■劉立成 衛(wèi)喜明 宋偉紅 甘文平 劉 娣
(1.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,黑龍江哈爾濱150030;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后科研工作站,黑龍江哈爾濱150030)
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單寧酸對(duì)奶牛蛋白質(zhì)代謝效率的影響
■劉立成1,2衛(wèi)喜明1宋偉紅1甘文平1劉娣2
(1.黑龍江省農(nóng)墾科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,黑龍江哈爾濱150030;2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后科研工作站,黑龍江哈爾濱150030)
摘要:研究選用3頭裝有永久性瘤胃瘺管和十二指腸瘺管的奶牛作為試驗(yàn)動(dòng)物,采用3×3拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì),對(duì)照組(F0組)飼喂基礎(chǔ)日糧,試驗(yàn)組在基礎(chǔ)日糧中分別添加20 g(F1組)和40 g(F2組)單寧酸,研究不同劑量的單寧酸對(duì)奶牛蛋白質(zhì)代謝效率的影響。研究結(jié)果表明:?jiǎn)螌幩崮茱@著提高瘤胃氨氮濃度、十二指腸食糜CP含量和氮全消化道消化率(P<0.05),且F2組顯著高于F1組(P< 0.05),F(xiàn)1組顯著高于F0組(P<0.05);單寧酸能顯著提高瘤胃食糜中CP含量和奶牛機(jī)體沉積氮的含量(P<0.05),并能顯著降低奶牛尿囊素、尿嘌呤衍生物、微生物氮、糞氮、尿氮和瘤胃食糜氮消化率(P<0.05),但F2組和F1組間差異不顯著(P>0.05);單寧酸能提高奶牛過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)含量,降低糞尿中氮的排放。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)螌幩?;蛋白質(zhì);代謝
反芻動(dòng)物食入氮約有20%~50%可能排放到環(huán)境中,即使是高產(chǎn)奶牛,也只有不到20%的進(jìn)食蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為畜產(chǎn)品,因此,通過(guò)飼料調(diào)控提高進(jìn)食氮的利用率,減少氮向環(huán)境的排放是目前反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)中備受關(guān)注的問(wèn)題。單寧酸具有保護(hù)蛋白質(zhì)不在瘤胃內(nèi)降解,降低了可溶性蛋白質(zhì)在瘤胃的降解率,使過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)數(shù)量增加,從而提高家畜利用蛋白質(zhì)的效率,同時(shí)還能減少瘤胃中的泡沫,防止瘤胃脹氣的發(fā)生。因此,本研究以提純的單寧酸作為研究對(duì)象,研究奶牛日糧中添加單寧酸對(duì)瘤胃、十二指腸及全消化道氮的消化和利用,為提高奶牛蛋白質(zhì)利用效率提供理論基礎(chǔ)。
1.1試驗(yàn)動(dòng)物
選擇3頭安有永久性瘤胃瘺管和十二指腸瘺管的體重為(615±20) kg的健康無(wú)疾病荷斯坦母牛作為試驗(yàn)動(dòng)物。
1.2試驗(yàn)時(shí)間和地點(diǎn)
試驗(yàn)于2010年8月~10月在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行。
1.3試驗(yàn)材料
購(gòu)買產(chǎn)自斯洛文尼亞的Farmatan誘食劑作為試驗(yàn)素材,F(xiàn)armatan為棕色粉末,容重為(550±50) g/dm3,單寧酸含量為65%,水溶性≥99%。
1.4試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)采用3×3拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì),分3期進(jìn)行,每期20 d,預(yù)飼期7 d,正式期13 d,對(duì)照組(F0組)飼喂基礎(chǔ)日糧,基礎(chǔ)日糧組成和營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1,試驗(yàn)組在基礎(chǔ)日糧中分別添加20 g(F1組)和40 g(F2組)誘食劑Farmatan;試驗(yàn)牛日糧精粗混合飼喂,每天早晚飼喂兩次,自由飲水。
1.5樣品的采集與測(cè)試
1.5.1樣品的采集
