程光民 陳鳳梅 劉建勝 徐相亭 (山東畜牧獸醫(yī)職業(yè)學(xué)院 濰坊 261061)
牛奶尿素氮是乳蛋白的一部分,在評價奶牛日糧蛋白質(zhì)利用率、蛋白質(zhì)需要量、日糧能氮平衡等方面起著極其重要的作用。本文闡述了牛奶尿素氮主要影響因素及其在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用,為合理配制奶牛日糧和科學(xué)地飼養(yǎng)管理提供參考依據(jù)。
牛奶尿素氮(Milk Urea Nitrogen,MUN)是指尿素在牛奶中的濃度,單位常用mg/dL表示。飼喂NRC推薦的日糧奶牛MUN一般在10~16mg/dL范圍之內(nèi),荷斯坦牛的平均MUN值是15.5mg/dL(Johnson等,2003)。MUN過高或過低都反映了奶牛的代謝紊亂,并可引發(fā)奶牛的繁殖障礙等問題,從而影響奶牛有效生產(chǎn)性能的發(fā)揮。自20世紀(jì)90年代中期以來,歐美等奶業(yè)發(fā)達(dá)國家就將MUN的檢測作為牛群改良計劃(DHI)中所必須檢測的指標(biāo)之一。趙秀英等(2010)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),MUN可用于評定泌乳奶牛日糧中蛋白質(zhì)的利用率和蛋白質(zhì)與能量的配比關(guān)系。因此,為了監(jiān)測奶牛日糧營養(yǎng)狀況,估測氮排泄量,提高奶牛繁殖性能,生產(chǎn)上有必要進(jìn)行MUN檢測。
(1)國外研究表明,MUN有87%營養(yǎng)因素所致,13%由非營養(yǎng)因素所致。營養(yǎng)因素主要包括日糧中粗蛋白(CP)、瘤胃降解蛋白(RDP)、過瘤胃蛋白(RUP)、產(chǎn)奶凈能(NEL)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)和能氮比等,其中蛋白質(zhì)對MUN的影響作用最大。非營養(yǎng)因素主要包括奶牛品種、胎次、泌乳天數(shù)、季節(jié)和管理水平等。但國外有關(guān)這些營養(yǎng)因素和非營養(yǎng)因素對MUN值影響的報道有一定差異。(2)目前,國內(nèi)研究表明,MUN受制于奶牛品種、養(yǎng)殖方式、日糧組成、飼養(yǎng)管理水平、牛奶采樣方法和測定方法等因素。黃文明(2009)研究表明,MUN值受到了營養(yǎng)因素(CP, NEL, RDP和RUP)和非營養(yǎng)因素(取樣方法、奶樣前處理方法、奶牛胎次)的影響,與FCM、乳脂含量和牛奶中的體細(xì)胞數(shù)(SCC)有極顯著的相關(guān)關(guān)系,和乳蛋白含量有顯著的相關(guān)關(guān)系,其中DIM和日糧CP是影響MUN值的主要因素。
1.1.1 蛋白質(zhì)水平 關(guān)于日糧粗蛋白質(zhì)對MUN影響的報道有很多。翟少偉等(2004)認(rèn)為MUN的含量與過瘤胃蛋白的關(guān)系最為密切。Hristov和Ropp(2005)報道,日糧蛋白質(zhì)水平的差異小于1.0%即可對MUN產(chǎn)生顯著影響。也有一些研究表明,高于1%的蛋白質(zhì)水平差異才能使MUN產(chǎn)生顯著或極顯著的差異(Broderick,2005)。但Flis和Wattiaux (2005)發(fā)現(xiàn),1.0%蛋白質(zhì)水平的差異沒有對MUN產(chǎn)生顯著的影響。Mhamed等(2001)研究表明,日糧蛋白質(zhì)水平1.5%的差別并沒有顯著影響B(tài)UN濃度。日糧蛋白質(zhì)水平對MUN的影響結(jié)果不一,可能與不同研究中蛋白質(zhì)水平差異的程度、日糧的組成、試驗動物的品種等不同有關(guān)。
