反刍动物氨基酸需要的研究

反刍动物氨基酸需要的研究

反刍动物和动物在体内通过消化氨基酸和少量氨基酸进行吸收和利用。但反刍动物具有功能独特的瘤胃,可以降解日粮中相当比例的粗蛋白质(CP),合成微生物蛋白质(MCP)。MCP对可代谢蛋白质的贡献在50%以上(李福昌等1997;NRC,1996),并且其必需氨基酸(EAA)组成比较平衡,因此过去人们曾认为反刍动物对蛋白质的需求主要是量的需求,其必需氨基酸需要量都能由MCP满足(Perry,1980)。实际上MCP的氨基酸组成与肉牛生长的理想氨基酸模式相比仍有差距(Richardson等,1978;Storm等,1984)。真胃和小肠氨基酸的不平衡使得肉牛无法充分表现其生产潜能,也不能对蛋白质资源进行最佳利用。最近的一系列氨基酸或蛋白质灌注试验(Houseknecht等,1992;Robinson等,1994;Compbell等,1997)也证明肉牛的生长受到蛋白质供给数量和质量的共同影响(NRC,1996)。自70年代以来,畜牧工作者们在反刍动物的氨基酸营养研究方面做了大量工作。反刍动物具有独特的生理特点,因此研究反刍动物氨基酸需要量的具体方法与研究单胃动物氨基酸需要量的方法不完全相同。1真胃和小鼠的eaa流量和组成Becker等(1954)通过分析满足生产需要的日粮必需氨基酸(EAA)组成和数量来估计单胃动物的EAA需要量,这些日粮能够满足动物在特定条件下最大生产性能的需要。对反刍动物而言,则必须通过估计真胃或小肠的氨基酸流量和组成来确定其EAA需要量。Goedeken等(1990a,b)分别计算了给阉牛饲喂10种不同日粮时小肠的EAA流量和组成,这10种日粮具有相同的基础成分和不同的蛋白质补充料,均使动物实现了最大的生产性能。Wilkerson等(1993)根据这些小肠的EAA流量数据,分析各种EAA的CV值(变异系数),认为CV最小的蛋氨酸(Met)为第1限制性氨基酸,并估计其需要量为11.9g/d。此方法误差较大,但用该方法得出的需要量仍不失为相似生产条件下的一种有用的指导。2屠龙氨基酸分析2.1机体氨基酸组成生长动物的氨基酸需要量主要由机体中沉积的蛋白质和排出的内源蛋白质的数量和组成决定(Michell,1950;Beermann,1998)。Block等(1944)注意到营养价值高的蛋白质在EAA组成上与采食该种蛋白质的动物的EAA组成大体相似,于是提出了生长动物的EAA需要量由体蛋白质的EAA组成来确定的理论。采用屠体氨基酸分析法对大鼠(Michell,1950;Williams等,1954)、鸡(Fisher等,1954;Williams等,1954)和猪(Williams等,1954)的机体氨基酸组成模式与需要量所作的比较研究结果表明二者具有很好的相关性。这些研究结果为用屠体分析的机体氨基酸组成模式作为评定动物EAA需要量的模型提供了依据。2.2动物体的氨基酸组成Hogen(1974)、McCance等(1978)和Evans等(1986)分别分析了肉牛选定肌肉组织的EAA组成模式(表1)。3项测定结果之间的差别比较大,很可能是由于选定组织、测定方法和品种等差别造成的。另外一些研究(Williams,1978;Rohr等,1991;Ainslie等,1993)分析了整个动物体的EAA组成(表1)。Fox等(1995)用根据第1限制性氨基酸预测允许增重的模型进行敏感性分析,结果表明,与选定肌肉组织的氨基酸模式(Hogen,1974;Evans等,1986)相比,用整个动物体的氨基酸组成模式进行预测的偏差较小。这不难理解,因为生长动物吸收的氨基酸不仅沉积到肌肉组织中,而且也沉积到骨、内脏和体液等组织中。动物体实际上可分为3部分:①内脏。②头、足、尾和皮毛。③胴体。各自在整个动物体中所占的比例大致为:内脏12%,头、足、尾和皮毛25%,胴体63%(Williams,1978;Ainslie等,1993)。表2给出了3部分的氨基酸组成,从中可以看出三者之间的差别较大。为此,康乃尔净碳水化合物和蛋白质体系(CNCPS,1993)和NRC(1996)采用3项整个动物体屠体分析数据(Williams,1978;Rohr等,1991;Ainslie等,1993)的平均值(表1)作为维持和增重的EAA净需要量组成模式。