利用净碳水化合物-蛋白质体系组分估测肉牛日粮营养物质全消化道表观消化率研究

马 桢 汪春泉 莫 放 都 文 张晓明

（中国农业大学动物科技学院,北京 100193）

简单、快速、准确地评定饲料的营养价值一直是动物营养学追求的目标。常规实验室化学分析方法简单易行,但只能测定饲料的营养物质含量。消化代谢试验可以评价饲料的可消化性和可利用性,但需要消耗大量的人力、物力和时间,不适合大规模饲料营养价值的评定。20世纪90年代,美国康奈尔大学的一批科学家建立了康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系（Cornell net carbohydrate and protein system,CNCPS）[1],使上述目标的实现露出一线曙光,其核心是以小肠净吸收碳水化合物和净吸收蛋白质为中心评价饲料的营养价值。CNCPS体系中将每种饲料的碳水化合物分为4个部分:CA为糖类,在瘤胃中可快速降解;CB1为淀粉和果胶,为中速降解部分;CB2是可利用的细胞壁,为缓慢降解部分;CC为不可利用的细胞壁,在数值上等于木质素×2.4[2]。将饲料蛋白质划分为3部分:非蛋白氮（non-protein nitrogen,NPN,PA）、真蛋白（PB）和不可利用氮（PC）。根据在瘤胃中的降解速度把真蛋白又分为3个部分:PB1、PB2、PB3[3-4]。PB1是指能够溶解于缓冲液中的那部分蛋白质（即可溶性粗蛋白质,soluble crude p rotein,SCP）;PB2是指不溶于缓冲液而溶于中性洗涤剂的那部分蛋白质;PB3是指不溶于中性洗涤剂而溶于酸性洗涤剂的那部分蛋白质。CNCPS虽然也是一种化学分析方法,但此方法将饲料的化学分析和植物的细胞成分以及反刍动物的消化利用结合起来,使分析结果更具有参考价值,而且便于应用计算机制作反刍动物饲料配方。采用CNCPS评定饲料的营养价值速度快,操作简便,影响因素少,便于标准化。

本研究是利用CNCPS理论,在测定肉牛日粮CNCPS组分和常规营养成分全消化道表观消化率的基础上,以期发现碳水化合物和蛋白质各组分化学成分含量与营养成分消化率的关系,建立根据肉牛日粮CNCPS组分预测主要营养成分消化率的数学模型,旨在验证用CNCPS组分估算日粮常规营养成分消化率的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验动物与饲养管理

以4头15月龄的安格斯×鲁西黄牛杂交一代阉公牛〔体重（311±22）kg〕作为试验动物。试验牛舍内栓系,单槽饲养,每日于08:00和17:00 2次等量饲喂,精粗分饲,自由饮水。

1.2 试验设计与试验日粮

试验采用3×4不完全拉丁方设计。以NRC肉牛营养需要（1996）[5]为参考,配制高（H）、中（M）、低（L）3个不同能量水平但蛋白质水平基本一致的日粮。试验分3个阶段进行,每个阶段3种日粮在4头牛之间按3×4不完全拉丁方设计进行轮换,每种日粮4个重复。试验日粮由精料和粗料2部分组成。精料为自配的精料补充料,粗料为苜蓿干草和稻草,试验日粮组成与营养水平见表1。

表1 试验日粮组成与营养水平（干物质基础）Tab le 1 Composition and nutrient levels of experimental diets（DM basis,%）

1.3 试验方法

每个试验阶段预试期15 d,正试期3 d。预试期和正试期精确测定每头试验牛每天苜蓿、稻草和精补料的采食量,分别采集苜蓿、稻草和精补料样本,备测。正试期每天收集试验牛的全部排粪,准确计量后取样备测。

1.4 常规营养成分含量的测定

按照AOAC[6]的方法测定饲料和粪样的干物质（dry matter,DM）、粗蛋白质（crude protein, CP）、粗脂肪（ether extract,EE）和粗灰分（crude ash）含量。按照V an Soest等[7]的方法测定饲料和粪样的中性洗涤纤维（neutral detergent fiber, NDF）与酸性洗涤纤维（acid detergent fiber, ADF）含量,并计算各营养成分的全消化道表观消化率。

1.5 CNCPS组分的测定与计算

按照Lcitra等[8]的方法测定试验日粮的各含氮化合物组分〔包括SCP、NPN、中性洗涤剂不溶性蛋白（neutral detergent insoluble protein,NDIP）和酸性洗涤剂不溶性蛋白（acid detergent insoluble protein,ADIP）〕和碳水化合物组分〔包括总碳水化合物（carbohyd rate,CHO）、木质素[7]和淀粉[9]〕含量。

根据Sniffen等[1]的方法,分类计算含氮化合物PA、PB1、PB2、PB3和PC的含量和碳水化合物CC、CB2、非结构性碳水化合物（non-structural carbohydrate,NSC）、CB1和CA的含量。具体计算公式如下:

1.6 统计分析

以每个试验阶段、每头试验牛实际摄入日粮（共12种）的CNCPS组分和各常规营养物质全消化道表观消化率为基础数据,采用SAS 8.0进行营养物质消化率对日粮CNCPS组分含量的回归分析。

2 结 果

2.1 日粮CNCPS组分测定结果

3种日粮CNCPS组分的平均含量见表2。

表2 3种日粮CNCPS组分平均含量（干物质基础）Table 2 Average content of CNCPS composition in three diets（DM basis,%）