1.1.2 蛋白質(zhì)降解率 Davidson等(2003)研究結(jié)果表明,飼喂不同蛋白質(zhì)降解率日糧的奶牛MUN濃度存在顯著差異。翟少偉(2008)統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)奶牛日糧的RDP水平比RUP水平更容易提高M(jìn)UN的濃度。黃文明等(2010)研究結(jié)果表明,RDP含量和RUP含量對MUN值有極顯著影響,RDP含量的決定系數(shù)高于RUP含量的決定系數(shù)。但也有一些學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)該因素產(chǎn)生的影響不顯著。Dunlap等(2000)的研究表明,飼喂蛋白質(zhì)降解率不同日糧的奶牛,其MUN值接近。Haig等(2002)報道,日糧蛋白質(zhì)降解率對PUN和MUN未產(chǎn)生顯著的影響。不少學(xué)者還發(fā)現(xiàn),日糧蛋白質(zhì)降解率對BUN也沒有顯著的影響(Reynal和Broderick等,2003)??梢姡占Z蛋白質(zhì)降解率是否會對MUN產(chǎn)生顯著影響的結(jié)果不盡相同,可能是日糧蛋白質(zhì)降解率的差異程度以及日糧蛋白質(zhì)攝入量 的多少所致(Gonda和Lindberg, 1994)。
1.1.3 能量水平 (1)能量是動物日糧中重要的成分之一。能量不足或過剩都會影響奶牛氮代謝。日糧中添加脂肪、降低NDF、提高非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(NSC)含量均可提高能量水平。一般情況下,能量缺乏時候,RDP未能被有效地利用合成微生物蛋白,降解的氨在肝臟轉(zhuǎn)變?yōu)槟蛩?,從而提高BUN水平。(2)Rodriguez等(1997a)的研究表明,在日糧中添加脂肪對MUN濃度沒有顯著影響。Kauffman和Stpierre(2001)發(fā)現(xiàn),相同蛋白質(zhì)不同NDF水平(30%和40%)的日糧也未對MUN或PUN產(chǎn)生顯著的影響。但Nousiainen等(2004)報道,蛋白質(zhì)水平相同的日糧中增加NDF水平,MUN濃度提高,但幅度很小,他們也未發(fā)現(xiàn)能量平衡與MUN間有密切的關(guān)系。但Kirchgessner等(1986)認(rèn)為,限制能量供應(yīng)可能提高M(jìn)UN水平。
1.1.4 氮能比 動物的生長代謝需要能氮平衡,尤其是反芻家畜,否則會出現(xiàn)代謝紊亂,適宜的氮能比有益于動物的生長代謝。Οltner和Wiktorsson(1983)認(rèn)為,在一定的氮能比情況下,蛋白質(zhì)的攝入量對MUN的影響很小,改變?nèi)占Z的氮能比則對MUN產(chǎn)生顯著影響。Οltner等(1985)的研究表明,日糧氮能比要比特定組成日糧中氮的絕對攝入量對MUN值的影響大。黃文明等(2010)研究結(jié)果表明,能氮比與MUN值有極顯著的相關(guān)性,呈二次曲線關(guān)系。翟少偉(2008)通過對702頭荷斯坦奶牛,118種日糧的試驗結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明,日糧蛋白質(zhì)水平是對MUN影響最大的因素,其次為能氮比。
1.1.5 氨基酸 Bach等(2000)研究表明,飼喂相同蛋白質(zhì)水平、而氨基酸組成不同日糧的奶牛MUN值沒有顯著差異,氨基酸組成較差的日糧組MUN低于氨基酸組成較好的日糧組。Leonardi等(2003)研究結(jié)果表明,添加適量蛋氨酸,MUN的濃度沒有顯著提高。同時,添加蛋氨酸對尿或糞中氮排泄沒有影響。Schwab(1996)總結(jié)發(fā)現(xiàn)當(dāng)添加瘤胃保護(hù)賴氨酸和蛋氨酸時,乳中的酪蛋白可顯著增加,而乳中非蛋白氮(包括大部分MUN)沒有顯著變化,并且當(dāng)RUP中賴氨酸和蛋氨酸水平低、RUP采食量高時這種效果更明顯。
