■屠 焰 李 媛 孔路欣
(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所奶牛營(yíng)養(yǎng)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100081)
日糧蛋白質(zhì)中氨基酸(AA)的數(shù)量和比例對(duì)動(dòng)物的生產(chǎn)和健康都具有重要的作用。日糧中必需氨基酸的平衡效果越好,日糧蛋白質(zhì)的利用率就越高。1981年ARC(英國(guó))在豬的營(yíng)養(yǎng)需要中首次將理想蛋白質(zhì)(Ideal Protein)與動(dòng)物AA需要量的確定及飼料蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定聯(lián)系起來(lái)。建立理想蛋白質(zhì)模型必須測(cè)定動(dòng)物對(duì)各種AA的需要量和AA適宜的比例。目前,動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)者對(duì)豬和家禽的AA限制性順序和比例的研究已經(jīng)比較成熟和完善,取得的成果對(duì)生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)生了巨大的作用。然而,由于反芻動(dòng)物消化生理的特殊性,其AA營(yíng)養(yǎng)研究相對(duì)滯后。
相對(duì)于成年反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō),反芻動(dòng)物幼畜(犢牛和羔羊?yàn)橹鳎?duì)AA的需要情況更為復(fù)雜。首先,犢牛、羔羊階段有特殊的食管溝反射行為,使采食的奶和代乳品乳液大多數(shù)由食管經(jīng)食管溝和瓣胃管直接進(jìn)入皺胃進(jìn)行消化,但因?yàn)槿斯わ曫B(yǎng)環(huán)境的刺激,有時(shí)候食管溝閉合不完全,往往有一部分乳汁流入瘤胃和網(wǎng)胃,經(jīng)微生物作用發(fā)酵、產(chǎn)酸,不僅造成幼畜消化不良,而且會(huì)改變進(jìn)入皺胃的AA比例和含量,這部分難以估量。其次,犢牛、羔羊階段瘤胃尚未發(fā)育成熟,功能不完善,瘤胃內(nèi)微生物的種類(lèi)和數(shù)量會(huì)明顯地受到周?chē)h(huán)境的影響,微生物蛋白產(chǎn)量也很難估算,微生物蛋白的AA組成也因?yàn)槲⑸锝M成的差異而難以評(píng)估。同時(shí),隨著瘤胃發(fā)育程度的不斷提高,瘤胃微生物蛋白產(chǎn)量也會(huì)變化,比如,隨著犢牛周齡的增加,大豆蛋白的過(guò)瘤胃蛋白比例會(huì)從75%逐漸降低到35%。隨著瘤胃的不斷發(fā)育,瘤胃中微生物菌群、瘤胃功能、日糧發(fā)酵程度等等都存在一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程,進(jìn)入小腸的AA種類(lèi)和數(shù)量存在很大的不確定性。這就導(dǎo)致了反芻動(dòng)物幼畜AA需要量的確定成為一個(gè)困擾營(yíng)養(yǎng)學(xué)家的難題。
