圍產(chǎn)期飼喂N-氨基甲酰谷氨酸對奶牛泌乳性能、血清生化及免疫指標(biāo)的影響

董旭晟 李遠(yuǎn)杰 法文靜 林雪彥* 胡志勇*

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，泰安 271018；2.泰安金蘭奶牛養(yǎng)殖有限公司，泰安 271018)

精氨酸是奶牛體內(nèi)的一種條件性必需氨基酸，可提高奶牛的氮利用率，降低血漿中氨的濃度[1]。精氨酸能通過“精氨酸-鳥氨酸”通路改善奶牛對氮的利用，并能增加酪蛋白合成[2]。此外，精氨酸也是T細(xì)胞生長成熟的必需營養(yǎng)素，其代謝后的一氧化氮也可以介導(dǎo)免疫反應(yīng)[3]。N-氨甲酰谷氨酸(N-carbamylglutamate, NCG)是精氨酸合成過程中激活劑N-乙酰谷氨酸(N-acetylglutamate, NAG)的結(jié)構(gòu)類似物，其功能與NAG相似且有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，因此近年關(guān)于內(nèi)源精氨酸合成的研究方面，NCG受到越來越多的關(guān)注[4-7]。補(bǔ)充NCG能增加精氨酸的內(nèi)源合成，起到與補(bǔ)充精氨酸相似的效果，因此在飼糧中添加NCG能夠提高奶牛精氨酸的內(nèi)源合成[8]。此外，與在飼糧中直接添加精氨酸和NAG相比，NCG的成本更低，同時NCG具有較高的過瘤胃率[7,9]。

在我國NCG作為豬飼料添加劑的研究較多[10]，NCG能提高哺乳仔豬血漿內(nèi)源性精氨酸濃度、生長激素濃度、生長速度和肌肉蛋白質(zhì)的合成[11-12]。NCG在奶牛上的研究主要集中在泌乳奶牛上，有報道表明NCG可以提高泌乳奶牛的產(chǎn)奶量，提高乳脂和乳蛋白含量，并且在一定程度上可以緩解奶牛熱應(yīng)激[6,13-14]。此外，飼喂NCG可以提高奶牛血漿精氨酸濃度[15]，并有效地促進(jìn)反芻動物腸道組織的尿素循環(huán)[16]。在泌乳中期奶牛的NCG梯度添加試驗(yàn)表明NCG的最佳添加量為20 g/d，添加NCG能夠提高泌乳奶牛的泌乳性能和氮利用率[15,17]。然而，目前在奶牛上添加NCG的相關(guān)研究報道主要集中在泌乳奶牛上，圍產(chǎn)期奶牛NCG的相關(guān)研究較少。

在圍產(chǎn)期，奶牛的代謝水平和生理機(jī)能會發(fā)生很大的變化[18]，導(dǎo)致其免疫力下降，易患乳腺炎等產(chǎn)后疾病，同時由于能量負(fù)平衡會造成奶牛大量的體脂動員[19-20]，易發(fā)生脂肪肝和酮病等營養(yǎng)代謝病，嚴(yán)重影響奶牛的正常生產(chǎn)性能。因此，該階段的目標(biāo)是讓其平穩(wěn)度過圍產(chǎn)期，為后續(xù)最大化發(fā)揮其泌乳性能奠定基礎(chǔ)[18]。其他動物NCG飼喂添加試驗(yàn)表明，NCG的添加有助于緩解動物圍產(chǎn)期的免疫反應(yīng)并減輕產(chǎn)犢造成的應(yīng)激。羊上的研究表明，飼糧中添加NCG對母羊懷孕期間的繁殖和代謝變化起到有益的影響[5]。此外，妊娠期補(bǔ)充NCG可提高母豬的免疫力[21]。作為精氨酸合成的激活劑，直接飼喂NCG可能會增加奶牛體內(nèi)的精氨酸合成，從而提高奶牛生產(chǎn)性能并且改善機(jī)體免疫力。有研究報道，精氨酸能減輕奶牛乳腺炎癥反應(yīng)，并且提高泌乳奶牛氮利用率和牛奶中酪蛋白產(chǎn)量[22-23]，圍產(chǎn)期添加NCG可能達(dá)到與補(bǔ)充精氨酸同樣的作用。因此，本研究旨在評價圍產(chǎn)期飼糧中添加NCG對奶牛產(chǎn)奶量、血清生化及免疫指標(biāo)的影響，為圍產(chǎn)奶牛添加劑的開發(fā)提供一定的數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)選用80頭圍產(chǎn)期荷斯坦母牛[胎次(2.5±1.1)胎，體重(627±46) kg，體況評分3.57±0.21]，隨機(jī)分成4組，A組：產(chǎn)前21 d開始飼喂NCG，至產(chǎn)犢當(dāng)天結(jié)束；B組：產(chǎn)犢當(dāng)天開始飼喂NCG，至產(chǎn)后第21天結(jié)束；C組：產(chǎn)前21 d至產(chǎn)后21 d始終飼喂NCG；D組：產(chǎn)前21 d至產(chǎn)后21 d始終飼喂不添加NCG的基礎(chǔ)飼糧。參考之前奶牛上的相關(guān)研究[15]，本試驗(yàn)NCG的平均添加量為每頭奶牛20 g/d。

