反刍动物幼畜饲粮氨基酸营养研究

■屠 焰 李 媛 孔路欣

（中国农业科学院饲料研究所奶牛营养学北京市重点实验室，北京100081）

日粮蛋白质中氨基酸（AA）的数量和比例对动物的生产和健康都具有重要的作用。日粮中必需氨基酸的平衡效果越好，日粮蛋白质的利用率就越高。1981年ARC（英国）在猪的营养需要中首次将理想蛋白质（Ideal Protein）与动物AA需要量的确定及饲料蛋白质营养价值评定联系起来。建立理想蛋白质模型必须测定动物对各种AA的需要量和AA适宜的比例。目前，动物营养学者对猪和家禽的AA限制性顺序和比例的研究已经比较成熟和完善，取得的成果对生产实际产生了巨大的作用。然而，由于反刍动物消化生理的特殊性，其AA营养研究相对滞后。

相对于成年反刍动物来说，反刍动物幼畜（犊牛和羔羊为主）对AA的需要情况更为复杂。首先，犊牛、羔羊阶段有特殊的食管沟反射行为，使采食的奶和代乳品乳液大多数由食管经食管沟和瓣胃管直接进入皱胃进行消化，但因为人工饲养环境的刺激，有时候食管沟闭合不完全，往往有一部分乳汁流入瘤胃和网胃，经微生物作用发酵、产酸，不仅造成幼畜消化不良，而且会改变进入皱胃的AA比例和含量，这部分难以估量。其次，犊牛、羔羊阶段瘤胃尚未发育成熟，功能不完善，瘤胃内微生物的种类和数量会明显地受到周围环境的影响，微生物蛋白产量也很难估算，微生物蛋白的AA组成也因为微生物组成的差异而难以评估。同时，随着瘤胃发育程度的不断提高，瘤胃微生物蛋白产量也会变化，比如，随着犊牛周龄的增加，大豆蛋白的过瘤胃蛋白比例会从75%逐渐降低到35%。随着瘤胃的不断发育，瘤胃中微生物菌群、瘤胃功能、日粮发酵程度等等都存在一个动态变化的过程，进入小肠的AA种类和数量存在很大的不确定性。这就导致了反刍动物幼畜AA需要量的确定成为一个困扰营养学家的难题。

针对犊牛瘤胃正在逐渐发育这个特殊阶段，许多研究者试图只饲喂牛奶来研究食物进入皱胃的AA变化模式。在这种饲喂模式下，由于犊牛的瘤胃发育受阻，因此摄入的AA受瘤胃发酵作用影响小，可以像单胃动物一样很容易估测出犊牛对AA的需要，但是这种饲喂模式是不符合实际生产条件的。另一种解决方法是按照实际生产条件给犊牛饲喂代乳品和开食料，但是这种情况下得出的犊牛AA需要会受开食料的组成和代乳品原料成分的影响。原因在于补饲开食料后犊牛体内的酶系（如乳糖酶和淀粉酶）以及对乳源性和植物源性营养素消化率均与只饲喂代乳品的犊牛不同[1]。因而，代乳品和开食料之间的交互作用对采食量和消化率的影响使得犊牛AA营养的研究更加复杂。

1 饲粮中氨基酸水平

赖氨酸（Lys）是动物蛋白质和AA营养上最重要的AA之一。中国农科院反刍实验室李辉[2]通过对犊牛饲喂不同Lys水平的代乳品日粮，探讨了饲粮Lys水平对犊牛生长性能、消化代谢及胃肠道组织形态发育的影响。发现，相对于1.35%、2.25%Lys水平的代乳品来说，犊牛采食1.80%Lys水平的代乳品可获得较高的生长性能（见图1），促进犊牛对精料的进食量和每日干物质采食量（见图2），较高的N摄入和存留量（见表1）保证了犊牛较高生长性能的发挥。代乳品Lys水平影响了犊牛血清尿素氮和总蛋白含量，对血糖浓度无显著影响；刺激了瘤胃各部位的乳头高度，影响单位面积乳头数，瘤胃占犊牛体重的比值以及占复胃胃室总重的比值随日粮Lys水平的升高而上升，肠道黏膜DNA含量有随代乳品Lys水平升高而上升的趋势。

图1 犊牛采食不同赖氨酸水平代乳品的生长性能反应

图2 不同赖氨酸水平对犊牛每日干物质采食量及颗粒料进食量的影响

表1 不同赖氨酸水平代乳品对犊牛常规营养素消化的影响[2]

