單寧酸對奶牛蛋白質代謝效率的影響

■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)科學院博士后科研工作站，黑龍江哈爾濱150030）

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單寧酸對奶牛蛋白質代謝效率的影響

■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動物，采用3×3拉丁方試驗設計，對照組（F0組）飼喂基礎日糧，試驗組在基礎日糧中分別添加20 g（F1組）和40 g（F2組）單寧酸，研究不同劑量的單寧酸對奶牛蛋白質代謝效率的影響。研究結果表明：單寧酸能顯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瘤胃蛋白質含量，降低糞尿中氮的排放。

關鍵詞：單寧酸；蛋白質；代謝

反芻動物食入氮約有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%的進食蛋白質轉化為畜產(chǎn)品，因此，通過飼料調(diào)控提高進食氮的利用率，減少氮向環(huán)境的排放是目前反芻動物營養(yǎng)學中備受關注的問題。單寧酸具有保護蛋白質不在瘤胃內(nèi)降解，降低了可溶性蛋白質在瘤胃的降解率，使過瘤胃蛋白質數(shù)量增加，從而提高家畜利用蛋白質的效率，同時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象，研究奶牛日糧中添加單寧酸對瘤胃、十二指腸及全消化道氮的消化和利用，為提高奶牛蛋白質利用效率提供理論基礎。

1　材料與方法

1.1試驗動物

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的健康無疾病荷斯坦母牛作為試驗動物。

1.2試驗時間和地點

試驗于2010年8月～10月在東北農(nóng)業(yè)大學試驗實習基地進行。

1.3試驗材料

購買產(chǎn)自斯洛文尼亞的Farmatan誘食劑作為試驗素材，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試驗設計

試驗采用3×3拉丁方試驗設計，分3期進行，每期20 d，預飼期7 d，正式期13 d，對照組（F0組）飼喂基礎日糧，基礎日糧組成和營養(yǎng)水平見表1，試驗組在基礎日糧中分別添加20 g（F1組）和40 g（F2組）誘食劑Farmatan；試驗牛日糧精粗混合飼喂，每天早晚飼喂兩次，自由飲水。

1.5樣品的采集與測試

1.5.1樣品的采集

在正式期的最后2 d為采樣時間，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)從瘤胃進行多點采樣，每頭牛每個時間點采集瘤胃液300 ml左右，4層紗布過濾，棄殘渣，取上清液分裝在塑料管中，-20℃冷凍保存，待測瘤胃氨氮濃度；采集瘤胃和十二指腸食糜冷凍保存測試蛋白質含量。

表1　試驗牛日糧組成及營養(yǎng)水平(干物質基礎）

每階段正式試驗期的第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先稱重塑料桶中，并每天混合，然后取2%樣品，-20℃保存待測。同時，采用尿插管法收集每頭牛的尿液，用量筒測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制成次級尿樣，裝入塑料瓶內(nèi)-40℃貯存，用于測定尿囊素和尿酸含量。

1.5.2測試指標及方法

氨氮濃度利用分光光度計用比色法測定。

粗蛋白質的測試采用FOSS全自動凱氏定氮儀測定。

嘌呤衍生物包括尿酸含量采用尿酸測定試劑盒（酶比色法）測定，尿囊素采用ELISA試劑盒（酶聯(lián)免疫吸附法）進行測定。

微生物蛋白質合成量按照Chen和Gomez（1995）提出下式計算出每天微生物氮（MN）供應量：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），計算微生物氮量。

酸不溶性灰分（AIA）的測定:用內(nèi)源指示劑法測定酸不溶性灰分后，計算表觀消化率。

日糧營養(yǎng)物質消化率（%）＝100%-

1.6數(shù)據(jù)處理

基礎數(shù)據(jù)采用Excel電子表格進行處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析利用SAS 2008軟件包的平衡試驗設計ANOVA進行方差分析，采用Duncan氏進行均值的多重比較。

2　結果與分析

2.1日糧中添加單寧酸對奶牛瘤胃蛋白質代謝指標的影響（見表2）

表2　日糧中添加單寧酸對奶牛蛋白質代謝指標的影響

從表2可以看出，隨著采食時間的變化，瘤胃內(nèi)氨氮濃度呈先升高而后降低的趨勢。在采食0 h時間點，3個試驗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時間點，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時間點，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個時間點平均值比較，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含量隨著采食時間的變化呈先升高后降低的趨勢，且添加單寧酸兩組瘤胃食糜CP含量高于對照組。在采食后3個時間點和3個時間點的瘤胃食糜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十二指腸食糜CP含量的影響，隨著采食時間的變化，F(xiàn)0組十二指腸食糜中CP含量呈逐漸降低的趨勢，F(xiàn)1組和F2組先降低而后增加。在采食后0、8 h及3個時間點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時間點，3個試驗組間差異不顯著（P>0.05）。

