生物調(diào)控釋放型尿素對奶牛產(chǎn)奶量、乳成分、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和血清生化指標(biāo)的影響

王二旦 劉吉生 劉巧蘭 呂佳穎 王吉東 楊占濤 比莎娜·阿扎提 阿拉依古麗·托合塔別克 都 文 李勝利*

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.長春博瑞科技股份有限公司，長春 130118)

隨著國民對奶產(chǎn)品需要量的增長，我國奶業(yè)對優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料的需求也在不斷擴(kuò)大，但受到近年中美貿(mào)易摩擦的影響，豆粕等優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料價格居高不下，極大程度上增加了生鮮乳生產(chǎn)成本。反芻動物由于瘤胃微生物的存在，可以利用非蛋白氮(non-protein nitrogen，NPN)轉(zhuǎn)化為微生物蛋白(microbial protein，MCP)，再將MCP合成機(jī)體所需蛋白質(zhì)[1]，從而減少優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料的使用量，可在一定程度緩解國內(nèi)優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)原料緊缺的現(xiàn)狀。

本試驗(yàn)通過一種新型的SRU產(chǎn)品——生物調(diào)控釋放型尿素(bio-regulated release urea，BRRU)，替代泌乳中期奶牛飼糧中不同比例豆粕，旨在研究BRRU對奶牛產(chǎn)奶量、乳成分、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和血清生化指標(biāo)的影響，為實(shí)際生產(chǎn)中NPN在奶牛生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和實(shí)操指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)中使用的BRRU是由長春某農(nóng)牧股份集團(tuán)有限公司提供，其的簡要制備過程如下：1)將尿素與粉碎玉米按一定比例混合后進(jìn)行膨化處理(100～120 ℃)制成膨化尿素；2)將膨化尿素、纖維類飼料原料(苜蓿、燕麥草粉等)、麩質(zhì)類飼料原料(麥麩、油糠等)與硬脂酸按照一定比例混合制粒；3)使用加熱的硬脂酸(90～100 ℃)對混合的顆粒進(jìn)行3次包被。BRRU與常規(guī)SRU的最大差異在于其產(chǎn)品密度低，僅為0.85～0.93 g/cm3。BRRU主要營養(yǎng)水平：干物質(zhì)含量93.72%，氮含量18.51%(粗蛋白質(zhì)當(dāng)量115.69%)，粗脂肪含量34.76%，淀粉含量14.61%，中性洗滌纖維含量3.04%，酸性洗滌纖維含量1.47%，粗灰分含量0.54%。根據(jù)NRC(2001)產(chǎn)奶凈能(NEL)計(jì)算公式得出BRRU的NEL為24.95 MJ/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)于2020年5月1日至2020年7月30日在北京首農(nóng)畜牧發(fā)展有限公司金銀島牧場進(jìn)行。選取胎次、泌乳天數(shù)和7日平均產(chǎn)奶量相近的健康荷斯坦奶牛36頭，隨機(jī)分為3組，每組12頭牛。對照組飼喂基礎(chǔ)飼糧，試驗(yàn)1、2組分別飼喂用BRRU替代基礎(chǔ)飼糧中12.5%和25.0%豆粕的試驗(yàn)飼糧。試驗(yàn)牛群信息見表1。

表1 試驗(yàn)牛群信息Table 1 Information of experimental cows

試驗(yàn)飼糧參照我國《奶牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 34—2004)配制。對照組飼糧粗蛋白質(zhì)水平為16.7%，飼糧中豆粕含量為6.79%，未添加BRRU；試驗(yàn)1組飼糧粗蛋白質(zhì)水平為16.8%，由0.32% BRRU替代基礎(chǔ)飼糧中12.5%豆粕；試驗(yàn)2組飼糧粗蛋白質(zhì)水平為16.9%，由0.74% BRRU替代基礎(chǔ)飼糧中25.0%豆粕。試驗(yàn)飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。預(yù)試期14 d，試驗(yàn)2組奶牛先飼喂試驗(yàn)1組飼糧過渡7 d后再飼喂試驗(yàn)2組飼糧。正試期45 d。各組奶牛散欄飼養(yǎng)，自由飲水，每天擠奶3次(06:30、13:30和20：30)，飼喂3次(07：00、14：00和20：00)。

