不同水平铜源对奶牛生产性能、抗氧化能力和铜代谢的影响

刘祥圣 冀 飞 宁丽丽 赵国琦*

(1.扬州大学 动物科学与技术学院 江苏 扬州 225009；2.Zinpro Corporation, Eden Prairie, MN 55344, USA)

铜作为生命体的必需元素，是动物机体内细胞色素氧化酶、酪氨酸酶、超氧化物歧化酶和铜蓝蛋白等多种酶的组成成分，对动物机体的造血、色素沉积、骨骼发育和免疫能力具有重要作用[1]。研究表明，饲粮中补充铜能够提高奶牛的产奶量、抗氧化能力和免疫能力[2-3]，对促进反刍动物瘤胃发酵也具有重要作用[4]。然而，成年反刍动物对铜的吸收率较低，仅为5%～10%，大部分饲粮中的铜未被充分利用而被排泄[5]，因而在奶牛生产中存在较为严重的铜污染问题。目前在生产中应用较为广泛的是以硫酸铜为代表的无机铜，有机铜包括蛋白盐铜和氨基酸螯合铜，可提高反刍动物的生物利用度引起广泛关注[6]。Dezfoulian等[7]研究表明蛋白盐铜相较于硫酸铜能够减少羔羊铜的排泄量，李寰旭和王芬[8]的研究同样表明羟基蛋氨酸铜相较于硫酸铜具备更高的生物利用度。Bampidis等[9]的研究表明赖氨酸铜和谷氨酸铜的1∶1络合物相较于硫酸铜可提高鸡体内铜沉积量，并证实了赖氨酸铜和谷氨酸铜的1∶1络合物是安全有效的铜源。赖氨酸铜和谷氨酸铜的1∶1络合物作为新型氨基酸螯合铜，目前仅在鸡上有相关的研究报道，在其他动物中尚未有相关研究。因此，本研究旨在研究不同水平铜源对奶牛生产性能、抗氧化能力和铜代谢的影响，以期为奶牛生产中选择合理铜源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

硫酸铜CuSO4(具体物质为五水硫酸铜 CuSO4·5H2O 含铜量为25%)，由扬州大学试验农牧场提供。赖氨酸铜和谷氨酸铜的1∶1络合物(含铜量为17%)，由美国金宝公司提供，以下简称LGC。

1.2 试验动物和设计

本研究采用双因素试验设计，包括2种铜源(硫酸铜、赖氨酸铜和谷氨酸铜的1∶1络合物)，铜源的不同添加水平分别为0、3.5和7.0 mg/kg，2种铜源共用对照组，添加量均以铜元素计。选择80头胎次(1.7±1.0)、泌乳天数(92±24 d)和产奶量(34.16±2.48 kg)相近的健康荷斯坦奶牛，随机分为5组，每组16头。试验于2019年2—6月在扬州大学试验农牧场进行，每日饲喂3次，自由饮水，预试期2周，正试期12周。基础饲粮组成及营养水平见表1。

表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

1.3 样品采集与指标测定

1.3.1饲料及粪便样品

每2周称量奶牛投料量及剩料量，同时采集饲料样品用以测定常规营养成分，计算奶牛的平均干物质采食量(DMI)。试验期最后3 d每组选取8头，采用全收粪法和收尿法进行铜代谢试验。粗蛋白质(CP)按GB/T 6432-1994的方法测定；钙(Ca)按GB/T 6436-2002中乙二胺四乙酸二钠络合滴定法测定；磷(P)按GB/T 6437-2002钼黄分光光度法测定；铜含量用Optima 7300 DV电感耦合等离子体光谱仪(PerkinElmer，美国)按JY/T 015-1996的方法进行测定。中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)根据Van Soest等[10]的方法，用ANKOM-2000I纤维分析仪(ANKOM，美国)进行测定。