2.2 日粮常规营养物质消化率

表3中列出3种日粮中常规营养物质,如DM、

OM、ADF、NDF和CP的全消化道表观消化率。

表3 3种日粮的常规营养物质平均消化率Table 3 Apparent digestibility o f general nutrients in three diets（%）

2.3 日粮CNCPS组分与营养物质消化率的关系

2.3.1 日粮CNCPS组分与日粮DM消化率的关系

日粮含氮化合物组分对日粮DM消化率（Y）的回归关系极显著,回归公式为:Y（%）=52.91+ 0.89PA+3.36PB1+0.01PB2+1.57PB3+2.91PC （n=12,R2=0.95,P＜0.01）。

日粮碳水化合物组分对日粮DM消化率（Y）的回归关系极显著,回归公式为:Y（%）=15.90+ 0.08CA+2.12CB1+0.28CB2-0.53CC（n=12,R2=0.90,P＜0.01）。

2.3.2 日粮CNCPS组分与日粮OM消化率的关系

日粮含氮化合物组分对日粮OM消化率（Y）的回归关系极显著,回归公式为:Y（%）=56.15-1.27PA-1.04PB1+1.62PB2+1.53PB3+3.27PC （n=12,R2=0.90,P＜0.01）。

日粮碳水化合物组分对日粮OM消化率（Y）的回归关系极显著,回归公式为:Y（%）=77.06-0.67CA+3.24CB1-1.49CB2-2.15CC（n=12,R2=0.82,P＜0.01）。

2.3.3 日粮CNCPS组分与日粮CP消化率的关系

日粮含氮化合物组分对日粮CP消化率（Y）的回归关系极显著,回归公式为:Y（%）=20.00-10.92PA+1.08PB1-6.78PB2-9.18PB3-3.82PC（n=12,R2=0.88,P＜0.01）。

日粮碳水化合物组分对日粮CP消化率的回归关系不显著（P＞0.05）。

2.3.4 日粮CNCPS组分与日粮NDF消化率的关系

日粮含氮化合物组分对日粮NDF消化率的回归关系不显著（P＞0.05）。日粮碳水化合物组分对日粮NDF消化率的回归关系不显著（P＞0.05）。

2.3.5 日粮CNCPS组分与日粮ADF消化率的关系

日粮含氮化合物组分对日粮ADF消化率（Y）的回归关系显著,回归公式为:Y（%）=22.67-1.42PA+0.72PB1+7.91PB2-8.12PB3-6.93PC （n=12,R2=0.81,P＜0.05）。

日粮碳水化合物组分对日粮ADF消化率的回归关系不显著（P＞0.05）。

3 讨 论

3.1 日粮含氮化合物组分与日粮主要营养物质消化率的关系

本试验的研究表明,日粮含氮化合物组分与肉牛对日粮DM、OM、CP和ADF的全消化道消化率之间都存在着显著的多元回归关系。

含氮化合物组分中的PA、PB1和PB2基本上可以在瘤胃中降解,是瘤胃微生物合成自身蛋白的氮的主要来源,PB3在瘤胃中部分降解而PC基本上不能被动物利用。它们的比例以及含量可以直接影响到微生物氮的合成。微生物蛋白质的合成需要碳源和氮源,因此含氮化合物组分可以影响微生物对碳水化合物的利用。不同含氮化合物组分可以影响动物对日粮主要营养物质的消化率。NDIP在瘤胃中是属于慢速降解的蛋白质组分PB3的主要组成部分,它的含量也与DM和CP的降解速度有关系。CP有效降解率与NDIP含量也呈负相关关系。这与Gonzalez等[10]报道的大豆产品CP的有效降解率与样品的中性洗涤不溶性氮含量呈负相关（R=0.877 5,n=14）相似。

3.2 日粮碳水化合物组分与日粮主要营养物质消化率的关系

本试验结果表明,日粮碳水化合物组分与肉牛对日粮DM和OM全消化道消化率之间存在着显著的多元回归关系。

总碳水化合物的消化速度与非结构性碳水化合物的比例直接相关。当日粮中非结构性碳水化合物增加时,氮的利用率增加,但纤维成分的消化率下降。W aldo[11]认为,当奶牛饲粮中非结构性碳水化合物比例上升到75%时,DM、NDF的消化率显著下降。Chappell等[12]指出,当饲粮中易消化碳水化合物超过32%时,就会显著降低纤维素的消化率。日粮碳水化合物的类型及非结构性碳水化合物和结构性碳水化合物的比例是决定瘤胃微生物蛋白合成量更重要的因素。因此,日粮中碳水化合物的各组分可直接影响反刍动物瘤胃微生物的合成,也就影响了动物对饲料的消化与利用。所以日粮碳水化合物组分与肉牛对日粮DM和OM消化率之间存在显著相关关系。

4 结 论

①本试验结果表明,可以用日粮CNCPS含氮化合物组分估测肉牛日粮DM、OM、CP和ADF的全消化道表观消化率;可以用日粮CNCPS碳水化合物组分估测肉牛日粮DM和OM的全消化道表观消化率。

②日粮中CNCPS含氮化合物组分与日粮DM和OM的全消化道表观消化率之间的相关系数高于碳水化合物组分与日粮DM和OM的全消化道表观消化率之间的相关系数,所以用日粮CNCPS含氮化合物组分估测肉牛日粮DM和OM的全消化道消化率更为合适。

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*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:xiaom ingzh@cau.edu.cn

（编辑 田艳明）