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(yī)學院)

　

反芻動物最大的特點就是借助瘤胃內(nèi)棲居的厭氧微生物利用日糧蛋白降解產(chǎn)生的氨、肽和氨基酸作為氮源、利用日糧有機物發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)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(yǎng)物質(zhì)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(yǎng)源是能量和蛋白質(zhì)。了解瘤胃MCP合成的因素對于進一研究動物營養(yǎng)調(diào)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(nèi)發(fā)酵的最終產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量降低，但當日糧中SC含量過高時，引起瘤胃內(nèi)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(fā)酵達到最佳。康奈爾凈碳水化合物及凈蛋白質(zhì)體系（CNCPS）根據(jù)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(fā)酵NSC的瘤胃細菌，它可以發(fā)酵NSC，能以NH3、肽或AA為氮源，也可發(fā)酵產(chǎn)生NH3，此類菌生長速度很快，所需氮的66%來自肽；另一類是發(fā)酵SC的瘤胃細菌，能發(fā)酵細胞壁碳水化合物，并僅以NH3作為氮源，不發(fā)酵AA或肽。
    1.2碳水化合物的類型
    McDonald(1952)研究發(fā)現(xiàn)快速發(fā)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(fā)酵時的能量有關；McAllan等（1976）發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物所需能量大部分由淀粉發(fā)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(fā)酵比對淀粉的發(fā)酵時對氨基酸和肽的依賴性小，因此還要根據(jù)日糧不同的氮源形式選用合適的碳源。

    2 蛋白質(zhì)
    2.1不同形式氮
    2.1.1氨氮
    絕大多數(shù)的瘤胃細菌可以利用NH3　和AA作為氮源來合成MCP，體內(nèi)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(nèi)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(zhì)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(fā)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(jīng)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(fā)酵速度，對發(fā)酵速度快的可溶性糖，肽能促進微生物生長，而對發(fā)酵速度慢的纖維素類物質(zhì)，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(xiàn)的，反之若氮過量，則通過在瘤胃內(nèi)降解產(chǎn)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(fā)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?shù)M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(fā)現(xiàn)，在日糧CP維持在13%時，微生物生長量最大。因此，傳統(tǒng)的CP體系認為在一般營養(yǎng)水平，特別是在放牧營養(yǎng)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(shù)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(zhì)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(fā)酵中，保持瘤胃中能量與氮源的釋放在速度和數(shù)量上匹配，是提高 MCP合成量的關鍵，也是近幾年開發(fā)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(fā)酵速度的不同，一般應最先喂給發(fā)酵較慢的纖維質(zhì)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(zhì)飼料。研究表明，這種喂料順序對穩(wěn)定瘤胃的內(nèi)環(huán)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(fā)酵等 )等實現(xiàn)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(chǎn)需要，但對高產(chǎn)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(nèi)與體外試驗發(fā)現(xiàn)，煙酸可以促進奶牛瘤胃微生物合成蛋白質(zhì)；林海（1998）發(fā)現(xiàn)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(nèi)都能促進MCP的合成；許朝芳等（2001）發(fā)現(xiàn)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(zhì)，提高微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量。

    5 礦物質(zhì)
礦物質(zhì)對瘤胃微生物的作用主要有兩方面：一是改變瘤胃內(nèi)環(huán)境，如鈉與碳酸氫根離子能調(diào)節(jié)瘤胃pH值，以適應微生物的生長需要；二是作為營養(yǎng)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(nèi)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(nèi)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(nèi)環(huán)境
    6.1瘤胃原蟲比例
    瘤胃原蟲對瘤胃發(fā)酵具有重要調(diào)節(jié)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(nèi)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(yǎng)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(zhì)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(shù)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(fā)酵參數(shù)，提高MCP的合成。Cole等（1976）發(fā)現(xiàn)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(chǎn)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(chǎn)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(shù)量減少甚至消失，當pH<6.1時，瘤胃內(nèi)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(nèi)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(diào)節(jié)pH值的能力――緩沖液，唾液是瘤胃緩沖液的主要來源，它能穩(wěn)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(fā)現(xiàn)，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(shù)可刺激采食，提高干物質(zhì)的攝食量，減少瘤胃內(nèi)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(yǎng)添加劑，增加纖維分解菌的數(shù)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(fā)現(xiàn)，許多瘤胃細菌的生長需要乙酸。
    CNCPS體系中特別強調(diào)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(diào)控瘤胃微生物蛋白合成有明顯作用 ；但由于瘤胃內(nèi)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(yǎng)調(diào)控劑的適宜用量及應用，調(diào)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。