不同水平銅源對奶牛生產性能、抗氧化能力和銅代謝的影響

劉祥圣 冀 飛 寧麗麗 趙國琦*

(1.揚州大學 動物科學與技術學院 江蘇 揚州 225009；2.Zinpro Corporation, Eden Prairie, MN 55344, USA)

銅作為生命體的必需元素，是動物機體內細胞色素氧化酶、酪氨酸酶、超氧化物歧化酶和銅藍蛋白等多種酶的組成成分，對動物機體的造血、色素沉積、骨骼發育和免疫能力具有重要作用[1]。研究表明，飼糧中補充銅能夠提高奶牛的產奶量、抗氧化能力和免疫能力[2-3]，對促進反芻動物瘤胃發酵也具有重要作用[4]。然而，成年反芻動物對銅的吸收率較低，僅為5%～10%，大部分飼糧中的銅未被充分利用而被排泄[5]，因而在奶牛生產中存在較為嚴重的銅污染問題。目前在生產中應用較為廣泛的是以硫酸銅為代表的無機銅，有機銅包括蛋白鹽銅和氨基酸螯合銅，可提高反芻動物的生物利用度引起廣泛關注[6]。Dezfoulian等[7]研究表明蛋白鹽銅相較于硫酸銅能夠減少羔羊銅的排泄量，李寰旭和王芬[8]的研究同樣表明羥基蛋氨酸銅相較于硫酸銅具備更高的生物利用度。Bampidis等[9]的研究表明賴氨酸銅和谷氨酸銅的1∶1絡合物相較于硫酸銅可提高雞體內銅沉積量，并證實了賴氨酸銅和谷氨酸銅的1∶1絡合物是安全有效的銅源。賴氨酸銅和谷氨酸銅的1∶1絡合物作為新型氨基酸螯合銅，目前僅在雞上有相關的研究報道，在其他動物中尚未有相關研究。因此，本研究旨在研究不同水平銅源對奶牛生產性能、抗氧化能力和銅代謝的影響，以期為奶牛生產中選擇合理銅源提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

硫酸銅CuSO4(具體物質為五水硫酸銅 CuSO4·5H2O 含銅量為25%)，由揚州大學試驗農牧場提供。賴氨酸銅和谷氨酸銅的1∶1絡合物(含銅量為17%)，由美國金寶公司提供，以下簡稱LGC。

1.2 試驗動物和設計

本研究采用雙因素試驗設計，包括2種銅源(硫酸銅、賴氨酸銅和谷氨酸銅的1∶1絡合物)，銅源的不同添加水平分別為0、3.5和7.0 mg/kg，2種銅源共用對照組，添加量均以銅元素計。選擇80頭胎次(1.7±1.0)、泌乳天數(92±24 d)和產奶量(34.16±2.48 kg)相近的健康荷斯坦奶牛，隨機分為5組，每組16頭。試驗于2019年2—6月在揚州大學試驗農牧場進行，每日飼喂3次，自由飲水，預試期2周，正試期12周。基礎飼糧組成及營養水平見表1。

表1 基礎飼糧組成及營養水平(干物質基礎)

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1飼料及糞便樣品

每2周稱量奶牛投料量及剩料量，同時采集飼料樣品用以測定常規營養成分，計算奶牛的平均干物質采食量(DMI)。試驗期最后3 d每組選取8頭，采用全收糞法和收尿法進行銅代謝試驗。粗蛋白質(CP)按GB/T 6432-1994的方法測定；鈣(Ca)按GB/T 6436-2002中乙二胺四乙酸二鈉絡合滴定法測定；磷(P)按GB/T 6437-2002鉬黃分光光度法測定；銅含量用Optima 7300 DV電感耦合等離子體光譜儀(PerkinElmer，美國)按JY/T 015-1996的方法進行測定。中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)根據Van Soest等[10]的方法，用ANKOM-2000I纖維分析儀(ANKOM，美國)進行測定。

