郭　江　王加啟　高勝濤,3　權素玉,3　卜登攀,4*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，長沙410128；2.中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京100193；3.中國農(nóng)業(yè)科學院與世界農(nóng)用林業(yè)中心，農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實驗室，北京100193;4.東北農(nóng)業(yè)大學食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，哈爾濱150030)

熱應激條件下粗飼料組合對奶牛氮素利用的影響

郭江1,2,3王加啟2高勝濤2,3權素玉2,3卜登攀1,2,3,4*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，長沙410128；2.中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京100193；3.中國農(nóng)業(yè)科學院與世界農(nóng)用林業(yè)中心，農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實驗室，北京100193;4.東北農(nóng)業(yè)大學食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，哈爾濱150030)

摘要：為了研究粗飼料組合對熱應激奶牛氮素利用的影響,試驗選取20頭胎次和泌乳天數(shù)相似的健康荷斯坦奶牛，隨機分成2組，每組10頭，分別飼喂2種粗飼料組合飼糧：玉米青貯+苜蓿(0.92∶1.00，AF組)和玉米秸稈(CS組)。2組飼糧精料相同，精粗比均為63.7∶36.3。預試期1周，正試期8周。結果表明：1)與CS組相比，AF組奶牛產(chǎn)奶量及能量校正乳、4%脂肪校正乳、乳蛋白和乳糖產(chǎn)量顯著或極顯著升高(P<0.01或P<0.05)。2)奶牛對AF組飼糧粗蛋白質(zhì)表觀消化率極顯著高于CS組(P<0.01)。3)與CS組相比，AF組瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量顯著升高(P<0.05)，而尿液和血液尿素氮濃度極顯著降低(P<0.01)。4)與CS組相比，AF組氮攝入量和乳中氮產(chǎn)量極顯著升高(P<0.01)，但氮轉(zhuǎn)化效率顯著降低(P<0.05)。結果提示，與玉米秸稈相比，玉米青貯+苜蓿的組合能提高飼糧粗蛋白質(zhì)水平，增加熱應激奶牛粗蛋白質(zhì)表觀消化率，促進瘤胃微生物蛋白和乳蛋白的合成，但氮的轉(zhuǎn)化效率有待提高。

關鍵詞：熱應激；粗飼料；微生物蛋白；表觀消化率；氮轉(zhuǎn)化效率

熱應激導致奶牛采食量下降和生產(chǎn)性能降低[1]。最近研究發(fā)現(xiàn)熱應激引起奶牛氮代謝改變，乳蛋白合成降低，產(chǎn)生“熱應激乳蛋白降低征”[2-4]。此外，奶牛養(yǎng)殖業(yè)又面臨氮排泄的問題。據(jù)Tamminga[5]研究報道，奶牛攝入的氮中只有21%被機體利用，其余79%從尿和糞中排出體外。因此，急需采取措施提高熱應激奶牛氮轉(zhuǎn)化效率和增加乳蛋白的合成。而有研究報道稱，粗飼料會影響奶牛對氮的消化利用效率。夏科等[6]研究發(fā)現(xiàn)奶牛對苜蓿和羊草氮的消化率高于玉米秸稈。Ren等[7]研究也發(fā)現(xiàn)，粗飼料組合會影響奶牛氮轉(zhuǎn)化效率和乳蛋白合成。目前，粗飼料組合對熱應激奶牛氮代謝影響的研究較少。因此，本試驗在熱應激條件下，研究粗飼料組合對奶牛氮轉(zhuǎn)化效率的影響，為提高熱應激奶牛乳蛋白合成提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗動物與試驗設計

根據(jù)泌乳天數(shù)[(86±14) d]和產(chǎn)奶量[(36.7±4.3) kg/d]等相近的原則，將20頭初產(chǎn)荷斯坦奶牛隨機分成2組，每組10頭，分別飼喂2種粗飼料組合飼糧：玉米青貯+苜蓿(0.92∶1.00，AF組)和玉米秸稈(CS組)。2組飼糧精料相同，精粗比均為63.7∶36.3。試驗飼糧配方參照NRC(2001)推薦標準，其組成及營養(yǎng)水平見表1。預試期1周，正試期8周。試驗奶牛采用全自動飼喂系統(tǒng)(RIC system)飼養(yǎng)，每天以全混合日糧(TMR)形式飼喂2次(07:00和19:00)，自由飲水，每天擠奶3次(07:00、14:00和20:00)。

表1　試驗飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎)

1)每千克預混料含有 One kg of premix contained the following:VA 250 000 IU,VD 65 000 IU,VE 2 100 IU,Fe 400 mg,Cu 540 mg,Zn 2 100 mg,Mn 560 mg,Se 15 mg,I 35 mg,Co 68 mg。

2)泌乳凈能為計算值，其余指標均為實測值。NELwas a calculated value, while other nutrient levels were measured values.

