之間有較大的差別。Lapierre等[5]指出，由于小腸內(nèi)源分泌蛋白的存在使得不同的氨基酸在小腸中的表觀消化率也是不同的。平衡日糧氨基酸的目標(biāo)就是增加小腸中代謝蛋白質(zhì)(MP)中限制性氨基酸的含量[6]。所謂限制性氨基酸，就是指奶牛所采食飼糧中不能滿足動(dòng)物蛋白質(zhì)合成所需要量的必需氨基酸；并且由于這些氨基酸的不足，限制了動(dòng)物對(duì)其它氨基酸的利用。對(duì)奶牛來講，蛋氨酸(Met)和賴氨酸常被認(rèn)為是奶牛的第一限制性氨基酸和第二限制性氨基酸，限制性必需氨基酸的順序具有可變性，其限制順序與日糧中蛋白質(zhì)的來源以及過瘤胃蛋白的數(shù)量有關(guān)。例如，在采用以玉米及其副產(chǎn)品為來源的飼料時(shí)，賴氨酸(Lys)即為第一限制性氨基酸；在飼喂苜蓿類豆科牧草以及豆粕類飼料時(shí)，蛋氨酸被認(rèn)為是第一限制性氨基酸。因?yàn)橐孕∧c總的氨基酸為基礎(chǔ)的蛋白質(zhì)營養(yǎng)體系不能滿足各種氨基酸之間的平衡，所以INRA(1995)提出，將小腸可消化真蛋白中賴氨酸和蛋氨酸這兩種限制性氨基酸的比例作為氨基酸平衡的基礎(chǔ)。Schwab[7]認(rèn)為，3∶1是賴氨酸與蛋氨酸在奶牛日糧總必需氨基酸中的最理想比例。在實(shí)際生產(chǎn)中，做飼料配方時(shí)根據(jù)生產(chǎn)需要盡可能的按賴氨酸∶蛋氨酸=3∶1的比例來配制日糧，以滿足日糧氨基酸平衡的需要。

2 平衡日糧氨基酸對(duì)奶牛生產(chǎn)性能的影響

氨基酸平衡對(duì)奶牛生產(chǎn)具有重要作用。陳傲東等[8]通過對(duì)泌乳初期的36頭奶牛進(jìn)行單因素方差分析，證實(shí)氨基酸平衡日糧能提高奶牛的飼料轉(zhuǎn)化率，同時(shí)可有效提高奶牛乳中乳蛋白、乳脂產(chǎn)量，在奶牛繁殖性能上能明顯地縮短配種天數(shù)。奶牛不同的泌乳時(shí)期維持氨基酸平衡所帶來的效果有所不同。在奶牛泌乳早期或者中期保持日糧氨基酸平衡能提高產(chǎn)乳量并且能提高乳蛋白含量；然而，在奶牛泌乳后期保持日糧氨基酸平衡能夠改善瘤胃發(fā)酵以及滿足小腸對(duì)氨基酸的需要。

3 平衡日糧中氨基酸水平的途徑

平衡日糧中氨基酸水平的途徑主要有[8]：第一，在日糧中添加氨基酸時(shí)，選用含有較多賴氨酸的原料以及奶牛專用的蛋氨酸產(chǎn)品。在生產(chǎn)中一般通過兩個(gè)途徑補(bǔ)充氨基酸：一是增加日糧蛋白質(zhì)飼料中氨基酸的含量，最大限度地滿足瘤胃微生物的需要量，使得微生物氨基酸和過瘤胃飼料氨基酸在小腸的消化吸收數(shù)量得到提高；另一個(gè)是通過添加瘤胃保護(hù)氨基酸，有效地改善泌乳期奶牛氨基酸缺乏問題，提高代謝蛋白合成乳蛋白的效率[9]。從原理來講，過瘤胃氨基酸大致可分為兩類,一種是氨基酸的衍生物、類似物、聚合物等，它是通過避開瘤胃的脫氨基和轉(zhuǎn)氨基作用，在瘤胃內(nèi)將其類似物轉(zhuǎn)化成氨基酸，從而避免了被微生物所利用，使得它順利通過瘤胃壁或避免在小腸被降解；另一種是包被氨基酸，是利用真胃pH值與瘤胃pH值的不同，選擇在瘤胃中穩(wěn)定而在真胃中易降解的包被材料對(duì)氨基酸進(jìn)行包被，使氨基酸達(dá)到過瘤胃的目的[10-11]。第二，以奶牛對(duì)氨基酸的需要量為依據(jù)進(jìn)行配料時(shí)，必須使用可靠性高的NRC 2001、CPM配方軟件等軟件。這些軟件根據(jù)飼料中各種成分的構(gòu)成能預(yù)測(cè)出產(chǎn)奶量。同時(shí)，要謹(jǐn)慎選擇氨基酸包被材料，避免它影響奶牛采食量及消化率。

