葉酸和甜菜堿對圍產期奶牛泌乳性能、乳脂肪酸組成、養分消化和瘤胃發酵的影響

閆國駿 李福崗 劉澤鋒 黃 實 劉 強 郭 剛 王 聰*

(1.山西省農業農村廳鄉村產業融合發展中心,太原 030001;2.山西農業大學動物科學學院,太谷 030801)

一碳循環中,葉酸(FA)是一碳基團的載體,甜菜堿(BT)是一碳基團的供體,二者共同參與脂質、碳水化合物和蛋白質代謝[1]。圍產期奶牛泌乳早期處于能量負平衡狀態,乳中4～14碳脂肪酸含量減少,>16碳脂肪酸含量增加[2]。乳中長鏈脂肪酸來源于體脂分解,其含量增加表明體脂分解增多、能量負平衡加劇,易誘發營養代謝病[2]。提高養分利用率能改善圍產期奶牛能量供應,調控乳脂肪酸組成。飼糧中添加的FA,約97%在瘤胃中被微生物降解或破壞,因此,生產中使用包被葉酸(CFA)添加劑[3]。研究發現,飼糧中添加FA可提高牛瘤胃總揮發性脂肪酸(TVFA)產量和養分表觀消化率[4-5];改善泌乳早期奶牛能量平衡,增加4%乳脂校正乳和乳脂肪產量[4];上調公牛肌肉組織中脂肪酸合成代謝關鍵基因表達[5]。但是,FA對圍產期奶牛乳脂肪酸組成影響的研究還未見報道。泌乳中期奶牛飼糧添加100 g/d的BT,改善了養分表觀消化率和飼料效率(FE),增加了4%乳脂校正乳(FCM)、乳脂肪產量[6-7],減少了乳中長鏈多不飽和脂肪酸含量[8];泌乳早期羊飼喂BT,增加了乳中短鏈脂肪酸和亞麻酸(C18∶3)含量[9]。另外,Cheng等[7]試驗發現,飼糧添加BT降低了泌乳奶牛血液FA含量,表明BT能提高FA的利用率?；贔A和BT在一碳代謝中的作用和現有研究結果提出假設,圍產期奶牛添加FA或/和BT,能通過改善養分消化和瘤胃發酵,提高泌乳性能和FE,改變乳脂肪酸組成,而且二者共同添加比單獨添加效果更好。因此,本試驗旨在研究圍產期奶牛添加FA或/和BT對泌乳性能、乳脂肪酸組成、養分消化和瘤胃發酵的影響,明確FA和BT對圍產期奶牛的營養調控特點及機制,為營養調控技術在生產中的應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗用FA添加形式為CFA,依據Wang等[10]的方法制備,FA含量為2%,用尼龍袋法和裝有瘤胃和十二指腸瘺管的奶牛測定CFA在瘤胃和小腸的降解率分別為28.3%和69.7%。試驗用BT為飼料級,純度98%。飼糧FA和BT添加量依據Zhang等[4]和Wang等[6]的試驗結果確定。

1.2 試驗設計

試驗于2022年6—9月在山西省晉中市祁縣泓潤牧業有限公司完成。選取胎次[(2.15±0.73)胎]、體重[(659±53) kg]、上一泌乳期平均產奶量[(9 958±407) kg]和預產日期相近的圍產期奶牛40頭,依據隨機區組設計分為4組,每組10頭牛。試驗采用2×2因子設計,對照組飼喂基礎飼糧,FA組、BT組和FA+BT組分別在基礎飼糧中添加135 mg/d的FA、100 g/d的BT和135 mg/d的FA+100 g/d的BT?；A飼糧依據NRC(2001)[11]配制,其組成及營養水平見表1。奶牛產前31 d進入試驗,預試期10 d,正試期42 d,包括產前21 d和產后21 d。

1.3 飼養管理

試驗牛飼養于同一圈舍,每日07:00和19:30飼喂,05:30、13:00和18:00擠奶。試驗牛自由采食和飲水,早晨飼喂前,將FA和BT與約500 g全混合日糧(TMR)混勻,待牛全部采食后再喂剩余飼糧。

1.4 樣品采集與指標測定

1.4.1 飼糧營養水平

飼糧中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量依據Van Soest等[12]的方法測定,其余養分含量依據AOAC(2006)[13]的方法測定。泌乳凈能依據NRC(2001)[10]計算:

泌乳凈能(MJ/kg)=(0.024 5×飼糧可消化總養分-0.12)×4.184。

1.4.2 產奶性能和乳脂肪酸組成

奶牛產后第4天開始,上頸枷飼喂,記錄每頭牛每天喂料量和剩料量,計算干物質采食量(DMI);記錄每頭牛每天產奶量,采集產后第7、14和21天奶樣。奶樣分2份,一份保存于裝有2-溴-2-硝基-1,3-丙二醇的100 mL奶樣瓶中,用丹麥MK-120型紅外乳品分析儀測定乳脂率、乳蛋白率和乳糖率;一份裝于50 mL EP管中,-20 ℃保存,用氣相色譜儀測定乳脂肪酸含量。用實際乳產量乘以乳成分含量計算乳脂肪、乳蛋白質和乳糖產量,4% FCM產量和FE的計算公式如下:

4%FCM產量=(0.4+15×乳脂率)×實際乳產量;FE=實際乳產量/DMI。

1.4.3 養分表觀消化率

奶牛產后,每周采集TMR樣1次;第18～21天,以6 h為間隔,每天通過直腸采集每頭牛糞便樣品4次,每次約100 g。TMR樣和糞樣-20 ℃保存,試驗結束后,糞樣以牛為單位按濕重比制成混合樣,加入濕糞重25%的10%酒石酸溶液。TMR樣和糞樣65 ℃烘至恒重,粉碎過1 mm篩,依據AOAC(2006)[13]方法測定酸不溶灰分(AIA)、干物質(DM)、有機物(OM)、粗蛋白質(CP)和粗脂肪(EE)含量;依據Van Soest等[12]方法測定NDF和ADF含量。

某養分表觀消化率(%)=100-[(TMR中AIA含量×糞中某養分含量)/(糞中AIA含量×TMR中某養分含量)×100]。

1.4.4 瘤胃發酵參數

奶牛產后第19、20和21天,晨飼后3～4 h,用胃管采樣器采集每頭牛瘤胃液樣品約100 mL。為避免唾液污染,先采集的約200 mL瘤胃液棄掉。瘤胃液樣品立即用PHS-3C酸度計測定pH,然后用紗布(4層)過濾,濾液保存于-20 ℃,用Trace 1300氣相色譜儀,采用內標法測定揮發性脂肪酸(VFA)含量[13]。

1.5 數據處理與統計分析

奶牛產后采食量和產奶量數據按照每頭牛全期平均值進行統計分析。每周乳成分測定值、產后瘤胃液成分測定值均按照每頭牛平均值進行統計分析。所有數據均采用SPSS 22.0軟件中的ANOVA程序進行方差分析,采用Duncan氏法進行組間多重比較,結果用平均值和均值標準誤(SEM)表示,P<0.05為差異顯著。

2 結 果

2.1 FA和BT對奶牛泌乳性能的影響

由表2可知,各組之間奶牛DMI、乳糖產量、乳蛋白率和乳糖率無顯著差異(P>0.05)。FA組和FA+BT組的實際乳、4%乳脂校正乳、乳脂肪、乳蛋白質產量以及乳脂率和FE顯著高于對照組(P<0.05)。BT組的實際乳產量與對照組無顯著差異(P>0.05),4%乳脂校正乳、乳脂肪、乳蛋白質產量以及乳脂率和FE顯著高于對照組(P<0.05)。FA+BT組的4%乳脂校正乳和乳蛋白產量顯著高于FA組和BT組(P<0.05)。

2.2 FA和BT對奶牛乳脂肪酸組成的影響

由表3可知,各組之間奶牛乳脂肪中丁酸(C4∶0)、己酸(C6∶0)、辛酸(C8∶0)、十一烷酸(C11∶0)、十三烷酸(C13∶0)、肉豆蔻一稀酸(C14∶1)、十五烷酸(C15∶0)、棕櫚酸(C16∶0)、十七烷酸(C17∶0)、十七烷一稀酸(C17∶1)、油酸(C18∶1)、其他脂肪酸、總16碳脂肪酸、總飽和脂肪酸和總不飽和脂肪酸含量無顯著差異(P>0.05)。FA組乳脂肪中葵酸(C10∶0)、月桂酸(C12∶0)、肉豆蔻酸(C14∶0)、棕櫚一稀酸(C16∶1)、C18∶3和總4～15C脂肪酸含量顯著高于對照組(P<0.05),硬脂酸(C18∶0)含量顯著低于對照組(P<0.05),亞油酸(C18∶2)和總>16碳脂肪酸含量與對照組無顯著差異(P>0.05)。BT組和FA+BT組乳脂肪中C10∶0、C12∶0、C14∶0、C16∶1、亞油酸(C18∶2)、C18∶3和總4～15碳脂肪酸含量顯著高于對照組(P<0.05),C18∶0和總>16碳脂肪酸含量顯著低于對照組(P<0.05)。FA+BT組奶牛乳脂肪酸組成與FA組和BT組無顯著差異(P>0.05)。