在正式期的最后2 d為采樣時(shí)間,在飼喂后0、4 h和8 h利用瘤胃液采集裝置(自制PVC管采樣器)從瘤胃進(jìn)行多點(diǎn)采樣,每頭牛每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集瘤胃液300 ml左右,4層紗布過(guò)濾,棄殘?jiān)?,取上清液分裝在塑料管中,-20℃冷凍保存,待測(cè)瘤胃氨氮濃度;采集瘤胃和十二指腸食糜冷凍保存測(cè)試蛋白質(zhì)含量。
表1 試驗(yàn)牛日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))
每階段正式試驗(yàn)期的第3~7 d,用全收糞法收集每頭牛排出的糞便,分別放置在帶蓋的預(yù)先稱重塑料桶中,并每天混合,然后取2%樣品,-20℃保存待測(cè)。同時(shí),采用尿插管法收集每頭牛的尿液,用量筒測(cè)量體積并記錄排尿量。尿樣按總尿量的2%采集,收集到裝有10%H2SO4的800 ml磨口玻璃瓶中,調(diào)節(jié)尿pH<3.0,混勻尿樣,移取20 ml并稀釋至100 ml制成次級(jí)尿樣,裝入塑料瓶?jī)?nèi)-40℃貯存,用于測(cè)定尿囊素和尿酸含量。
1.5.2測(cè)試指標(biāo)及方法
氨氮濃度利用分光光度計(jì)用比色法測(cè)定。
粗蛋白質(zhì)的測(cè)試采用FOSS全自動(dòng)凱氏定氮儀測(cè)定。
嘌呤衍生物包括尿酸含量采用尿酸測(cè)定試劑盒(酶比色法)測(cè)定,尿囊素采用ELISA試劑盒(酶聯(lián)免疫吸附法)進(jìn)行測(cè)定。
微生物蛋白質(zhì)合成量按照Chen和Gomez(1995)提出下式計(jì)算出每天微生物氮(MN)供應(yīng)量:Y= 0.85X+0.385W0.75(Y:嘌呤衍生物排出量;X:嘌呤衍生物吸收量;W0.75:代謝體重)和MN(g/d)=70X/(0.116× 0.83×1 000)=0.727X(MN:微生物氮;X:嘌呤衍生物吸收量),計(jì)算微生物氮量。
酸不溶性灰分(AIA)的測(cè)定:用內(nèi)源指示劑法測(cè)定酸不溶性灰分后,計(jì)算表觀消化率。
日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率(%)=100%-
1.6數(shù)據(jù)處理
基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采用Excel電子表格進(jìn)行處理,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析利用SAS 2008軟件包的平衡試驗(yàn)設(shè)計(jì)ANOVA進(jìn)行方差分析,采用Duncan氏進(jìn)行均值的多重比較。
2.1日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛瘤胃蛋白質(zhì)代謝指標(biāo)的影響(見(jiàn)表2)
表2 日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛蛋白質(zhì)代謝指標(biāo)的影響
從表2可以看出,隨著采食時(shí)間的變化,瘤胃內(nèi)氨氮濃度呈先升高而后降低的趨勢(shì)。在采食0 h時(shí)間點(diǎn),3個(gè)試驗(yàn)組隨著單寧酸添加量的增加瘤胃氨氮濃度顯著增加(P<0.05),即F2組顯著高于F1組(P< 0.05),F(xiàn)1組顯著高于F0組(P<0.05);在采食4 h時(shí)間點(diǎn),F(xiàn)2組和F1組間差異不顯著(P>0.05),但都顯著高于F0組(P<0.05);在采食8 h時(shí)間點(diǎn),F(xiàn)2組與其他兩組間差異不顯著(P>0.05),但F1組顯著高于F0組(P< 0.05);3個(gè)時(shí)間點(diǎn)平均值比較,F(xiàn)2組顯著高于F1組(P<0.05),F(xiàn)1組顯著高于F0組(P<0.05)。
從表2可以看出,奶牛日糧中添加單寧酸瘤胃食糜CP含量隨著采食時(shí)間的變化呈先升高后降低的趨勢(shì),且添加單寧酸兩組瘤胃食糜CP含量高于對(duì)照組。在采食后3個(gè)時(shí)間點(diǎn)和3個(gè)時(shí)間點(diǎn)的瘤胃食糜CP含量平均值的比較都是一致的,F(xiàn)2組和F1組間差異不顯著(P>0.05),但都顯著高于F0組(P<0.05)。
表2列出奶牛日糧中添加單寧酸對(duì)十二指腸食糜CP含量的影響,隨著采食時(shí)間的變化,F(xiàn)0組十二指腸食糜中CP含量呈逐漸降低的趨勢(shì),F(xiàn)1組和F2組先降低而后增加。在采食后0、8 h及3個(gè)時(shí)間點(diǎn)平均值的組間差異是相同的,F(xiàn)2組顯著高于F1組(P<0.05),F(xiàn)1組顯著高于F0組(P<0.05);但在4 h時(shí)間點(diǎn),3個(gè)試驗(yàn)組間差異不顯著(P>0.05)。
