反芻動(dòng)物氨基酸需要的研究

反芻動(dòng)物氨基酸需要的研究

反芻動(dòng)物和動(dòng)物在體內(nèi)通過消化氨基酸和少量氨基酸進(jìn)行吸收和利用。但反芻動(dòng)物具有功能獨(dú)特的瘤胃,可以降解日糧中相當(dāng)比例的粗蛋白質(zhì)(CP),合成微生物蛋白質(zhì)(MCP)。MCP對(duì)可代謝蛋白質(zhì)的貢獻(xiàn)在50%以上(李福昌等1997;NRC,1996),并且其必需氨基酸(EAA)組成比較平衡,因此過去人們?cè)J(rèn)為反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)的需求主要是量的需求,其必需氨基酸需要量都能由MCP滿足(Perry,1980)。實(shí)際上MCP的氨基酸組成與肉牛生長(zhǎng)的理想氨基酸模式相比仍有差距(Richardson等,1978;Storm等,1984)。真胃和小腸氨基酸的不平衡使得肉牛無(wú)法充分表現(xiàn)其生產(chǎn)潛能,也不能對(duì)蛋白質(zhì)資源進(jìn)行最佳利用。最近的一系列氨基酸或蛋白質(zhì)灌注試驗(yàn)(Houseknecht等,1992;Robinson等,1994;Compbell等,1997)也證明肉牛的生長(zhǎng)受到蛋白質(zhì)供給數(shù)量和質(zhì)量的共同影響(NRC,1996)。自70年代以來,畜牧工作者們?cè)诜雌c動(dòng)物的氨基酸營(yíng)養(yǎng)研究方面做了大量工作。反芻動(dòng)物具有獨(dú)特的生理特點(diǎn),因此研究反芻動(dòng)物氨基酸需要量的具體方法與研究單胃動(dòng)物氨基酸需要量的方法不完全相同。1真胃和小鼠的eaa流量和組成Becker等(1954)通過分析滿足生產(chǎn)需要的日糧必需氨基酸(EAA)組成和數(shù)量來估計(jì)單胃動(dòng)物的EAA需要量,這些日糧能夠滿足動(dòng)物在特定條件下最大生產(chǎn)性能的需要。對(duì)反芻動(dòng)物而言,則必須通過估計(jì)真胃或小腸的氨基酸流量和組成來確定其EAA需要量。Goedeken等(1990a,b)分別計(jì)算了給閹牛飼喂10種不同日糧時(shí)小腸的EAA流量和組成,這10種日糧具有相同的基礎(chǔ)成分和不同的蛋白質(zhì)補(bǔ)充料,均使動(dòng)物實(shí)現(xiàn)了最大的生產(chǎn)性能。Wilkerson等(1993)根據(jù)這些小腸的EAA流量數(shù)據(jù),分析各種EAA的CV值(變異系數(shù)),認(rèn)為CV最小的蛋氨酸(Met)為第1限制性氨基酸,并估計(jì)其需要量為11.9g/d。此方法誤差較大,但用該方法得出的需要量仍不失為相似生產(chǎn)條件下的一種有用的指導(dǎo)。2屠龍氨基酸分析2.1機(jī)體氨基酸組成生長(zhǎng)動(dòng)物的氨基酸需要量主要由機(jī)體中沉積的蛋白質(zhì)和排出的內(nèi)源蛋白質(zhì)的數(shù)量和組成決定(Michell,1950;Beermann,1998)。Block等(1944)注意到營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的蛋白質(zhì)在EAA組成上與采食該種蛋白質(zhì)的動(dòng)物的EAA組成大體相似,于是提出了生長(zhǎng)動(dòng)物的EAA需要量由體蛋白質(zhì)的EAA組成來確定的理論。采用屠體氨基酸分析法對(duì)大鼠(Michell,1950;Williams等,1954)、雞(Fisher等,1954;Williams等,1954)和豬(Williams等,1954)的機(jī)體氨基酸組成模式與需要量所作的比較研究結(jié)果表明二者具有很好的相關(guān)性。這些研究結(jié)果為用屠體分析的機(jī)體氨基酸組成模式作為評(píng)定動(dòng)物EAA需要量的模型提供了依據(jù)。