1.3.2產奶量及乳成分測定

每周測定奶牛日產奶量，計算奶牛的平均日產奶量。按“產奶量×(0.4+15×乳脂率)”計算4%標準乳(4% FCM)。測定產奶量當天采集奶樣，早中晚按照4∶3∶3的比例共50 ml加入到裝有萬分之六苯甲酸的奶樣管中充分搖勻。使用MILKO SCAN 605紅外線測奶儀(FOSS，丹麥)測定乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物。

1.3.3血清抗氧化指標測定

正試期第0、4、8和12周于晨飼后3 h，利用真空采血管在奶牛尾根部進行尾靜脈采血，靜置 30 min 后3 000 r/min、4 ℃離心15 min，制備血清樣品于-80 ℃冰箱中保存。銅藍蛋白(CER)、總超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽過氧化物還原酶(GSH-Px)參照試劑盒說明書測定，試劑盒購自南京建成生物工程公司。

1.4 數據處理與統計分析

數據使用Excel 2016整理，使用SPSS 25.0中One-Way ANOVA程序對5個組進行單因素方差分析，使用SPSS 25.0中GLM程序進行雙因素方差分析，采用Duncan氏法進行多重比較，結果以平均數±標準差表示，P<0.05表示差異顯著，0.05

2 結果與分析

2.1 不同水平銅源對奶牛生產性能的影響

由表2可知，對照組干物質采食量顯著低于其余各試驗組(P<0.05)，對照組產奶量有低于其余各試驗組的趨勢(0.050.05)。銅水平對干物質采食量和產奶量有顯著影響(P<0.05)，銅水平為3.5和7.0 mg/kg組干物質采食量和產奶量顯著高于對照組(P<0.05)，銅水平對4%標準乳和飼料轉化率無顯著影響(P>0.05)。銅源對干物質采食量、產奶量、4%標準乳和飼料轉化率無顯著影響(P>0.05)。各組間干物質采食量、產奶量、4%標準乳和飼料轉化率無銅源和銅水平的交互作用(P>0.05)。此結果表明，相較于對照組，添加3.5和7.0 mg/kg的CuSO4或LGC均可提高奶牛的干物質采食量和產奶量，但2種銅源對奶牛干物質采食量和產奶量的影響較小。

表2 不同水平銅源對奶牛生產性能的影響

2.2 不同水平銅源對奶牛乳成分的影響

由表3可知，各組間乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物差異不顯著(P>0.05)。銅水平對乳脂率有顯著影響(P<0.05)，銅水平為3.5和7.0 mg/kg組乳脂率顯著低于對照組(P<0.05)，銅水平對乳蛋白率、乳糖率和總固形物無顯著影響(P>0.05)。銅源對乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物無顯著影響(P>0.05)。各組間乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物無銅源和銅水平的交互作用(P>0.05)。此結果表明，相較于對照組，添加3.5和 7.0 mg/kg 的CuSO4或LGC會降低奶牛乳脂率，不同水平銅源對奶牛乳蛋白率、乳糖率和總固形物的影響較小。

表3 不同水平銅源對奶牛乳成分的影響

2.3 不同水平銅源對奶牛抗氧化能力的影響

由表4可知，對照組CER活性顯著低于其余各試驗組(P<0.05)，對照組SOD和GSH-Px活性顯著低于添加7.0 mg/kg的CuSO4和LGC組(P<0.05)。銅水平對CER、SOD和GSH-Px活性有顯著影響(P<0.05)，銅水平為3.5和7.0 mg/kg組CER活性顯著高于對照組(P<0.05)，銅水平為7.0 mg/kg組CER和SOD活性顯著高于3.5 mg/kg組(P<0.05)，銅水平為7.0 mg/kg組GSH-Px活性顯著高于對照組(P<0.05)。銅源對CER、SOD和GSH-Px活性無顯著影響(P>0.05)。各組間CER、SOD和GSH-Px活性無銅源和銅水平的交互作用(P>0.05)。此結果表明，隨著CuSO4和LGC添加量的提高，奶牛CER、SOD和GSH-Px活性也隨之提高，但2種銅源對奶牛CER、SOD和 GSH-Px 活性的影響較小。

