维持泌乳期奶牛日粮氨基酸平衡的重要性及途径

■刘大森 李彦芳 张美美

(东北农业大学动物科学技术学院，黑龙江哈尔滨150030)

在奶牛瘤胃中蛋白质的营养是二维的[1]。首先,日粮为微生物蛋白合成提供氮元素，然后，微生物蛋白为奶牛提供维持、生长、繁殖以及乳蛋白合成所需要的氨基酸。为了使体内持续合成生长及生产所需要的蛋白质，就必须有充足的必需氨基酸供应，并且它们彼此之间都要处于最适宜的比率。若是动物体吸收过量的氨基酸，多余的氨基酸就会被分解从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，就会导致乳蛋白与乳脂率的降低。在氨基酸营养平衡，尤其是限制性氨基酸的平衡的情况下，如果其它营养及环境得到满足，奶牛会最大限度地发挥其生产性能[2]。Colmos Colmenero等[3]指出，在日粮氨基酸平衡的前提下，虽然降低饲粮中的粗蛋白含量,但是泌乳期奶牛产奶量以及乳成分含量均得到提高。另外，在奶牛代谢、繁殖等性能上，氨基酸平衡日粮也表现出了明显的优势。有研究指出，日粮氨基酸平衡存在两种应用方式：第一种为在奶牛的产奶量和乳成分未达到预期水平的情况下，尽可能的维持日粮的可代谢蛋白水平，同时增加可代谢赖氨酸和蛋氨酸的量使它们满足生长需要；第二种为在奶牛的产奶量和乳成分都达到预期水平的情况下，增高的蛋白质水平会造成日粮的成本提高及环境氮排放量增加。

1 奶牛小肠氨基酸营养特点和生产中的限制性氨基酸

研究表明，小肠在降解和合成氨基酸的过程中起着关键的作用。与单胃动物相比，反刍动物小肠氨基酸的来源比较复杂，分别来自微生物蛋白质、瘤胃非降解蛋白质和小肠内源上皮细胞的分泌蛋白[4]。因为瘤胃微生物蛋白质的氨基酸组成不同，奶牛所采食的各种饲料及营养物质经过瘤胃微生物的降解作用后，进入小肠的氨基酸的组成之间有较大的差别。Lapierre等[5]指出，由于小肠内源分泌蛋白的存在使得不同的氨基酸在小肠中的表观消化率也是不同的。平衡日粮氨基酸的目标就是增加小肠中代谢蛋白质(MP)中限制性氨基酸的含量[6]。所谓限制性氨基酸，就是指奶牛所采食饲粮中不能满足动物蛋白质合成所需要量的必需氨基酸；并且由于这些氨基酸的不足，限制了动物对其它氨基酸的利用。对奶牛来讲，蛋氨酸(Met)和赖氨酸常被认为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顺序具有可变性，其限制顺序与日粮中蛋白质的来源以及过瘤胃蛋白的数量有关。例如，在采用以玉米及其副产品为来源的饲料时，赖氨酸(Lys)即为第一限制性氨基酸；在饲喂苜蓿类豆科牧草以及豆粕类饲料时，蛋氨酸被认为是第一限制性氨基酸。因为以小肠总的氨基酸为基础的蛋白质营养体系不能满足各种氨基酸之间的平衡，所以INRA(1995)提出，将小肠可消化真蛋白中赖氨酸和蛋氨酸这两种限制性氨基酸的比例作为氨基酸平衡的基础。Schwab[7]认为，3∶1是赖氨酸与蛋氨酸在奶牛日粮总必需氨基酸中的最理想比例。在实际生产中，做饲料配方时根据生产需要尽可能的按赖氨酸∶蛋氨酸=3∶1的比例来配制日粮，以满足日粮氨基酸平衡的需要。

2 平衡日粮氨基酸对奶牛生产性能的影响

氨基酸平衡对奶牛生产具有重要作用。陈傲东等[8]通过对泌乳初期的36头奶牛进行单因素方差分析，证实氨基酸平衡日粮能提高奶牛的饲料转化率，同时可有效提高奶牛乳中乳蛋白、乳脂产量，在奶牛繁殖性能上能明显地缩短配种天数。奶牛不同的泌乳时期维持氨基酸平衡所带来的效果有所不同。在奶牛泌乳早期或者中期保持日粮氨基酸平衡能提高产乳量并且能提高乳蛋白含量；然而，在奶牛泌乳后期保持日粮氨基酸平衡能够改善瘤胃发酵以及满足小肠对氨基酸的需要。

