孔凡林¹, 李媛¹, 唐梦琪², 马满鹏¹, 付彤², 刁其玉¹, 成思源¹, 屠焰^,1 1 中国农业科学院饲料研究所/奶牛营养学北京市重点实验室,北京 100081
2 河南农业大学牧医工程学院,郑州 450000

Effects of Amino Acid Deficiency on Growth Development, Dietary Nutrients Digestion and Metabolism in Heifers

KONG FanLin¹, LI Yuan¹, TANG MengQi², MA ManPeng¹, FU Tong², DIAO QiYu¹, CHENG SiYuan¹, TU Yan^,1 1 Feed Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Beijing Key Laboratory for Dairy Cow Nutrition, Beijing 100081
2 College of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450000

通讯作者: 屠焰,E-mail： tuyan@caas.cn

责任编辑: 林鉴非
收稿日期:2019-06-24接受日期:2019-09-4网络出版日期:2020-01-16

基金资助:

奶牛产业技术体系北京市创新团队.BAIC06-2017 中国农业科学院科技创新工程协同创新任务.CAAS-XTCX2016011-01 河南省科技开放合作项目.182106000035

Received:2019-06-24Accepted:2019-09-4Online:2020-01-16
作者简介 About authors
孔凡林,Tel：13240129429;E-mail：a895833622@163.com。










摘要
研究赖氨酸（Lys）、蛋氨酸（Met）和苏氨酸（Thr）缺乏对3-6月龄中国荷斯坦母犊牛生长和日粮养分消化代谢的影响,为生产中判断母犊牛氨基酸缺乏症提供依据,并对后续母犊牛氨基酸需要量的确定提供理论依据。【方法】 72头84日龄中国荷斯坦母犊牛,按体重和出生时间相近原则随机分为4个处理组,限量饲喂4种不同氨基酸模式的饲粮,分别为氨基酸平衡组（PC组）、赖氨酸扣除组（PC-Lys）、蛋氨酸扣除组（PC-Met）和苏氨酸扣除组（PC-Thr）,氨基酸扣除量均为PC组的30%。试验期97d,其中预饲期7d,正试期90d。于正试期第1、30、60、90天测定犊牛体重、体尺和乳头长度;在132—138和173—179日龄每组分别选取6头健康犊牛进行2期消化代谢试验,收集粪、尿和饲料样品,测定营养物质表观消化率及氮代谢;正试期每天记录采食量。【结果】与饲喂氨基酸平衡饲粮的犊牛相比：（1）扣除Lys显著降低90—180日龄犊牛饲料转化效率（P＜0.05）,日增重（ADG）为各组最低（P＞0.05）;扣除Met和Thr对90—180日龄犊牛ADG和饲料转化效率没有显著影响（P＞0.05）;（2）扣除Lys或Thr显著降低犊牛粪便评分（P＜0.05）,但对腹泻率没有影响（P＞0.05）,以PC-Lys组腹泻率最高;3）扣除Lys、Met或Thr均不影响犊牛体尺（P＞0.05）,但扣除Lys后犊牛乳头长度增长率均低于PC组（P＞0.05）;4）扣除Lys、Met或Thr不影响日粮养分表观消化率（P＞0.05）,但扣除Lys显著降低173—179日龄犊牛氮利用率和氮生物学价值（P＜0.05）。【结论】在本试验设定的氨基酸平衡饲粮基础上,扣除Lys对犊牛生长发育和氮代谢有不利影响,扣除Thr影响犊牛腹泻,扣除Met对犊牛无明显影响。
关键词： 赖氨酸;蛋氨酸;苏氨酸;母犊牛;生长性能;氮代谢

Abstract
【Objective】The objective of this study was to evaluate the effects of deleting dietary lysine (Lys), methionine (Met) and threonine (Thr) on growth performance, and nutrients digestion and metabolism in 3-6 month-old Chinese Holstein heifers. It can provide not only the evidences for diagnosing the deficiency disease of amino acid of heifers in production, but also the guidance for determining amino acid requirements of heifers in the future.【Method】The experiment was conducted for 90 days with 72 Holstein heifers aged about 84 day-old fed in restricted amounts. Following a 7-day covariate period, heifers were allocated to 4 groups according to date of birth and body weight: 30% Lys reducing treatment (PC-Lys), 30% Met reducing treatment (PC-Met), 30% Thr reducing treatment (PC-Thr) and theoretical amino acid balanced treatment (PC). Body weight, body size and length of nipples were measured on 1, 30, 60 and 90 day. Six healthy calves were selected from each group at the ages of 132-138 and 173-179 day for twice and metabolism test. Feces, urine and feeds samples were collected to determine the apparent digestibility of nutrients and nitrogen metabolism. Dry matter intake was recorded daily throughout the whole trial period. 【Result】Compared with PC, the results showed that (1) Lys deficiency significantly decreased Gain/Feed (G/F) in 90 to 180 day-old heifers (P＜0.05). Average daily gain (ADG) of PC-Lys group was lowest among four groups in 90 to 180 day-old heifers (P＞0.05). ADG and G/F were not influenced by Met and Thr deficiency in 90 to 180 day-old heifers (P＞0.05); (2) No differences of diarrhea rate were found among four groups (P＞0.05), while diarrhea rate was highest in PC-Lys group (P＞0.05). However, Lys and Thr deficiency decreased fecal score (P＜0.05); (3) Lys, Met and Thr deficiency did not affect body size (P＞0.05), but the growth rate of nipples of PC-Lys group were lower than that of PC group (P＜0.05); (4) The apparent digestibility of nutrients were not influenced by different treatments. Retained N of intake N and biological value of N were significantly decreased in PC-Lys group (P＜0.05). 【Conclusion】On the basis of the theoretical amino acid balanced diet, reducing 30% dietary Lys had adverse effect on growth performance and nitrogen metabolism, and reducing 30% dietary Thr could deteriorate diarrhea, while reducing 30% dietary Met had no effects in heifers.
Keywords：Lys;Met;Thr;heifers;growth performance;nitrogen metabolism


