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提高反刍动物粗饲料利用率的营养措施
提高反刍动物粗饲料利用率的营养措施
祁茹,赵军,孙建凤,林英庭
【摘要】在反刍动物日粮中,粗饲料通常占40%~80%,甚至更高,是瘤胃微生物和宿主动物重要的营养来源。
实际生产中可通过补添适宜的营养调控瘤胃微生物区系的生长,从而提高反刍动物对粗饲料的利用效率,提高其营养价值。
本文综述了粗饲料在反刍动物中的营养作用及提高反刍动物粗饲料利用率的营养措施。
【期刊名称】中国奶牛
【年(卷),期】2011(000)013
【总页数】5
【关键词】粗饲料;营养调控;利用率
我国常规分类法中规定天然水分含量在60%以下,干物质中粗纤维含量等于或高于18%的饲料均为粗饲料,包括牧草、青干草、青贮饲料和农作物秸秆及籽实类皮壳等。
粗饲料可通过物理、化学和微生物等处理方法提高其营养价值,Cheeke则认为包括物理和化学方法在内的粗饲料加工对其营养品质改善有限,而通过适宜的营养补添、优化瘤胃环境,从而实现反刍动物对粗饲料的最佳利用才是开发粗饲料营养潜力的根本途径[1]。
调控反刍动物利用粗饲料的营养措施有:
补添氨基酸与肽、矿物元素、瘤胃氨态氮、易消化碳水化合物,供给过瘤胃蛋白、酶制剂、离子载体,应用酸碱或缓冲盐调控瘤胃的pH值等。
1粗饲料在反刍动物中的营养作用
粗饲料最主要的营养作用是满足反刍动物对纤维素的需要。
粗饲料中的纤维素,大约有55%~95%经瘤胃微生物发酵,形成挥发性脂肪酸(VFA)、CO2和甲烷等产物。
VFA不仅为反刍动物提供能量,而且参与各种代谢,并形成产品。
此外,粗饲料还能促进反刍动物肠道消化吸收功能,维持动物健康,进而改善生产性能。
1.1提供能量
瘤胃微生物消化利用纤维的基础是可以产生纤维素酶类,借助微生物产生的糖苷酶,消化宿主动物不能消化的纤维性物质,将其降解为VFA,显著增加饲料中总能(GE)的可利用程度。
日粮纤维在瘤胃内发酵产生的VFA是反刍动物的主要能源物质,约占反刍动物吸收的可消化能的70%~80%。
1.2控制采食量
粗饲料体积大,吸水性强,有强烈的填充作用,可使动物产生饱感。
当中性洗涤纤维(NDF)含量超过35%时,瘤胃充满程度直接限制干物质采食量(DMI)。
纤维素降解产物VFA也有一定的化学刺激作用,产生化学调节。
乙酸和丙酸对采食量影响较大,丁酸较弱。
其中丙酸可诱导胰岛素和胰高血糖素的释放,似乎丙酸作了调控饱感的信号。
反刍动物过食现象不明显,对苦味、酸味、咸味和甜味很敏感,利用这一特点配制日粮时,可合理利用某些饲料。
1.3促进胃肠道消化吸收
胃肠道正常蠕动和反刍是影响反刍动物养分吸收的重要因素。
纤维素不仅可刺激胃肠道、促进胃肠蠕动和粪便的排泄,还可以维持正常的微生态系统平衡,对促进瘤胃的发育和动物的健康有着重要的作用。
1.4维持动物健康
反刍动物日粮中的粗饲料除了产生VFA为机体提供能量外,对于机体正常生理机能的维持具有重要意义。
粗饲料对瘤胃的机械刺激,能够保证瘤胃运动和反刍,促进唾液分泌,从而保持瘤胃内pH值条件的恒定。
如果日粮中粗饲料用量不足,会降低瘤胃pH值,降低瘤胃内微生物菌群活性而导致一些代谢病,如:
酸中毒、蹄角炎、真胃扭转、肝脓肿,一旦pH值低于5.5时,就会有大量乳酸积累在瘤胃内,引起乳酸中毒。
另外,在反刍动物各段胃肠道食糜中都保持一定数量的纤维素,如遭破坏就可导致消化机能紊乱。
对于犊牛,提早补饲粗饲料可以促进前胃机能的发育。
因此,反刍动物日粮中添加适量的粗饲料对反刍动物健康具有十分重要的意义。
1.5改善生产性能
反刍动物日粮中添加适宜水平的粗饲料不仅有利于反刍动物的肥育,还对提高奶牛的产乳量和维持较高的乳脂率有着积极的作用。