表4 不同水平銅源對奶牛抗氧化能力的影響

2.4 不同水平銅源對奶牛銅代謝的影響

由表5可知，對照組糞銅最低(P<0.05)，添加7.0 mg/kg的CuSO4組糞銅顯著高于添加7.0 mg/kg的LGC組，各組間尿銅無顯著差異(P>0.05)，添加7.0 mg/kg的LGC組銅沉積量和銅沉積率最高(P<0.05)。銅水平對銅采食量、糞銅、銅沉積量和沉積率有顯著影響(P<0.05)，銅水平為3.5 mg/kg組銅采食量、糞銅、銅沉積量和沉積率顯著高于對照組(P<0.05)，銅水平為7.0 mg/kg組銅采食量、糞銅、銅沉積量和銅沉積率顯著高于3.5 mg/kg組(P<0.05)，銅水平對尿銅無顯著影響(P>0.05)。銅源對糞銅、銅沉積量和銅沉積率有顯著影響(P<0.05)，LGC組糞銅顯著低于CuSO4組(P<0.05)，LGC組銅沉積量和銅沉積率顯著高于CuSO4組(P<0.05)。各組間銅采食量、糞銅和尿銅無銅源和銅水平的交互作用(P>0.05)，銅沉積量和銅沉積率各組間存在交互作用(P<0.05)。此結果表明，在相同水平銅添加量下，LGC組的銅沉積量和銅沉積率高于CuSO4組。

表5 不同水平銅源對奶牛銅代謝的影響

3 討 論

3.1 不同水平銅源對奶牛生產性能的影響

Hansen 等[11]在飼糧中添加不同水平CuSO4或甘氨酸銅(5和10 mg/kg)相較于未添加銅組可提高公牛的干物質采食量(DMI)，但銅水平為5和 10 mg/kg 組間DMI的差異較小，這與本研究結果一致，補充銅可以提高反芻動物瘤胃微生物對飼糧蛋白質的利用效率和纖維降解能力，提高了干物質消化率進而提高了DMI[7]，但不同銅水平對DMI的影響較小。然而付輯光等[2]研究表明，飼料中添加銅對奶牛DMI影響較小，研究結果的差異性可能與奶牛品種、飼糧組成和奶牛對銅的缺乏程度有關。常新耀等[12]的研究表明，添加不同水平CuSO4(6、10和12 mg/kg)可以提高奶牛產奶量和4%標準乳(4% FCM)，并且產奶量和4% FCM與銅添加量呈正相關關系，補充銅可以促進奶牛對飼糧中營養物質的獲取從而提高產奶量和4% FCM，本研究中補充銅有提高產奶量的趨勢，略微提高了4% FCM，并且添加3.5和7.0 mg/kg銅水平間差異不顯著，這可能與較低銅添加量已經達到生產需求有關。NRC(2001)規定體重為650 kg、產量為40 kg的奶牛銅需要量為15.6 mg/kg[13]。本研究中基礎飼糧銅含量為15.06 mg/kg，添加3.5 mg/kg銅后奶牛的產奶量進一步提高，但添加7.0 mg/kg銅對產奶量的提升效果有限，付輯光等[2]研究同樣表明奶牛銅的需要量為18.09～23.09 mg/kg，并且更高添加量對提高產奶量的作用較小，說明在奶牛生產中銅的實際需求量更高，但過多添加銅對提升奶牛的生產能力有限。Wang等[14]研究表明補充羥基蛋氨酸銅相較于CuSO4對奶牛DMI的影響較小，但有提高產奶量和4% FCM的趨勢，并推測羥基蛋氨酸銅相較于CuSO4有更高的利用率，尤其是在應對環境不利的應激狀況下效果更好，因而能夠提高產奶量和4% FCM。本研究中2種銅源對奶牛DMI、產奶量和4% FCM的影響較小，試驗結果的差異性可能與試驗過程中的環境因素和補充銅源均已達到奶牛生產需求有關。