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本文引用格式
孔凡林, 李媛, 唐梦琪, 马满鹏, 付彤, 刁其玉, 成思源, 屠焰. 氨基酸缺乏对母犊牛生长和日粮养分消化代谢的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(2): 418-430 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.02.016
KONG FanLin, LI Yuan, TANG MengQi, MA ManPeng, FU Tong, DIAO QiYu, CHENG SiYuan, TU Yan. Effects of Amino Acid Deficiency on Growth Development, Dietary Nutrients Digestion and Metabolism in Heifers[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2020, 53(2): 418-430 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2020.02.016

0 引言

【研究意义】断奶后犊牛机体发育迅速,消化方式正在由皱胃单一消化模式过渡到以瘤网胃为主的复胃混合消化模式,生理结构和饲喂方式的巨大改变使得到达小肠的氨基酸（AA）数量和种类发生巨变,此时营养的供给应及时满足犊牛体况生长和乳腺发育的需要,因营养摄入不足而导致的牛只体格和乳腺发育迟缓将直接影响后期泌乳牛的产奶量^[1,2]。蛋白质是影响犊牛生长发育的重要营养素之一,可消化蛋白质的AA构成将影响犊牛吸收AA的效率^[3],所以需重点关注该阶段犊牛AA供给的准确性。【前人研究进展】但NRC奶牛营养需要量（2001）^[4]和NRC肉牛营养需要量（2016）^[5]均未给出犊牛阶段的理想AA模式,近年来反刍动物AA的研究也多集中在泌乳牛和断奶前犊牛阶段,极少聚焦于断奶后犊牛,既缺乏探究断奶后犊牛AA需要量的研究,也未探究在AA缺乏时,断奶后犊牛在生长性能和日粮养分消化代谢上的变化。【本研究切入点】基于我国奶牛饲养过程中对断奶后犊牛饲养的粗放和断奶后犊牛健康培育具有的潜在价值,目前亟待明确断奶后犊牛在AA缺乏时的表观性状变化以及对内在日粮养分消化代谢的影响。【拟解决的关键问题】本试验参考前人得到的后备牛蛋氨酸（Met）需要量预测模型,借鉴同为生长阶段的猪适宜AA比例,依据部分扣除法^[6,7],研究赖氨酸（Lys）、蛋氨酸和苏氨酸（Thr）缺乏对犊牛生长及日粮养分消化代谢的影响,一方面可以为后续断奶后犊牛阶段AA需要量的确定提供理论依据,另一方面可以为生产中判断断奶后犊牛AA是否缺乏提供判断依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间与地点

试验于2018年3—6月在山东银香伟业有限公司第三牧场进行。

1.2 试验动物与设计

选择72头平均日龄为（84±7）d、体重（101±11）kg的中国荷斯坦母犊牛,按日龄、体重相近原则随机分成4个处理组,每组18头。分别饲喂4种饲粮,对照组为设定的氨基酸平衡日粮（PC）,其他3组分别从PC日粮中扣除30%的Lys（PC-Lys）、Met（PC-Met）和Thr（PC-Thr）。PC组饲粮中Met水平按照ZINN等^[8]的后备牛Met需要量估测模型（METR=1.956+ 0.0292ADG[268-（29.4×0.0557BW^0.75ADG^1.097）/ADG]+ 0.112BW^0.75）计算,其他氨基酸（Lys、Thr）水平以Met为基础,按照生长猪日粮适宜AA比例（Lys﹕Met﹕Thr = 100﹕33﹕65）^[9]计算。根据上阶段犊牛BW和ADG,每30天调整一次AA添加量。

1.3 试验饲粮

参照NRC（2001）^[4]中150 kg生长母牛ADG为1 kg·d^-1时的营养需要量配制饲粮,各组通过在饲粮中添加过瘤胃氨基酸以达到试验设计的要求,各处理组基础饲粮的原料组成和数量比例均一致,唯一差别在于Lys、Met和Thr添加量的不同。基础饲粮组成及营养水平见表1,各组饲粮中过瘤胃氨基酸产品的添加量和最终AA在饲粮中的占比见表2。

Table 1
表1
表1基础饲粮组成及营养水平（干物质基础,%）
Table 1Composition and nutrient levels of basal diet (dry matter basis, %)

日粮组成 Ingredient	含量Content (%)		营养成分Nutrient 2)	营养水平Nutrient level
玉米 Corn	45.67		干物质 DM（风干物质基础 Air-dry basis）	90.53
苜蓿 Alfalfa	25
小麦麸 Wheat bran	15		总能 GE（Mcal/kg）	16.76
大豆粕 Soybean meal	11.97		代谢能 ME（Mcal/kg）	12.71
细石粉 CaCO3	1.06		有机物 OM	93.32
预混料1% Premix1)	1		粗蛋白质 CP	19.22
食盐 NaCl	0.3		粗脂肪 EE	4.56
合计 Total	100		中性洗涤纤维 NDF	20.08
			酸性洗涤纤维 ADF	11.43
			钙 Ca	1.07
			磷 P	0.49
			赖氨酸 Lys	0.73
			蛋氨酸 Met	0.11
			苏氨酸 Thr	0.41

