牛奶尿素氮的影响因素及其在奶牛生产中的监测意义

程光民 陈凤梅 刘建胜 徐相亭 （山东畜牧兽医职业学院 潍坊 261061）

牛奶尿素氮是乳蛋白的一部分，在评价奶牛日粮蛋白质利用率、蛋白质需要量、日粮能氮平衡等方面起着极其重要的作用。本文阐述了牛奶尿素氮主要影响因素及其在奶牛生产中的应用，为合理配制奶牛日粮和科学地饲养管理提供参考依据。

牛奶尿素氮(Milk Urea Nitrogen,MUN)是指尿素在牛奶中的浓度，单位常用mg/dL表示。饲喂NRC推荐的日粮奶牛MUN一般在10～16mg/dL范围之内，荷斯坦牛的平均MUN值是15.5mg/dL(Johnson等，2003)。MUN过高或过低都反映了奶牛的代谢紊乱，并可引发奶牛的繁殖障碍等问题，从而影响奶牛有效生产性能的发挥。自20世纪90年代中期以来，欧美等奶业发达国家就将MUN的检测作为牛群改良计划(DHI)中所必须检测的指标之一。赵秀英等(2010)研究结果发现，MUN可用于评定泌乳奶牛日粮中蛋白质的利用率和蛋白质与能量的配比关系。因此，为了监测奶牛日粮营养状况，估测氮排泄量，提高奶牛繁殖性能，生产上有必要进行MUN检测。

1 影响MUN产生的因素

（1）国外研究表明，MUN有87%营养因素所致，13%由非营养因素所致。营养因素主要包括日粮中粗蛋白(CP)、瘤胃降解蛋白(RDP)、过瘤胃蛋白(RUP)、产奶净能(NEL)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和能氮比等，其中蛋白质对MUN的影响作用最大。非营养因素主要包括奶牛品种、胎次、泌乳天数、季节和管理水平等。但国外有关这些营养因素和非营养因素对MUN值影响的报道有一定差异。（2）目前，国内研究表明，MUN受制于奶牛品种、养殖方式、日粮组成、饲养管理水平、牛奶采样方法和测定方法等因素。黄文明(2009)研究表明，MUN值受到了营养因素(CP, NEL, RDP和RUP)和非营养因素(取样方法、奶样前处理方法、奶牛胎次)的影响，与FCM、乳脂含量和牛奶中的体细胞数(SCC)有极显著的相关关系，和乳蛋白含量有显著的相关关系，其中DIM和日粮CP是影响MUN值的主要因素。

1.1 营养因素对MUN值的影响

1.1.1 蛋白质水平 关于日粮粗蛋白质对MUN影响的报道有很多。翟少伟等(2004)认为MUN的含量与过瘤胃蛋白的关系最为密切。Hristov和Ropp(2005)报道，日粮蛋白质水平的差异小于1.0%即可对MUN产生显著影响。也有一些研究表明，高于1%的蛋白质水平差异才能使MUN产生显著或极显著的差异(Broderick,2005)。但Flis和Wattiaux (2005)发现，1.0%蛋白质水平的差异没有对MUN产生显著的影响。Mhamed等(2001)研究表明，日粮蛋白质水平1.5%的差别并没有显著影响BUN浓度。日粮蛋白质水平对MUN的影响结果不一，可能与不同研究中蛋白质水平差异的程度、日粮的组成、试验动物的品种等不同有关。

1.1.2 蛋白质降解率 Davidson等(2003)研究结果表明，饲喂不同蛋白质降解率日粮的奶牛MUN浓度存在显著差异。翟少伟(2008)统计分析，发现奶牛日粮的RDP水平比RUP水平更容易提高MUN的浓度。黄文明等(2010)研究结果表明，RDP含量和RUP含量对MUN值有极显著影响，RDP含量的决定系数高于RUP含量的决定系数。但也有一些学者研究发现该因素产生的影响不显著。Dunlap等(2000)的研究表明，饲喂蛋白质降解率不同日粮的奶牛，其MUN值接近。Haig等(2002)报道，日粮蛋白质降解率对PUN和MUN未产生显著的影响。不少学者还发现，日粮蛋白质降解率对BUN也没有显著的影响(Reynal和Broderick等，2003)。可见，日粮蛋白质降解率是否会对MUN产生显著影响的结果不尽相同，可能是日粮蛋白质降解率的差异程度以及日粮蛋白质摄入量 的多少所致(Gonda和Lindberg, 1994)。