表2 試驗(yàn)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

1.3 樣品采集與指標(biāo)測定

1.3.1 產(chǎn)奶量和乳成分的測定

使用利拉伐2×12并列式擠奶系統(tǒng)，每天擠奶3次，并自動記錄產(chǎn)奶量。在正試期的第1、15、30和45天分別在早、中和晚3次擠奶時，使用擠奶系統(tǒng)的分流器采集3組試驗(yàn)牛群奶樣各50 mL，并加入重鉻酸鉀防腐劑，以4∶3∶3比例混勻在50 mL的離心管中，4 ℃保存，24 h內(nèi)送至北京奶牛中心，使用乳成分體細(xì)胞數(shù)聯(lián)機(jī)測定儀(YQ1-57)進(jìn)行測定。依據(jù)NY/T 2659—2014方法檢測乳脂率、乳蛋白率和乳糖率，依據(jù)ZD-70-2015方法檢測牛奶中尿素氮含量。4%乳脂矯正乳(fat-corrected milk，F(xiàn)CM)產(chǎn)量的計(jì)算公式如下：

FCM(kg/d)=0.4M+15F。

式中：M為非標(biāo)準(zhǔn)奶的重量(kg)；F為非標(biāo)準(zhǔn)奶的脂肪含量(kg)。

1.3.2 瘤胃發(fā)酵參數(shù)的測定

在正試期的第1、15、30和45天，每組試驗(yàn)牛群中隨機(jī)選取6頭牛采集瘤胃液樣品，-20 ℃保存待測。根據(jù)Broderick等[10]方法測定瘤胃液NH3-N含量，每個樣品設(shè)3個平行；根據(jù)蘇海涯[11]總結(jié)優(yōu)化和Zinn等[12]提出的嘌呤法測定瘤胃液MCP含量，每個樣品設(shè)3個平行；根據(jù)田雨佳[13]總結(jié)優(yōu)化和Erwin等[14]提出的氣相色譜分析法測定瘤胃液揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量，每個樣品設(shè)2個平行。

1.3.3 血清生化指標(biāo)的測定

在正試期的第1、15、30和45天，每組試驗(yàn)牛群中分別隨機(jī)選取6頭牛進(jìn)行尾根靜脈采血10 mL，在4 ℃、1 600×g的條件下離心15 min，-20 ℃保存待測。測定指標(biāo)包括：甘油三脂(TG)、尿素氮(UN)、非酯化脂肪酸(NEFA)以及β-羥丁酸(BHBA)含量，使用GF-D200型半自動生化分析儀(山東高密彩虹分析儀器有限公司)、722型分光光度計(jì)(山東高密彩虹分析儀器有限公司)進(jìn)行測定。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2016進(jìn)行整理。使用SAS 9.2的PROC MIXED模型進(jìn)行差異顯著性分析，包括處理、時間和處理×?xí)r間的交互效應(yīng)。每個時間點(diǎn)產(chǎn)奶量、乳成分指標(biāo)、4%FCM產(chǎn)量、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和血清生化指標(biāo)則使用單因素方差分析。試驗(yàn)數(shù)據(jù)以平均值和均值標(biāo)準(zhǔn)誤(SEM)表示，P<0.05表示差異顯著，0.05≤P<0.10表示有趨勢。

2 結(jié) 果

2.1 BRRU對奶牛產(chǎn)奶量的影響

由表3可知，試驗(yàn)1組整個正試期(第1～45天)的產(chǎn)奶量比對照組提高了0.34 kg/d，而試驗(yàn)2組卻降低了0.61 kg/d，但各組整個正試期及各階段的產(chǎn)奶量均無顯著差異(P>0.05)。隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，各組產(chǎn)奶量有降低趨勢(0.05≤P<0.10)。

