降低可代谢蛋白日粮补充过瘤胃组氨酸对奶牛生产性能、氮利用效率和粪便氨排放的影响研究

《Journal of Dairy Science》：Effects of reduced metabolizable protein diets supplemented with rumen-protected His under adequate Met and Lys supply on production, nutrient digestibility, N utilization, and manure ammonia emissions in lactating cows

本研究针对降低日粮可代谢蛋白(MP)水平可能影响奶牛生产性能的问题，探讨了在满足蛋氨酸(mMet)和赖氨酸(mLys)需求条件下，补充过瘤胃组氨酸(RP-His)对泌乳奶牛的影响。结果表明，降低MP供给可提高氮利用效率(MNE)并减少氨排放，而补充RP-His未改善生产性能，提示在短期试验中内源性His可能弥补了潜在缺乏。该研究为低蛋白日粮配制提供了重要参考。

　　

随着全球乳制品需求的不断增长，如何实现可持续的奶业生产已成为行业关注的焦点。一方面，奶牛养殖需要保证高效的生产性能以获得经济效益；另一方面，奶牛生产过程中产生的氮排放等环境问题也日益受到重视。在奶牛日粮中，蛋白质饲料是成本最高的组成部分之一，但奶牛对日粮氮的利用效率并不高，大量未被利用的氮通过粪便和尿液排出，不仅造成资源浪费，还会转化为氨气(NH₃)和一氧化二氮(N₂O)等污染物，加剧温室效应和环境负担。

降低日粮粗蛋白(CP)水平是提高氮利用效率、减少氮排放的有效策略。然而，简单地降低日粮蛋白水平往往会带来生产性能下降的风险，特别是牛奶和乳蛋白产量的降低。为了解决这一矛盾，研究人员尝试在降低日粮可代谢蛋白(MP)的同时，补充限制性氨基酸，如过瘤胃蛋氨酸(RP-Met)和过瘤胃赖氨酸(RP-Lys)，以维持奶牛的生产性能。但研究结果并不一致，有些研究报道了积极效果，有些则未观察到改善。这种差异可能与其他限制性氨基酸的缺乏有关，特别是组氨酸(His)。

组氨酸之所以引起关注，是因为当奶牛摄入MP不足的日粮时，微生物蛋白(MCP)对总代谢氨基酸的贡献增加，而MCP中的组氨酸含量相对较低，这使得组氨酸可能成为新的限制性氨基酸。已有研究表明，在降低MP的日粮中补充过瘤胃组氨酸(RP-His)可以改善奶牛的生产性能，但结果并不一致。为了厘清这一科学问题，研究人员开展了本次研究，旨在明确在不同MP水平日粮中补充RP-His对泌乳奶牛生产性能、养分消化率、氮利用和粪便氨排放的影响。

本研究由K. Park、J. Kim、H. Hu、M. Kambara、K. Nakagawa和C. Lee合作完成，发表于《Journal of Dairy Science》。研究团队假设：降低MP供给会提高氮利用效率并减少氨排放，但会导致乳蛋白产量下降；而在MP不足时日粮中补充RP-His可以缓解这种下降，且不会影响氨排放。

为验证假设，研究团队设计了精巧的实验方案。他们选取了60头处于泌乳早期和中期的荷斯坦奶牛，按胎次、泌乳天数和产奶量等因素分为12个区组，采用随机区组设计。奶牛被随机分配至五种日粮处理之一：第一种是MP充足日粮(AdMP)，满足MP、蛋氨酸(mMet)、赖氨酸(mLy)和组氨酸(mHis)的需求；第二种是MP中度缺乏日粮(MDMP)，满足92.6%的MP需求，但mMet和mLys充足；第三种是在MDMP基础上补充RP-His以满足mHis需求的日粮(MDMPH)；第四种是MP缺乏日粮(DMP)，满足86.7%的MP需求，mMet和mLys充足；第五种是在DMP基础上补充RP-His以满足mHis需求的日粮(DMPH)。实验共进行8周，前2周为适应期，后6周为正式试验期。

