双低菜粕和豆粕分子结构与营养特性和奶牛生产性能的关系

摘要

国产双低菜籽粕(CoPR)、加拿大双低油菜籽粕(CoPC)和豆粕(CoPS)的营养利用率，及其作为主要蛋白质来源饲料原料添加到奶牛日粮中的饲喂效果存在很大差异，并且这一差异可能与饲料分子结构中的化学功能团有关。
　　本研究的主要目的是:
　　(1)比较两种双低菜籽粕和豆粕的分子结构、化学组成、代谢特性及其添加到反刍动物日粮中的饲喂效果，为合理搭配奶牛日粮提供科学依据;
　　(2)建立饲料在分子水平的内部构造与常规营养特性和生产性能的相关性，为饲料营养分析和评定提供新的研究方法和思路。
　　试验1:双低菜籽粕和豆粕的常规营养特性比较
　　本试验利用传统营养分析方法，测定国产双低菜籽粕、加拿大双低菜籽粕和豆粕的化学成分，利用CNCPS体系对蛋白质和碳水化合物各组分进行剖分，同时采用NRC-2001对真消化率和能值进行估测。结果表明:CoPC的总碳水化合物含量最高，CoPS最低(P＜0.05);CoPR和CoPC的中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)、半纤维素和纤维素含量都显著高于CoPS(P＜0.05); CoPS的粗蛋白(CP)含量平均为52.6％DM，显著高于CoPR(44.1％ DM)和CoPC(38.4％DM)(P＜0.01)。在CNCPS组分方面，CoPS的可溶性纤维CB2含量最高，CoPR最低(P＜0.05)。CoPR和CoPC的总不可降解CHO组分都显著高于CoPS(P＜0.05)。CoPS的不可利用蛋白组分最低(P＜0.05)。CoPC和CoPS的总可消化非纤维性碳水化合物(tdNFC)含量显著高于CoPR(P＜0.05)。CoPS的总可消化粗蛋白质(tdCPc)含量显著高于CoPR，CoPC的含量最低(P＜0.05)。与CoPS相比，CoPR和CoPC的总可消化NDF（tdNDF）和总可消化养分(TDN1x)含量较高，差异显著(P＜0.05)。在能值方面，CoPS的1倍维持消化能(DE1x)、维持净能(NEm)、生长净能(NEg)、3倍维持消化能(DE3x)、三倍维持代谢能(ME3x)和产奶净能(NELP)含量显著高于CoPR和CoPC(P＜0.05)，CoPR和CoPC在可预测能值含量方面差异不显著(P＞0.05)。
　　试验2:双低菜籽粕和豆粕的消化代谢特性比较
　　本试验采用瘤胃尼龙袋法测定DM和CP瘤胃降解参数，采用三步体外法测定瘤胃不可降解蛋白的小肠消化率。结果表明，与CoPS相比，CoPR和CoPC的过瘤胃干物质含量较高(P＜0.05)，并且瘤胃可降解干物质含量较低(P＜0.05)。CoPR和CoPC的潜在可降解蛋白组分(D)显著低于CoPS(P＜0.05)，但是不可降解蛋白组分(U)显著高于CoPS(P＜0.05)。CoPR的瘤胃不可降解蛋白比例显著高于CoPC和CoPS(P＜0.05)，但是瘤胃有效降解蛋白比例显著高于CoPC和CoPS(P＜0.05)。CoPS和CoPC的过瘤胃蛋白比例较高，可以为小肠消化吸收提供更多的过瘤胃蛋白。CoPS的瘤胃不可降解蛋白的小肠消化率最高，CoPR最低（P＜0.05）。CoPS的小肠可消化蛋白含量显著高于CoPR和CoPC(P＜0.05)。CoPS的总可消化蛋白含量最高(498 g/kg DM)，CoPC含量最低(335 g/kg DM)(P＜0.05)。
　　试验3:利用NRC-2001模型和DVE/OEB模型评定双低菜籽粕和豆粕的饲料价值
　　本试验分别利用NRC-2001模型和DVE/OEB模型比较三种蛋白源饲料原料的饲料价值。结果表明:在NRC-2001模型中，CoPS的小肠真可吸收蛋白(AMCPNRC)和小肠可吸收瘤胃不可降解蛋白(ARUP)含量显著高于CoPR和CoPC(P＜0.05)。小肠中总代谢蛋白的含量对于泌乳量至关重要，CoPS的总代谢蛋白(MP)含量显著高于CoPR和CoPC(P＜0.05)，CoPR和CoPC之间差异不显著(P＞0.05)。在DVE/OEB模型中，CoPS的小肠真可吸收微生物蛋白(DVME)、小肠真可吸收非降解蛋白(DVBE)和小肠总真可吸收蛋白(DVE)含量显著高于CoPR和CoPC(P＜0.05)，CoPR和CoPC之间差异不显著(P＞0.05)。
　　试验4:不同蛋白来源日粮对奶牛生产性能、消化代谢及代谢蛋白合成的影响
　　本试验采用3×3拉丁方设计，选取健康荷斯坦奶牛6头，2头一组，分别饲喂以CoPR、CoPC、CoPS作为主要蛋白源的等能等氮日粮。试验结果表明:与奶牛日粮中添加国产双低菜籽粕（TMRCoPR）和豆粕(TMRCoPS)作为主要蛋白来源相比，以加拿大双低菜籽粕(TMRCoPC)作为主要蛋白源可以显著提高乳产量（36.63 vs.34.77 vs.32.09 kg/d;P＜0.05）。在瘤胃发酵特性方面，饲喂TMRCoPS组日粮奶牛瘤胃液中总挥发酸浓度显著高于TMRCoPC组(P＜0.05)，但是二组均与TMRCoPR组之间差异不显著(P＞0.05)，此外，饲喂TMRCoPR组日粮瘤胃液中丙酸比例显著高于TMRCoPC组和TMRCoPS组(P＜0.05)。饲喂TMRCoPR和TMRCoPC组奶牛干物质和有机物的采食量显著低于TMRCoPs组，但是NDF和ADF的采食量显著高于TMRCoPS组（P＜0.05）。CP、DM、OM、NDF和ADF的全肠道表观消化率均是TMRCoPs组最高，TMRCoPR组最低，TMRCoPC组居中(P＜0.05)。饲喂TMRCoPS日粮组微生物蛋白的合成量、小肠可吸收微生物蛋白量以及代谢蛋白的合成量都显著高于TMRCoPR日粮和TMRCoPC日粮组(P＜0.05)，TMRCoPR日粮和TMPCoPC日粮组之间差异不显著(P＞0.05)。
