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酶在反芻動物上的應用與進展

作者:薛紅楓(譯)來源:昕大洋 瀏覽次數: 日期:2014年4月8日 16:14

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

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

譯者:薛紅楓

        為什么在反芻動物日糧中使用飼料酶呢?

        反芻動物日糧中最初使用飼料酶的目的是降低產肉和奶的費用。粗飼料和谷物飼料的費用這些年逐年上升,因此,肉牛和奶牛的產業化應該更多地考慮如何改善飼料轉化率(降低每公斤產肉和產奶的飼料花費)和提高動物的生產性能(增加每天日增重和奶產量)。因為增加日糧纖維降解率能夠增加動物對能量的利用率,因此大多數反芻動物飼料酶的研究都集中在如何使用纖維素酶來增加纖維性飼料的降解率。目的是使用最少的飼料來產生更多的奶和肉。反芻動物使用飼料酶的主要目的是改善粗飼料的降解,而關于改善淀粉的降解率的研究很少(Hristov等,2008;Tricarico等,2008;Klingerman等,2009)。一般粗飼料含有30-70%的中性洗滌纖維(NDF)。即使在理想的飼喂條件下,反芻動物消化道中NDF的降解率也不到65%,瘤胃中NDF降解率通常不到50%。通常改善反芻動物纖維的降解率能夠增加總腸道的表觀降解率。有報道稱改善反芻動物纖維的降解率能夠提高動物的干物質采食量(DMI)(Dado和Allen,1995)。高的干物質采食量對奶牛生產性能有益。例如,每天提高1%的粗料NDF降解率能夠增加0.17公斤的DMI和0.25公斤的標準乳(Oba和Allen,1999)。同樣每天提高1%的粗料NDF降解率能夠增加0.12公斤的玉米青貯的DMI和0.14公斤的標準乳(Jung等,2004)。提高瘤胃中NDF的降解率也能刺激微生物氮的合成,從而增加代謝蛋白質的合成。因此,通過添加飼料酶能夠提高NDF的降解率,從而對改善奶牛和其他高產反芻動物的生產性能有很好的幫助。實際應用模型因為瘤胃微生態系統的復雜性,反芻動物瘤胃中飼料酶實際應用仍舊有許多未知因素,在這方面需要進一步研究(Beauchemin等,2004)。飼料酶在瘤胃微生態環境中相對是穩定的(Hristov等,1998a;Morgavi等,2000b,2001)。當牛采食飼料后,瘤胃環境的pH相對較低,這有助于飼料酶的穩定(Morgavi等,2001)。Morgavi等(2000b)和Colombatto等(2003c)報道外源添加酶制劑可以增加瘤胃酶活性,瘤胃中酶的水解能力依靠飼料中酶的數量和酶在瘤胃條件(pH范圍5.5-6.8,39±1℃)下存活能力。例如,大多數木酶來源的酶在高溫和低pH環境下是優勢酶種。瘤胃中低的酶活性將影響動物對日糧中酶的反應。例如,Vicini等(2003)報道奶牛日糧中增加1-2種酶后牛奶產量沒有改善。原因可能是在瘤胃pH和溫度條件下下有三分之二的酶活損失掉了。Wallace等(2001)估計,酶制劑在瘤胃中有5-15%能發揮作用。Hristov等(2000)報道瘤胃中酶活性最大能達到56%,但是在研究中使用酶制劑的添加比例比實際應用在牛飼料中的更高,因此來量化外源添加飼料酶提高瘤胃中酶活很困難。而且外源添加的飼料酶和瘤胃中的酶還會交互發揮作用,很難確定是哪種酶發揮的作用(Morgavi等,2000a)。這種交互作用在Hristov等(2000)和Wallace等(2001)中沒有給出合適闡述。此外,通過增加瘤胃中的酶的活性,提高纖維的分解在Nsereko等(2000b)中得到了闡述。Nsereko等認為是飼料酶通過水解增加了底物飼料的表面積,從而使飼料的降解程度得到提高。另外Yang等(1999)、Wang等(2001)和Morgavi等(2004)報道瘤胃細菌對飼料纖維的水解不是切斷和打碎飼料大顆粒,而是改變了飼料的表面積,這種改變使飼料酶黏附在纖維的表面,并為微生物的繁殖做準備。細菌的數量多少對纖維分解非常關鍵,增加飼料酶數量會增加瘤胃細菌數量,從而增加纖維的分解程度(Miron等,2001)。盡管反芻動物日糧中使用飼料酶主要是在瘤胃中發揮作用,只有少部分能夠過瘤胃,但是過瘤胃的這部分的功能也應該被重視起來。