1.1.6 粗飼料種類 Campeneere等(2006)試驗結(jié)果表明,粗飼料的種類對MUN有重要影響。試驗用18頭奶牛,采用拉丁方設(shè)計,分3個處理組,即100%玉米青貯料組(處理1組),50%玉米青貯料+50%牧草青貯料組(處理2組)及100%牧草青貯料組(處理3組),給奶牛提供相同的精料,且每天都提供100g的RDP用以平衡日糧。結(jié)果表明,處理1組和處理3組總的氮分泌量相同,環(huán)境排放量也相同,但處理1組的MUN濃度顯著高于處理3組的MUN濃度,可見粗糧類型和品質(zhì)均會影響MUN的產(chǎn)量。
1.2.1 動物品種 MUN濃度的高低主要由營養(yǎng)因素決定,但由于遺傳潛力以及氮利用能力的差異,也可能發(fā)生不同奶牛采食相同日糧而MUN值差異較大的情況(Wood等,2003)。奶牛品種的差異可以顯著影響乳中的NPN和PUN(Barton等,1996),說明了奶牛品種的差異會對MUN產(chǎn)生影響。Kauffman等(2001)在奶牛數(shù)量固定的條件下研究荷斯坦奶牛和娟姍奶牛兩個品種之間UN和MUN之間的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者均是線性相關(guān)。Rajah-Schultz等(2003)對12頭低產(chǎn)奶牛(平均產(chǎn)奶量<7.258kg)和12頭高產(chǎn)奶牛(平均產(chǎn)奶量>10.433kg)MUN值的變化做了測試,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在同一飼養(yǎng)管理水平下,高產(chǎn)牛群的MUN值變異低。世界各國的奶牛一般不是原產(chǎn)地的品種,而是利用引進(jìn)品種,經(jīng)長期的馴化及系統(tǒng)選育自己的品種或品系。中國荷斯坦牛的遺傳背景與國外的荷斯坦牛有較大的差別(梁學(xué)武,2002),對MUN的影響情況可能與國外不同。
1.2.2 體重 目前關(guān)于體重與MUN的關(guān)系存在分歧。Allen(2001)研究結(jié)果表明,MUN濃度與體重存在函數(shù)關(guān)系,體重較大的動物,其MUN量也較大;而Hojman等(2005)試驗結(jié)果表明,荷斯坦奶牛的體重與MUN呈指數(shù)關(guān)系,初產(chǎn)牛的MUN量很低。Hojman等(2004)研究結(jié)果表明,體重在600~630kg的MUN值最低,小于該體重,MUN值隨體重的增加而降低,大于該體重,隨體重的增加而升高。
1.2.3 胎次和泌乳階段 (1)不同泌乳階段和胎次的奶牛,氮的利用率有一定的差異,使得MUN含量也存在差異。泌乳周期可分為4階段:產(chǎn)奶期<30d、30~90d、90~180d、>180d。每一階段MUN檢測都有不同的作用。產(chǎn)奶期<30d的牛測定MUN值對決定產(chǎn)奶高峰期的營養(yǎng)計劃至關(guān)重要,產(chǎn)奶期為30~90d的牛測定MUN值的意義在于觀察受胎率,產(chǎn)奶期為90~180d的牛群測定MUN值主要是觀察日糧蛋白質(zhì)的攝入量,對產(chǎn)奶期為180d以上的牛來說,MUN值過高,表明日糧蛋白質(zhì)部分被浪費。(2)Yoon等研究表明,不同泌乳期奶牛的MUN濃度存在著顯著的差異。