日粮高、低Lys水平均可以诱导犊牛血清尿素氮含量升高，采食1.80%Lys水平代乳品的犊牛，其血清中尿素氮的含量却较低，这体现了日粮Lys平衡的重要性，AA平衡日粮更易促使日粮氮等营养素在机体内沉积，减少通过尿液的排出，从而提高实际利用的效率。AA缺乏或过量引起的AA不平衡影响了犊牛胃肠道中日粮蛋白质的消化吸收，进而影响了血液蛋白的合成，采食1.80%Lys水平的代乳品，犊牛血清总蛋白含量高于采食1.35%、2.25%Lys代乳品的犊牛。

犊牛瘤胃占活体体重的比值或者占复胃胃室的相对比重均随日粮Lys水平的升高而上升，皱胃的比重恰好相反（见表2），这提示采食高Lys水平代乳品的犊牛瘤胃发育更为成熟，然而，通过对犊牛瘤胃乳头发育的研究证明这是由于过高的Lys水平促进了犊牛瘤胃上皮细胞的过度生长和分化的结果。

日粮高Lys水平促进了瘤胃乳头的分化，产生了大量未发育成熟的乳头，尤其是瘤胃乳头高度，不管是在瘤胃哪个部位，采食高Lys水平的犊牛其乳头高度均较低，而单位面积上乳头的数量却较高（见图3）。犊牛在8周龄屠宰时，其瘤胃功能已经初步发育，瘤胃微生物已经开始发挥作用，很难把微生物合成蛋白从日粮蛋白质中分离开来，界定日粮AA与微生物合成蛋白中AA的比例。瘤胃微生物的调控作用影响了进入小肠的Lys水平，进而对犊牛的肠道形态产生影响还需进一步的研究。

表2 不同赖氨酸水平代乳品对犊牛复胃的影响[2]

图3 不同赖氨酸水平对犊牛瘤胃前庭乳头的影响

以表观的生长性能和营养物质消化率及机体内组织器官发育情况来综合评判，代乳品的Lys水平达到1.80%时，对犊牛产生的积极作用要优于1.35%或2.25%。

国外在此方面有过一些研究，但都未涉及到胃肠道发育。Foldager等[3]报道6～27日龄的犊牛日粮含硫氨酸的量应为3.8～4.0 g/16 g N沉积，其中蛋氨酸（Met）量为2.75～2.95 g/16 g N沉积、胱氨酸量为1.05 g/16 g N沉积。Van Weerden等[4]对5～7周龄的肉犊牛饲喂以脱脂奶粉为基础的代乳品，研究认为，肉犊牛的第一、第二限制性氨基酸分别为含硫氨酸和Lys，其次是苏氨酸（Thr）和异亮氨酸，达到日最大氮沉积所需要含硫氨酸的量为9.2 g，其中Met与胱氨酸的比例为2.9∶1；而达到日最大氮沉积所需的Lys为23 g，而且这要在代乳品中粗蛋白质含量为20.0%、Lys的含量为1.81%时才能获得；当代乳品中粗蛋白质含量为20.0%、Thr含量0.9%、异亮氨酸含量为1.1%时，犊牛可获得日最大氮沉积；亮氨酸的最佳需要量在蛋白质含量为18%时，其它必需氨基酸在16%或以下时可满足。Tzeng等[5]用14种合成AA作为日粮氮的唯一来源来研究幼龄犊牛对日粮中Lys和Met的需要。通过测定体增重、氮平衡和血浆游离氨基酸的含量等指标来反应犊牛对这种半纯合日粮的应答，结果发现幼龄犊牛DL-Met的需要量在0.17～0.23 g/kg日增重之间（即0.65 g/kg W0.75）。可见，人们对各种必需氨基酸的研究并不一致。而且，必须明确的是采用代乳品进行限制性饲喂的犊牛对AA的需要可能与快速育肥猪或以高采食量饲养的肉犊牛不同[6]。在单胃动物的营养研究方面，人们一般通过研究回肠末端可消化或可利用AA来推测动物对AA的真实需要量，而在犊牛上，这方面的工作需要进行更深一步的研究。

表3 生长阶段牛对氨基酸的需要量

对于断奶后的生长牛，Wright等[12]研究了日粮中过瘤胃蛋氨酸（RPMet）和过瘤胃赖氨酸（RPLys）对其生长性能的影响，结果发现正对照组（添加豆粕）动物的增重与中水平组（0.12%RPMet和0.08%RPLys）的差异并不显著，但正对照组要显著高于负对照组（添加尿素）、高水平组（0.15%RPMet和0.10%RPLys）和低水平组（0.09%RPMet和0.06%RPLys）。Abe等[13]研究发现，将日粮中Lys水平固定为16 g/d时，血清中的Lys和Met浓度会随日粮中Met水平升高而升高。同时发现日粮中Met水平为6 g/d时犊牛的增重和氮存留最高，而当Met水平超过18 g/d时犊牛出现负增重并且氮存留也下降。这说明氨基酸失衡会给犊牛的采食量及增重带来不利影响。相反，Abe等[14]研究发现在玉米-豆粕型日粮中添加Met和Lys并不能改变3月龄以上犊牛的氮平衡，并认为在粗蛋白质水平为12.5%的以玉米为基础的日粮中添加Met对3月龄后犊牛并无效果。

