影響反芻動物瘤胃微生物蛋白合成因素的研究綜述

suo_bao

影響反芻動物瘤胃微生物蛋白合成因素的研究綜述

陳小連 賈亞紅 趙國琦 (揚州大學畜牧獸醫學院)

　

反芻動物最大的特點就是借助瘤胃內棲居的厭氧微生物利用日糧蛋白降解產生的氨、肽和氨基酸作為氮源、利用日糧有機物發酵產生的揮發性脂肪酸(VFA)和ATP分別作為碳架和能量合成微生物蛋白（MCP）。MCP是反芻動物最主要的氮源供應者，能提供蛋白需要量的40%~80%（Church,1988），MCP合成需要各種營養物質的供應，包括碳水化合物、維生素、微量及常量元素等，而維持微生物生長最主要的營養源是能量和蛋白質。了解瘤胃MCP合成的因素對于進一研究動物營養調控技術有十分重要的意義。

    1 碳水化合物
    碳水化合物在瘤胃內發酵的最終產物是VFA、ATP、CH4、CO2和H2　，其中ATP是微生物生長和維持的能量，是合成MCP的動力，反芻動物蛋白新體系中認為能量是MCP合成的第一限制性因素。隨著氮的來源及水平的不同，碳水化合物的消化量也不同，并由此影響MCP的產量。
    1.1結構性碳水化合物與非結構性碳水化合物比例
    Hoover等(1991)研究認為非結構性碳水化合物（NSC，淀粉、果膠、糖等）與結構性碳水化合物（SC）的比例是影響MCP合成的重要因素。James（1998）報道，當日糧中NSC含量過高時，肽的濃度很高，可抑制蛋白的降解，降低瘤胃NH3濃度，導致總MCP產量降低，但當日糧中SC含量過高時，引起瘤胃內pH值急劇下降，導致微生物活性降低。因此人們對日糧最適SC與NSC比例進行了大量的研究，譚支良等（2000）報道當日糧中SC：NSC為2.64時，瘤胃發酵達到最佳。康奈爾凈碳水化合物及凈蛋白質體系（CNCPS）根據瘤胃微生物生長效率對氮及不同來源能量的利用率將其分為兩大類：一類是發酵NSC的瘤胃細菌，它可以發酵NSC，能以NH3、肽或AA為氮源，也可發酵產生NH3，此類菌生長速度很快，所需氮的66%來自肽；另一類是發酵SC的瘤胃細菌，能發酵細胞壁碳水化合物，并僅以NH3作為氮源，不發酵AA或肽。
    1.2碳水化合物的類型
    McDonald(1952)研究發現快速發酵碳水化合物如淀粉、蔗糖等比其它碳水化合物更能促進微生物生長，將淀粉添加到高粗料日糧能增加氮的利用率（Stern,1978），淀粉促進氮利用可能與其發酵時的能量有關；McAllan等（1976）發現瘤胃微生物所需能量大部分由淀粉發酵提供。另有研究表明，碳水化合物的類型對不同氮源的微生物合成也有影響，當以氨作為唯一氮源時，添加蔗糖比添加淀粉時細菌生長好，這有可能是細菌對蔗糖的發酵比對淀粉的發酵時對氨基酸和肽的依賴性小，因此還要根據日糧不同的氮源形式選用合適的碳源。

