朱志強 張巧娥 陶 然 任亞瓊 李宏偉

（1．寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2．寧夏廣德源農(nóng)牧開發(fā)有限公司，寧夏 石嘴山 753400）

目前，普遍認為蛋白質(zhì)營養(yǎng)即氨基酸營養(yǎng)，而限制性氨基酸（LAA）是維持動物生長發(fā)育和實際生產(chǎn)過程中不可或缺的氨基酸[1]。不同動物所需的LAA有所差異，與反芻動物營養(yǎng)相關(guān)的LAA 主要為蛋氨酸（Met）和賴氨酸（Lys）[2]。隨著研究深入，與反芻動物相關(guān)的其他LAA 的開發(fā)愈發(fā)受到關(guān)注，研究主要集中在精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）以及纈氨酸（Val）[3]。合理應(yīng)用LAA 可提升奶牛的產(chǎn)奶性能、乳品質(zhì)、氮的轉(zhuǎn)化效率和生長性能，在改善反芻動物機體代謝、免疫功能及健康狀況等方面均具有積極作用[4-6]。近年來，我國畜牧業(yè)發(fā)展迅速，全年牛奶總產(chǎn)量和單產(chǎn)水平再創(chuàng)新高。2021 年全年牛奶產(chǎn)量達3 683 萬t，同比增長7.1%；全國荷斯坦奶牛單產(chǎn)水平達8.7 t，同比增長4.8%[7]。與此同時，蛋白原料價格高漲與飼料資源短缺等問題迫在眉睫[8-9]。氨基酸經(jīng)瘤胃保護技術(shù)處理后，其過瘤胃率顯著提高，小腸內(nèi)可吸收利用的氨基酸數(shù)量隨之增加，從而滿足機體的氨基酸需求，增加養(yǎng)殖效益，緩解飼料資源短缺和利用率低的問題[10]。研究表明，奶牛日糧添加經(jīng)過瘤胃保護技術(shù)處理的LAA可促進奶牛乳品質(zhì)[11]與產(chǎn)奶量[12]的提升，對減緩蛋白飼料緊張、減少氮排放對環(huán)境造成的污染、促進奶業(yè)發(fā)展等方面均具有積極作用。文章綜述LAA的生理作用、過瘤胃保護技術(shù)及其在奶牛生產(chǎn)中的研究，為進一步闡明限制性氨酸在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 限制性氨基酸的概述

Met又稱甲硫氨酸，在甲基轉(zhuǎn)移、細胞間信息傳遞與核酸、胱氨酸的合成等各項生理活動中具有重要作用，是合成蛋白質(zhì)的重要原料[13]，可調(diào)節(jié)奶牛的乳腺功能[14]。Lys是有關(guān)動物生長的第一限制性氨基酸[15]，能夠參與動物機體蛋白合成，維持動物機體內(nèi)的代謝平衡，提高鈣在動物體內(nèi)的沉積，加速動物生長發(fā)育。動物缺乏Lys時，其他氨基酸的利用效率也隨之下降，還會引起機體鈣沉積率降低、生長受阻、發(fā)育不良等[16]。Leu、Ile 和Val統(tǒng)稱為支鏈氨基酸（BCAAs），是動物的必需氨基酸，無法在動物體內(nèi)合成，必須從飼糧中獲取。Leu在啟動蛋白質(zhì)翻譯和肌肉蛋白合成過程中起到特殊功能[17]，可調(diào)控蛋白質(zhì)的代謝，促進奶牛骨骼肌的生長和腺泡細胞中淀粉酶分泌[18]。Ile 與Leu 功能相似，能夠在雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路中發(fā)揮調(diào)控作用[19]。Val 的代謝途徑與Leu 和Ile 類似[20]，可作為供能物質(zhì)參與蛋白質(zhì)合成。Arg是幼齡動物的必需氨基酸之一，在動物機體內(nèi)能量代謝、生長發(fā)育和繁殖功能等各方面起調(diào)節(jié)作用[21]，能夠促進細胞的分化與增殖[22]，調(diào)控動物體內(nèi)蛋白質(zhì)合成[23]。盡管反芻動物機體可對Arg 進行自我合成，但當(dāng)動物處于高產(chǎn)或生長狀態(tài)下時，機體自生合成的Arg 數(shù)量無法滿足其生產(chǎn)需要和維持需要[24]。因此，在生長牛和高產(chǎn)奶牛日糧中需要注意Arg的給予。