2.2動(dòng)物體的氨基酸組成Hogen(1974)、McCance等(1978)和Evans等(1986)分別分析了肉牛選定肌肉組織的EAA組成模式(表1)。3項(xiàng)測(cè)定結(jié)果之間的差別比較大,很可能是由于選定組織、測(cè)定方法和品種等差別造成的。另外一些研究(Williams,1978;Rohr等,1991;Ainslie等,1993)分析了整個(gè)動(dòng)物體的EAA組成(表1)。Fox等(1995)用根據(jù)第1限制性氨基酸預(yù)測(cè)允許增重的模型進(jìn)行敏感性分析,結(jié)果表明,與選定肌肉組織的氨基酸模式(Hogen,1974;Evans等,1986)相比,用整個(gè)動(dòng)物體的氨基酸組成模式進(jìn)行預(yù)測(cè)的偏差較小。這不難理解,因?yàn)樯L(zhǎng)動(dòng)物吸收的氨基酸不僅沉積到肌肉組織中,而且也沉積到骨、內(nèi)臟和體液等組織中。動(dòng)物體實(shí)際上可分為3部分:①內(nèi)臟。②頭、足、尾和皮毛。③胴體。各自在整個(gè)動(dòng)物體中所占的比例大致為:內(nèi)臟12%,頭、足、尾和皮毛25%,胴體63%(Williams,1978;Ainslie等,1993)。表2給出了3部分的氨基酸組成,從中可以看出三者之間的差別較大。為此,康乃爾凈碳水化合物和蛋白質(zhì)體系(CNCPS,1993)和NRC(1996)采用3項(xiàng)整個(gè)動(dòng)物體屠體分析數(shù)據(jù)(Williams,1978;Rohr等,1991;Ainslie等,1993)的平均值(表1)作為維持和增重的EAA凈需要量組成模式。2.3cap的氨基酸消耗量模型Fenderson等(1975)通過梯度灌注試驗(yàn)得出體重為274kg,增重速度為0.73kg/d的荷斯坦閹牛的含硫氨基酸(SEAA)需要量為18.6g/d,再直接以屠體分析的體組織EAA模式作為閹牛的可吸收EAA需要模式得出了全部可吸收EAA的需要量。在幾個(gè)蛋白質(zhì)新體系的氨基酸需要量模型中(Evans等,1986;CNCPS,1993;NRC,1996),都是根據(jù)體組織的EAA模式以及維持和增重的凈蛋白質(zhì)需要量計(jì)算出EAA的凈需要量,再除以EAA用于維持和增重的效率得出可吸收EAA需要量。2.4eaa的轉(zhuǎn)化效率可吸收EAA的轉(zhuǎn)化效率主要由兩部分決定——蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)和“理想氨基酸混和物”的利用效率(Oldham,1987)。此文中提出“理想氨基酸混和物”用于滿足所有生理功能的利用效率均為85%,而生物學(xué)效價(jià)則隨日糧中過瘤胃蛋白質(zhì)的來源不同而變化。當(dāng)EAA供給量接近需要量時(shí),其轉(zhuǎn)化效率會(huì)相當(dāng)高(Oldham,1984);Harper(1983)發(fā)現(xiàn)支鏈脂肪酸可以被肝臟和體壁組織氧化;Lindsay(1982)也發(fā)現(xiàn)亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸分解代謝的速度比其他氨基酸快。據(jù)此,Evans等(1986)假定大部分EAA用于維持和生長(zhǎng)的轉(zhuǎn)化效率為85%,而亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸用于維持的轉(zhuǎn)化效率則為66%。NRC(1996)也采用了Evans等(1986)建議的EAA用于維持的轉(zhuǎn)化效率值。隨著體重的不同,EAA用于增重的效率逐漸下降(INRA,1988;Fox等,1992;Ainslie等,1993;NRC,1996)。Fox等(1992)認(rèn)為在體重為0～181kg、181～363kg和363kg以上時(shí)EAA用于增重的效率分別為0.75、0.5和0.4。