限制性氨基酸在奶牛生產中的應用研究進展

朱志強 張巧娥 陶 然 任亞瓊 李宏偉

（1．寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2．寧夏廣德源農牧開發有限公司，寧夏 石嘴山 753400）

目前，普遍認為蛋白質營養即氨基酸營養，而限制性氨基酸（LAA）是維持動物生長發育和實際生產過程中不可或缺的氨基酸[1]。不同動物所需的LAA有所差異，與反芻動物營養相關的LAA 主要為蛋氨酸（Met）和賴氨酸（Lys）[2]。隨著研究深入，與反芻動物相關的其他LAA 的開發愈發受到關注，研究主要集中在精氨酸（Arg）、亮氨酸（Leu）、異亮氨酸（Ile）以及纈氨酸（Val）[3]。合理應用LAA 可提升奶牛的產奶性能、乳品質、氮的轉化效率和生長性能，在改善反芻動物機體代謝、免疫功能及健康狀況等方面均具有積極作用[4-6]。近年來，我國畜牧業發展迅速，全年牛奶總產量和單產水平再創新高。2021 年全年牛奶產量達3 683 萬t，同比增長7.1%；全國荷斯坦奶牛單產水平達8.7 t，同比增長4.8%[7]。與此同時，蛋白原料價格高漲與飼料資源短缺等問題迫在眉睫[8-9]。氨基酸經瘤胃保護技術處理后，其過瘤胃率顯著提高，小腸內可吸收利用的氨基酸數量隨之增加，從而滿足機體的氨基酸需求，增加養殖效益，緩解飼料資源短缺和利用率低的問題[10]。研究表明，奶牛日糧添加經過瘤胃保護技術處理的LAA可促進奶牛乳品質[11]與產奶量[12]的提升，對減緩蛋白飼料緊張、減少氮排放對環境造成的污染、促進奶業發展等方面均具有積極作用。文章綜述LAA的生理作用、過瘤胃保護技術及其在奶牛生產中的研究，為進一步闡明限制性氨酸在奶牛生產中的應用提供參考。

1 限制性氨基酸的概述

Met又稱甲硫氨酸，在甲基轉移、細胞間信息傳遞與核酸、胱氨酸的合成等各項生理活動中具有重要作用，是合成蛋白質的重要原料[13]，可調節奶牛的乳腺功能[14]。Lys是有關動物生長的第一限制性氨基酸[15]，能夠參與動物機體蛋白合成，維持動物機體內的代謝平衡，提高鈣在動物體內的沉積，加速動物生長發育。動物缺乏Lys時，其他氨基酸的利用效率也隨之下降，還會引起機體鈣沉積率降低、生長受阻、發育不良等[16]。Leu、Ile 和Val統稱為支鏈氨基酸（BCAAs），是動物的必需氨基酸，無法在動物體內合成，必須從飼糧中獲取。Leu在啟動蛋白質翻譯和肌肉蛋白合成過程中起到特殊功能[17]，可調控蛋白質的代謝，促進奶牛骨骼肌的生長和腺泡細胞中淀粉酶分泌[18]。Ile 與Leu 功能相似，能夠在雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路中發揮調控作用[19]。Val 的代謝途徑與Leu 和Ile 類似[20]，可作為供能物質參與蛋白質合成。Arg是幼齡動物的必需氨基酸之一，在動物機體內能量代謝、生長發育和繁殖功能等各方面起調節作用[21]，能夠促進細胞的分化與增殖[22]，調控動物體內蛋白質合成[23]。盡管反芻動物機體可對Arg 進行自我合成，但當動物處于高產或生長狀態下時，機體自生合成的Arg 數量無法滿足其生產需要和維持需要[24]。因此，在生長牛和高產奶牛日糧中需要注意Arg的給予。

2 過瘤胃保護技術

目前，常見的氨基酸過瘤胃保護技術分為物理保護法和化學處理法。物理保護法主要是聚合物包被法、脂肪包被法[5]。聚合物包被即使用人工合成的惰性材料充分包裹氨基酸，使營養物質到達小腸等指定區域后再釋放，增加小腸部位可吸收的氨基酸數量。脂肪包被法即使用植物油脂包被氨基酸，因為脂質難以被瘤胃微生物利用，降低了瘤胃微生物對氨基酸的降解速率，在小腸部位可被吸收利用，該方法常用于Met 的包被處理。化學處理法則有微量元素處理法、羥基轉化法[14]。利用微量元素對氨基酸進行處理后可形成螯合物，該方法具有適口性好和使用方便等優勢，利于提升氨基酸過瘤胃率。研究發現，氨基酸經微量元素鋅處理后會形成氨基酸螯合鋅，從而減少瘤胃內微生物對氨基酸的降解，其結合效果與所添鋅的濃度呈線性提升，鋅的添加量達到1.6%時最佳[25]。除氨基酸螯合鋅外，動物生產中常用的氨基酸金屬螯合物還有氨基酸螯合硒和氨基酸螯合銅等[26]。羥基類似物在瘤胃內易被降解，后經轉氨基反應生成相應的氨基酸，提升氨基酸過瘤胃率，此法常用于蛋氨酸羥基類似物[27]。除了上述幾種常見的處理方法，生物處理、酶制劑及益生菌等其他技術研究也逐漸在應用，但由于處理程序較為復雜，仍需進一步探索[28]。