1.2 基礎(chǔ)飼糧

基礎(chǔ)飼糧以全混合日糧(TMR)的形式對奶牛進(jìn)行飼喂，基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平如表1所示。每天飼喂前將NCG與TMR混合均勻后進(jìn)行飼喂。將奶牛分為4組，采用散欄式飼喂，所有奶牛自由采食和飲水。

表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

1.3 樣品采集及檢測指標(biāo)

奶牛每天分別于06：00、14：00和20：00進(jìn)行飼喂。產(chǎn)犢后，分別于每天11：00、19：00、03：00進(jìn)行擠奶，產(chǎn)犢后每天記錄各組奶牛的產(chǎn)奶量，并在產(chǎn)犢后19～21 d采集乳樣，用78110乳品快速分析儀(Foss)對乳脂、乳蛋白、乳糖含量，體細(xì)胞數(shù)和乳尿素氮含量進(jìn)行分析。乳脂校正乳(FCM)產(chǎn)量=產(chǎn)奶量×0.432+乳脂含量×16.216。

分別于產(chǎn)前10 d、產(chǎn)犢當(dāng)天、產(chǎn)后21 d，晨喂后3 h從尾靜脈采血。血樣放置于促凝管中，1 000×g離心15 min，用于收集每組的血清樣品。用日立7020型全自動生化分析儀檢測血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)、谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)活性及白蛋白(ALB)、尿素(UN)和葡萄糖(GLU)含量。血清中總蛋白(TP)含量由試劑盒(南京建成生物工程研究所)測定。血清白細(xì)胞介素-4(IL-4)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)、干擾素-α(IFN-α)和免疫球蛋白G(IgG)含量采用放射免疫分析試劑盒(天津九鼎醫(yī)學(xué)生物工程有限公司)進(jìn)行檢測。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

使用SAS 8.2的one-way ANOVA程序進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan氏多重比較檢驗(yàn)法對平均值進(jìn)行多重比較。當(dāng)P<0.05時，表明統(tǒng)計上有顯著差異；當(dāng)0.05≤P<0.10時，表明統(tǒng)計上有差異的趨勢。

2 結(jié) 果

2.1 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛泌乳性能和乳成分的影響

由表2可知，B組產(chǎn)奶量顯著高于D組(P<0.05)，A組和C組產(chǎn)奶量相比于D組有增加的趨勢(0.050.05)。

表2 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛產(chǎn)奶量和乳成分的影響Table 2 Effects of NCG supplementation on milk yield and milk composition in transition cows

2.2 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛血清生化和免疫指標(biāo)的影響

由表3可知，產(chǎn)前10 d，各組血清免疫指標(biāo)差異不顯著(P>0.05)。在產(chǎn)前10 d，A組和C組與其他2組相比，有升高血清IL-6含量的趨勢(0.050.05)。

表3 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛血清免疫指標(biāo)的影響Table 3 Effects of NCG supplementation on serum immune parameters in transition cows

續(xù)表3項(xiàng)目Items采樣時間Sampling timeA組Group AB組Group BC組Group CD組Group DSEMP值P-value白細(xì)胞介素-6IL-6/(pg/mL)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum370.54321.02420.23348.9816.2960.17產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving399.60309.13398.18365.7314.5910.09產(chǎn)后21 d21 days post-partum402.52372.06338.87401.3216.3480.48干擾素-αIFN-α/(pg/mL)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum476.12505.67413.23460.1217.1350.29產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving489.50488.65407.34484.0916.2500.17產(chǎn)后21 d21 days post-partum486.87471.69406.18497.9616.3850.20免疫球蛋白GIgG/(μg/mL)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum255.22302.59227.46283.9814.8190.30產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving314.16325.87263.26279.6912.9760.28產(chǎn)后21 d21 days post-partum322.56278.45253.40278.2512.9870.27

