生物調控釋放型尿素對奶牛產奶量、乳成分、瘤胃發酵參數和血清生化指標的影響

王二旦 劉吉生 劉巧蘭 呂佳穎 王吉東 楊占濤 比莎娜·阿扎提 阿拉依古麗·托合塔別克 都 文 李勝利*

(1.中國農業大學動物科學技術學院，動物營養學國家重點實驗室，北京 100193；2.長春博瑞科技股份有限公司，長春 130118)

隨著國民對奶產品需要量的增長，我國奶業對優質蛋白質原料的需求也在不斷擴大，但受到近年中美貿易摩擦的影響，豆粕等優質蛋白質原料價格居高不下，極大程度上增加了生鮮乳生產成本。反芻動物由于瘤胃微生物的存在，可以利用非蛋白氮(non-protein nitrogen，NPN)轉化為微生物蛋白(microbial protein，MCP)，再將MCP合成機體所需蛋白質[1]，從而減少優質蛋白質原料的使用量，可在一定程度緩解國內優質蛋白質原料緊缺的現狀。

本試驗通過一種新型的SRU產品——生物調控釋放型尿素(bio-regulated release urea，BRRU)，替代泌乳中期奶牛飼糧中不同比例豆粕，旨在研究BRRU對奶牛產奶量、乳成分、瘤胃發酵參數和血清生化指標的影響，為實際生產中NPN在奶牛生產中的應用提供理論依據和實操指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗中使用的BRRU是由長春某農牧股份集團有限公司提供，其的簡要制備過程如下：1)將尿素與粉碎玉米按一定比例混合后進行膨化處理(100～120 ℃)制成膨化尿素；2)將膨化尿素、纖維類飼料原料(苜蓿、燕麥草粉等)、麩質類飼料原料(麥麩、油糠等)與硬脂酸按照一定比例混合制粒；3)使用加熱的硬脂酸(90～100 ℃)對混合的顆粒進行3次包被。BRRU與常規SRU的最大差異在于其產品密度低，僅為0.85～0.93 g/cm3。BRRU主要營養水平：干物質含量93.72%，氮含量18.51%(粗蛋白質當量115.69%)，粗脂肪含量34.76%，淀粉含量14.61%，中性洗滌纖維含量3.04%，酸性洗滌纖維含量1.47%，粗灰分含量0.54%。根據NRC(2001)產奶凈能(NEL)計算公式得出BRRU的NEL為24.95 MJ/kg。

1.2 試驗設計及飼養管理

試驗于2020年5月1日至2020年7月30日在北京首農畜牧發展有限公司金銀島牧場進行。選取胎次、泌乳天數和7日平均產奶量相近的健康荷斯坦奶牛36頭，隨機分為3組，每組12頭牛。對照組飼喂基礎飼糧，試驗1、2組分別飼喂用BRRU替代基礎飼糧中12.5%和25.0%豆粕的試驗飼糧。試驗牛群信息見表1。

表1 試驗牛群信息Table 1 Information of experimental cows

試驗飼糧參照我國《奶牛飼養標準》(NY/T 34—2004)配制。對照組飼糧粗蛋白質水平為16.7%，飼糧中豆粕含量為6.79%，未添加BRRU；試驗1組飼糧粗蛋白質水平為16.8%，由0.32% BRRU替代基礎飼糧中12.5%豆粕；試驗2組飼糧粗蛋白質水平為16.9%，由0.74% BRRU替代基礎飼糧中25.0%豆粕。試驗飼糧組成及營養水平見表2。預試期14 d，試驗2組奶牛先飼喂試驗1組飼糧過渡7 d后再飼喂試驗2組飼糧。正試期45 d。各組奶牛散欄飼養，自由飲水，每天擠奶3次(06:30、13:30和20：30)，飼喂3次(07：00、14：00和20：00)。

表2 試驗飼糧組成及營養水平(干物質基礎)Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) %

1.3 樣品采集與指標測定

1.3.1 產奶量和乳成分的測定

使用利拉伐2×12并列式擠奶系統，每天擠奶3次，并自動記錄產奶量。在正試期的第1、15、30和45天分別在早、中和晚3次擠奶時，使用擠奶系統的分流器采集3組試驗牛群奶樣各50 mL，并加入重鉻酸鉀防腐劑，以4∶3∶3比例混勻在50 mL的離心管中，4 ℃保存，24 h內送至北京奶牛中心，使用乳成分體細胞數聯機測定儀(YQ1-57)進行測定。依據NY/T 2659—2014方法檢測乳脂率、乳蛋白率和乳糖率，依據ZD-70-2015方法檢測牛奶中尿素氮含量。4%乳脂矯正乳(fat-corrected milk，FCM)產量的計算公式如下：

