饲粮钙水平对泌乳奶牛钙代谢的影响

初汉平 王中华 李福昌

（1.山东农业大学动物科学技术学院,泰安 271018;2.菏泽学院动物科学系,菏泽 274000）

钙是奶牛体内重要的常量矿物元素,自20世纪中叶建立动物营养需要量的析因估计方法以来,国内外学者对泌乳奶牛钙需要量进行了大量研究,中国奶牛饲养标准[1]、美国NRC奶牛营养需要[2]等均给出了估计泌乳奶牛钙需要量的析因参数。对于体重550 kg、日产标准乳20 kg的泌乳奶牛,按中国奶牛饲养标准估算的饲粮钙的适宜水平在0.6%左右。多数奶牛在泌乳的前10天可能出现钙的负平衡,在泌乳第45～60天应当使其恢复正平衡[2]。有研究表明,提高泌乳早期奶牛饲粮钙水平可增加产奶量[3],因此,适当提高泌乳早期奶牛饲粮钙水平可能具有尽快恢复钙的正平衡和促进产奶的效果。鉴于此,本文旨在研究饲粮钙水平对泌乳早期奶牛产奶量及血液、尿液指标的影响,来探讨泌乳早期奶牛饲粮的适宜钙水平。

1 材料与方法

1.1 试验动物及饲养管理

试验选取4头均重（600±20）kg的健康中国荷斯坦泌乳奶牛,第2胎,泌乳（91.00±1.87）d,产奶量（20.33±0.92）kg。试验期内分栏栓系舍饲,每天放于运动场自由活动5～6 h,自由饮水。

1.2 试验饲粮

试验饲粮根据中国奶牛饲养标准[1]配制,饲粮组成及营养水平见表1。4种试验饲粮除钙外其他营养水平相同,满足奶牛的营养需要,饲粮钙的供给量分别按中国奶牛饲养标准推荐需要量的74%、100%、122%和142%配制。试验日粮属于全混合日粮（totalm ixed rations,TMR）。

1.3 试验设计

本试验采用4×4拉丁方设计,试验安排见表2。每期试验18 d,其中预试期15 d,正试期3 d,正试期采集饲粮、粪、尿、血液样品,并准确记录每天的干物质采食量和产奶量。

1.4 样品采集与分析

尿样于正试期的每天06:00采集,粪样于正试期的每天08:30采集。正试期内每天08:00（饲喂前）从试牛的颈静脉采血20m L,置于加有肝素钠的离心管中,立即将采集的血液在3 000 r/m in下离心15 m in,分离出血浆。血浆分为2份,放入-70℃的超低温冰箱中备用。1份用于测定血浆钙、磷浓度及碱性磷酸酶（ALP）活性等血液生化指标,1份用于测定血浆甲状旁腺素（PHT）、降钙素（CT）、骨钙素（BGP）、醛固酮（ALD）等激素的浓度。

表1 试验饲粮组成及营养水平（干物质基础）Tab le 1 Composition and nutrient levels o f experimental diets（DM basis）%

表2 试验4×4拉丁方设计Table 2 Arrangement of the 4×4 Latin square design

1.5 检测指标及方法

1.5.1 钙表观消化率

酸不溶灰分（AIA）的测定方法:称取全干样品或风干样品8～10 g置于300 m L安装有回流冷凝管的大三角瓶中,加4 mol/L盐酸100 m L后加热至轻微沸腾,保持30m in,然后迅速过滤,用热蒸馏水冲洗残渣至无酸性,再将残渣连同滤纸移入已知重量的坩埚中,于650℃茂福炉中灰化6 h,在干燥器中冷却后称重。总重减去已知坩埚的重量即为AIA的重量。

钙浓度测定采用高锰酸钾滴定法,磷浓度测定采用钼黄比色法[4]。

饲粮钙表观消化率的计算公式为:表观消化率（%）=100-[m（饲粮AIA）/m（粪AIA）]×[m（粪钙）/m（饲粮钙）]×100[5]。

1.5.2 血液、尿液pH

正试期内每天采集试验动物血液、尿液后,立即用pH计（上海雷磁仪器厂pHS-3B型精密pH计）测定pH。

1.5.3 尿钙、尿肌酐测定

尿钙、尿肌酐测定在中国人民解放军第88医院进行,仪器为O lym pus AU 2700全自动生化分析仪;尿钙测定试剂盒购自上海申能-德赛诊断技术有限公司,尿肌酐测定试剂盒购自南京建成生物技术有限公司;计算尿钙（mmol/d）/尿肌酐（mmol/d）。

