饲粮能氮水平对奶牛生产性能、血液指标和氮代谢的影响

2023-12-04张晓音熊展博张仕琦李可馨王加启赵圣国

动物营养学报 2023年11期

高远张晓音熊展博张仕琦卜莹李可馨郑楠王加启赵圣国*

(1.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,动物营养学国家重点实验室,北京 100193;2.安徽农业大学动物科技学院,合肥 230036)

奶牛生产性能、氮代谢和营养消化等是奶牛营养科学研究的主要内容,也是饲料营养学研究的主要问题之一。近年来,我国规模化、集约化养殖发展势头迅猛,但畜禽生产效率和健康水平偏低、行业竞争力不足等问题依旧突出。与此同时,玉米、大豆价格在高位运行,饲料和养殖成本不断攀升,在降本增效的大背景下,畜牧行业实施精准营养已成为国家战略需求。饲料精准营养技术在一定程度上可以解决传统饲料营养配方造成的畜禽营养不均衡、生产性能低下以及氮磷排放过高等问题。而在规模化奶牛养殖过程中,精准营养饲喂可保持奶牛适宜体况,提高产奶量和牛奶品质,并降低饲粮成本。其中,确定奶牛饲粮能氮水平是实现精准营养的关键。研究表明,奶牛基本代谢活动都伴随着能氮的转化利用,在适宜范围内提高饲粮能氮水平可以提高奶牛生产性能;此外,能量作为影响反刍动物生长发育不可缺少的因素,饲粮中的主要营养物质代谢都伴随能量的转化利用,因此奶牛生产性能和消化代谢可能与能氮水平有关[1]。李陇平等[2]研究表明,高能饲粮可以提高山羊生长性能,并改善其血清生化指标。杨春涛等[3]通过对牧区冬春季羔羊及时补饲不同能氮水平的精料,结果表明:在同等消化能水平条件下,能氮比为73.25 MJ/kg的饲粮较于能氮比为67.87 MJ/kg的饲粮能够获得更好的生长效果,且对牧区羔羊的增重指标和部分血清指标有显著影响。国外研究表明,在适宜范围内,能氮水平较高的饲粮可以提高反刍动物的生产水平[4]。近年来,关于饲粮能氮水平与反刍动物营养需要量及代谢规律关系的研究仍在不断深入。

目前,高能氮水平饲粮在奶牛方面为生产性能结合经济效益的牧场提供具体实际生产指导性意见的试验较少,理论上高能氮水平饲粮能够提供更高含量的乳成分合成前体物,提高可代谢蛋白质和氨基酸水平,以促进产奶量的提升[5],但更改饲粮后的实际生产效应却鲜有报道。因此,本试验旨在饲喂2种能氮水平饲粮进行生产试验,通过采集样品检测和收集数据,探究不同能氮水平饲粮对奶牛生产性能和血液生化指标的影响,为指导牧场设计高效能氮饲粮提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

选取体况良好以及泌乳天数[(183±41) d]、胎次[(2.3±1.2)胎]和平均产奶量[(30.24±5.09) kg/d]相近的泌乳期奶牛24头,随机分为2组,每组12头。低能低氮组(LELN组)饲喂低能低氮饲粮[泌乳净能为6.80 MJ/kg(低于标准值0.80 MJ/kg),粗蛋白质(CP)含量为16.60%],高能高氮组(HEHN组)饲喂高能高氮饲粮[泌乳净能为7.95 MJ/kg(高于标准值0.75 MJ/kg),CP含量为18.33%]。基础饲粮参照NRC(2001)[6]营养需要标准配制,泌乳净能标准参考NRC(2001)泌乳中期(产后101 d至产后200 d)奶牛饲粮能量标准值7.20 MJ/kg。饲粮组成及营养水平见表1。试验期84 d。

表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)Table 1 Composition and nutrient levels of diets (DM basis) %

1.2 饲养管理

整个试验期间,2组奶牛都处于相同牛舍中,使用铁质栏杆隔开,采用散栏式成群饲养,所有奶牛均自由采食和饮水。每天分3次投喂全混合日粮(TMR)(07:30、14:30和21:30),并根据次日早晨的剩料量调整饲粮投喂量,保持剩料量在10%以内。采用GEM圆形转盘挤奶系统,每天挤奶3次(08:30、15:30和22:30)。