3 限制性氨基酸在奶牛生產中的應用

3.1 蛋氨酸在奶牛生產中的應用

Met 是泌乳奶牛最為重要的LAA 之一，在氨基酸過瘤胃保護技術較成熟的環境下合理使用Met 可促進奶牛對日糧中各養分的消化，增加瘤胃微生物產量，提高產奶性能和氮的轉化效率，改善乳品質，并且在奶牛免疫功能、繁殖性能及健康狀況等方面均發揮重要作用。與對照組相比，使用27.5 g/(頭·d)過瘤胃蛋氨酸（RPM）與23.0 g/(頭·d)有機稀土組合飼喂奶牛，干物質（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗滌纖維（NDF）、酸性洗滌纖維（ADF）的表觀消化率均顯著提升[29]。張仔堃等[30]發現，23 g/(頭·d) RPM 與17 g/(頭·d)半胱胺（CS）組合處理組的NDF、ADF、DM、CP 消化率均高于對照組。丁大偉等[31]發現，與對照組相比，日糧中補飼25 g/(頭·d)RPM可使瘤胃菌體蛋白產量提升13.66%，說明補飼RPM能夠促進奶牛瘤胃微生物的增殖。姜富貴等[32]發現，使用35 g/(頭·d)RPM 與18 g/(頭·d)過瘤胃賴氨酸（RPL）組合飼喂顯著提升產奶量，降低乳中尿素氮含量。祁茹等[33]發現，圍產期奶牛日糧中補飼9 g/(頭·d) RPM 可顯著提高牛奶乳脂率和乳蛋白產量。陳傲東等[34]指出，與對照組相比，每千克日糧中添加5.4 g/(頭·d) RPM 可使牛奶中乳脂和乳蛋白含量提升0.24%和0.13%。梁樹林[35]研究表明，30 g/(頭·d) RPM處理組奶牛的能量矯正乳產量顯著高于60 g/(頭·d) RPM 處理組，可能是因為過量的RPM對奶牛生產性能產生了負面效應。丁大偉等[36]發現，使用RPM與RPL組合飼喂奶牛能夠有效改善泌乳盛期產奶性能，以25 g/(頭·d)RPM 與30 g/(頭·d)RPL 組合最佳。張仔堃等[29]研究表明，當添加組合為17 g/(頭·d)RPM和27 g/(頭·d)CS時，乳體細胞數顯著低于對照組。Li等[37]發現，應用RPM可調控圍產期奶牛體內各項代謝功能，改善肝臟基本功能，提高機體的免疫力和細胞分化速率。杜超等[38]發現，日糧中添加150 g/(頭·d) RPM，生產當天奶牛血清白細胞介素-1含量下降了22 ng/L，產后奶牛血清γ-干擾素含量提升了164 ng/L，說明適量添加RPM可降低奶牛產后感染疾病的風險，降低分娩時應激與炎性反應，維持奶牛圍產期的健康狀態。韓兆玉等[39]發現，日糧中補飼12 g/(頭·d)RPM，奶牛外周血液淋巴細胞的凋亡率下降了36.39%，說明RPM能夠促進蛋白質及其他養分合成，推動外周淋巴細胞分化與增殖；奶牛的外周血超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性分別提高10.86、12.70 U/L，加速自由基清除，提高抗氧化酶活力，改善奶牛熱應激。Palmer 等[40]發現，奶牛日糧中添加蛋氨酸羥基類似物可提升卵泡液中的Met 含量，促進卵泡發育。與對照組相比，圍產期奶牛日糧中補飼9 g/(頭·d)RPM 可使奶牛的21 d妊娠率提升1.69%[33]。馬吉鋒等[41]指出，0.36 g/kg蛋氨酸鋅處理組的綜合繁殖率最高，比對照組提高了28.57%。

3.2 賴氨酸在奶牛產中的應用

Lys 是泌乳奶牛代謝中最重要的LAA 之一，能夠提高奶牛的生產性能，對犢牛的生長性能具有積極作用。云伏雨等[42]發現，補飼10、20、30 g/(頭·d)RPL 組奶牛的產奶量分別增加了0.62、0.90、1.39 kg，RPL 水平為30 g/(頭·d)對產奶量的影響較大。張凱祥等[43]在泌乳天數為（90±15） d 的荷斯坦奶牛日糧中補飼25、30、35 g/(頭·d)RPL，結果表明，各組奶牛的產奶量均顯著高于對照組，瘤胃微生物菌體蛋白產量分別提升了5.34%、14.76%、10.06%，RPL 添加量為30 g/(頭·d)最佳。Bernard等[44]報道，在單產大于36.5 kg的奶牛飼糧中補飼38 g/(頭·d) RPL 可顯著提高牛奶乳蛋白率和乳脂率，但對單產小于36.5 kg 的奶牛幾乎無影響，表明RPL對高產奶牛生產性能的影響更為明顯。張仔堃等[6]研究表明，RPL和有機稀土處理組乳體細胞數顯著低于對照組。