1.2樣品采集與制備

1.2.1溫濕度的記錄與溫濕指數(shù)(THI)計算

每天07:00和14:00測定呼吸頻率、直腸溫度。每天06：00、14：00和22：00采用溫濕度計記錄牛舍內(nèi)的溫度和相對濕度,并參考Cowley等[4]方法換算成THI，計算公式如下：

THI=1.8×T+32-0.55×(1-RH)×

(T×1.8+32-58)。

式中：T為溫度(℃)；RH為相對濕度(%)。

1.2.2飼料樣、乳樣采集與指標測定

根據(jù)全自動飼喂系統(tǒng)記錄奶牛每天的采食量。每天記錄奶牛的產(chǎn)奶量,并每周連續(xù)2 d采集奶樣，按早∶中∶晚=4∶3∶3混合，用乳成分自動分析儀(Foss，丹麥)檢測乳蛋白、乳脂和乳糖含量，計算每天產(chǎn)量；計算能量校正乳、4%脂肪校正乳產(chǎn)量；根據(jù)采食量和產(chǎn)奶量計算料乳比；參照Bhandari等[8]的方法測定乳中尿素氮濃度。每2周采集1次飼糧樣和剩料樣，65 ℃烘干后粉碎過40目篩，密封保存。粗蛋白質(zhì)(CP)含量采用全自動凱氏定氮儀(VELP.UDK159，意大利)測定，粗脂肪(EE)和粗灰分(ash)含量參照AOAC(2000)[9]中的方法測定，酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)含量采用纖維分析儀[Ankom(200)，美國]測定。

1.2.3糞便采集與指標測定

于試驗第54、55、56天采用點收糞方法采集糞便。每天間隔6 h采集1次糞便，每次采集200 g，采樣結束后縮樣至2份，各500 g。一份測定EE、ash、ADF和NDF含量，另一份加入10% 6 mol/L鹽酸測定CP含量。CP含量采用全自動凱氏定氮儀(VELP.UDK159，意大利)測定，EE和ash含量參照AOAC(2000)[9]中的方法測定，ADF和NDF含量采用Ankom(200)纖維分析儀(Ankom Technology，美國)測定；全腸道表觀消化率采用內(nèi)標法進行估測，酸不溶灰分(AIA)作為內(nèi)標[10]，計算公式如下：

全腸道表觀消化率(%)=100×

[1-(A1×B2)/(A2×B1)]。

式中：A1為飼糧中AIA的含量(%)；A2為糞中AIA含量(%)；B1為飼糧中該養(yǎng)分含量(%)；B2為糞中該養(yǎng)分含量(%)。

1.2.4尿液采集與指標測定

于試驗第54、55、56天采用點收尿方法采集尿液。每天間隔6 h采集1次尿液，每次收集30 mL，采樣結束后縮樣至100 mL，尿液與1% 6.0 mol/L鹽酸混合。尿液尿素氮濃度的測定參照Bhandari等[8]方法；采用肌酸酐(苦味酸法)和尿酸(尿酶法)試劑盒分別測定尿液肌酸酐和尿酸濃度，試劑盒均購自南京建成生物工程研究所；采用比色法測定尿液尿囊素濃度[11]；采用嘌呤衍生物(PD)法測定瘤胃微生物蛋白含量[12]。計算公式如下：

尿量=29×體重/肌酸酐[13]；

尿囊(尿酸)素排出量=尿囊(尿酸)濃度×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；

微生物蛋白產(chǎn)量(mmol/d)=(PD吸收量×70)/

(0.116×0.83×1 000)。

式中：0.385×BW0.75為內(nèi)源蛋白質(zhì)PD排出量(mmol/d)；0.85為PD的吸收率；70為PD中氮的含量(mg/mmol)；0.116為PD氮與瘤胃微生物總氮之比；0.83為微生物嘌呤的消化率。

1.2.5血液采集與指標測定

于試驗的第56天，晨飼前空腹采集尾靜脈血液，制備乙二胺四乙酸(EDTA)抗凝血，3 000 r/min離心20 min制備血漿，參照Bhandari等[8]方法測定血液中尿素氮濃度。

1.3數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.2統(tǒng)計軟件進行分析，其中呼吸頻率、直腸溫度、產(chǎn)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，其余指標采用一般線性模型(GLM)的t檢驗分析。P<0.05表示差異顯著。