Johnson的研究結(jié)果指出泌乳前30 d的MIJN值顯著低于其它泌乳階段,MUN的最高含量在90~120d,而在此以前,MUN值隨泌乳天數(shù)的增加而升高,之后逐漸降低。其他研究者也都發(fā)現(xiàn)MUN值在整個泌乳期都有相似的變化規(guī)律。MUN的變化趨勢與奶產(chǎn)量的變化類似,呈現(xiàn)波峰現(xiàn)狀。(3)不同胎次奶牛的MUN也有一定的差異。Mitchell等研究發(fā)現(xiàn),一胎和二胎奶牛第一情期受胎率分別為27.3%±0.42和23.4%±0.41,差異極顯著,首次配種前后30d內(nèi)MUN值與空懷天數(shù)的遺傳相關(guān)系數(shù)分別為0.21和0.41,差異顯著。
1.2.4 季節(jié) 季節(jié)和月份影響MUN值。Hojman等研究發(fā)現(xiàn),MUN值在十一月時最低,然后逐漸升高,六月份時達(dá)到最高值,之后又緩慢降低。Hojman還分析了1996頭荷斯坦奶牛的25485條DHI記錄,得出了相似的結(jié)論:不同季節(jié)的MUN值有顯著差異,春季和夏初的含量最高,冬季的含量最低。推測可能原因是涼爽季節(jié)日糧能量和蛋白質(zhì)均容易達(dá)到平衡,炎熱和寒冷季節(jié)日糧蛋白質(zhì)過剩,能量缺乏,導(dǎo)致MUN的含量不穩(wěn)定。而Yoon等得出了與之相反的結(jié)果,他認(rèn)為冬春兩季奶牛MUN值高于夏秋兩季。
1.2.5 飼喂程序 Godden等認(rèn)為,MUN值也可能和不同的飼喂程序有關(guān),當(dāng)飼喂制度穩(wěn)定時,可能會使MUN的日間變化減少。我國奶牛一般喂料3次/d,國外多為2次/d,飼養(yǎng)管理方式與國外也不相同。DHI規(guī)范要求實行3次/d飼喂制度的奶牛場按照早、中、晚4∶3∶3的比例進(jìn)行混合以代表全天奶樣。
1.2.6 產(chǎn)奶量 研究表明MUN值隨奶產(chǎn)量的增加而增加。Wattiaux認(rèn)為經(jīng)產(chǎn)奶牛MUN值隨奶產(chǎn)量的升高而增加,到55kg/d時逐漸降低;初產(chǎn)牛低于40kg/d時變化不大,高于40kg后MUN值逐漸降低。Rajala-Schultz等統(tǒng)計了平均產(chǎn)奶量為10916kg的1074頭高產(chǎn)奶牛的MUN平均值是13.6mg/dL,654頭平均產(chǎn)奶量為6 850kg低產(chǎn)奶牛MUN平均值11.1mg/dL,可見高產(chǎn)奶牛的MUN值可能高于低產(chǎn)奶牛。
1.2.7 取樣方法和采樣時間 MUN含量測定的準(zhǔn)確性還受其取樣方法和采樣時間的影響。科學(xué)地采集乳樣是準(zhǔn)確測定奶牛MUN含量的前提。王衛(wèi)東等(2010)研究結(jié)果表明,手工取樣和流量計取樣的乳成分含量存在極顯著差異。郭同軍等(2008)研究結(jié)果表明,在同一天MUN的值早晨略大于晚間,擠奶前期MUN含量大于擠奶后期MUN含量。Broderick等(1997)報道,上午和下午MUN濃度不同,其原因可能是由于上午和下午的飼喂、擠奶間隔時間不同引起的。Elrod等(1993)報道,PUN濃度全天都有波動。一般來說,PUN濃度最大在飼喂前,最小在飼喂后4~6h。尤其當(dāng)將日糧中的粗料和精料分開飼喂而不是混合飼喂時,相比飼喂時間,采樣時間顯得更為重要。因此,為了保證MUN值的準(zhǔn)確性和各個牛場之間DHI報告的可比性,很有必要研究3次/d取樣和全天樣的MUN含量的差異。