3.2 不同水平銅源對奶牛乳成分的影響

乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物是評價乳品質的重要標準。常新耀等[12]添加不同水平CuSO4未發現對奶牛乳蛋白率和乳糖率造成顯著影響，本研究結果同樣表明補充不同水平銅對乳蛋白率和乳糖率的影響較小，說明飼糧中添加銅不會改變乳蛋白和乳糖含量。Engle等[15]的研究表明飼糧添加CuSO4未改變奶牛乳脂率，但能夠降低C18∶1反式脂肪酸和C18共軛二烯酸的濃度。本研究中添加不同水平銅降低了乳脂率，試驗結果的差異性可能與試驗牛品種有關。有研究表明，產奶量與乳脂率具有顯著負相關關系[16]，本研究中補充銅提高了產奶量從而使得乳脂含量有所下降。然而，補充銅是否會對乳中脂肪酸組成造成影響有待進一步研究。付輯光等[2]研究表明銅水平對奶牛總固形物無影響，這與本研究結果一致。Wang等[14]研究表明添加羥基蛋氨酸銅相較于CuSO4未對奶牛乳脂率、乳蛋白率、乳糖率和總固形物造成顯著影響，這與本研究結果一致，說明銅源對乳成分的影響較小。

3.3 不同水平銅源對奶牛抗氧化能力的影響

黃元龍等[17]研究表明飼糧添加CuSO4(10和25 mg/kg)可提高綿羊血清CER和SOD活性，并與銅添加量呈正相關關系，這與本研究結果一致，CER作為轉運銅的重要蛋白其自身也需要銅來合成，也具備減少脂質過氧化物生成的作用，SOD作為含銅酶可以催化超氧陰離子歧化為氧氣和過氧化氫，對于機體的氧化與抗氧化平衡具有重要作用，增加飼糧銅水平會使機體內包括CER和SOD的含銅酶活性提高，從而提高反芻動物的抗氧化能力。本研究中，補充銅可提高GSH-Px活性并與銅添加量呈正相關關系，這與前人的研究結果一致[2]，增加飼糧銅水平可提高SOD活性，減少超氧陰離子蓄積從而增強GSH-Px活性。程延彬[18]研究表明，蛋氨酸銅和CuSO4對提高奶牛CER和SOD活性的作用相同，本研究中LGC和CuSO4對提升奶牛抗氧化能力無顯著差異，這表明在相同銅添加量的情況下，LGC對于提升奶牛抗氧化能力的作用較小。

3.4 不同水平銅源對奶牛銅代謝的影響

本研究中，隨著銅采食量的提高，奶牛銅的排泄量增加，這與付輯光等[2]研究結果一致，奶牛對于銅的利用率較低，僅為5%～10%[5]，過多的添加銅很容易造成環境污染。有機銅可提高反芻動物銅的生物利用度已經得到試驗證明，蛋氨酸銅在母羊中具有更高的腸道吸收能力和更低的銅排泄率，這是由于腸道中無機來源的礦物質離子可能會與其他消化成分重組形成不溶性復合物，從而降低腸道吸收，而有機礦物質則通過粘膜吸收氨基酸并將其完全吸收到血液中[19]，有機形態的銅也能夠避免與其他元素的拮抗作用，從而提高利用效率[20]。其他研究也報道了與CuSO4相比，有機銅排泄量較低[21-22]。本研究中LGC在奶牛體內的銅沉積率要高于CuSO4，說明奶牛對于LGC的吸收效率更高。

4 結 論

在基礎銅含量為15.06 mg/kg的飼糧中添加3.5和7.0 mg/kg的CuSO4或LGC均可提高奶牛的產奶量和抗氧化能力。LGC相較于CuSO4可提高奶牛的銅沉積率，減少糞銅排放量，從生產性能和環境保護綜合考慮，在奶牛飼糧中添加3.5 mg/kg的LGC效果最好，在保證生產需求的基礎上又能夠降低環境污染。