FCM(kg/d)=0.4M+15F。

式中：M為非標準奶的重量(kg)；F為非標準奶的脂肪含量(kg)。

1.3.2 瘤胃發酵參數的測定

在正試期的第1、15、30和45天，每組試驗牛群中隨機選取6頭牛采集瘤胃液樣品，-20 ℃保存待測。根據Broderick等[10]方法測定瘤胃液NH3-N含量，每個樣品設3個平行；根據蘇海涯[11]總結優化和Zinn等[12]提出的嘌呤法測定瘤胃液MCP含量，每個樣品設3個平行；根據田雨佳[13]總結優化和Erwin等[14]提出的氣相色譜分析法測定瘤胃液揮發性脂肪酸(VFA)含量，每個樣品設2個平行。

1.3.3 血清生化指標的測定

在正試期的第1、15、30和45天，每組試驗牛群中分別隨機選取6頭牛進行尾根靜脈采血10 mL，在4 ℃、1 600×g的條件下離心15 min，-20 ℃保存待測。測定指標包括：甘油三脂(TG)、尿素氮(UN)、非酯化脂肪酸(NEFA)以及β-羥丁酸(BHBA)含量，使用GF-D200型半自動生化分析儀(山東高密彩虹分析儀器有限公司)、722型分光光度計(山東高密彩虹分析儀器有限公司)進行測定。

1.4 統計分析

數據采用Excel 2016進行整理。使用SAS 9.2的PROC MIXED模型進行差異顯著性分析，包括處理、時間和處理×時間的交互效應。每個時間點產奶量、乳成分指標、4%FCM產量、瘤胃發酵參數和血清生化指標則使用單因素方差分析。試驗數據以平均值和均值標準誤(SEM)表示，P<0.05表示差異顯著，0.05≤P<0.10表示有趨勢。

2 結 果

2.1 BRRU對奶牛產奶量的影響

由表3可知，試驗1組整個正試期(第1～45天)的產奶量比對照組提高了0.34 kg/d，而試驗2組卻降低了0.61 kg/d，但各組整個正試期及各階段的產奶量均無顯著差異(P>0.05)。隨著試驗的進行，各組產奶量有降低趨勢(0.05≤P<0.10)。

表3 BRRU對奶牛產奶量的影響Table 3 Effects of BRRU on milk yield of dairy cows kg/d

2.2 BRRU對奶牛乳成分和4% FCM產量的影響

由表4可知，各組整個正試期及各階段的乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳中尿素氮(MUN)含量和4% FCM產量均無顯著差異(P>0.05)。但試驗1組和試驗2組的乳脂率相較于對照組均有所提高，且試驗2組整個正試期的乳脂率提高幅度最大。試驗1組整個正試期的4% FCM產量最高，相較于對照組和試驗2組分別提高了1.43和0.43 kg/d；試驗2組整個正試期的4% FCM產量相較于對照組提高了1.00 kg/d。

表4 BRRU對乳成分和4% FCM產量的影響Table 4 Effects of BRRU on milk composition and 4% FCM yield of dairy cows

2.3 BRRU對奶牛瘤胃發酵參數的影響

由表5可知，試驗1組正試期第15天的瘤胃液NH3-N含量顯著高于對照組(P<0.05)；試驗2組正試期第15、30天以及整個正試期的瘤胃液NH3-N含量均顯著高于對照組(P<0.05)，正試期第1和45天有升高趨勢(0.05≤P<0.10)；試驗1組第1、30、45天和整個正試期的瘤胃液NH3-N含量均高于試驗1組，但差異不顯著(P>0.05)。試驗1組和試驗2組整個正試期的瘤胃液MCP含量高于對照組，有升高趨勢(0.05≤P<0.10)；試驗1組和試驗2組第15、30和45天的瘤胃液MCP含量均顯著高于對照組(P<0.05)；試驗1組與試驗2組整個正試期及各階段的瘤胃液MCP含量差異不顯著(P>0.05)。

表5 BRRU對奶牛瘤胃液NH3-N和MCP含量的影響Table 5 Effects of BRRU on contents of NH3-N and MCP in rumen fluid of dairy cows