3 平衡日粮中氨基酸水平的途径

平衡日粮中氨基酸水平的途径主要有[8]：第一，在日粮中添加氨基酸时，选用含有较多赖氨酸的原料以及奶牛专用的蛋氨酸产品。在生产中一般通过两个途径补充氨基酸：一是增加日粮蛋白质饲料中氨基酸的含量，最大限度地满足瘤胃微生物的需要量，使得微生物氨基酸和过瘤胃饲料氨基酸在小肠的消化吸收数量得到提高；另一个是通过添加瘤胃保护氨基酸，有效地改善泌乳期奶牛氨基酸缺乏问题，提高代谢蛋白合成乳蛋白的效率[9]。从原理来讲，过瘤胃氨基酸大致可分为两类,一种是氨基酸的衍生物、类似物、聚合物等，它是通过避开瘤胃的脱氨基和转氨基作用，在瘤胃内将其类似物转化成氨基酸，从而避免了被微生物所利用，使得它顺利通过瘤胃壁或避免在小肠被降解；另一种是包被氨基酸，是利用真胃pH值与瘤胃pH值的不同，选择在瘤胃中稳定而在真胃中易降解的包被材料对氨基酸进行包被，使氨基酸达到过瘤胃的目的[10-11]。第二，以奶牛对氨基酸的需要量为依据进行配料时，必须使用可靠性高的NRC 2001、CPM配方软件等软件。这些软件根据饲料中各种成分的构成能预测出产奶量。同时，要谨慎选择氨基酸包被材料，避免它影响奶牛采食量及消化率。

在日粮原料氨基酸确定前提下，添加瘤胃保护氨基酸是平衡日粮氨基酸的有效方法。下面是瘤胃保护氨基酸对奶牛的影响：

①奶牛乳蛋白含量。国内外进行了大量关于在饲料中添加过瘤胃赖氨酸和蛋氨酸是否能提高乳蛋白含量的研究，但是结果不一致。这可能与不同实验中饲料构成、氨基酸添加量、奶牛的生长环境等因素有关。Pacheco通过实验证实，添加过瘤胃蛋氨酸能增加牛奶中乳蛋白的含量。邹彩霞等[12]对15头泌乳期水牛进行实验也得出添加瘤胃保护性蛋氨酸和赖氨酸均能相应的增加乳蛋白的含量。韩继福等[13]对8只荷斯坦奶牛饲料中添加过瘤胃氨基酸后通过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，在日粮中添加过瘤胃蛋氨酸，在CP含量较低的情况下能减少尿中氮的排泄，维持较高的产奶量。但Vargas Rodriguez等[15]的实验指出，添加瘤胃保护性氨基酸使得处于高产期的奶牛乳蛋白含量减少。

②细胞信号蛋白有关的MTor通路。哺乳类动物雷帕霉素靶蛋白（MTor）的磷酸化能调节蛋白质合成的比率。Apelo等[16]通过在日粮中添加不同的瘤胃保护氨基酸作为处理组，并比较各组在MTor通路中的磷酸化的相对丰度及总的信号蛋白数来探究瘤胃保护氨基酸对奶牛MTor通路的影响。该试验的不同日粮处理为：①标准日粮含CP17%；②含CP为15%的日粮；③15%CP和瘤胃保护性Met；④15%CP和瘤胃保护性Lys；⑤15%CP和瘤胃保护性Leu；⑥15%CP和瘤胃保护性Met和Lys；⑦15%CP和瘤胃保护性Met和Leu；⑧15%和瘤胃保护性Met、Lys、Leu。结果表明，粗蛋白含量低的日粮中添加不同瘤胃保护氨基酸，各处理组的MTor通路中磷酸化的相对丰度及总信号蛋白基本相同，说明给奶牛饲喂瘤胃保护性氨基酸对与细胞信号有关的MTor通路并没有影响。但是，Toerien等[17]给禁食22 h奶牛灌输蛋氨酸和赖氨酸，发现能增加S6K1和rPS6的磷酸化。S6K1是mTORC1的下游效应分子之一，它主要参与生理过程的调控。同时，Apelo等[18]曾指出向体外活体奶牛组织中分别添加异亮氨酸和亮氨酸均能增加MTor的磷酸化。