¹⁾预混料为每千克开食料提供 The premix provided per kg of the starter diet: VA, 15000 IU; VD, 5000IU; VE, 50 mg; Fe, 90 mg; Cu, 12.5 mg; Mn, 30 mg; Zn, 90 mg; Se, 0.3 mg; I, 1.0 mg; Co, 0.3 mg
²⁾营养水平除代谢能外均为实测值,代谢能按照甲烷能占总能的6.5%计算^[10] ME was a calculated value and others were measured values. Metabolic energy is calculated on the basis that methane energy accounts for 6.5% of total energy

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Table 2
表2
表2饲粮中过瘤胃氨基酸商品的添加量及氨基酸水平（干物质基础,%）
Table 2Dietary rumen-protected amino acid production and amino acid levels（dry matter basis, %）

项目Item	组别 Group
	PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
过瘤胃赖氨酸产品 RPLys product1)	1.68	0.42	1.68	1.68
过瘤胃蛋氨酸产品 RPMet product2)	1.32	1.32	0.77	1.32
过瘤胃苏氨酸产品 RPThr product3)	1.05	1.05	1.05	0.40
赖氨酸 Lys	1.21	0.85	1.21	1.21
蛋氨酸 Met	0.40	0.40	0.28	0.40
苏氨酸 Thr	0.79	0.79	0.79	0.55

¹⁾过瘤胃赖氨酸产品由北京亚禾营养高新技术有限责任公司提供,Lys含量为36%,过瘤胃率为80%;²⁾过瘤胃蛋氨酸产品由安迪苏生命科学制品有限公司提供,Met含量为44%,过瘤胃率为50%;³⁾过瘤胃苏氨酸产品由希杰饲料有限公司提供,Thr含量为40%,过瘤胃率为90%
¹⁾ Ruminal bypass Lys purchased by Yahe Nutrition Co., (36% content and 80% bypass rate); ²⁾ Ruminal bypass Met purchased by Adisseo Co., (44.4% content, 50% bypass rate); ³⁾ Ruminal bypass Thr purchased by King Technology Co., (40% content, 90% bypass rate)

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1.4 饲养管理

犊牛单笼饲养,笼面积为5.7 m²,每30 d更换一次垫料。每天饲粮干物质饲喂量为犊牛体重的3%,分别于08：00、14：00和19：00饲喂,在第二天投料前对每头牛的剩料进行称重并记录。每2周根据采食情况和体况变化调整饲喂量,自由饮水。预饲期7 d,正试期90 d。

1.5 样品采集与测定指标

1.5.1 饲料样品采集与测定 试验过程中收集具有代表性的饲粮,按照AOAC（2000）^[11]的方法测定营养成分,其中：总能（GE）以PARR-6400全自动氧弹量热仪测定,粗蛋白（CP）含量使用KDY-全自动凯氏定氮仪测定,粗脂肪（EE）含量采用ANKOM-XT15i全自动脂肪分析仪测定,粗灰分（Ash）含量使用马弗炉进行测定并计算有机物（OM）含量,中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量使用ANKOM-200 Fiber Analyzer进行测定,钙（Ca）含量使用TAS-986S型原子吸收光谱仪测定,磷（P）含量使用MAPADA UV-6100PC紫外可见分光度计进行测定,Lys、Met和Thr等AA含量按照GB/T 18246-2000的方法,采用日立L -8900氨基酸自动分析仪测定。

1.5.2 生长性能 详细记录每天每头犊牛的剩料量并计算干物质采食量（DMI）,在正试期第1、30、60、90天晨饲前测定每头犊牛的体重、体尺指标（体高、体斜长、十字部高、胸围、腹围、腰角宽）和乳头长度,计算ADG和饲料转化效率。每天8：00—19：00不间断观察犊牛粪便情况并评分：1分为正常,条形或粒状;2分为正常,粪便可以成型,相对软;3分为不正常,不成形,较稀;4分为不正常,粪水分离,颜色正常;5分为不正常,粪水分离,颜色有异常。粪便评分≥3记为腹泻,计算腹泻率公式为：腹泻率=粪便异常天数/试验总天数。

1.5.3 消化代谢试验 采用全收粪尿法,在犊牛132—138和173—179日龄每组选择6头接近平均体重的健康犊牛进行2期消化代谢试验,每期7 d,预饲期3 d,正试期4 d,记录每头犊牛正试期每日排粪量和排尿量,每天收集粪便总量的10%作为混合样品,每100 g新鲜粪便加入10%的稀硫酸10 mL固氮,每天收集尿总量的1%作为混合样品,用10%稀硫酸调试尿样使pH≤3,收集的粪、尿样放-20℃保存,粪中DM、GE、CP和OM以及尿能和尿氮的测定同上述方法和仪器。氮代谢及营养物质消化率计算公式参见文献[12],具体公式如下：

吸收N=食入N-粪N

沉积N=食入N-（粪N+尿N）

N消化率=吸收N/食入N

N利用率=沉积N/食入N

N的生物学利用率（BV）=沉积N/消化N

1.6 统计分析

BW、ADG、DMI、饲料转化效率和粪便评分采用SAS 8.1统计软件中关于重复测量数据的MIXED模型进行分析,体尺指标、腹泻率以及消化代谢数据使用ANOVA进行单因素方差分析,差异显著时采用Duncan法进行多重比较,P＜0.05表示差异显著,0.05≤P＜0.1表示具有提高和降低的趋势。

