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酶在反刍动物上的应用与进展

作者:薛红枫(译)来源:昕大洋 浏览次数: 日期:2014年4月8日 16:14

K.A.Beauchemin and L.Holtshausen

CAB International 2011. Enzymes in Farm Animal Nutrition, 2nd Edition.

(eds M. R. Bedford and G. G. Partridge)

译者:薛红枫

        为什么在反刍动物日粮中使用饲料酶呢?

        反刍动物日粮中最初使用饲料酶的目的是降低产肉和奶的费用。粗饲料和谷物饲料的费用这些年逐年上升,因此,肉牛和奶牛的产业化应该更多地考虑如何改善饲料转化率(降低每公斤产肉和产奶的饲料花费)和提高动物的生产性能(增加每天日增重和奶产量)。因为增加日粮纤维降解率能够增加动物对能量的利用率,因此大多数反刍动物饲料酶的研究都集中在如何使用纤维素酶来增加纤维性饲料的降解率。目的是使用最少的饲料来产生更多的奶和肉。反刍动物使用饲料酶的主要目的是改善粗饲料的降解,而关于改善淀粉的降解率的研究很少(Hristov等,2008;Tricarico等,2008;Klingerman等,2009)。一般粗饲料含有30-70%的中性洗涤纤维(NDF)。即使在理想的饲喂条件下,反刍动物消化道中NDF的降解率也不到65%,瘤胃中NDF降解率通常不到50%。通常改善反刍动物纤维的降解率能够增加总肠道的表观降解率。有报道称改善反刍动物纤维的降解率能够提高动物的干物质采食量(DMI)(Dado和Allen,1995)。高的干物质采食量对奶牛生产性能有益。例如,每天提高1%的粗料NDF降解率能够增加0.17公斤的DMI和0.25公斤的标准乳(Oba和Allen,1999)。同样每天提高1%的粗料NDF降解率能够增加0.12公斤的玉米青贮的DMI和0.14公斤的标准乳(Jung等,2004)。提高瘤胃中NDF的降解率也能刺激微生物氮的合成,从而增加代谢蛋白质的合成。因此,通过添加饲料酶能够提高NDF的降解率,从而对改善奶牛和其他高产反刍动物的生产性能有很好的帮助。实际应用模型因为瘤胃微生态系统的复杂性,反刍动物瘤胃中饲料酶实际应用仍旧有许多未知因素,在这方面需要进一步研究(Beauchemin等,2004)。饲料酶在瘤胃微生态环境中相对是稳定的(Hristov等,1998a;Morgavi等,2000b,2001)。当牛采食饲料后,瘤胃环境的pH相对较低,这有助于饲料酶的稳定(Morgavi等,2001)。Morgavi等(2000b)和Colombatto等(2003c)报道外源添加酶制剂可以增加瘤胃酶活性,瘤胃中酶的水解能力依靠饲料中酶的数量和酶在瘤胃条件(pH范围5.5-6.8,39±1℃)下存活能力。例如,大多数木酶来源的酶在高温和低pH环境下是优势酶种。瘤胃中低的酶活性将影响动物对日粮中酶的反应。例如,Vicini等(2003)报道奶牛日粮中增加1-2种酶后牛奶产量没有改善。原因可能是在瘤胃pH和温度条件下下有三分之二的酶活损失掉了。Wallace等(2001)估计,酶制剂在瘤胃中有5-15%能发挥作用。Hristov等(2000)报道瘤胃中酶活性最大能达到56%,但是在研究中使用酶制剂的添加比例比实际应用在牛饲料中的更高,因此来量化外源添加饲料酶提高瘤胃中酶活很困难。而且外源添加的饲料酶和瘤胃中的酶还会交互发挥作用,很难确定是哪种酶发挥的作用(Morgavi等,2000a)。这种交互作用在Hristov等(2000)和Wallace等(2001)中没有给出合适阐述。此外,通过增加瘤胃中的酶的活性,提高纤维的分解在Nsereko等(2000b)中得到了阐述。Nsereko等认为是饲料酶通过水解增加了底物饲料的表面积,从而使饲料的降解程度得到提高。另外Yang等(1999)、Wang等(2001)和Morgavi等(2004)报道瘤胃细菌对饲料纤维的水解不是切断和打碎饲料大颗粒,而是改变了饲料的表面积,这种改变使饲料酶黏附在纤维的表面,并为微生物的繁殖做准备。细菌的数量多少对纤维分解非常关键,增加饲料酶数量会增加瘤胃细菌数量,从而增加纤维的分解程度(Miron等,2001)。尽管反刍动物日粮中使用饲料酶主要是在瘤胃中发挥作用,只有少部分能够过瘤胃,但是过瘤胃的这部分的功能也应该被重视起来。