由表6可知，各組整個正試期及各階段的瘤胃液乙酸、丙酸、丁酸和總揮發性脂肪酸(TVFA)含量以及乙酸/丙酸均無顯著差異(P>0.05)。

表6 BRRU對奶牛瘤胃液VFA含量的影響Table 6 Effects of BRRU on content of VFA in rumen fluid of dairy cows

2.4 BRRU對奶牛血清生化指標的影響

由表7可知，試驗1組和試驗2組整個正試期的血清UN含量相對于對照組有所升高，但差異不顯著(P>0.05)，僅在第1天有升高趨勢(0.05≤P<0.10)。各組整個正試期及各階段的血清TG、BHBA以及NEFA含量均無顯著差異(P>0.05)，均處于正常水平。

表7 BRRU對奶牛血清生化指標的影響Table 7 Effects of BRRU on serum biochemical indexes of dairy cows

2.5 BRRU對奶牛場經濟效益的影響

由表8可知，隨著BRRU替代豆粕比例的增加，飼料成本隨之降低，試驗1組和試驗2組飼料成本分別比對照組降低了0.27和0.62元/(d·頭)。與對照組相比，試驗1組和試驗2組的牛奶收入分別增加了6.00和4.20元/(d·頭)，經濟效益分別增加了6.28和4.82元/(d·頭)。

表8 BRRU對奶牛場經濟效益的影響Table 8 Effects of BRRU on economic effectiveness of dairy farm 元/(d·頭)

3 討 論

3.1 BRRU對奶牛產奶量、乳成分和奶牛場經濟效益的影響

產奶量是衡量奶牛生產性能最重要的指標，影響產奶量的因素有很多，包括遺傳、生理、環境等方面。遺傳因素對奶牛產奶量的影響相對較低，影響產奶量最重要的因素就是飼糧營養[15]。正常情況下，尿素在瘤胃中會被迅速降解為氨，當瘤胃中氨含量過高時，就會產生氨中毒。BRRU是通過一系列的加工處理，使得尿素借助反芻動物的反芻生理，控制尿素在瘤胃中釋放速度。BRRU在瘤胃中緩慢釋放，有利于瘤胃微生物及時地利用氨合成MCP，既能夠促進能氮平衡，也可以有效地提高尿素利用率，避免反芻動物氨中毒。有研究表明，用125 g SRU替代1 kg豆粕，對奶牛采食量、消化率、產奶量和乳成分均無顯著影響[16]，這與本研究產奶量無顯著變化的結果一致。但BRRU替代飼糧中12.5%豆粕組產奶量提高了0.34 kg/d，與Inostroza等[17]的研究結果相似，其在奶牛的飼糧中添加114 g/d SRU，產奶量增加了0.5 kg/d。

乳脂肪、乳蛋白及乳糖是牛奶中最重要的營養成分，同時也是評價奶品質的重要指標。但有研究表明，在飼糧中添加不同水平的尿素與乳蛋白含量無顯著影響[18-19]。本研究中，各組乳蛋白率、乳糖率、MUN含量和4% FCM產量差異均不顯著；但2個試驗組的乳脂率均由一定提高，試驗2組的乳脂率提高了0.56%，這與Salami等[8]和Susmel等[18]研究結果相似。MUN含量在奶牛實際生產中有重要意義，通過MUN含量可評定奶牛飼糧中蛋白質利用率以及蛋白質與能量的配比關系[20]。目前我國比較認可的MUN標準含量是10～16 mg/dL，美國MUN標準含量是8～14 mg/dL[21]。本試驗結果中，各組奶牛MUN含量均在合理范圍之內，說明用一定比例的BRRU替代豆粕對奶牛健康無不良影響。

近年來，國內豆粕等優質的蛋白質原料價格居高不下，飼糧成本也隨之升高，使用NPN替代豆粕顯得十分迫切。Inostroza等[17]在美國威斯康辛州的一個商業牧場對2 368頭奶牛進行反轉試驗，發現飼糧添加114 g/d SRU，產奶量增加了0.5 kg/d，提高了牧場經濟效益。本研究同樣發現，隨著BRRU替代豆粕比例的增加，飼糧成本隨之降低，BRRU替代飼糧12.5%豆粕，牧場經濟效益增加了6.28元/(d·頭)，飼喂效果較好。