1.3 样品采集和数据分析

1.3.1 产奶量

试验期间,每天通过GEM圆形转盘挤奶系统示数记录试验奶牛产奶量,并根据后续测定乳脂含量计算4%乳脂校正乳(4% FCM)产量。4%FCM产量计算公式如下:

4% FCM产量(kg/d)=0.4M+15F。

式中:M为平均产奶量(kg/d);F为乳脂含量(kg/d)。

1.3.2 生乳样品

试验期第8和12周,连续3 d采集奶样。利用挤奶转盘上的分流器,每头牛每次挤奶时采集约100 mL奶样,按早∶中∶晚=4∶3∶3的比例混合均匀加入至2根10 mL管中。其中一管使用2-溴,2-硝基丙二醇(防腐剂)进行保存,用于测定乳常规指标;另一管即刻冻存用于测定乳尿素氮含量。

1.3.3 采食量

试验期第8和12周,连续3 d记录早、中、晚投料量与剩料量,计算采食量,并根据后续饲粮中干物质(DM)含量测定结果计算干物质采食量(DMI)。

1.3.4 TMR样品

采样期当天采集TMR约500 g,采用四分法选取约250 g样品称重记录,当日冻存,用于后续测定饲粮常规营养成分含量,包括DM、CP、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量等。

1.3.5 尿液样品

试验期第12周,连续3 d采集尿样。每组采用点收尿法采集尿液,每隔6 h通过刺激外阴法收集尿液,使用1/10尿液体积的10%稀硫酸保存连续3 d的尿液,取40 mL冻存用于测定尿液尿素氮含量。

1.3.6 血液样品

试验期第8和12周,采集1次血液样品。晨饲后1～2 h通过尾静脉用10 mL肝素钠抗凝管采集2管血样,于3 000×g离心15 min分离血清,分装到2 mL离心管保存在-20 ℃,用于分析尿素氮含量等血清生化指标;同时采集全血,测定血常规指标。

1.3.7 牛舍温湿度指数(THI)的测定与统计

试验期每日分别于07:30、14:30和21:30使用距离地面1.5 m的温湿度计测定记录牛舍中的温度和相对湿度,计算THI。计算公式如下:

THI=(1.8×T+32)-(0.55-0.55×
R/100)×(1.8×T-26)。

式中:T为牛舍环境温度(℃);R为牛舍环境相对湿度(%)。

当68≤THI<72时,奶牛处于轻度热应激环境;当72≤THI<80时,奶牛处于中度热应激环境;当80≤THI<90时,奶牛处于重度热应激环境;当THI≥90时,奶牛处于紧急热应激环境[7]。

1.4 指标测定

1.4.1 饲粮常规营养成分含量

TMR中的DM、CP、粗脂肪(EE)和粗灰分(Ash)含量分别参照GB/T 6435—2014[8]、GB/T 6432—2018[9]、GB/T 6433—2006[10]和GB/T 6438—2007[11]方法测定;ADF和NDF含量按照Van Soest等[12]的方法测定。

1.4.2 血液生化指标

血清炎性指标——肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-6(IL-6)和转化生长因子-β1(TGF-β1)含量采用酶联免疫吸附试验(ELISA)法检测,相应试剂盒由北京华英生物技术研究所提供;其余血液指标采用比色法检测,相应试剂盒购于中生北控生物科技股份有限公司。

1.4.3 乳成分

所采集生乳样品通过乳成分分析仪(MILKO SCAN-605,福斯公司,丹麦)进行测定,测定指标包括乳脂、乳蛋白、乳糖、乳总固形物和乳尿素氮等。

1.4.4 氮代谢指标

将奶样、血样、尿样及瘤胃液样等关于氮代谢指标进行统筹,包括瘤胃氨态氮、血液氨、血液尿素氮、血液总氨基酸、尿液尿素氮、乳尿素氮及乳氮含量等,计算氮利用率(NUE),计算公式如下:

乳氮含量(g/d)=1 000×乳蛋白
含量(kg/d)/6.38;
氮摄入量(g/d)=1 000×干物质采食量(kg/d)×
饲粮CP含量(%)/6.25;
饲粮CP摄入量(kg/d)=饲粮CP含量(%)×
干物质采食量(kg/d);
氮利用率(%)=[乳蛋白含量(kg/d)/
6.38]/[饲粮CP摄入量(kg/d)/6.25]。

1.4.5 经济效益分析

通过市场调研饲粮配方单价,根据奶牛平均干物质采食量、平均产奶量及当日售出鲜奶价格计算饲粮成本、产奶效益和整体经济效益。计算公式如下:

产奶效益[元/(d·牛)]=平均日
产奶量×鲜奶单价;
饲粮成本[元/(d·牛)]=平均干物质
采食量×TMR每千克干物质单价;
经济效益[元/(d·牛)]=产奶效益-饲粮成本。

1.5 数据统计分析

试验数据采用Excel 2021进行初步整理,瘤胃氨态氮和尿液尿素氮含量采用SPSS 25.0软件进行独立样本t检验分析,其余有重复观测的数据采用SPSS 25.0软件的一般线性模型(GLM)进行主体效应检验,固定效应有试验处理(提高饲粮能氮水平)、试验周数(时间)及二者之间的交互作用,以试验处理为主效应进行分析讨论;P<0.05为差异显著水平,P<0.01为差异极显著水平。

2 结果与分析

2.1 热应激环境评定

由图1可知,在整个试验期,前8周牛舍THI均高于热应激阈值68,奶牛处于热应激环境;后4周有所缓解,但大部分时间点奶牛仍处于热应激环境。

2.2 饲粮能氮水平对奶牛生产性能的影响

由表2可知,试验处理和试验周数(时间)对奶牛干物质采食量均有极显著影响(P<0.01);与低能低氮组相比,高能高氮组干物质采食量、产奶量和4%FCM产量都极显著提高(P<0.01);试验处理和试验周数的交互作用对生产性能各项指标均无显著影响(P>0.05)。

表2 饲粮能氮水平对奶牛生产性能的影响Table 2 Effects of dietary energy-nitrogen levels on performance of dairy cows kg/d

2.3 饲粮能氮水平对奶牛乳品质的影响

由表3可知,试验处理和试验周数对2组乳脂率、乳蛋白率和乳糖率均无显著影响(P>0.05);高能高氮组乳脂产量、乳蛋白产量、乳糖产量和乳总固形物含量极显著高于低能低氮组(P<0.01);试验处理和试验周数的交互作用对乳品质各项指标均无显著影响(P>0.05)。

表3 饲粮能氮饲粮对奶牛乳品质的影响Table 3 Effects of dietary energy-nitrogen levels on milk quality of dairy cows

2.4 饲粮能氮水平对奶牛血液生化指标的影响

由表4可知,试验处理对奶牛血清总蛋白和白蛋白含量有极显著影响(P<0.01),其中高能高氮组血清总蛋白和白蛋白含量极显著高于低能低氮组(P<0.01);2组之间血液白细胞计数、红细胞计数、血红蛋白含量、血小板计数、球蛋白含量、谷草转氨酶活性、谷丙转氨酶活性、总胆红素含量和谷草转氨酶活性均无显著差异(P>0.05);试验处理和试验周数的交互作用对血液生化指标均无显著影响(P>0.05)。

表4 饲粮能氮水平对奶牛血液生化指标的影响Table 4 Effects of dietary energy-nitrogen levels on blood biochemical indices of dairy cows

2.5 饲粮能氮水平对奶牛氮代谢的影响

由表5可知,由于瘤胃液和尿液只检测了第12周样品,故只存在处理因素影响。高能高氮组奶牛氮摄入量、氮利用率、瘤胃氨态氮含量、血液尿素氮含量和乳氮含量显著或极显著高于低能低氮组(P<0.05或P<0.01);试验周数对氮摄入量、血液尿素氮含量、血液总氨基酸含量和乳尿素氮含量有极显著影响(P<0.01);试验处理和试验周数的交互作用对氮摄入量有显著影响(P<0.05)。

2.6 饲粮能氮水平对奶牛血清炎性指标的影响

由表6可知,与低能低氮组相比,高能高氮组奶牛血清肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-1β和白细胞介素-6含量均极显著降低(P<0.01);试验周数对血清肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6和转化生长因子-β1含量有显著或极显著影响(P<0.05或P<0.01);试验处理和试验周数的交互作用对血清肿瘤坏死因子-α、白细胞介素-6和转化生长因子-β1含量有极显著影响(P<0.05)。