在日糧原料氨基酸確定前提下，添加瘤胃保護(hù)氨基酸是平衡日糧氨基酸的有效方法。下面是瘤胃保護(hù)氨基酸對(duì)奶牛的影響：

①奶牛乳蛋白含量。國內(nèi)外進(jìn)行了大量關(guān)于在飼料中添加過瘤胃賴氨酸和蛋氨酸是否能提高乳蛋白含量的研究，但是結(jié)果不一致。這可能與不同實(shí)驗(yàn)中飼料構(gòu)成、氨基酸添加量、奶牛的生長環(huán)境等因素有關(guān)。Pacheco通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)，添加過瘤胃蛋氨酸能增加牛奶中乳蛋白的含量。鄒彩霞等[12]對(duì)15頭泌乳期水牛進(jìn)行實(shí)驗(yàn)也得出添加瘤胃保護(hù)性蛋氨酸和賴氨酸均能相應(yīng)的增加乳蛋白的含量。韓繼福等[13]對(duì)8只荷斯坦奶牛飼料中添加過瘤胃氨基酸后通過分析乳成分得出泌乳量和乳蛋白含量均得到了提高。Broderick等[14]指出，在日糧中添加過瘤胃蛋氨酸，在CP含量較低的情況下能減少尿中氮的排泄，維持較高的產(chǎn)奶量。但Vargas Rodriguez等[15]的實(shí)驗(yàn)指出，添加瘤胃保護(hù)性氨基酸使得處于高產(chǎn)期的奶牛乳蛋白含量減少。

②細(xì)胞信號(hào)蛋白有關(guān)的MTor通路。哺乳類動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（MTor）的磷酸化能調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成的比率。Apelo等[16]通過在日糧中添加不同的瘤胃保護(hù)氨基酸作為處理組，并比較各組在MTor通路中的磷酸化的相對(duì)豐度及總的信號(hào)蛋白數(shù)來探究瘤胃保護(hù)氨基酸對(duì)奶牛MTor通路的影響。該試驗(yàn)的不同日糧處理為：①標(biāo)準(zhǔn)日糧含CP17%；②含CP為15%的日糧；③15%CP和瘤胃保護(hù)性Met；④15%CP和瘤胃保護(hù)性Lys；⑤15%CP和瘤胃保護(hù)性Leu；⑥15%CP和瘤胃保護(hù)性Met和Lys；⑦15%CP和瘤胃保護(hù)性Met和Leu；⑧15%和瘤胃保護(hù)性Met、Lys、Leu。結(jié)果表明，粗蛋白含量低的日糧中添加不同瘤胃保護(hù)氨基酸，各處理組的MTor通路中磷酸化的相對(duì)豐度及總信號(hào)蛋白基本相同，說明給奶牛飼喂瘤胃保護(hù)性氨基酸對(duì)與細(xì)胞信號(hào)有關(guān)的MTor通路并沒有影響。但是，Toerien等[17]給禁食22 h奶牛灌輸?shù)鞍彼岷唾嚢彼?，發(fā)現(xiàn)能增加S6K1和rPS6的磷酸化。S6K1是mTORC1的下游效應(yīng)分子之一，它主要參與生理過程的調(diào)控。同時(shí)，Apelo等[18]曾指出向體外活體奶牛組織中分別添加異亮氨酸和亮氨酸均能增加MTor的磷酸化。

③ 血液生化指標(biāo)。畢曉華等[19]指出，添加過瘤胃蛋氨酸后，小腸中蛋氨酸的含量增加，改善了小腸氨基酸平衡，機(jī)體對(duì)氨基酸的需要量得到了滿足，促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)合成代謝，血漿總蛋白量上升。孫華等[20]試驗(yàn)結(jié)果也表現(xiàn)出日糧中添加過瘤胃蛋氨酸后使血漿中谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)、谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)的活性及總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)等的含量明顯增加。血液TG含量可反映小腸上皮細(xì)胞吸收脂肪酸合成TG和脂蛋白的情況。ALT和AST是奶牛體內(nèi)比較重要的兩種轉(zhuǎn)氨酶，二者活性的升高反映出機(jī)體蛋白質(zhì)代謝的增強(qiáng)。血漿總蛋白含量的升高是機(jī)體蛋白質(zhì)合成代謝增強(qiáng)的必然反映。