由表4中，產(chǎn)后21 d，C組中血清AST活性顯著低于A組和D組(P<0.05)，B組血清AST活性顯著低于A組(P<0.05)。而產(chǎn)犢前10 d和產(chǎn)犢當(dāng)天，各組中血清AST活性無顯著差異(P>0.05)。產(chǎn)前10 d，A組和C組具有較高的血清TP含量(P<0.05)。在產(chǎn)犢當(dāng)天，B組血清GLU含量顯著高于D組(P<0.05)。在其他采樣時間點(diǎn)，各組間血清ALT活性及TP、ALB和GLU含量無顯著差異(P>0.05)。此外，在產(chǎn)后21 d，B組和D組血清UN含量有降低的趨勢(0.05

表4 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛血清生化指標(biāo)的影響Table 4 Effect of NCG supplementation on serum biochemical parameters in transition cows

續(xù)表4項(xiàng)目Items采樣時間Sampling timeA組Group AB組Group BC組Group CD組Group DSEMP值P-value總蛋白TP/(g/L)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum59.60a49.02b57.38a48.63b1.496<0.01產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving64.9268.6769.8966.121.0150.31產(chǎn)后21 d21 days post-partum68.4774.4661.0076.712.2940.06白蛋白ALB/(g/L)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum33.1632.5831.9531.830.4620.17產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving32.3933.1031.6032.140.3800.59產(chǎn)后21 d21 days post-partum31.3030.3426.3830.510.6490.10尿素氮UN/(mmol/L)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum4.114.474.504.420.1160.27產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving3.733.954.184.230.1340.69產(chǎn)后21 d21 days post-partum4.543.883.834.720.1540.07葡萄糖GLU/(mmol/L)產(chǎn)前10 d10 days ante-partum3.122.663.022.900.0640.06產(chǎn)犢當(dāng)天The day of calving3.42ab3.67a3.50ab3.13b0.0680.03產(chǎn)后21 d21 days post-partum2.733.032.503.120.1100.14

3 討 論

3.1 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛泌乳性能的影響

本研究結(jié)果表明，無論是產(chǎn)前還是產(chǎn)后補(bǔ)充NCG，都可以提高FCM產(chǎn)量，產(chǎn)后添加對FCM產(chǎn)量和乳蛋白含量的提高效果優(yōu)于產(chǎn)前。之前的研究表明，高產(chǎn)奶牛飼糧中添加20 g/d的NCG有提高產(chǎn)奶量(40.2 kg/d vs. 38.1 kg/d)和乳蛋白含量(2.83% vs. 2.74%)的趨勢，然而NCG的添加對乳脂含量沒有顯著影響[15]，這與我們在圍產(chǎn)期奶牛NCG添加的結(jié)果一致。因此，不論是在圍產(chǎn)期還是泌乳期添加NCG，都能提高產(chǎn)奶量。NCG能提高奶牛產(chǎn)奶量的原因可能是因?yàn)槠淠茉黾泳彼岬膬?nèi)源合成。之前有研究表明，向奶牛飼糧中添加NCG能增加血漿中的精氨酸含量[15]。氨甲酰磷酸合成酶-Ⅰ(CPS-Ⅰ)是促進(jìn)精氨酸合成的尿素循環(huán)中第一限速酶，其催化生成氨甲酰磷酸的反應(yīng)是精氨酸內(nèi)源性合成的關(guān)鍵步驟[23]。NAG是該反應(yīng)中CPS-Ⅰ的必要的輔助因子，起著變構(gòu)激活CPS-Ⅰ的作用。而作為NAG的結(jié)構(gòu)類似物，NCG具有與NAG相同的功效，其能進(jìn)入線粒體內(nèi)部激活CPS-Ⅰ，促進(jìn)氨甲酰磷酸的生成，間接提高精氨酸及其代謝產(chǎn)物的合成水平[23]。而精氨酸是一種很重要的氨基酸，其與氮的運(yùn)輸、儲存和排出以及氨在尿素循環(huán)中的分配均有關(guān)。此外，作為精氨酸的代謝產(chǎn)物的一氧化氮可以促進(jìn)乳腺血管增生，這可能也會增加產(chǎn)奶量[2]。本研究表明，NCG添加可提高乳蛋白含量，降低血清尿素含量，產(chǎn)犢后添加NCG可以提高泌乳早期奶牛的乳蛋白含量和產(chǎn)奶量。NCG是提高奶牛泌乳早、中期氮素利用率的一種有效方法[24]，奶牛瘤胃上皮細(xì)胞和十二指腸細(xì)胞可以利用NCG促進(jìn)尿素循環(huán)，從而提高氮和氨的利用率[16]。在泌乳奶牛飼糧中添加NCG，降低了牛奶和血漿中尿素氮的含量，提高了氮利用率，從而改善了奶牛的泌乳性能[13]。因此，本試驗(yàn)中觀察到的NCG對產(chǎn)奶量和乳蛋白含量的提高可能是由于NCG的添加后促進(jìn)了精氨酸的內(nèi)源合成，從而改善了奶牛對氮的利用。