針對(duì)犢牛瘤胃正在逐漸發(fā)育這個(gè)特殊階段,許多研究者試圖只飼喂牛奶來(lái)研究食物進(jìn)入皺胃的AA變化模式。在這種飼喂模式下,由于犢牛的瘤胃發(fā)育受阻,因此攝入的AA受瘤胃發(fā)酵作用影響小,可以像單胃動(dòng)物一樣很容易估測(cè)出犢牛對(duì)AA的需要,但是這種飼喂模式是不符合實(shí)際生產(chǎn)條件的。另一種解決方法是按照實(shí)際生產(chǎn)條件給犢牛飼喂代乳品和開(kāi)食料,但是這種情況下得出的犢牛AA需要會(huì)受開(kāi)食料的組成和代乳品原料成分的影響。原因在于補(bǔ)飼開(kāi)食料后犢牛體內(nèi)的酶系(如乳糖酶和淀粉酶)以及對(duì)乳源性和植物源性營(yíng)養(yǎng)素消化率均與只飼喂代乳品的犢牛不同[1]。因而,代乳品和開(kāi)食料之間的交互作用對(duì)采食量和消化率的影響使得犢牛AA營(yíng)養(yǎng)的研究更加復(fù)雜。
賴氨酸(Lys)是動(dòng)物蛋白質(zhì)和AA營(yíng)養(yǎng)上最重要的AA之一。中國(guó)農(nóng)科院反芻實(shí)驗(yàn)室李輝[2]通過(guò)對(duì)犢牛飼喂不同Lys水平的代乳品日糧,探討了飼糧Lys水平對(duì)犢牛生長(zhǎng)性能、消化代謝及胃腸道組織形態(tài)發(fā)育的影響。發(fā)現(xiàn),相對(duì)于1.35%、2.25%Lys水平的代乳品來(lái)說(shuō),犢牛采食1.80%Lys水平的代乳品可獲得較高的生長(zhǎng)性能(見(jiàn)圖1),促進(jìn)犢牛對(duì)精料的進(jìn)食量和每日干物質(zhì)采食量(見(jiàn)圖2),較高的N攝入和存留量(見(jiàn)表1)保證了犢牛較高生長(zhǎng)性能的發(fā)揮。代乳品Lys水平影響了犢牛血清尿素氮和總蛋白含量,對(duì)血糖濃度無(wú)顯著影響;刺激了瘤胃各部位的乳頭高度,影響單位面積乳頭數(shù),瘤胃占犢牛體重的比值以及占復(fù)胃胃室總重的比值隨日糧Lys水平的升高而上升,腸道黏膜DNA含量有隨代乳品Lys水平升高而上升的趨勢(shì)。
圖1 犢牛采食不同賴氨酸水平代乳品的生長(zhǎng)性能反應(yīng)
圖2 不同賴氨酸水平對(duì)犢牛每日干物質(zhì)采食量及顆粒料進(jìn)食量的影響
表1 不同賴氨酸水平代乳品對(duì)犢牛常規(guī)營(yíng)養(yǎng)素消化的影響[2]
日糧高、低Lys水平均可以誘導(dǎo)犢牛血清尿素氮含量升高,采食1.80%Lys水平代乳品的犢牛,其血清中尿素氮的含量卻較低,這體現(xiàn)了日糧Lys平衡的重要性,AA平衡日糧更易促使日糧氮等營(yíng)養(yǎng)素在機(jī)體內(nèi)沉積,減少通過(guò)尿液的排出,從而提高實(shí)際利用的效率。AA缺乏或過(guò)量引起的AA不平衡影響了犢牛胃腸道中日糧蛋白質(zhì)的消化吸收,進(jìn)而影響了血液蛋白的合成,采食1.80%Lys水平的代乳品,犢牛血清總蛋白含量高于采食1.35%、2.25%Lys代乳品的犢牛。
犢牛瘤胃占活體體重的比值或者占復(fù)胃胃室的相對(duì)比重均隨日糧Lys水平的升高而上升,皺胃的比重恰好相反(見(jiàn)表2),這提示采食高Lys水平代乳品的犢牛瘤胃發(fā)育更為成熟,然而,通過(guò)對(duì)犢牛瘤胃乳頭發(fā)育的研究證明這是由于過(guò)高的Lys水平促進(jìn)了犢牛瘤胃上皮細(xì)胞的過(guò)度生長(zhǎng)和分化的結(jié)果。
日糧高Lys水平促進(jìn)了瘤胃乳頭的分化,產(chǎn)生了大量未發(fā)育成熟的乳頭,尤其是瘤胃乳頭高度,不管是在瘤胃哪個(gè)部位,采食高Lys水平的犢牛其乳頭高度均較低,而單位面積上乳頭的數(shù)量卻較高(見(jiàn)圖3)。犢牛在8周齡屠宰時(shí),其瘤胃功能已經(jīng)初步發(fā)育,瘤胃微生物已經(jīng)開(kāi)始發(fā)揮作用,很難把微生物合成蛋白從日糧蛋白質(zhì)中分離開(kāi)來(lái),界定日糧AA與微生物合成蛋白中AA的比例。瘤胃微生物的調(diào)控作用影響了進(jìn)入小腸的Lys水平,進(jìn)而對(duì)犢牛的腸道形態(tài)產(chǎn)生影響還需進(jìn)一步的研究。