1.3.2产奶量及乳成分测定

每周测定奶牛日产奶量，计算奶牛的平均日产奶量。按“产奶量×(0.4+15×乳脂率)”计算4%标准乳(4% FCM)。测定产奶量当天采集奶样，早中晚按照4∶3∶3的比例共50 ml加入到装有万分之六苯甲酸的奶样管中充分摇匀。使用MILKO SCAN 605红外线测奶仪(FOSS，丹麦)测定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物。

1.3.3血清抗氧化指标测定

正试期第0、4、8和12周于晨饲后3 h，利用真空采血管在奶牛尾根部进行尾静脉采血，静置 30 min 后3 000 r/min、4 ℃离心15 min，制备血清样品于-80 ℃冰箱中保存。铜蓝蛋白(CER)、总超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物还原酶(GSH-Px)参照试剂盒说明书测定，试剂盒购自南京建成生物工程公司。

1.4 数据处理与统计分析

数据使用Excel 2016整理，使用SPSS 25.0中One-Way ANOVA程序对5个组进行单因素方差分析，使用SPSS 25.0中GLM程序进行双因素方差分析，采用Duncan氏法进行多重比较，结果以平均数±标准差表示，P<0.05表示差异显著，0.05

2 结果与分析

2.1 不同水平铜源对奶牛生产性能的影响

由表2可知，对照组干物质采食量显著低于其余各试验组(P<0.05)，对照组产奶量有低于其余各试验组的趋势(0.050.05)。铜水平对干物质采食量和产奶量有显著影响(P<0.05)，铜水平为3.5和7.0 mg/kg组干物质采食量和产奶量显著高于对照组(P<0.05)，铜水平对4%标准乳和饲料转化率无显著影响(P>0.05)。铜源对干物质采食量、产奶量、4%标准乳和饲料转化率无显著影响(P>0.05)。各组间干物质采食量、产奶量、4%标准乳和饲料转化率无铜源和铜水平的交互作用(P>0.05)。此结果表明，相较于对照组，添加3.5和7.0 mg/kg的CuSO4或LGC均可提高奶牛的干物质采食量和产奶量，但2种铜源对奶牛干物质采食量和产奶量的影响较小。

表2 不同水平铜源对奶牛生产性能的影响

2.2 不同水平铜源对奶牛乳成分的影响

由表3可知，各组间乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物差异不显著(P>0.05)。铜水平对乳脂率有显著影响(P<0.05)，铜水平为3.5和7.0 mg/kg组乳脂率显著低于对照组(P<0.05)，铜水平对乳蛋白率、乳糖率和总固形物无显著影响(P>0.05)。铜源对乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物无显著影响(P>0.05)。各组间乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物无铜源和铜水平的交互作用(P>0.05)。此结果表明，相较于对照组，添加3.5和 7.0 mg/kg 的CuSO4或LGC会降低奶牛乳脂率，不同水平铜源对奶牛乳蛋白率、乳糖率和总固形物的影响较小。

表3 不同水平铜源对奶牛乳成分的影响

2.3 不同水平铜源对奶牛抗氧化能力的影响

由表4可知，对照组CER活性显著低于其余各试验组(P<0.05)，对照组SOD和GSH-Px活性显著低于添加7.0 mg/kg的CuSO4和LGC组(P<0.05)。铜水平对CER、SOD和GSH-Px活性有显著影响(P<0.05)，铜水平为3.5和7.0 mg/kg组CER活性显著高于对照组(P<0.05)，铜水平为7.0 mg/kg组CER和SOD活性显著高于3.5 mg/kg组(P<0.05)，铜水平为7.0 mg/kg组GSH-Px活性显著高于对照组(P<0.05)。铜源对CER、SOD和GSH-Px活性无显著影响(P>0.05)。各组间CER、SOD和GSH-Px活性无铜源和铜水平的交互作用(P>0.05)。此结果表明，随着CuSO4和LGC添加量的提高，奶牛CER、SOD和GSH-Px活性也随之提高，但2种铜源对奶牛CER、SOD和 GSH-Px 活性的影响较小。

