脲酶抑制剂在奶牛营养中的研究与应用

   日期:2019-10-09     来源:互联网    作者:admin    浏览:1    评论:0    
核心提示:浙江大学饲料科学研究所/常巧玲 孙建义 原载于《新饲料》杂志2006年第3期 摘要:尿素作为非蛋白氮饲料直接饲喂动物,在瘤胃中分解

浙江大学饲料科学研究所/常巧玲 孙建义
原载于《新饲料》杂志2006年第3期


摘要:尿素作为非蛋白氮饲料直接饲喂动物,在瘤胃中分解速度快于微生物利用速度,这不仅降低尿素利用效率,而且容易造成氨中毒。脲酶抑制剂可以降低尿素的分解速度,提高尿素利用效率。本文就脲酶抑制剂的种类、作用机制及其在奶牛营养中的应用作了综述。
关键词: 尿素;脲酶抑制剂;奶牛
反刍动物可以利用非蛋白氮(NpN)合成微生物蛋白而被牛羊消化利用,尿素是NpN饲料中最便宜、方便和含氮量高的非蛋白氮产品。脲酶是牛、羊等反刍动物瘤胃中一种包含镍离子的多亚基酶,能催化尿素分解成二氧化碳和氨。反刍动物瘤胃能产生很强的脲酶,由于脲酶的高效性和专一性,尿素进入后很快地分解,尿素分解的速率可以达到微生物利用氨的速率的4倍,这样,既造成了尿素氨的浪费,还可能因为瘤胃中的氨浓度过高而造成动物的氨中毒,产生的过量的氨将会引起动物组织和器官的代谢紊乱而且是会造成尿道形成结石,对动物健康有很大危害(Ainura等,2004)。因此,在尿素等非蛋白氮的饲料中需要添加脲酶抑制剂,以减少尿素氮的损失,防止出现氨中毒。脲酶抑制剂是一类特殊的饲料添加剂,是用于降低脲酶活性的专用物质,可抑制反刍动物瘤胃中微生物脲酶活性,减缓尿素的分解速度,使瘤胃微生物有平衡的氨氮供应,从而提高反刍动物对尿素的利用率。脲酶抑制剂可以直接添加到饲料中,而且成本较低,因此采用脲酶抑制剂技术是尿素利用最方便、直接和便宜的方法。
1. 脲酶抑制剂的种类
到目前为止,可作为瘤胃脲酶抑制剂的物质并不多,研究比较多的瘤胃脲酶抑制剂有以下几种。见表1

脲酶抑制剂

用法及用量

应用效果

乙酰氧肟酸

(AH)

日粮中添加1.5AHA

抑制脲酶活性,瘤胃pH、细菌总数、原虫总数、总挥发性脂肪酶的产量及其比例和血清尿素氮等多项比标均未受到影响

日粮中添加20mg/kg、25mg/kg和30mg/kg

奶牛产奶量没有多大变化,血浆尿素氮、尿中尿素的排泄也不受ppDN影响

苯磷酸二酰胺

(ppDA)

日喂370mg或740mg

奶牛产奶量没有多大变化,血浆尿素氮、尿中尿素的排泄也不受ppDN影响

瘤胃灌注ppDA和直接饲喂

使内源尿素氮在瘤胃内降解减少77%和58%,但与对照要比每日氮存留量没有差异,尿中尿素氮的排出量也不受ppDA影响

N-n-丁基硫代磷酸三酰胺(NBpT)⑤

培养液中加入0、6.5、13、26、52mg/L

显著降低了尿素的分解速度,降低氮的产量,随NBpT用量的增加,对脲酶的抑制作用呈线性增强,但乙酸和丙酸比例、中性洗涤纤维的真消化率也随之下降

每天给羊饲喂0、0.125、0.25、0.5、1、2、4g等6个水平

线性增加尿素在瘤胃内的含量,减少氮的生成量,增加NBpT给量对于干物质和酸性洗涤纤维的消化没有影响,但线性降低氮的消化率,增加尿中氮的排出量,进而减少氮的存留

沙皂素

(Sarsaponin)

