限制性氨基酸在奶牛生产中的应用研究进展

朱志强 张巧娥 陶 然 任亚琼 李宏伟

（1．宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2．宁夏广德源农牧开发有限公司，宁夏 石嘴山 753400）

目前，普遍认为蛋白质营养即氨基酸营养，而限制性氨基酸（LAA）是维持动物生长发育和实际生产过程中不可或缺的氨基酸[1]。不同动物所需的LAA有所差异，与反刍动物营养相关的LAA 主要为蛋氨酸（Met）和赖氨酸（Lys）[2]。随着研究深入，与反刍动物相关的其他LAA 的开发愈发受到关注，研究主要集中在精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、异亮氨酸（Ile）以及缬氨酸（Val）[3]。合理应用LAA 可提升奶牛的产奶性能、乳品质、氮的转化效率和生长性能，在改善反刍动物机体代谢、免疫功能及健康状况等方面均具有积极作用[4-6]。近年来，我国畜牧业发展迅速，全年牛奶总产量和单产水平再创新高。2021 年全年牛奶产量达3 683 万t，同比增长7.1%；全国荷斯坦奶牛单产水平达8.7 t，同比增长4.8%[7]。与此同时，蛋白原料价格高涨与饲料资源短缺等问题迫在眉睫[8-9]。氨基酸经瘤胃保护技术处理后，其过瘤胃率显著提高，小肠内可吸收利用的氨基酸数量随之增加，从而满足机体的氨基酸需求，增加养殖效益，缓解饲料资源短缺和利用率低的问题[10]。研究表明，奶牛日粮添加经过瘤胃保护技术处理的LAA可促进奶牛乳品质[11]与产奶量[12]的提升，对减缓蛋白饲料紧张、减少氮排放对环境造成的污染、促进奶业发展等方面均具有积极作用。文章综述LAA的生理作用、过瘤胃保护技术及其在奶牛生产中的研究，为进一步阐明限制性氨酸在奶牛生产中的应用提供参考。

1 限制性氨基酸的概述

Met又称甲硫氨酸，在甲基转移、细胞间信息传递与核酸、胱氨酸的合成等各项生理活动中具有重要作用，是合成蛋白质的重要原料[13]，可调节奶牛的乳腺功能[14]。Lys是有关动物生长的第一限制性氨基酸[15]，能够参与动物机体蛋白合成，维持动物机体内的代谢平衡，提高钙在动物体内的沉积，加速动物生长发育。动物缺乏Lys时，其他氨基酸的利用效率也随之下降，还会引起机体钙沉积率降低、生长受阻、发育不良等[16]。Leu、Ile 和Val统称为支链氨基酸（BCAAs），是动物的必需氨基酸，无法在动物体内合成，必须从饲粮中获取。Leu在启动蛋白质翻译和肌肉蛋白合成过程中起到特殊功能[17]，可调控蛋白质的代谢，促进奶牛骨骼肌的生长和腺泡细胞中淀粉酶分泌[18]。Ile 与Leu 功能相似，能够在雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信号通路中发挥调控作用[19]。Val 的代谢途径与Leu 和Ile 类似[20]，可作为供能物质参与蛋白质合成。Arg是幼龄动物的必需氨基酸之一，在动物机体内能量代谢、生长发育和繁殖功能等各方面起调节作用[21]，能够促进细胞的分化与增殖[22]，调控动物体内蛋白质合成[23]。尽管反刍动物机体可对Arg 进行自我合成，但当动物处于高产或生长状态下时，机体自生合成的Arg 数量无法满足其生产需要和维持需要[24]。因此，在生长牛和高产奶牛日粮中需要注意Arg的给予。

2 过瘤胃保护技术

目前，常见的氨基酸过瘤胃保护技术分为物理保护法和化学处理法。物理保护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，使营养物质到达小肠等指定区域后再释放，增加小肠部位可吸收的氨基酸数量。脂肪包被法即使用植物油脂包被氨基酸，因为脂质难以被瘤胃微生物利用，降低了瘤胃微生物对氨基酸的降解速率，在小肠部位可被吸收利用，该方法常用于Met 的包被处理。化学处理法则有微量元素处理法、羟基转化法[14]。利用微量元素对氨基酸进行处理后可形成螯合物，该方法具有适口性好和使用方便等优势，利于提升氨基酸过瘤胃率。研究发现，氨基酸经微量元素锌处理后会形成氨基酸螯合锌，从而减少瘤胃内微生物对氨基酸的降解，其结合效果与所添锌的浓度呈线性提升，锌的添加量达到1.6%时最佳[25]。除氨基酸螯合锌外，动物生产中常用的氨基酸金属螯合物还有氨基酸螯合硒和氨基酸螯合铜等[26]。羟基类似物在瘤胃内易被降解，后经转氨基反应生成相应的氨基酸，提升氨基酸过瘤胃率，此法常用于蛋氨酸羟基类似物[27]。除了上述几种常见的处理方法，生物处理、酶制剂及益生菌等其他技术研究也逐渐在应用，但由于处理程序较为复杂，仍需进一步探索[28]。