③ 血液生化指标。毕晓华等[19]指出，添加过瘤胃蛋氨酸后，小肠中蛋氨酸的含量增加，改善了小肠氨基酸平衡，机体对氨基酸的需要量得到了满足，促进机体蛋白质合成代谢，血浆总蛋白量上升。孙华等[20]试验结果也表现出日粮中添加过瘤胃蛋氨酸后使血浆中谷草转氨酶(AST)、谷丙转氨酶(ALT)的活性及总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)等的含量明显增加。血液TG含量可反映小肠上皮细胞吸收脂肪酸合成TG和脂蛋白的情况。ALT和AST是奶牛体内比较重要的两种转氨酶，二者活性的升高反映出机体蛋白质代谢的增强。血浆总蛋白含量的升高是机体蛋白质合成代谢增强的必然反映。

4 奶牛生产中其它限制性氨基酸

赖氨酸和蛋氨酸是泌乳奶牛代谢蛋白的第一限制性氨基酸，这已经得到大家的认可，但是对于这两种氨基酸以外的其他限制性氨基酸的确定工作还非常有限。当前有关奶牛的其它限制性氨基酸的研究已经成为新的焦点，主要围绕在苯丙氨酸、精氨酸与支链氨基酸[21]。Greenwood等[22]以向生长牛真胃中灌注含有10种氨基酸的生长牛为对照，利用递减法依次灌注减去Lys、Thr、以及His、Trp、Arg、Phe或者支链氨基酸的生长牛作为处理组，测量不同处理组中瘤胃中氮的含量。实验得出，除了Met、Arg外，His以及至少一种支链氨基酸均为限制性氨基酸。Merehen等[23]也曾指出，含硫氨基酸以及Leu和Ile为奶牛生产中的潜在限制性氨基酸。

5 日粮成分对奶牛利用氨基酸的影响

Cantalapiedra-Hijar等[24]实验得出，碳水化合物成分的差异显著影响乳腺对氨基酸的利用率。实验表明，在摄入相同的能量的情况下，无论日粮中的蛋白质水平高或低，淀粉含量高的日粮与含纤维丰富的日粮相比，乳腺对总的氨基酸、必需氨基酸及支链氨基酸的含量均显著提高，同时产奶量和氨基酸转换成乳蛋白的效率也得到提高。Nichols等[25]指出，在灌输氨基酸的同时补充葡萄糖，虽然不能增加乳中蛋白的含量，但是能降低尿氮含量和等离子体支链氨基酸的含量。在必需氨基酸充足的情况下，在日粮中添加葡萄糖能刺激支链氨基酸的代谢。

6 奶牛生产中氨基酸需要量的预测

前面已经介绍了在小肠中被吸收和降解的氨基酸主要有3个来源，其中重要来源是瘤胃菌体蛋白及瘤胃非降解蛋白（RUP）。对不同来源蛋白质来说，到达小肠氨基酸数量有不同的影响因素，有文章曾分别介绍了各个来源的蛋白质对到达小肠氨基酸数量的影响因素[26]。尽管影响日粮蛋白质在瘤胃中命运的因素很多，但是新的计算机模型已经能够掌握复杂的瘤胃代谢的特性，并且能够对在不同日粮类型的情况下流入小肠的MCP、RUP和必需氨基酸做出预测。各国学者也建立了用日粮或饲料原料的化学组成来预测小肠氨基酸的供应量和组成的氨基酸供应模型[27]。康奈尔净碳水化合物和蛋白质体系及其相关的AA子模型是目前在美国发表文章中使用最多的因子模型[28]。另一种更直接确定氨基酸需要量的方法是运用剂量-反应法[29]。Pacheco等[30]比较了在北美使用广泛的、用于预测MP和必需氨基酸在十二指肠中流量的程序。对AMINOCOW、AMT、CPM、NRC在不同类型的日粮情况下进行比较，每种模型都有各自的优点。对必需氨基酸在小肠中流量的预测值与实际值对比，四个模型并没有显著差异，但是CPM模型能比较精确地预测流入十二指肠的必需氨基酸的量,预测合适的氨基酸供应量。在实际生产中，给奶牛提供合理的氨基酸水平，就需要对其营养进行精确地预测。目前，还未建立一个能准确确定氨基酸需要量的模型。因此，准确预测奶牛生产中所需要的蛋白质及氨基酸的量仍是奶牛行业亟待解决的问题。

近年来，有关反刍动物氨基酸的营养研究取得了很大进步，但是其主要内容只是围绕在氨基酸需要量及简单平衡性上[31]。今后的发展方向应该围绕在建立能真实反映瘤胃微生物蛋白质代谢与机体的蛋白质代谢状况，选择出提高氮的利用率、减少氮的排泄及环境污染的理想的氨基酸模式。