添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔牛生产性能及氮排放的影响

桂红兵， 张建丽， 李隐侠， 张 俊， 王建球， 刘小军， 曹少先， 王慧利， 孟春花， 钱 勇， 仲跻峰

(1.江苏省农业科学院畜牧研究所，江苏南京210014；2.农业部种养结合重点实验室，江苏南京210014；3.连云港市亨得利畜牧有限公司，江苏连云港222399；4.江苏优源奶业产业研究院有限公司，江苏南京211106)

随着中国畜牧业的迅速发展，人畜争粮矛盾愈演愈烈，畜禽氮排放等带来的环境污染问题也制约了畜牧业的发展。蛋白质是畜禽日粮中重要的营养组成成分，也是畜禽氮排放的原料来源[1-2]。探索将日粮中的粗蛋白质(Crude protein)水平适当降低，同时添加适宜含量的合成必需氨基酸(Synthetic essential amino acids)，满足动物对氨基酸的需求，开发不影响动物生长性能、产品品质和免疫机能的低蛋白质日粮，达到既可以减少饲料中蛋白质添加量，又可以使日粮中必需氨基酸的比例和数量上满足动物需求，达到供给与需要之间平衡的效果[3-4]。补充反刍动物第一和第二限制性必需氨基酸——赖氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)可提高小肠氨基酸利用效率[4-5]。添加Lys和Met可提高日粮粗蛋白质利用率，增加氮在机体的沉积。添加必需氨基酸的低蛋白质日粮能充分发挥动物的蛋白质合成潜力，促进营养物质转化，减少养分排泄与浪费。饲喂添加Lys和Met的低蛋白质日粮可改善多种动物的饲料转化率和氮利用率，加快动物生长速度，提高经济效益，减少日粮中蛋白质饲料的添加量，从而减少氨氮排放，促进畜牧业绿色、可持续发展[3-6]。

由于牛羊等反刍动物的消化特性，饲料中的大部分蛋白质会被瘤胃中的微生物分解消耗，导致进入真胃和肠道中的蛋白质数量大大减少，不能满足反刍动物的生长需要。瘤胃保护性氨基酸(Rumen-protected amino acid)又称过瘤胃氨基酸，可以避免日粮中的氨基酸在瘤胃中发生脱氨基作用，从而顺利到达消化道后段，丰富小肠中的氨基酸组成，优化小肠中氨基酸比例，饲料中蛋白质能够更好地被反刍动物消化吸收利用[7]。而过瘤胃赖氨酸(Rumen-protected lysine，RPLys)、过瘤胃蛋氨酸(Rumen-protected methionine，RPMet)经过包被处理，可满足反刍动物对赖氨酸、蛋氨酸的需要，且能提高饲料利用率和生产性能[8-10]。目前，低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和包被蛋氨酸的效果在猪和禽等单胃动物中的研究较多[11-13]。西门塔尔牛是乳肉兼用牛，低蛋白质日粮添加过瘤胃必需氨基酸对其生产性能和氮排放影响尚需进行研究。

本试验根据肉牛营养需要，利用CPM-Dairyv3.0软件设计日粮基础配方、低蛋白质日粮配方和RPLys和RPMet可能的添加剂量，探究西门塔尔牛养殖中降低饲料成本和氮排放的可能途径，为乳肉兼用牛的绿色、健康养殖提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

试验选用7月龄西门塔尔公牛27头，平均体质量为(200±10) kg，随机分为3组，每组9头，栓系饲养，自由饮水。分别于每日08:00、18:00饲喂2次，控制每天的剩料量不超过饲喂量的5%。对照组饲喂基础日粮(表1)；试验Ⅰ组日粮：基础日粮下调粗蛋白质含量1.0个百分点，补充RPLys 20 g/d和RPMet 10 g/d；试验Ⅱ组日粮：基础日粮下调粗蛋白质含量1.5个百分点，补充RPLys 30 g/d和RPMet 15 g/d。根据《肉牛营养需要》(NRC2016)中的相应生长阶段氨基酸需要量，应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)评定配方中饲料原料的营养价值。