3 限制性氨基酸在奶牛生产中的应用

3.1 蛋氨酸在奶牛生产中的应用

Met 是泌乳奶牛最为重要的LAA 之一，在氨基酸过瘤胃保护技术较成熟的环境下合理使用Met 可促进奶牛对日粮中各养分的消化，增加瘤胃微生物产量，提高产奶性能和氮的转化效率，改善乳品质，并且在奶牛免疫功能、繁殖性能及健康状况等方面均发挥重要作用。与对照组相比，使用27.5 g/(头·d)过瘤胃蛋氨酸（RPM）与23.0 g/(头·d)有机稀土组合饲喂奶牛，干物质（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）的表观消化率均显著提升[29]。张仔堃等[30]发现，23 g/(头·d) RPM 与17 g/(头·d)半胱胺（CS）组合处理组的NDF、ADF、DM、CP 消化率均高于对照组。丁大伟等[31]发现，与对照组相比，日粮中补饲25 g/(头·d)RPM可使瘤胃菌体蛋白产量提升13.66%，说明补饲RPM能够促进奶牛瘤胃微生物的增殖。姜富贵等[32]发现，使用35 g/(头·d)RPM 与18 g/(头·d)过瘤胃赖氨酸（RPL）组合饲喂显著提升产奶量，降低乳中尿素氮含量。祁茹等[33]发现，围产期奶牛日粮中补饲9 g/(头·d) RPM 可显著提高牛奶乳脂率和乳蛋白产量。陈傲东等[34]指出，与对照组相比，每千克日粮中添加5.4 g/(头·d) RPM 可使牛奶中乳脂和乳蛋白含量提升0.24%和0.13%。梁树林[35]研究表明，30 g/(头·d) RPM处理组奶牛的能量矫正乳产量显著高于60 g/(头·d) RPM 处理组，可能是因为过量的RPM对奶牛生产性能产生了负面效应。丁大伟等[36]发现，使用RPM与RPL组合饲喂奶牛能够有效改善泌乳盛期产奶性能，以25 g/(头·d)RPM 与30 g/(头·d)RPL 组合最佳。张仔堃等[29]研究表明，当添加组合为17 g/(头·d)RPM和27 g/(头·d)CS时，乳体细胞数显著低于对照组。Li等[37]发现，应用RPM可调控围产期奶牛体内各项代谢功能，改善肝脏基本功能，提高机体的免疫力和细胞分化速率。杜超等[38]发现，日粮中添加150 g/(头·d) RPM，生产当天奶牛血清白细胞介素-1含量下降了22 ng/L，产后奶牛血清γ-干扰素含量提升了164 ng/L，说明适量添加RPM可降低奶牛产后感染疾病的风险，降低分娩时应激与炎性反应，维持奶牛围产期的健康状态。韩兆玉等[39]发现，日粮中补饲12 g/(头·d)RPM，奶牛外周血液淋巴细胞的凋亡率下降了36.39%，说明RPM能够促进蛋白质及其他养分合成，推动外周淋巴细胞分化与增殖；奶牛的外周血超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性分别提高10.86、12.70 U/L，加速自由基清除，提高抗氧化酶活力，改善奶牛热应激。Palmer 等[40]发现，奶牛日粮中添加蛋氨酸羟基类似物可提升卵泡液中的Met 含量，促进卵泡发育。与对照组相比，围产期奶牛日粮中补饲9 g/(头·d)RPM 可使奶牛的21 d妊娠率提升1.69%[33]。马吉锋等[41]指出，0.36 g/kg蛋氨酸锌处理组的综合繁殖率最高，比对照组提高了28.57%。

3.2 赖氨酸在奶牛产中的应用

Lys 是泌乳奶牛代谢中最重要的LAA 之一，能够提高奶牛的生产性能，对犊牛的生长性能具有积极作用。云伏雨等[42]发现，补饲10、20、30 g/(头·d)RPL 组奶牛的产奶量分别增加了0.62、0.90、1.39 kg，RPL 水平为30 g/(头·d)对产奶量的影响较大。张凯祥等[43]在泌乳天数为（90±15） d 的荷斯坦奶牛日粮中补饲25、30、35 g/(头·d)RPL，结果表明，各组奶牛的产奶量均显著高于对照组，瘤胃微生物菌体蛋白产量分别提升了5.34%、14.76%、10.06%，RPL 添加量为30 g/(头·d)最佳。Bernard等[44]报道，在单产大于36.5 kg的奶牛饲粮中补饲38 g/(头·d) RPL 可显著提高牛奶乳蛋白率和乳脂率，但对单产小于36.5 kg 的奶牛几乎无影响，表明RPL对高产奶牛生产性能的影响更为明显。张仔堃等[6]研究表明，RPL和有机稀土处理组乳体细胞数显著低于对照组。