3個(gè)試驗(yàn)組日糧設(shè)計(jì)初其CP含量是相同的,即3個(gè)試驗(yàn)組日糧CP含量間差異不顯著(P>0.05),而糞便中CP含量比較結(jié)果,F(xiàn)0組顯著高于其他兩個(gè)添加單寧酸組(P<0.05),但添加單寧酸的兩組間差異不顯著(P>0.05)。
2.2日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛尿嘌呤衍生物濃度的影響(見(jiàn)表3)
表3 日糧添加單寧酸對(duì)奶牛尿嘌呤衍生物濃度和微生物氮的影響
由表3可知,添加單寧酸顯著降低奶牛尿囊素、尿嘌呤衍生物、微生物氮的含量(P<0.05),但F1組和F2組間差異不顯著(P>0.05);添加單寧酸對(duì)奶牛尿酸濃度無(wú)顯著性影響(P>0.05)。
2.3日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛氮平衡和氮消化率的影響(見(jiàn)表4)
由于設(shè)計(jì)日糧中蛋白質(zhì)水平是相同的,因此3個(gè)試驗(yàn)組食入氮水平無(wú)顯著性差異(P>0.05);添加單寧酸兩個(gè)試驗(yàn)組糞氮和尿氮水平顯著低于對(duì)照組(P<0.05),但添加單寧酸的兩組間糞氮和尿氮水平差異不顯著(P>0.05);可消化氮水平3個(gè)試驗(yàn)組間差異不顯著(P>0.05);添加單寧酸兩個(gè)試驗(yàn)組沉積氮值顯著高于對(duì)照組(P<0.05),但添加單寧酸兩組間差異不顯著(P>0.05);日糧中添加單寧酸后在瘤胃食糜中氮消化率比較,添加單寧酸兩組氮消化率顯著低于對(duì)照組(P<0.05),但添加單寧酸兩組間差異不顯著(P> 0.05);十二指腸食糜氮消化率3個(gè)試驗(yàn)組間差異不顯著(P>0.05),但添加單寧酸兩組有降低十二指腸食糜氮消化率的趨勢(shì);全消化道氮表觀消化率比較,F(xiàn)2組顯著高于F1組(P<0.05),F(xiàn)1組顯著高于F0組(P< 0.05)。
表4 日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛氮平衡和氮消化率的影響
3.1日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛瘤胃蛋白質(zhì)代謝指標(biāo)的影響
氨氮是瘤胃微生物生長(zhǎng)繁殖所需的主要氮源之一,研究表明氨氮能夠作為大多數(shù)種類瘤胃細(xì)菌生長(zhǎng)的唯一氮源。氨氮濃度反映了日糧中含氮物質(zhì),尤其是蛋白質(zhì)降解和利用的程度。在絕大多數(shù)情況下,氨的產(chǎn)生遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)微生物的利用,過(guò)量的氨被動(dòng)物吸收,在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為尿素。一部分尿素可隨唾液重新進(jìn)入瘤胃,但大部分卻隨尿液排出體外。通常情況下,大約25%~30%左右的飼料蛋白質(zhì)因此而浪費(fèi),因此應(yīng)控制瘤胃氨氮的產(chǎn)生量。反芻動(dòng)物瘤胃中存在兩大類產(chǎn)氨菌。一類是數(shù)量多,但產(chǎn)氨活性低的細(xì)菌,如棲瘤胃普雷沃氏菌、溶纖維丁酸弧菌、埃氏巨球型菌和牛鏈球菌;另一類是數(shù)量少,但產(chǎn)氨活性高的細(xì)菌,如消化鏈球菌、嗜氨梭菌及斯氏梭菌。這些細(xì)菌被認(rèn)為可以將超過(guò)25%的飼料蛋白質(zhì)脫氨基。本研究結(jié)果表明,奶牛日糧中添加單寧酸顯著提高了瘤胃液中氨氮的濃度,這與添加單寧酸能顯著提高瘤胃溶纖維丁酸弧菌、棲瘤胃普雷沃氏菌和嗜淀粉瘤胃桿菌的相對(duì)數(shù)量的結(jié)果相吻合,但與單寧酸降低高效產(chǎn)氨菌數(shù)量的結(jié)果相反,其原因可能是細(xì)菌的數(shù)量和活性的原因。但本研究的結(jié)果與Makkar(1995a)報(bào)道的結(jié)果相同。因?yàn)榱鑫钢邪钡饕敲摪泵竿ㄟ^(guò)對(duì)氨基酸水解而脫氨基產(chǎn)生的,所以瘤胃氨氮濃度的高低反映了脫氨酶活力的高低。本研究結(jié)果與單寧酸能降低瘤胃內(nèi)脫氨酶活性相吻合。
