酵母培养物对奶牛尿中嘌呤衍生物排出量和产奶性能及氮排泄的影响

王 玲，孙友德，刘锡武，孙国强*

(1.青岛农业大学动物科技学院，山东青岛266109;2.青岛市畜牧兽医研究所，山东青岛266100)

酵母培养物对奶牛尿中嘌呤衍生物排出量和产奶性能及氮排泄的影响

王 玲1，孙友德2，刘锡武2，孙国强1*

(1.青岛农业大学动物科技学院，山东青岛266109;2.青岛市畜牧兽医研究所，山东青岛266100)

本试验旨在研究酵母培养物(YC)对奶牛尿中嘌呤衍生物排出量、产奶性能及氮排泄的影响。选取年龄、体重、产奶量及泌乳期(135±15)d相近的荷斯坦奶牛40头，分为4组，对照组和3个试验组每头每天分别添加0、20、25、30 g酵母培养物，随全混合日粮(TMR)饲喂，测定尿中嘌呤衍生物排出量、产奶量、乳成分及氮排泄等指标。结果表明:日粮中添加YC可显著提高干物质采食量(＜0.05);试验组尿中嘌呤衍生物排出量极显著高于对照组(＜0.01)，分别比对照组提高22.60%、34.43%、26.65%;试验组日均产奶量极显著高于对照组(＜0.01)，分别比对照组提高12.75%、12.69%、10.25%;YC能显著提高乳脂率和乳蛋白率(＜0.05)，显著降低牛奶体细胞数(＜0.05);试验组氮排泄量显著低于对照组(＜0.05)，比对照组分别降低7.02%、11.06%、9.25%。由此可见，在本试验条件下，综合考虑奶牛尿中嘌呤衍生物排出量、产奶性能及氮排泄等指标，YC添加量以每头每天25 g为最佳。

酵母培养物;尿中嘌呤衍生物;奶牛;产奶性能;氮排泄

奶牛饲养规模化、集约化程度的提高导致大量未被利用养分排泄到环境中,远超出周边土地的环境承载力,其中奶牛所产生的粪污中大量的氮元素被公认为是导致环境污染的重要因素之一。虽然对家畜粪污的无害化处理可以减轻氮素对环境的污染,但其高昂的成本使该方法难以在奶牛养殖企业中全面推广应用,而通过营养调控手段提高氮素利用率、减少氮排泄是解决奶牛养殖过程中氮素对环境污染的成本较低且具有推广意义的途径。酵母培养物(yeast culture,YC)是酵母菌在特定培养基上经充分厌氧发酵后生产的微生态制品,该产品再经厌氧发酵后含有丰富的维生素、矿物质、酶、未知生长因子及一些重要的辅助因子。孙满吉等［1］直接饲喂奶牛YC后发现瘤胃挥发性脂肪酸、瘤胃液中细菌总数等瘤胃内环境指标显著提高。吴小燕等［2］研究发现,在日粮中添加YC等微生物能显著提高牛奶乳脂率和乳蛋白率、提高奶牛产奶性能。目前,YC在奶牛上的研究主要在提高产奶性能方面,而尚未见就YC对奶牛尿中嘌呤衍生物排出量、产奶性能和氮排泄的影响同时进行研究的报道。本试验拟通过在奶牛饲粮中添加不同水平YC,探讨YC对奶牛尿中嘌呤衍生物排出量、产奶性能、氮排泄的影响,以期在提高奶牛产奶性能的同时提高奶牛微生物蛋白产量、节省蛋白质饲料资源和降低奶牛氮排泄,为实现奶牛业的健康可持续发展提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计 本试验采用单因素随机区组设计,选用青岛奥特奶牛原种场体况良好、日均产奶量、胎次、体重、泌乳天数(135±15)d相近的40头荷斯坦奶牛,分为4组,每组10头。对照组和3个试验组每头每天分别添加0、20、25、30 g酵母培养物,随全混合日粮(TMR)饲喂,整个试验为70 d,其中预试期14 d,正试期56 d。试验所用酵母培养物购自北京某公司。

1.2 饲养管理 试验牛采用舍饲饲养,采用利拉伐挤奶设备日挤奶2次(3∶30、15∶00),日饲喂TMR饲粮3次(04∶00、11∶00、16∶00),确保奶牛每天必须有20 h以上可以接触到TMR料。奶牛采食后在运动场自由运动和饮水,常规光照、驱虫和管理。TMR组成及其营养成分见表1。

表1 TMR料组成和营养成分(干物质基础)

