生物调控释放型尿素对奶牛产奶量、乳成分、瘤胃发酵参数和血清生化指标的影响

2021-12-08王二旦刘吉生刘巧兰吕佳颖王吉东杨占涛比莎娜阿扎提阿拉依古丽托合塔别克李胜利

动物营养学报 2021年11期

王二旦刘吉生刘巧兰吕佳颖王吉东杨占涛比莎娜·阿扎提阿拉依古丽·托合塔别克都文李胜利*

(1.中国农业大学动物科学技术学院，动物营养学国家重点实验室，北京 100193；2.长春博瑞科技股份有限公司，长春 130118)

随着国民对奶产品需要量的增长，我国奶业对优质蛋白质原料的需求也在不断扩大，但受到近年中美贸易摩擦的影响，豆粕等优质蛋白质原料价格居高不下，极大程度上增加了生鲜乳生产成本。反刍动物由于瘤胃微生物的存在，可以利用非蛋白氮(non-protein nitrogen，NPN)转化为微生物蛋白(microbial protein，MCP)，再将MCP合成机体所需蛋白质[1]，从而减少优质蛋白质原料的使用量，可在一定程度缓解国内优质蛋白质原料紧缺的现状。

本试验通过一种新型的SRU产品——生物调控释放型尿素(bio-regulated release urea，BRRU)，替代泌乳中期奶牛饲粮中不同比例豆粕，旨在研究BRRU对奶牛产奶量、乳成分、瘤胃发酵参数和血清生化指标的影响，为实际生产中NPN在奶牛生产中的应用提供理论依据和实操指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验中使用的BRRU是由长春某农牧股份集团有限公司提供，其的简要制备过程如下：1)将尿素与粉碎玉米按一定比例混合后进行膨化处理(100～120 ℃)制成膨化尿素；2)将膨化尿素、纤维类饲料原料(苜蓿、燕麦草粉等)、麸质类饲料原料(麦麸、油糠等)与硬脂酸按照一定比例混合制粒；3)使用加热的硬脂酸(90～100 ℃)对混合的颗粒进行3次包被。BRRU与常规SRU的最大差异在于其产品密度低，仅为0.85～0.93 g/cm3。BRRU主要营养水平：干物质含量93.72%，氮含量18.51%(粗蛋白质当量115.69%)，粗脂肪含量34.76%，淀粉含量14.61%，中性洗涤纤维含量3.04%，酸性洗涤纤维含量1.47%，粗灰分含量0.54%。根据NRC(2001)产奶净能(NEL)计算公式得出BRRU的NEL为24.95 MJ/kg。

1.2 试验设计及饲养管理

试验于2020年5月1日至2020年7月30日在北京首农畜牧发展有限公司金银岛牧场进行。选取胎次、泌乳天数和7日平均产奶量相近的健康荷斯坦奶牛36头，随机分为3组，每组12头牛。对照组饲喂基础饲粮，试验1、2组分别饲喂用BRRU替代基础饲粮中12.5%和25.0%豆粕的试验饲粮。试验牛群信息见表1。

表1 试验牛群信息Table 1 Information of experimental cows

试验饲粮参照我国《奶牛饲养标准》(NY/T 34—2004)配制。对照组饲粮粗蛋白质水平为16.7%，饲粮中豆粕含量为6.79%，未添加BRRU；试验1组饲粮粗蛋白质水平为16.8%，由0.32% BRRU替代基础饲粮中12.5%豆粕；试验2组饲粮粗蛋白质水平为16.9%，由0.74% BRRU替代基础饲粮中25.0%豆粕。试验饲粮组成及营养水平见表2。预试期14 d，试验2组奶牛先饲喂试验1组饲粮过渡7 d后再饲喂试验2组饲粮。正试期45 d。各组奶牛散栏饲养，自由饮水，每天挤奶3次(06:30、13:30和20：30)，饲喂3次(07：00、14：00和20：00)。

