瘤胃能氮同步释放对瘤胃微生物蛋白质合成的影响

学 号：2013302110065,姓 名： 李 闯,导 师：王艳青 副教授,瘤胃能氮同步释放及其对瘤胃微生物蛋白质合成效率的影响,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,能氮同步释放理论的提出,能氮释放的匹配形式,能氮同步释放评价指标,影响能氮同步释放的因素,小结与展望,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,能氮同步释放理论的提出,饲料蛋白质在瘤胃的降解研究一直是反刍动物蛋白质营养研究的热点，在此基础上，一些国家相继建立了蛋白质营养新体系并提出了瘤胃能氮平衡的概念。瘤胃能氮平衡（RENB)虽考虑了日粮养分的浓度，但是有可能每天供应的总量平衡，由于饲料瘤胃降解特性不同而单位时间内不平衡，不能充分反映瘤胃微生物对养分动态利用过程，瘤胃能氮平衡仍具有黑箱性。仅仅改善能氮平衡并不一定就能增加微生物蛋白的产量，逐渐地或均匀地释放能量和氮也十分重要。在反刍动物的瘤胃发酵中，保持瘤胃中能量与氮源的释放在速度和数量上匹配，是提高瘤胃微生物蛋白质（ MCP）合成量的关键。(卜登攀 等，2002),动 物 营 养 与 饲 料 科 学,Jordan(1979)首次考虑瘤胃能氮释放速度对微生物蛋白合成的影响，瘤胃能氮同步释放概念雏形形成。瘤胃能氮同步释放（synchrony）是以瘤胃微生物生长理论为依据，通过日粮等同步化因子的调控，使日粮含氮物质和能量载体物质在瘤胃的发酵过程相匹配，日粮瘤胃降解过程中，每一时刻点瘤胃微生物可利用能量和氮源释放速度的匹配程度，在优化微生物生长的同时，促进瘤胃发酵的过程。能氮同步释放概念涉及微生物生长过程、瘤胃内微生物可利用能和可利用氮源的匹配形式及其二者的释放过程。因此,选用适宜的指标,定性或定量检测瘤胃能氮同步释放过程、衡量瘤胃能氮同步释放效果尤为关键。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,能氮释放的匹配形式,有关能氮释放同步性的研究多以静态的指标定性研究，在能量载体物质与含氮物质的匹配形式上主要有以下几种：氮与有机物比例( N：OM ) 可发酵氮与可消化有机物比例( RDN：DOM)可发酵氮与可发酵有机物比例( RDN：FOM)非结构性碳水化合物与瘤胃可降解蛋白比例( NSC：RDP)非结构性碳水化合物与可消化蛋白比例( NSC：DIP)等Sinclair等( 1993) 根据饲料养分在瘤胃的降解特性, 首先以动态模型化的形式提出了能氮释放的同步性指数( synchrony index , SI)。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,其中: SI表示同步性程度, 数值在01之间，数值越小, 同步性愈差； 25指每千克瘤胃内可消化有机物所含氮量,即氮与有机物两者之间理想比例。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,能氮同步释放评价指标,1.血液指标或其他代谢物指标血浆尿素氮（BUN）、乳尿素氮(MUN)及尿中尿素氮(UN) 浓度可作为瘤胃蛋白质降解率的间接标示物。( Kennedy,1980; Huntington,1986)研究结果表明, BUN的水平除了能反映日粮粗蛋白质的含量外, 也能反映日粮粗蛋白质与瘤胃可降解有机物( Oltner,1983) 的比例和蛋白质过瘤胃后的代谢。( Higginbotham 等，1989),动 物 营 养 与 饲 料 科 学,MUN与BUN一样, 都对日粮CP、RDP和UDP及蛋白能量比敏感, MUN浓度与非纤维性碳水化合物( NFC) 水平成负相关,因此,MUN的浓度可作为氮利用效率的有效检测指标，若能氮释放同步性高, 则氮利用效率高, MUN浓度相应低而稳定。(Ropstad,1999；Oltner, 1983)氨是微生物蛋白合成的主要氮源，瘤胃液相氨态氮(NH3-N)浓度反映瘤胃微生物可利用氮素数量，日粮粗蛋白含量与瘤胃NH3-N浓度高度相关，因此瘤胃氨氮浓度也常用作衡量氮利用状况的指标。 (Menke,1988),动 物 营 养 与 饲 料 科 学,2. MCP的合成量及其合成效率瘤胃能氮同步释放的理论基础是瘤胃微生物对含氮物质和能量载体物质的依赖性、选择性和时效性。因此, MCP是衡量同步性结果最直接的指标。衡量瘤胃微生物生长的指标主要有：微生物合成效率微生物细胞产量小肠微生物蛋白的贡献量等,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,微生物生长效率通常以瘤胃每千克可发酵有机物合成微生物氮( MN)表示；或以每克ATP所产生的微生物细胞克数表示。微生物蛋白合成效率也是能氮同步释放的关键性指标。通常用单位可消化有机物微生物蛋白的合成量(MN/DOM)或单位可消化蛋白(MN/RDN)产生的细菌粗蛋白克数表示。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,从目前研究的结果看，能氮同步释放在改善动物生产性能方面的研究尚存分歧。这方面的研究主要集中在通过日粮同步化调控，探讨能氮同步释放在机体氮沉积、生长性能、泌乳性能、繁殖性能等方面的作用。