在技术方法上，研究团队运用了多种先进手段。他们通过近红外分析等技术监测了奶牛的干物质采食量(DMI)、产奶量和乳成分变化，并采集血液样本检测了血浆氨基酸谱、尿素氮(PUN)等代谢指标。通过收集粪便和尿液样本，研究人员评估了养分全消化道消化率和氮平衡状况。特别值得一提的是，他们采用稳态空气通量室系统对重构的粪便进行了12天的孵化，精确测定了氨(NH₃)、甲烷(CH₄)和二氧化碳(CO₂)的排放量。统计分析则采用SAS软件的Mixed程序，评估了MP供给的线性和二次效应以及RP-His补充的影响。

生产性能与氮利用

研究结果显示，不同MP供给水平和RP-His补充对干物质采食量、产奶量、乳成分和体重变化均无显著影响。这一发现与预期不同，表明在满足mMet和mLys需求的条件下，将MP供给降低至需要量的86.7%并未对奶牛的生产性能产生负面影响。

牛奶尿素氮(MUN)则随着MP供给的降低呈线性下降趋势。在氮利用方面，降低MP供给线性降低了氮摄入量、尿氮和尿尿素氮(UUN)排泄量，但提高了牛奶氮效率(MNE)，从31.4%增加至38.3%。同时，氮平衡也随着MP供给的减少而下降，但对于MP中度缺乏日粮(MDMP)，氮平衡仍为正值，而MP缺乏日粮(DMP)的氮平衡虽为负值，但赤字很小，不足氮摄入量的1%。

血液代谢物与血浆氨基酸

降低MP供给线性降低了血尿素氮(BUN)和血浆尿素氮(PUN)浓度，同时血细胞比容(Hct)和血红蛋白(Hb)也有所下降。血浆中亮氨酸(Leu)、蛋氨酸(Met)、缬氨酸(Val)和支链氨基酸(BCAA)的浓度随着MP供给的减少而线性降低。血浆组氨酸(His)和苯丙氨酸(Phe)浓度也呈现下降趋势。值得注意的是，补充RP-His降低了蛋氨酸(Met)浓度，但对组氨酸(His)、肌肽(carnosine)以及1-甲基组氨酸(1-M-His)和3-甲基组氨酸(3-M-His)的浓度没有影响。

养分消化率与粪便特性

降低MP供给线性降低了粗蛋白(CP)的全消化道消化率，对有机物(OM)的消化率也有降低趋势。然而，粪便和尿液的排泄量以及二者的比例未受处理影响。尽管NDF消化率数值上随MP降低而下降，但差异不显著。

粪便气体排放

降低MP供给线性减少了每日和累积的NH₃排放量，但对CH₄和CO₂排放率无显著影响。补充RP-His对NH₃排放没有影响，但 tended to 降低CO₂的排放率和累积排放量。

研究结论与讨论

本研究得出几个重要结论：首先，在满足mMet和mLys需求的条件下，降低MP供给可以提高氮利用效率并减少氨排放，且不会影响奶牛的生产性能。这一发现对制定低蛋白日粮策略具有重要意义，表明通过精准补充限制性氨基酸，可以在不影响生产的前提下实现环境友好型养殖。

其次，补充RP-His未能改善生产性能，这可能是因为在6周的实验期内，奶牛并未出现明显的组氨酸缺乏。研究人员推测，内源性组氨酸源(如血红蛋白和肌肽)可能在一定时间内弥补了潜在的组氨酸不足，从而避免了生产性能的下降。

关于MP缺乏但生产性能未受影响的现象，研究人员提出了几种可能解释。一种可能是NASEM(2021)模型高估了MP缺乏程度，另一种可能是该模型低估了MP允许的产奶量，特别是在MP负平衡情况下。回归分析支持了后一种解释，表明NASEM(2021)模型确实低估了MP缺乏日粮喂养奶牛的产奶量。

血浆蛋氨酸(Met)浓度随MP供给减少而增加的现象值得关注。这可能是因为在MP缺乏情况下，蛋氨酸的循环利用减少，或者是由于随着MP降低，RP-Met的添加量增加，导致蛋氨酸相对于其他氨基酸的供应比例升高。

本研究的结果对奶业生产具有重要指导意义。它表明，通过精准调整日粮氨基酸平衡，可以在不影响生产性能的前提下实现氮减排目标，为可持续奶业发展提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索内源性组氨酸源的贡献机制，以及在不同生产阶段和更长实验期内组氨酸的精确需求，为低蛋白日粮的优化提供更多理论支持。