表2 不同賴氨酸水平代乳品對(duì)犢牛復(fù)胃的影響[2]
圖3 不同賴氨酸水平對(duì)犢牛瘤胃前庭乳頭的影響
以表觀的生長(zhǎng)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率及機(jī)體內(nèi)組織器官發(fā)育情況來(lái)綜合評(píng)判,代乳品的Lys水平達(dá)到1.80%時(shí),對(duì)犢牛產(chǎn)生的積極作用要優(yōu)于1.35%或2.25%。
國(guó)外在此方面有過(guò)一些研究,但都未涉及到胃腸道發(fā)育。Foldager等[3]報(bào)道6~27日齡的犢牛日糧含硫氨酸的量應(yīng)為3.8~4.0 g/16 g N沉積,其中蛋氨酸(Met)量為2.75~2.95 g/16 g N沉積、胱氨酸量為1.05 g/16 g N沉積。Van Weerden等[4]對(duì)5~7周齡的肉犢牛飼喂以脫脂奶粉為基礎(chǔ)的代乳品,研究認(rèn)為,肉犢牛的第一、第二限制性氨基酸分別為含硫氨酸和Lys,其次是蘇氨酸(Thr)和異亮氨酸,達(dá)到日最大氮沉積所需要含硫氨酸的量為9.2 g,其中Met與胱氨酸的比例為2.9∶1;而達(dá)到日最大氮沉積所需的Lys為23 g,而且這要在代乳品中粗蛋白質(zhì)含量為20.0%、Lys的含量為1.81%時(shí)才能獲得;當(dāng)代乳品中粗蛋白質(zhì)含量為20.0%、Thr含量0.9%、異亮氨酸含量為1.1%時(shí),犢??色@得日最大氮沉積;亮氨酸的最佳需要量在蛋白質(zhì)含量為18%時(shí),其它必需氨基酸在16%或以下時(shí)可滿足。Tzeng等[5]用14種合成AA作為日糧氮的唯一來(lái)源來(lái)研究幼齡犢牛對(duì)日糧中Lys和Met的需要。通過(guò)測(cè)定體增重、氮平衡和血漿游離氨基酸的含量等指標(biāo)來(lái)反應(yīng)犢牛對(duì)這種半純合日糧的應(yīng)答,結(jié)果發(fā)現(xiàn)幼齡犢牛DL-Met的需要量在0.17~0.23 g/kg日增重之間(即0.65 g/kg W0.75)。可見(jiàn),人們對(duì)各種必需氨基酸的研究并不一致。而且,必須明確的是采用代乳品進(jìn)行限制性飼喂的犢牛對(duì)AA的需要可能與快速育肥豬或以高采食量飼養(yǎng)的肉犢牛不同[6]。在單胃動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)研究方面,人們一般通過(guò)研究回腸末端可消化或可利用AA來(lái)推測(cè)動(dòng)物對(duì)AA的真實(shí)需要量,而在犢牛上,這方面的工作需要進(jìn)行更深一步的研究。
表3 生長(zhǎng)階段牛對(duì)氨基酸的需要量
對(duì)于斷奶后的生長(zhǎng)牛,Wright等[12]研究了日糧中過(guò)瘤胃蛋氨酸(RPMet)和過(guò)瘤胃賴氨酸(RPLys)對(duì)其生長(zhǎng)性能的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)正對(duì)照組(添加豆粕)動(dòng)物的增重與中水平組(0.12%RPMet和0.08%RPLys)的差異并不顯著,但正對(duì)照組要顯著高于負(fù)對(duì)照組(添加尿素)、高水平組(0.15%RPMet和0.10%RPLys)和低水平組(0.09%RPMet和0.06%RPLys)。Abe等[13]研究發(fā)現(xiàn),將日糧中Lys水平固定為16 g/d時(shí),血清中的Lys和Met濃度會(huì)隨日糧中Met水平升高而升高。