1.5.4 血液生化指标测定

Olympus AU 2700全自动生化分析仪测定血浆钙、磷浓度及A LP活性。血浆钙浓度采用偶氮胂Ⅲ比色法,试剂盒购自上海申能-德赛诊断技术有限公司;血浆磷浓度采用紫外分光光度法,试剂盒购自美国Roche公司;ALP活性采用连续监测法,试剂盒由O lym pus公司提供。

1.5.5 血浆激素的测定

血浆PTH、CT、BGP以及ALD于山东省泰安市中心医院采用放射免疫法测定,仪器为DFM-96型10管放射免疫γ计数器,所用试剂盒均由天津协和医院生物技术有限公司生产。

1.6 数据处理

SPSS 11.0统计软件的Duncan氏法进行统计分析,各组试验数据均以平均值±标准误表示,并进行显著性检验,P＜0.05具有统计学意义。

2 结 果

2.1 饲粮钙水平对泌乳奶牛干物质采食量和产奶量的影响

由表3可知,对于干物质采食量,0.96%处理奶牛干物质采食量显著低于其他3个处理（P＜0.05）,0.50%、0.68%、0.83%3个处理间差异不显著（P＞0.05）;对于产奶量,0.68%处理奶牛产奶量显著高于其他3个处理（P＜0.05）,0.50%处理和0.83%处理产奶量显著高于0.96%处理（P＜0.05）。

表3 饲粮钙水平对泌乳奶牛干物质采食量和产奶量的影响Table 3 Effects of dietary calcium level on d rymatter intake and m ilk yield of lac tating dairy cows

2.2 饲粮钙水平对泌乳奶牛钙表观消化率及尿钙、粪钙浓度的影响

由表4可知,随饲粮钙水平升高,饲粮钙的表观消化率下降,粪钙、尿钙浓度上升。0.50%处理钙表观消化率显著高于其他处理（P＜0.05）,0.68%处理与0.83%处理差异不显著（P＞0.05）;0.96%处理粪钙浓度显著高于0.50%处理（P＜0.05）, 0.50%、0.68%、0.83%3个处理间差异不显著（P＞0.05）;0.96%处理尿钙/尿肌酐显著高于其他处理（P＜0.05）,0.68%处理与0.83%处理差异不显著（P＞0.05）。

表4 饲粮钙水平对泌乳奶牛钙表观消化率及尿钙、粪钙浓度的影响Tab le 4 Effects o f dietary calcium level on apparent calcium digestibility,calcium contents in urine and feces o f lactating dairy cows

2.3 饲粮钙水平对泌乳奶牛血液pH、尿液pH的影响

由表5可知,血液pH、尿液pH均随饲粮钙水平的升高而升高,0.96%处理奶牛血液pH显著高于0.50%处理、0.68%处理（P＜0.05）,0.50%、 0.68%和0.83%3个处理之间差异不显著（P＞0.05）;0.96%处理奶牛尿液pH显著高于0.50%处理（P＜0.05）,0.50%、0.68%和0.83%3个处理之间差异不显著（P＞0.05）。

表5 饲粮钙水平对泌乳奶牛血液和尿液pH的影响Tab le 5 Effects o f dietary calcium level on pH in blood and urine o f lactating dairy cows

2.4 饲粮钙水平对泌乳奶牛血液生化指标的影响

由表6可知,饲粮钙水平对血浆钙、磷浓度的影响不显著（P＞0.05）;血浆ALP活性随饲粮钙水平的升高而升高,0.50%处理和0.68%处理显著低于0.96%处理（P＜0.05）,0.50%、0.68%和0.83%3个处理之间差异不显著（P＞0.05）。

表6 饲粮钙水平对泌乳奶牛血浆钙、磷浓度及碱性磷酸酶活性的影响Tab le 6 Ef fects of dietary calcium leve l on concentrations of calc ium and phosphorus,and the activity of ALP in p lasma of lactating dairy cows