1.2.8 測定方法 (1)準(zhǔn)確地測定乳中MUN含量是發(fā)揮其作用的前提。根據(jù)測定原理的不同,可將MUN測定方法分為3類∶一是紅外法,利用紅外光照射,測定儀器主要是紅外分析儀,常見的有Foss 4000和Foss6000,紅外法是國內(nèi)進(jìn)行DHI測定的主要方法;二是酶法,用酶處理奶樣后產(chǎn)生氨,通過測定氨的變化來計算MUN值。常用的儀器有CL-10,Skalar和Bentley,酶法是國外進(jìn)行DHI測定的主要方法;三是化學(xué)法,加入的特定化學(xué)試劑與尿素反應(yīng)生成有色物質(zhì),一定范圍內(nèi)有色物質(zhì)的色澤深淺與尿素濃度呈正比,多用比色法測定。(2)不同的實驗室或不同儀器測定的MUN有一定的差異。Peterson等比較了常見的五種儀器(CL-10, Skalar, Bentley, Foss 4000和Foss 6000),結(jié)果發(fā)現(xiàn),Bentley, Skalar和Foss 6000的回收率比較高,三者之間沒有顯著差異,CL-10法的回收率顯著低于上面三種方法,顯著高于Foss 4000法,可見不同的儀器和方法之間也有一定的差異。Broderick等認(rèn)為紅外法和化學(xué)法的結(jié)果存在顯著差異,紅外法和酶法測定的結(jié)果相關(guān)性很低,而化學(xué)法和酶法測定結(jié)果的相關(guān)性較高,說明紅外法(Foss 4000)不適用于MUN的檢測。然而,Arunvipas等在PEMQL實驗室進(jìn)行的研究表明,F(xiàn)oss 4000的準(zhǔn)確性和重復(fù)性優(yōu)于CL-10法。他們認(rèn)為兩種方法的測定結(jié)果在統(tǒng)計學(xué)上有一定差異,但是絕對差異較小不會影響應(yīng)用。翟少偉認(rèn)為利用二乙酰一肟法測定牛奶中的尿素氮濃度有較高的準(zhǔn)確度和精確度,且對設(shè)備要求不高,一般的實驗室都能進(jìn)行,具有很大的應(yīng)用潛力。
在評價日糧蛋白質(zhì)利用率、能氮平衡及最大效率地利用飼料蛋白質(zhì)、降低成本等方面有著重要的意義。如果MUN含量過高,則直接反映出飼料中能氮不平衡,蛋白質(zhì)沒有被有效地利用,造成日糧氮的浪費;如果MUN含量過低,則證明蛋白質(zhì)補(bǔ)充不足,影響奶牛的生產(chǎn)性能。奶牛飼喂過量蛋白質(zhì)會使MUN值偏高,說明部分蛋白質(zhì)飼料被浪費(崔勝,2006)。因此,MUN值的測定可以評價奶牛日糧中蛋白質(zhì)是否平衡,為合理配制奶牛日糧提供更為可靠的依據(jù),同時可以降低飼料成本。日糧不同營養(yǎng)成分與MUN值的關(guān)系見表1。
可根據(jù)MUN值和乳蛋白含量反映日糧的粗蛋白水平和能氮平衡(表2),乳蛋白指標(biāo)用于評價粗蛋白水平,MUN用于評價能量水平,兩者結(jié)合可用于評價能氮平衡。
表2 不同MUN和乳蛋白含量條件下的日糧蛋白和能量水平
(1)據(jù)統(tǒng)計,動物氮的排泄是造成水污染的重要原因之一。通過檢測MUN,可以避免蛋白質(zhì)飼喂過量,增加氮的利用效率,從而減少氮的排放。(2)奶牛氮的排出途徑主要有三個,分別是:UN、FN以及乳中的氮(MN),UN對環(huán)境的影響最大。Lockyer等認(rèn)為,從尿液中排出來的氨是糞的6~7倍。董銀喜等試驗發(fā)現(xiàn)泌乳前、中和后期的FN排放量為169、154和115g/d·頭,NU的排放量為310、288和228g/d·頭。(3)Burgos的試驗表明UN和FN都隨MUN值升高而升高,UN比FN與MUN的相關(guān)性更高。不同泌乳階段,MUN值與尿素氮排泄量的關(guān)系有極顯著差異,泌乳早期和晚期是二次曲線關(guān)系,中期是直線關(guān)系。日糧蛋白質(zhì)攝入量的增加導(dǎo)致尿氮濃度的升高,超過動物蛋白質(zhì)需要量的氮,都通過尿液排出。張美莉等(2006)研究結(jié)果表明,MUN與奶??偟判沽棵芮邢嚓P(guān),說明乳尿素氮可以用來監(jiān)測奶牛向環(huán)境中排泄氮的總量。不同的研究者給出了不同的用MUN值預(yù)測UN和FN的預(yù)測公式(表3)。這些預(yù)測公式的系數(shù)和截距差異較大,估計與奶牛品種、日糧組成、試驗條件和時間等有一定關(guān)系。