同時(shí)發(fā)現(xiàn)日糧中Met水平為6 g/d時(shí)犢牛的增重和氮存留最高,而當(dāng)Met水平超過(guò)18 g/d時(shí)犢牛出現(xiàn)負(fù)增重并且氮存留也下降。這說(shuō)明氨基酸失衡會(huì)給犢牛的采食量及增重帶來(lái)不利影響。相反,Abe等[14]研究發(fā)現(xiàn)在玉米-豆粕型日糧中添加Met和Lys并不能改變3月齡以上犢牛的氮平衡,并認(rèn)為在粗蛋白質(zhì)水平為12.5%的以玉米為基礎(chǔ)的日糧中添加Met對(duì)3月齡后犢牛并無(wú)效果。
上述研究中,犢牛對(duì)飼糧AA的需要不盡相同(見(jiàn)表3),這與試驗(yàn)牛的品種、日齡、體重、生長(zhǎng)速度、是否處于應(yīng)激狀態(tài)等有關(guān),也與飼糧原料組成及蛋白質(zhì)、代謝能、礦物質(zhì)和維生素等營(yíng)養(yǎng)水平有關(guān)。
氨基酸的營(yíng)養(yǎng)不應(yīng)僅考慮每種AA單獨(dú)的營(yíng)養(yǎng)效果,而應(yīng)該考慮各種AA的組合效應(yīng)。理想蛋白質(zhì)是完全按照動(dòng)物維持需要、生產(chǎn)需要來(lái)提供準(zhǔn)確比例的各種AA。建立理想蛋白質(zhì)模型必須測(cè)定動(dòng)物對(duì)各種AA的需要,并且確定其它AA與Lys的比例,然后對(duì)動(dòng)物機(jī)體蛋白質(zhì)的AA組成進(jìn)行分析,最后確定飼糧最佳AA比例。隨著生長(zhǎng)速度的提高,動(dòng)物對(duì)各種AA的需要量都在增加,但AA的比例模式不變。目前對(duì)犢牛及生長(zhǎng)公牛AA限制性順序的研究相對(duì)后備母牛來(lái)說(shuō)較為完善。表4匯總了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于牛生長(zhǎng)階段AA限制性順序的研究結(jié)果。生長(zhǎng)牛的AA限制性順序受品種、日齡、體重等多個(gè)因素影響。Lys和Met為生長(zhǎng)牛的前兩種限制性AA,Thr、色氨酸(Trp)和組氨酸(His)可能是生長(zhǎng)牛的第三限制性AA,其結(jié)果與飼糧原料種類(lèi)有直接關(guān)系,特別是飼糧的過(guò)瘤胃蛋白含量影響了反芻動(dòng)物幼畜AA限制性順序。
中國(guó)農(nóng)科院反芻實(shí)驗(yàn)室王建紅[11]就0~2月齡飼喂植物蛋白源為主代乳品的犢牛的Lys、Met、Thr的比例和水平進(jìn)行了研究。以4種AA模式為處理組,分別為AA相對(duì)平衡組(PC,代乳品Lys、Met、Thr含量依次為2.34%、0.72%、1.80%,粗蛋白質(zhì)為22%),分別扣除30%的賴氨酸(PC-Lys)、蛋氨酸(PC-Met)和蘇氨酸(PC-Thr)。研究發(fā)現(xiàn),扣除某一種AA的代乳品,對(duì)犢牛采食量無(wú)顯著影響,PC-Lys組開(kāi)食料采食量有高于PC-Met組的趨勢(shì);平均日增重(ADG)數(shù)值上以PC組最高。代乳品的不同AA模型對(duì)哺乳期犢牛氮平衡具有影響(見(jiàn)表5),改善日糧AA平衡可以通過(guò)減少糞尿中氮的排放來(lái)提高沉積氮,合理的Lys、Met、Thr比例不僅可以提高犢牛生產(chǎn)性能,節(jié)約蛋白質(zhì)資源,而且可以減少污染物排放。同時(shí),在代乳品中扣除30%的Lys、Met、Thr對(duì)犢牛的干物質(zhì)、有機(jī)物和粗脂肪消化率均有影響,受影響程度也與Lys、Met、Thr的限制性順序相同。