表3 FA和BT對奶牛乳脂肪酸組成的影響

2.3 FA和BT對奶牛養分表觀消化率的影響

由表4可知,各組之間奶牛CP和EE表觀消化率無顯著差異(P>0.05)。FA組、BT組和FA+BT組的DM、OM、NDF和ADF表觀消化率顯著高于對照組(P<0.05)。FA+BT組的各養分表觀消化率與FA組和BT組無顯著差異(P>0.05)。

表4 FA和BT對奶牛養分表觀消化率的影響

2.4 FA和BT對奶牛瘤胃發酵參數的影響

由表5可知,各組之間奶牛瘤胃pH、丙酸、戊酸、異丁酸和異戊酸含量無顯著差異(P>0.05)。FA組、BT組和FA+BT組的瘤胃TVFA、乙酸和丁酸含量及乙酸/丙酸顯著高于對照組(P<0.05)。FA+BT組的奶牛瘤胃發酵參數與FA組和BT組無顯著差異(P>0.05)。

表5 FA和BT對奶牛瘤胃發酵參數的影響

3 討 論

3.1 FA添加效果

本試驗中,飼糧中添加FA對奶牛DMI無顯著影響,與其他研究結果[4,14]一致,即圍產期奶牛飼糧中添加FA后,泌乳早期DMI無顯著變化。實際乳、乳脂肪和乳蛋白質產量提高,歸因于養分表觀消化率和瘤胃TVFA含量增加,表明飼糧中添加FA提高了飼糧養分利用率,表現為FE增加。另外,奶牛泌乳性能的提高可能與FA在一碳代謝中的作用有關。作為甲基載體,FA參與DNA、RNA和蛋白質的合成[1]。已有報道,泌乳牛肌肉注射補充FA,乳腺組織蛋白質合成代謝基因表達上調[15]。其他研究同樣發現,奶牛產前補充FA,泌乳早期產奶性能和FE改善[4,14]。乳脂肪產量和乳脂率以及乳中C10∶0、C12∶0、C14∶0、C16∶1和總4～15碳脂肪酸含量增加,歸因于瘤胃乙酸和丁酸含量增加,表明飼糧中添加FA促進了乳腺組織乳脂肪酸的從頭合成。乳腺組織利用乙酸和丁酸合成乳中全部的4～15碳脂肪酸和約50%的16碳脂肪酸;乙酸和丁酸作為信號分子,能上調乳脂合成相關轉錄因子和酶的表達,促進乳脂肪酸合成[16]。研究發現,奶牛乳脂肪產量和乳脂率與乙酸和丁酸的供應呈正相關[17]。乳中長鏈脂肪酸來源于消化道吸收的飼糧脂肪酸和體脂分解產生的脂肪酸[2]。乳脂肪酸組成可用于衡量奶牛產后體脂動員程度和能量平衡狀態[2]。奶牛體脂肪分解,乳中4～15碳脂肪酸含量降低,16碳和>16碳脂肪酸,尤其是C18∶1和C18∶0含量增加[2,18]。飼糧中添加FA后,乳中16碳脂肪酸、C18∶1和總>16碳脂肪酸含量無顯著變化,C18∶0含量顯著下降,而且EE表觀消化率無顯著變化,表明奶牛產后實際乳和乳脂肪產量增加,沒有導致體脂分解,即補充FA改善了能量利用效率。前期試驗發現,圍產期補充FA,泌乳早期奶牛能量利用率改善,表現為體重無顯著變化,血液非酯化脂肪酸和β-羥丁酸含量顯著降低[4]。