1.3 试样采集及指标测定

1.3.1 尿样 分别在预试期开始、正试期第28天、试验结束时采样3次,均于清晨采用人工接尿的方式采集尿样,按一定比例加98%浓H2SO4以调整尿液pH值低于3,-20℃保存,以备用凯氏定氮法分析尿中总氮含量、比色法测定嘌吟衍生物含量、苦味酸法测定尿肌酐含量,试剂盒均购自南京建成生物有限公司。以每头牛每天1 kg体重排出约29 mg尿肌酐测定奶牛排尿量［3］。

1.3.2 饲料样及粪样 分别在预试期开始、正试期第28天、正试期结束时采集3次粪样,均于上午、下午各采集1次混匀,每百克粪样加10%硫酸25 mL处理样品后放入烘箱中65℃烘干备用。按四分法收集TMR料样和犊牛料样,65℃烘箱中烘干,制成风干样,粉碎后备用。日粮及粪样中养分含量测定参照张丽英［4］《饲料分析及饲料质量检测技术》中的方法。正试期每隔10 d称1次剩料量,根据TMR投料量和剩料量计算采食量,通过4N盐酸不溶灰分法结合采食量测定奶牛的日排粪量。

1.3.3 产奶量与乳成分 产奶量用利拉伐鱼骨式挤奶机测定,电子显示奶量。预试期,正试期每隔5 d记录1次奶量,每次连记2 d,用其平均值作为该阶段日均产奶量。

预试期开始,正试期每隔15 d采样一次,按早、晚产奶量的比例共收集65 mL乳样,其中50 mL乳样加入重铬酸钾防腐剂(0.6 mg/mL)混合均匀,4℃冷藏于次日送山东省DHI测定中心,用FOSS乳成分分析仪进行乳糖、乳蛋白、乳脂、乳体细胞数测定。

1.4 统计分析 正试期内各次采样所测得的该指标的平均数为正试期该指标的数据。试验数据用Excell软件进行数据的基本处理。采用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析,Duncan′s多重比较进行组间差异显著性检验,以P＜0.01和P＜0.05作为差异显著性判断标准,结果均以平均值±标准误表示。

瘤胃微生物蛋白(MCP)产量计算公式［5］∶

MCP(g/d)=6.25×(70X)/(0.83×0.116×1000)=6.25×0.727X式中,X为小肠吸收外源性嘌吟的数量(mmol/d), 70为每mmol嘌吟含氮量(mg/mol),0.83为微生物核酸嘌吟的消化率,0.116为瘤胃微生物总氮中嘌吟氮的比例;6.25为氮换算为蛋白质的平均系数。小肠吸收外源性嘌吟数量X的计算公式为∶

式中,Y为尿中嘌吟衍生物的排出量(mmol/d),0.85为牛肠道中吸收的嘌吟转化为尿中PD的回收率, 0.385BW0.75为PD的内源成分。

2 结果与分析

2.1 不同水平YC对主要养分采食量的影响 由表2可知,预试期内各组干物质采食量差异不显著(P＞0.05);正试期结束时试验2组干物质采食量、有机物采食量显著高于对照组(P＜0.05),各试验组间和试验1组、3组与对照组间差异均不显著(P＞0.05);试验2组和3组粗蛋白采食量显著高于对照组(P＜0.05),各试验组间差异不显著(P＞0.05),试验1组与对照组无显著差异(＞0.05);各试验组中性洗涤纤维采食量显著高于对照组(＜0.05),各试验组间差异不显著(＞0.05);YC对酸性洗涤纤维(ADF)、钙(Ca)、磷(P)采食量均无显著影响(＞0.05)。

2.2 不同水平YC对尿中嘌吟衍生物(PD)排出量的影响 由表3可知,在PD排出量方面,预试期内各组之间差异不显著(＞0.05),正试期结束时各试验组的PD排出量极显著高于对照组(＜0.01),各试验组PD排出量分别比对照组提高22.60%、34.43%、试验2组显著高于试验1组(＜0.05),试验3组与其他两组差异不显著(＞0.05);各试验组尿囊素排出量显著高于对照组(＜0.05),试验3组极显著高于对照组(＜0.01),显著高于试验1组(＜0.05);各试验组尿酸排出量显著高于对照组(＜0.05),其中试验2组极显著高于对照组(＜0.01),显著高于试验3组(＜0.05);试验组MCP产量极显著高于对照组(＜0.01),试验2组极显著高于试验1组(＜0.01),试验3组显著高于试验1组(＜0.05)。