2 结果

2.1 赖氨酸、蛋氨酸 苏氨酸缺乏对犊牛生长性能的影响

2.1.1 生长性能 扣除Lys、Met、Thr对犊牛生长性能的影响见表3,从表3可知,PC组与其余3组相比各个阶段ADG均差异不显著（P＞0.05）,PC-Met组90—180日龄的ADG显著高于PC-Lys组（P＜0.05）。PC组120—150日龄阶段的DMI显著低于其他3组（P＜0.05）,但仅降低2.8%,各组间90—180日龄试验全期的DMI差异不显著（P＞0.05）。与PC组相比,PC-Lys组90—120日龄、150—180日龄和90—180日龄阶段的饲料转化效率显著降低（P＜0.05）,PC-Met组和PC-Thr组与PC组相比,各阶段饲料转化效率均差异不显著（P＞0.05）。

Table 3
表3
表3赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸缺乏对犊牛生长性能的影响
Table 3Effects of Lys, Met and Thr deficiency on growth performance of calves

项目 Item	组别 Group				SEM	固定效应P值 P-value of fixed effect
	PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr		处理 Treatment	日龄 Day	处理×日龄 Treatment×day
平均日增重ADG (g·d-1)
90-180日龄 90-180 d	824.93ab	786.19b	864.71a	821.36ab	20.099	＜0.01	＜0.01	0.09
90-120日龄 90-120 d	700.64ab	638.2b	747.69a	721.47a	25.414	＜0.01
120-150日龄 120-150 d	859.78	952.54	947.02	874.36	33.509	0.06
150-180日龄 150-180 d	914.36	767.85	899.42	868.26	56.175	0.06
干物质采食量 DMI (kg·d-1)
90-180日龄 90-180 d	3.20	3.26	3.25	3.28	0.032	0.09	＜0.01	0.68
90-120日龄 90-120 d	2.52	2.60	2.57	2.63	0.040	0.07
120-150日龄 120-150 d	3.18b	3.27a	3.27a	3.27a	0.028	0.03
150-180日龄 150-180 d	3.90	3.91	3.91	3.94	0.054	0.57
饲料转化效率 G/F
90-180日龄 90-180 d	0.26ab	0.24c	0.27a	0.25bc	0.005	＜0.01	＜0.01	0.03
90-120日龄 90-120 d	0.28ab	0.24c	0.31a	0.27b	0.010	＜0.01
120-150日龄 120-150 d	0.27	0.29	0.29	0.27	0.010	0.12
150-180日龄 150-180 d	0.24a	0.19b	0.23ab	0.22ab	0.014	0.02

同行数据具有不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下同In the same row, values with different small letter mean significant difference (P＜0.05). The same as below

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2.1.2 体尺指标 由表4可知,各组间体高、体斜长、十字部高、胸围、腹围和腰角宽的初始值差异均不显著（P＞0.05）,与此同时,各组间体尺指标的增长率也差异不显著（P＞0.05）,从数值上看,PC-Thr组试验全期体斜长、腹围和腰角宽的增长率为各组最高值。

Table 4
表4
表4赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸缺乏对犊牛体尺的影响
Table 4Effects of Lys, Met and Thr deficiency on body measurements of calves

项目 Item		组别 Group				SEM	P值 P-value
		PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
体高 Withers height (cm)	90日龄 90 d	95.4	93.3	95.4	94.8	0.45	0.30
	180日龄 180 d	111.9	111.6	111.8	112.2	0.41	0.96
	增长率Growth rate	17.34	19.62	17.14	18.37	0.381	0.08
体斜长 Body length (cm)	90日龄 90 d	102.9	103.5	102.71	101.83	0.58	0.82
	180日龄 180 d	119.3	120.9	120.3	121.2	0.48	0.54
	增长率Growth rate	16.01	18.45	17.98	19.73	0.738	0.33
十字部高 Hip height (cm)	90日龄 90 d	99.1	97.4	99.3	98.9	0.49	0.53
	180日龄 180 d	117.0	116.6	116.9	117.2	0.39	0.96
	增长率Growth rate	18.16	19.67	17.68	18.57	0.361	0.25
胸围 Heart girth (cm)	90日龄 90 d	110.3	110.1	112.1	110.7	0.53	0.57
	180日龄 180 d	135.9	133.4	136.6	135.8	0.60	0.25
	增长率Growth rate	23.29	21.24	21.88	22.72	0.448	0.39
腹围 Abdominal girth (cm)	90日龄 90 d	122.3	123.3	123.0	122.8	0.73	0.97
	180日龄 180 d	157.6	157.3	158.9	161.4	0.99	0.46
	增长率Growth rate	29.09	27.66	29.34	31.73	0.861	0.41
腰角宽 Hip width (cm)	90日龄 90 d	21.9	22.6	22.3	22.0	0.17	0.53
	180日龄 180 d	34.4	35.3	34.8	35.0	0.19	0.42
	增长率Growth rate	56.60	57.17	55.97	59.76	1.189	0.67

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2.1.3 乳头长度 由表5可知,PC-Lys组90日龄时左后、右后和右前的乳头长度均显著大于PC组和PC-Met组（P＜0.05）,经过90 d生长后,180日龄时各组间乳头长度差异不显著（P＞0.05）。与PC组相比,PC-Lys组的各个乳头长度的增长率虽差异不显著但均小于PC组（P＞0.05）。PC-Met组和PC-Thr组与PC组相比各乳头长度的增长率均差异不显著（P＞0.05）。