        饲料酶对反刍动物的作用

        现有的关于反刍动物日粮中添加饲料酶的研究主要集中在给反刍动物饲喂不同剂量浓度的饲料酶,观察反刍动物的反应(Beauchemin等,2003)。这些研究中给反刍动物饲喂不同种粗饲料,比如干草、大豆皮和玉米青贮等。在这些粗饲料中酶以不同的方式添加到日粮中,或者喷涂在粗料、拌到精料或喷涂在全混合日粮(TMR)中。但在文献中并没有提供饲料酶产品的信息和活性单位,有的尽管提供了酶活性单位,但是没有提供酶活的检测方法。总之,这些模糊因素导致了试验结果的非确定性。反刍动物日粮中使用纤维素酶的报道不少。试验结果显示添加纤维素酶能够增加了干物质采食量(DMI)(Lewis等,1999;Beauchemin等,2000;Kung等,2000;Pinos-Rodnguez等,2002)和体内纤维的降解率(Feng等,1996;Rode等,1999;Bowman等,2002;Pinos-Rodnguez等,2002;Kreuger等,2008b)、肉牛的日增重(Beauchemin等,1995,1997,1999a)和奶牛的产奶量(Lewis等,1999;Rode等,1999;Schingoethe等,1999;Yang等,2000;Adesogan等,2007)以及改善了肉牛和奶牛饲料转化率(Beauchemin等,1997;Adesogan等,2007)。但是,也有研究报道给牛日粮中添加饲料酶对奶产量和肉牛的日增重没有显著影响(Kung等,2000;Knowlton等,2002;Sutton等,2003;Vicini等,2003;McAllister等,1999)。瘤胃内环境中酶的含量相对是稳定的,但是饲喂饲料后瘤胃pH相对比较低,低pH有利于增加饲料酶的稳定性。例如,许多饲料酶在高温和低pH下是优势菌群。不同动物种类(绵羊、山羊、肉牛和奶牛)在不同的条件下(如泌乳早期、中期和后期),瘤胃中菌群组成和含量是不同的。似乎给高产反刍动物日粮中添加饲料酶是最有效的。奶牛泌乳阶段不同对添加饲料酶反应是不同的。例如,Schingoethe等(1999)给泌乳早期(泌乳天数小于100天)的奶牛日粮中添加饲料酶能改善10-30%的饲料转化率和18-24%的产奶量。然而在泌乳中期供给饲料酶没有反应。关于在泌乳早期和中期添加饲料酶的研究在其它地方也有报道(Zheng等,2000;Knowlton等,2002)。在肉牛、羊饲料中添加饲料酶提高生长速度的报道也不少(Beauchemin等,1995;Cruywagen和van Zyl,2008)。Beauchemin等(1995)报道在加工苜蓿颗粒的时候加入饲料酶,比对照组日增重增加了23-30%(见图1)。Lewis等(1999)报道在泌乳早期奶牛的TMR日粮粗料中加入饲料酶(酶浓度为2.5ml/kg粗料DM),增加了15%的产奶量(3.5%的矫正标准乳)(见表1)。而增加和减少饲料酶的添加量对试验结果并没有影响,而DMI的数值在所有的饲料酶的添加量下都是增加的。

        纤维素酶对饲喂高粗料日粮反刍动物的正效应已为大多数人所认可,也有文献证明在高谷物肉牛日粮中添加一些饲料酶有相应的正效应。Beauchemin 等(1997)在高粗料(95%,DM基础)的日粮(精料以玉米或者大麦为主)中添加木聚糖酶,结果显示以大麦为精料饲喂时,肉牛的饲料转化率和日增重分别提高了11%和9%(表2),而以玉米为精料的没有显著变化。给自由采食的牛供给饲料酶的效果比给限制饲喂的牛效果好。自由采食牛的纤维降解率比较低,原因是纤维停留在瘤胃的时间相对比较短,瘤胃的pH并没有下降到适宜纤维降解的最适点上,而瘤胃纤维降解率的高低是最能代表反刍动物整个消化道纤维降解率的指标。

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