围产期饲喂N-氨基甲酰谷氨酸对奶牛泌乳性能、血清生化及免疫指标的影响

董旭晟 李远杰 法文静 林雪彦* 胡志勇*

(1.山东农业大学动物科技学院，泰安 271018；2.泰安金兰奶牛养殖有限公司，泰安 271018)

精氨酸是奶牛体内的一种条件性必需氨基酸，可提高奶牛的氮利用率，降低血浆中氨的浓度[1]。精氨酸能通过“精氨酸-鸟氨酸”通路改善奶牛对氮的利用，并能增加酪蛋白合成[2]。此外，精氨酸也是T细胞生长成熟的必需营养素，其代谢后的一氧化氮也可以介导免疫反应[3]。N-氨甲酰谷氨酸(N-carbamylglutamate, NCG)是精氨酸合成过程中激活剂N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamate, NAG)的结构类似物，其功能与NAG相似且有较强的稳定性，因此近年关于内源精氨酸合成的研究方面，NCG受到越来越多的关注[4-7]。补充NCG能增加精氨酸的内源合成，起到与补充精氨酸相似的效果，因此在饲粮中添加NCG能够提高奶牛精氨酸的内源合成[8]。此外，与在饲粮中直接添加精氨酸和NAG相比，NCG的成本更低，同时NCG具有较高的过瘤胃率[7,9]。

在我国NCG作为猪饲料添加剂的研究较多[10]，NCG能提高哺乳仔猪血浆内源性精氨酸浓度、生长激素浓度、生长速度和肌肉蛋白质的合成[11-12]。NCG在奶牛上的研究主要集中在泌乳奶牛上，有报道表明NCG可以提高泌乳奶牛的产奶量，提高乳脂和乳蛋白含量，并且在一定程度上可以缓解奶牛热应激[6,13-14]。此外，饲喂NCG可以提高奶牛血浆精氨酸浓度[15]，并有效地促进反刍动物肠道组织的尿素循环[16]。在泌乳中期奶牛的NCG梯度添加试验表明NCG的最佳添加量为20 g/d，添加NCG能够提高泌乳奶牛的泌乳性能和氮利用率[15,17]。然而，目前在奶牛上添加NCG的相关研究报道主要集中在泌乳奶牛上，围产期奶牛NCG的相关研究较少。

在围产期，奶牛的代谢水平和生理机能会发生很大的变化[18]，导致其免疫力下降，易患乳腺炎等产后疾病，同时由于能量负平衡会造成奶牛大量的体脂动员[19-20]，易发生脂肪肝和酮病等营养代谢病，严重影响奶牛的正常生产性能。因此，该阶段的目标是让其平稳度过围产期，为后续最大化发挥其泌乳性能奠定基础[18]。其他动物NCG饲喂添加试验表明，NCG的添加有助于缓解动物围产期的免疫反应并减轻产犊造成的应激。羊上的研究表明，饲粮中添加NCG对母羊怀孕期间的繁殖和代谢变化起到有益的影响[5]。此外，妊娠期补充NCG可提高母猪的免疫力[21]。作为精氨酸合成的激活剂，直接饲喂NCG可能会增加奶牛体内的精氨酸合成，从而提高奶牛生产性能并且改善机体免疫力。有研究报道，精氨酸能减轻奶牛乳腺炎症反应，并且提高泌乳奶牛氮利用率和牛奶中酪蛋白产量[22-23]，围产期添加NCG可能达到与补充精氨酸同样的作用。因此，本研究旨在评价围产期饲粮中添加NCG对奶牛产奶量、血清生化及免疫指标的影响，为围产奶牛添加剂的开发提供一定的数据支持。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验选用80头围产期荷斯坦母牛[胎次(2.5±1.1)胎，体重(627±46) kg，体况评分3.57±0.21]，随机分成4组，A组：产前21 d开始饲喂NCG，至产犊当天结束；B组：产犊当天开始饲喂NCG，至产后第21天结束；C组：产前21 d至产后21 d始终饲喂NCG；D组：产前21 d至产后21 d始终饲喂不添加NCG的基础饲粮。参考之前奶牛上的相关研究[15]，本试验NCG的平均添加量为每头奶牛20 g/d。

1.2 基础饲粮

基础饲粮以全混合日粮(TMR)的形式对奶牛进行饲喂，基础饲粮组成及营养水平如表1所示。每天饲喂前将NCG与TMR混合均匀后进行饲喂。将奶牛分为4组，采用散栏式饲喂，所有奶牛自由采食和饮水。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

1.3 样品采集及检测指标

奶牛每天分别于06：00、14：00和20：00进行饲喂。产犊后，分别于每天11：00、19：00、03：00进行挤奶，产犊后每天记录各组奶牛的产奶量，并在产犊后19～21 d采集乳样，用78110乳品快速分析仪(Foss)对乳脂、乳蛋白、乳糖含量，体细胞数和乳尿素氮含量进行分析。乳脂校正乳(FCM)产量=产奶量×0.432+乳脂含量×16.216。

