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围产期奶牛氨基酸(蛋氨酸)需要研究进展返回 X

2019-03-21

           张倩 博士

       中国农业大学动物科学本科和硕士,美国普渡大学奶牛营养与生理学博士,美国威斯康星大学麦迪逊分校博士后。硕士阶段师从李胜利教授,主要研究低质粗饲料在泌乳奶牛日粮中的应用。博士主要研究方向是奶牛糖代谢调控以及围产期奶牛的营养调控。博士后期间主要从事奶牛氨基酸营养方面的研究,重点关注奶牛蛋氨酸的代谢及其功能。2017年加入安迪苏公司,现任安迪苏中国区反刍技术经理,主要从事反刍动物产品技术支持以及奶牛氨基酸平衡日粮配方服务工作。


         彭海宏 博士

本科毕业于新疆农业大学,澳大利亚阿德莱德大学反刍动物营养学硕士及博士。曾任职于新疆畜牧科学院畜牧研究所、畜牧科学院中澳绵羊研究中心,新疆畜科院饲料研究所。于2003年受聘于澳大利亚南澳大学药学及生物医学院,相继担任研究助理、研究员并任博士生副导师;2006在南澳大利亚研究与发展研究所(SARDI)任高级研究员;2007年1月加入安迪苏公司,现任安迪苏公司中国区反刍事业及技术总监,重点关注反刍动物氨基酸营养及配方技术在中国及亚太区牧场的推广,并向牧场提供营养管理及配方的技术服务。


        2001年,美国国家研究委员会(NRC)指出蛋氨酸和赖氨酸是奶牛日粮中的两种最主要的限制性氨基酸,并确定了使乳蛋白产量最大化的可代谢蛋白(MP)中赖氨酸和蛋氨酸的理想含量及比例,即最佳赖氨酸和蛋氨酸含量分别为7.2%和2.4%,最佳赖蛋比为3.0:1。这对于当时的奶业界是个重大的突破。随着奶牛营养需要研究数据的不断积累,模型的不断更新,各阶段奶牛的蛋白质和氨基酸需要量推荐值也不断完善(详见表3和4)。最近的CNCPS模型(v6.55)指出使泌乳牛乳蛋白产量最大化时MP中理想赖蛋比应为2.69:1,且更加强调赖氨酸和蛋氨酸的克数与日粮所提供代谢能的兆卡数之间的比例,即每兆卡代谢能所对应的赖氨酸和蛋氨酸分别为3.03克和1.14克。作为蛋白质合成的基石,蛋氨酸等氨基酸产品的使用在过去很长一段时间内都是为了提高泌乳牛的乳蛋白。然而这其实只是海平面上的冰山一角,随着功能性氨基酸概念的提出(Wu等,2010),蛋氨酸作为功能性氨基酸对奶牛机体代谢的调节,健康和繁殖的影响也日益明确。功能性氨基酸即参与调控关键代谢通路来改善动物健康、存活、生长、发育、泌乳和繁殖的氨基酸。

                                                   图1  蛋氨酸,不仅仅是为了牛奶


                                                            图2 氨基酸的功能


       围产期,尤其是围产后期(新产期),是包括代谢病在内的各种疾病的集中高发期,围产期的营养直接影响奶牛产犊后的产奶性能和健康。产犊后在能量和MP负平衡的情况下,奶牛首先满足的是产奶的需要,再加上各种疾病的挑战,奶牛繁殖性能往往受到严峻考验。因此,围产期营养对产后的繁殖性能也有重要影响。近些年,越来越多的研究聚焦围产期补充蛋氨酸对奶牛肝脏功能、炎症控制、奶牛健康及繁殖性能的作用。

