机制性NASEM模型下日粮粗蛋白水平对育肥内洛尔牛生产性能、养分消化率及模型预测准确性的影响

《Tropical Animal Health and Production》：The evaluation of dietary protein levels and the comparative application of the NASEM model for ration formulation in finishing Nellore cattle

　　

通常，真蛋白源（true protein sources）是舍饲肉牛（feedlot cattle）饲料配方中最昂贵的原料。然而，低蛋白日粮（low-protein diets）可能限制动物生产性能。本研究旨在利用机制性NASEM模型（mechanistic NASEM model）配制代谢蛋白（metabolizable protein, MP）水平相近而粗蛋白（crude protein, CP）含量不同的日粮，并评估这些调整对舍饲内洛尔公牛（feedlot Nellore bulls）生产性能和养分消化率（nutrient digestibility）的影响。共120头内洛尔公牛（初始体重=386.18±23 kg；24±1月龄）分配至15个圈栏（8头/栏）。采用随机完全区组设计，公牛按初始体重分为5个区组。每个区组内，圈栏随机分配至三种粗蛋白（CP）浓度不同的日粮处理：高CP（HCP）、中CP（MCP）和低CP（LCP），同时所有日粮维持相同代谢蛋白（MP）水平。CP和MP浓度如下：HCP：140 g CP/kg干物质（dry matter, DM）和86 g MP/kg DM；MCP：125 g CP/kg DM和86 g MP/kg DM；LCP：110 g CP/kg DM和86 g MP/kg DM。终体重（final BW；P<0.001）、平均日增重（average daily gain, ADG；P=0.003）以及干物质采食量（dry matter intake, DMI；P<0.001）随日粮CP浓度升高呈线性增加。同样，热胴体重和冷胴体重（P=0.002）以及胴体增重（carcass gain；P<0.001）随日粮CP水平升高呈线性增加。将NASEM模型预测值与观测数据比较，模型预测的DMI在14%和12.5% CP处理中分别比观测值低约15%和10%。此外，NASEM估计的DMI在11% CP处理中比观测采食量高3%。总之，通过用真蛋白替代淀粉将日粮CP从11%提高至14%可增加DMI并改善舍饲内洛尔公牛的生产性能。机制性NASEM模型低估了含12.5%和14% CP日粮的DMI，从而导致舍饲内洛尔公牛的MP、能量平衡（energy balance）和ADG预测值偏低。

研究背景：舍饲育肥应以调整日粮能量和蛋白水平、提高微生物蛋白合成并降低环境氮排泄为目标，以提升经济与生产效率。蛋白源是舍饲肉牛日粮中成本最高的原料；低蛋白水平可限制动物生产性能，过量蛋白则因氮排泄耗能而降低效率（Hales et al. 2013）。平衡日粮蛋白可提高瘤胃微生物对氮的捕获效率，减少尿素和氨态氮损失（Vasconcelos and Galyean 2007）；过量瘤胃可降解蛋白（rumen-degradable protein, RDP）或低质量蛋白源会增加氮排泄及氨挥发和氧化亚氮排放（Coelho et al. 2022）。Silvestre and Millen (2021) 报道巴西营养师配方平均含13.7%粗蛋白（crude protein, CP），范围12%–15.8%；而NASEM (2016) 和Valadares et al. (2016) 对内洛尔牛推荐约11%和12.5% CP。巴西配方较高CP常源于原料变异和操作效率较低所需的安全边际。NASEM (2016) 提供经验模型和机制模型；机制模型考虑碳水化合物和蛋白降解动力学以确定总消化养分（total digestible nutrients, TDN）、微生物蛋白（MP_mic）、RDP、瘤胃不可降解蛋白（rumen-undegradable protein, RUP）及肠道代谢蛋白（metabolizable protein, MP）可利用性，较精确但输入信息更多。因此，本研究用机制性NASEM模型配制MP相近而CP不同的日粮，评估其对舍饲内洛尔公牛生产性能和养分消化率的影响。研究人员开展随机完全区组试验，得出提高CP可增加DMI和改善生产性能，而NASEM在较高CP日粮中低估DMI并进而低估MP、能量平衡和平均日增重（average daily gain, ADG）的结论；这对热带条件下内洛尔牛日粮配方和模型输出解读具有实际意义。

关键技术方法（不超过250字）：研究经巴西Goiás联邦大学动物伦理委员会批准（protocol no. 050/19）。120头内洛尔公牛（初始体重=386.18±23 kg；24±1月龄）分配至15栏（8头/栏），按初始体重分5区组，采用随机完全区组设计，以栏为试验单位，每处理5重复。三种日粮HCP、MCP、LCP的CP分别为140、125、110 g/kg干物质（dry matter, DM），MP均86 g MP/kg DM，按NASEM公式并考虑氮循环估计配制。试验包括14 d适应和105 d试验期，甘蔗渣逐步替换；日粮含甘蔗渣100 g/kg DM和精料900 g/kg DM。测定DMI、表观养分消化率（以不可消化中性洗涤纤维为标记，d60–62采集粪样）及屠宰热胴体重和冷胴体重；采用SAS GLM进行线性和二次正交对比。