表1 试验各组日粮组成(以风干物质计)

1.2 样品采集和测定指标

1.2.1 生长性能测定 称量试验0 d、30 d、60 d和90 d晨饲喂前空腹体质量，计算其平均体质量和平均日增质量。

1.2.2 血液氨基酸浓度测定 分别于试验0 d、30 d、60 d和90 d采集尾根静脉外周血，采用氨基酸自动分析仪(日立835-50)测定血液中氨基酸含量。

1.2.3 粪样采集及粪氮测定 分别于试验0 d、30 d、60 d和90 d的上午、下午及晚上分次采集各组牛的新鲜粪便，每样取2份，每份100 g，分别做如下处理：一份加入20 ml 10%硫酸，用凯氏定氮法测定其粪氮含量；另一份样品在烘箱(65 ℃)中干燥48 h后，置于室内冷却至室温后粉碎过40目筛，混匀、密封置于-20 ℃下保存。

1.2.4 尿样采集及尿氮测定 分别于试验0 d、30 d、60 d和90 d，在采集粪样样品的时候同时收集尿样样品，尿样用粗纱布过滤后放入50 ml试管中，每管中加入10%硫酸固氮，密封置于-20 ℃下保存备测。测定时先将尿样恢复到常温后混匀，再取样应用凯氏定氮法测定尿氮含量。

1.3 经济效益计算

经济效益=肉牛日增质量经济收入-每日添加过瘤胃氨基酸成本-每日日粮成本，增收效益=试验组经济效益-对照组经济效益。

1.4 统计与分析

所有试验数据采用SPSS 20.0数据处理软件进行One-way ANOVA单因素方差分析和回归分析，多重比较采用Duncan’s法进行。表中数据均以平均值和平均标准差表示，差异显著性判断标准为P<0.05。

2 结果

2.1 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛生长性能的影响

如表2所示，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组饲喂添加包被赖氨酸和包被蛋氨酸的低蛋白质日粮30 d、60 d 和90 d，显著促进了西门塔尔公牛的生长，其中试验Ⅰ组饲喂60 d、试验Ⅱ组饲喂30 d和90 d促生长效果显著(P<0.05)，且试验Ⅰ组在第3个月内日增质量极显著高于对照组(P<0.01)，达到1.51 kg/d。

2.2 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛尿氮含量的影响

如表3所示，与对照组相比，饲喂添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮30～90 d的试验Ⅰ组和试验Ⅱ组尿氮含量，除饲喂30 d的试验Ⅰ组外，均显著低于对照组(P<0.05)。

2.3 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛粪氮含量的影响

如表4所示，与对照组相比，饲喂添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮30 d、60 d和90 d的试验Ⅰ组和试验Ⅱ组粪氮含量，除饲喂30 d的试验Ⅰ组外，均显著低于对照组(P<0.05)。

表2 低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和蛋氨酸对西门塔尔公牛生长性能的影响

表3 低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和蛋氨酸对西门塔尔公牛尿氮含量的影响

表4 低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和蛋氨酸对西门达尔公牛粪氮含量的影响

2.4 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛血液氨基酸含量的影响

如表5所示，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组饲喂添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮30 d、60 d和90 d，试验肉牛血液中蛋氨酸和赖氨酸含量一直高于对照组(P<0.05)。饲喂添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮30 d，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组外周血中仅有苏氨酸含量低于对照组(P<0.05)。随着饲喂时间的延长，外周血中多种氨基酸水平受到显著影响。到饲喂90 d时，除蛋氨酸和赖氨酸含量依然高于对照组以外，试验Ⅰ组的精氨酸以及试验Ⅰ组和试验Ⅱ组的亮氨酸含量也显著高于对照组(P<0.05)，试验Ⅱ组苏氨酸、异亮氨酸和酪氨酸含量显著低于对照组(P<0.05)。