　　试验5:三种饲料原料及其作为主要蛋白源的日粮的光谱分子结构特点比较
　　利用ATR-FT/IR技术测定三种饲料原料以及将三种饲料原料作为主要蛋白源的日粮的蛋白质和碳水化合物光谱结构。三种饲料原料光谱分析结果显示:在蛋白质相关光谱区段(ca.1720-1482 cm-1)，CoPR和CoPC的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的总峰面积、酰胺Ⅰ带的峰面积和酰胺Ⅱ带的峰面积值显著低于CoPS(P＜0.05)。CoPC的蛋白质结构中α-螺旋和β-折叠的峰高比值最高，CoPR居中，CoPS最低(P＜0.05)。CoPR和CoPC在光谱区域ca.1482-1188cm-1的结构性碳水化合物相关峰的峰面积显著低于CoPS(P＜0.05)。三组日粮光谱结构分析结果表明，TMRCoPR日粮和TMRCoPS日粮的H_α-helix和H_β-sheet都显著高于TMRCoPC日粮(P＜0.05)。但是，TMRCoPs日粮和TMRCoPC日粮的α-螺旋和β-折叠的峰高比值却显著低于TMRCoPR日粮(P＜0.05)。TMRCoPR日粮分子结构中的结构性碳水化合物与总碳水化合物的比值显著高于TMRCoPC日粮和TMRCoPS日粮(P＜0.05)。
　　试验6:饲料蛋白质和碳水化合物光谱分子结构与饲料营养组成、代谢特性和生产性能的相关性分析
　　采用SAS9.3软件的PROC CORR模块进行相关性分析和PROC REG模块进行多元回归分析。三种饲料原料的相关性分析结果显示:三种饲料原料α-螺旋和β-折叠峰高比值与蛋白质瘤胃不可降解组分U呈负相关(r=-0.68，P＜0.05)，此外也与NRC-2001模型和DVE/OEB模型中的微生物蛋白和代谢蛋白的含量有相关性(P＜0.05)。总可消化蛋白TDP（g/kg DM）与酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的峰面积比以及蛋白质二级结构α-螺旋和β-折叠密切相关，并可建立回归方程。在碳水化合物分子结构特性与干物质瘤胃降解参数之间的相关性方面，结构性碳水化合物峰面积(A STCHO)(r=0.93)、纤维复合物峰面积(A CELC)(r=0.85)、结构性碳水化合物与总碳水化合物的峰面积比(A STCHO/A_ CHO)(r=0.73)和纤维复合物与总碳水化合物的峰面积比(A CELC/A CHO)(r=0.77)均与干物质可降解组分D呈较强正相关(P＜0.05)，并且与干物质不可降解组分U呈负相关(P＜0.05)。
　　三组日粮的相关性分析结果显示:日粮蛋白质光谱分子结构中的酰胺Ⅰ带和酰胺Ⅱ带的峰高比与DM(r=0.83，P=0.006)、OM(r=0.79，P=0.011)、NDF(r=0.89，P=0.001)、ADF(r=0.91，P=0.001)的全消化道表观消化率呈正相关，并且与CP表观消化率有正相关趋势(r=0.64，P=0.063)。日粮蛋白质二级结构中的α-螺旋、β-折叠峰高与瘤胃不可降解蛋白小肠消化率呈正相关(P＜0.05)。此外，日粮碳水化合物特征光谱中的结构性碳水化合物和总碳水化合物相关区域峰面积的比与日粮干物质瘤胃降解参数中的瘤胃培养不可降解部分(U)(r=0.68，P=0.044)、过瘤胃干物质(BDM)(r=0.73，P=0.027)呈正相关，与瘤胃培养可溶部分(S)(r=-0.71，P=0.034)、和瘤胃可降解干物质(EDDM)(r=-0.73，P=0.027)呈负相关。
　　综上所述，本研究得出以下结论:
　　(1)加拿大双低菜籽粕和国产双低菜籽粕在蛋白质和碳水化合物营养物质组成方面未有明显差异。
　　(2)豆粕和加拿大双低菜籽粕可提供更多的小肠可吸收过瘤胃蛋白，并且豆粕可以为微生物生长提供较多的瘤胃可降解干物质。此外，豆粕具有较高的代谢蛋白，但豆粕和国产双低菜籽粕的降解蛋白平衡数值较大，造成了氮在瘤胃降解中的浪费。
　　(3)豆粕营养物质在奶牛体内的消化率较高，可为微生物蛋白合成提供能量，从而提高乳蛋白含量。饲喂加拿大双低菜籽粕组日粮奶牛具有较高的产奶量，二者是优于国产双低菜籽粕的奶牛蛋白质饲料。
　　(4)三种饲料原料具有各自独特的碳水化合物和蛋白质吸收光谱，饲料分子结构的差异与其营养组成、在反刍动物体内的消化代谢密切相关。
　　(5)不同蛋白质来源日粮的光谱分子构成也存在很大差异，这一结构差异也影响着日粮的消化率和奶牛的生产性能。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 双低菜籽粕和豆粕的营养特性及其在奶牛生产中的应用