3個試驗組日糧設計初其CP含量是相同的，即3個試驗組日糧CP含量間差異不顯著（P>0.05），而糞便中CP含量比較結果，F(xiàn)0組顯著高于其他兩個添加單寧酸組（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奶牛尿嘌呤衍生物濃度的影響（見表3）

表3　日糧添加單寧酸對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）；添加單寧酸對奶牛尿酸濃度無顯著性影響（P>0.05）。

2.3日糧中添加單寧酸對奶牛氮平衡和氮消化率的影響（見表4）

由于設計日糧中蛋白質水平是相同的，因此3個試驗組食入氮水平無顯著性差異（P>0.05）；添加單寧酸兩個試驗組糞氮和尿氮水平顯著低于對照組（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個試驗組間差異不顯著（P>0.05）；添加單寧酸兩個試驗組沉積氮值顯著高于對照組（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個試驗組間差異不顯著（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；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奶牛氮平衡和氮消化率的影響

3　討論

3.1日糧中添加單寧酸對奶牛瘤胃蛋白質代謝指標的影響

氨氮是瘤胃微生物生長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)種類瘤胃細菌生長的唯一氮源。氨氮濃度反映了日糧中含氮物質，尤其是蛋白質降解和利用的程度。在絕大多數(shù)情況下，氨的產(chǎn)生遠遠超過微生物的利用，過量的氨被動物吸收，在體內(nèi)轉化為尿素。一部分尿素可隨唾液重新進入瘤胃，但大部分卻隨尿液排出體外。通常情況下，大約25%～30%左右的飼料蛋白質因此而浪費，因此應控制瘤胃氨氮的產(chǎn)生量。反芻動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)氨活性高的細菌，如消化鏈球菌、嗜氨梭菌及斯氏梭菌。這些細菌被認為可以將超過25%的飼料蛋白質脫氨基。本研究結果表明，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數(shù)量的結果相吻合，但與單寧酸降低高效產(chǎn)氨菌數(shù)量的結果相反，其原因可能是細菌的數(shù)量和活性的原因。但本研究的結果與Makkar（1995a）報道的結果相同。因為瘤胃中氨氮主要是脫氨酶通過對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，單寧酸和蛋白質通常是在瘤胃pH值為6～7的情況下發(fā)生結合，并在皺胃pH<3.5時發(fā)生解離，從而釋放出更多的蛋白質供胃蛋白酶和胰蛋白酶消化。Waghorn（2003）[1]認為單寧酸和蛋白質這種結合后過瘤胃的作用，被認為是一種能夠增加小腸氨基酸吸收率的途徑。Min（2003）[2]進行單寧酸對蛋白質的保護作用，結果發(fā)現(xiàn)飼喂單寧酸的綿羊十二指腸非氨態(tài)氮的氮流速（可認為是蛋白逃離瘤胃的速度）與添加單寧酸的含量呈正相關關系（R2=0.85；P<0.05），同時瘤胃菌體蛋白的合成與單寧酸的含量無相關性（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。這種機制可能包括，抑制瘤胃蛋白降解菌的生長同時單寧酸與蛋白的結合物也減少瘤胃可利用蛋白的量。Slanikove（2001）報道，不同植物的單寧酸影響降解程度與蛋白質、纖維物質結合的能力不同，單寧酸-蛋白質復合物的強度決定于單寧酸、蛋白質雙方的特性，包括分子量、三級結構、等電電和結合位置的相容性。

本研究測試瘤胃和十二指腸中食糜中蛋白質的含量，結果表明，添加單寧酸能夠顯著提高瘤胃和十二指腸食糜中蛋白質的含量，尤其是十二指腸中蛋白質含量的提高，說明添加單寧酸能提高蛋白質的過瘤胃效果，提高蛋白質的利用效率。添加單寧酸顯著降低了糞便中的蛋白質含量，而添加單寧酸組提高了十二指腸食糜中蛋白質含量，說明添加單寧酸能夠提高蛋白質在小腸的消化吸收。該結果與鄭?。?009）和張曉慶（2010）[3]報道的研究結果一致。