Table 5
表5
表5赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸缺乏对犊牛乳头发育的影响
Table 5Effects of Lys, Met and Thr deficiency on nipple development of calves

项目 Item	日龄 Days of age	组别 Group				SEM	P值 P-value
		PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
左后 Left rear (mm)	90日龄 90 d	14.9b	17.6a	13.9b	16.2ab	0.45	0.01
	180日龄 180 d	23.5	25.1	23.4	26.4	0.53	0.17
	增长率Growth rate	61.8ab	47.2b	74.1a	63.7ab	3.29	0.03
左前 Left front (mm)	90日龄 90 d	14.9	17.3	14.8	15.9	0.41	0.10
	180日龄 180 d	27.4	28.8	26.2	26.9	0.56	0.40
	增长率Growth rate	81.9	70.3	82.5	69.3	4.19	0.55
右后 Right rear (mm)	90日龄 90 d	14.0b	16.4a	13.8b	15.7ab	0.39	0.03
	180日龄 180 d	20.9	23.3	22.8	24.1	0.53	0.19
	增长率Growth rate	61.3	57.9	71.4	73.0	3.78	0.41
右前 Right front (mm)	90日龄 90 d	15.9b	18.1a	14.7b	15.8b	0.42	0.02
	180日龄 180 d	25.5	28.3	26.2	27.9	0.50	0.14
	增长率Growth rate	53.4ab	45.8b	69.5a	53.6ab	3.05	0.03

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2.1.4 粪便评分和腹泻率 由表6可知,Lys、Met和Thr对犊牛的腹泻率没有显著影响（P＞0.05）,但PC-Lys组腹泻率最高,与PC组腹泻率相比增加了3.4%。与PC组相比,PC-Lys组和PC-Thr组的粪便评分显著升高（P＜0.05）。由图1可知,PC-Lys组和PC-Thr组的粪便评分从正试期第5周开始始终高于PC组。

Table 6
表6
表6赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸缺乏对犊牛腹泻率及粪便评分的影响
Table 6Effects of Lys, Met and Thr deficiency on the diarrhea rate and fecal score of calves

项目 Item	组别 Group				SEM	P值 P-value
	PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
腹泻率 Diarrhea rate (%)	5.6	9.0	7.7	5.7	0.64	0.17
粪便评分 Fecal score	1.48c	1.58ab	1.49bc	1.60a	0.013	＜0.01

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图1

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图1赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸缺乏对犊牛粪便评分的影响

Fig. 1Effects of Lys, Met and Thr deficiency on the fecal score of calves

2.2 赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸缺乏对犊牛营养物质消化率和氮代谢的影响

2.2.1 营养物质表观消化率 由表7可知,Lys、Met和Thr对犊牛135—138日龄和176—179日龄的DM、OM和GE表观消化率没有显著影响（P＞0.05）,176—179日龄犊牛的营养物质表观消化率均高于135—138日龄时期。

Table 7
表7
表7赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸缺乏对犊牛营养物质表观消化率的影响
Table 7Effects of Lys, Met and Thr deficiency on the nutrient metabolism calves

项目 Item	组别 Group				SEM	P值 P value
	PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
干物质表观消化率 DM apparent digestibility (%)
135-138 d	66.30	67.81	69.33	66.24	0.51		0.10
176-179 d	69.65	70.69	69.97	68.04	0.51		0.32
有机物表观消化率 OM apparent digestibility (%)
135-138 d	71.26	71.60	73.67	71.10	0.47		0.18
176-179 d	73.91	75.28	73.92	72.33	0.49		0.22
总能表观消化率 GE apparent digestibility (%)
135-138 d	65.95	67.77	68.43	66.31	0.48		0.21
176-179 d	70.67	72.23	70.74	69.37	0.47		0.20

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2.2.2 氮代谢 由表8可以看出Lys、Met和Thr缺乏对犊牛135—138日龄的氮代谢指标没有显著影响（P＞0.05）。在176—179日龄阶段,与PC组相比,PC-Lys组的尿氮排出量显著升高,氮利用率和氮的生物学价值显著降低（P＜0.05）,沉积氮和总排出氮无显著影响但具有差异显著的趋势（P＞0.05）。PC-Met和PC-Thr组尿氮、氮利用率和氮表观生物学价值与PC组相比则没有显著差异（P＞0.05）。

Table 8
表8
表8赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸缺乏对犊牛的氮代谢的影响
Table 8Effects of Lys, Met and Thr deficiency on the nitrogen metabolism of calves