分别于产前10 d、产犊当天、产后21 d，晨喂后3 h从尾静脉采血。血样放置于促凝管中，1 000×g离心15 min，用于收集每组的血清样品。用日立7020型全自动生化分析仪检测血清中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性及白蛋白(ALB)、尿素(UN)和葡萄糖(GLU)含量。血清中总蛋白(TP)含量由试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。血清白细胞介素-4(IL-4)、白细胞介素-6(IL-6)、干扰素-α(IFN-α)和免疫球蛋白G(IgG)含量采用放射免疫分析试剂盒(天津九鼎医学生物工程有限公司)进行检测。

1.4 数据统计分析

使用SAS 8.2的one-way ANOVA程序进行单因素方差分析，采用Duncan氏多重比较检验法对平均值进行多重比较。当P<0.05时，表明统计上有显著差异；当0.05≤P<0.10时，表明统计上有差异的趋势。

2 结 果

2.1 围产期饲喂NCG对奶牛泌乳性能和乳成分的影响

由表2可知，B组产奶量显著高于D组(P<0.05)，A组和C组产奶量相比于D组有增加的趋势(0.050.05)。

表2 围产期饲喂NCG对奶牛产奶量和乳成分的影响Table 2 Effects of NCG supplementation on milk yield and milk composition in transition cows

2.2 围产期饲喂NCG对奶牛血清生化和免疫指标的影响

由表3可知，产前10 d，各组血清免疫指标差异不显著(P>0.05)。在产前10 d，A组和C组与其他2组相比，有升高血清IL-6含量的趋势(0.050.05)。

表3 围产期饲喂NCG对奶牛血清免疫指标的影响Table 3 Effects of NCG supplementation on serum immune parameters in transition cows

续表3项目Items采样时间Sampling timeA组Group AB组Group BC组Group CD组Group DSEMP值P-value白细胞介素-6IL-6/(pg/mL)产前10 d10 days ante-partum370.54321.02420.23348.9816.2960.17产犊当天The day of calving399.60309.13398.18365.7314.5910.09产后21 d21 days post-partum402.52372.06338.87401.3216.3480.48干扰素-αIFN-α/(pg/mL)产前10 d10 days ante-partum476.12505.67413.23460.1217.1350.29产犊当天The day of calving489.50488.65407.34484.0916.2500.17产后21 d21 days post-partum486.87471.69406.18497.9616.3850.20免疫球蛋白GIgG/(μg/mL)产前10 d10 days ante-partum255.22302.59227.46283.9814.8190.30产犊当天The day of calving314.16325.87263.26279.6912.9760.28产后21 d21 days post-partum322.56278.45253.40278.2512.9870.27

由表4中，产后21 d，C组中血清AST活性显著低于A组和D组(P<0.05)，B组血清AST活性显著低于A组(P<0.05)。而产犊前10 d和产犊当天，各组中血清AST活性无显著差异(P>0.05)。产前10 d，A组和C组具有较高的血清TP含量(P<0.05)。在产犊当天，B组血清GLU含量显著高于D组(P<0.05)。在其他采样时间点，各组间血清ALT活性及TP、ALB和GLU含量无显著差异(P>0.05)。此外，在产后21 d，B组和D组血清UN含量有降低的趋势(0.05

表4 围产期饲喂NCG对奶牛血清生化指标的影响Table 4 Effect of NCG supplementation on serum biochemical parameters in transition cows

续表4项目Items采样时间Sampling timeA组Group AB组Group BC组Group CD组Group DSEMP值P-value总蛋白TP/(g/L)产前10 d10 days ante-partum59.60a49.02b57.38a48.63b1.496<0.01产犊当天The day of calving64.9268.6769.8966.121.0150.31产后21 d21 days post-partum68.4774.4661.0076.712.2940.06白蛋白ALB/(g/L)产前10 d10 days ante-partum33.1632.5831.9531.830.4620.17产犊当天The day of calving32.3933.1031.6032.140.3800.59产后21 d21 days post-partum31.3030.3426.3830.510.6490.10尿素氮UN/(mmol/L)产前10 d10 days ante-partum4.114.474.504.420.1160.27产犊当天The day of calving3.733.954.184.230.1340.69产后21 d21 days post-partum4.543.883.834.720.1540.07葡萄糖GLU/(mmol/L)产前10 d10 days ante-partum3.122.663.022.900.0640.06产犊当天The day of calving3.42ab3.67a3.50ab3.13b0.0680.03产后21 d21 days post-partum2.733.032.503.120.1100.14