2.3cap的氨基酸消耗量模型Fenderson等(1975)通过梯度灌注试验得出体重为274kg,增重速度为0.73kg/d的荷斯坦阉牛的含硫氨基酸(SEAA)需要量为18.6g/d,再直接以屠体分析的体组织EAA模式作为阉牛的可吸收EAA需要模式得出了全部可吸收EAA的需要量。在几个蛋白质新体系的氨基酸需要量模型中(Evans等,1986;CNCPS,1993;NRC,1996),都是根据体组织的EAA模式以及维持和增重的净蛋白质需要量计算出EAA的净需要量,再除以EAA用于维持和增重的效率得出可吸收EAA需要量。2.4eaa的转化效率可吸收EAA的转化效率主要由两部分决定——蛋白质的生物学效价和“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”用于满足所有生理功能的利用效率均为85%,而生物学效价则随日粮中过瘤胃蛋白质的来源不同而变化。当EAA供给量接近需要量时,其转化效率会相当高(Oldham,1984);Harper(1983)发现支链脂肪酸可以被肝脏和体壁组织氧化;Lindsay(1982)也发现亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸分解代谢的速度比其他氨基酸快。据此,Evans等(1986)假定大部分EAA用于维持和生长的转化效率为85%,而亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸用于维持的转化效率则为66%。NRC(1996)也采用了Evans等(1986)建议的EAA用于维持的转化效率值。随着体重的不同,EAA用于增重的效率逐渐下降(INRA,1988;Fox等,1992;Ainslie等,1993;NRC,1996)。Fox等(1992)认为在体重为0～181kg、181～363kg和363kg以上时EAA用于增重的效率分别为0.75、0.5和0.4。INRA(1988)提出一个公式来描述体重与EAA用于增重的效率之间的关系,CNCPS(1993)和NRC(1996)也用此公式确定EAA用于增重的转化效率,其具体形式如下:如果EQSBW≤300kgEAA的转化效率(%)=83.4-(0.114×EQSBW),其他情况为49.2%在这里,EQSBW为与NRC(1984)中型阉牛相对应的缩水体重。现有蛋白质新体系都力图用一个数值表示所有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。实际上各种可吸收EAA用于增重的效率可能并不完全相同。根据理想蛋白质的概念判断,似乎只有当可吸收EAA的比例完全符合理想蛋白质的模式时,各种EAA的效率值才有可能相同。Oldham(1980)、Heger等(1989)报道认为每种氨基酸都有一个独立的效率值,其大小取决于蛋白质的生物学效价以及EAA供给量与需要量的相对情况。Ainslie等(1993)认为现有的几个氨基酸模型(CNCPS,1993;NRC,1996)的共同缺陷就是把所有可吸收EAA的代谢效率值设定为相同的数值。3真胃或东南角瘘管梯度灌注测定法是应用最多的一种测定反刍动物氨基酸需要量的方法。采用该方法测定需要量时必须给反刍动物装上真胃或十二指肠瘘管。应用该方法的关键是:①使待试氨基酸成为第一限制性氨基酸。②保证其他营养物质和EAA充足且相对平衡,动物对待试氨基酸的最大反应不因其他养分不足而受到限制(Titgemeyer等,1990)。该方法在应用过程中出现了3种不同的具体形式,现总结如下。3.1基础日粮中paa和lys的浓度对日粮品质的影响利用基础日粮满足动物除待试氨基酸外其他营养物质的需要,仅灌注待试氨基酸。最早采用此方法的是Williams等(1974)。在其研究中给活重110～160kg,日增重0.4kg的阉牛饲喂A(碎玉米+稻草+花生饼粉,20gN/kgDM)、B(碎玉米+稻草+玉米蛋白粉,20gN/kgDM)和C(碎玉米+稻草+花生饼粉,10gN/kgDM)3种日粮,在饲喂日粮A、C时梯度灌注L-蛋氨酸(L-Met),在饲喂日粮B时梯度灌注L-赖氨酸(L-Lys),再根据血浆氨基酸(PAA)的反应情况来估计含硫必需氨基酸(SEAA)和Lys的需要量。