一项关于过瘤胃蛋氨酸补充对泌乳荷斯坦奶牛生产性能、表观消化率、血液参数及瘤胃发酵影响的研究报告

主要作者及研究机构

本研究由Yuanxiao Li（河南科技大学动物科学学院，中国洛阳）、Jialin Wei（河南科技大学动物科学学院及中国农业大学动物科学技术学院，中国北京）、Mengying Dou（河南科技大学动物科学学院）、Shuai Liu（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）、Bichuan Yan（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）、Cuiyu Li（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）、Muhammad Zahoor Khan（巴基斯坦德拉伊斯梅尔汗农业大学兽医与动物科学学院动物科学系）、Yinghui Zhang（赢创（中国）有限公司，中国北京）及通讯作者Jianxin Xiao（四川农业大学动物营养研究所，四川省低碳养殖与安全生产重点实验室；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）共同完成。该研究作为原创性研究论文（type original research）发表于 Frontiers in Veterinary Science 期刊，于2022年12月12日正式出版，文章编号为doi 10.3389/fvets.2022.981757。

研究背景

在现代奶牛养殖中，为了满足高产奶牛对蛋白质的需求，日粮中往往被添加过量的粗蛋白（crude protein, CP）。然而，过量的粗蛋白在瘤胃内降解后，大部分以尿素形式随尿液排出体外，或水解为氨气挥发，不仅造成氮素资源的浪费，还会通过氧化亚氮（N₂O）和氨（NH₃）的排放对环境产生负面影响。与此同时，饲料蛋白质在奶牛饲养成本中占比高达约40%，过量饲喂蛋白质会显著降低养殖场的利润空间。因此，在保障奶牛生产性能的同时降低日粮粗蛋白水平，已成为反刍动物营养研究的重要方向。除了粗蛋白水平之外，理想的氨基酸平衡——尤其是蛋氨酸（methionine, Met）与赖氨酸（lysine, Lys）的平衡——被认为是减少氮排放并维持生产性能的关键。由于瘤胃微生物会降解大部分日粮中的游离氨基酸，直接补充晶体氨基酸难以有效到达小肠被吸收利用，因此研究者开发了过瘤胃保护蛋氨酸（rumen-protected methionine, RPM），以使其能够通过瘤胃并在小肠中释放。已有研究表明，在降低日粮粗蛋白的同时补充RPM可提高奶产量、乳蛋白产量及氮利用效率，但关于RPM补充对营养物质消化率、瘤胃健康与功能等方面的影响仍需要进一步探索。本研究旨在评估降低日粮粗蛋白水平并补充RPM对泌乳荷斯坦奶牛生产性能、血液参数、营养物质表观消化率及瘤胃发酵的影响。研究假设降低日粮粗蛋白并添加RPM不会限制产奶量和乳成分，但可能改变瘤胃发酵特征、提高营养物质消化率并改变血液参数。

研究设计与详细工作流程

本研究在中国河南省洛阳市生生奶牛场进行，动物管理和实验程序经中国农业大学动物护理委员会批准。研究共纳入96头泌乳荷斯坦奶牛（泌乳天数63±25天，产奶量34.4±5.74 kg/天，均值±标准差），随机分为两个处理组，分别饲养在两个独立的散栏牛舍中。实验总时长为75天，其中前15天为日粮适应期，后60天为数据采集期。两个处理组分别为：对照组（CON，n=49）饲喂含17.3%粗蛋白且不添加RPM的全混合日粮（total mixed ration, TMR）；处理组（RPM，n=47）饲喂含16.4%粗蛋白并添加15.0 g/天 RPM的TMR。CON日粮的赖氨酸与蛋氨酸比值为3.39:1，RPM日粮为2.84:1。所使用的RPM产品为Mepron®，由赢创（中国）有限公司提供，该产品通过保护性包被膜将蛋氨酸包被而成。TMR每天在0800、1200和1700时饲喂三次，奶牛自由采食和饮水，每日调整饲喂量以保证3%–5%的剩料量。