INRA(1988)提出一個(gè)公式來描述體重與EAA用于增重的效率之間的關(guān)系,CNCPS(1993)和NRC(1996)也用此公式確定EAA用于增重的轉(zhuǎn)化效率,其具體形式如下:如果EQSBW≤300kgEAA的轉(zhuǎn)化效率(%)=83.4-(0.114×EQSBW),其他情況為49.2%在這里,EQSBW為與NRC(1984)中型閹牛相對(duì)應(yīng)的縮水體重?，F(xiàn)有蛋白質(zhì)新體系都力圖用一個(gè)數(shù)值表示所有EAA用于增重的利用效率,就是用MP的利用效率代替EAA的效率。實(shí)際上各種可吸收EAA用于增重的效率可能并不完全相同。根據(jù)理想蛋白質(zhì)的概念判斷,似乎只有當(dāng)可吸收EAA的比例完全符合理想蛋白質(zhì)的模式時(shí),各種EAA的效率值才有可能相同。Oldham(1980)、Heger等(1989)報(bào)道認(rèn)為每種氨基酸都有一個(gè)獨(dú)立的效率值,其大小取決于蛋白質(zhì)的生物學(xué)效價(jià)以及EAA供給量與需要量的相對(duì)情況。Ainslie等(1993)認(rèn)為現(xiàn)有的幾個(gè)氨基酸模型(CNCPS,1993;NRC,1996)的共同缺陷就是把所有可吸收EAA的代謝效率值設(shè)定為相同的數(shù)值。3真胃或東南角瘺管梯度灌注測(cè)定法是應(yīng)用最多的一種測(cè)定反芻動(dòng)物氨基酸需要量的方法。采用該方法測(cè)定需要量時(shí)必須給反芻動(dòng)物裝上真胃或十二指腸瘺管。應(yīng)用該方法的關(guān)鍵是:①使待試氨基酸成為第一限制性氨基酸。②保證其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和EAA充足且相對(duì)平衡,動(dòng)物對(duì)待試氨基酸的最大反應(yīng)不因其他養(yǎng)分不足而受到限制(Titgemeyer等,1990)。該方法在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了3種不同的具體形式,現(xiàn)總結(jié)如下。3.1基礎(chǔ)日糧中paa和lys的濃度對(duì)日糧品質(zhì)的影響利用基礎(chǔ)日糧滿足動(dòng)物除待試氨基酸外其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要,僅灌注待試氨基酸。最早采用此方法的是Williams等(1974)。在其研究中給活重110～160kg,日增重0.4kg的閹牛飼喂A(碎玉米+稻草+花生餅粉,20gN/kgDM)、B(碎玉米+稻草+玉米蛋白粉,20gN/kgDM)和C(碎玉米+稻草+花生餅粉,10gN/kgDM)3種日糧,在飼喂日糧A、C時(shí)梯度灌注L-蛋氨酸(L-Met),在飼喂日糧B時(shí)梯度灌注L-賴氨酸(L-Lys),再根據(jù)血漿氨基酸(PAA)的反應(yīng)情況來估計(jì)含硫必需氨基酸(SEAA)和Lys的需要量。在A、C日糧中,PAA都出現(xiàn)了二階段曲線斷點(diǎn)反應(yīng),表明Met是第一限制性氨基酸,而在B日糧中PAA則呈線性上升,這表明基礎(chǔ)日糧中的Lys不是第一限制性氨基酸。由A日糧得出的Met需要量比由C日糧得出的數(shù)值大,因?yàn)锳日糧支持的生長(zhǎng)速度較大。Fenderson等(1975)用此方法測(cè)定了體重為273kg,日增重為0.73kg,基礎(chǔ)日糧為玉米和燕麥的閹牛的SEAA、Lys、蘇氨酸(Thr)和色氨酸(Trp)需要量。從PAA的反應(yīng)來看,只有Met的灌注導(dǎo)致了兩階段曲線斷點(diǎn)反應(yīng)的發(fā)生。Titgemeyer等(1988)在測(cè)定體重為313kg,基礎(chǔ)日糧為玉米和玉米青貯料的閹牛的Met和Lys需要量時(shí)均沒有觀察到兩階段曲線斷點(diǎn)反應(yīng),說明二者都不是第一限制性氨基酸。上述幾項(xiàng)研究結(jié)果表明,采用基礎(chǔ)日糧加待試氨基酸灌注的方法難以保證待試氨基酸有明顯的兩階反應(yīng)發(fā)生。