1.1.3 能量水平 （1）能量是动物日粮中重要的成分之一。能量不足或过剩都会影响奶牛氮代谢。日粮中添加脂肪、降低NDF、提高非结构性碳水化合物(NSC)含量均可提高能量水平。一般情况下，能量缺乏时候，RDP未能被有效地利用合成微生物蛋白，降解的氨在肝脏转变为尿素，从而提高BUN水平。（2）Rodriguez等(1997a)的研究表明，在日粮中添加脂肪对MUN浓度没有显著影响。Kauffman和Stpierre(2001)发现，相同蛋白质不同NDF水平(30%和40%)的日粮也未对MUN或PUN产生显著的影响。但Nousiainen等(2004)报道，蛋白质水平相同的日粮中增加NDF水平，MUN浓度提高，但幅度很小，他们也未发现能量平衡与MUN间有密切的关系。但Kirchgessner等(1986)认为，限制能量供应可能提高MUN水平。

1.1.4 氮能比 动物的生长代谢需要能氮平衡，尤其是反刍家畜，否则会出现代谢紊乱，适宜的氮能比有益于动物的生长代谢。Οltner和Wiktorsson(1983)认为，在一定的氮能比情况下，蛋白质的摄入量对MUN的影响很小，改变日粮的氮能比则对MUN产生显著影响。Οltner等(1985)的研究表明，日粮氮能比要比特定组成日粮中氮的绝对摄入量对MUN值的影响大。黄文明等(2010)研究结果表明，能氮比与MUN值有极显著的相关性，呈二次曲线关系。翟少伟(2008)通过对702头荷斯坦奶牛，118种日粮的试验结果进行统计分析，结果表明，日粮蛋白质水平是对MUN影响最大的因素，其次为能氮比。

1.1.5 氨基酸 Bach等(2000)研究表明，饲喂相同蛋白质水平、而氨基酸组成不同日粮的奶牛MUN值没有显著差异，氨基酸组成较差的日粮组MUN低于氨基酸组成较好的日粮组。Leonardi等(2003)研究结果表明，添加适量蛋氨酸，MUN的浓度没有显著提高。同时，添加蛋氨酸对尿或粪中氮排泄没有影响。Schwab(1996)总结发现当添加瘤胃保护赖氨酸和蛋氨酸时，乳中的酪蛋白可显著增加，而乳中非蛋白氮(包括大部分MUN)没有显著变化，并且当RUP中赖氨酸和蛋氨酸水平低、RUP采食量高时这种效果更明显。

1.1.6 粗饲料种类 Campeneere等(2006)试验结果表明，粗饲料的种类对MUN有重要影响。试验用18头奶牛，采用拉丁方设计，分3个处理组，即100%玉米青贮料组(处理1组)，50%玉米青贮料+50%牧草青贮料组(处理2组)及100%牧草青贮料组(处理3组)，给奶牛提供相同的精料，且每天都提供100g的RDP用以平衡日粮。结果表明，处理1组和处理3组总的氮分泌量相同，环境排放量也相同，但处理1组的MUN浓度显著高于处理3组的MUN浓度，可见粗粮类型和品质均会影响MUN的产量。

1.2 非营养性因素对MUN值的影响

1.2.1 动物品种 MUN浓度的高低主要由营养因素决定，但由于遗传潜力以及氮利用能力的差异，也可能发生不同奶牛采食相同日粮而MUN值差异较大的情况(Wood等，2003)。奶牛品种的差异可以显著影响乳中的NPN和PUN(Barton等，1996)，说明了奶牛品种的差异会对MUN产生影响。Kauffman等(2001)在奶牛数量固定的条件下研究荷斯坦奶牛和娟姗奶牛两个品种之间UN和MUN之间的关系，结果发现两者均是线性相关。Rajah-Schultz等(2003)对12头低产奶牛(平均产奶量＜7.258kg)和12头高产奶牛(平均产奶量＞10.433kg)MUN值的变化做了测试，结果发现，在同一饲养管理水平下，高产牛群的MUN值变异低。世界各国的奶牛一般不是原产地的品种，而是利用引进品种，经长期的驯化及系统选育自己的品种或品系。中国荷斯坦牛的遗传背景与国外的荷斯坦牛有较大的差别(梁学武，2002)，对MUN的影响情况可能与国外不同。