    2 蛋白質
    2.1不同形式氮
    2.1.1氨氮
    絕大多數的瘤胃細菌可以利用NH3　和AA作為氮源來合成MCP，體內法用15N的研究證實了這一結論（Mathison等，1971；Pilgrim等，1970）。瘤胃NH3　主要來源于食糜中的蛋白氮和非蛋白氮的降解，瘤胃NH3-N　濃度在一定程度上反映了特定日糧組成下，蛋白降解與合成間所達到的平衡狀況（McDonald,1988）。關于微生物最佳生長的NH3-N濃度，體外試驗表明為5~8mg/dL(Anision 1970；Satter,1974），體內試驗表明為9mg/dL、7mg/dL（Φroskov等，1977）。Mehres等(1980)用尼龍袋法研究表明干物質消失的最佳NH3-N濃度為23.5mg/dL，各試驗結果間差異較大的原因可能是因為微生物對不同發酵底物所要求的NH3-N濃度不同。
    2.1.2肽與氨基酸
    Wright（1967）首次發現微生物利用肽合成MCP，且合成效率高于利用AA合成MCP的效率，Armstead等（1993）發現肽是MCP合成的重要底物，Argyle等（1989）證明肽或肽和AA的混合物比單獨以NH3　作為氮源更能促進微生物的生長。Cruz Soto等(1994)證明瘤胃微生物的生長速度在有肽時比僅有AA時快70%。肽對瘤胃細菌生長的主要效應是加快細菌的繁殖速度，縮短細胞分裂周期，盡管目前對微生物利用肽的機制還不清楚，但大量試驗結果已經表明肽是瘤胃微生物達到最大生長效率的關鍵因子。CNCPS體系認為肽能否對微生物生長起促進作用，主要取決于碳水化合物的發酵速度，對發酵速度快的可溶性糖，肽能促進微生物生長，而對發酵速度慢的纖維素類物質，肽不能促進微生物生長。
    2.2 N的濃度
    動物攝入氮不足會抑制微生物生長，這種抑制作用主要是通過降低飼料消化率的途徑來實現的，反之若氮過量，則通過在瘤胃內降解產生大量不能為微生物充分利用的氨，導致氮源的損失，同時不利于MCP合成效果的充分發揮。Hume等(1970)給綿羊飼喂半純合無蛋白日糧，當日糧氮由0.95%增加至1.82%時，瘤胃MCP合成量增加，當氮進一步增加到3.29%時，MCP合成量不見增加，說明日糧CP低于11%，MCP合成降低。Satter 和Rofer發現，在日糧CP維持在13%時，微生物生長量最大。因此，傳統的CP體系認為在一般營養水平，特別是在放牧營養條件下，12%~13%日糧CP水平就可以保證最大的MCP合成的需要。
    2.3粗蛋白的降解率
    CP的降解率也影響著MCP的合成量，提高CP降解率可促進MCP合成（Putnam等，1994），日糧CP降解率分別為100%、90%及70%時，每MJ代謝能的MCP合成量依次為13.3、11.9及9.3（Poppi等，1995）。

    3 能氮同步釋放
    自認識到能量是MCP合成的第一限制性因素以來，就提出了能氮平衡的概念，即瘤胃中有效能與氨基酸的釋放在速度和數量上相匹配，以使MCP合成量達到最大。但近年的研究表明，僅僅是碳水化合物和蛋白質的量達到平衡，MCP合成效率并不一定達到最大。在反芻動物的瘤胃發酵中，保持瘤胃中能量與氮源的釋放在速度和數量上匹配，是提高 MCP合成量的關鍵，也是近幾年開發非蛋白氮飼料的主攻方向。在飼料投喂順序上，考慮到各成分發酵速度的不同，一般應最先喂給發酵較慢的纖維質粗飼料，這樣，通過唾液和飲水的作用，可提高緩沖能；接著可喂給碳水化合物等一類能量飼料；最后，喂給蛋白質飼料。研究表明，這種喂料順序對穩定瘤胃的內環境十分有利。另外還可通過飼料搭配、飼料的理化處理 (如降低 NPN釋放速度、促進飼料能量的發酵等 )等實現能氮同步釋放 (姚軍虎等,1996)，但結果尚不一致 (Poppi等,1995)。

    4 維生素
    反芻動物自身合成的B族維生素能滿足其代謝與生產需要，但對高產奶牛則需要在日糧中添加適宜的維生素來滿足其需要。Riddell等進行的體內與體外試驗發現，煙酸可以促進奶牛瘤胃微生物合成蛋白質；林海（1998）發現在以玉米、棉籽餅和粗料為日糧條件下，向牛的瘤胃中分別添加VA、VD、VE，在各自適宜濃度范圍內都能促進MCP的合成；許朝芳等（2001）發現膽堿可刺激瘤胃微生物的生長，促進瘤胃微生物合成蛋白質，提高微生物蛋白質產量。

    5 礦物質
礦物質對瘤胃微生物的作用主要有兩方面：一是改變瘤胃內環境，如鈉與碳酸氫根離子能調節瘤胃pH值，以適應微生物的生長需要；二是作為營養成分供微生物作用，如硫是合成菌體蛋白硫的主要來源(Pittman，1964；Whanger，1972),日糧中適宜的硫水平可提高MCP的合成(Qietc,1993)。Hume（1970）表明，當綿羊每日硫進食量由0.6g(N:S＝34.3)增加到2.0g(N:S＝10.9)時，瘤胃內MCP量由82g增加到94g,但當硫增加到3.4g/d(N:S＝6.4)時，MCP量不再增加，由此得出微生物生長的最適N:S為10：1；Kandylis(1984)也報道反芻動物瘤胃內適宜N:S為10～15：1。Durand等(1980)報道Ca、P、S、K、Na、Mg、Co等元素的缺乏會抑制微生物的生長。