        飼料酶對反芻動物的作用

        現有的關于反芻動物日糧中添加飼料酶的研究主要集中在給反芻動物飼喂不同劑量濃度的飼料酶,觀察反芻動物的反應(Beauchemin等,2003)。這些研究中給反芻動物飼喂不同種粗飼料,比如干草、大豆皮和玉米青貯等。在這些粗飼料中酶以不同的方式添加到日糧中,或者噴涂在粗料、拌到精料或噴涂在全混合日糧(TMR)中。但在文獻中并沒有提供飼料酶產品的信息和活性單位,有的盡管提供了酶活性單位,但是沒有提供酶活的檢測方法。總之,這些模糊因素導致了試驗結果的非確定性。反芻動物日糧中使用纖維素酶的報道不少。試驗結果顯示添加纖維素酶能夠增加了干物質采食量(DMI)(Lewis等,1999;Beauchemin等,2000;Kung等,2000;Pinos-Rodnguez等,2002)和體內纖維的降解率(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)和奶牛的產奶量(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飼料轉化率(Beauchemin等,1997;Adesogan等,2007)。但是,也有研究報道給牛日糧中添加飼料酶對奶產量和肉牛的日增重沒有顯著影響(Kung等,2000;Knowlton等,2002;Sutton等,2003;Vicini等,2003;McAllister等,1999)。瘤胃內環境中酶的含量相對是穩定的,但是飼喂飼料后瘤胃pH相對比較低,低pH有利于增加飼料酶的穩定性。例如,許多飼料酶在高溫和低pH下是優勢菌群。不同動物種類(綿羊、山羊、肉牛和奶牛)在不同的條件下(如泌乳早期、中期和后期),瘤胃中菌群組成和含量是不同的。似乎給高產反芻動物日糧中添加飼料酶是最有效的。奶牛泌乳階段不同對添加飼料酶反應是不同的。例如,Schingoethe等(1999)給泌乳早期(泌乳天數小于100天)的奶牛日糧中添加飼料酶能改善10-30%的飼料轉化率和18-24%的產奶量。然而在泌乳中期供給飼料酶沒有反應。關于在泌乳早期和中期添加飼料酶的研究在其它地方也有報道(Zheng等,2000;Knowlton等,2002)。在肉牛、羊飼料中添加飼料酶提高生長速度的報道也不少(Beauchemin等,1995;Cruywagen和van Zyl,2008)。Beauchemin等(1995)報道在加工苜??帕5氖焙蚣尤胨橇廈?,比對照組日增重增加了23-30%(見圖1)。Lewis等(1999)報道在泌乳早期奶牛的TMR日糧粗料中加入飼料酶(酶濃度為2.5ml/kg粗料DM),增加了15%的產奶量(3.5%的矯正標準乳)(見表1)。而增加和減少飼料酶的添加量對試驗結果并沒有影響,而DMI的數值在所有的飼料酶的添加量下都是增加的。

        纖維素酶對飼喂高粗料日糧反芻動物的正效應已為大多數人所認可,也有文獻證明在高谷物肉牛日糧中添加一些飼料酶有相應的正效應。Beauchemin 等(1997)在高粗料(95%,DM基?。┑娜樟福ň弦雜衩諄蛘嘰舐笪鰨┲刑砑幽揪厶敲?,結果顯示以大麥為精料飼喂時,肉牛的飼料轉化率和日增重分別提高了11%和9%(表2),而以玉米為精料的沒有顯著變化。給自由采食的牛供給飼料酶的效果比給限制飼喂的牛效果好。自由采食牛的纖維降解率比較低,原因是纖維停留在瘤胃的時間相對比較短,瘤胃的pH并沒有下降到適宜纖維降解的最適點上,而瘤胃纖維降解率的高低是最能代表反芻動物整個消化道纖維降解率的指標。

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