1．2 反刍动物饲料传统营养价值评定

1．2．1 CNCPS体系评定饲料营养价值

1．2．3 饲料瘤胃降解参数的评定

1．2．4 饲料蛋白小肠消化率的评定

1．2．5 DVE／OEB体系评定饲料营养价值

1．2．6 NRC模型评定饲料营养价值

1．3 中红外光谱技术在饲料评定中的应用

1，3．1 中红外光谱技术

1．3．2 傅里叶变换红外光谱

1．3．3 ATR-FT／IR在蛋白质分析中的应用

1．3．4 ATR-FT／IR在碳水化合物分析中的应用

1．3．5 ATR-FT／IR在脂质分析中的应用

1．4 研究的假设

1．5 研究的目的和意义

1．6 研究内容

2 材料与方法

2．1 CNCPS体系评定饲料营养价值

2．1．1 试验材料

2．1．2 试验方法

2．1．3 CNCPS蛋白质组分和碳水化合物组分的计算

2．1．4 数据处理和统计分析

2．2 瘤胃降解特性和小肠消化率的测定

2．2．1 试验动物

2．2．2 试验动物日粮

2．2．3 试验材料

2．2．4 瘤胃降解试验方法

2．2．5 三步体外法测定小肠消化率

2．2．6 数据处理和统计分析

2．3 利用NRC-2001模型和DVE／OEB模型评定饲料价值

2．3．1 真消化率和净能值的计算

2．3．2 利用NRC-2001模型预测真可吸收蛋白质含量

2．3．3 利用DVE／OEB模型预测真可吸收蛋白质含量

2．3．4 数据处理和统计分析

2．4 奶牛生产性能试验评价双低菜籽粕和豆粕的饲喂效果

2．4．1 试验动物及饲养管理

2．4．2 试验日粮及设计

2．4．3 样品采集与测定

2．4．4 数据处理与统计分析

2．5 利用傅里叶变换红外光谱技术分析饲料的蛋白质和碳水化合物结构

2．5．1 样品的准备

2．5．2 光谱的采集

2．5．3 蛋白质和碳水化合物结构的单变量分析

2．5．4 蛋白质和碳水化合物结构的多变量分析

2．5．5 数据处理与统计分析

3 结果与分析

3．1 双低菜籽粕和豆粕的营养特性比较

3．1．1 双低菜籽粕和豆粕常规营养成分的比较

3．1．2 双低菜籽粕和豆粕氨基酸组成的比较

3．1．3 双低菜籽粕和豆粕真消化率和能值的比较

3．1．4 双低菜籽粕和豆粕CNCPS组分的比较

3．2 双低菜籽粕和豆粕的消化代谢特性的比较

3．2．1 双低菜籽粕和豆粕瘤胃降解特性的比较

3．2．2 双低菜籽粕和豆粕蛋白质小肠消化特性的比较

3．3 利用NRC-2001模型和DVE／OEB模型评定双低菜籽粕和豆粕的饲料价值

3．3．1 利用NRC-2001模型评定双低菜籽粕和豆粕的饲料价值

3．3．2 利用DVE／OEB模型评定双低菜籽粕和豆粕的饲料价值

3．4 不同蛋白来源日粮对奶牛生产性能、消化代谢及代谢蛋白合成的影响

3．4．1 不同蛋白来源日粮对奶牛泌乳性能的影响

3．4．2 不同蛋白来源日粮对瘤胃发酵和消化代谢的影响

3．4．3 不同蛋白来源日粮瘤胃降解率的比较

3．4．4 不同蛋白来源日粮对代谢蛋白合成的影响