在样品采集与分析方面，奶牛每天挤奶三次，采集每头牛在0700、1100和1600时的乳样，按4:3:3比例混合成一个样品，用于分析乳脂、真蛋白、乳糖、乳尿素氮（milk urea nitrogen, MUN）、体细胞数（somatic cell count, SCC）、非脂乳固体（solids-not-fat, SNF）、总固体（total solid, TS）和冰点（freezing point, FP）。TMR样品在实验期间每日采集三次并充分混合，以测定饲料成分。样品在65°C下干燥48小时至恒重，然后通过1-mm筛网粉碎，按照AOAC方法测定干物质（dry matter, DM）、氮（以6.25系数换算为粗蛋白）、中性洗涤纤维（neutral detergent fiber, NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber, ADF）和灰分。每处理组随机选择15头产奶量和泌乳天数相近的奶牛，用于采集血液、粪便和瘤胃液样品。在实验期第0、30和60天，通过尾静脉采集血液至肝素抗凝管中，在4°C下3500×g离心15分钟获得血浆样品，保存于-20°C以供后续分析总蛋白（total protein, TP）、白蛋白（albumin, ALB）、球蛋白（globulin, GLB）、血尿素氮（blood urea nitrogen, BUN）、胆固醇（cholesterol, CHO）、天冬氨酸转氨酶（aspartate transaminase, AST）、丙氨酸转氨酶（alanine transaminase, ALT）和碱性磷酸酶（alkaline phosphatase, ALP）。粪便样品在第58、59和60天每天分四个时间点（0300、0800、1300和1800时）采集，每头牛的样品充分混合后取约200 g，加入相当于粪便重量1/4的10%酒石酸以固定氮素，然后在65°C鼓风干燥箱中干燥至完全烘干，并通过1-mm筛网粉碎。粪便样品分析DM、NDF、ADF、CP和灰分，以酸不溶性灰分（acid-insoluble ash, AIA）作为内源指示剂计算营养物质表观消化率。实验最后一天，从每处理组的15头奶牛中采集瘤胃液样品，分别于早晨饲喂前以及饲喂后2、4、6、8、12小时通过200 mL食道管采集。瘤胃液经四层纱布过滤，在1800×g离心15分钟，取上清液1 mL并用4.5 mL 0.2 mol/L盐酸酸化，用于氨态氮分析；另取4 mL上清液加入1 mL 25%偏磷酸，保存于-20°C用于微生物粗蛋白（microbial crude protein, MCP）、氨态氮（NH₃-N）及挥发性脂肪酸（volatile fatty acids, VFA）包括乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、异丁酸和异戊酸的分析。所有数据使用SAS 9.2软件进行统计分析，以奶牛为试验单位，采用PROC MIXED程序进行分析。瘤胃发酵产物的模型包括处理、时间及处理×时间交互作用的固定效应，奶牛嵌套于处理作为随机效应，并采用Kenward-Roger近似法计算自由度，以Akaike信息准则确定最佳协方差结构。P<0.05为差异显著，0.05≤P<0.10为趋势，P≤0.01为极显著。

主要研究结果及分析

在产奶量与乳成分方面，结果显示CON组与RPM组之间的产奶量、乳脂、乳蛋白、乳糖、总固体、乳尿素氮、体细胞数和冰点均无显著差异（表2）。仅SNF在RPM组表现出降低趋势（P=0.09）。该结果表明，将日粮粗蛋白降低至16.4%并补充RPM，在可发酵碳水化合物相对恒定的条件下，未对产奶量和乳成分产生不利影响。这一结果与先前多个试验一致，即在氨基酸平衡良好的情况下，日粮粗蛋白差异在13%至18.6%之间时，生产性能可保持相似。MUN作为评估日粮是否提供过量蛋白质的关键指标，在本研究中两组间无显著差异，这可能是由于两个处理组之间日粮粗蛋白差异较小（仅0.9个百分点）。SCC水平在两组间均处于正常范围（100,000–314,000 cells/mL），表明RPM补充未对乳腺健康产生不良影响。