表4 不同水平铜源对奶牛抗氧化能力的影响

2.4 不同水平铜源对奶牛铜代谢的影响

由表5可知，对照组粪铜最低(P<0.05)，添加7.0 mg/kg的CuSO4组粪铜显著高于添加7.0 mg/kg的LGC组，各组间尿铜无显著差异(P>0.05)，添加7.0 mg/kg的LGC组铜沉积量和铜沉积率最高(P<0.05)。铜水平对铜采食量、粪铜、铜沉积量和沉积率有显著影响(P<0.05)，铜水平为3.5 mg/kg组铜采食量、粪铜、铜沉积量和沉积率显著高于对照组(P<0.05)，铜水平为7.0 mg/kg组铜采食量、粪铜、铜沉积量和铜沉积率显著高于3.5 mg/kg组(P<0.05)，铜水平对尿铜无显著影响(P>0.05)。铜源对粪铜、铜沉积量和铜沉积率有显著影响(P<0.05)，LGC组粪铜显著低于CuSO4组(P<0.05)，LGC组铜沉积量和铜沉积率显著高于CuSO4组(P<0.05)。各组间铜采食量、粪铜和尿铜无铜源和铜水平的交互作用(P>0.05)，铜沉积量和铜沉积率各组间存在交互作用(P<0.05)。此结果表明，在相同水平铜添加量下，LGC组的铜沉积量和铜沉积率高于CuSO4组。

表5 不同水平铜源对奶牛铜代谢的影响

3 讨 论

3.1 不同水平铜源对奶牛生产性能的影响

Hansen 等[11]在饲粮中添加不同水平CuSO4或甘氨酸铜(5和10 mg/kg)相较于未添加铜组可提高公牛的干物质采食量(DMI)，但铜水平为5和 10 mg/kg 组间DMI的差异较小，这与本研究结果一致，补充铜可以提高反刍动物瘤胃微生物对饲粮蛋白质的利用效率和纤维降解能力，提高了干物质消化率进而提高了DMI[7]，但不同铜水平对DMI的影响较小。然而付辑光等[2]研究表明，饲料中添加铜对奶牛DMI影响较小，研究结果的差异性可能与奶牛品种、饲粮组成和奶牛对铜的缺乏程度有关。常新耀等[12]的研究表明，添加不同水平CuSO4(6、10和12 mg/kg)可以提高奶牛产奶量和4%标准乳(4% FCM)，并且产奶量和4% FCM与铜添加量呈正相关关系，补充铜可以促进奶牛对饲粮中营养物质的获取从而提高产奶量和4% FCM，本研究中补充铜有提高产奶量的趋势，略微提高了4% FCM，并且添加3.5和7.0 mg/kg铜水平间差异不显著，这可能与较低铜添加量已经达到生产需求有关。NRC(2001)规定体重为650 kg、产量为40 kg的奶牛铜需要量为15.6 mg/kg[13]。本研究中基础饲粮铜含量为15.06 mg/kg，添加3.5 mg/kg铜后奶牛的产奶量进一步提高，但添加7.0 mg/kg铜对产奶量的提升效果有限，付辑光等[2]研究同样表明奶牛铜的需要量为18.09～23.09 mg/kg，并且更高添加量对提高产奶量的作用较小，说明在奶牛生产中铜的实际需求量更高，但过多添加铜对提升奶牛的生产能力有限。Wang等[14]研究表明补充羟基蛋氨酸铜相较于CuSO4对奶牛DMI的影响较小，但有提高产奶量和4% FCM的趋势，并推测羟基蛋氨酸铜相较于CuSO4有更高的利用率，尤其是在应对环境不利的应激状况下效果更好，因而能够提高产奶量和4% FCM。本研究中2种铜源对奶牛DMI、产奶量和4% FCM的影响较小，试验结果的差异性可能与试验过程中的环境因素和补充铜源均已达到奶牛生产需求有关。

