王洪荣：反刍动物氨基酸营养的特点及研究进展

反刍动物氨基酸营养的特点及研究进展

王洪荣(内蒙古畜牧科学院动物营养研究所)内容提要1.反刍动物蛋白质营养研究进展

2.反刍动物的氨基酸研究进展

2.1瘤胃微生物蛋白质合成2.2对瘤胃微生物氨基酸组成是否恒定的不同学术观点与争论2.3饲料非降解蛋白质氨基酸组成特性2.4小肠氨基酸供应量的预测2.5反刍动物对寡肽的吸收和利用的研究进展2.6参与瘤胃内肽代谢瘤胃微生物2.7组织中氨基酸代谢与周转2.8反刍动物的限制性氨基酸研究进展2.9反刍动物氨基酸平衡理论及理想氨基酸模式3.反刍动物氨基酸营养研究的展望1.反刍动物蛋白质营养研究进展人类对蛋白质营养研究至今已有100多年的历史。动物蛋白质营养代谢的研究一直是世界范围内引人关注又十分活跃的科学研究领域。

迄今为止，对反刍动物瘤胃内蛋白质消化和代谢的途径已基本摸清，但对一些氨基酸具体代谢途径和特点仍在继续研究中。20世纪中后叶是反刍动物瘤胃内蛋白质和氨基酸营养研究快速发展的时期。----瘘管术、食糜流通量测定和同位素技术的发展和应用，为深入研究反刍动物蛋白质营养提供了重要手段。----Burroughs等(1971)首次提出代谢蛋白质(MP)的概念，由此促进了反刍动物蛋白质营养向氨基酸营养深入，消除了过去认为蛋白质饲料质量如何似乎对反刍动物营养不重要的错误观点。----经过各国动物营养科学家的共同努力，在20世纪70至80年代已建立各国的蛋白质新体系。迄今为止，已有9个国家和地区相继建立起本国的反刍动物蛋白质营养新体系。----研究方法上改变了过去单纯以粗蛋白质或可消化蛋白质为研究对象的“黑箱”研究方法，将研究重点转移到进入小肠的不同来源氨基酸数量、组成模式和相应的评定方法上来。----20世纪90年代，蛋白质新体系的研究又逐渐向数量化和模型化发展研究的重点转向小肠吸收氨基酸之间的配比及其平衡关系的研究。美国康奈尔大学的学者们提出净碳水化合物和蛋白质体系(简称CNCPS)(Russell等，1992；Fox等，1992)。---反刍动物的肽营养研究成为蛋白质营养研究的另一个重要方面。2.反刍动物氨基酸营养研究进展

2.1瘤胃微生物蛋白质合成

微生物蛋白质是进入反刍动物小肠吸收氨基酸的重要来源。目前，国际上对微生物蛋白的测定方法尚无统一标准，现有5~6种估瘤胃微生物蛋白产量的方法，如无氮日粮法，DAPA法，RNA法，氨基酸组分法，同位素(35S，15N，32P)法和尿中嘌呤衍生物法(PD)等。其中以RNA法和DAPA法应用最广泛。但这两种方法都需要采用差速离心法分离瘤胃微生物样品。差速离心速度尚未统一,多数研究者将瘤胃原虫随饲料残渣一起弃掉。瘤胃微生物蛋白一般被认为是细菌蛋白质。如果研究原虫对微生物蛋白质的贡献，有必要对现行的微生物蛋白分离和测定方法加以改进和规范。2.2对瘤胃微生物氨基酸组成是否恒定的不同学术观点与争论在过去30多年来多数研究者认为瘤胃微生物的氨基酸组成恒定(Weller，1957；Storm和rskov，1983；Oldham和

Tamminga，1980)。进入90年代初，动物营养学界对这一观点提出质疑，以美国伊利诺斯大学Clark教授为代表的学者在1992年提出瘤胃微生物的氨基酸组成比例是可变的观点，法国Rulquin和Verite(1990)用大量实验资料支持了Clark提出的观点。王洪荣(1998)用

饲喂豆饼、亚麻饼和血粉三种不同氮源日粮的绵羊瘤胃分离微生物发现对瘤胃微生物中某些氨基酸比例有一定影响，饲喂血粉日粮绵羊瘤胃分离微生物中His、Leu、Val比例较豆饼和亚麻饼日粮有所提高。可见，在实际研究中应注意不同日粮对瘤胃微生物氨基酸组成的影响。

表1绒山羊和绵羊瘤胃微生物蛋白中氨基酸的组成（g/100gAA）

Table1Compositionsofaminoacidsinruminalmicrobialproteinofcashmeregoatsandsheep(g/100gAA)

种类日粮类型LysMetCysThrHisArgLeuIleValPhe绵羊1豆粕型8.511.180.355.012.505.069.105.906.025.47绵羊1亚麻粕型8.781.110.375.032.455.009.085.876.135.49绵羊1血粉型8.571.180.365.112.595.099.445.216.575.50山羊2豆粕型7.835.001.656.001.554.206.216.216.885.27资料来源：1.王洪荣，1998；2.甄玉国等，20012.3饲料非降解蛋白质氨基酸组成特性