2結果與分析

2.1牛舍THI和奶牛呼吸頻率、直腸溫度變化

整個試驗期間牛舍的THI如圖1所示，牛舍在06:00、14:00和22:00 THI平均值分別是73.8(65.7～82.0)、80.0(67.9～86.9)、77.0(65.8～86.6)，說明試驗期奶牛處于熱應激狀態(tài)(THI>72)。由表2可知，2組奶牛呼吸頻率和直腸溫度無顯著差異(P>0.05)。

圖1　試驗期牛舍的THI變化

項目Items組別GroupsAFCS標準誤SEMP值P-value處理Trt.時間Time交互Interaction呼吸頻率RR/(次/min)07:0039.137.01.850.430.050.7014:0061.264.72.690.380.100.44直腸溫度RT/℃07:0038.238.30.040.050.140.2614:0038.838.90.120.620.610.49

2.2粗飼料組合對熱應激奶牛生產(chǎn)性能的影響

由表3可知，AF組奶牛的產(chǎn)奶量、乳蛋白和乳糖產(chǎn)量極顯著高于CS組(P<0.01)；能量校正乳和4%脂肪校正乳顯著高于CS組(P<0.05)；而料乳比和乳脂產(chǎn)量差異無顯著(P>0.05)。

表3　粗飼料組合對熱應激奶牛生產(chǎn)性能的影響

2.3粗飼料組合對熱應激奶牛營養(yǎng)物質(zhì)攝入和表觀消化率的影響

由表4可知，與CS組相比，AF組奶牛干物質(zhì)、有機物表觀消化率顯著上升(P<0.05)，干物質(zhì)、有機物、CP攝入量和CP表觀消化率極顯著上升(P<0.01)，而ADF攝入量和NDF、ADF表觀消化率顯著降低(P<0.01)。NDF、EE攝入量和EE表觀消化率組間無顯著差異(P>0.05)。

表4　粗飼料組合對熱應激奶牛營養(yǎng)物質(zhì)攝入量和表觀消化率的影響

2.4粗飼料組合對熱應激奶牛血液、尿液、乳中尿素氮濃度和瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量的影響

由表5可知，AF組奶牛血液和尿液尿素氮濃度極顯著低于CS組(P<0.01)，而瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量顯著高于CS組(P<0.05)，乳中尿素氮濃度組間無顯著差異(P>0.05)。

表5　粗飼料組合對熱應激奶牛血液、尿液、乳中尿素氮濃度和瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量的影響

2.5粗飼料組合對熱應激奶牛氮轉(zhuǎn)化效率的影響

由表6可知，AF組奶牛飼糧氮攝入量和乳中氮產(chǎn)量極顯著高于CS組(P<0.01)，而氮的轉(zhuǎn)化效率顯著低于CS組(P<0.05)。

表6　粗飼料組合對熱應激奶牛氮轉(zhuǎn)化效率的影響

3討論

3.1熱應激指標

THI被認為是判斷奶牛熱應激的一項重要指標。研究發(fā)現(xiàn)，當THI大于72時，奶牛會出現(xiàn)嚴重的應激反應[14]。試驗期THI基本都高于72，14：00的THI甚至超過78；說明奶牛處于熱應激狀態(tài)；另外，Berman等[15]報道指出，當熱應激奶牛呼吸頻率超過60次/min，奶牛會出現(xiàn)嚴重的負面反應。而14：00奶牛呼吸頻率超過60次/min，也證明了奶牛處于熱應激狀態(tài)。

3.2粗飼料組合對熱應激奶牛生產(chǎn)性能的影響

熱應激導致奶牛的采食量下降，引起營養(yǎng)物質(zhì)攝入減少和產(chǎn)奶量降低[16]。Baumgard等[17]研究報道在熱應激條件下，奶牛優(yōu)先將營養(yǎng)物質(zhì)在組織中利用而非進行泌乳。本試驗中，與CS組相比，AF組改變粗飼料組合，改善飼糧的適口性，增加奶牛的采食量。Ren等[6]研究也發(fā)現(xiàn)飼喂苜蓿+玉米青貯飼糧奶牛采食量高于飼喂玉米秸稈飼糧。由于采食量升高，AF組奶牛產(chǎn)奶量也隨之升高。王金合等[18]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂苜蓿干草飼糧奶牛的產(chǎn)奶量顯著高于飼喂玉米秸稈飼糧。另外，AF組飼糧的CP含量較高，這可能是產(chǎn)奶量升高的另一個原因。Grings等[19]研究發(fā)現(xiàn)，當飼糧CP水平升高時，奶牛的產(chǎn)奶量也升高。