2.3 不同水平YC对奶牛日均产奶量的影响 由表4可知,正试期结束时各试验组日均产奶量极显著高于对照组(＜0.01),分别比对照组提高12.75%、12.69%、10.25%;各试验组间差异不显著(＞0.05)。

2.4 不同水平YC对奶牛乳成分的影响 由表5可见,正试期结束时试验2组乳脂率极显著高于对照组(＜0.01),试验3组显著高于对照组(＜0.05),各试验组间无显著差异(＞0.05)。试验2组乳蛋白率极显著高于对照组(＜0.01),显著高于试验1组(＜0.05),试验3组显著高于对照组(＜0.05),试验3组与1组、2组间无显著差异(＞0.05),试验1组与对照组间无显著差异(＞0.05)。试验2组乳体细胞数显著低于对照组(＜0.05),各试验组间差异不显著(＞0.05),试验1组和3组与对照组差异不显著(＞0.05)。YC对乳糖率无显著影响(＞0.05)。

表2 不同水平YC对主要养分采食量的影响kg·d-1

表3 不同水平YC对尿中嘌呤衍生物(PD)排出量的影响

2.5 不同水平YC对奶牛氮排泄的影响 由表6可知,正试期各试验组氮的总排泄水平显著低于对照组(＜0.05),分别比对照组减少7.02%、11.06%、9.25%,试验2组氮的总排泄量极显著低于对照组(＜0.01),显著低于试验3组与试验1组(＜0.05),试验3组与试验1组差异不显著(＞0.05)。氮存留率以试验2组为最高。

3 讨 论

3.1 不同水平YC对营养物质采食量的影响 王聪等［6］研究发现,YC可以明显提高营养物质采食量,与本试验结果一致。酵母经发酵后制成的YC具有芳香的气味和良好的适口性,有利于提高奶牛采食量;其次YC可以提高纤维的消化率,增加胃肠排空速率,也有利于营养物质采食量的提高。

3.2 不同水平YC对尿中嘌吟衍生物(PD)排出量的影响 小肠中吸收的核酸大部分来自瘤胃微生物蛋白。微生物蛋白在小肠中被降解为嘌吟核酸和碱基,经小肠吸收进入血液的嘌吟碱基被合成体组织核酸,未被利用的嘌吟转化为嘌吟衍生物,随尿排出体外。尿中排出的嘌吟衍生物数量和瘤胃微生物核酸数量、小肠微生物核酸数量和血液嘌吟衍生物数量均呈高度相关性。嘌吟代谢的衍生物(尿囊素和尿酸)已被广泛作为估测瘤胃微生物蛋白合成量的指标［7］。Tripathi等［8］报道,YC可以增强瘤胃内氨氮的利用和MCP合成,能明显增加进入后段消化道的MCP数量和小肠中非氨态氮的吸收利用率。本试验结果与上述结论一致。MCP能提供反刍动物蛋白质需要量的60%～65%,维持微生物生长最主要的是能量和氮源。因此,能量和氮源的水平、来源对保障瘤胃微生物生长非常重要,其中氨态氮是瘤胃微生物合成MCP的最主要氮源。Moya等［9］研究发现,YC能降低瘤胃内氨氮浓度,而其浓度的降低并不是由于蛋白质降解或脱氨作用降低引起的,而是YC能刺激瘤胃微生物菌群摄取氨氮并合成蛋白质引起的。YC中的大量营养活性成分可以改变瘤胃发酵和微生物区系、瘤胃中有益细菌数量的增加,瘤胃微生物活力的增强,使得氨氮的利用速度提高,可以利用更多的氨氮合成微生物蛋白,从而使MPC产量增加;微生物活力的增强有利于分解碳水化合物产生更多的能量,而能氮平衡是提高MCP产量的决定因素之一,因此饲喂YC后MCP产量得到显著提高。