表2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

1.3 样品采集与指标测定

1.3.1 产奶量和乳成分的测定

使用利拉伐2×12并列式挤奶系统，每天挤奶3次，并自动记录产奶量。在正试期的第1、15、30和45天分别在早、中和晚3次挤奶时，使用挤奶系统的分流器采集3组试验牛群奶样各50 mL，并加入重铬酸钾防腐剂，以4∶3∶3比例混匀在50 mL的离心管中，4 ℃保存，24 h内送至北京奶牛中心，使用乳成分体细胞数联机测定仪(YQ1-57)进行测定。依据NY/T 2659—2014方法检测乳脂率、乳蛋白率和乳糖率，依据ZD-70-2015方法检测牛奶中尿素氮含量。4%乳脂矫正乳(fat-corrected milk，FCM)产量的计算公式如下：

FCM(kg/d)=0.4M+15F。

式中：M为非标准奶的重量(kg)；F为非标准奶的脂肪含量(kg)。

1.3.2 瘤胃发酵参数的测定

在正试期的第1、15、30和45天，每组试验牛群中随机选取6头牛采集瘤胃液样品，-20 ℃保存待测。根据Broderick等[10]方法测定瘤胃液NH3-N含量，每个样品设3个平行；根据苏海涯[11]总结优化和Zinn等[12]提出的嘌呤法测定瘤胃液MCP含量，每个样品设3个平行；根据田雨佳[13]总结优化和Erwin等[14]提出的气相色谱分析法测定瘤胃液挥发性脂肪酸(VFA)含量，每个样品设2个平行。

1.3.3 血清生化指标的测定

在正试期的第1、15、30和45天，每组试验牛群中分别随机选取6头牛进行尾根静脉采血10 mL，在4 ℃、1 600×g的条件下离心15 min，-20 ℃保存待测。测定指标包括：甘油三脂(TG)、尿素氮(UN)、非酯化脂肪酸(NEFA)以及β-羟丁酸(BHBA)含量，使用GF-D200型半自动生化分析仪(山东高密彩虹分析仪器有限公司)、722型分光光度计(山东高密彩虹分析仪器有限公司)进行测定。

1.4 统计分析

数据采用Excel 2016进行整理。使用SAS 9.2的PROC MIXED模型进行差异显著性分析，包括处理、时间和处理×时间的交互效应。每个时间点产奶量、乳成分指标、4%FCM产量、瘤胃发酵参数和血清生化指标则使用单因素方差分析。试验数据以平均值和均值标准误(SEM)表示，P<0.05表示差异显著，0.05≤P<0.10表示有趋势。

2 结果

2.1 BRRU对奶牛产奶量的影响

由表3可知，试验1组整个正试期(第1～45天)的产奶量比对照组提高了0.34 kg/d，而试验2组却降低了0.61 kg/d，但各组整个正试期及各阶段的产奶量均无显著差异(P>0.05)。随着试验的进行，各组产奶量有降低趋势(0.05≤P<0.10)。

表3 BRRU对奶牛产奶量的影响Table 3 Effects of BRRU on milk yield of dairy cows kg/d

2.2 BRRU对奶牛乳成分和4% FCM产量的影响

由表4可知，各组整个正试期及各阶段的乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳中尿素氮(MUN)含量和4% FCM产量均无显著差异(P>0.05)。但试验1组和试验2组的乳脂率相较于对照组均有所提高，且试验2组整个正试期的乳脂率提高幅度最大。试验1组整个正试期的4% FCM产量最高，相较于对照组和试验2组分别提高了1.43和0.43 kg/d；试验2组整个正试期的4% FCM产量相较于对照组提高了1.00 kg/d。

表4 BRRU对乳成分和4% FCM产量的影响Table 4 Effects of BRRU on milk composition and 4% FCM yield of dairy cows

2.3 BRRU对奶牛瘤胃发酵参数的影响

由表5可知，试验1组正试期第15天的瘤胃液NH3-N含量显著高于对照组(P<0.05)；试验2组正试期第15、30天以及整个正试期的瘤胃液NH3-N含量均显著高于对照组(P<0.05)，正试期第1和45天有升高趋势(0.05≤P<0.10)；试验1组第1、30、45天和整个正试期的瘤胃液NH3-N含量均高于试验1组，但差异不显著(P>0.05)。试验1组和试验2组整个正试期的瘤胃液MCP含量高于对照组，有升高趋势(0.05≤P<0.10)；试验1组和试验2组第15、30和45天的瘤胃液MCP含量均显著高于对照组(P<0.05)；试验1组与试验2组整个正试期及各阶段的瘤胃液MCP含量差异不显著(P>0.05)。