1.2.2 体重 目前关于体重与MUN的关系存在分歧。Allen(2001)研究结果表明，MUN浓度与体重存在函数关系，体重较大的动物，其MUN量也较大；而Hojman等(2005)试验结果表明，荷斯坦奶牛的体重与MUN呈指数关系，初产牛的MUN量很低。Hojman等(2004)研究结果表明，体重在600～630kg的MUN值最低，小于该体重，MUN值随体重的增加而降低，大于该体重，随体重的增加而升高。

1.2.3 胎次和泌乳阶段 （1）不同泌乳阶段和胎次的奶牛，氮的利用率有一定的差异，使得MUN含量也存在差异。泌乳周期可分为4阶段：产奶期＜30d、30～90d、90～180d、＞180d。每一阶段MUN检测都有不同的作用。产奶期＜30d的牛测定MUN值对决定产奶高峰期的营养计划至关重要，产奶期为30～90d的牛测定MUN值的意义在于观察受胎率，产奶期为90～180d的牛群测定MUN值主要是观察日粮蛋白质的摄入量，对产奶期为180d以上的牛来说，MUN值过高，表明日粮蛋白质部分被浪费。（2）Yoon等研究表明，不同泌乳期奶牛的MUN浓度存在着显著的差异。Johnson的研究结果指出泌乳前30 d的MIJN值显著低于其它泌乳阶段，MUN的最高含量在90～120d，而在此以前，MUN值随泌乳天数的增加而升高，之后逐渐降低。其他研究者也都发现MUN值在整个泌乳期都有相似的变化规律。MUN的变化趋势与奶产量的变化类似，呈现波峰现状。（3）不同胎次奶牛的MUN也有一定的差异。Mitchell等研究发现，一胎和二胎奶牛第一情期受胎率分别为27.3%±0.42和23.4%±0.41，差异极显著，首次配种前后30d内MUN值与空怀天数的遗传相关系数分别为0.21和0.41，差异显著。

1.2.4 季节 季节和月份影响MUN值。Hojman等研究发现，MUN值在十一月时最低，然后逐渐升高，六月份时达到最高值，之后又缓慢降低。Hojman还分析了1996头荷斯坦奶牛的25485条DHI记录，得出了相似的结论：不同季节的MUN值有显著差异，春季和夏初的含量最高，冬季的含量最低。推测可能原因是凉爽季节日粮能量和蛋白质均容易达到平衡，炎热和寒冷季节日粮蛋白质过剩，能量缺乏，导致MUN的含量不稳定。而Yoon等得出了与之相反的结果，他认为冬春两季奶牛MUN值高于夏秋两季。

1.2.5 饲喂程序 Godden等认为，MUN值也可能和不同的饲喂程序有关，当饲喂制度稳定时，可能会使MUN的日间变化减少。我国奶牛一般喂料3次/d，国外多为2次/d，饲养管理方式与国外也不相同。DHI规范要求实行3次/d饲喂制度的奶牛场按照早、中、晚4∶3∶3的比例进行混合以代表全天奶样。

1.2.6 产奶量 研究表明MUN值随奶产量的增加而增加。Wattiaux认为经产奶牛MUN值随奶产量的升高而增加，到55kg/d时逐渐降低；初产牛低于40kg/d时变化不大，高于40kg后MUN值逐渐降低。Rajala-Schultz等统计了平均产奶量为10916kg的1074头高产奶牛的MUN平均值是13.6mg/dL，654头平均产奶量为6 850kg低产奶牛MUN平均值11.1mg/dL，可见高产奶牛的MUN值可能高于低产奶牛。

