肉牛及奶牛生長(zhǎng)階段飼糧的氨基酸限制性順序及理想氨基酸模式研究現(xiàn)狀

■李 媛 刁其玉 屠 焰

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所奶牛營(yíng)養(yǎng)學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081）

NRC(2012)[1]和NRC(1994)[2]已給出詳細(xì)的各個(gè)生長(zhǎng)階段的豬和家禽的氨基酸營(yíng)養(yǎng)需要量，NRC（2000）[3]也給出了生長(zhǎng)肉牛的氨基酸需要量預(yù)測(cè)模型，而關(guān)于奶牛生長(zhǎng)階段的氨基酸營(yíng)養(yǎng)需要還缺乏系統(tǒng)的研究。NRC(2001)[4]指出后備牛的蛋白和氨基酸需要量的確定可劃分為四個(gè)階段：斷奶前、過渡期（2～4月齡）、4月齡～配種期、配種后～產(chǎn)犢前。研究后備母牛的氨基酸需要量有助于提升牛場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益和母牛的生產(chǎn)力。但目前氨基酸限制性順序及需要量的研究多集中在犢牛和成年牛，有關(guān)于生長(zhǎng)階段后備牛氨基酸需要量的研究鮮見報(bào)道，飼糧氨基酸需要量及其理想氨基酸模式還處于空白。本文對(duì)牛生長(zhǎng)階段的氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究現(xiàn)狀做一綜述，旨在為后備牛生長(zhǎng)階段的氨基酸限制性順序及需要量模型的研究提供參考。

1 牛生長(zhǎng)階段的限制性氨基酸

1.1 牛生長(zhǎng)階段的主要限制性氨基酸

小腸是生長(zhǎng)牛吸收氨基酸的主要場(chǎng)所。小腸中的氨基酸主要來(lái)源于飼糧中的瘤胃非降解蛋白和瘤胃微生物蛋白[5]，所以飼糧氨基酸組成并不是決定牛生長(zhǎng)階段的氨基酸需要量和限制性順序的唯一因素。當(dāng)微生物蛋白的量不能滿足牛的生長(zhǎng)需要時(shí)，某些氨基酸也會(huì)成為牛的限制性氨基酸。Titgemeyer等(1990)[6]研究表明，當(dāng)真胃灌注蛋氨酸（Met）時(shí)，生長(zhǎng)牛的氮（N）沉積增加17%。此外，只有當(dāng)灌注Met時(shí)，N沉積才增加，所以Met可能是生長(zhǎng)公牛的第一限制性氨基酸。但是僅僅灌注Met的效果不及混合灌注氨基酸的效果顯著。Greenwood等(1999)[7]和L?est等(2001)[8]研究表明，Met、組氨酸（His）、賴氨酸（Lys）、亮氨酸（Leu）和纈氨酸（Val）是生長(zhǎng)荷斯坦公牛的限制性氨基酸。這些結(jié)果顯示，生長(zhǎng)牛的限制性氨基酸不止一種，相比于只有一兩種關(guān)鍵氨基酸，到達(dá)真胃的氨基酸越豐富，牛生長(zhǎng)性能越好。

1.2 牛生長(zhǎng)階段的氨基酸限制性順序

目前對(duì)犢牛及生長(zhǎng)公牛氨基酸限制性順序的研究很多。表1匯總了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于牛生長(zhǎng)階段氨基酸限制性順序的研究結(jié)果。結(jié)果表明，生長(zhǎng)牛的氨基酸限制性順序受品種、日齡、體重等多個(gè)因素影響。Lys和Met為牛生長(zhǎng)階段的前兩種限制性氨基酸，蘇氨酸（Thr）、色氨酸（Trp）和His可能是牛生長(zhǎng)階段的第三限制性氨基酸。