3.2 不同水平铜源对奶牛乳成分的影响

乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物是评价乳品质的重要标准。常新耀等[12]添加不同水平CuSO4未发现对奶牛乳蛋白率和乳糖率造成显著影响，本研究结果同样表明补充不同水平铜对乳蛋白率和乳糖率的影响较小，说明饲粮中添加铜不会改变乳蛋白和乳糖含量。Engle等[15]的研究表明饲粮添加CuSO4未改变奶牛乳脂率，但能够降低C18∶1反式脂肪酸和C18共轭二烯酸的浓度。本研究中添加不同水平铜降低了乳脂率，试验结果的差异性可能与试验牛品种有关。有研究表明，产奶量与乳脂率具有显著负相关关系[16]，本研究中补充铜提高了产奶量从而使得乳脂含量有所下降。然而，补充铜是否会对乳中脂肪酸组成造成影响有待进一步研究。付辑光等[2]研究表明铜水平对奶牛总固形物无影响，这与本研究结果一致。Wang等[14]研究表明添加羟基蛋氨酸铜相较于CuSO4未对奶牛乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和总固形物造成显著影响，这与本研究结果一致，说明铜源对乳成分的影响较小。

3.3 不同水平铜源对奶牛抗氧化能力的影响

黄元龙等[17]研究表明饲粮添加CuSO4(10和25 mg/kg)可提高绵羊血清CER和SOD活性，并与铜添加量呈正相关关系，这与本研究结果一致，CER作为转运铜的重要蛋白其自身也需要铜来合成，也具备减少脂质过氧化物生成的作用，SOD作为含铜酶可以催化超氧阴离子歧化为氧气和过氧化氢，对于机体的氧化与抗氧化平衡具有重要作用，增加饲粮铜水平会使机体内包括CER和SOD的含铜酶活性提高，从而提高反刍动物的抗氧化能力。本研究中，补充铜可提高GSH-Px活性并与铜添加量呈正相关关系，这与前人的研究结果一致[2]，增加饲粮铜水平可提高SOD活性，减少超氧阴离子蓄积从而增强GSH-Px活性。程延彬[18]研究表明，蛋氨酸铜和CuSO4对提高奶牛CER和SOD活性的作用相同，本研究中LGC和CuSO4对提升奶牛抗氧化能力无显著差异，这表明在相同铜添加量的情况下，LGC对于提升奶牛抗氧化能力的作用较小。

3.4 不同水平铜源对奶牛铜代谢的影响

本研究中，随着铜采食量的提高，奶牛铜的排泄量增加，这与付辑光等[2]研究结果一致，奶牛对于铜的利用率较低，仅为5%～10%[5]，过多的添加铜很容易造成环境污染。有机铜可提高反刍动物铜的生物利用度已经得到试验证明，蛋氨酸铜在母羊中具有更高的肠道吸收能力和更低的铜排泄率，这是由于肠道中无机来源的矿物质离子可能会与其他消化成分重组形成不溶性复合物，从而降低肠道吸收，而有机矿物质则通过粘膜吸收氨基酸并将其完全吸收到血液中[19]，有机形态的铜也能够避免与其他元素的拮抗作用，从而提高利用效率[20]。其他研究也报道了与CuSO4相比，有机铜排泄量较低[21-22]。本研究中LGC在奶牛体内的铜沉积率要高于CuSO4，说明奶牛对于LGC的吸收效率更高。

4 结 论

在基础铜含量为15.06 mg/kg的饲粮中添加3.5和7.0 mg/kg的CuSO4或LGC均可提高奶牛的产奶量和抗氧化能力。LGC相较于CuSO4可提高奶牛的铜沉积率，减少粪铜排放量，从生产性能和环境保护综合考虑，在奶牛饲粮中添加3.5 mg/kg的LGC效果最好，在保证生产需求的基础上又能够降低环境污染。