2.7 饲粮能氮水平对奶牛经济效益的影响

2个组饲粮配方基本原料价格见表7,根据原料湿重价和干物质百分比计算的低能低氮组饲粮干物质单价为3.46元/kg,高能高氮组饲粮干物质单价为4.30元/kg。饲粮能氮水平对奶牛经济效益的影响见表8,奶价按当日江苏价格4.2元/kg计算。由表可知,高能高氮组相较于低能低氮组,饲粮成本由72.91元/(d·头)提高至96.05元/(d·头),成本增加了23.14元/(d·头);产奶量由23.54 kg/d提高至32.38 kg/d,提高了8.84 kg/d;则产奶效益由98.87元/(d·头)提高至136.00元/(d·头),提高了37.13元/(d·头);千克奶饲粮成本由3.10元/kg降低至2.97元/kg,降低了0.13元/kg;总体经济效益由25.96元/(d·头)提高至39.94元/(d·头),提高了13.98元/(d·头)。

表7 试验饲粮配方价格Table 7 Experimental diet formula price

表8 饲粮能氮水平对奶牛经济效益的影响Table 8 Effects of dietary energy-nitrogen levels on economic benefits of dairy cows

3 讨论

3.1 饲粮能氮水平对奶牛生产性能和乳品质的影响

干物质采食量是奶牛摄入营养多少的直接表现,饲粮营养水平的改变会对奶牛干物质采食量产生一定影响[13]。提高饲粮能氮水平可以改善奶牛肠道微生物平衡,起到改善机体胃肠道健康的作用,有利于提高干物质采食量[14]。雒诚龙[15]研究表明,奶牛干物质采食量与饲粮能氮水平有很强的相关性,干物质采食量随饲粮能氮水平的降低而降低,这与本试验结果一致。Mazumder等[16]报道,奶牛干物质采食量受饲粮中多种成分的影响,而在饲粮结构相似的情况下仅与饲粮蛋白质含量有关,而与蛋白质来源无关。这说明有机饲粮对奶牛干物质采食量的影响并非蛋白质来源不同造成的[17],具体原因有待进一步试验探究。能氮是奶牛机体合成乳脂、乳蛋白等乳成分的前提基础,可通过提升奶牛可代谢蛋白质和氨基酸水平达到提升产奶量的作用。乳蛋白合成的直接来源是肠道对微生物蛋白和瘤胃非降解蛋白消化吸收的氨基酸,微生物蛋白的产量受到饲粮中瘤胃降解的能量和蛋白质的影响[18-19]。先前Rius等[20]通过试验发现,相比于低能低氮饲粮(泌乳净能为6.03 MJ/kg,CP含量为15.1%),饲喂高能高氮饲粮(泌乳净能为6.49 MJ/kg,CP含量为18.4%)的奶牛有更高的产奶量和乳成分产量。Broderick等[21]研究表明,较高的能量(泌乳净能:6.78 MJ/kg DM vs. 6.49 MJ/kg DM)或较高的蛋白质(CP含量:18.4% DM vs. 15.1% DM)水平条件下,奶牛有较高的产奶量及乳蛋白产量。李鹏[22]研究表明,当奶牛采食能氮水平高的饲粮时,瘤胃能氮释放同步化升高会显著提高产奶量、乳蛋白量、乳脂量和乳糖量。上述结果均与本试验结果一致。Powers等[23]报道了饲粮CP含量从14%提高到18%只轻微提高了奶产量。本试验接近其试验设计,但产奶量提升幅度较大,可能是由于本试验在热应激环境下进行。热应激环境下提高奶牛饲粮的能氮水平,能够保证足够的营养摄入,显著缓解奶牛因热应激导致的产奶量低下的影响[24]。

3.2 饲粮能氮水平对奶牛血液生化指标的影响

血清总蛋白和白蛋白是反映机体肝脏功能的重要指标,在血液中主要作为载体物质维持胶体渗透压、运输代谢物质和营养,并为机体提供蛋白质[25]。其中,血清总蛋白含量在一定程度上可以反映饲粮中蛋白质的营养水平及动物对蛋白质的消化吸收程度[26]。李陇平等[2]研究表明,在一定范围内,血清总蛋白和白蛋白含量随饲粮能量水平的提高而提高,这与本试验结果一致。李茂等[27]研究发现,当动物从饲粮中摄取的蛋白质过低时,无法获得足够的氨基酸,从而影响蛋白质的合成,会导致血液总蛋白和白蛋白含量的降低,引起动物不适。王秉龙等[28]研究表明,血清总蛋白含量随着机体蛋白质摄入量的增加而升高,这均与本试验结果一致。本试验中,高能高氮组奶牛血清总蛋白与白蛋白含量极显著高于低能低氮组,说明高能高氮组饲粮所提供的蛋白质更为充足,能够满足奶牛对蛋白质的需求量;而其他血液生化指标2组间均无显著差异,表明不同能氮水平饲粮对其他血液生化指标无显著影响。

