α-淀粉酶强化玉米（AAC）与等基因对照（CTL）经不同加工方式（GRC vs. REC）对泌乳奶牛生产性能、消化代谢及氮素利用的影响研究

《Journal of Dairy Science》：Effect of ensiled or finely ground α-amylase–enabled corn grain on lactation performance, chewing, ruminal fermentation, digestibility and nitrogen partition of dairy cows

本研究针对如何通过改进玉米加工方式（精细研磨GRC vs. 复水青贮REC）和利用α-淀粉酶强化玉米（AAC）来提高奶牛淀粉消化率及氮素利用效率的问题，开展了系统研究。结果表明，AAC有提高全消化道淀粉消化率（93.7% vs. 92.9%）和降低粪便淀粉浓度的趋势；REC加工方式则倾向于提高奶料比（1.63 vs. 1.61）并降低瘤胃pH（6.72 vs. 6.83）。研究为优化奶牛日粮配制、提升饲料转化效率及减少氮排放提供了重要理论依据和实践指导。

　　

在奶牛养殖业中，如何高效利用饲料资源、提升牛奶产量和品质，同时减少对环境的影响，一直是科研人员和养殖者关注的焦点。玉米作为奶牛日粮中重要的能量来源，其加工处理方式和本身的特性对奶牛的生产性能和健康至关重要。近年来，一种通过转基因技术培育出的α-淀粉酶强化玉米（AAC）引起了广泛关注。这种玉米在其胚乳中能够表达α-淀粉酶，最初是为了提高玉米乙醇的生产效率而开发的。然而，研究表明，AAC也有可能改善反刍动物对淀粉的利用效率。另一方面，玉米籽实的加工方式，例如是进行精细研磨（GRC）还是经过复水后进行青贮（REC），也会显著影响其在奶牛体内的消化过程。特别是对于硬度较高的燧石型玉米，青贮过程可以通过降解淀粉-蛋白质基质来提高淀粉消化率。那么，将AAC这种本身含有淀粉酶的玉米进行青贮处理，是否能产生“强强联合”的效果，进一步优化奶牛的饲喂效果呢？目前，关于AAC作为精饲料来源，尤其是以青贮形式饲喂奶牛的研究还比较缺乏。

为了回答这些问题，由Wesley R. Silva等人组成的研究团队在《Journal of Dairy Science》上发表了一项研究。他们设计了一个精巧的实验，旨在系统评估AAC及其等基因对照（CTL）玉米，分别以精细研磨（GRC）和复水青贮（REC）两种方式处理后，对泌乳奶牛的产奶性能、干物质采食量（DMI）、瘤胃发酵特性、营养物质全消化道消化率、咀嚼行为、氮素分配以及瘤胃微生物产量等的综合影响。研究假设在于，在低淀粉浓度的日粮和较短的青贮储存时间条件下，AAC以青贮谷物形式饲喂时，可能通过其在青贮发酵和消化道消化过程中的双重作用，比单纯以粉状形式饲喂更能改善饲料效率。

本研究采用了4×4拉丁方设计，将24头荷斯坦奶牛（产奶量37.1 ± 4.8 kg/d，泌乳天数143 ± 100天，体重633 ± 64 kg）分为4组，轮流接受4种不同的日粮处理。这4种处理构成了2×2因子设计，包括两个因素：玉米加工方式（GRC vs. REC）和玉米类型（AAC vs. CTL）。所有日粮含有13.0%的来自处理玉米的玉米籽实，总淀粉含量为22.4%（干物质基础）。REC处理中，玉米籽实经过粉碎、复水（使干物质含量约61.7%）并添加微生物接种剂后，在塑料桶中青贮28±3天。实验主要技术方法包括：通过拉丁方实验设计控制个体和周期差异；使用近红外光谱（NIRS）和湿化学方法分析饲料和粪便的营养成分（如DM、CP、NDF、淀粉）；通过视觉观察和Penn State颗粒分离器评估奶牛的采食和分拣行为；采集瘤胃液并使用气相色谱仪分析挥发性脂肪酸（VFA）谱和测定pH值；通过测定尿中嘌呤衍生物（尿囊素）含量来间接估算瘤胃微生物蛋白产量；并利用迈外红外光谱法分析牛奶成分和牛奶尿素氮（MUN）。

Lactation Performance and Intake

研究结果显示，玉米加工方式（GRC vs. REC）或玉米类型（AAC vs. CTL）对奶牛的产奶量（平均36.1 kg/d）和干物质采食量（DMI，平均22.4 kg/d）均未产生显著影响。然而，与GRC相比，饲喂REC日粮的奶牛其乳脂率有降低的趋势（3.68% vs. 3.74%）。在饲料效率方面，能量校正乳（ECM）与DMI的比值在不同处理间无差异，但REC处理有提高奶料比（牛奶产量/DMI）的趋势（1.63 vs. 1.61）。玉米类型对产奶性能和饲料效率均未检测到显著影响。