2 過瘤胃保護技術(shù)

目前，常見的氨基酸過瘤胃保護技術(shù)分為物理保護法和化學(xué)處理法。物理保護法主要是聚合物包被法、脂肪包被法[5]。聚合物包被即使用人工合成的惰性材料充分包裹氨基酸，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)到達小腸等指定區(qū)域后再釋放，增加小腸部位可吸收的氨基酸數(shù)量。脂肪包被法即使用植物油脂包被氨基酸，因為脂質(zhì)難以被瘤胃微生物利用，降低了瘤胃微生物對氨基酸的降解速率，在小腸部位可被吸收利用，該方法常用于Met 的包被處理?；瘜W(xué)處理法則有微量元素處理法、羥基轉(zhuǎn)化法[14]。利用微量元素對氨基酸進行處理后可形成螯合物，該方法具有適口性好和使用方便等優(yōu)勢，利于提升氨基酸過瘤胃率。研究發(fā)現(xiàn)，氨基酸經(jīng)微量元素鋅處理后會形成氨基酸螯合鋅，從而減少瘤胃內(nèi)微生物對氨基酸的降解，其結(jié)合效果與所添鋅的濃度呈線性提升，鋅的添加量達到1.6%時最佳[25]。除氨基酸螯合鋅外，動物生產(chǎn)中常用的氨基酸金屬螯合物還有氨基酸螯合硒和氨基酸螯合銅等[26]。羥基類似物在瘤胃內(nèi)易被降解，后經(jīng)轉(zhuǎn)氨基反應(yīng)生成相應(yīng)的氨基酸，提升氨基酸過瘤胃率，此法常用于蛋氨酸羥基類似物[27]。除了上述幾種常見的處理方法，生物處理、酶制劑及益生菌等其他技術(shù)研究也逐漸在應(yīng)用，但由于處理程序較為復(fù)雜，仍需進一步探索[28]。

3 限制性氨基酸在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 蛋氨酸在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用

Met 是泌乳奶牛最為重要的LAA 之一，在氨基酸過瘤胃保護技術(shù)較成熟的環(huán)境下合理使用Met 可促進奶牛對日糧中各養(yǎng)分的消化，增加瘤胃微生物產(chǎn)量，提高產(chǎn)奶性能和氮的轉(zhuǎn)化效率，改善乳品質(zhì)，并且在奶牛免疫功能、繁殖性能及健康狀況等方面均發(fā)揮重要作用。與對照組相比，使用27.5 g/(頭·d)過瘤胃蛋氨酸（RPM）與23.0 g/(頭·d)有機稀土組合飼喂奶牛，干物質(zhì)（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）的表觀消化率均顯著提升[29]。張仔堃等[30]發(fā)現(xiàn)，23 g/(頭·d) RPM 與17 g/(頭·d)半胱胺（CS）組合處理組的NDF、ADF、DM、CP 消化率均高于對照組。丁大偉等[31]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，日糧中補飼25 g/(頭·d)RPM可使瘤胃菌體蛋白產(chǎn)量提升13.66%，說明補飼RPM能夠促進奶牛瘤胃微生物的增殖。姜富貴等[32]發(fā)現(xiàn)，使用35 g/(頭·d)RPM 與18 g/(頭·d)過瘤胃賴氨酸（RPL）組合飼喂顯著提升產(chǎn)奶量，降低乳中尿素氮含量。祁茹等[33]發(fā)現(xiàn)，圍產(chǎn)期奶牛日糧中補飼9 g/(頭·d) RPM 可顯著提高牛奶乳脂率和乳蛋白產(chǎn)量。陳傲東等[34]指出，與對照組相比，每千克日糧中添加5.4 g/(頭·d) RPM 可使牛奶中乳脂和乳蛋白含量提升0.24%和0.13%。梁樹林[35]研究表明，30 g/(頭·d) RPM處理組奶牛的能量矯正乳產(chǎn)量顯著高于60 g/(頭·d) RPM 處理組，可能是因為過量的RPM對奶牛生產(chǎn)性能產(chǎn)生了負面效應(yīng)。丁大偉等[36]發(fā)現(xiàn)，使用RPM與RPL組合飼喂奶牛能夠有效改善泌乳盛期產(chǎn)奶性能，以25 g/(頭·d)RPM 與30 g/(頭·d)RPL 組合最佳。張仔堃等[29]研究表明，當(dāng)添加組合為17 g/(頭·d)RPM和27 g/(頭·d)CS時，乳體細胞數(shù)顯著低于對照組。Li等[37]發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用RPM可調(diào)控圍產(chǎn)期奶牛體內(nèi)各項代謝功能，改善肝臟基本功能，提高機體的免疫力和細胞分化速率。杜超等[38]發(fā)現(xiàn)，日糧中添加150 g/(頭·d) RPM，生產(chǎn)當(dāng)天奶牛血清白細胞介素-1含量下降了22 ng/L，產(chǎn)后奶牛血清γ-干擾素含量提升了164 ng/L，說明適量添加RPM可降低奶牛產(chǎn)后感染疾病的風(fēng)險，降低分娩時應(yīng)激與炎性反應(yīng)，維持奶牛圍產(chǎn)期的健康狀態(tài)。韓兆玉等[39]發(fā)現(xiàn)，日糧中補飼12 g/(頭·d)RPM，奶牛外周血液淋巴細胞的凋亡率下降了36.39%，說明RPM能夠促進蛋白質(zhì)及其他養(yǎng)分合成，推動外周淋巴細胞分化與增殖；奶牛的外周血超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性分別提高10.86、12.70 U/L，加速自由基清除，提高抗氧化酶活力，改善奶牛熱應(yīng)激。Palmer 等[40]發(fā)現(xiàn)，奶牛日糧中添加蛋氨酸羥基類似物可提升卵泡液中的Met 含量，促進卵泡發(fā)育。與對照組相比，圍產(chǎn)期奶牛日糧中補飼9 g/(頭·d)RPM 可使奶牛的21 d妊娠率提升1.69%[33]。馬吉鋒等[41]指出，0.36 g/kg蛋氨酸鋅處理組的綜合繁殖率最高，比對照組提高了28.57%。