3．4．5 不同蛋白来源日粮对可代谢氨基酸流量的影响

3．5 不同来源蛋白饲料及由其构成的日粮分子结构特点

3．5．1 双低菜籽粕和豆粕蛋白质光谱结构比较

3．5．2 双低菜籽粕和豆粕碳水化合物光谱结构比较

3．5．3 不同蛋白来源TMR日粮蛋白质光谱结构比较

3．5．4 不同蛋白源TMR日粮碳水化合物光谱结构比较

3．6 双低菜籽粕和豆粕的饲料蛋白质和碳水化合物分子结构与饲料营养组成及代谢特性关系

3．6．1 双低菜籽粕和豆粕蛋白质结构与蛋白质化学成分之间的关系

3．6．2 双低菜籽粕和豆粕蛋白质结构与蛋白质瘤胃降解率和小肠消化吸收之间的关系

3．6．3 双低菜籽粕和豆粕蛋白质结构与NRC-2001模型和DVE／OEB模型中的可利用蛋白含量之间的关系

3．6．4 利用双低菜籽粕和豆粕蛋白质结构估测饲料蛋白质营养组成及代谢特性并建立预测模型

3．6．5 双低菜籽粕和豆粕碳水化合物结构与化学组成之间的关系

3．6．6 双低菜籽粕和豆粕碳水化合物结构与可消化养分、能值、以及干物质瘤胃降解参数之间的关系

3．6．7 利用双低菜籽粕和豆粕碳水化合物结构估测饲料碳水化合物营养组成及消化代谢特性并建立预测模型

3．7 不同日粮蛋白质和碳水化合物分子结构与奶牛生产性能关系

3．7．1 不同日粮蛋白质分子结构与日粮蛋白质瘤胃降解率、营养物质采食量和全肠道表观消化率及代谢蛋白合成之间的关系

3．7．2 不同日粮碳水化合物分子结构与日粮干物质瘤胃降解率、营养物质采食量和全肠道表观消化率及代谢蛋白合成之间的关系

4 讨论

4．1 双低菜籽粕和豆粕的营养特性

4．1．1 双低菜籽粕和豆粕的常规营养成分

4．1．2 双低菜籽粕和豆粕的CNCPS组分

4．2 双低菜籽粕和豆粕的消化代谢特性的比较

4．2．1 双低菜籽粕和豆粕瘤胃降解特性的比较

4．2．2 双低菜籽粕和豆粕蛋白质小肠消化特性的比较

4．2．3 利用DVE／OEB模型和NRC-2001模型对双低菜籽粕和豆粕的饲料价值评定

4．3 不同蛋白来源日粮对奶牛生产性能、消化代谢及代谢蛋白合成的影响

4．3．1 不同蛋白来源日粮对奶牛泌乳性能的影响

4．3．2 不同蛋白来源日粮对瘤胃发酵和消化代谢的影响

4．3．3 不同蛋白来源日粮对代谢蛋白合成的比较

4．3．4 不同蛋白来源日粮对可代谢氨基酸流量的影响

4．4 双低菜籽粕和豆粕分子结构特性及其与营养利用的关系

4．4．1 双低菜籽粕和豆粕蛋白质分子结构分析

4．4．2 蛋白质分子结构与营养特性相关性分析

4．4．3 双低菜籽粕和豆粕碳水化合物分子结构分析

4．4．4 碳水化合物分子结构与营养特性相关性分析

4．5 不同蛋白来源曰粮分子结构特性及其与奶牛生产性能的关系

4．5．1 不同蛋白来源日粮蛋白质分子结构特性与奶牛生产性能关系分析

4．5．2 不同蛋白来源日粮碳水化合物分子结构特性及与奶牛生产性能关系分析

5 结论

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的学术论文