测定饲料蛋白质在瘤胃降解率的方法:体内法(Invivo)

体外法(Invitro)

尼龙袋法(Insitu)，其中以尼龙袋法应用最普遍。

rskov和McDonald(1979)提出蛋白质瘤胃降解动态模型为P=a+b(1-e-ct)，它已成为目前世界各国普遍采用的方法。但目前尚未制定统一的国际通用标准，采用不同方法测定得出的结果差别较大。

2.4.小肠氨基酸供应量的预测

世界各国学者围绕建立小肠氨基酸供应模型和参数测定方面进行了大量研究:—法国和北欧国家曾在奶牛中进行了较多研究(Tamminga和VanHellemond，1977;INRA，1989)。其主要目标是试图用日粮或饲料原料的化学组成来预测小肠氨基酸的供应量和组成，在其建立的模型中包含有可消化碳水化合物(DCHO)和蛋白质降解率(PED)这两个重要参数。—O'Connor等(1993)在CNCPS体系中提出预测小肠氨基酸供应量的模型，把饲料蛋白质剖分为不同部分(A、B1、B2、B3和C)作为模型参数，并把小肠氨基酸剖分为微生物蛋白质来源氨基酸与非降解饲料蛋白质来源的氨基酸两部分。这样的模型较符合反刍动物蛋白质营养生理特点，是当今一种较为客观的动态预测模型。目前，国际上对反刍动物氨基酸小肠消化率的测定的常用方法有：—体内法(瘘管法)—半体内法(可动小尼龙袋法，简称MBT法)—体外酶解率(“三步法”，Calsamiglia等，1995;李建国，1997)王洪荣(1998)运用体内法测定在绵羊小肠必需氨基酸表观消化率：Met80.76%、Thr64.04%、Ile73.77%、Leu81.48%、Val76.40%、Phe78.79%、Arg71.13%和His73.95%。

2.5.反刍动物对寡肽的吸收和利用的研究进展

发现小肠细胞刷状缘膜囊存在肽转运体系，并已成功克隆了转运体的基因片段（Matthen等，1996）.

小肽在动物肠道内吸收是氨基酸吸收的另一种重要形式(Adibi和Kim，1981;Webb，1990;Matthews，1991;Webb和Bergman，1991)。动物肠道同时具有小肽吸收和游离氨基酸吸收两种并存机制，是动物为适应环境和摄取营养状况变化的一种自我营养调控机制(Webb，1990)。瘤胃微生物对肽的摄取和利用(Wallace,1980)完全证实反刍动物瘤胃和瓣胃存在有大量肽的吸收和转运(Webb,1992)，对于反刍动物而言，瘤胃和瓣胃是肽形式氨基酸的主要吸收部位（Matthews等，1991）。小肽具有众多生物活性作用。氨基酸营养和肽营养是反刍动物蛋白质营养的两个重要方面。推动动物理想氨基酸模式理论和技术实现新的跨越,推动反刍动物蛋白质饲养体系实现重大的理论和技术创新.王岗（2001）利用差异灌注和慢性血插管技术对绵羊小肠的肽吸收的研究表明：绵羊小肠对瘤胃液提取肽吸收率约为37%，而在小肠壁利用吸收的游离氨基酸合成肽的合成率约为20%左右，且不同来源的肽其小肠吸收率存在着显著差异。

2.6参与瘤胃内肽代谢瘤胃微生物参与瘤胃内肽代谢瘤胃微生物有20多种细菌和原虫，其中最重要的优势菌群是栖瘤胃拟杆菌属（以前称Bacteroidesruminicola，现称

Prevotellaruminicola，它在瘤胃被发现4个品种：P.ruminicola23TP.brevisGA33P.bryantiiB14P.albensisM384同时发现二肽肽酶有4种类型:DPP-Ⅰ,DPP-Ⅱ,DPP-Ⅲ,DPP-Ⅳ寡肽在瘤胃内的降解机制（二步机制）2.7组织中氨基酸代谢与周转2.7.1肝脏的氨基酸代谢

吸收后的氨基酸在肝脏的代谢途径：①以游离氨基酸的形式滞留在血管内外；②转化为特殊的氮代谢物（如芳香族氨基酸转化为神经递质，Gly转化为马尿酸，小寡肽的合成）；③氧化提供能量和非氮中间代谢物；④合成并入肝脏和外运蛋白（Wray-Cahen等，1997）。

2.7.2外周组织的蛋白质周转外周组织包括肌肉、骨骼、皮肤、脂肪和乳腺等组织，重量占全身的80～90%。在正常状态下，成年牛和绵羊肌肉蛋白质约占全身的50～60%，皮肤占11～19%，内脏器官占30%左右。如果从动态代谢的角度看，肌肉的蛋白质合成速率却最低，皮肤次之，内脏器官的合成速率最高，它们各自的蛋白质合成量占全身蛋白质合成总量的比例约为18%、20%和35～45%。