2.5 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛经济效益的影响

如表6所示，与对照组相比，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组采食量均无明显差异，但是试验Ⅰ组和试验Ⅱ组料重比较对照组均有所下降，且试验Ⅰ组料重比最低，较对照组降低约16.17%。试验Ⅰ组和试验Ⅱ组饲喂90 d每日养殖毛利润明显提高，尤其是试验1组，每日养殖毛利润大幅提升。

表5 低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和蛋氨酸对西门塔尔公牛血液氨基酸含量的影响

表6 低蛋白质日粮添加包被赖氨酸和蛋氨酸对肉牛经济效益的影响

3 讨论

3.1 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛生产性能的影响

反刍动物小肠中蛋白质的氨基酸比例和组成是限制反刍动物生产性能的重要因素，反刍动物小肠中蛋白质主要由瘤胃发酵产生微生物蛋白质和瘤胃非降解蛋白质，以及少量的内源蛋白质组成[14]。蛋氨酸和赖氨酸是反刍动物中第一和第二限制性氨基酸，对其生长发育非常重要[7]。Mitsuru等将荷斯坦公牛的日粮中蛋白质水平从生长发育早期17.2%、生长发育后期14.5%分别降低至生长发育早期14.4%、生长发育后期11.4%，添加RPLys和RPMet后，未影响荷斯坦公牛的生长性能[3-4]。闫金玲等在降低蛋白质含量的荷斯坦公牛日粮中添加RPLys和RPMet，未影响其养分表观消化率、生长性能、屠宰性能及肉品质[15]。殷溪瀚在荷斯坦公牛的日粮中添加RPMet和RPLys提高了荷斯坦公牛生产速度和胴体品质，并且联合应用的效果明显好于单独应用的效果[16]。本试验也取得了类似的结果，在日粮蛋白质水平降低1.0～1.5百分点的条件下，添加RPMet和RPLys能显著促进西门塔尔公牛的生长，降低日粮成本，增加收益。综上所述，西门塔尔公牛生长性能受日粮中蛋白质水平的影响，在降低日粮中蛋白质水平的同时添加过瘤胃赖氨酸和蛋氨酸可使其生长性能不受影响或有所提高。

3.2 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛氮排放的影响

日粮中氮的含量和种类均影响氮的排出[17]。奶牛采食的氮与粪氮、尿氮及总氮的排放量呈正相关[18]。日粮中粗蛋白质水平决定反刍动物氮素代谢，当日粮中的氮素超过机体所需要的量，超过部分的氮素基本上都会随着尿液排出体外[19-21]。日粮中粗蛋白质含量降低，氮排放量则显著降低[3-4]。赵若含等应用添加包被赖氨酸和蛋氨酸的低蛋白质日粮饲喂荷斯坦奶牛，2个试验组在基础日粮配方基础上分别减少0.80%和1.66%的粗蛋白质，分别添加RPLys 24.6 g/d+RPMet 10.4 g/d、RPLys 25.7 g/d+RPMet 9.4 g/d平衡日粮中的氨基酸含量，结果表明，相对于对照组，2个试验组尿氮排放量分别降低了7.67%和15.19%(P<0.05)[5]。本研究中获得了类似的研究结果：饲喂添加RPMet和RPLys的低蛋白质日粮90 d时，试验Ⅰ组较对照组的尿氮含量和粪氮含量分别降低了34.88%和13.79%，试验Ⅱ组较对照组的尿氮和粪氮分别降低了39.53%和17.24%。其中，试验Ⅱ组尿氮和粪氮排放降低程度大于试验Ⅰ组，这是由于试验Ⅱ组日粮中粗蛋白质含量降低幅度(1.5个百分点)大于试验Ⅰ组(1.0个百分点)。