3.2 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛血清免疫指標(biāo)的影響

圍產(chǎn)期奶牛的免疫力會隨著圍產(chǎn)期生理狀態(tài)和環(huán)境的改變而降低[20]，因此這一階段提高奶牛的免疫能力，能減少奶牛產(chǎn)后的疾病并緩解各種疾病對泌乳性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸能通過促進(jìn)免疫球蛋白產(chǎn)生、增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力、增加白細(xì)胞介素的分泌、刺激T淋巴細(xì)胞增殖等方式，增加機(jī)體免疫力[2]。而作為精氨酸的補(bǔ)充劑，有研究表明NCG可提高動物的免疫能力，比如NCG可提高新生仔豬腸道黏膜對大腸桿菌的免疫功能[25]。因此，為了探究NCG對圍產(chǎn)期奶牛免疫能力提高的效果，本研究對試驗(yàn)?zāi)膛５难迕庖咧笜?biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果表明，各組間大部分血清免疫指標(biāo)無顯著差異。圍產(chǎn)期補(bǔ)充NCG有提高犢牛當(dāng)天血清IL-6含量的趨勢，產(chǎn)犢前添加NCG有升高血清IL-6含量的趨勢，產(chǎn)后添加NCG有降低血清IL-6含量的趨勢。在奶牛妊娠晚期，血清IL-6含量通常和患病率以及脂代謝有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)血清IL-6含量較高的奶牛在泌乳早期的疾病患病率較高，同時體脂動員更強(qiáng)[20]。通常圍產(chǎn)期間奶牛的血清IgG含量下降將影響奶牛的免疫力[26]，本研究中，添加NCG對奶牛血清IgG沒有顯著影響，與Zeng等[27]的在仔豬上的研究結(jié)果一致，其表明NCG不會顯著影響血清IgG含量?？傊?，圍產(chǎn)期添加NCG與奶牛免疫力之間的相關(guān)性不強(qiáng)。

3.3 圍產(chǎn)期飼喂NCG對奶牛血清生化指標(biāo)的影響

本研究中大部分血清生化指標(biāo)在各組間差異不顯著，產(chǎn)犢后21 d的結(jié)果表明，整個圍產(chǎn)期飼喂NCG顯著降低了血清AST活性。AST活性作為評價肝臟功能的指標(biāo)，其升高可能是由于肝臟損傷引起[28]，此外有研究表明血清AST活性的升高可一定程度反映脂肪肝的存在[29]。產(chǎn)后補(bǔ)充NCG可降低產(chǎn)后21 d的血清AST活性，推測可能與脂肪肝的減輕有關(guān)。前期研究發(fā)現(xiàn)，NCG能降低中國黃羽肉雞皮下脂肪[30]，大鼠飼喂精氨酸后內(nèi)臟脂肪的積聚減少[31]。這些研究表明，飼喂NCG可能會改善動物的脂肪代謝。因此，后續(xù)試驗(yàn)可探究NCG對圍產(chǎn)期奶牛肝臟脂肪沉積和代謝的影響。

4 結(jié) 論

圍產(chǎn)前期、圍產(chǎn)后期和整個圍產(chǎn)期飼喂NCG均能提高奶牛產(chǎn)奶量和乳蛋白含量，圍產(chǎn)后期和整個圍產(chǎn)期添加對產(chǎn)奶量的提高效果更好。