一般而言,粗饲料在瘤胃内产生高比例的乙酸,如果乙酸比例增加,则有利于提高乳脂率;精饲料(如非结构性碳水化合物)在瘤胃内发酵则产生相对高比例的丙酸,VFA中如果丙酸比例增加,则有利于肉牛、肉羊的肥育。
2提高反刍动物粗饲料利用率的营养措施
粗饲料中一般含有相对较高的纤维类物质,而反刍动物对纤维素的消化率低且不能将其完全消化,所以限制了动物对营养物质的摄入量。
通过补添适宜的营养来调控瘤胃微生物区系的生长,可提高反刍动物对粗饲料的利用效率,改善其营养价值。
调控反刍动物利用粗饲料的营养措施有:
补添氨基酸与肽、矿物元素、瘤胃氨态氮、易消化碳水化合物,供给过瘤胃蛋白、酶制剂、离子载体,应用酸碱或缓冲盐调控瘤胃的pH值等。
2.1反刍动物营养添加剂
2.1.1氨基酸与肽
氨基酸与肽对瘤胃微生物生长的主要效应是加快微生物的繁殖速度、缩短细胞分裂周期,瘤胃细菌的生长速度在有肽时比有氨基酸时快70%[2]。
近年来研究发现,肽是瘤胃微生物合成蛋白质的重要底物,也是瘤胃微生物达到最佳生长效率的关键因子,对瘤胃微生物蛋白质合成量、小肠内氨基酸组成和对粗饲料的降解都有着重要影响。
Argyle等(1989)[3]以氨作为唯一氮源未发现细菌生长,而100mg/L的肽和氨基酸使细菌生长提高了3倍;10mg/L的肽较相应数量的游离氨基酸更能促进细菌的生长;在供应少量碳水化合物的情况下培养混合瘤胃微生物,少量的肽和氨基酸(1mg~5mg)使微生物生长速度大大提高。
2.1.2矿物质
瘤胃微生物对常量和微量矿物元素均有特殊的需求,以作为微生物细胞结构成分或作为酶、辅酶的成分。
矿物元素缺乏会使瘤胃微生物生长效率降低,严重缺乏时微生物群体数量减少,此时动物的采食量降低,对饲料的消化率也会降低。
据报道,S、P、Mg对促进瘤胃微生物生长有很大的影响。
S在反刍动物瘤胃代谢过程中对瘤胃微生物蛋白的合成起重要作用,并能显著促进纤维素的消化。
Qi等(1992)[4]发现,安哥拉山羊日粮中S含量达0.23%和0.29%时,微生物生长最快,合成微生物蛋白最多。
Hegarty(1994)[5]报道,绵羊日粮中添加S可提高日粮中秸秆的消化率及瘤胃挥发性脂肪酸的浓度,同时减少甲烷的产生量。
蒋涛等(2006)[6]采用半体内法研究不同硫源对绵羊纤维物质瘤胃降解率的影响,结果表明,添加不同S源后,与对照组基础日粮相比,试验组DM、NDF、ADF的有效降解率均明显增大。
张桂国等(2003)[7]报道,添加S能够促进肉牛瘤胃发酵,提高瘤胃pH值,降低瘤胃NH3-N浓度,提高瘤胃中丙酸在VFA中所占的比例,降低乙丙比,且0.225%的S浓度就能满足瘤胃微生物发酵的需要。
张华伟等(2009)[8]报道,S的添加量显著影响人工瘤胃发酵中有机物的消失率(P<0.05),日粮中添加0.5%的S时,对照组、硫磺、硫酸钠、硫化钠组间瘤胃液pH值、日粮中性洗涤纤维(NDF)消失率、氨态氮浓度有显著差异(P<O.05)。
瘤胃真菌生长对S也有特殊需求,日粮添加S后瘤胃中纤维素分解菌的数量显著增多,因此补添矿物元素可使瘤胃微生物生长效率提高,从而提高粗饲料的消化率。
采食含S量高日粮的绵羊,瘤胃液中含有真菌游离孢子4000个/mL左右,而采食低S日粮的绵羊,瘤胃液中没有发现孢子。
Weston(1998)[9]报道在幼龄绵羊高纤维日粮中添加硫酸盐,有机干物质、酸性洗涤纤维、粗蛋白的表观消化率呈线性增加趋势,瘤胃真菌数目也增多。
反刍动物瘤胃缺乏P时微生物生长效率降低,秸秆采食量和消化率均降低。
王宁娟(2009)[10]报道,磷、钴、尿素的含量分别为0.4%、0.0%、1.0mg/kg、1.0%时,对瘤胃液pH值、氨氮(NH3-N)浓度、瘤胃液蛋白质(MCP)、总挥发性脂肪酸(TVFA)有显著影响,有利于瘤胃微生物活动,增加氮沉积。