3.2 賴氨酸在奶牛產(chǎn)中的應(yīng)用

Lys 是泌乳奶牛代謝中最重要的LAA 之一，能夠提高奶牛的生產(chǎn)性能，對犢牛的生長性能具有積極作用。云伏雨等[42]發(fā)現(xiàn)，補飼10、20、30 g/(頭·d)RPL 組奶牛的產(chǎn)奶量分別增加了0.62、0.90、1.39 kg，RPL 水平為30 g/(頭·d)對產(chǎn)奶量的影響較大。張凱祥等[43]在泌乳天數(shù)為（90±15） d 的荷斯坦奶牛日糧中補飼25、30、35 g/(頭·d)RPL，結(jié)果表明，各組奶牛的產(chǎn)奶量均顯著高于對照組，瘤胃微生物菌體蛋白產(chǎn)量分別提升了5.34%、14.76%、10.06%，RPL 添加量為30 g/(頭·d)最佳。Bernard等[44]報道，在單產(chǎn)大于36.5 kg的奶牛飼糧中補飼38 g/(頭·d) RPL 可顯著提高牛奶乳蛋白率和乳脂率，但對單產(chǎn)小于36.5 kg 的奶牛幾乎無影響，表明RPL對高產(chǎn)奶牛生產(chǎn)性能的影響更為明顯。張仔堃等[6]研究表明，RPL和有機稀土處理組乳體細胞數(shù)顯著低于對照組。

Lys是有關(guān)犢牛生長的第一限制性氨基酸[45]?？追擦值萚46]研究表明，Lys缺乏30%的犢牛飼料轉(zhuǎn)化效率顯著降低，影響犢牛生長發(fā)育。Samy等[47]研究發(fā)現(xiàn)，圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加RPL，犢牛平均日增重（ADG）和斷奶體重顯著高于對照組。Batista 等[48]在體重為（165±8）kg的犢牛日糧中添加不同水平的Lys 鹽，結(jié)果顯示，隨著Lys水平提高，氮的代謝效率隨之提升；犢牛血清色氨酸和BCAAs 含量隨Lys 水平提升而降低，表明Lys 利于其他氨基酸在犢牛體內(nèi)的沉積，添加水平為9 g/(頭·d)效果最佳，利用效率為40%。研究發(fā)現(xiàn)，在奶牛日糧中聯(lián)合使用Lys、Met、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）能夠顯著提升奶牛ADG，適宜添加量為17.000、5.300、0.672、0.672 g/(頭·d)[49]。閆金玲等[50]將日糧蛋白水平降低2%并補充55 g/(頭·d) RPL 和9 g/(頭·d) RPM，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，奶牛的生長性能并未受到影響。云強等[51]發(fā)現(xiàn)，Lys 和Met 比例為3∶1 的處理組犢牛ADG 最高，比對照組高10.21%。