2.5 饲粮钙水平对泌乳奶牛血浆激素浓度的影响

由表7可知,PTH随饲粮钙水平的升高而降低,CT和BGP随饲粮钙水平的升高而升高, 0.50%处理血浆PTH浓度显著高于其他3个处理（P＜0.05）;0.96%处理血浆CT浓度显著高于0.50%处理和0.68%处理（P＜0.05）,0.50%、0.68%和0.83%3个处理之间差异不显著（P＞0.05）;0.96%处理和0.83%处理的血浆BGP浓度显著高于0.50%处理（P＜0.05）,0.50%处理和0.68%处理之间差异不显著（P＞0.05）。饲粮钙水平对血浆ALD浓度无显著影响（P＞0.05）。

表7 饲粮钙水平对泌乳奶牛血浆激素浓度的影响Table 7 Effects o f dietary calcium level on horm one concentrations in p lasm a of lactating dairy cows

3 讨 论

3.1 饲粮钙水平对泌乳奶牛干物质采食量和产奶量的影响

Ca2+是一种强阳离子,在瘤胃中成碱性,可以改善瘤胃的过酸性环境,增强瘤胃的缓冲能力,有利于瘤胃发酵的进行。有研究报道,钙的摄入量超过奶牛的需要量时可以提高奶牛的产奶量,这种情况在饲喂含钙量低的高玉米青贮和高精料饲粮时得到充分证实[6]。Woh lt等[3]在用0.6%和0.9%钙水平（干物质基础）的2种饲粮饲喂泌乳早期奶牛的试验中发现,0.9%钙水平饲粮可以显著提高奶牛产奶量。而K incaid等[7]报道,饲粮中的钙水平达到或超过1%时可引起饲粮的适口性下降,导致奶牛干物质采食量显著降低。M iller等[8]研究表明,当奶牛混合饲粮中的钙水平达到0.95%时,会引起奶牛干物质采食量和产奶量显著降低。

本试验发现,饲粮钙水平对奶牛的干物质采食量和产奶量有显著的影响。奶牛的干物质采食量和产奶量在钙水平0.68%时最高,分别为14.11和21.97 kg/d;在钙水平0.96%时最低,分别为10.19和18.79 kg/d。本试验未发现随着饲粮钙水平的提高,产奶量升高的现象,其原因可能是本试验中奶牛采食的不是含钙量较低的高玉米青贮和高精料饲粮,瘤胃内没有形成过酸的环境,Ca2+失去了调节酸性环境、增强缓冲能力的作用;也可能由于高钙影响饲粮的适口性,造成奶牛采食量下降,间接影响了产奶量。

3.2 饲粮钙水平对泌乳奶牛钙表观消化率及尿钙、粪钙浓度的影响

Braithwaite[9]研究表明,钙的消化率与饲粮钙水平和奶牛的钙需要量有关,随着饲粮钙水平的升高,钙的消化率降低。本试验也得到类似的结果,说明钙的消化吸收是动物调节体内钙水平的重要环节。这一结果同时也意味着评定饲料原料的钙消化率需要控制饲粮的钙水平,一般应在低于或等于钙需要量的条件下进行。粪、尿均是钙的排出途径,本试验发现,随着饲粮钙水平的升高,粪钙、尿钙浓度均上升。

3.3 饲粮钙水平对泌乳奶牛血液pH、尿液pH的影响

本试验中在钙水平从0.50%到0.83%的变化过程中,血液pH虽有上升趋势但并未表现出显著提高,且均在正常的生理范围（7.24～7.54）,这可能与奶牛机体内强大的缓冲体系有关。保持血液pH的稳定是生命活动正常进行的必要条件。当饲粮钙水平达到0.96%时,奶牛血液pH出现了显著提高,其原因可能是钙离子摄入过多导致了机体缓冲体系的缓冲能力下降。

奶牛饲粮中含有较多的有机酸钾盐和钠盐,这些物质在体内分解后可以产生较多的碳酸氢钾（KHCO3）或碳酸氢钠（NaHCO3）,因而在肾小球滤液中HCO3-的含量会增多。在这种情况下肾小管排出的H+不能把滤过的HCO3-全部重吸收,因此,尿液中含有较多的HCO3-,导致奶牛尿液呈现碱性。根据电解质平衡理论,Ca2+是强阳离子,它在动物体内具有碱性作用。奶牛机体的缓冲体系为了尽可能维持体液pH在正常生理范围内就必然通过肾脏排出多余的HCO3-,因此在本试验中,随着饲粮钙水平的提高,奶牛尿液pH逐渐提高。该结论与Tucker等[10]及Jackson等[11]的研究结论相符。