1.2.7 取样方法和采样时间 MUN含量测定的准确性还受其取样方法和采样时间的影响。科学地采集乳样是准确测定奶牛MUN含量的前提。王卫东等(2010)研究结果表明，手工取样和流量计取样的乳成分含量存在极显著差异。郭同军等(2008)研究结果表明，在同一天MUN的值早晨略大于晚间，挤奶前期MUN含量大于挤奶后期MUN含量。Broderick等(1997)报道，上午和下午MUN浓度不同，其原因可能是由于上午和下午的饲喂、挤奶间隔时间不同引起的。Elrod等(1993)报道，PUN浓度全天都有波动。一般来说，PUN浓度最大在饲喂前，最小在饲喂后4～6h。尤其当将日粮中的粗料和精料分开饲喂而不是混合饲喂时，相比饲喂时间，采样时间显得更为重要。因此，为了保证MUN值的准确性和各个牛场之间DHI报告的可比性，很有必要研究3次/d取样和全天样的MUN含量的差异。

1.2.8 测定方法 （1）准确地测定乳中MUN含量是发挥其作用的前提。根据测定原理的不同，可将MUN测定方法分为3类∶一是红外法，利用红外光照射，测定仪器主要是红外分析仪，常见的有Foss 4000和Foss6000，红外法是国内进行DHI测定的主要方法；二是酶法，用酶处理奶样后产生氨，通过测定氨的变化来计算MUN值。常用的仪器有CL-10，Skalar和Bentley，酶法是国外进行DHI测定的主要方法；三是化学法，加入的特定化学试剂与尿素反应生成有色物质，一定范围内有色物质的色泽深浅与尿素浓度呈正比，多用比色法测定。（2）不同的实验室或不同仪器测定的MUN有一定的差异。Peterson等比较了常见的五种仪器(CL-10, Skalar, Bentley, Foss 4000和Foss 6000)，结果发现，Bentley, Skalar和Foss 6000的回收率比较高，三者之间没有显著差异，CL-10法的回收率显著低于上面三种方法，显著高于Foss 4000法，可见不同的仪器和方法之间也有一定的差异。Broderick等认为红外法和化学法的结果存在显著差异，红外法和酶法测定的结果相关性很低，而化学法和酶法测定结果的相关性较高，说明红外法(Foss 4000)不适用于MUN的检测。然而，Arunvipas等在PEMQL实验室进行的研究表明，Foss 4000的准确性和重复性优于CL-10法。他们认为两种方法的测定结果在统计学上有一定差异，但是绝对差异较小不会影响应用。翟少伟认为利用二乙酰一肟法测定牛奶中的尿素氮浓度有较高的准确度和精确度，且对设备要求不高，一般的实验室都能进行，具有很大的应用潜力。

2 MUN在奶牛生产管理中的应用及检测的意义

2.1 监控日粮粗蛋白水平和能氮平衡，有助于日粮的合理搭配

在评价日粮蛋白质利用率、能氮平衡及最大效率地利用饲料蛋白质、降低成本等方面有着重要的意义。如果MUN含量过高，则直接反映出饲料中能氮不平衡，蛋白质没有被有效地利用，造成日粮氮的浪费；如果MUN含量过低，则证明蛋白质补充不足，影响奶牛的生产性能。奶牛饲喂过量蛋白质会使MUN值偏高，说明部分蛋白质饲料被浪费(崔胜，2006)。因此，MUN值的测定可以评价奶牛日粮中蛋白质是否平衡，为合理配制奶牛日粮提供更为可靠的依据，同时可以降低饲料成本。日粮不同营养成分与MUN值的关系见表1。