3.2日糧中添加單寧酸對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（MCP）產(chǎn)量存在高度正相關。Makkar（1995a）的研究結果也表明，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。并認為動物生產(chǎn)性能的提高不僅僅是單寧酸增加過瘤胃蛋白，同時單寧酸還能提高瘤胃菌體蛋白合成量。Getachew(2000)[4]認為，適量添加含單寧酸類的物質有助于菌體蛋白的合成，并認為與單寧酸改變營養(yǎng)物質的代謝，使能量和蛋白的代謝同步有關。據(jù)McNeill（1998）報道，添加銀合歡（73 g/kg DM）濃縮單寧酸對微生物合成并沒有影響。Mcneill （2000）[5]也證實，通過對尿中嘌呤物質的檢測，飼喂Leucaena KX2（116 g/kg DM）單寧酸對瘤胃微生物菌體蛋白的合成效率沒有影響。Getachew（2000）[4]報道適量添加含單寧酸類的物質卻有助于菌體蛋白的合成。Wang等（1994）試驗還表明，當添加朱纓花屬植物單寧酸（20～30 g/kg DM）時，纖維降解菌減少，但菌體蛋白合成量未受影響。

本研究結果表明，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，說明添加單寧酸能夠降低瘤胃MCP的產(chǎn)量，這個結果與添加單寧酸后瘤胃和十二指腸食糜蛋白質含量增加是對應的，其原因可能是單寧酸與蛋白質在瘤胃中結合成單寧酸-蛋白質復合物，降低了蛋白質在瘤胃的降解速度，提高了過瘤胃蛋白質的含量，從而提高蛋白質的利用效率。但本研究結果與上述學者報道的結果并不一致，其原因可能是單寧酸的類型或者純度不同導致的。

3.3日糧中添加單寧酸對奶牛氮平衡和氮消化率的影響

Mueller-Harvey（2006）[6]認為，植物蛋白最易與單寧酸結合從而不被消化，因此，蛋白質的消化率下降是進食單寧酸的典型反應。同時，碳水化合物和淀粉的降解率同樣受到影響。Khazaal（1994）在對各種單寧酸含量不同的牧草進行試驗結果表明，單寧酸含量與干物質消化率呈負相關。本研究設計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），說明單寧酸的添加提高了氮在奶牛機體內(nèi)的利用效率，減少氮排放，沉積氮水平的提高對應氮全消化道表觀消化率的提高，該結果與徐載春（1995）在綿羊上試驗的結果是一致的。

4　結論

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瘤胃蛋白質數(shù)量，降低糞尿中氮含量，提高奶牛對蛋白質的利用效率。

參考文獻

[1] Waghorn G C,McNabb W C, Consequences of plant phenolic com?pounds for productivity and health of ruminants[J]. Proc Nutr Soc., 2003,62:383-392.

[2] Min B R, Barry T N, Attwood G T, et al. The effect of condensed tannins on the nutrition and health of ruminants fed fresh temper?ate forages: a review. Anim Feed Sci. Tech., 2003,106:3-19.

[3]張曉慶，郝正里，李發(fā)弟，等.紅豆草縮合單寧對綿羊瘤胃代謝及飼糧尼龍袋降解率的影響[J].草業(yè)學報，2010，19:166-172.

[4] Getachew G, Makkar H P S, Becker K. Tannins in tropical brows?es: effects on in vitro microbial fermentation and microbial pro?tein synthesis in media containing different amounts of nitrogen [J]. J. Agric. Food Chem., 2000, 48:3581-3588.

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[6] Mueller-Harvey I., Unravelling the conundrum of tannins in ani?mal nutrition and health[J]. J. Sci Food Agri., 2006, 86:2010-2037.

（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

基金項目：東北農(nóng)區(qū)奶牛規(guī)?；】叼B(yǎng)殖生產(chǎn)技術集成與產(chǎn)業(yè)化示范[2012BAD12B05]；黑龍江省博士后資助項目[LBH-Z10040];國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術體系[CARS-37]

收稿日期：2015-06-09

通訊作者：劉娣，教授，博士生導師。

作者簡介：劉立成，博士，副研究員，研究方向為反芻動物營養(yǎng)與飼養(yǎng)。

中圖分類號：S816.11

文獻標識碼：A

文章編號：1001-991X（2016）01-0045-05

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.01.010