项目 Item	组别 Group				SEM	P 值 P value
	PC	PC-Lys	PC-Met	PC-Thr
摄入氮 N intake (g·d-1)
135-138 d	97.57	97.54	96.87	99.66	0.93	0.76
176-179 d	104.07	105.20	105.29	118.60	2.73	0.23
粪氮 Fecal N (g·d-1)
135-138 d	30.77	30.63	28.78	34.87	0.86	0.07
176-179 d	26.10	26.37	25.85	33.88	1.27	0.07
尿氮 Urine N (g·d-1)
135-138 d	31.14	29.66	32.08	26.73	1.01	0.27
176-179 d	32.93b	48.66a	40.88ab	40.86ab	1.76	0.01
吸收氮 Absorded N (g·d-1)
135-138 d	66.79	66.91	68.10	64.78	1.12	0.79
176-179 d	77.97	76.33	79.44	84.72	2.09	0.61
沉积氮 Retained N (g·d-1)
135-138 d	35.66	37.25	36.02	38.05	1.48	0.94
176-179 d	45.04	30.18	38.56	43.86	2.14	0.06
总排出氮 Total N excretion (g·d-1)
135-138 d	61.91	60.29	60.86	61.61	1.28	0.97
176-179 d	59.03	75.02	66.73	74.74	2.35	0.05
N消化率 Absorbed N of intake N (%)
135-138 d	68.33	68.51	70.39	64.97	0.88	0.18
176-179 d	74.80	72.58	75.41	71.44	0.69	0.12
N利用率 Retained N of intake N (%)
135-138 d	36.36	37.99	37.22	38.15	1.38	0.97
176-179 d	43.24a	28.81b	36.42ab	36.96a	1.62	0.01
N的生物学价值 Biological value of N (%)
135-138 d	53.04	55.05	52.69	58.56	1.73	0.64
176-179 d	57.64a	39.78b	48.33ab	51.73a	2.04	0.01

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3 讨论

3.1 赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸缺乏对犊牛生长性能的影响

Lys、Met和Thr经研究后被证实是多种动物、处于多个生长阶段的前三位重要限制性氨基酸（LAA）^[13,14,15],但是NRC奶牛营养需要量（2001）并未明确给出各AA的需要量^[4],而NRC肉牛营养需要量（2016）也仅按照生长、泌乳和妊娠时所需的净蛋白量计算AA需要量,其中生长阶段肉牛的AA需要量则是通过组织蛋白中AA的组成计算,但数据单一,并未根据生理阶段和消化方式的不同进行详细划分^[5],所以后备荷斯坦奶牛AA的需要量仍需详尽研究。本试验为探究Lys、Met和Thr缺乏对3—6月龄母犊牛生长发育和营养物质消化代谢的影响,根据ZINN等研究得到的荷斯坦后备牛Met需要量预测模型,代入本试验荷斯坦母牛的BW和ADG得到较为准确的Met需要量^[7],Lys和Thr添加量由于缺乏相关研究结果,所以按照同为生长阶段的猪适宜氨基酸比例（100﹕33﹕65）计算得出^[8],其中Lys﹕Met= 3﹕1与本团队在断奶后公犊牛上的研究结果相近^[16]。在缺乏3—6月龄中国荷斯坦后备牛饲粮AA需要量的情况下,采用上述方法确定PC组的AA水平是无奈之举也是探索性的尝试,本试验结果也显示了PC组的综合生长性能较好,从侧面证实了本研究计算得出的PC组AA水平和比例可以满足3—6月龄中国荷斯坦母犊牛的需要。

本试验每天饲粮干物质投喂量按照犊牛BW的3%计算,各组犊牛90—180日龄的平均DMI差异不显著,这也保证了犊牛除AA摄入量不同以外其余营养素摄入量保持一致。结果显示扣除饲粮中30%的Lys使犊牛的饲料转化效率降低,ADG降低了16.02%,而扣除30%Met和Thr对犊牛ADG和饲料转化效率没有影响。MONTAÑO等^[16]研究认为后备牛BW和ADG随Lys供应量的减少而线性降低,云强等^[17]将断奶后公犊牛Lys水平由0.96%降低到0.8%,Lys降低16.67%使ADG降低了10.55%,与本试验的结果类似,Lys作为LAA在体内无法合成并且参与体内多种营养物质的合成过程,包括胶原蛋白^[18]和肉毒碱前体物质^[19]的合成,扣除30%的Lys可能会对这些体内的合成代谢有影响,从而降低了饲料转化效率。TORRENTERA等^[20]使用平均体重为157 kg的荷斯坦公犊牛探究不同Met添加量对生长性能的影响,结果显示在确保Lys供应充足的情况下额外提供0.128%的Met对生长性能没有影响,HERSOM等^[21]在10月龄后备牛的饲粮中分别添加2、4、6、8 g·d^-1的蛋氨酸羟基类似物也同样对生长性能无影响,本试验Met含量由0.33%降低到0.22%、每天Met供应量由12 g减少到8 g同样对生长性能没有影响。而在断奶前犊牛有关Met的研究中发现,Met的添加或扣除均会对生长性能产生显著影响^[22,23],这说明随着犊牛的生长,牛只对Met的敏感性在逐渐降低,归结其原因可能在于Met结构的特殊性,Met作为含硫氨基酸向机体提供一碳单位以合成嘌呤和嘧啶,同样具有该功能的还有胆碱和半胱氨酸,随着犊牛断奶后采食饲粮原料的丰富,可能Met的功能被部分替代^[24]。关于Thr在犊牛上的研究较少,HILL等^[25]将新生犊牛饲粮中Thr含量由1.06%提升到1.43%对ADG和DMI没有显著影响,还有研究扣除犊牛代乳品中30%的Thr同样对犊牛ADG和饲料转化效率没有显著影响^[7],Thr最直接的功能是参与合成维持肠道完整性的黏蛋白和维持免疫功能^[26],所以本试验的结果可能与Thr的主要营养作用在于完善免疫功能而非促生长作用有关。