本試驗中,飼糧中添加FA提高了DM、OM、NDF和ADF表觀消化率,與Zhang等[4]的試驗結果一致。FA是瘤胃微生物的必需營養因子,參與微生物一碳代謝的調控[1,19],也是維持小腸和胰腺結構和功能的必需因子[1]。因此,補充FA有助于養分在瘤胃和小腸的消化。瘤胃TVFA、乙酸和丁酸含量及乙酸/丙酸提高,表明FA在瘤胃釋放的FA刺激了纖維類降解微生物的生長,提高了養分瘤胃降解率。早期體外試驗發現,5-甲基四氫葉酸缺乏,黃色瘤胃球菌生長速度降低[19]。近期試驗發現,補充FA可提高肉牛瘤胃纖維類分解菌數量、DM和NDF有效降解率[10]。另外,CFA中約69.7%的FA能到達小腸被吸收。已有報道,飼糧中添加FA可提高公牛小腸胰淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶活性[20],提高體外DM小腸消化率[21]。

3.2 BT添加效果

本試驗中,飼糧中添加FA對奶牛DMI無顯著影響,但是4%乳脂校正乳、乳脂肪和乳蛋白產量提高,與Monteiro等[22]在產前60 d奶牛飼糧中添加BT的研究結果一致。試驗結果歸因于飼糧養分表觀消化率和瘤胃TVFA含量提高。其中,乳脂肪產量和乳脂率提高,與瘤胃乙酸和丁酸含量增加有關。乳蛋白產量提高則與BT對一碳循環的調控有關[22]。一碳代謝中,BT作為甲基供體,參與蛋氨酸合成,蛋氨酸是奶牛乳蛋白質合成的限制性氨基酸[1,13]。另外,BT能調節細胞滲透壓,維持乳腺細胞的結構和活力[23]。飼糧中添加BT后,乳中總4～15碳脂肪酸含量增加,C18∶0和總>16碳脂肪酸含量降低,表明產奶量的增加沒有導致奶牛體脂分解。已有報道,飼糧中添加BT后產奶量的增加,對泌乳早期奶牛能量平衡[22]和泌乳中期奶牛體重變化[6-7]無顯著影響。乳中總4～15碳脂肪酸、C16∶1、C18∶2和C18∶3含量增加,與瘤胃乙酸和丁酸濃度增加有關。纖維類物質在瘤胃降解產生的乙酸和丁酸是部分4～15碳脂肪酸和C16∶1合成的前體[16]。研究發現,奶牛乳中C16∶1和多不飽和脂肪酸含量與瘤胃乙酸產生菌數量呈正相關[24]。類似地,Fernández等[9]發現,圍產期羊產前飼喂BT,泌乳早期乳中短鏈脂肪酸和C18∶3含量增加。

DM、OM、NDF和ADF表觀消化率提高,與瘤胃TVFA、乙酸和丁酸含量增加有關,表明飼糧中添加BT促進了瘤胃微生物生長和養分在瘤胃的降解。飼糧中添加BT為瘤胃微生物的生長提供了甲基和氮源,同時BT能有效調節消化道細胞和微生物細胞的滲透壓,調節消化道食糜的黏性[23,25]。前期研究發現,奶牛飼糧中添加BT提高了瘤胃總細菌、真菌和原蟲數量[7],提高了養分表觀消化率和瘤胃TVFA含量[6-7]。

3.3 FA和BT共同添加效果

本試驗中,FA和BT共同添加后,奶牛泌乳早期4%乳脂校正乳和乳蛋白產量較單獨添加FA或BT高,但是,FA+BT組乳脂肪酸組成、養分表觀消化率和瘤胃TVFA含量與FA組或BT組無顯著差異。因此,FA+BT組產奶性能較高的試驗結果與FA和BT對一碳代謝的調控有關,即FA和BT共同添加對一碳單位轉移效率和乳蛋白合成的促進作用可能比二者單獨添加更有效。一碳循環中,同型半胱氨酸接受BT的甲基形成蛋氨酸,BT轉化為二甲基甘氨酸,四氫葉酸接受二甲基甘氨酸的甲基形成5,10-亞甲基四氫葉酸,后者及其還原物10-甲?；臍淙~酸和5-甲基四氫葉酸,共同參與蛋白質、DNA和RNA的合成[1]。前期試驗發現,泌乳牛單獨添加BT,血液FA含量降低;采食含FA飼糧的泌乳牛補充BT,血液FA含量增加[7],表明FA的利用效率受BT添加的影響。但是,目前的研究還無法闡明FA和BT的互作機制。

4 結 論

圍產期奶牛飼糧中添加FA和BT提高了泌乳性能和乳中短鏈脂肪酸含量,改善了養分消化和瘤胃發酵,而且FA和BT共同添加對改善泌乳性能比二者單獨添加更有效。