表1 牛生長(zhǎng)階段的氨基酸限制性順序

大量研究表明飼糧的過瘤胃蛋白的含量是影響反芻動(dòng)物生長(zhǎng)階段氨基酸限制性順序的一個(gè)重要因素。大麥易被瘤胃降解，過瘤胃低，F(xiàn)enderson等(1975)[9]研究表明，當(dāng)生長(zhǎng)公牛的飼糧含80%的大麥時(shí)，Met是第一限制性氨基酸。玉米蛋白的過瘤胃率較高，以玉米為基礎(chǔ)飼糧的生長(zhǎng)公牛灌注Lys，發(fā)現(xiàn)Lys可能是第一限制性氨基酸。當(dāng)飼糧蛋白組成多為瘤胃降解蛋白時(shí)，到達(dá)小腸的氨基酸多為微生物蛋白，此時(shí)限制性氨基酸多與微生物蛋白的組成有關(guān)。Nimrich等（1970）[16]等研究表明以尿素為唯一氮源的生長(zhǎng)綿羊，氨基酸限制性順序?yàn)長(zhǎng)ys、Met、Thr。

2 牛生長(zhǎng)階段的氨基酸平衡模式

2.1 氨基酸平衡

氨基酸平衡是保證氨基酸利用效率最大化的關(guān)鍵。實(shí)際生產(chǎn)中都會(huì)嚴(yán)格把控氨基酸的添加量，考慮多種限制性氨基酸之間的平衡關(guān)系，確定適宜的氨基酸添加比例，做到精準(zhǔn)飼喂，以確保氨基酸平衡。飼糧中某些氨基酸的不足和過量都會(huì)使氨基酸之間失去平衡，從而影響畜禽的生長(zhǎng)發(fā)育。Abe等（1999）[17]研究發(fā)現(xiàn)，向體重約為103 kg生長(zhǎng)牛真胃內(nèi)投喂0.333 g/kg BW的Met，育成牛會(huì)出現(xiàn)明顯的中毒癥狀；Abe等（2001）[18]研究發(fā)現(xiàn)，150 kg的育成牛每天攝入64 g Lys時(shí)腹瀉率明顯增加。此外飼糧氨基酸平衡是降低飼養(yǎng)成本，節(jié)約蛋白飼料資源的一個(gè)首要手段。氨基酸平衡能保證最大程度發(fā)揮各個(gè)氨基酸的利用效率，從而降低飼糧蛋白水平，節(jié)約成本。

2.2 牛生長(zhǎng)階段的理想氨基酸模式（IAAP）的研究進(jìn)展

近年來(lái)，理想氨基酸模式在成年奶牛的研究較多，對(duì)生長(zhǎng)階段反芻動(dòng)物的氨基酸平衡模式的研究較少。Hill等（2008）[19]研究表明，5周齡前犢牛代乳料中Lys、Met和 Thr的適宜比例為 100∶31∶60；刁其玉[20]提出羔羊的氨基酸平衡模型為L(zhǎng)ys、Thr和Trp比值為100∶50.5∶14.3。云強(qiáng)等（2011）[21]研究表明，8～16周齡犢牛的玉米-豆粕型開食料中適宜的Lys、Met比例為3.1∶1。

氨基酸平衡模式的構(gòu)建除與飼糧和動(dòng)物本身有關(guān)外，還受研究方法的影響。動(dòng)物理想氨基酸模式的研究方法主要有析因法、計(jì)量效應(yīng)法、屠體法和氨基酸部分扣除法。許多研究指出析因法和劑量效應(yīng)法易受其他因素的影響，結(jié)果都存在一定的問題。陳正玲（2001）[22]研究用三種方法確定的肉鴨IAAP之間存在一定差異，屠體法測(cè)定的模式只能作為參考，劑量效應(yīng)法測(cè)定的維持生長(zhǎng)模式與AA部分扣除法確定的模式相對(duì)較為接近，AA部分扣除法確定的模式可能與肉鴨實(shí)際的IAAP更為接近。AA部分扣除法是基于析因法和劑量效應(yīng)法兩者優(yōu)點(diǎn)于一體的準(zhǔn)確測(cè)定IAAP的有效方法。通過扣除飼糧部分氨基酸觀察動(dòng)物的生長(zhǎng)性能、飼料轉(zhuǎn)化率、N沉積等指標(biāo)，從而確定動(dòng)物的氨基酸限制性順序。Wang等(2010)[23]采用AA部分扣除法確定了豬的理想氨基酸模型，并作為NRC（2012）[1]修訂豬IAAP的一個(gè)重要依據(jù)。但氨基酸扣除法在反芻動(dòng)物IAAP的研究中應(yīng)用不多，有兩篇研究采用AA部分扣除法確定了犢牛和羔羊的IAAP。Wang J H等[15]采用氨基酸扣除法指出獲得最大ADG時(shí)0～2和4～6周齡犢牛的Lys、Met和Thr需求比例為100∶35∶63和100∶27∶67。李雪玲等[24]采用氨基酸扣除法確定了60～90日齡和90～120日齡羔羊獲得最大ADG、F/G和DP時(shí)，Lys、Met、Thr和Trp的適宜比例為100∶44∶42∶8和100∶41∶38∶11，并且采用屠體法驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)二種方法確立的羔羊氨基酸適宜比例相近。