Jones(1977)得出一種假設(shè),單寧酸和蛋白質(zhì)通常是在瘤胃pH值為6~7的情況下發(fā)生結(jié)合,并在皺胃pH<3.5時(shí)發(fā)生解離,從而釋放出更多的蛋白質(zhì)供胃蛋白酶和胰蛋白酶消化。Waghorn(2003)[1]認(rèn)為單寧酸和蛋白質(zhì)這種結(jié)合后過(guò)瘤胃的作用,被認(rèn)為是一種能夠增加小腸氨基酸吸收率的途徑。Min(2003)[2]進(jìn)行單寧酸對(duì)蛋白質(zhì)的保護(hù)作用,結(jié)果發(fā)現(xiàn)飼喂單寧酸的綿羊十二指腸非氨態(tài)氮的氮流速(可認(rèn)為是蛋白逃離瘤胃的速度)與添加單寧酸的含量呈正相關(guān)關(guān)系(R2=0.85;P<0.05),同時(shí)瘤胃菌體蛋白的合成與單寧酸的含量無(wú)相關(guān)性(R2=-0.02)。這也就意味著,在不影響菌體蛋白合成效率的情況下,單寧酸能夠增加飼料瘤胃非降解蛋白的比例。McNeill(1998)發(fā)現(xiàn),熱帶豆科植物銀合歡(Leucaena leucocephala)所含單寧酸能夠在不影響菌體蛋白合成效率的情況下,增加日糧中瘤胃非降解蛋白。這種機(jī)制可能包括,抑制瘤胃蛋白降解菌的生長(zhǎng)同時(shí)單寧酸與蛋白的結(jié)合物也減少瘤胃可利用蛋白的量。Slanikove(2001)報(bào)道,不同植物的單寧酸影響降解程度與蛋白質(zhì)、纖維物質(zhì)結(jié)合的能力不同,單寧酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物的強(qiáng)度決定于單寧酸、蛋白質(zhì)雙方的特性,包括分子量、三級(jí)結(jié)構(gòu)、等電電和結(jié)合位置的相容性。
本研究測(cè)試瘤胃和十二指腸中食糜中蛋白質(zhì)的含量,結(jié)果表明,添加單寧酸能夠顯著提高瘤胃和十二指腸食糜中蛋白質(zhì)的含量,尤其是十二指腸中蛋白質(zhì)含量的提高,說(shuō)明添加單寧酸能提高蛋白質(zhì)的過(guò)瘤胃效果,提高蛋白質(zhì)的利用效率。添加單寧酸顯著降低了糞便中的蛋白質(zhì)含量,而添加單寧酸組提高了十二指腸食糜中蛋白質(zhì)含量,說(shuō)明添加單寧酸能夠提高蛋白質(zhì)在小腸的消化吸收。該結(jié)果與鄭琛(2009)和張曉慶(2010)[3]報(bào)道的研究結(jié)果一致。
3.2日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛尿嘌呤衍生物濃度的影響
尿嘌呤衍生物含量與瘤胃微生物蛋白質(zhì)(MCP)產(chǎn)量存在高度正相關(guān)。Makkar(1995a)的研究結(jié)果也表明,添加提取純單寧酸能夠提高菌體蛋白產(chǎn)量,同時(shí)在含有單寧酸的植物中添加聚乙二醇降低了菌體蛋白的產(chǎn)量。并認(rèn)為動(dòng)物生產(chǎn)性能的提高不僅僅是單寧酸增加過(guò)瘤胃蛋白,同時(shí)單寧酸還能提高瘤胃菌體蛋白合成量。Getachew(2000)[4]認(rèn)為,適量添加含單寧酸類的物質(zhì)有助于菌體蛋白的合成,并認(rèn)為與單寧酸改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝,使能量和蛋白的代謝同步有關(guān)。據(jù)McNeill(1998)報(bào)道,添加銀合歡(73 g/kg DM)濃縮單寧酸對(duì)微生物合成并沒(méi)有影響。Mcneill (2000)[5]也證實(shí),通過(guò)對(duì)尿中嘌呤物質(zhì)的檢測(cè),飼喂Leucaena KX2(116 g/kg DM)單寧酸對(duì)瘤胃微生物菌體蛋白的合成效率沒(méi)有影響。Getachew(2000)[4]報(bào)道適量添加含單寧酸類的物質(zhì)卻有助于菌體蛋白的合成。Wang等(1994)試驗(yàn)還表明,當(dāng)添加朱纓花屬植物單寧酸(20~30 g/kg DM)時(shí),纖維降解菌減少,但菌體蛋白合成量未受影響。
本研究結(jié)果表明,在奶牛日糧中添加單寧酸尿囊素、尿嘌呤衍生物及微生物氮的含量均顯著降低,說(shuō)明添加單寧酸能夠降低瘤胃MCP的產(chǎn)量,這個(gè)結(jié)果與添加單寧酸后瘤胃和十二指腸食糜蛋白質(zhì)含量增加是對(duì)應(yīng)的,其原因可能是單寧酸與蛋白質(zhì)在瘤胃中結(jié)合成單寧酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物,降低了蛋白質(zhì)在瘤胃的降解速度,提高了過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)的含量,從而提高蛋白質(zhì)的利用效率。但本研究結(jié)果與上述學(xué)者報(bào)道的結(jié)果并不一致,其原因可能是單寧酸的類型或者純度不同導(dǎo)致的。
3.3日糧中添加單寧酸對(duì)奶牛氮平衡和氮消化率的影響