4 奶牛生產(chǎn)中其它限制性氨基酸

賴氨酸和蛋氨酸是泌乳奶牛代謝蛋白的第一限制性氨基酸，這已經(jīng)得到大家的認(rèn)可，但是對(duì)于這兩種氨基酸以外的其他限制性氨基酸的確定工作還非常有限。當(dāng)前有關(guān)奶牛的其它限制性氨基酸的研究已經(jīng)成為新的焦點(diǎn)，主要圍繞在苯丙氨酸、精氨酸與支鏈氨基酸[21]。Greenwood等[22]以向生長牛真胃中灌注含有10種氨基酸的生長牛為對(duì)照，利用遞減法依次灌注減去Lys、Thr、以及His、Trp、Arg、Phe或者支鏈氨基酸的生長牛作為處理組，測(cè)量不同處理組中瘤胃中氮的含量。實(shí)驗(yàn)得出，除了Met、Arg外，His以及至少一種支鏈氨基酸均為限制性氨基酸。Merehen等[23]也曾指出，含硫氨基酸以及Leu和Ile為奶牛生產(chǎn)中的潛在限制性氨基酸。

5 日糧成分對(duì)奶牛利用氨基酸的影響

Cantalapiedra-Hijar等[24]實(shí)驗(yàn)得出，碳水化合物成分的差異顯著影響乳腺對(duì)氨基酸的利用率。實(shí)驗(yàn)表明，在攝入相同的能量的情況下，無論日糧中的蛋白質(zhì)水平高或低，淀粉含量高的日糧與含纖維豐富的日糧相比，乳腺對(duì)總的氨基酸、必需氨基酸及支鏈氨基酸的含量均顯著提高，同時(shí)產(chǎn)奶量和氨基酸轉(zhuǎn)換成乳蛋白的效率也得到提高。Nichols等[25]指出，在灌輸氨基酸的同時(shí)補(bǔ)充葡萄糖，雖然不能增加乳中蛋白的含量，但是能降低尿氮含量和等離子體支鏈氨基酸的含量。在必需氨基酸充足的情況下，在日糧中添加葡萄糖能刺激支鏈氨基酸的代謝。

6 奶牛生產(chǎn)中氨基酸需要量的預(yù)測(cè)

前面已經(jīng)介紹了在小腸中被吸收和降解的氨基酸主要有3個(gè)來源，其中重要來源是瘤胃菌體蛋白及瘤胃非降解蛋白（RUP）。對(duì)不同來源蛋白質(zhì)來說，到達(dá)小腸氨基酸數(shù)量有不同的影響因素，有文章曾分別介紹了各個(gè)來源的蛋白質(zhì)對(duì)到達(dá)小腸氨基酸數(shù)量的影響因素[26]。盡管影響日糧蛋白質(zhì)在瘤胃中命運(yùn)的因素很多，但是新的計(jì)算機(jī)模型已經(jīng)能夠掌握復(fù)雜的瘤胃代謝的特性，并且能夠?qū)υ诓煌占Z類型的情況下流入小腸的MCP、RUP和必需氨基酸做出預(yù)測(cè)。各國學(xué)者也建立了用日糧或飼料原料的化學(xué)組成來預(yù)測(cè)小腸氨基酸的供應(yīng)量和組成的氨基酸供應(yīng)模型[27]。康奈爾凈碳水化合物和蛋白質(zhì)體系及其相關(guān)的AA子模型是目前在美國發(fā)表文章中使用最多的因子模型[28]。另一種更直接確定氨基酸需要量的方法是運(yùn)用劑量-反應(yīng)法[29]。Pacheco等[30]比較了在北美使用廣泛的、用于預(yù)測(cè)MP和必需氨基酸在十二指腸中流量的程序。對(duì)AMINOCOW、AMT、CPM、NRC在不同類型的日糧情況下進(jìn)行比較，每種模型都有各自的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)必需氨基酸在小腸中流量的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值對(duì)比，四個(gè)模型并沒有顯著差異，但是CPM模型能比較精確地預(yù)測(cè)流入十二指腸的必需氨基酸的量,預(yù)測(cè)合適的氨基酸供應(yīng)量。在實(shí)際生產(chǎn)中，給奶牛提供合理的氨基酸水平，就需要對(duì)其營養(yǎng)進(jìn)行精確地預(yù)測(cè)。目前，還未建立一個(gè)能準(zhǔn)確確定氨基酸需要量的模型。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)奶牛生產(chǎn)中所需要的蛋白質(zhì)及氨基酸的量仍是奶牛行業(yè)亟待解決的問題。

近年來，有關(guān)反芻動(dòng)物氨基酸的營養(yǎng)研究取得了很大進(jìn)步，但是其主要內(nèi)容只是圍繞在氨基酸需要量及簡(jiǎn)單平衡性上[31]。今后的發(fā)展方向應(yīng)該圍繞在建立能真實(shí)反映瘤胃微生物蛋白質(zhì)代謝與機(jī)體的蛋白質(zhì)代謝狀況，選擇出提高氮的利用率、減少氮的排泄及環(huán)境污染的理想的氨基酸模式。