目前氨基酸部分扣除法已應(yīng)用于單胃動(dòng)物的氨基酸限制性順序及平衡模式的研究，但此方法在反芻動(dòng)物尤其在生長(zhǎng)牛IAAP的研究方面的應(yīng)用較少。由于反芻動(dòng)物的特殊消化生理，該方法是否適用于不同階段生長(zhǎng)牛的IAAP研究需進(jìn)一步驗(yàn)證，生長(zhǎng)牛適宜的理想氨基酸模式研究方法也需進(jìn)一步探索。

3 牛生長(zhǎng)階段氨基酸需要量的研究

由于反芻動(dòng)物的特殊消化過程，評(píng)定反芻動(dòng)物的氨基酸需要量不能根據(jù)其攝入的氨基酸量進(jìn)行評(píng)定，要根據(jù)其進(jìn)入小腸并被吸收的氨基酸量，也就是代謝氨基酸量來(lái)確定。表2和表3匯總了近年來(lái)國(guó)外學(xué)者對(duì)生長(zhǎng)階段牛的代謝氨基酸需要量的研究結(jié)果。我們可以看出品種、體重、日增重均是影響生長(zhǎng)階段牛的氨基酸需要量的因素。

表2 牛生長(zhǎng)階段代謝氨基酸的需要量

表3 生長(zhǎng)肉牛Met的需要量

R.A.Zinn(1988)[33]根據(jù)表3中的研究成果擬合出了生長(zhǎng)肉牛Met的需要量模型METR=1.956+0.029 2PG+0.029 0W（PG：蛋白增重，W：體重，R2=0.92），用此模型計(jì)算得的氨基酸需要量與其動(dòng)物試驗(yàn)測(cè)定的生長(zhǎng)肉牛氨基酸需要量相近。R.A.Zinn等(1998)[25]等將上述公式具體化，得出了依據(jù)體重和日增重確定Met需要量的模型：METR=(1.956+0.029 2×ADG[268-(29.4×0.055 7BW0.75×ADG1.097)÷ADG]+0.112×BW0.75)，經(jīng)過100頭生長(zhǎng)公牛的飼養(yǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證得出本公式計(jì)算的小腸Met的提供量與實(shí)際測(cè)定量之間的相關(guān)性達(dá)0.99，此模型可用于計(jì)算肉牛生長(zhǎng)階段Met需要量。Monta?o等(2016)[34]用192頭公牛驗(yàn)證了NRC(2000)[3]氨基酸需要量計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，認(rèn)為NRC(2000)[3]提供了可靠的計(jì)算飼糧提供給小腸代謝氨基酸量及生長(zhǎng)牛代謝氨基酸的需要量的模型。但目前很少有研究證實(shí)此計(jì)算模型在生長(zhǎng)牛增重關(guān)鍵時(shí)期的實(shí)用性。

由于瘤胃發(fā)酵的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致進(jìn)入生長(zhǎng)牛小腸的氨基酸的數(shù)量和種類不統(tǒng)一，計(jì)算到達(dá)小腸的氨基酸量非常困難，所以近些年有關(guān)建立不同階段生長(zhǎng)牛的氨基酸需要量模型研究很少。但模型的建立是確定各階段反芻動(dòng)物氨基酸需要量的基礎(chǔ)，通過模型的擬合確立各階段生長(zhǎng)牛的氨基酸需要量是有待研究的重點(diǎn)。模型建立需要以大批量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，但目前生長(zhǎng)階段后備牛的氨基酸需要量還處于空白，所以研究生長(zhǎng)后備牛的氨基酸需要量，為后續(xù)模型的建立提供基礎(chǔ)刻不容緩。