Mg对所有瘤胃微生物都是必需的,对纤维分解菌尤其必要,供给足量的Mg是低品质粗饲料达到最佳利用效果的先决条件。
2.1.3瘤胃氨态氮
保证瘤胃足量的氨态氮以供给瘤胃微生物生长所需的大部分氮对粗饲料是否能被反刍动物有效利用十分关键。
瘤胃中氨态氮50g/L~80g/L即可保证瘤胃微生物达到最佳生长状态。
Perdok等(1987)[11]给阉公牛补饲尿素以增加瘤胃液氨态氮,考察氨浓度对稻草采食量和消化率的影响。
该研究表明,对低品质粗饲料瘤胃液氨态氮200mg/L时可达到最佳采食量,而氨态氮100mg/L时消化利用效果最佳。
瘤胃最佳氨浓度与瘤胃pH值有关,即与NH3:
NH4+比值有关,不补加精料,只饲喂低品质粗饲料,瘤胃pH值会保持相对较高(6.5~7.0)。
当补饲谷实类精料后瘤胃pH值降低,此时瘤胃微生物需要的NH3水平也会相应降低。
2.1.4易消化碳水化合物
在反刍动物瘤胃内易消化碳水化合物作为能源物质供微生物生长。
由于粗饲料可提供的易消化碳水化合物十分有限,因此必须添补足量的易消化碳水化合物作为反刍动物微生物生长的能源,而补饲易消化碳水化合物的多少对粗饲料的利用率影响很大。
李华等(2008)[12]报道,日粮精料水平对绵羊瘤胃中玉米秸秆的降解率有较大的影响,日粮精料水平为0.60kg/d时,NDF和ADF的降解率显著低于日粮精料水平为0.40kg/d时,因此,推荐的绵羊日粮精料水平以不大于0.5kg/d为宜。
一般将碳水化合物分成结构性碳水化合物(SC)和非结构性碳水化合物(NSC)两部分。
美国康奈尔大学的净碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS)将碳水化合物划分成4个部分,即快速可降解糖类、中速降解淀粉与果胶、慢速降解的细胞壁成分和不可降解的细胞壁成分。
日粮在瘤胃内的初始发酵程度取决于快速水解的碳水化合物的量,即NSC的量,而可利用能量主要受坚硬的细胞壁(主要为SC)的数量和结构的影响。
谭支良等(1999)[13]研究了日粮中SC与NSC比例对纤维物质在生长绵羊瘤胃内的动态降解参数的影响,结果表明当日粮中SC/NSC比例为2.40~2.64时,不仅有利于粗饲料细胞壁碳水化合物成分在胃区内的发酵,而且也能提高纤维物质在后肠道的消化能力,进而提高绵羊对纤维物质在整个消化道的消化能力。
Erdamn(1999)[14]认为,碳水化合物的结构和发酵速度会影响微生物对能量的利用效率[微生物氮(MN)/可发酵有机物(FOM)]。
2.2反刍动物营养调控剂
2.2.1过瘤胃蛋白
瘤胃中饲料蛋白质降解的动力学知识,是科学配置饲粮使瘤胃微生物获得充足瘤胃降解蛋白质和宿主动物本身获得充足瘤胃非降解蛋白质的基础。
日粮蛋白质的降解取决于其发酵的难易程度和在瘤胃内的滞留时间。
粗饲料的滞留时间相对较长,则未被降解就离开瘤胃的粗饲料蛋白质很少。
当日粮蛋白质水平超过动物需要时,日粮蛋白质本身也可能对动物采食有积极的影响。
日粮蛋白质进食量与采食量之间成二次函数关系。
进食的可代谢蛋白(MP)与采食量之间也存在线性相关。
进食的非降解蛋白对泌乳奶牛的采食量、消化率、生产性能有积极影响。
产生这种积极影响的原因,可能与反刍动物小肠吸收的某些活性肽有关,这些肽可向中枢神经系统传递养分供给及消化吸收的有关信息。
给饲喂低品质粗饲料的反刍动物供给过瘤胃蛋白可以增加秸秆的采食量,这是因为过瘤胃蛋白提供的氨基酸可以补充反刍动物蛋白质保护后由于瘤胃发酵不足而损失的那部分微生物菌体蛋白的氨基酸。
这种营养补充可以促进反刍动物瘤胃微生物的生长,增加采食量,提高饲料的利用率。
Mooney等(2008)[15]研究了不同蛋白质浓度和粗纤维浓度配比对体外瘤胃发酵的影响,结果表明,补充蛋白质能显著降低氨浓度而提高微生物氮浓度,促进瘤胃微生物合成微生物蛋白。