                                            图3 围产期补充蛋氨酸可以改善肝脏功能


       美国伊利诺伊大学香槟分校的研究人员(Osorio等,2013, 2014; Zhou等,2016,2017)与安迪苏公司合作开展了一系列围产期补充蛋氨酸(美斯特/斯特敏)的研究。该研究的正式试验期为产犊前21天至产犊后30天。干奶到产犊前22天,所有奶牛饲喂相同的干奶日粮,然后随机分为对照组和蛋氨酸组。对照组在产犊前后分别饲喂围产日粮和新产日粮,处理组在对照组基础上补充奶牛专用蛋氨酸,赖蛋比为2.8:1(NRC,2001)。试验结果显示补充蛋氨酸的奶牛产犊后干物质采食量增加了1.4~2kg。相应的,产后4周内更快地从能量负平衡转变为能量正平衡状态,能量校正乳产量增加了4kg,乳蛋白率和乳脂率均提高0.15个百分点以上。

                               图4 围产期补充蛋氨酸可以提高产犊后的干物质采食量


                             图5 围产期补充蛋氨酸可以改善产犊后的能量平衡状态


表1 围产期补充蛋氨酸对产犊后产奶量和乳成分的影响

       除此之外,补充蛋氨酸组的奶牛血清白蛋白升高,表明肝脏功能得到改善;血液中白细胞介素-6等炎症因子降低,表明炎症反应得到缓解。蛋氨酸作为前体物质合成了更多的内源抗氧化剂——谷胱甘肽和牛磺酸,帮助奶牛抵抗氧化应激。血液中性粒细胞的吞噬能力显著提高,即免疫力增强;另外,补充蛋氨酸组的酮病(临床和亚临床)发生率从25%下降到6.7%,这与肝脏中的肉毒碱浓度升高有关。产犊后的奶牛由于能量负平衡会动员大量体脂肪,生成非酯化脂肪酸(NEFA),大量NEFA进入肝脏后不完全氧化生成酮体,或者重新合成甘油三酯并沉积在肝脏后形成脂肪肝。蛋氨酸是合成肉毒碱和极低密度脂蛋白(VLDL)的前体,肉毒碱可以促进NEFA完全氧化成二氧化碳,进而减少NEFA不完全氧化成酮体的比例,减少酮病发生率;而VLDL的形成及将甘油三酯转运出肝脏的过程是降低脂肪肝发生的重要途径。

表2 围产期补充蛋氨酸对奶牛肝脏功能、炎症反应及抗氧化能力的影响

         2016年,伊利诺伊大学的Li等对比了围产前期(产犊前21天至产犊)饲喂低能日粮(NEL=1.23Mcal/kg DM)、中等能量浓度日粮(NEL=1.54 Mcal/kg DM)以及中能日粮基础上补充蛋氨酸(斯特敏,占DM的0.07%;产前21天至产后30天)对产犊后的影响。结果发现中能组奶牛产犊后干物质采食量比其它两组低5kg/天,能量校正乳产量比其它两组低将近7kg/天。而中能日粮基础上补充蛋氨酸组奶牛体细胞数显著低于其它两组。与中能组相比,中能加蛋氨酸组的奶牛多形核细胞的吞噬能力增强。多形核细胞是乳房炎发生时乳腺中最主要的细胞类型,其吞噬能力的下降意味着感染乳房炎风险的增加。由此可见,在该研究中,补充蛋氨酸的奶牛抵御病原菌侵入,预防隐性乳房炎发生的能力增强。

最近,威斯康星大学(Toledo等,2017)和康奈尔大学(Stangaferro等,2017)同时开展了一项试验研究从产犊前23(±12)天至产犊后132天这一阶段的日粮中补充瘤胃保护型蛋氨酸(斯特敏)对奶牛健康、繁殖和产奶性能的影响。试验共使用434头经产荷斯坦奶牛。两个牧场基础日粮和管理非常类似。日粮配方均使用CNCPS模型为基础的配方软件。在试验中,对照组和蛋氨酸组除了蛋氨酸水平之外,能量、MP、赖氨酸等其它营养指标均十分接近。威斯康星大学的试验日粮分组为:(1)对照组:围产期MP1432克,6.89%赖氨酸和2.15%蛋氨酸;泌乳期MP3292克,6.75%赖氨酸和2.08%蛋氨酸;(2)蛋氨酸组:围产期MP 1441克,6.86%赖氨酸和2.67%蛋氨酸;泌乳期MP 3300克,6.72%赖氨酸和2.56%蛋氨酸。康奈尔大学在日粮上唯一的调整是蛋氨酸的添加量,对照组的产犊前后蛋氨酸占MP比例分别为2.76%和 2.10%;蛋氨酸组产犊前后则分别为3.35%和2.68%。在该试验中,补充蛋氨酸对生产性能的影响主要表现在对乳蛋白率和乳脂率的提高,虽然没有改变产奶量,但从数值上提高了定时人工授精32天和67天后的怀孕率,降低了32~67天之间的妊娠失败率,虽然二者均未达到统计学显著水平,但作者认为仍具有重要的生物学和经济学意义。