3.4 饲粮钙水平对泌乳奶牛血液生化指标的影响

钙参与神经鞘膜和肌肉终板电位的传导,血钙浓度与神经兴奋性有关,因此需要对血钙水平有比较精确的调控。成年奶牛血浆中正常的钙浓度为2.0～2.5mmol/L,本试验测定的泌乳奶牛血浆钙浓度在1.98～2.01 mmol/L,处在正常范围的下限,且血浆钙浓度未随饲粮钙水平的提高而提高,说明在本试验设计的饲粮钙水平变化范围内,体内调节机制维持了血浆钙浓度的稳定。有试验观察到血钙浓度随饲粮钙水平的升高而升高[12],本试验中,如果进一步提高饲粮钙水平,是否可引起奶牛血浆钙浓度的升高需要进一步的试验研究。

奶牛血浆磷的正常浓度范围为1.3～2.6mmo l/L,较钙的变化范围大,且红细胞内的磷通常是血浆磷的6～8倍,因此全血磷的浓度远高于血浆磷的浓度。本试验测得的泌乳奶牛血浆磷浓度在1.81～1.95mmol/L,亦未观察到血浆磷浓度随饲粮钙水平升高而出现显著的变化。

ALP广泛存在于动物体内,骨骼、肝、肾、小肠、血细胞、乳腺上皮细胞和胆汁中较多。血浆中的ALP 50%来源于骨,其余50%主要来自肝脏。ALP的活性可以反映成骨细胞的活动状况,当骨骼矿物质沉积加快,或由于低血磷引起骨骼矿物质动员加快时,A LP的活性均会升高。本试验在正常饲粮磷水平下观察到血浆ALP活性随饲粮钙水平的升高而升高,这可能反映了在适宜磷水平的条件下,钙水平升高会促进泌乳母牛骨钙的沉积。

3.5 饲粮钙水平对泌乳奶牛血浆激素浓度的影响

PTH是一种调节骨代谢的重要激素,其作用是在血钙降低时促进骨钙的动员,以维持血钙的正常水平。本试验观察到血浆PTH浓度随饲粮钙水平的升高而降低,说明随着动物从饲粮中摄取钙的增加,骨钙的动员减少。

CT的作用是降低血钙浓度,途径有2条。一是促进骨、肾脏、肠等靶器官对血钙的吸收,抑制骨钙的动员,从而迅速降低血钙浓度;二是抑制肾脏内25-（OH）2-D3转化为1,25-（OH）2-D3,减少肠道对钙的吸收。本试验观察到,血浆CT浓度随饲粮钙水平的升高而升高,说明在消化道钙供给量增加的情况下,机体通过增加CT的分泌抑制钙的吸收和促进钙的沉积。

BGP是由成骨细胞在其基质矿化期所分泌,主要作用是维持骨的正常矿化速度,抑制异常羟基磷灰石的形成和生长软骨的矿化速度[13]。血浆BGP浓度可以用来衡量骨钙的周转速度。本试验中,随着饲粮钙水平的提高血浆BGP的浓度升高,反映了随着饲粮钙水平的升高,骨钙的周转速度加快。从本试验的数据来看,0.50%处理奶牛的BGP浓度最低,为0.42 ng/m L,显著低于0.83%处理和0.96%处理;当饲粮钙浓度达到0.68%时,奶牛血浆中BGP浓度达到0.60 ng/m L,与0.83%处理、0.96%处理均差异不显著。按照试验设计,0.68%处理的饲粮钙水平满足中国奶牛饲养标准[1]推荐的饲粮钙供给量,试验结果验证了中国奶牛饲养标准[1]推荐的可靠性。

ALD为类固醇激素,主要在肾上腺皮质球状带合成,又称为盐皮质激素,具有保钠、排钾的功能,是维持机体电解质平衡和体液容量的重要激素。ALD能够促进软骨和骨组织的生物合成,尤其是成骨细胞的增殖和黏多糖的合成,从而促进骨钙的沉积。在本试验条件下,饲粮钙水平对血浆A LD浓度没有产生显著影响。

4 结 论

①过高的饲粮钙水平会导致泌乳早期奶牛干物质采食量和产奶量降低。

②在本试验条件下,饲粮的适宜钙水平为0.68%。

③尿钙/尿肌酐对奶牛饲粮钙水平的变化比较敏感,可作为反映泌乳奶牛钙营养状况的指标,本试验条件下得到的适宜尿钙/尿肌酐为0.17。

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*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:zhw ang@sdau.edu.cn

（编辑 何丽霞）