每日喂给肉牛500mg

提高肉牛日增重6%,显著降低肝脓肿的发病率,而对胴体品质和饲料转化率没有影响

日粮中添加、33、77mg/kg

增加了瘤胃细菌总数,提高酸性洗涤纤维的消化率,减少原虫数量

氢醌(HQ)

0.01~10mg/L浓度范围内(体外)

对瘤胃脲酶的抑制分别达到了28.4%,37.4%和57.3%,64.8%

向绵羊瘤胃内灌注50mg

对瘤胃内纤维素酶活性有明显的促进作用,对蛋白酶、脱氢酶不产生影响,对绵羊瘤胃细菌总数不产生影响

在日粮中添加20、40、80mg/kg干物质

使绵羊产氨高峰氨的浓度分别下降42.7%、41.1%、44.0%,对瘤胃pH值不产生影响

在日粮中添加30mg/kg或60mg/kg

提高了日粮干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的降解率,能够提高中性洗涤纤维的表观消化率,对其它物质的消化率和氮代谢不产生影响

在生物学领域,香豆素可作为抗凝血剂、杀虫剂,双香豆素具有抑制脲酶活性的特性。Khalid Mohammed Khan等(2004)报道研制合成出双香豆素的新一代产品,在医药化学领域具有广阔的应用前景。

2. 脲酶抑制剂的作用机制

不同的脲酶抑制剂其作用机制是不同的,脲酶抑制剂的作用机制表现为以下几种情况:

2.1 竞争性抑制,如磷酸、磷酸盐和尿素衍生物(巯基脲、羟基脲)等,它们在反应过程中同尿素竞争结合到脲酶上去,降低了尿素与脲酶活性中心的结合几率,从而起到了降低尿素分解的作用。

2.2 使脲酶变性失活,如重金属离子Ag+和Hg+同脲酶结合,使脲酶的活性中心和脲酶结构发生改变,失去了分解尿素的能力,降低了有效的脲酶浓度,从而抑制了尿素的分解。

2.3 苯磷酰胺类化合物,是通过磷酸集团的4个氧原子与脲酶活性中心的两个Ni原子形成化学键,其中的一个氧原子与对称桥形Ni原子在(1.9-2A)形成化学键,另外的两个氧原子在2.4A与Ni结合,第四个氧原子直接进入活性中心的空轨道。

2.4 非竞争性抑制:不改变脲酶的米氏常数,只改变酶催化的最大反应速度,其抑制机理是抑制剂和位于金属Ni离子附近的巯基结合,使羟基氧化成二硫桥(-S-S-),脲酶抑制剂和脲酶形成的复合物并不排斥酶和底物的结合,脲酶抑制剂不结合在活性中心集团上,而是结合在催化集团上。一般认为多元酚、巯基乙醇、氧肟酸类等脲酶抑制剂就是以此方式起作用的。脲酶抑制剂-脲酶复合物已被提纯,为此提供了有利的实验证据。但这种抑制是可逆的,这就保证尿素在瘤胃中被脲酶作用水解,缓慢释放氨来满足瘤胃微生物增殖对氨的需要。

3.脲酶抑制剂在奶牛营养中的应用研究

3.1 奶牛日粮添加脲酶抑制剂提高牛奶产量的原理

3.1.1 脲酶抑制剂能提高瘤胃微生物蛋白合成量

用带有8个发酵罐的瘤胃持续发酵装置,按王加启和冯仰廉(1996)的方法进行接种和操作,每千克日粮干物质添加25mg脲酶抑制剂。测定发酵不同天数的氨浓度,用32p同位素法测定微生物蛋白的合成量。研究结果表明脲酶抑制剂使尿素分解速度降低56.8%,粗蛋白利用效率提高16.7%。