3.2半純合日糧met鑒于上述方法的缺點(diǎn),Titgemeyer等(1990)采用一種改進(jìn)過的方法來測(cè)定SEAA的需要量。他們給初始體重為294kg,日增重約為1.3kg的閹牛飼喂一種真蛋白質(zhì)含量極少的半純合日糧,從而使微生物蛋白質(zhì)成為進(jìn)入小腸的主要蛋白質(zhì)。每天從真胃灌注400g葡萄糖和296.4g按照除去SEAA后的酪蛋白模式配合而成的晶體氨基酸混合物,這樣就確保了能量的充足和待測(cè)氨基酸為明顯的限制性氨基酸。隨后給牛灌注不同梯度的Met,根據(jù)氮平衡試驗(yàn)結(jié)果得出SEAA的需要量為14.7g/d。Campbell等(1997)用相似的方法測(cè)定體重為160kg的荷斯坦閹牛的Met需要量。結(jié)果顯示在Cys充足的情況下,Met需要量為7.9g/d。3.3小鼠基礎(chǔ)氨基酸流量中eaa的補(bǔ)充情況Storm等(1984)發(fā)展了一種新的灌注方法來確定某種已知氨基酸組成模式的蛋白質(zhì)中EAA的限制順序、限制程度,并可根據(jù)EAA的限制程度確定可吸收EAA的最佳組成模式。該方法分為以下幾步進(jìn)行:①估計(jì)某種蛋白質(zhì)的可吸收氨基酸利用效率(U)。②測(cè)定小腸基礎(chǔ)氨基酸流量及相應(yīng)氮沉積。③按小腸基礎(chǔ)氨基酸流量中EAA的模式來配合EAA混合液,每種EAA的量均為基礎(chǔ)流量的(1-U)/U,從真胃灌注混合液,并測(cè)定相應(yīng)的氮沉積。④每次撤出混合液中的一種EAA,同時(shí)測(cè)定氮沉積,根據(jù)測(cè)定的氮沉積數(shù)據(jù)可以確定EAA限制順序的限制程度,再由限制程度即可確定各種限制性EAA在小腸基礎(chǔ)流量中應(yīng)該補(bǔ)充的數(shù)量。Storm等(1984)用此方法測(cè)定了MCP作為綿羊的唯一蛋白質(zhì)源時(shí)EAA的限制情況。結(jié)果顯示,在MCP中,Met、Lys、組氨酸(His)和精氨酸(Arg)分別為第1、第2、第3和第4限制性氨基酸,其含量分別為最佳需要量的80%、85%、94%和95%,其它EAA都沒有反應(yīng)(圖1)。Fraser等(1991)用此方法測(cè)定了泌乳奶牛的可吸收EAA最佳組成模式。但到目前為止還未見報(bào)道用此方法測(cè)定生長(zhǎng)肉牛的可吸收氨基酸需要模式。4日糧中的未降解蛋白質(zhì)正常情況下,微生物蛋白質(zhì)供給了肉牛50%以上的可代謝蛋白質(zhì)(MP)(NRC,1996),同時(shí)微生物蛋白質(zhì)的組成也相對(duì)穩(wěn)定,因此確定其氨基酸限制順序具有重要意義。Richardson等(1978)證明當(dāng)微生物蛋白質(zhì)為荷斯坦閹牛的唯一氮源時(shí),Met是第1限制性氨基酸,Lys、Trp分別為第2、第3限制性氨基酸。Storm等(1984)用微生物蛋白作為羔羊的唯一氮源所做的研究結(jié)果表明Met、Lys、Arg和His分別為第1、2、3、4限制性氨基酸。肉牛采食的日糧中通常都含有一定量的未降解蛋白質(zhì)(UIP),UIP的數(shù)量和組成將影響小腸的氨基酸組成和限制情況。Fenderson等(1975)報(bào)道在日糧中含有80%的大麥時(shí),Met為第一限制性氨基酸,大麥的降解率很高(80%;NRC,1996)。Abe等(1996,1997)給犢牛飼喂由玉米、豆粕和稻草組成的基礎(chǔ)日糧,通過維持食管溝反射補(bǔ)飼Lys+Met或Lys時(shí)發(fā)現(xiàn)Met為第1限制性氨基酸,Lys為第2限制性氨基酸,其中主要的日糧蛋白質(zhì)源豆粕的降解率也很高(70%～80%;NRC,1996)。Burris等(1976)和Titgemeyer等(1988)的研究結(jié)果顯示,在給閹牛飼喂以玉米為主的基礎(chǔ)日糧時(shí),Lys為第1限制性氨基酸。玉米中蛋白質(zhì)的降解率低(45%;NRC,1996),大部分不能降解,而且其中SEAA含量豐富,但含Lys較少。上述研究結(jié)果表明,如果日糧粗蛋白質(zhì)中