表4 生長(zhǎng)期牛限制性氨基酸的研究結(jié)果
根據(jù)AA部分扣除法計(jì)算2~6周齡犢牛飼糧Lys∶Met∶Thr的適宜比例為100∶29.5∶65,含量分別為2.81%,0.83%和1.82%時(shí)最適宜犢牛的生長(zhǎng)發(fā)育。其中將2~3周齡和4~6周齡分為兩個(gè)階段,以最大氮沉積為指標(biāo),Lys∶Met∶Thr的適宜比例為100∶29∶70和 100∶30∶60,犢牛在 4~6周齡階段達(dá)到最大氮沉積時(shí)對(duì)Lys的需要量比2~3周齡階段多172 mg/(kg BW0.75·d)。;以最大ADG為指標(biāo),分別為100∶35∶63和100∶27∶67;以最優(yōu)飼料轉(zhuǎn)化率為指標(biāo),則分別為100∶26∶56和100∶23∶54,0~2周齡和2~4周齡階段犢牛達(dá)到最優(yōu)飼料轉(zhuǎn)化率所需Lys的量比獲得最大ADG時(shí)分別多172 mg/(kg BW0.75·d)和278 mg/(kg BW0.75·d)。
其他研究也提供了AA的比例模式,例如,Gerrits等[8]通過(guò)模型估測(cè)犢牛獲得最大氮沉積時(shí)所需Lys∶Met∶Thr比例為100∶26∶66。Hill等[10]通過(guò)飼喂不同梯度的晶體AA后發(fā)現(xiàn)獲得最大ADG和飼料轉(zhuǎn)化率時(shí) Lys∶Met∶Thr比例為 100∶31∶77。Williams等[7]通過(guò)補(bǔ)飼不同梯度的晶體Lys后綜合考慮氮沉積、氮表觀消化率、血漿尿素氮和血漿游離AA 4項(xiàng)指標(biāo),得出Lys∶Met∶Thr比例為 100∶27∶64。從 AA 需求量的結(jié)果看,隨周齡的增長(zhǎng),犢牛對(duì)賴氨酸需求量的增加大于對(duì)Met和Thr的增加量,且犢牛獲得最優(yōu)飼料轉(zhuǎn)化率比最大ADG對(duì)Lys的需要量更高,表明評(píng)價(jià)指標(biāo)和生長(zhǎng)階段對(duì)犢牛Lys需求量的影響大于對(duì)Met和Thr的影響。
羔羊代乳品AA模式的研究尚未見(jiàn)系統(tǒng)的報(bào)道,有待進(jìn)一步研究,暫時(shí)可借鑒犢牛代乳品的研究結(jié)果。
中國(guó)農(nóng)科院反芻實(shí)驗(yàn)室云強(qiáng)[18]證實(shí),與粗蛋白質(zhì)19.64%的飼糧相比,扣除其中4個(gè)百分點(diǎn)的粗蛋白質(zhì)配制低蛋白質(zhì)精料(15.22%),并添加不同比例的過(guò)瘤胃保護(hù)性賴氨酸(RPLys)和蛋氨酸(RPMet),可達(dá)到同樣的飼養(yǎng)效果。當(dāng)精料中粗蛋白質(zhì)水平為15.22%,賴/蛋氨酸的比例分別為2.5∶1、3.1∶1和3.7∶1(下簡(jiǎn)稱(chēng)為2.5、3.1、3.7組)時(shí),3.1組犢牛的ADG達(dá)834.46 g/d,要高于3.7和2.5組??梢?jiàn),在扣除開(kāi)食料粗蛋白4.4個(gè)百分點(diǎn)時(shí)添加RPLys和RPMet可以達(dá)到甚至超過(guò)飼喂高蛋白開(kāi)食料組犢牛的生長(zhǎng)性能。值得注意的是,動(dòng)物的生產(chǎn)性能并不是與AA的量呈線性關(guān)系,過(guò)高的AA水平會(huì)導(dǎo)致日糧中AA的不平衡,影響動(dòng)物的生產(chǎn)性能,其中過(guò)量的賴氨酸水平會(huì)導(dǎo)致?tīng)倥<S中鳥(niǎo)氨酸含量增加和腹瀉率升高[18];給斷奶犢牛灌注0.6 g/kg日糧的L-Met時(shí),其氮存留增加,但L-Met達(dá)到1.2 g/kg日糧時(shí)氮存留并不增加[15]。Lys和Met不平衡對(duì)犢牛也具有副作用,當(dāng)日糧中Lys水平為16 g/d時(shí),犢牛的ADG和氮存留有隨日糧中Met水平升高而降低的趨勢(shì)[18],即高濃度的Met抑制了其他AA的吸收。