4 牛生長(zhǎng)階段的微生物蛋白(MCP)的氨基酸組成及影響因素研究

瘤胃微生物以發(fā)酵產(chǎn)生的ATP和揮發(fā)性脂肪酸為能量和碳源，以氨基酸和氨為底物合成微生物蛋白質(zhì)。微生物蛋白質(zhì)是一種“高質(zhì)量”的蛋白質(zhì)，它會(huì)同過瘤胃蛋白質(zhì)隨食糜進(jìn)人真胃和小腸，供動(dòng)物體吸收和利用。大量研究表明，MCP可提供成年奶牛所需的絕大部分氨基酸；犢牛由于瘤胃發(fā)育不完善，MCP合成有限，微生物提供的氨基酸較少，其氨基酸主要由飼糧提供；生長(zhǎng)牛的瘤胃發(fā)育基本完善，已具備基本的合成MCP的能力，所以MCP為生長(zhǎng)牛氨基酸的另一主要來(lái)源。因此，MCP的氨基酸組成也可能會(huì)影響生長(zhǎng)牛的氨基酸平衡及需要量。

大量研究證明，MCP的氨基酸組成與微生物的種類直接相關(guān)。瘤胃微生物主要分為細(xì)菌、原蟲和微生物三種，此外還可根據(jù)其存在方式分為液相菌（游離于瘤胃液）和固相菌（附著于飼料顆粒）。表4匯總了近幾年研究中的瘤胃微生物蛋白的主要氨基酸組成。從表中可以看出不同群系MCP主要氨基酸組成存在一定差異，Rodríguez等[35]和周勃等[36]結(jié)果發(fā)現(xiàn)固相菌中Lys含量高于液相菌；王洪榮等(2009)[37]研究發(fā)現(xiàn)，原蟲、細(xì)菌和微生物的氨基酸組成存在一定的差異，原蟲的Val含量高于細(xì)菌和微生物，細(xì)菌和微生物的Lys含量高于原蟲。

表4 瘤胃MCP的氨基酸組成

有研究表明，微生物區(qū)系的變化是造成瘤胃微生物中某些氨基酸含量和比例差異較大的原因。而瘤胃微生物區(qū)系可能受飼糧等其他因素的影響。Vogel等(1983)[39]研究表明，飼糧對(duì)瘤胃微生物的氨基酸組成沒有影響；而Erasmus等(1994)[40]、王洪榮(1998)[41]的研究表明瘤胃微生物的氨基酸組成會(huì)受飼糧的影響。迄今，有關(guān)MCP的氨基酸的研究已有很多，但結(jié)果不一，瘤胃微生物氨基酸組成是否會(huì)改變，改變的原因及機(jī)理仍不清楚。作為牛生長(zhǎng)階段氨基酸主要來(lái)源之一，MCP的氨基酸組成對(duì)其氨基酸平衡及需要量的影響未見研究。所以以MCP氨基酸組成研究為切入點(diǎn)，研究其對(duì)生長(zhǎng)牛氨基酸平衡的影響是生長(zhǎng)牛氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究的另一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。

5 小結(jié)

奶牛理想氨基酸模型的建立已取得一定的進(jìn)展，但大多局限于成年奶牛和犢牛，后備牛理想氨基酸模型的研究還處于空白。飼糧是決定后備牛氨基酸平衡的一個(gè)重要因素，研究飼糧對(duì)氨基酸需要量的影響及生長(zhǎng)牛小腸氨基酸的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制對(duì)氨基酸平衡模式的構(gòu)建有重要意義。此外，還需把MCP的氨基酸組成作為重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)MCP氨基酸組成及改變機(jī)理的研究。最終以飼糧和MCP氨基酸含量和組成為基礎(chǔ)，篩選合適的理想氨基酸模型的構(gòu)建方法，成功構(gòu)建后備牛理想氨基酸模式。目前的氨基酸需要量研究大多以動(dòng)物血液或肉中的氨基酸量為基礎(chǔ)，反向倒推氨基酸需要量；或者以飼糧和小腸食糜氨基酸含量為基礎(chǔ)確定氨基酸需要量。MCP的氨基酸組成很少被考慮，所以MCP是否對(duì)生長(zhǎng)牛氨基酸平衡和需要量有影響也是建立生長(zhǎng)牛理想氨基酸模型需考慮的另一主要因素。