Lys是有关犊牛生长的第一限制性氨基酸[45]。孔凡林等[46]研究表明，Lys缺乏30%的犊牛饲料转化效率显著降低，影响犊牛生长发育。Samy等[47]研究发现，围产期奶牛日粮中添加RPL，犊牛平均日增重（ADG）和断奶体重显著高于对照组。Batista 等[48]在体重为（165±8）kg的犊牛日粮中添加不同水平的Lys 盐，结果显示，随着Lys水平提高，氮的代谢效率随之提升；犊牛血清色氨酸和BCAAs 含量随Lys 水平提升而降低，表明Lys 利于其他氨基酸在犊牛体内的沉积，添加水平为9 g/(头·d)效果最佳，利用效率为40%。研究发现，在奶牛日粮中联合使用Lys、Met、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）能够显著提升奶牛ADG，适宜添加量为17.000、5.300、0.672、0.672 g/(头·d)[49]。闫金玲等[50]将日粮蛋白水平降低2%并补充55 g/(头·d) RPL 和9 g/(头·d) RPM，结果发现，奶牛的生长性能并未受到影响。云强等[51]发现，Lys 和Met 比例为3∶1 的处理组犊牛ADG 最高，比对照组高10.21%。

3.3 支链氨基酸在奶牛产中的应用

BCAAs 在奶牛生产中的研究较少，但有大量关于其他反刍动物的报道，BCAAs 在反刍动物生产中具有较大的应用潜力[52]。在荷斯坦犊牛日粮中补充Leu 可增加血清苏氨酸、组氨酸和Met等必需氨基酸含量[53]。常乐[54]在小麦秸秆瘤胃体外发酵试验中添加1、3、5、7 mmol/L的BCAAs发酵72 h，发现Leu和Ile水平为1 mmol/L时发酵产生的挥发性脂肪酸浓度均有所提高，比对照组分别提升了10.99、5.74 mmol/L。冯蕾等[55]发现，后备荷斯坦母牛低蛋白日粮中添加过瘤胃亮氨酸、过瘤胃异亮氨酸和RPM 并未对后备奶牛的生长性能造成影响，还增加了NDF 采食量。Liu 等[56]发现，Ile 能够调节奶牛机体内胰蛋白酶和α-淀粉酶分泌，提升奶牛乳糖水平，但可能会增加奶牛反刍时间。Hultquist 等[57]发现，40、80 g/(头·d)Val 处理组产奶量分别提高3.2、2.9 kg/d，表明Val 对提升奶牛产奶量具有促进作用。3.4 精氨酸在奶牛产中的应用

近年来，Arg 在反刍动物的应用研究中愈发受到重视。曹越等[58]在奶牛乳腺上皮细胞培养液中添加0.7、1.4、2.8、5.6、11.2 mmol/L的Arg，结果发现，Arg添加量为2.8 mmol/L 时酪蛋白的合成水平最高。可能是Arg对mTOR 基因相对表达量具有增加作用，进而促进酪蛋白合成。颈静脉注射Arg 能够促进奶牛乳腺中氨基酸转运蛋白的表达，增加牛乳酪蛋白含量[59]，提升氮的转化效率和产奶量，调节泌乳性能[60]和脂质代谢水平[61]。豆梦莹等[62]研究表明，低水平的Arg 对热应激处理的奶牛小肠上皮细胞的增殖具有促进作用，高水平的Arg 则起抑制作用，Arg添加浓度至6 mmol/L时细胞活力最强。

4 展望

近年来，除Met 和Lys 外，有关奶牛的其他LAA 的研究主要集中在BCAAs 和Arg。但由于BCAAs 和Arg 在奶牛生产中的研究较少，因此尚无足够的数据能够证实其具有更好的限制效果。随着对LAA在奶牛生产中的研究不断深入，发现不同种类的氨基酸在奶牛饲粮中联合搭配使用，饲喂效果可能远优于单独添加。此外，氨基酸过瘤胃保护技术的处理程序也较为复杂，还需要进行更深层次的探索。未来，亟须探究其他LAA对奶牛的作用机制，确定其在奶牛生产应用中最适宜的添加量和各种氨基酸之间具体的添加比例，全面优化奶牛的饲料配方，为推动奶牛养殖的绿色可持续发展提供新的靶点。