表3 BRRU對奶牛產(chǎn)奶量的影響Table 3 Effects of BRRU on milk yield of dairy cows kg/d

2.2 BRRU對奶牛乳成分和4% FCM產(chǎn)量的影響

由表4可知，各組整個正試期及各階段的乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳中尿素氮(MUN)含量和4% FCM產(chǎn)量均無顯著差異(P>0.05)。但試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組的乳脂率相較于對照組均有所提高，且試驗(yàn)2組整個正試期的乳脂率提高幅度最大。試驗(yàn)1組整個正試期的4% FCM產(chǎn)量最高，相較于對照組和試驗(yàn)2組分別提高了1.43和0.43 kg/d；試驗(yàn)2組整個正試期的4% FCM產(chǎn)量相較于對照組提高了1.00 kg/d。

表4 BRRU對乳成分和4% FCM產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of BRRU on milk composition and 4% FCM yield of dairy cows

2.3 BRRU對奶牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

由表5可知，試驗(yàn)1組正試期第15天的瘤胃液NH3-N含量顯著高于對照組(P<0.05)；試驗(yàn)2組正試期第15、30天以及整個正試期的瘤胃液NH3-N含量均顯著高于對照組(P<0.05)，正試期第1和45天有升高趨勢(0.05≤P<0.10)；試驗(yàn)1組第1、30、45天和整個正試期的瘤胃液NH3-N含量均高于試驗(yàn)1組，但差異不顯著(P>0.05)。試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組整個正試期的瘤胃液MCP含量高于對照組，有升高趨勢(0.05≤P<0.10)；試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組第15、30和45天的瘤胃液MCP含量均顯著高于對照組(P<0.05)；試驗(yàn)1組與試驗(yàn)2組整個正試期及各階段的瘤胃液MCP含量差異不顯著(P>0.05)。

表5 BRRU對奶牛瘤胃液NH3-N和MCP含量的影響Table 5 Effects of BRRU on contents of NH3-N and MCP in rumen fluid of dairy cows

由表6可知，各組整個正試期及各階段的瘤胃液乙酸、丙酸、丁酸和總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)含量以及乙酸/丙酸均無顯著差異(P>0.05)。

表6 BRRU對奶牛瘤胃液VFA含量的影響Table 6 Effects of BRRU on content of VFA in rumen fluid of dairy cows

2.4 BRRU對奶牛血清生化指標(biāo)的影響

由表7可知，試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組整個正試期的血清UN含量相對于對照組有所升高，但差異不顯著(P>0.05)，僅在第1天有升高趨勢(0.05≤P<0.10)。各組整個正試期及各階段的血清TG、BHBA以及NEFA含量均無顯著差異(P>0.05)，均處于正常水平。

表7 BRRU對奶牛血清生化指標(biāo)的影響Table 7 Effects of BRRU on serum biochemical indexes of dairy cows

2.5 BRRU對奶牛場經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表8可知，隨著BRRU替代豆粕比例的增加，飼料成本隨之降低，試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組飼料成本分別比對照組降低了0.27和0.62元/(d·頭)。與對照組相比，試驗(yàn)1組和試驗(yàn)2組的牛奶收入分別增加了6.00和4.20元/(d·頭)，經(jīng)濟(jì)效益分別增加了6.28和4.82元/(d·頭)。

表8 BRRU對奶牛場經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 8 Effects of BRRU on economic effectiveness of dairy farm 元/(d·頭)

3 討 論

3.1 BRRU對奶牛產(chǎn)奶量、乳成分和奶牛場經(jīng)濟(jì)效益的影響

產(chǎn)奶量是衡量奶牛生產(chǎn)性能最重要的指標(biāo)，影響產(chǎn)奶量的因素有很多，包括遺傳、生理、環(huán)境等方面。遺傳因素對奶牛產(chǎn)奶量的影響相對較低，影響產(chǎn)奶量最重要的因素就是飼糧營養(yǎng)[15]。正常情況下，尿素在瘤胃中會被迅速降解為氨，當(dāng)瘤胃中氨含量過高時，就會產(chǎn)生氨中毒。BRRU是通過一系列的加工處理，使得尿素借助反芻動物的反芻生理，控制尿素在瘤胃中釋放速度。BRRU在瘤胃中緩慢釋放，有利于瘤胃微生物及時地利用氨合成MCP，既能夠促進(jìn)能氮平衡，也可以有效地提高尿素利用率，避免反芻動物氨中毒。有研究表明，用125 g SRU替代1 kg豆粕，對奶牛采食量、消化率、產(chǎn)奶量和乳成分均無顯著影響[16]，這與本研究產(chǎn)奶量無顯著變化的結(jié)果一致。但BRRU替代飼糧中12.5%豆粕組產(chǎn)奶量提高了0.34 kg/d，與Inostroza等[17]的研究結(jié)果相似，其在奶牛的飼糧中添加114 g/d SRU，產(chǎn)奶量增加了0.5 kg/d。