研究结果：
1. 养分摄入量：通过表2的采食量测定，随日粮CP浓度升高，养分摄入量线性增加；DMI由LCP的8.58 kg/d升至MCP的9.90 kg/d和HCP的10.21 kg/d（P<0.001），CP摄入由0.98升至1.21和1.42 kg/d（P<0.001），中性洗涤纤维（neutral detergent fiber, NDF）摄入由2.23升至2.36和2.59 kg/d（P=0.003），非纤维性碳水化合物（non-fibrous carbohydrate, NFC）摄入由4.75升至5.55和5.57 kg/d（P<0.001）。
2. 养分消化率：通过表2的表观消化率测定，养分消化率随CP升高线性下降；DM消化率由772降至699和607 g/kg（P=0.001），CP消化率由710降至649和563 g/kg（P=0.008），NDF消化率由675降至585和469 g/kg（P<0.001），NFC消化率由853降至780和732 g/kg（P=0.007）。
3. 生长性能与胴体性状：通过表3的饲养和屠宰测定，终体重由529.7 kg升至550.9和564.1 kg（P=0.003），ADG随CP升高而增加（P<0.001），DMI亦线性增加（P<0.001）；热胴体重由289.3升至300.6和312.0 kg（P=0.002），冷胴体重由287.6升至298.9和310.2 kg（P=0.002），胴体增重随CP升高线性增加（P<0.001）；胴体产量（P=0.089）和冷却损失（P=0.843）无处理差异；DMI存在处理×时间交互（P<0.001）。
4. NASEM预测与观测值比较：通过表4将模型预测与观测值比较，NASEM预测DMI在各处理间相似（8.87、8.88、8.84 kg/d；P=0.558），而观测DMI随CP线性增加；观测净维持能（net energy for maintenance, NE_m）和净增重能（net energy for gain, NE_g）无处理差异（P=0.809和P=0.804），观测/预期NE_m（1.026–1.038；P=0.772）和NE_g（1.032–1.044；P=0.861）亦相似；观测/预期DMI由LCP的0.967升至MCP的1.114和HCP的1.157（P=0.003），表明高CP日粮实际采食量高于模型预测。
5. 干物质采食量随试验周变化：通过图1的每周DMI占体重百分比分析，DMI存在处理×时间交互（P<0.001），显示不同CP处理采食曲线随时间变化。

讨论部分总结：作者指出，田间数据与NASEM (2016) 估计值最明显差异为DMI，HCP和MCP观测DMI高于预测。LCP以碎玉米替代豆粕，淀粉和NDF升高；作者推测这使LCP动物更快满足能量需求而降低DMI，且BRCORTE模型估计豆粕TDN比碎玉米低10%，可能影响采食预测。CP升高常伴随DMI增加，尤其低CP限制瘤胃氮供应时；充足RDP增强微生物生长和纤维发酵、提高瘤胃通过率并刺激采食（Owens and Basalan 2016; NASEM 2016）。低CP降低微生物生长所需氮可用性并降低DMI（Sitorski et al. 2019）；作者推测低氮限制瘤胃发酵、降低食糜通过率而降低采食，高CP则微生物活性更强、通过更快；最佳微生物活动需碳水化合物可利用性与NH₃浓度平衡（Zhang et al. 2020）。淀粉为快速发酵碳水化合物，可增强瘤胃细菌对NH₃的捕获；LCP RDP较低而淀粉较高，作者推测存在氮供应相对能量不足的营养不平衡。NASEM采食预测方程多源于温带Bos taurus牛，热带环境和Zebu牛代表性不足（Galyean et al. 2011; Anele et al. 2014），可能解释观测与预测DMI差异。日粮淀粉浓度约差14%（LCP 576.5 g/kg至HCP 505.6 g/kg），与DMI呈反向关系；Zebu牛对高淀粉日粮耐受性较低，易发生瘤胃酸中毒并抑制采食（Pacheco et al. 2012; Millen et al. 2015）；高淀粉增加瘤胃丙酸生成，丙酸为饱腹信号（Rathert-Williams et al. 2023）。试验早期LCP DMI较低，支持淀粉负荷、代谢反馈和采食行为相互作用。调整DMI后，NASEM预测性能与观测一致，说明其性能预测高度准确但依赖DMI正确估计；DMI是体重增重的主要决定因素（Davis et al. 2014）。试验后期DMI占体重百分比趋同；接近成熟体重时脂肪沉积增加，瘦素分泌增加并调节采食（Geary et al. 2003）；高DMI处理在第10周后下降，LCP持续低采食而无此下降，作者将其与脂肪沉积和瘦素释放联系；胴体产量呈线性趋势，较重胴体产量较高（Dirceu-Pazdiora et al. 2017）。各日粮MP相近但RDP不同：HCP较MCP或MCP较LCP降低10%，HCP较LCP降低20%；Wagner et al. (2010) 和Sitorski et al. (2019) 在taurine牛中报道RDP影响DMI，而Zebu牛相似RDP水平研究未见DMI差异（Amaral et al. 2018; Menezes et al. 2016），但样本量有限。消化率与DMI呈反向线性响应，低DMI动物通过率降低、微生物暴露延长、养分利用提高（Van Soest 1994; Hall et al. 2015）；Forbes (2007) 指出通过率降低可改善瘤胃发酵和挥发性脂肪酸产生。DMI增加是增重主要驱动，HCP通过更高DMI获得更高热胴体重和冷胴体重；冷却损失和胴体产量未受处理影响。

研究结论翻译：牛蛋白需要量建模进展显著，MP已成为动物对特定日粮反应的最准确预测因子。然而，本研究表明，NASEM模型在高蛋白浓度日粮中低估内洛尔牛DMI。该采食变异可能受MP和日粮NE_g之外因素影响。从实践角度看，这种低估可能导致日粮配方不准确，并可能造成养分供给过量或不足。因此，从事内洛尔牛特别是热带条件下工作的营养师应谨慎解释模型输出，并考虑根据观测生产性能调整预测采食量。此外，高淀粉浓度日粮导致DMI降低，因而与含14% CP豆粕日粮相比DMI降低。