上述研究中，犊牛对饲粮AA的需要不尽相同（见表3），这与试验牛的品种、日龄、体重、生长速度、是否处于应激状态等有关，也与饲粮原料组成及蛋白质、代谢能、矿物质和维生素等营养水平有关。

2 饲粮限制性顺序的研究

氨基酸的营养不应仅考虑每种AA单独的营养效果，而应该考虑各种AA的组合效应。理想蛋白质是完全按照动物维持需要、生产需要来提供准确比例的各种AA。建立理想蛋白质模型必须测定动物对各种AA的需要，并且确定其它AA与Lys的比例，然后对动物机体蛋白质的AA组成进行分析，最后确定饲粮最佳AA比例。随着生长速度的提高，动物对各种AA的需要量都在增加，但AA的比例模式不变。目前对犊牛及生长公牛AA限制性顺序的研究相对后备母牛来说较为完善。表4汇总了近年来国内外关于牛生长阶段AA限制性顺序的研究结果。生长牛的AA限制性顺序受品种、日龄、体重等多个因素影响。Lys和Met为生长牛的前两种限制性AA，Thr、色氨酸（Trp）和组氨酸（His）可能是生长牛的第三限制性AA，其结果与饲粮原料种类有直接关系，特别是饲粮的过瘤胃蛋白含量影响了反刍动物幼畜AA限制性顺序。

3 哺乳期犊牛饲粮氨基酸模式的研究

中国农科院反刍实验室王建红[11]就0～2月龄饲喂植物蛋白源为主代乳品的犊牛的Lys、Met、Thr的比例和水平进行了研究。以4种AA模式为处理组，分别为AA相对平衡组（PC，代乳品Lys、Met、Thr含量依次为2.34%、0.72%、1.80%，粗蛋白质为22%），分别扣除30%的赖氨酸（PC-Lys）、蛋氨酸（PC-Met）和苏氨酸（PC-Thr）。研究发现，扣除某一种AA的代乳品，对犊牛采食量无显著影响，PC-Lys组开食料采食量有高于PC-Met组的趋势；平均日增重（ADG）数值上以PC组最高。代乳品的不同AA模型对哺乳期犊牛氮平衡具有影响（见表5），改善日粮AA平衡可以通过减少粪尿中氮的排放来提高沉积氮，合理的Lys、Met、Thr比例不仅可以提高犊牛生产性能，节约蛋白质资源，而且可以减少污染物排放。同时，在代乳品中扣除30%的Lys、Met、Thr对犊牛的干物质、有机物和粗脂肪消化率均有影响，受影响程度也与Lys、Met、Thr的限制性顺序相同。

表4 生长期牛限制性氨基酸的研究结果

根据AA部分扣除法计算2～6周龄犊牛饲粮Lys∶Met∶Thr的适宜比例为100∶29.5∶65，含量分别为2.81%，0.83%和1.82%时最适宜犊牛的生长发育。其中将2～3周龄和4～6周龄分为两个阶段，以最大氮沉积为指标，Lys∶Met∶Thr的适宜比例为100∶29∶70和 100∶30∶60，犊牛在 4～6周龄阶段达到最大氮沉积时对Lys的需要量比2～3周龄阶段多172 mg/(kg BW0.75·d)。；以最大ADG为指标，分别为100∶35∶63和100∶27∶67；以最优饲料转化率为指标，则分别为100∶26∶56和100∶23∶54，0～2周龄和2～4周龄阶段犊牛达到最优饲料转化率所需Lys的量比获得最大ADG时分别多172 mg/(kg BW0.75·d)和278 mg/(kg BW0.75·d)。

其他研究也提供了AA的比例模式，例如，Gerrits等[8]通过模型估测犊牛获得最大氮沉积时所需Lys∶Met∶Thr比例为100∶26∶66。Hill等[10]通过饲喂不同梯度的晶体AA后发现获得最大ADG和饲料转化率时 Lys∶Met∶Thr比例为 100∶31∶77。Williams等[7]通过补饲不同梯度的晶体Lys后综合考虑氮沉积、氮表观消化率、血浆尿素氮和血浆游离AA 4项指标，得出Lys∶Met∶Thr比例为 100∶27∶64。从 AA 需求量的结果看，随周龄的增长，犊牛对赖氨酸需求量的增加大于对Met和Thr的增加量，且犊牛获得最优饲料转化率比最大ADG对Lys的需要量更高，表明评价指标和生长阶段对犊牛Lys需求量的影响大于对Met和Thr的影响。