表4 不同水平YC对日均产奶量的影响

表5 不同水平YC对乳成分含量的影响

表6 不同水平YC对氮排泄的影响

3.3 不同水平YC对奶牛日均产奶量的影响 Liu等［10］研究发现,YC可以显著提高奶牛的产奶量,与本试验结果一致。YC中含有的酿酒酵母在发酵的过程中能产生芬芳的气味,加之良好的适口性有利于提高奶牛采食量。采食量的提高能为奶牛提供更多的可消化营养物质,有利于产奶量的提高。酵母为好氧菌,有利于维持厌氧环境更有利于其他菌群的活动和瘤胃发酵,同时YC能刺激瘤胃中纤维分解菌和乳酸利用菌的增殖。纤维分解菌的增殖有利于消化粗纤维,增加瘤胃内乙酸浓度。乳酸利用菌的大量增殖能减缓由于采食引起的瘤胃内pH的急速降低,能更好地维持瘤胃内环境稳定,从而改善瘤胃发酵,提高营养物质消化利用率,促进泌乳量提高;瘤胃菌群的变化可明显增加瘤胃内短链脂肪酸的浓度、增加血液中的葡萄糖浓度和乙酸浓度,各种乳成分合成前体物的增加对产奶量提高起到积极作用;瘤胃微生物利用氨氮速度的增加,提高了MCP产量,到达小肠中的MCP数量增加,为奶牛泌乳提供更多的可消化氮源,对产奶量的提高起到积极作用。

3.4 不同水平YC对奶牛乳成分的影响 刘国娟等［11］用YC饲喂奶牛后发现产奶量得到显著提高,乳体细胞数显著降低,乳脂和乳蛋白差异不显著。张连忠［12］用YC饲喂泌乳中期奶牛42 d后发现,产奶量提高12.8%,乳蛋白率、乳糖率、乳非脂固形物率、乳密度分别极显著提高8.2%、6.8%、7.9%、11.7%。大量的研究表明,YC对乳品质的影响结果不尽相同。本试验结果表明,奶牛饲喂YC后能提高牛奶的乳脂率和乳蛋白率、降低乳体细胞数。酵母菌在特定培养基上经充分厌氧发酵后含有丰富的B族维生素、氨基酸、有机酸、寡糖、酶、挥发性脂肪酸、未知生长因子及一些重要的辅助因子,这些物质对补充、改善饲粮的营养价值,起到积极作用。芳香的气味和良好的适口性,能提高奶牛的采食量,对乳品质改善和生产性能提高起到积极作用;瘤胃内纤维分解菌数量的增多和活性的增强,能分解产生更多的乙酸,乙酸是乳脂合成的前提,为乳脂的合成提供更多的原料; YC中大量的营养活性成分能改变微生物区系、增强微生物活力,提高微生物摄取利用氨氮的速度,瘤胃微生物利用氨氮速度的提高能合成更多的MCP,提高了进入小肠中的蛋白数量,为乳蛋白的合成提供了更多的前提物质。此外,MCP中的氨基酸模式与牛奶中蛋白质中的相似,含有丰富的赖氨酸等必需氨基酸,使得小肠中的氨基酸组成更加平衡,有利于提高蛋白利用率,也有利于乳蛋白的生成。乳体细胞数是奶牛乳腺健康水平的重要标志,体细胞数越少,奶牛乳房健康状况越好,奶牛被细菌感染的可能性越小,奶牛乳房炎的发病率越低。饲喂YC后,乳体细胞数下降,说明奶牛乳房健康水平提高。YC中含有β-葡聚糖和甘露聚糖2种活性多糖,能增强机体的免疫力,降低炎症的发生,提高乳房健康水平。

3.5 不同水平YC对奶牛氮素表观消化率及氮排泄的影响 在本试验中,饲喂YC后奶牛粪尿中的氮含量降低,氮素排泄量降低,氮的有效利用提高。YC能提高瘤胃微生物利用氨氮合成MCP的速度和能力,能把更多的氨态氮转化为MCP,减少了瘤胃内氨态氮的损失,从而减少尿氮的排泄量;酵母菌在瘤胃中的活动能消耗氧气,从而更好地维持瘤胃的厌氧环境有利于瘤胃的发酵,能更好地消化吸收饲料中的粗蛋白成分,提高粗蛋白的消化利用率,利于降低粪中的氮含量;YC中大量的有机酸、维生素、钙、磷、未知生长因子等营养成分,在瘤胃中能对微生物起到营养作用,从而促进瘤胃微生物的生长繁殖、提高瘤胃内有益菌群的数量,有利于瘤胃微生物的发酵,加大发酵力度,提高饲粮中蛋白的消化、吸收、利用率,减少蛋白的损失;产奶量和乳蛋白率的提高,增加了乳氮的排出量,使更多的蛋白用于生产需要,减少了饲粮中未被利用的蛋白通过粪、尿排出体外而造成的损失。因此,MCP产量的提高、瘤胃微生物生长繁殖的加快,都有利于提高饲粮中粗蛋白的消化率、吸收率和利用率,减少氮排泄量,从而减少氮素对环境带来的污染。

4 结 论

在本试验条件下,综合考虑奶牛尿中嘌吟衍生物排出量、生产性能及氮排泄等指标,YC添加量以每头每天25 g为最佳。

［1］ 孙满吉,刘彩娟,张永根,等.直接饲喂酵母培养物对奶牛瘤胃发酵的影响［J］.动物营养学报,2010,22(5):1390-1395.