3.3 饲粮能氮水平对奶牛氮代谢的影响

反刍动物对饲粮蛋白质的利用率很低,其转化为畜产品的效率最高不到20%,饲粮能氮水平对氮利用效率影响程度很大[29-30]。张莹等[31]通过设置低氮(CP含量为8.98% DM)、中氮(CP含量为12.36% DM)和高氮(CP含量为15.32% DM)饲粮,探讨不同氮水平饲粮对牦牛氮利用率的影响,结果表明,随着饲粮氮水平的升高,奶牛氮利用率极显著提高,且该研究认为可能是高氮饲粮设置的氮水平(CP含量为15.32% DM)使奶牛瘤胃能氮同步释放达到了最适比例。本试验与其结果一致,但是否由于本试验能氮水平下奶牛瘤胃能氮同步释放的比例达到最佳导致氮利用率显著升高,还需要进一步研究。血液尿素氮为机体内蛋白质代谢的最终产物,是反映动物机体蛋白质代谢和氨基酸平衡的重要指标[32];而血液尿素氮含量往往与摄入蛋白质有关。一般情况下,血液中尿素氮的含量比较稳定,但受采食氮、机体内源氮的影响较大,同时血液尿素氮含量的高低也是反映肾脏功能的重要指标[33]。杨春涛等[3]研究表明,高能氮水平组羔羊血液尿素氮含量显著高于低能氮水平组,表明机体摄入高水平蛋白质通过肝脏转化,使氮代谢物产物含量提高,最后通过肠道吸收转化,导致血液氨和尿素氮含量升高。王定发等[34]研究表明,随着精料中蛋白质水平的提高,山羊血液尿素氮含量也随着提高。吕超[35]报道,随着饲粮蛋白质水平的提高,由于采食氮含量差异显著,导致血清尿素氮含量差异也显著。上述研究结果均与本试验结果一致。瘤胃氨态氮含量可以直观反映出瘤胃微生物对饲粮蛋白质的降解和利用程度,研究报道饲粮蛋白质摄入量与瘤胃氨态氮含量成正比[36-37]。本试验中,高能高氮组瘤胃氨态氮含量极显著高于低能低氮组,与上述结果一致。霍路曼等[38]研究表明,将奶牛饲粮能量水平提高时,血液尿素氮含量显著升高,说明高能量水平的饲粮能够提高奶牛对蛋白质的利用效率。这可能是因为高能氮比有利于瘤胃微生物的有效生长,使微生物蛋白的合成量增加,由此降低了蛋白质在肝脏中代谢产生的尿素量,从而提高了蛋白质的消化吸收程度[39]。本试验中,高能高氮组血液尿素氮含量极显著高于低能低氮组,与上述结果一致。

3.4 饲粮能氮水平对奶牛血清炎性指标的影响

肿瘤坏死因子、白细胞介素-1β、白细胞介素-6和转化生长因子-β1都是反映机体免疫能力的重要炎性细胞因子,饲粮营养水平对机体免疫功能也可由炎性指标反映。蛋白质是合成免疫蛋白的重要前提物,白细胞介素作为干细胞间相互作用的淋巴因子,在炎症反应中起主导作用。杨春涛等[3]研究表明,饲粮能氮比为73.25 MJ/kg时,羔羊血清白细胞介素-6含量显著高于饲粮能氮比为82.55和67.87 MJ/kg时,这说明在一定范围内提高饲粮蛋白质水平有助于提高机体免疫力。郭启勇等[40]探究了泌乳奶牛炎性细胞因子的正常含量范围,结果表示血浆肿瘤坏死因子-α含量在52.89～84.61 pg/mL,血浆白细胞介素-6含量在124.97～141.21 pg/mL为正常范围。管晓轩等[41]报道称血清炎性细胞因子含量降低,表明奶牛机体免疫功能得到提高。综上可知,本试验饲喂高能高氮饲粮不仅保持奶牛血清炎性细胞因子含量在正常范围内,对奶牛自身免疫防御能力也有促进提高作用。此外,M’hamed等[42]报道,奶牛摄入蛋白质水平过高时,反而会降低免疫能力,所以达到最佳免疫效果的最适宜饲粮能氮水平及其他炎性指标与饲粮能氮水平的关系,还需要进一步研究。