                                                      图6 威斯康星大学试验牧场


       由以上一系列最新的研究数据可见:围产期补充蛋氨酸(美斯特/斯特敏)不仅可以提高奶牛产犊后的采食量和产奶性能,而且使奶牛的健康和繁殖得到改善。瘤胃保护型氨基酸产品已经成为营养师精准配方的重要原料,并且能够降低日粮粗蛋白水平,节约昂贵的蛋白质原料,在保障奶牛高效生产、健康和繁殖的同时,降低环境中氮排放,这也是未来奶牛养殖业可持续发展的方向。奶牛营养模型和配方软件的不断发展也为精准满足奶牛营养需要的同时做到成本最低化提供了技术保障。

表3 各阶段奶牛蛋白质和氨基酸需要量(CNCPS v6.55模型)*

* 出自安迪苏《蛋氨酸:不仅仅是为了牛奶》白皮书

表4 各阶段奶牛蛋白质和氨基酸需要量(NRC 2001 模型)*

* 出自安迪苏《蛋氨酸:不仅仅是为了牛奶》白皮书


参考文献

Li C. et al. 2016. Peripartal rumen-protected methionine supplementation to higher energy diets elicits positive effects on blood neutrophil gene networks, performance and liver lipid content in dairy cows.  J. of Anim. Sci. and Biotech. 7:18 DOI 10.1186/s40104-016-0077-9.

NRC. 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7th ed. Natl. Acad. Press, Washington, DC.

Osorio J. S. et al. 2013. Supplemental Smartamine M or MetaSmart during the transition period benefits postpartal cow performance and blood neutrophil function.  J. Dairy Sci. 96:6248-6263.

Osorio J. S. et al. 2014. Smartamine M and MetaSmart supplementation during the peripartal period alter hepatic expression of gene networks in 1-carbon metabolism, inflammation, oxidative stress and the growth hormone- insulin-like growth factor 1 axis pathway.  J. Dairy Sci. 97:7451-7464.

Osorio J. S. et al. 2014. Biomarkers of inflammation, metabolism and oxidative stress in blood, liver and milk reveal a better immunometabolic status in peripartal cows supplemented with Smartamine M or MetaSmart. J. Dairy Sci. 97:7437-7450.


Stangaferro et al. 2017. Responses to methionine supplementation during early lactation. Proceedings of the Cornell Nutrition Conference for Feed Manufacturers. 231-241.

Toledo, M. Z. et al. 2017. Effects of feeding rumen-protected methionine on reproductive performance of dairy cows. PLoS ONE 12(12): e0189117.

Wu, G. 2010. Functional amino acids in growth, reproduction, and health. Adv. Nutr 1:31–37.

Zhou, Z. et al. 2016. Better postpartal performance in dairy cows supplemented with rumen-protected methionine compared with choline during the peripartal period. J. Dairy Sci. 99:8716.

Zhou, Z. et al. 2016. Rumen-protected methionine compared with rumen-protected choline improves immunometabolic status in dairy cows during the peripartal period.  J. Dairy Sci. 99:8956-8969.

Zhou, Z. et al. 2017. Methionine and Choline Supply during the Periparturient Period Alter Plasma Amino Acid and One-Carbon Metabolism Profiles to Various Extents: Potential Role in Hepatic Metabolism and Antioxidant Status. Nutrients 2017, 9, 10; doi:10.3390/nu9010010.