Lys和精氨酸有拮抗作用。云強(qiáng)[18]的試驗(yàn)證實(shí)開(kāi)食料中Lys∶Met在3.7∶1時(shí)犢牛血清中精氨酸濃度低于3.1∶1組,這說(shuō)明Lys水平偏高抑制了血清中精氨酸的濃度,因此造成犢牛的血清尿素氮顯著降低。因此在玉米-豆粕型斷奶犢牛精料中,與粗蛋白質(zhì)水平為19.64%的精料相比,在粗蛋白質(zhì)為15.22%的精料中添加 RPLys和 RPMet,Lys∶Met為 3.1∶1 和3.7∶1時(shí),可減少氮的排放、提高氮的總利用率及氮的表觀生物學(xué)價(jià)值。
表5 代乳品中不同氨基酸比例對(duì)犢牛氮代謝和部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響[11]
中國(guó)農(nóng)科院反芻實(shí)驗(yàn)室李雪玲[19]針對(duì)斷奶后羔羊開(kāi)展了研究。對(duì)照組(PC)飼喂AA平衡(AA)的飼糧,PC組飼糧Lys、Met、Thr和色氨酸(Trp)含量分別為1.16%、0.38%、0.58%和0.16%,4個(gè)試驗(yàn)組飼喂在PC組的基礎(chǔ)上分別扣除30%的Lys(PD-Lys組)、Met(PD-Met組)、Thr(PD-Thr組)和Trp(PD-Trp組)的飼糧,其余AA保持一致。研究發(fā)現(xiàn),AA的平衡供給對(duì)羔羊的體重和日增重有顯著升高作用,可改善飼糧飼料轉(zhuǎn)化效率,必需AA缺乏對(duì)羔羊生長(zhǎng)發(fā)育和屠宰性能有較大影響,AA扣除可以影響心臟、肝臟和腎臟器官的發(fā)育;在斷奶羔羊飼糧中,羔羊不同日齡生長(zhǎng)階段飼糧AA的限制性順序?yàn)镸et>Lys>Thr>Trp(60~90 d)、Met>Lys>Trp>Thr(90~120 d)。依照不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算出斷奶羔羊60~120日齡四種AA的適宜比例不同。以最大氮沉積為衡量指標(biāo)時(shí),60~90日齡和90~120日齡4種AA的模式分別為100∶37∶45∶12(60~90 d)和100∶41∶39∶12(90~120 d)。以最大ADG作為參考指標(biāo)時(shí),60~90 d和90~120 d兩個(gè)階段的 Lys、Met、Thr和 Trp 的適宜比例分別為 100∶44∶44∶8和100∶54∶45∶7。
適宜的飼糧AA平衡模式的構(gòu)建對(duì)反芻動(dòng)物幼畜的生長(zhǎng)具有重要意義。反芻動(dòng)物理想AA模型的建立已取得一定的進(jìn)展,但大多局限于成年奶牛和犢牛,后備奶牛、羔羊生長(zhǎng)階段理想AA模型的研究還處于開(kāi)始階段。中國(guó)農(nóng)科院反芻實(shí)驗(yàn)室目前正在就3~6月齡犢牛、7~9月齡小母牛限制性AA順序及模式開(kāi)展試驗(yàn),數(shù)據(jù)有望盡快發(fā)表公開(kāi)。即便如此,在反芻動(dòng)物幼畜飼糧氨基酸營(yíng)養(yǎng)方面還有很多問(wèn)題有待解決。特別是在消化道動(dòng)態(tài)發(fā)育過(guò)程中微生物蛋白質(zhì)合成、飼糧過(guò)瘤胃氨基酸比例和組成等方面,從試驗(yàn)方法到數(shù)據(jù)都不完善,亟需開(kāi)展大量、系統(tǒng)的研究。