羔羊代乳品AA模式的研究尚未见系统的报道，有待进一步研究，暂时可借鉴犊牛代乳品的研究结果。

4 断奶后犊牛羔羊饲粮氨基酸模式的研究

中国农科院反刍实验室云强[18]证实，与粗蛋白质19.64%的饲粮相比，扣除其中4个百分点的粗蛋白质配制低蛋白质精料（15.22%），并添加不同比例的过瘤胃保护性赖氨酸（RPLys）和蛋氨酸（RPMet），可达到同样的饲养效果。当精料中粗蛋白质水平为15.22%，赖/蛋氨酸的比例分别为2.5∶1、3.1∶1和3.7∶1（下简称为2.5、3.1、3.7组）时，3.1组犊牛的ADG达834.46 g/d，要高于3.7和2.5组。可见，在扣除开食料粗蛋白4.4个百分点时添加RPLys和RPMet可以达到甚至超过饲喂高蛋白开食料组犊牛的生长性能。值得注意的是，动物的生产性能并不是与AA的量呈线性关系，过高的AA水平会导致日粮中AA的不平衡，影响动物的生产性能，其中过量的赖氨酸水平会导致犊牛粪中鸟氨酸含量增加和腹泻率升高[18]；给断奶犊牛灌注0.6 g/kg日粮的L-Met时，其氮存留增加，但L-Met达到1.2 g/kg日粮时氮存留并不增加[15]。Lys和Met不平衡对犊牛也具有副作用，当日粮中Lys水平为16 g/d时，犊牛的ADG和氮存留有随日粮中Met水平升高而降低的趋势[18]，即高浓度的Met抑制了其他AA的吸收。

Lys和精氨酸有拮抗作用。云强[18]的试验证实开食料中Lys∶Met在3.7∶1时犊牛血清中精氨酸浓度低于3.1∶1组，这说明Lys水平偏高抑制了血清中精氨酸的浓度，因此造成犊牛的血清尿素氮显著降低。因此在玉米-豆粕型断奶犊牛精料中，与粗蛋白质水平为19.64%的精料相比，在粗蛋白质为15.22%的精料中添加 RPLys和 RPMet，Lys∶Met为 3.1∶1 和3.7∶1时，可减少氮的排放、提高氮的总利用率及氮的表观生物学价值。

表5 代乳品中不同氨基酸比例对犊牛氮代谢和部分营养物质表观消化率的影响[11]

中国农科院反刍实验室李雪玲[19]针对断奶后羔羊开展了研究。对照组（PC）饲喂AA平衡（AA）的饲粮，PC组饲粮Lys、Met、Thr和色氨酸（Trp）含量分别为1.16%、0.38%、0.58%和0.16%，4个试验组饲喂在PC组的基础上分别扣除30%的Lys（PD-Lys组）、Met（PD-Met组）、Thr（PD-Thr组）和Trp（PD-Trp组）的饲粮，其余AA保持一致。研究发现，AA的平衡供给对羔羊的体重和日增重有显著升高作用，可改善饲粮饲料转化效率，必需AA缺乏对羔羊生长发育和屠宰性能有较大影响，AA扣除可以影响心脏、肝脏和肾脏器官的发育；在断奶羔羊饲粮中，羔羊不同日龄生长阶段饲粮AA的限制性顺序为Met＞Lys＞Thr＞Trp（60～90 d）、Met＞Lys＞Trp＞Thr（90～120 d）。依照不同的评价指标计算出断奶羔羊60～120日龄四种AA的适宜比例不同。以最大氮沉积为衡量指标时，60～90日龄和90～120日龄4种AA的模式分别为100∶37∶45∶12（60～90 d）和100∶41∶39∶12（90～120 d）。以最大ADG作为参考指标时，60～90 d和90～120 d两个阶段的 Lys、Met、Thr和 Trp 的适宜比例分别为 100∶44∶44∶8和100∶54∶45∶7。

5 展望

适宜的饲粮AA平衡模式的构建对反刍动物幼畜的生长具有重要意义。反刍动物理想AA模型的建立已取得一定的进展，但大多局限于成年奶牛和犊牛，后备奶牛、羔羊生长阶段理想AA模型的研究还处于开始阶段。中国农科院反刍实验室目前正在就3～6月龄犊牛、7～9月龄小母牛限制性AA顺序及模式开展试验，数据有望尽快发表公开。即便如此，在反刍动物幼畜饲粮氨基酸营养方面还有很多问题有待解决。特别是在消化道动态发育过程中微生物蛋白质合成、饲粮过瘤胃氨基酸比例和组成等方面，从试验方法到数据都不完善，亟需开展大量、系统的研究。