在血液参数方面，RPM组奶牛的血尿素氮浓度显著低于CON组（P<0.001），而ALT、AST、TP、ALB、GLB、CHO和ALP均无组间差异（表3）。BUN的降低与较低日粮粗蛋白和瘤胃可降解蛋白（rumen degradable protein, RDP）水平密切相关，因为蛋白质在瘤胃内降解产生的氨经肝脏转化为尿素进入血液。本研究通过补充RPM调节了赖氨酸与蛋氨酸比例，从而提高了蛋白质利用效率，这可能是BUN降低的关键原因。低BUN通常与氮利用效率提高相关，并可促进尿素氮向瘤胃的再循环。此外，已有报道指出BUN和MUN的降低可改善奶牛的繁殖性能。

在营养物质表观消化率方面，DM、CP、NDF、ADF和灰分的表观消化率在两组间均无显著差异（表4）。研究表明，当日粮粗蛋白低于15%且瘤胃可降解蛋白低于10%时，NDF消化率可能受到抑制。在本研究中，CON和RPM日粮的RDP分别为11.7%和11.0%，均足以满足瘤胃微生物对氨的需求，因此未对纤维消化率产生负面影响。瘤胃氨态氮浓度的结果表明，两组均高于微生物生长的最低需要量（≥5 mg/dL），进一步支持了消化率未受影响的结论。虽然过瘤胃保护蛋氨酸大部分能通过瘤胃，但仍有少量蛋氨酸可能被释放到瘤胃中，理论上可能刺激瘤胃细菌生长并提高饲料消化率。然而，本研究中RPM组与CON组的消化率无差异，表明这部分少量释放的蛋氨酸并未显著改变瘤胃主要菌群的生长。

在瘤胃发酵方面，RPM组的微生物粗蛋白浓度显著高于CON组（P=0.006）。所有瘤胃发酵产物均受时间显著影响（P<0.05），但处理间总体无显著差异。处理×时间交互作用对丁酸和异戊酸浓度显著（P<0.05），即RPM组奶牛在饲喂后2小时的丁酸和异戊酸浓度显著高于CON组（图1）。氨态氮平均浓度在RPM组数值上略高，但差异不显著（表5）。MCP浓度的升高表明RPM补充可能促进了瘤胃微生物蛋白的合成，这与先前体外研究结果一致。丁酸和异戊酸在饲喂后2小时的增加可能暗示RPM对发酵这些挥发性脂肪酸的微生物群落产生了积极影响，未来研究可通过瘤胃微生物分析进一步确认。

结论与价值

本研究的主要结论为：在降低日粮粗蛋白至16.4%并补充15.0 g/天过瘤胃保护蛋氨酸的条件下，泌乳荷斯坦奶牛的产奶量、乳成分和营养物质消化率未受到负面影响，同时氮利用效率得到改善，瘤胃微生物粗蛋白合成增加，并且饲喂后2小时部分挥发性脂肪酸的产生有所提升。该研究的科学价值在于进一步验证了低蛋白日粮配合精确氨基酸平衡策略在反刍动物营养中的可行性，丰富了关于RPM补充对瘤胃发酵和氮代谢影响的科学认识。在实际应用方面，该研究为奶牛场降低饲料蛋白质成本、减少氮排放提供了具体的技术参数和证据支持，有助于推动奶牛养殖业向资源节约和环境友好方向发展。

研究亮点

本研究的亮点体现在以下几个方面：其一，研究采用泌乳荷斯坦奶牛作为对象，在真实的商业化牧场条件下开展试验，结果具有较强的实践指导意义；其二，通过对比17.3%与16.4%两种粗蛋白水平并配合RPM补充，明确了较小幅度蛋白降低对生产性能和瘤胃功能的综合影响；其三，研究不仅关注了常规的生产性能和消化率指标，还深入分析了瘤胃发酵产物及微生物粗蛋白，揭示了RPM对瘤胃微生物蛋白合成和部分挥发性脂肪酸生成的潜在调控作用；其四，研究结果为低蛋白日粮条件下维持奶牛高效生产提供了基于氨基酸平衡的可行解决方案。此外，本研究的资助来源包括中国国家重点研发计划（2018YFD0501600）和赢创（中国）有限公司，作者中Zhang Yinghui受雇于赢创公司，这些信息在原文中进行了明确的利益冲突声明，体现了研究透明性和学术诚信。