体尺反映了牛体格的大小,也体现了牛生长发育阶段饲养管理水平的高低和遗传潜力的大小,后备牛阶段是奶牛体格的定型时期,其中又以0—6月龄犊牛的生长强度最大^[27],此时乳房的发育处于异速生长阶段,期间乳腺软组织细胞的发育速度是3月龄前的3—4倍。黄文明^[28]对中国8个大型牧场的荷斯坦后备奶牛体尺进行了统计,得到了中国荷斯坦后备奶牛各项体尺指标的平均值,本试验结束时犊牛各项体尺指标均大于其统计的体尺平均值,这说明3—6月龄时扣除犊牛30%的Lys、Met和Thr对体格发育没有影响。该结果与前人在犊牛和生长水牛上研究的结果相一致 ^[7,29],黄文明研究的结果显示尽管位于中国不同地点的8个牧场使用不同的管理模式和饲粮组成,但15月龄之前的后备牛体尺指标不存在显著性差异,也揭示出后备牛体格生长不易受到影响。

由本试验结果可知,扣除30%的Lys对乳房发育有一定的抑制作用,乳头增长率在数值上均小于饲喂氨基酸平衡日粮的犊牛,而扣除30%的Met和Thr则无此效果。有研究报道处于青春期的雌性哺乳动物乳房由生长激素（GH）、胰岛素样生长因子（IGF-Ⅰ）、雌激素和孕酮调控发育^[30],其中又以IGF-Ⅰ作用最为强烈^[31],唐波^[32]在犊牛饲粮中每天添加4 g蛋氨酸羟基类似物对血清中GH和IGF-Ⅰ含量没有影响,说明乳房发育对Met供给的增加或减少并不敏感,这与本试验的结果相同,郭朝龙^[33]对泌乳山羊进行静脉Lys灌注以导致Lys梯度缺失,结果显示当灌注液中Lys 浓度为0时,IGF-Ⅰ浓度降低12.33%,这说明Lys对IGF-Ⅰ有一定影响,这可能会影响乳房的发育。

腹泻是犊牛时期的重要致病原因之一。在本试验中,PC组犊牛的腹泻情况较多,这与张乃锋^[23]的研究结果一致。此外,结果显示扣除Lys和Thr显著降低了粪便评分,其中PC-Thr组的腹泻率较低,粪便评分较高,说明该组腹泻犊牛数量较少,但多为相对严重腹泻,而PC-Lys组则是腹泻率高,但粪便评分较低,说明该组腹泻犊牛数量较多,多为轻度腹泻。对于新生犊牛来说,腹泻的诱因十分复杂,如初乳质量、初乳饲喂时间和饲养环境等。但对于3—6月龄断奶后犊牛来说,由于与新生犊牛相比免疫系统相对发育健全和稳定,所以该阶段犊牛腹泻的原因多归因于胃肠道微生物感染,Thr的功能在于合成肠黏液层的黏蛋白和体内的免疫球蛋白G^[26],一旦犊牛感染腹泻,由于犊牛相对缺乏Thr,肠道屏障的不完整性和自身免疫球蛋白G数量的降低会导致腹泻情况加重,不易康复,而PC-Lys组则因为体质偏弱,多为轻度腹泻,虽发病率较高却容易康复。此外,二者对粪便评分的影响均在试验开始5周后显现,说明二者对犊牛腹泻的影响需要长期的累加。

3.2 赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸缺乏对犊牛营养物质表观消化率和氮代谢的影响

由两期营养物质表观消化率的结果可以看出3—6月龄阶段犊牛的消化系统已经发育完全,虽营养物质表观消化率在随日龄增长,但变化较小,可能微生物发酵功能也已经趋于稳定^[34]。反刍动物相较于单胃动物在AA代谢上的最大不同之处在于存在瘤胃微生物对AA的发酵作用,AA在瘤胃内被微生物脱羧和脱氨产生氨、挥发性脂肪酸和二氧化碳,这些分解代谢产生的代谢物会进一步被微生物利用生成微生物蛋白,这一过程使非必需氨基酸转变为必需氨基酸,但对饲料中LAA存在破坏作用,所以对LAA进行物理或化学包被可优化小肠AA的模式,在饲粮中添加过瘤胃氨基酸已经在奶牛产奶量^[35]、繁殖性能^[36]、发病率^[37]和肉品质^[38]等性状上取得了优化效果。本试验在3—6月龄犊牛饲粮中添加三种过瘤胃氨基酸,结果显示AA的部分扣除对营养物质表观消化率没有影响,HUSSEIN等^[39]每天通过皱胃瘘管向荷斯坦生长公牛提供6 g的Lys同样对DM表观消化率和OM表观消化率没有影响,HILL等^[40]以两种不同AA来源的饲粮为基础饲粮并额外添加0.1%的液体Met,发现Met对营养物质表观消化率没有影响,SAI^[41]报道称6月龄犊牛额外添加2 g的RPMet和17 g的RPLys同样对DM表观消化率和OM表观消化率没有影响,这可能与过瘤胃氨基酸的产品特性有关,过瘤胃氨基酸未在瘤胃中被微生物发酵生成挥发酸或合成微生物蛋白,所以,在基础饲粮完全相同的情况下,各营养物质在胃肠中的消化情况应相近。但也有研究报道高浓度的代谢葡萄糖使非必须氨基酸和Lys的表观消化率显著降低^[42],原因可能是十二指肠中葡萄糖和AA对转运载体存在竞争,二者在小肠上皮的吸收均依赖钠泵活动形成的主动转运过程和载体介导的易化扩散^[43],所以AA供给的增多同样会影响有机物的消化率,本试验并未过量添加AA,所以对有机物在肠道的吸收不存在竞争载体现象。