Mueller-Harvey(2006)[6]認(rèn)為,植物蛋白最易與單寧酸結(jié)合從而不被消化,因此,蛋白質(zhì)的消化率下降是進(jìn)食單寧酸的典型反應(yīng)。同時(shí),碳水化合物和淀粉的降解率同樣受到影響。Khazaal(1994)在對(duì)各種單寧酸含量不同的牧草進(jìn)行試驗(yàn)結(jié)果表明,單寧酸含量與干物質(zhì)消化率呈負(fù)相關(guān)。本研究設(shè)計(jì)初日糧中食入氮的水平是相同的,添加單寧酸后日糧中的糞氮、尿氮的水平都顯著降低(P<0.05),而沉積氮的水平顯著升高(P<0.05),說(shuō)明單寧酸的添加提高了氮在奶牛機(jī)體內(nèi)的利用效率,減少氮排放,沉積氮水平的提高對(duì)應(yīng)氮全消化道表觀消化率的提高,該結(jié)果與徐載春(1995)在綿羊上試驗(yàn)的結(jié)果是一致的。
4.1奶牛日糧中添加單寧酸能顯著提高瘤胃液氨氮濃度,提高瘤胃食糜和十二指腸食糜中CP的含量,降低糞便中CP含量。
4.2奶牛日糧中添加單寧酸能顯著降低尿囊素、尿嘌呤衍生物以及微生物氮的含量。
4.3奶牛日糧中添加單寧酸能顯著降低糞氮、尿氮、瘤胃食糜氮消化率,提高機(jī)體沉積氮和全消化道氮表觀消化率。
4.4日糧中添加單寧酸能提高過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)數(shù)量,降低糞尿中氮含量,提高奶牛對(duì)蛋白質(zhì)的利用效率。
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(編輯:文奇男,wenqinan@sohu.com)
Effect of tannins on protein metabolism for dairy cows
Liu Licheng, Wei Ximing, Song Weihong, Gan Wenping, Liu Di
Abstract:In order to determine the effect of tan?nins on rumen protein metabolism, 3×3 Latin square design was used with three duodenal and rumen fistula dairy cows, tannins was applied in?to diet at 0 g(control, F0), 20 g(F1) and 40 g(F2). The results showed that tannins could significant?ly increased (P<0.05) concentration of ammonia-N and duodenal protein and the nitrogen appar?ent digestibility of total tract, and F2 was greaterbook=46,ebook=50than F1(P<0.05), and F1 was greater than F0(P<0.05). Tannins could significantly increased (P<0.05) concentration of ruminal protein, nitrogen retention, and significantly decreased (P<0.05) allantoin, urine purine derivatives, microbial nitrogen, feces nitrogen, urine nitrogen and rumen nitrogen digest?ibility, but there was no significantly difference between F2 and F1(P>0.05). Conclusion: tannins could increase rumen-undegraded protein, reduce emissions of feces nitrogen and urine nitrogen.
Key words:tannin;protein;metabolism
基金項(xiàng)目:東北農(nóng)區(qū)奶牛規(guī)模化健康養(yǎng)殖生產(chǎn)技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化示范[2012BAD12B05];黑龍江省博士后資助項(xiàng)目[LBH-Z10040];國(guó)家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系[CARS-37]
收稿日期:2015-06-09
通訊作者:劉娣,教授,博士生導(dǎo)師。
作者簡(jiǎn)介:劉立成,博士,副研究員,研究方向?yàn)榉雌c動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼養(yǎng)。
中圖分類號(hào):S816.11
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1001-991X(2016)01-0045-05
doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.01.010