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,王宇星等（2012）以4只安装有瘤胃瘘管的杂交羊（东北细毛羊小尾寒羊）作为试验动物，采用44拉丁方试验设计。按尼龙袋试验中各原料有机物与蛋白质动态降解率的差异，将原料配制成拥有相似蛋白含量与消化能的日粮。以2种不同同步指数（SI）与两种饲喂频率（FF）组合处理，即组（SI=0.66，FF=2）组（SI=0.66，FF=4）组（SI=0.75，FF=2）组（SI=0.75，FF=4）试验周期为4期，测定指标包括瘤胃PH、NH3-N、挥发性脂肪酸（VFA）、菌体蛋白等。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,表1 不同处理条件下瘤胃发酵特征,0.04,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,表2 日粮饲喂频率与同步指数的差异对绵羊瘤胃内微生物蛋白的影响 mg100ml-1,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,综合pH、氨氮值和瘤胃微生物蛋白产量等因素，高SI、高FF条件下，等降低氨态氮浓度，提高丙酸浓度，改变绵羊瘤胃发酵模式。饲喂高SI、高FF日粮，瘤胃微生物蛋白的含量较高。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,影响能氮同步释放的因素,1.饲喂制度饲喂的相对时间和饲喂频率能够影响养分消化速率、流通速率和消化位点,上述因素均能影响瘤胃可降解N：OM 的比例。如改变饲喂频率可为瘤胃持续的提供N和能量, 饲喂次数越多, 每次动物获得的蛋白质和碳水化合物的同步性机会更大。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,2.粗饲料饲料经理化等方法处理后影响养分在瘤胃的释放速率，饲料颗粒的粒度，膨化、制粒等影响能氮释放速率。如牧草(尤其是施氮肥牧草),春秋含CP高而水溶性碳水化合物(WSC)相对低，由于缺乏可发酵有机物,则大量的牧草氮未能被整合为MCP而迅速释放为氨(Visser等,1998),因此在以牧草为主的日粮中添加能量物质或使补加的碳水化合物在瘤胃的释放与牧草氮同步(Vagnoni等,1997),有助于提高瘤胃氮的利用效率。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,2.精料影响日粮可降解氮的主要因素是碳水化合物的组成和利用率;日粮氮及碳水化合物的降解程度及降解率是决定微生物生长效率的主要因素。早期的研究多注重于日粮的粗蛋白的浓度，而没有考虑氮的降解特性。微生物氮源于NH3-N、AA前体物及肽，而肽与AA主要与日粮氮源有关。尽管日粮中氮浓度充足，但如果氮在瘤胃降解速率不同，同样会表现氮不足。不同氮源，由于蛋白质结构和二硫键存在差异，因此降解特性不同，日粮RDP与UDP组成不同。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,3.生物节律性瘤胃是一个稳衡的生物反应器，具有自我调节功能(卢德勋,1993)。瘤胃微生物的活动与宿主动物对瘤胃的反馈调控是否具有一定的节律，目前在这一方面的研究尚属空白。在恒定的“环境”条件下，实现生物节律与环境因子的同步化，有利于发挥机体正常的生理机能。因此，试验过程中,试验动物所处环境条件应保持其日常的采食活动方式，并尽量规律化，尽量避免与采食节律失同步。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,4.其它因素除上述因素外，诸如采食量(Kyriazakis和Oldham,1997)、日粮精粗比、食糜流通速率等因素亦可影响瘤胃微生物对能氮同步摄取利用。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,小结与展望,瘤胃内碳水化合物和粗蛋白同步降解的目的主要是提高微生物蛋白合成效率和氮的利用效率，瘤胃能氮同步释放的概念己经提出了30多年,但利用瘤胃同步释放指数或其它的方法来评价日粮OM 和CP在瘤胃同步发酵的假说与其验证试验结果尚不一致。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,1.能氮匹配形式间的差异除Sinclair等( 1993) 提出的同步性指数外, 其他学者对能氮释放同步性仅以定性静态指标说明。Sinclair 加权给出了同步性指数, 较好的反映了能氮在瘤胃的释放情况, 但该模型具有黑箱和表观性, 不能充分反映瘤胃微生物对能量载体物质和可利用氮的匹配情况。,2.瘤胃微生物利用氮源的多元性瘤胃微生物可直接利用的氮源有氨、AA-N 和内源氮,当日粮组成不同时，瘤胃内的氮源被微生物摄取的优先次序和效率并不恒定，同时这些氮源的利用受可利用能、NH3 和AA-N的影响。,动 物 营 养 与 饲 料 科 学,3.动物生理状态影响养分释放的同步性。消化道内尿素循环可以缓冲瘤胃氨氮浓度, 氮素循环在非同步性的日粮中高于同步性日粮( Huntington, 1999; Sunny,2007) 。瘤胃微生物的活性可能会自身调节瘤胃内可降解氮和有机