Chewing Behavior

在采食行为方面，研究发现了一些有趣的变化。与GRC相比，饲喂REC的奶牛每餐进食时间更短（35.9 vs. 37.5 分钟/餐），但每日进餐频率更高（10.3 vs. 9.7 餐/日），从而导致每餐的采食量（ meal size）更小（2.2 vs. 2.5 kg DM/餐）。特别是在GRC-CTL处理组，其进餐频率（9.3 餐/日）显著低于其他处理组（平均10.4 餐/日）。此外，研究还发现，与CTL相比，AAC倾向于使奶牛在早晨更偏好采食长颗粒饲料（>19 mm），而在下午则更多地拒绝长颗粒饲料。这些行为变化暗示了不同处理可能影响了瘤胃的充盈感和发酵动力学。

Total-Tract Apparent Digestibility and Ruminal Microbial Yield

在营养物质消化率方面，AAC表现出提高淀粉消化率的潜力。与CTL相比，饲喂AAC的奶牛其全消化道淀粉消化率有更高的趋势（93.7% vs. 92.9%），粪便中的淀粉浓度也相应有降低的趋势（4.3% vs. 4.8% DM）。然而，中性洗涤纤维（NDF）的消化率（平均48.6%）、瘤胃微生物产量（通过尿囊素排泄估算）以及VFA的摩尔比例在不同处理间均无显著差异。值得注意的是，瘤胃pH值受到了处理的影响：REC处理显著低于GRC处理（6.72 vs. 6.83），并且AAC处理有低于CTL处理的趋势（6.74 vs. 6.82）。这表明REC和AAC都可能促进了瘤胃内淀粉的发酵。粪便pH值在各处理间没有差异。

Ruminal Fermentation

瘤胃发酵指标的测定结果与pH值的变化一致。除了REC-AAC处理组的异戊酸摩尔比例显著高于GRC-AAC和REC-CTL组外，其他VFA组分（乙酸、丙酸、丁酸等）的摩尔比例在各处理间均无显著差异。瘤胃原虫浓度和瘤胃液粘度也未受处理影响。

Nitrogen Partition

在氮素利用方面，虽然氮摄入量没有差异，但饲喂REC的奶牛其摄入氮转化为牛奶氮的比例有高于GRC的趋势（34.2% vs. 33.7%）。然而，粪便氮和尿氮的排泄量（以g/d或占氮摄入量的百分比表示），以及牛奶和血浆中的尿素氮（MUN和PUN）浓度，在各处理间均未发现显著差异。这表明在本实验所采用的相对低蛋白质日粮（CP 14.8% DM）背景下，各处理均实现了较高的氮利用效率。

研究结论与意义

本研究的主要结论是，在低膳食淀粉浓度（22.4% DM）和短时间青贮储存（28天）的条件下，α-淀粉酶强化玉米（AAC）和复水青贮（REC）加工方式对泌乳奶牛生产性能的主要指标（产奶量和DMI）影响有限。然而，它们通过不同的途径对奶牛的生理代谢和行为产生了细微但重要的影响。

AAC的主要作用模式似乎是其内源α-淀粉酶在奶牛消化道内直接发挥作用，而非通过在青贮过程中的预先作用。这体现在AAC倾向于提高全消化道淀粉消化率，并伴随瘤胃pH值降低的趋势，且AAC与REC加工方式之间很少存在交互作用。这表明，无论玉米是否经过青贮处理，AAC中的淀粉酶都能在摄入后有效促进淀粉降解。这一发现具有重要的实践意义，它提示奶牛养殖者即使不采用青贮方式，直接饲喂粉碎的AAC玉米也可能获得改善淀粉利用的效果。

REC加工方式则显示出改变奶牛采食行为（缩短餐时、增加餐频）和降低瘤胃pH的效应，这可能是由于青贮过程提高了淀粉在瘤胃中的可利用性。REC还表现出提高奶料比和增加氮向牛奶转移比例的趋势，预示着潜在的能量和氮利用效率的改善。

综上所述，这项研究为深入理解AAC和REC影响奶牛营养代谢的机制提供了宝贵的体内试验数据。它表明，在特定的日粮背景（如低淀粉、低蛋白）下，AAC和REC可能作为精细调控奶牛瘤胃健康、提高养分利用效率的有效工具。未来的研究可以进一步探索在不同淀粉水平、不同玉米品种（如更高硬度的燧石型玉米）以及更长青贮时间下，这些技术的应用效果，从而为奶牛日粮的精准配制提供更全面的科学依据。