表5 BRRU对奶牛瘤胃液NH3-N和MCP含量的影响Table 5 Effects of BRRU on contents of NH3-N and MCP in rumen fluid of dairy cows

由表6可知，各组整个正试期及各阶段的瘤胃液乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸(TVFA)含量以及乙酸/丙酸均无显著差异(P>0.05)。

表6 BRRU对奶牛瘤胃液VFA含量的影响Table 6 Effects of BRRU on content of VFA in rumen fluid of dairy cows

2.4 BRRU对奶牛血清生化指标的影响

由表7可知，试验1组和试验2组整个正试期的血清UN含量相对于对照组有所升高，但差异不显著(P>0.05)，仅在第1天有升高趋势(0.05≤P<0.10)。各组整个正试期及各阶段的血清TG、BHBA以及NEFA含量均无显著差异(P>0.05)，均处于正常水平。

表7 BRRU对奶牛血清生化指标的影响Table 7 Effects of BRRU on serum biochemical indexes of dairy cows

2.5 BRRU对奶牛场经济效益的影响

由表8可知，随着BRRU替代豆粕比例的增加，饲料成本随之降低，试验1组和试验2组饲料成本分别比对照组降低了0.27和0.62元/(d·头)。与对照组相比，试验1组和试验2组的牛奶收入分别增加了6.00和4.20元/(d·头)，经济效益分别增加了6.28和4.82元/(d·头)。

表8 BRRU对奶牛场经济效益的影响Table 8 Effects of BRRU on economic effectiveness of dairy farm 元/(d·头)

3 讨论

3.1 BRRU对奶牛产奶量、乳成分和奶牛场经济效益的影响

产奶量是衡量奶牛生产性能最重要的指标，影响产奶量的因素有很多，包括遗传、生理、环境等方面。遗传因素对奶牛产奶量的影响相对较低，影响产奶量最重要的因素就是饲粮营养[15]。正常情况下，尿素在瘤胃中会被迅速降解为氨，当瘤胃中氨含量过高时，就会产生氨中毒。BRRU是通过一系列的加工处理，使得尿素借助反刍动物的反刍生理，控制尿素在瘤胃中释放速度。BRRU在瘤胃中缓慢释放，有利于瘤胃微生物及时地利用氨合成MCP，既能够促进能氮平衡，也可以有效地提高尿素利用率，避免反刍动物氨中毒。有研究表明，用125 g SRU替代1 kg豆粕，对奶牛采食量、消化率、产奶量和乳成分均无显著影响[16]，这与本研究产奶量无显著变化的结果一致。但BRRU替代饲粮中12.5%豆粕组产奶量提高了0.34 kg/d，与Inostroza等[17]的研究结果相似，其在奶牛的饲粮中添加114 g/d SRU，产奶量增加了0.5 kg/d。

乳脂肪、乳蛋白及乳糖是牛奶中最重要的营养成分，同时也是评价奶品质的重要指标。但有研究表明，在饲粮中添加不同水平的尿素与乳蛋白含量无显著影响[18-19]。本研究中，各组乳蛋白率、乳糖率、MUN含量和4% FCM产量差异均不显著；但2个试验组的乳脂率均由一定提高，试验2组的乳脂率提高了0.56%，这与Salami等[8]和Susmel等[18]研究结果相似。MUN含量在奶牛实际生产中有重要意义，通过MUN含量可评定奶牛饲粮中蛋白质利用率以及蛋白质与能量的配比关系[20]。目前我国比较认可的MUN标准含量是10～16 mg/dL，美国MUN标准含量是8～14 mg/dL[21]。本试验结果中，各组奶牛MUN含量均在合理范围之内，说明用一定比例的BRRU替代豆粕对奶牛健康无不良影响。

近年来，国内豆粕等优质的蛋白质原料价格居高不下，饲粮成本也随之升高，使用NPN替代豆粕显得十分迫切。Inostroza等[17]在美国威斯康辛州的一个商业牧场对2 368头奶牛进行反转试验，发现饲粮添加114 g/d SRU，产奶量增加了0.5 kg/d，提高了牧场经济效益。本研究同样发现，随着BRRU替代豆粕比例的增加，饲粮成本随之降低，BRRU替代饲粮12.5%豆粕，牧场经济效益增加了6.28元/(d·头)，饲喂效果较好。