表3 用MUN值預(yù)測UN或FN的公式
(1)MUN過高過低都不利于奶牛的繁殖。MUN過高或過低反映了奶牛的代謝紊亂,引發(fā)奶牛的繁殖障礙問題,導(dǎo)致生產(chǎn)性能的降低。(2)國內(nèi)外眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn),MUN和繁殖率之間存在著顯著的負(fù)相關(guān)。Arunvipas等從加拿大的375個商業(yè)奶牛場的繁殖數(shù)據(jù)得出,MUN值從10mg/dL升高到20mg/dL,一次配種受胎率降低了13.9%。Guo分析了713個牛群的10271頭荷斯坦奶牛的數(shù)據(jù)得出MUN值與一次受胎率呈負(fù)相關(guān),MUN升高10 mg/dL,受胎率降低2~4個百分點。Butler等的研究發(fā)現(xiàn),高產(chǎn)奶牛MUN高于17mg/dL可導(dǎo)致繁殖率降低。Carlsson等認(rèn)為MUN值低于7mg/dL或者高于17.6mg/dL才有副作用。Rhoads等指出高M(jìn)UN值在黃體中期對子宮內(nèi)環(huán)境的影響最大,這段時期對早期胚胎發(fā)育至關(guān)重要,并決定了胚胎的長期發(fā)育。(3)MUN影響受胎率的機(jī)理可能是,過高的MUN值對精子、卵子和胚胎有毒害作用,從而導(dǎo)致繁殖率降低。高M(jìn)UN值將改變子宮內(nèi)環(huán)境pH值和子宮內(nèi)液體的尿素、鎂、鉀、磷和鋅的濃度。但也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),高濃度的MUN可以降低子宮的pH值和前列腺素的產(chǎn)生,能使促黃體素和卵巢受體結(jié)合,影響孕酮濃度和繁殖力。
以上研究成果的差異性原因可能是,①奶牛品種不同;②飼養(yǎng)管理不同,奶牛對MUN的耐受程度不同;③奶樣的取樣方法和MUN的測定方法不同。
Miglior(2007)研究認(rèn)為MUN的遺傳力為0.384~0.414。Mitchell等的研究也得出MUN的遺傳力為0.06~0.44。Wood等研究了加拿大6102頭荷斯坦奶牛的奶產(chǎn)量、乳成分產(chǎn)量和MUN的遺傳力與遺傳相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)奶產(chǎn)量、乳成分與MUN遺傳力接近,表明MUN同奶產(chǎn)量性狀一樣可以作為有效的選擇指標(biāo)。Stoop的研究得出MUN與乳脂、乳蛋白、乳糖產(chǎn)量的遺傳相關(guān)分別為0.41, 0.38,0.22??梢?,MUN是能夠作為遺傳育種性能評價指標(biāo)。
MUN是DHI必備的日常監(jiān)測指標(biāo)之一。BUN也可評價,但采集血樣會對奶牛造成嚴(yán)重的應(yīng)激反應(yīng),而且測定結(jié)果不穩(wěn)定。相比較而言,MUN的采樣較為方便,不會對奶牛造成應(yīng)激,與BUN之間有強(qiáng)線性相關(guān)關(guān)系。另外,MUN檢測方法經(jīng)濟(jì)、簡便,可適用于所有動物。因此,在生產(chǎn)上可用MUN代替BUN來監(jiān)控日糧的氮水平、能氮平衡,以及奶牛氮利用率、繁殖率以及診斷代謝疾病等,進(jìn)而為合理配制奶牛日糧提供參考依據(jù)。