2.2.2酶制剂
提高粗饲料利用价值的关键在于破坏植物细胞壁,弱化或破坏木质素与纤维素或半纤维素之间的酯键,促进纤维素和半纤维素在瘤胃内的发酵,软化粗饲料,从而减少因咀嚼导致的能量消耗。
反刍动物日粮中添加的酶制剂主要是半纤维素酶和纤维素酶。
诸多试验已证明,在瘤胃微生物区系结构正常的情况下,添加酶制剂不仅可以增加瘤胃中微生物数量,还能以几倍的效率提高粗纤维和其他营养物质的酵解强度,提高消化吸收水平。
添加酶制剂可以提高约50%体外纤维消化率。
此外,给动物添加酶制剂的方法也需要考虑进去。
用液体的酶制剂溶液进行添加饲喂可以使酶制剂粘合到饲料上,因此可以增加酶制剂在瘤胃内对蛋白质水解作用的抑制,并可以促进酶制剂对饲料纤维的预消化[16]。
纤维素酶可破坏植物细胞壁,使得瘤胃微生物更易接近可降解纤维部分,从而提高粗饲料的利用率。
Alvarez等(2009)[17]报道在奶山羊日粮中添加纤维素酶可以提高日粮干物质和粗蛋白质的消化率以及次粉酸性洗涤纤维(ADF)、燕麦秆中性洗涤纤维(NDF)和ADF的瘤胃降解率。
王照忠等(2008)[18]在奶牛日粮中添加1%的纤维素复合酶,结果表明,纤维素复合酶可明显提高奶牛营养物质的消化率,同时复合酶的添加可及时补充动物肠道内源酶的不足,增强体质,减少疾病的发生。
然而Gonza′lezGarcia等(2009)[19]利用体外产气法研究在不同精粗比的日粮中接种山羊和奶牛瘤胃液,结果发现,纤维素酶只是提高接种山羊瘤胃液饲料的NDF和ADF的消化率,并且没有观察到添加纤维素酶后细胞壁降解作用增强。
2.2.3离子载体
反刍动物常用的离子载体有莫能霉素、拉沙里菌素、莱特洛霉素丙酸盐、泰脱那霉素和溶胞菌素等。
反刍动物日粮中添加离子载体会导致瘤胃中革兰氏阳性菌比例减少,革兰氏阴性菌比例增加,能有效调控瘤胃发酵功能,促进瘤胃丙酸的生成,降低乙酸和甲烷的产生,减少蛋白质的降解及氨苯酸的去氨基化,改善氮代谢,从而提高饲料利用率。
反刍动物生产中应用最为广泛的离子载体是莫能菌素,然而其应用效果存在差异。
莫能菌素最大的作用是对瘤胃内环境的影响,瘤胃内乙丙酸比例的改变及伴随的甲烷和氨量的减少都归于莫能菌素的添加。
莫能菌素与特定离子的优先结合、日粮中莫能菌素的量及日粮的组成等都被认为是造成莫能菌素效果变异的因素。
不考虑莫能菌素的类型和水平,日粮的调整可能是影响莫能菌素效果的最关键因素。
Oelker等(2009)[20]报道在玉米青贮日粮中添加莫能菌素,奶牛乳脂率从3.22%降到2.72%,但苜蓿日粮降低的幅度较小。
Martinez等(2009)[21]在奶牛50%或60%粗料TMR日粮中添加莫能菌素,发现只有在60%粗料水平日粮中添加莫能菌素抑制了乳脂增加。
2.2.4酸、碱或缓冲盐
瘤胃液的pH值是瘤胃发酵的重要指标,对于饲料的消化有重要影响。
一般情况下,瘤胃pH值为6.0~7.0。
纤维素分解菌对于pH值的变化比较敏感,当pH值较低时,其活性会受到影响,使粗饲料的消化率下降。
因此反刍动物日粮中应添加适当的酸、碱或缓冲盐将瘤胃pH值调节到最适状态,以此促进粗饲料的消化与利用。
3结语
粗饲料固有的理化特性是限制反刍动物对其利用的重要原因,运用营养调控手段促进微生物的最适生长以实现反刍动物对粗饲料的最佳利用将是粗饲料开发利用的根本所在。
但一定要以经济效益为前提,单一处理方法不能充分提高粗饲料的营养价值,因此要考虑多种方法的联合应用,且在对处理过的粗饲料的利用过程中,要紧紧把握瘤胃的生理生化特性进行必要的营养调控,才能充分提高粗饲料的利用价值,从而生产更多的动物产品以解决因资源紧缺造成的生存危机。
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