3.3粗飼料組合對熱應激奶牛營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

熱應激可降低奶牛營養(yǎng)物質(zhì)的消化率[20]。溫雅俐等[21]研究發(fā)現(xiàn)，熱應激使奶牛CP的消化率降低10%。而本試驗是在熱應激條件下研究不同粗飼料組合對CP表觀消化率影響,結果表明，奶牛對AF組飼糧CP消化率高于CS組飼糧，這說明高CP攝入量可以提高奶牛CP消化率。這個結果與周漢林等[22]研究結果一致，隨飼糧CP水平升高，CP和氮的表觀消化率也升高。陳艷等[23]認為牧草CP含量較高，有利于蛋白質(zhì)的降解；而秸稈的纖維素結構影響蛋白質(zhì)分解。

3.4粗飼料組合對熱應激奶牛瘤胃微生物蛋白合成的影響

瘤胃微生物蛋白是可代謝蛋白重要組成部分，影響飼料CP合成乳蛋白的效率[24]。飼糧蛋白質(zhì)在瘤胃降解成氨氮被微生物利用[25]。但過量的氨氮透過瘤胃壁進入血液，在肝臟中轉(zhuǎn)化成尿素，并通過腎隨尿排出體外；這不僅影響瘤胃微生物的生長，造成氮資源的浪費，還污染環(huán)境[5]。本試驗發(fā)現(xiàn)與CS組相比，AF組瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量較高，而血液和尿液尿素氮濃度較低。因此，與玉米秸稈飼糧相比，苜蓿+玉米青貯飼糧更適合熱應激奶牛瘤胃微生物的生長。

3.5粗飼料組合對熱應激奶牛氮轉(zhuǎn)化效率的影響

乳蛋白產(chǎn)量與蛋白質(zhì)攝入量、微生物蛋白產(chǎn)量密切相關。Wright等[26]研究發(fā)現(xiàn)隨著飼糧CP水平升高，能釋放足夠的氮源合成瘤胃微生物蛋白，提高乳蛋白產(chǎn)量。趙勐等[24]研究報道稱，乳蛋白產(chǎn)量與CP攝入量相關性為0.874，與微生物蛋白產(chǎn)量相關性為0.484。本試驗中，AF組奶牛氮的攝入量和乳中氮產(chǎn)量較高，但氮的轉(zhuǎn)化效率較低。氮轉(zhuǎn)化效率低可能是由于CP水平(18.5%)較高，尿氮和糞氮的排泄量增加。Mulligan等[27]研究發(fā)現(xiàn)奶牛飼喂高蛋白質(zhì)飼糧(20.4%)尿氮和總氮排泄量比飼喂低蛋白質(zhì)飼糧(16.4%)高。本試驗結果顯示，與玉米秸稈相比，苜蓿+玉米青貯的組合提高了飼糧CP水平，增加了奶牛蛋白質(zhì)攝入和消化，促進了乳蛋白合成，但高CP水平不利于氮的高效轉(zhuǎn)化。

4結論

夏季奶牛處于熱應激狀態(tài)，采食量明顯下降，導致牛奶營養(yǎng)物質(zhì)攝入減少，產(chǎn)奶量降低。另外，熱應激使奶牛氮代謝改變，維持需要的蛋白質(zhì)增加，乳蛋白合成降低。本試驗飼喂苜蓿+玉米青貯組飼糧，提高了熱應激奶牛采食量和CP表觀消化率，促進了瘤胃微生物蛋白和乳蛋白合成，增加了產(chǎn)奶量。但是苜蓿+玉米青貯組飼糧氮的轉(zhuǎn)化效率較低，需進一步研究最適CP水平，以促進熱應激奶牛乳蛋白合成和提高氮轉(zhuǎn)化效率。

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(責任編輯王智航)

Effects of Forage Combinations on Nitrogen Efficiency of Dairy Cows under Heat Stress

GUO Jiang1,2,3WANG Jiaqi2GAO Shengtao2,3QUAN Suyu2,3BU 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)

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.[Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(6)：1696-1703]

Key words:heat stress; forage; microbial protein; apparent digestibility; nitrogen efficiency

doi：10.3969/j.issn.1006-267x.2016.06.009

收稿日期：2015-12-18

基金項目：國家自然科學基金(31372341)；“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAD12B02-05)；中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-IAS07)

作者簡介：郭江(1986—)，男，福建三明人，博士研究生，從事生理學研究。E-mail: zhouhui163521@163.com *通信作者：卜登攀，研究員，碩士生導師，E-mail: budengpan@126.com

中圖分類號：S816.5；S823

文獻標識碼：A

文章編號：1006-267X(2016)06-1696-08

*Corresponding author, professor, E-mail: budengpan@126.com