在A、C日粮中,PAA都出现了二阶段曲线断点反应,表明Met是第一限制性氨基酸,而在B日粮中PAA则呈线性上升,这表明基础日粮中的Lys不是第一限制性氨基酸。由A日粮得出的Met需要量比由C日粮得出的数值大,因为A日粮支持的生长速度较大。Fenderson等(1975)用此方法测定了体重为273kg,日增重为0.73kg,基础日粮为玉米和燕麦的阉牛的SEAA、Lys、苏氨酸(Thr)和色氨酸(Trp)需要量。从PAA的反应来看,只有Met的灌注导致了两阶段曲线断点反应的发生。Titgemeyer等(1988)在测定体重为313kg,基础日粮为玉米和玉米青贮料的阉牛的Met和Lys需要量时均没有观察到两阶段曲线断点反应,说明二者都不是第一限制性氨基酸。上述几项研究结果表明,采用基础日粮加待试氨基酸灌注的方法难以保证待试氨基酸有明显的两阶反应发生。3.2半纯合日粮met鉴于上述方法的缺点,Titgemeyer等(1990)采用一种改进过的方法来测定SEAA的需要量。他们给初始体重为294kg,日增重约为1.3kg的阉牛饲喂一种真蛋白质含量极少的半纯合日粮,从而使微生物蛋白质成为进入小肠的主要蛋白质。每天从真胃灌注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体氨基酸混合物,这样就确保了能量的充足和待测氨基酸为明显的限制性氨基酸。随后给牛灌注不同梯度的Met,根据氮平衡试验结果得出SEAA的需要量为14.7g/d。Campbell等(1997)用相似的方法测定体重为160kg的荷斯坦阉牛的Met需要量。结果显示在Cys充足的情况下,Met需要量为7.9g/d。3.3小鼠基础氨基酸流量中eaa的补充情况Storm等(1984)发展了一种新的灌注方法来确定某种已知氨基酸组成模式的蛋白质中EAA的限制顺序、限制程度,并可根据EAA的限制程度确定可吸收EAA的最佳组成模式。该方法分为以下几步进行:①估计某种蛋白质的可吸收氨基酸利用效率(U)。②测定小肠基础氨基酸流量及相应氮沉积。③按小肠基础氨基酸流量中EAA的模式来配合EAA混合液,每种EAA的量均为基础流量的(1-U)/U,从真胃灌注混合液,并测定相应的氮沉积。④每次撤出混合液中的一种EAA,同时测定氮沉积,根据测定的氮沉积数据可以确定EAA限制顺序的限制程度,再由限制程度即可确定各种限制性EAA在小肠基础流量中应该补充的数量。Storm等(1984)用此方法测定了MCP作为绵羊的唯一蛋白质源时EAA的限制情况。结果显示,在MCP中,Met、Lys、组氨酸(His)和精氨酸(Arg)分别为第1、第2、第3和第4限制性氨基酸,其含量分别为最佳需要量的80%、85%、94%和95%,其它EAA都没有反应(图1)。Fraser等(1991)用此方法测定了泌乳奶牛的可吸收EAA最佳组成模式。但到目前为止还未见报道用此方法测定生长肉牛的可吸收氨基酸需要模式。4日粮中的未降解蛋白质正常情况下,微生物蛋白质供给了肉牛50%以上的可代谢蛋白质(MP)(NRC,1996),同时微生物蛋白质的组成也相对稳定,因此确定其氨基酸限制顺序具有重要意义。Richardson等(1978)证明当微生物蛋白质为荷斯坦阉牛的唯一氮源时,Met是第1限制性氨基酸,Lys、Trp分别为第2、第3限制性氨基酸。Storm等(1984)用微生物蛋白作为羔羊的唯一氮源所做的研究结果表明Met、Lys、Arg和His分别为第1、2、3、4限制性氨基酸。肉牛采食的日粮中通常都含有一定量的未降解蛋白质(UIP),UIP的数量和组成将影响小肠的氨基酸组成和限制情况。Fenderson等(1975)报道在日粮中含有80%的大麦时,Met为第一限制性氨基酸,大麦的降解率很高(80%;NRC,1996)。Abe等(1996,1997)给犊牛饲喂由玉米、豆粕和稻草组成的基础日粮,通过维持食管沟反射补饲Lys+Met或Lys时发现Met为第1限制性氨基酸,Lys为第2限制性氨基酸,其中主要的日粮蛋白质源豆粕的降解率也很高(70%～80%;NRC,1996)。Burris等(1976)和Titgemeyer等(1988)的研究结果显示,在给阉牛饲喂以玉米为主的基础日粮时,Lys为第1限制性氨基酸。玉米中蛋白质的降解率低(45%;NRC,1996),大部分不能降解,而且其中SEAA含量丰富,但含Lys较少。上述研究结果表明,如果日粮粗蛋白质中