可根据MUN值和乳蛋白含量反映日粮的粗蛋白水平和能氮平衡(表2)，乳蛋白指标用于评价粗蛋白水平，MUN用于评价能量水平，两者结合可用于评价能氮平衡。

表2 不同MUN和乳蛋白含量条件下的日粮蛋白和能量水平

2.2 预测尿氮排泄，有助于环保

（1）据统计，动物氮的排泄是造成水污染的重要原因之一。通过检测MUN，可以避免蛋白质饲喂过量，增加氮的利用效率，从而减少氮的排放。（2）奶牛氮的排出途径主要有三个，分别是：UN、FN以及乳中的氮(MN)，UN对环境的影响最大。Lockyer等认为，从尿液中排出来的氨是粪的6～7倍。董银喜等试验发现泌乳前、中和后期的FN排放量为169、154和115g/d·头，NU的排放量为310、288和228g/d·头。（3）Burgos的试验表明UN和FN都随MUN值升高而升高，UN比FN与MUN的相关性更高。不同泌乳阶段，MUN值与尿素氮排泄量的关系有极显著差异，泌乳早期和晚期是二次曲线关系，中期是直线关系。日粮蛋白质摄入量的增加导致尿氮浓度的升高，超过动物蛋白质需要量的氮，都通过尿液排出。张美莉等(2006)研究结果表明，MUN与奶牛总氮排泄量密切相关，说明乳尿素氮可以用来监测奶牛向环境中排泄氮的总量。不同的研究者给出了不同的用MUN值预测UN和FN的预测公式(表3)。这些预测公式的系数和截距差异较大，估计与奶牛品种、日粮组成、试验条件和时间等有一定关系。

表3 用MUN值预测UN或FN的公式

2.3 监控繁殖性能，有助于奶牛的繁殖性能提高

（1）MUN过高过低都不利于奶牛的繁殖。MUN过高或过低反映了奶牛的代谢紊乱，引发奶牛的繁殖障碍问题，导致生产性能的降低。（2）国内外众多学者研究发现，MUN和繁殖率之间存在着显著的负相关。Arunvipas等从加拿大的375个商业奶牛场的繁殖数据得出，MUN值从10mg/dL升高到20mg/dL，一次配种受胎率降低了13.9%。Guo分析了713个牛群的10271头荷斯坦奶牛的数据得出MUN值与一次受胎率呈负相关，MUN升高10 mg/dL，受胎率降低2～4个百分点。Butler等的研究发现，高产奶牛MUN高于17mg/dL可导致繁殖率降低。Carlsson等认为MUN值低于7mg/dL或者高于17.6mg/dL才有副作用。Rhoads等指出高MUN值在黄体中期对子宫内环境的影响最大，这段时期对早期胚胎发育至关重要，并决定了胚胎的长期发育。（3）MUN影响受胎率的机理可能是，过高的MUN值对精子、卵子和胚胎有毒害作用，从而导致繁殖率降低。高MUN值将改变子宫内环境pH值和子宫内液体的尿素、镁、钾、磷和锌的浓度。但也有学者发现，高浓度的MUN可以降低子宫的pH值和前列腺素的产生，能使促黄体素和卵巢受体结合，影响孕酮浓度和繁殖力。

以上研究成果的差异性原因可能是，①奶牛品种不同；②饲养管理不同，奶牛对MUN的耐受程度不同；③奶样的取样方法和MUN的测定方法不同。

2.4 加快遗传育种进展

Miglior(2007)研究认为MUN的遗传力为0.384～0.414。Mitchell等的研究也得出MUN的遗传力为0.06～0.44。Wood等研究了加拿大6102头荷斯坦奶牛的奶产量、乳成分产量和MUN的遗传力与遗传相关性，发现奶产量、乳成分与MUN遗传力接近，表明MUN同奶产量性状一样可以作为有效的选择指标。Stoop的研究得出MUN与乳脂、乳蛋白、乳糖产量的遗传相关分别为0.41, 0.38,0.22。可见，MUN是能够作为遗传育种性能评价指标。

3 结论

MUN是DHI必备的日常监测指标之一。BUN也可评价，但采集血样会对奶牛造成严重的应激反应，而且测定结果不稳定。相比较而言，MUN的采样较为方便，不会对奶牛造成应激，与BUN之间有强线性相关关系。另外，MUN检测方法经济、简便，可适用于所有动物。因此，在生产上可用MUN代替BUN来监控日粮的氮水平、能氮平衡，以及奶牛氮利用率、繁殖率以及诊断代谢疾病等，进而为合理配制奶牛日粮提供参考依据。