3.2 BRRU對奶牛瘤胃發酵參數的影響

NH3-N是瘤胃內蛋白質類和NPN化合物共同分解的終產物，是瘤胃微生物合成MCP的主要原料[22]。瘤胃中的NH3-N含量處于動態平衡狀態，受氮的攝入、MCP合成速率和瘤胃對NH3-N的吸收等因素影響，因此生產過程中需要維持瘤胃內適宜的NH3-N含量以保證MCP的正常合成。本試驗中，2個試驗組的瘤胃液NH3-N含量在正試期第15、30天以及整個正試期均顯著高于對照組。此結果與Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，使用SRU產品提高飼糧中的豆粕提高了NH3-N和VFA含量。這說明各種類的SRU產品在瘤胃的降解速度和降解過程與豆粕存在差異。

瘤胃微生物利用NH3-N合成的MCP，是奶牛最主要的氮源，可滿足機體蛋白質需要量的40%～80%。然而當瘤胃NH3-N含量過高時，MCP的合成能力會達到飽和，過量的NH3-N不能被微生物充分利用，會造成NH3-N通過瘤胃壁進入血液，在肝臟中轉化為尿素，并最終隨尿液排出體外，造成飼料蛋白質資源的浪費。有研究表明，飼糧中添加SRU產品可提高飼料轉化效率和氮的利用效率[8,24]。本研究中，2個試驗組的瘤胃液MCP含量均有所提高，且在第30和45天時顯著提高，說明BRRU可以提高MCP產量。但隨著BRRU替代豆粕比例的增加，整個正試期瘤胃液MCP含量卻沒有隨之升高，可能是由于瘤胃NH3-N含量過高，造成MCP的合成能力達到飽和。與本研究結果相似，Gardinal等[25]在肉牛飼糧中添加1%聚合物包被SRU，瘤胃NH3-N含量顯著提高，MCP合成雖有所提高，但差異不顯著。

VFA是反芻動物主要的能量來源，其為反芻動物提供超過70%總能需要量的能量，同時也為瘤胃微生物提供主要的碳架來源[26]。瘤胃碳水化合物發酵產生VFA，包含乙酸、丙酸和丁酸，它們是反芻動物獲得能量、合成乳脂以及維持體脂肪的重要原料。瘤胃中VFA的種類和比例對反芻動物吸收、利用營養物質和發揮生產性能有顯著影響[27]。本試驗結果與Gonzalez-Munoz等[23]的研究相似，即添加BRRU未對瘤胃VFA含量和比例產生顯著影響。但2個試驗組的乙酸、丙酸、丁酸含量和總揮發酸含量數值上均高于對照組，說明添加BRRU并未對瘤胃發酵模式產生改變，但是可以增加VFA產量。

3.3 BRRU對奶牛血清生化指標的影響

健康動物機體的血清生化指標相對穩定，呈動態平衡。血清UN含量能直觀地反映動物機體對蛋白質的消化吸收與分解代謝，也可以準確反映出動物飼糧氨基酸平衡情況和機體的代謝情況。Piccione等[28]發現，血清UN含量與肝臟中氨基酸降解產生的尿素含量相關。本試驗結果表明，BRRU替代飼糧不同比例豆粕后，血清UN含量有所升高，這可能是由于BRRU添加造成瘤胃NH3-N含量升高，肝臟中尿素的合成量隨之升高；但各組血清UN含量差異不顯著，這與Pacheco等[9]匯總的研究結果一致，也表明機體蛋白質代謝情況良好[29]。

血液中TG主要來源于脂肪組織中TG的動員與脂解，因廣泛參與機體代謝循環，故時刻在發生著變化，其含量直接反映動物機體對脂肪消化吸收狀態[30]。趙二龍等[31]在研究SRU產品替代飼糧中豆粕對肉牛相關指標的影響時發現，SRU產品替代飼糧中一定比例豆粕對血中TG含量無顯著影響，與本研究結果一致。血液中BHBA主要是通過游離脂肪酸在肝臟中氧化合成和瘤胃吸收的丁酸轉化而來，當奶牛的采食量不能滿足泌乳所消耗的能量需要時出現能量負平衡，從而產生過多的酮體，超過了機體自身組織能夠利用的限度時，就會在機體內蓄積，引起酮病[32]。本試驗中，BRRU替代飼糧不同比例豆粕對血清BHBA和TG含量無顯著影響，表明BRRU對奶牛機體健康無負面影響。

4 結 論

BRRU替代奶牛飼糧中12.5%豆粕對瘤胃液VFA含量無顯著影響，但會提高奶牛瘤胃液MCP含量、產奶量和4% FCM產量，增加牧場經濟效益，飼喂效果較好。