本研究条件下，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组中虽然饲料中粗蛋白质含量较对照组分别下降1.0个百分点和1.5个百分点，但供试西门塔尔公牛的生产性能较对照组均有所提高，原因可能是添加RPMet和RPLys改善了氮素平衡和氨基酸平衡，使动物机体充分利用日粮氮，显著提高氮的利用率，降低氮的排放。2个试验组在降低蛋白质使用量的同时，显著降低了氮的排放量，减少了氮排放对环境的污染。

3.3 添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮对西门塔尔公牛血浆中氨基酸含量的影响

血液中的氨基酸来自机体组织蛋白质的分解和小肠中营养物质的吸收，血浆中的游离氨基酸是氨基酸代谢库的组成成分，血浆中游离氨基酸含量的变化可以反映机体组织蛋白质的分解以及氨基酸在体内合成、代谢、吸收等之间的动态平衡状态。在本试验中，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组饲喂添加RPMet和RPLys低蛋白质日粮30 d、60 d和90 d的西门塔尔公牛外周血中Met和Lys含量均显著高于对照组，说明日粮中RPMet和RPLys能有效通过瘤胃，到达消化道后端，被小肠吸收利用，进而提高了血液中Met和Lys含量。这与前人的研究结果一致。刘飞等的研究结果表明，在奶牛日粮中增加RPMet和RPLys，奶牛血浆中Met和Lys含量也随之增加[22]。Wang等在奶牛日粮中添加赖氨酸盐酸盐和蛋氨酸羟基类似物，同样也提高了奶牛动脉血中Met和Lys的含量[6]。可见低蛋白质日粮中添加包被赖氨酸和蛋氨酸可优化西门塔尔牛血液中的氨基酸组成。

饲喂添加包被赖氨酸和蛋氨酸低蛋白质日粮30 d，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组外周血中苏氨酸含量就已显著低于对照组(P<0.05)；到饲喂90 d时，血液中除蛋氨酸和赖氨酸含量依然高于对照组以外，亮氨酸含量也显著高于对照组(P<0.05)，可能是因为日粮中补充的RPMet和RPLys部分在瘤胃中被瘤胃微生物利用，促进了瘤胃微生物的生长繁殖，使得瘤胃微生物合成的蛋白质量增加，小肠中微生物蛋白质总量随之增加，进而增加了小肠中可以吸收利用的氨基酸总量。另外，苏氨酸、异亮氨酸和酪氨酸是反刍动物的必需氨基酸，饲喂90 d时，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组西门塔尔公牛外周血中苏氨酸含量显著低于对照组(P<0.05)，试验Ⅱ组西门塔尔公牛外周血中异亮氨酸、酪氨酸含量也显著低于对照组，可能需要额外适量地添加苏氨酸、异亮氨酸和酪氨酸，添加量需要进步一探索。Overton等的研究结果表明，在日粮中添加RPMet，奶牛血浆中Met含量随之增加，但是显著降低血浆中组氨酸(His)的含量，并且血浆中精氨酸(Arg)、Lys和鸟氨酸(Orn)的含量有降低的趋势[23]。本研究中补充RPMet和RPLys后30 d、60 d和90 d试验Ⅰ组His浓度有下降趋势，补充RPMet和RPLys后90 d试验Ⅱ组His浓度有下降趋势，但均未达到显著水平。补充RPMet和RPLys后30 d和60 d时，试验Ⅰ组和试验Ⅱ组外周血中Arg含量有上升趋势，到90 d时试验Ⅱ组Arg含量显著上升(P<0.05)，可能是因为饲粮在一定程度上可以通过影响微生物群体结构来影响微生物氨基酸组成比例，进而影响血浆中其他氨基酸含量。

4 结论

在本试验条件下，适当降低西门塔尔公牛日粮的粗蛋白质水平1.0～1.5个百分点，同时添加20 g/d的RPMet和10 g/d的RPLys，补充Met和Lys的缺乏，可显著提高西门塔尔公牛的生产性能，增加养殖经济效益。