    6 瘤胃內環境
    6.1瘤胃原蟲比例
    瘤胃原蟲對瘤胃發酵具有重要調節作用。由于原蟲比細菌大得多，一些原蟲能吞噬和消化大量細菌，這種吞噬作用增加了氮在瘤胃內的周轉和消耗。去除原蟲可使瘤胃MCP排出量提高約20%(Bird和Ierg，1985)。但目前對于驅除原蟲的營養作用還有爭議。以Bird等(1987)為代表的澳大利亞學者認為，驅逐原蟲對飼喂低質粗飼料的反芻動物有正效應；Ushida 等(1986)用有蟲和無蟲反芻動物的研究證明，當有原蟲時，蛋白消化比僅有細菌時增加，尤其在日糧蛋白的降解率低時更是如此。也有學者認為驅原蟲無效甚至負效應( Bonhomme,1990)。針對這一學術爭議，盧德勛(1993)提出在大量飼喂粗飼料的條件下，控制瘤胃原蟲數量和種群的新學說。
    6.2瘤胃稀釋率
    瘤胃稀釋率是指每小時排出瘤胃的量占瘤胃總容積的比例，已有大量報道證明了瘤胃稀釋率與MCP合成間存在正相關關系。Isaacson(1975)報道，提高瘤胃稀釋率能夠改變瘤胃發酵參數，提高MCP的合成。Cole等（1976）發現當瘤胃稀釋率由0.03/h增加到0.05/h，MCP合成由7.5g提高到11.8g/100gDMD。Kennedy等(1978)通過降溫使瘤胃外排速度由0.068/h增至0.136/h,MCP產量提高32%。但外排過速、食糜停留在瘤胃中時間過短，影響微生物的增殖，反而降低MCP產量，由于微生物種類繁多且分裂周期各異，因而很難找到一個最佳的外排速度。
    6.3瘤胃pH值
    瘤胃pH也是影響MCP合成的一個因素，當pH降至5.5或更低時，原蟲活力降低，數量減少甚至消失，當pH<6.1時，瘤胃內纖維分解菌受到抑制。Ternouth等(1971)、Mackie等(1984)研究表明，高滲透壓抑制瘤胃內纖維分解，并降低采食量。日糧組成和水是影響滲透壓的主要因素。反芻動物本身具有調節pH值的能力――緩沖液，唾液是瘤胃緩沖液的主要來源，它能穩定瘤胃pH值，提高食糜流通率，當日糧由高粗料轉為高精料時，高精料水平使瘤胃中有機酸總量升高，且唾液分泌減少，導致瘤胃pH值急劇下降，從而抑制微生物的生長。

    7 其它因素
    不同的飼喂頻率對瘤胃微生物蛋白也存在影響。Al Attar(1976)的研究發現，每間隔兩小時飼喂一次比一天飼喂一次的MCP合成效率高；Jensen等（1977）報道，適當增加飼喂次數可刺激采食，提高干物質的攝食量，減少瘤胃內反應的波動，有利于MCP的合成。
    異位酸(異戊酸，2-甲基丁酸，戊酸，異丁酸的合稱)可作為營養添加劑，增加纖維分解菌的數量，并促進MCP合成，盡管支鏈脂肪酸在瘤胃液中濃度很低，瘤胃纖維分解菌的生長仍需這些異位酸。Hungate(1966)發現，許多瘤胃細菌的生長需要乙酸。
    CNCPS體系中特別強調日糧 NDF含量,低NDF日糧，瘤胃 pH下降,MCP合成受抑。日糧 NDF<20%(DM)時，每降低1% NDF，MCP合成量減少2.5%；如果飼草切得很短或粉碎飼草，單位NDF的MCP合成量減少3% (Russell等,1992 )。
    綜上所述，瘤胃微生物蛋白的合成量受眾多因素的影響，上述影響因素對于調控瘤胃微生物蛋白合成有明顯作用 ；但由于瘤胃內微生物非常復雜，欲改變微生物的種群結構十分困難，今后研究的方向應主要集中于適合瘤胃微生物生長的營養調控劑的適宜用量及應用，調控機理也有待于進一步探討。
    （參考文獻略）

huzhongsheng

很好。學習了。

huzhongsheng

很好。學習了。