［2］ 吴小燕,郭春华,王之盛,等.微生物发酵饲料对泌乳奶牛生产性能和饲粮养分表观消化率的影响［J］.动物营养学报, 2014,26(8):2296-2302.

［3］ 倪丽丽,闫素梅,赵鹏,等.粗蛋白与过瘤胃蛋白对奶牛氮排泄的影响［J］.饲料研究,2011,(7):60-62.

［4］ 张丽英.饲料分析及饲料质量检测技术 ［M］.3版.北京:北京农业大学出版社,2007:49-74.

［5］ Chen X B,Mayuszewski W,Kowalczyk J.Determination of allantoin in biological cosmetic and pharmaceutical samples［J］.J AOAC International,1996,79(3):628-635.

［6］ 王聪,任金焕,刘强,等.酵母对奶牛泌乳性能及健康状况影响的研究［J］.兽药与饲料添加剂,2005,10(1):7-9.

［7］ 马涛,刁其玉,邓凯东.尿嘌呤衍生物法估测瘤胃微生物蛋白产量［J］.动物营养学报,2011,23(1):10-14.

［8］Tripathi M,Karim S.Effect of individual and mixed live yeast culture feeding on growth performance,nutrient utilization and microbial crude protein synthesis in lambs［J］.Anim Feed Sci Technol,2010, 155(2-4):163-171.

［9］ Moya D,Calsamiglia S,Ferret A,et al.Effects of dietary changes and yeast culture(Saccharomyces cerevisiae)on rumen microbial fermentation of Holstein heifers［J］.J Anim Sci,2009, 87(9):2874-2881.

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［11］刘国娟,孙鸽,周向丽,等.复合菌培养物对奶牛生产性能及体细胞数的影响［J］.中国畜牧兽医,2013,40(2):214-216.

［12］张连忠.酵母培养物对泌乳中期荷斯坦奶牛产奶量及乳品质的影响［J］.西南农业学报,2011,24(3):1132-1135.

Effects of Yeast Culture on Purine Derivatives Excretion,Milk Performance and Nitrogen Excretion

WANG Ling1,SUN You-de2,LIU Xi-wu2,SUN Guo-qiang1*
(1.College of Animal Science and Technology,Qingdao Agricultural University,Shandong Qingdao 266109,China; 2.Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine of Qingdao,Shandong Qingdao 266109,China)

This experiment was conducted to determine the effects of yeast culture(YC)on purine derivatives excretion, milk performance and nitrogen excretion.A total of 40 Holstein lactating cows with similar age,weight,milk yield and lactation stage(135±15 day in milk)were divided 4 groups.The supplement of YC in the control and 3 treatment groups was 0,20,25 and 30 g/head/day,respectively.The YC was fed with the total mixed ration(TMR).Purine derivatives excretion,milk yield,milk composition,nitrogen excretion was analyzed.The results showed that the dry matter intake in treatment groups were increased(P＜0.01).The purine derivatives excretion in treatment groups was increased by 22.60%,34.43%,26.65%compared to the control group(P＜0.01).The cows in treatment groups had 12.75%,12.69%,10.25%greater daily yields of milk than those cows in the control(P＜0.01).YC significantly increased milk fat and protein percentage(P＜0.05),and reduced somatic cell(P＜0.05).The supplernentation of YC in TMR dairy cow reduced nitrogen excretion by 7.02%,11.06%,9.25%compared to control group(P＜0.05).Based on the data of purine derivatives,milk yield,milk composition,nitrogen excretion,it could be concluded that the suitable supplement of YC in dairy cow diets was 25 g/head/day for the present study.

yeast culture;purine derivatives;dairy coe;milk performance;nitrogen excretion

S823.5

A文献标识码:0258-7033(2015)11-0044-06

2014-11-12;

2015-01-03

山东省现代农业产业技术体系牛产业创新团队(SDAIT-12-011-08)

王玲(1990-),女,山东淄博人,硕士研究生,研究方向为反刍动物营养,E-mail:xiagnang_66@163.com

*通讯作者:孙国强(1961-),男,教授,硕士生导师,E-mail:qdnydxsgq@126.com