3 讨 论

3.1 围产期饲喂NCG对奶牛泌乳性能的影响

本研究结果表明，无论是产前还是产后补充NCG，都可以提高FCM产量，产后添加对FCM产量和乳蛋白含量的提高效果优于产前。之前的研究表明，高产奶牛饲粮中添加20 g/d的NCG有提高产奶量(40.2 kg/d vs. 38.1 kg/d)和乳蛋白含量(2.83% vs. 2.74%)的趋势，然而NCG的添加对乳脂含量没有显著影响[15]，这与我们在围产期奶牛NCG添加的结果一致。因此，不论是在围产期还是泌乳期添加NCG，都能提高产奶量。NCG能提高奶牛产奶量的原因可能是因为其能增加精氨酸的内源合成。之前有研究表明，向奶牛饲粮中添加NCG能增加血浆中的精氨酸含量[15]。氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(CPS-Ⅰ)是促进精氨酸合成的尿素循环中第一限速酶，其催化生成氨甲酰磷酸的反应是精氨酸内源性合成的关键步骤[23]。NAG是该反应中CPS-Ⅰ的必要的辅助因子，起着变构激活CPS-Ⅰ的作用。而作为NAG的结构类似物，NCG具有与NAG相同的功效，其能进入线粒体内部激活CPS-Ⅰ，促进氨甲酰磷酸的生成，间接提高精氨酸及其代谢产物的合成水平[23]。而精氨酸是一种很重要的氨基酸，其与氮的运输、储存和排出以及氨在尿素循环中的分配均有关。此外，作为精氨酸的代谢产物的一氧化氮可以促进乳腺血管增生，这可能也会增加产奶量[2]。本研究表明，NCG添加可提高乳蛋白含量，降低血清尿素含量，产犊后添加NCG可以提高泌乳早期奶牛的乳蛋白含量和产奶量。NCG是提高奶牛泌乳早、中期氮素利用率的一种有效方法[24]，奶牛瘤胃上皮细胞和十二指肠细胞可以利用NCG促进尿素循环，从而提高氮和氨的利用率[16]。在泌乳奶牛饲粮中添加NCG，降低了牛奶和血浆中尿素氮的含量，提高了氮利用率，从而改善了奶牛的泌乳性能[13]。因此，本试验中观察到的NCG对产奶量和乳蛋白含量的提高可能是由于NCG的添加后促进了精氨酸的内源合成，从而改善了奶牛对氮的利用。

3.2 围产期饲喂NCG对奶牛血清免疫指标的影响

围产期奶牛的免疫力会随着围产期生理状态和环境的改变而降低[20]，因此这一阶段提高奶牛的免疫能力，能减少奶牛产后的疾病并缓解各种疾病对泌乳性能的影响。研究发现，精氨酸能通过促进免疫球蛋白产生、增强巨噬细胞的吞噬能力、增加白细胞介素的分泌、刺激T淋巴细胞增殖等方式，增加机体免疫力[2]。而作为精氨酸的补充剂，有研究表明NCG可提高动物的免疫能力，比如NCG可提高新生仔猪肠道黏膜对大肠杆菌的免疫功能[25]。因此，为了探究NCG对围产期奶牛免疫能力提高的效果，本研究对试验奶牛的血清免疫指标进行统计分析。结果表明，各组间大部分血清免疫指标无显著差异。围产期补充NCG有提高犊牛当天血清IL-6含量的趋势，产犊前添加NCG有升高血清IL-6含量的趋势，产后添加NCG有降低血清IL-6含量的趋势。在奶牛妊娠晚期，血清IL-6含量通常和患病率以及脂代谢有关，研究发现血清IL-6含量较高的奶牛在泌乳早期的疾病患病率较高，同时体脂动员更强[20]。通常围产期间奶牛的血清IgG含量下降将影响奶牛的免疫力[26]，本研究中，添加NCG对奶牛血清IgG没有显著影响，与Zeng等[27]的在仔猪上的研究结果一致，其表明NCG不会显著影响血清IgG含量。总之，围产期添加NCG与奶牛免疫力之间的相关性不强。

3.3 围产期饲喂NCG对奶牛血清生化指标的影响

本研究中大部分血清生化指标在各组间差异不显著，产犊后21 d的结果表明，整个围产期饲喂NCG显著降低了血清AST活性。AST活性作为评价肝脏功能的指标，其升高可能是由于肝脏损伤引起[28]，此外有研究表明血清AST活性的升高可一定程度反映脂肪肝的存在[29]。产后补充NCG可降低产后21 d的血清AST活性，推测可能与脂肪肝的减轻有关。前期研究发现，NCG能降低中国黄羽肉鸡皮下脂肪[30]，大鼠饲喂精氨酸后内脏脂肪的积聚减少[31]。这些研究表明，饲喂NCG可能会改善动物的脂肪代谢。因此，后续试验可探究NCG对围产期奶牛肝脏脂肪沉积和代谢的影响。

4 结 论

围产前期、围产后期和整个围产期饲喂NCG均能提高奶牛产奶量和乳蛋白含量，围产后期和整个围产期添加对产奶量的提高效果更好。