乳脂肪、乳蛋白及乳糖是牛奶中最重要的營養(yǎng)成分，同時也是評價奶品質(zhì)的重要指標(biāo)。但有研究表明，在飼糧中添加不同水平的尿素與乳蛋白含量無顯著影響[18-19]。本研究中，各組乳蛋白率、乳糖率、MUN含量和4% FCM產(chǎn)量差異均不顯著；但2個試驗(yàn)組的乳脂率均由一定提高，試驗(yàn)2組的乳脂率提高了0.56%，這與Salami等[8]和Susmel等[18]研究結(jié)果相似。MUN含量在奶牛實(shí)際生產(chǎn)中有重要意義，通過MUN含量可評定奶牛飼糧中蛋白質(zhì)利用率以及蛋白質(zhì)與能量的配比關(guān)系[20]。目前我國比較認(rèn)可的MUN標(biāo)準(zhǔn)含量是10～16 mg/dL，美國MUN標(biāo)準(zhǔn)含量是8～14 mg/dL[21]。本試驗(yàn)結(jié)果中，各組奶牛MUN含量均在合理范圍之內(nèi)，說明用一定比例的BRRU替代豆粕對奶牛健康無不良影響。

近年來，國內(nèi)豆粕等優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)原料價格居高不下，飼糧成本也隨之升高，使用NPN替代豆粕顯得十分迫切。Inostroza等[17]在美國威斯康辛州的一個商業(yè)牧場對2 368頭奶牛進(jìn)行反轉(zhuǎn)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)飼糧添加114 g/d SRU，產(chǎn)奶量增加了0.5 kg/d，提高了牧場經(jīng)濟(jì)效益。本研究同樣發(fā)現(xiàn)，隨著BRRU替代豆粕比例的增加，飼糧成本隨之降低，BRRU替代飼糧12.5%豆粕，牧場經(jīng)濟(jì)效益增加了6.28元/(d·頭)，飼喂效果較好。

3.2 BRRU對奶牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

NH3-N是瘤胃內(nèi)蛋白質(zhì)類和NPN化合物共同分解的終產(chǎn)物，是瘤胃微生物合成MCP的主要原料[22]。瘤胃中的NH3-N含量處于動態(tài)平衡狀態(tài)，受氮的攝入、MCP合成速率和瘤胃對NH3-N的吸收等因素影響，因此生產(chǎn)過程中需要維持瘤胃內(nèi)適宜的NH3-N含量以保證MCP的正常合成。本試驗(yàn)中，2個試驗(yàn)組的瘤胃液NH3-N含量在正試期第15、30天以及整個正試期均顯著高于對照組。此結(jié)果與Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，使用SRU產(chǎn)品提高飼糧中的豆粕提高了NH3-N和VFA含量。這說明各種類的SRU產(chǎn)品在瘤胃的降解速度和降解過程與豆粕存在差異。