之所以动物机体对不同AA的需要量不同,原因在于各AA的结构不同,进而导致AA在动物体内参与的代谢途径不同,各代谢途径之间存在着相互的交叉,或抑制或促进。关于AA在动物体内的代谢途径,在单胃动物上有较为详细的研究,反刍动物则鲜有报道。几年来在单胃动物上发现了肠道在吸收AA过程中的AA代谢过程,包括为小肠黏膜细胞提供能量,为小肠粘膜细胞和肠腔微生物合成蛋白质、AA、谷胱甘肽、嘌呤和嘧啶等^[44,45],AA被小肠吸收后经门静脉进入肝脏,其中,Lys最主要的分解代谢途径是在一系列代谢酶的作用下生成乙酰辅酶A,从而转化为脂肪和酮体,Lys通过合成途径形成的蛋白质在近年来被揭示存在多种Lys酰化途径,KIM等^[46]在环腺苷酸应答元件结合蛋白3的bZIP区域发现了Lys去乙酰化位点,可经过乙酰化后促进脂质代谢平衡。沈佳佳等^[47]详细介绍了蛋白质中Lys琥珀酰化与炎症反应、缺血再灌注损伤和过敏性皮炎的联系,揭示了含有Lys的蛋白通过翻译后酰化调控广泛的生命活动;Met到达肝脏后存在经典的转甲基途径,该途径中脱去的一碳甲基、牛磺酸、丙酮酸和谷胱甘肽均在动物机体中有重要作用;Thr区别于Lys和Met,是体内唯一无脱氨和转氨反应的AA,在体内存在的分解代谢途径有3条：（1）通过苏氨酸脱氢酶代谢为氨基丙酮、甘氨酸和乙酰辅酶A;）2）通过苏氨酸脱水酶代谢为丙酸和α-氨基丁酸;（3）通过苏氨酸醛缩酶代谢为甘氨酸和乙酰辅酶A,Thr的合成途径则主要参与免疫物质的组成^[48]。以上代谢途径说明不同AA之间有交叉的代谢部分也有特有的代谢途径,这就导致某一AA的缺失会不同程度上导致代谢的停止和影响营养物质的沉积。云强等^[16]将断奶后犊牛饲粮中Lys水平由0.96%降低到0.8%,使N利用率由46.43%降低到41.56%;栾玉静等^[49]在装有瘤胃瘘管的10月龄杂交肉牛瘤胃中每天投入15 gRPLys,结果显示N利用率由59.31%提升到64.84%;ALFERINK等^[50]通过颈静脉注射给平均体重为157 kg的荷斯坦公牛每天9.3 g赖氨酸盐和6 g苏氨酸盐,研究发现AA静脉注射使N的生物学价值由32.5%提升到46.8%。虽然AA供给方式不同,本试验通过分别扣除饲粮中30%的Lys、Met和Thr均对N沉积有不同程度的影响,其中Lys对N利用率影响程度最大,Met和Thr次之,由此可见,影响N利用率或N沉积的根本原因在于AA扣除增加了尿氮的排出量,说明扣除LAA对营养物质吸收后的代谢过程存在影响,具体的影响机制还需对AA在体内的代谢过程进行跟踪。此外,136—138日龄时的氮代谢情况并没有受到AA扣除的影响,直到176—179日龄时才显示出氮代谢的异常效果,出现该现象的原因在于机体的适应性,有研究发现动物在AA缺乏的状态下有一系列的自适应调节,包括一般性调控阻遏蛋白激酶（general control non-repressed 2,GCN2）磷酸化翻译起始因子2以降低全局翻译的速率,从而减少胞内AA的内耗^[51,52];GCN2、雷帕霉素靶蛋白1启动自噬基因转录,对细胞组分糖原、脂质和细胞器进行酶解从而生成基础营养素等。但机体的适应能力有限,无法长期维持体内代谢,原本GCN2路径激活的转录因子4会与γ-氨基丁酸受体1亚基作用,下调脑中前梨状皮层的多巴胺神经元的γ-氨基丁酸信号通路,以降低多巴胺的分泌,进而抑制采食,这有助于停止采食AA不平衡的饲粮,直到采食AA平衡饲粮并恢复多巴胺分泌^[53],但本试验始终提供AA相对不平衡饲粮并采取了限饲措施,所以长期以往还是会引起AA的缺乏,短期则存在补救效应。

4 结论

①3—6月龄犊牛饲喂缺乏30%赖氨酸的饲粮显著降低了饲料转化效率,提高了粪便评分,而扣除饲粮中30%的蛋氨酸和苏氨酸对犊牛生长性能没有影响。

②3—6月龄犊牛饲喂缺乏30%赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸的饲粮对体格发育和营养物质表观消化率没有影响,但缺乏30%赖氨酸抑制了乳头的发育。

③3—6月龄犊牛饲喂缺乏30%赖氨酸的饲粮增加了176—179日龄时的尿氮排放量,对氮代谢有负面影响。

综合以上结论,在本试验条件下,3—6月龄中国荷斯坦母犊牛对饲粮中赖氨酸浓度较为敏感,赖氨酸供给的不足将通过降低生长性能、氮沉积、抑制乳头发育和加重腹泻情况对犊牛生长发育产生影响,扣除苏氨酸仅体现在影响犊牛腹泻上,而蛋氨酸对犊牛则没有任何影响,所以在配置该阶段犊牛饲粮时应重点关注苏氨酸的供给量是否充足。

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