3.1.2 脲酶抑制剂对不同氮源日粮的调控机理

对我国主要植物蛋白饲料的降解率测定表明,菜籽饼、棉籽饼和大豆饼在瘤胃内48h的降解率分别为90.31%、84.60%和94.05%(王加启和冯仰廉,1996)。按降解率平均为80%计算,假设1头奶牛每天进食1kg饲料蛋白质,则有800g蛋白质在瘤胃内被降解成氨。其中80%被转化为微生物蛋白,约640g;20%在肝脏内合成内源尿素,约56g。尿素氮转化为瘤胃微生物蛋白的效率为67%,即37.5g尿素转化为108g微生物蛋白,其余18.5g尿素随尿排出体外。使用脲酶抑制剂后,可以提高尿素氮利用效率16.7%,即增加27g瘤胃微生物蛋白,使尿中尿素的排出量从18.5g减少到9g,降低了51.4%。这表明即使日粮内不含尿素,由于内源尿素循环,奶牛的瘤胃内仍然含有56g内源尿素,此时用脲酶抑制剂控制脲酶的活性,能够增加瘤胃微生物蛋白合成量25%,提高产奶量,避免氨应激,减少氨对环境的污染程度51.4%。

当日粮内含有尿素时,按一头奶牛每天饲喂150g尿素计算(占日粮DM的0.9%),进入瘤胃后在脲酶的催化下分解为氨,67%的氨合成微生物蛋白质,约289g,剩余27.6g氨进入肝脏合成约49.5g尿素随尿排出体外。当用脲酶抑制剂控制脲酶的活性时,可使氨的利用效率提高16.7%,即多利用25克尿素,多合成72克瘤胃微生物蛋白,增加25%,使尿液中尿素排泄量从49.5克减少到24.5g,降低49.5%。可见,当日粮中含有尿素时,脲酶抑制剂能够提高瘤胃微生物蛋白合成量25%,减少尿氮排出量49.5%,从而起到降低饲料成本,提高产奶量和减少环境污染的重要作用。

3.1.3 脲酶抑制剂能提高瘤胃内粗饲料的消化速度

奶牛采食饲料后,蛋白质在瘤胃内的降解十分迅速,在2~4个h瘤胃内的氨浓度就达到高峰,6~8h又迅速降低。这种爆发式的释放模式导致了NH3中毒或应激,而粗饲料在瘤胃内消化时,需要的最佳氨浓度为20mg/100ml左右。由于微生物对粗饲料的附着需要时间,往往在采食6h后才开始消化,这时瘤胃内的氨浓度已经低于最佳值,因此,氨的这种爆发式释放模式不利用粗饲料的消化。当在日粮内添加瘤胃微生物脲酶抑制剂时,就能够有效的控制瘤胃内氨的爆发式释放,使氨较长时间稳定在一定的浓度范围之内,不仅提高了氨的利用效率,而且能提高粗饲料的消化速度。

3.2脲酶抑制剂在奶牛日粮中的应用研究

叶日松等(2003)报道,奶牛饲喂脲酶抑制剂预混料后,奶牛采食量正常,平均头日提高产奶量0.84kg,经济效益显著,脲酶抑制剂能够有效地控制瘤胃内氨的爆发式释放,使氨较长时间稳定在一定的范围之内,不仅提高了氨的利用率,而且能提高粗饲料的利用率,从而达到提高奶产量的效果。脲酶抑制剂解决了奶牛维生素、微量元素营养平衡问题,从而提高奶牛繁殖率和减少发病率。

石传林(2002)报道饲喂脲酶抑制剂预混料的实验组,泌乳奶牛平均日产标准乳18.18kg/头;未添加饲喂的对照组,泌乳奶牛平均日产标准乳16.4kg/头,前者比后者提高产奶量7.96%,差异显著(p<0.05),实验期间,实验组比对照组增加盈利1.15元/d,增收效益明显。试验结果证实,在饲料中添喂脲酶抑制剂预混料,可促进泌乳奶牛产奶,提高饲料转化率,增加经济效益,值得在生产中推广应用。

王宏岩等(2003)报道用含脲酶抑制剂饲料饲喂奶牛后,试验组比对照组牛奶的乳稠度数提高了4.86%,日平均产奶量提高了7.55%,供试奶牛的健康状况得到了很大的改善,没有发生消化代谢类疾病和异嗜癖现象。

4.展望

脲酶抑制剂的开发使用将对我国高效农业提供新的技术保证,对于调整畜牧业产业结构,大力发展草食家畜养殖具有重要意义。脲酶抑制剂的应用技术,具有使用性强,方法简单,并且经济效益高等优点。因此,应加强脲酶抑制剂在奶牛业中的应用推广工作,这对加快我国奶业发展和振兴我国奶业有着重要的现实意义。

 
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