瘤胃微生物利用NH3-N合成的MCP，是奶牛最主要的氮源，可滿足機(jī)體蛋白質(zhì)需要量的40%～80%。然而當(dāng)瘤胃NH3-N含量過高時，MCP的合成能力會達(dá)到飽和，過量的NH3-N不能被微生物充分利用，會造成NH3-N通過瘤胃壁進(jìn)入血液，在肝臟中轉(zhuǎn)化為尿素，并最終隨尿液排出體外，造成飼料蛋白質(zhì)資源的浪費(fèi)。有研究表明，飼糧中添加SRU產(chǎn)品可提高飼料轉(zhuǎn)化效率和氮的利用效率[8,24]。本研究中，2個試驗(yàn)組的瘤胃液MCP含量均有所提高，且在第30和45天時顯著提高，說明BRRU可以提高M(jìn)CP產(chǎn)量。但隨著BRRU替代豆粕比例的增加，整個正試期瘤胃液MCP含量卻沒有隨之升高，可能是由于瘤胃NH3-N含量過高，造成MCP的合成能力達(dá)到飽和。與本研究結(jié)果相似，Gardinal等[25]在肉牛飼糧中添加1%聚合物包被SRU，瘤胃NH3-N含量顯著提高，MCP合成雖有所提高，但差異不顯著。

VFA是反芻動物主要的能量來源，其為反芻動物提供超過70%總能需要量的能量，同時也為瘤胃微生物提供主要的碳架來源[26]。瘤胃碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生VFA，包含乙酸、丙酸和丁酸，它們是反芻動物獲得能量、合成乳脂以及維持體脂肪的重要原料。瘤胃中VFA的種類和比例對反芻動物吸收、利用營養(yǎng)物質(zhì)和發(fā)揮生產(chǎn)性能有顯著影響[27]。本試驗(yàn)結(jié)果與Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，即添加BRRU未對瘤胃VFA含量和比例產(chǎn)生顯著影響。但2個試驗(yàn)組的乙酸、丙酸、丁酸含量和總揮發(fā)酸含量數(shù)值上均高于對照組，說明添加BRRU并未對瘤胃發(fā)酵模式產(chǎn)生改變，但是可以增加VFA產(chǎn)量。

3.3 BRRU對奶牛血清生化指標(biāo)的影響

健康動物機(jī)體的血清生化指標(biāo)相對穩(wěn)定，呈動態(tài)平衡。血清UN含量能直觀地反映動物機(jī)體對蛋白質(zhì)的消化吸收與分解代謝，也可以準(zhǔn)確反映出動物飼糧氨基酸平衡情況和機(jī)體的代謝情況。Piccione等[28]發(fā)現(xiàn)，血清UN含量與肝臟中氨基酸降解產(chǎn)生的尿素含量相關(guān)。本試驗(yàn)結(jié)果表明，BRRU替代飼糧不同比例豆粕后，血清UN含量有所升高，這可能是由于BRRU添加造成瘤胃NH3-N含量升高，肝臟中尿素的合成量隨之升高；但各組血清UN含量差異不顯著，這與Pacheco等[9]匯總的研究結(jié)果一致，也表明機(jī)體蛋白質(zhì)代謝情況良好[29]。

血液中TG主要來源于脂肪組織中TG的動員與脂解，因廣泛參與機(jī)體代謝循環(huán)，故時刻在發(fā)生著變化，其含量直接反映動物機(jī)體對脂肪消化吸收狀態(tài)[30]。趙二龍等[31]在研究SRU產(chǎn)品替代飼糧中豆粕對肉牛相關(guān)指標(biāo)的影響時發(fā)現(xiàn)，SRU產(chǎn)品替代飼糧中一定比例豆粕對血中TG含量無顯著影響，與本研究結(jié)果一致。血液中BHBA主要是通過游離脂肪酸在肝臟中氧化合成和瘤胃吸收的丁酸轉(zhuǎn)化而來，當(dāng)奶牛的采食量不能滿足泌乳所消耗的能量需要時出現(xiàn)能量負(fù)平衡，從而產(chǎn)生過多的酮體，超過了機(jī)體自身組織能夠利用的限度時，就會在機(jī)體內(nèi)蓄積，引起酮病[32]。本試驗(yàn)中，BRRU替代飼糧不同比例豆粕對血清BHBA和TG含量無顯著影響，表明BRRU對奶牛機(jī)體健康無負(fù)面影響。

4 結(jié) 論

BRRU替代奶牛飼糧中12.5%豆粕對瘤胃液VFA含量無顯著影響，但會提高奶牛瘤胃液MCP含量、產(chǎn)奶量和4% FCM產(chǎn)量，增加牧場經(jīng)濟(jì)效益，飼喂效果較好。