3.3 支鏈氨基酸在奶牛產(chǎn)中的應(yīng)用

BCAAs 在奶牛生產(chǎn)中的研究較少，但有大量關(guān)于其他反芻動物的報道，BCAAs 在反芻動物生產(chǎn)中具有較大的應(yīng)用潛力[52]。在荷斯坦?fàn)倥Ｈ占Z中補充Leu 可增加血清蘇氨酸、組氨酸和Met等必需氨基酸含量[53]。常樂[54]在小麥秸稈瘤胃體外發(fā)酵試驗中添加1、3、5、7 mmol/L的BCAAs發(fā)酵72 h，發(fā)現(xiàn)Leu和Ile水平為1 mmol/L時發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸濃度均有所提高，比對照組分別提升了10.99、5.74 mmol/L。馮蕾等[55]發(fā)現(xiàn)，后備荷斯坦母牛低蛋白日糧中添加過瘤胃亮氨酸、過瘤胃異亮氨酸和RPM 并未對后備奶牛的生長性能造成影響，還增加了NDF 采食量。Liu 等[56]發(fā)現(xiàn)，Ile 能夠調(diào)節(jié)奶牛機體內(nèi)胰蛋白酶和α-淀粉酶分泌，提升奶牛乳糖水平，但可能會增加奶牛反芻時間。Hultquist 等[57]發(fā)現(xiàn)，40、80 g/(頭·d)Val 處理組產(chǎn)奶量分別提高3.2、2.9 kg/d，表明Val 對提升奶牛產(chǎn)奶量具有促進作用。3.4 精氨酸在奶牛產(chǎn)中的應(yīng)用

近年來，Arg 在反芻動物的應(yīng)用研究中愈發(fā)受到重視。曹越等[58]在奶牛乳腺上皮細胞培養(yǎng)液中添加0.7、1.4、2.8、5.6、11.2 mmol/L的Arg，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Arg添加量為2.8 mmol/L 時酪蛋白的合成水平最高。可能是Arg對mTOR 基因相對表達量具有增加作用，進而促進酪蛋白合成。頸靜脈注射Arg 能夠促進奶牛乳腺中氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白的表達，增加牛乳酪蛋白含量[59]，提升氮的轉(zhuǎn)化效率和產(chǎn)奶量，調(diào)節(jié)泌乳性能[60]和脂質(zhì)代謝水平[61]。豆夢瑩等[62]研究表明，低水平的Arg 對熱應(yīng)激處理的奶牛小腸上皮細胞的增殖具有促進作用，高水平的Arg 則起抑制作用，Arg添加濃度至6 mmol/L時細胞活力最強。

4 展望

近年來，除Met 和Lys 外，有關(guān)奶牛的其他LAA 的研究主要集中在BCAAs 和Arg。但由于BCAAs 和Arg 在奶牛生產(chǎn)中的研究較少，因此尚無足夠的數(shù)據(jù)能夠證實其具有更好的限制效果。隨著對LAA在奶牛生產(chǎn)中的研究不斷深入，發(fā)現(xiàn)不同種類的氨基酸在奶牛飼糧中聯(lián)合搭配使用，飼喂效果可能遠優(yōu)于單獨添加。此外，氨基酸過瘤胃保護技術(shù)的處理程序也較為復(fù)雜，還需要進行更深層次的探索。未來，亟須探究其他LAA對奶牛的作用機制，確定其在奶牛生產(chǎn)應(yīng)用中最適宜的添加量和各種氨基酸之間具體的添加比例，全面優(yōu)化奶牛的飼料配方，為推動奶牛養(yǎng)殖的綠色可持續(xù)發(fā)展提供新的靶點。