2.7.3

组织氨基酸代谢的分配

图1生长绵羊不同体组织蛋白质周转率（g·d-1）。从AA库流向特定组织的氨基酸表示蛋白质合成，流向氨基酸库的氨基酸表示蛋白质降解；Ps表示蛋白质合成。（引自MacRea(1993)）AApoolTotalPs280肌肉Totalaccretion39gday-1肠道皮肤肝脏211410羊毛l4272570563549

2.8反刍动物的限制性氨基酸研究进展

反刍动物限制性氨基酸的研究方法和进展

递增法(Supplementalmethod)递增法是确定限制性氨基酸的经典实验方法。其基本原理是通过瘤胃后灌注以递增梯度的某种氨基酸，观察是否提高动物生产指标(如氮沉积、增重、产奶等)。当第一限制性氨基酸确定后，再确定第二、三种限制性氨基酸，并依次类推。这种方法的缺点是不能证实某种氨基酸不是限制性氨基酸。即使某种氨基是第一限制性氨基酸，一旦这种氨基酸变为第二限制性氨基酸，补饲效应则显示不出来。因此，该方法不能说明氨基酸的真实限制程度。但这种方法因所需补饲氨基酸总量相对较少、所用实验次数也较少、相对节省实验经费而一直被一些研究者采纳(Schwab等，1977；Richardson和Hafield，1978)。递减法(Removalmethod)

该法分两步，首先补饲所研究的全部氨基酸作为对照组，然后从对照组中依次去除固定比例(一般为20%左右)的每种补饲氨基酸，从而观察去除某种氨基酸后的效应(如氮沉积、日增重、产奶量等)。然后根据效应大小来确定限制性氨基酸次序。这种方法的优点是不仅可确定限制性氨基酸次序，而且还可确定氨基酸的相对限制程度。这种方法在实用日粮条件下应用时需要先测定进入小肠吸收的氨基酸数量和比例，然后才能确定对照组的补饲水平。王洪荣(1998)首次提出采用动态增量模型来计算对照组的补饲剂量,在研究方法上有突破和创新,并提出了在实用日粮条件下研究反刍动物限制性氨基酸的新方法。

灌注氨基酸数量采用以下数学模型计算:

Di(Qi+ΔXi)————————=Ri

nDtQt+∑DiΔXi

i=1

上述模型可转化为:

Di

nDiQi

—ΔXi—∑DiΔXi=DtQt

－——

Ri

i=1Ri其中:Di:第i种氨基酸在绵羊小肠消化率(%)，

Qi:第i种氨基酸在绵羊十二指肠流量(g/d)，

Dt:进入绵羊小肠总氨基酸的消化率(%)，

Qt:进入绵羊十二指肠中各种氨基酸总流量(g/d)，

Xi:第i种氨基酸所需的灌注量(g/d)，

Ri:第i种氨基酸在肌肉蛋白中所占比例。上述模型中的各种参数由实验测定氨基酸在绵羊小肠消化率、食糜流通量和氨基酸流通量，然后组成i×(i+1)阶矩阵，借助微机编制Basic程序可解出Xi

，如果求得Xi>0，表示需添加(灌注)Xi后才能满足给定的目标氨基酸模式需要；Xi<0，则表示该种氨基酸超量，不需添加补充。

对照组效应值–递减组效应值氨基酸的相对限制程度=——————————————×100%对照组效应值饲喂玉米型日粮生长绵羊的6种限制性氨基酸及其相对限制程度(王洪荣,1998)限制性氨基酸研究的评价指标

氮平衡值：

经典的“黑箱”实验技术。

血浆游离氨基酸浓度(broken-line或two-phase)：

Gly/OAA可作为评价机体氨基酸利用状况的一个指标。

氨基酸分(SAA)

蛋白质周转率(Proteinturnover)

目前，蛋白质合成的测定主要采用同位素示踪技术。示踪同位素又分为稳定性同位素(如15N)和放射性同位素(14C，3H等)。灌注同位素的方法有恒流连续灌注法和大剂量一次性灌注法(Largedoseorflooddose)。

尿中3-甲基组氨酸(NMH)/肌酐(Creatinine)比值

2.9反刍动物氨基酸平衡理论及理想氨基酸模式氨基酸平衡理论的产生及其意义

氨基酸配比（Osborne和Mende，1914）。

氨基酸不平衡(Harper，1964)

“理想蛋白质”（Cole，1979）氨基酸平衡与动物生产的关系氨基酸平衡日粮优化配合是减少动物的粪、尿氮排出量，提高动物体内氮沉积和蛋白饲料利用效率以及减少动物排泄物对环境污染的重要途径。反刍动物氨基酸平衡及理想氨基酸模式的研究进展

—前人在奶牛理想氨基酸研究中做了