3.2 BRRU对奶牛瘤胃发酵参数的影响

NH3-N是瘤胃内蛋白质类和NPN化合物共同分解的终产物，是瘤胃微生物合成MCP的主要原料[22]。瘤胃中的NH3-N含量处于动态平衡状态，受氮的摄入、MCP合成速率和瘤胃对NH3-N的吸收等因素影响，因此生产过程中需要维持瘤胃内适宜的NH3-N含量以保证MCP的正常合成。本试验中，2个试验组的瘤胃液NH3-N含量在正试期第15、30天以及整个正试期均显著高于对照组。此结果与Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，使用SRU产品提高饲粮中的豆粕提高了NH3-N和VFA含量。这说明各种类的SRU产品在瘤胃的降解速度和降解过程与豆粕存在差异。

瘤胃微生物利用NH3-N合成的MCP，是奶牛最主要的氮源，可满足机体蛋白质需要量的40%～80%。然而当瘤胃NH3-N含量过高时，MCP的合成能力会达到饱和，过量的NH3-N不能被微生物充分利用，会造成NH3-N通过瘤胃壁进入血液，在肝脏中转化为尿素，并最终随尿液排出体外，造成饲料蛋白质资源的浪费。有研究表明，饲粮中添加SRU产品可提高饲料转化效率和氮的利用效率[8,24]。本研究中，2个试验组的瘤胃液MCP含量均有所提高，且在第30和45天时显著提高，说明BRRU可以提高MCP产量。但随着BRRU替代豆粕比例的增加，整个正试期瘤胃液MCP含量却没有随之升高，可能是由于瘤胃NH3-N含量过高，造成MCP的合成能力达到饱和。与本研究结果相似，Gardinal等[25]在肉牛饲粮中添加1%聚合物包被SRU，瘤胃NH3-N含量显著提高，MCP合成虽有所提高，但差异不显著。

VFA是反刍动物主要的能量来源，其为反刍动物提供超过70%总能需要量的能量，同时也为瘤胃微生物提供主要的碳架来源[26]。瘤胃碳水化合物发酵产生VFA，包含乙酸、丙酸和丁酸，它们是反刍动物获得能量、合成乳脂以及维持体脂肪的重要原料。瘤胃中VFA的种类和比例对反刍动物吸收、利用营养物质和发挥生产性能有显著影响[27]。本试验结果与Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，即添加BRRU未对瘤胃VFA含量和比例产生显著影响。但2个试验组的乙酸、丙酸、丁酸含量和总挥发酸含量数值上均高于对照组，说明添加BRRU并未对瘤胃发酵模式产生改变，但是可以增加VFA产量。

3.3 BRRU对奶牛血清生化指标的影响

健康动物机体的血清生化指标相对稳定，呈动态平衡。血清UN含量能直观地反映动物机体对蛋白质的消化吸收与分解代谢，也可以准确反映出动物饲粮氨基酸平衡情况和机体的代谢情况。Piccione等[28]发现，血清UN含量与肝脏中氨基酸降解产生的尿素含量相关。本试验结果表明，BRRU替代饲粮不同比例豆粕后，血清UN含量有所升高，这可能是由于BRRU添加造成瘤胃NH3-N含量升高，肝脏中尿素的合成量随之升高；但各组血清UN含量差异不显著，这与Pacheco等[9]汇总的研究结果一致，也表明机体蛋白质代谢情况良好[29]。

血液中TG主要来源于脂肪组织中TG的动员与脂解，因广泛参与机体代谢循环，故时刻在发生着变化，其含量直接反映动物机体对脂肪消化吸收状态[30]。赵二龙等[31]在研究SRU产品替代饲粮中豆粕对肉牛相关指标的影响时发现，SRU产品替代饲粮中一定比例豆粕对血中TG含量无显著影响，与本研究结果一致。血液中BHBA主要是通过游离脂肪酸在肝脏中氧化合成和瘤胃吸收的丁酸转化而来，当奶牛的采食量不能满足泌乳所消耗的能量需要时出现能量负平衡，从而产生过多的酮体，超过了机体自身组织能够利用的限度时，就会在机体内蓄积，引起酮病[32]。本试验中，BRRU替代饲粮不同比例豆粕对血清BHBA和TG含量无显著影响，表明BRRU对奶牛机体健康无负面影响。