Lys是有關犢牛生長的第一限制性氨基酸[45]。孔凡林等[46]研究表明，Lys缺乏30%的犢牛飼料轉化效率顯著降低，影響犢牛生長發育。Samy等[47]研究發現，圍產期奶牛日糧中添加RPL，犢牛平均日增重（ADG）和斷奶體重顯著高于對照組。Batista 等[48]在體重為（165±8）kg的犢牛日糧中添加不同水平的Lys 鹽，結果顯示，隨著Lys水平提高，氮的代謝效率隨之提升；犢牛血清色氨酸和BCAAs 含量隨Lys 水平提升而降低，表明Lys 利于其他氨基酸在犢牛體內的沉積，添加水平為9 g/(頭·d)效果最佳，利用效率為40%。研究發現，在奶牛日糧中聯合使用Lys、Met、谷氨酸（Glu）和谷氨酰胺（Gln）能夠顯著提升奶牛ADG，適宜添加量為17.000、5.300、0.672、0.672 g/(頭·d)[49]。閆金玲等[50]將日糧蛋白水平降低2%并補充55 g/(頭·d) RPL 和9 g/(頭·d) RPM，結果發現，奶牛的生長性能并未受到影響。云強等[51]發現，Lys 和Met 比例為3∶1 的處理組犢牛ADG 最高，比對照組高10.21%。

3.3 支鏈氨基酸在奶牛產中的應用

BCAAs 在奶牛生產中的研究較少，但有大量關于其他反芻動物的報道，BCAAs 在反芻動物生產中具有較大的應用潛力[52]。在荷斯坦犢牛日糧中補充Leu 可增加血清蘇氨酸、組氨酸和Met等必需氨基酸含量[53]。常樂[54]在小麥秸稈瘤胃體外發酵試驗中添加1、3、5、7 mmol/L的BCAAs發酵72 h，發現Leu和Ile水平為1 mmol/L時發酵產生的揮發性脂肪酸濃度均有所提高，比對照組分別提升了10.99、5.74 mmol/L。馮蕾等[55]發現，后備荷斯坦母牛低蛋白日糧中添加過瘤胃亮氨酸、過瘤胃異亮氨酸和RPM 并未對后備奶牛的生長性能造成影響，還增加了NDF 采食量。Liu 等[56]發現，Ile 能夠調節奶牛機體內胰蛋白酶和α-淀粉酶分泌，提升奶牛乳糖水平，但可能會增加奶牛反芻時間。Hultquist 等[57]發現，40、80 g/(頭·d)Val 處理組產奶量分別提高3.2、2.9 kg/d，表明Val 對提升奶牛產奶量具有促進作用。3.4 精氨酸在奶牛產中的應用

近年來，Arg 在反芻動物的應用研究中愈發受到重視。曹越等[58]在奶牛乳腺上皮細胞培養液中添加0.7、1.4、2.8、5.6、11.2 mmol/L的Arg，結果發現，Arg添加量為2.8 mmol/L 時酪蛋白的合成水平最高。可能是Arg對mTOR 基因相對表達量具有增加作用，進而促進酪蛋白合成。頸靜脈注射Arg 能夠促進奶牛乳腺中氨基酸轉運蛋白的表達，增加牛乳酪蛋白含量[59]，提升氮的轉化效率和產奶量，調節泌乳性能[60]和脂質代謝水平[61]。豆夢瑩等[62]研究表明，低水平的Arg 對熱應激處理的奶牛小腸上皮細胞的增殖具有促進作用，高水平的Arg 則起抑制作用，Arg添加濃度至6 mmol/L時細胞活力最強。

4 展望

近年來，除Met 和Lys 外，有關奶牛的其他LAA 的研究主要集中在BCAAs 和Arg。但由于BCAAs 和Arg 在奶牛生產中的研究較少，因此尚無足夠的數據能夠證實其具有更好的限制效果。隨著對LAA在奶牛生產中的研究不斷深入，發現不同種類的氨基酸在奶牛飼糧中聯合搭配使用，飼喂效果可能遠優于單獨添加。此外，氨基酸過瘤胃保護技術的處理程序也較為復雜，還需要進行更深層次的探索。未來，亟須探究其他LAA對奶牛的作用機制，確定其在奶牛生產應用中最適宜的添加量和各種氨基酸之間具體的添加比例，全面優化奶牛的飼料配方，為推動奶牛養殖的綠色可持續發展提供新的靶點。