组氨酸—一种限制性的氨基酸?

2018-02-04 19:42 荷斯坦奶农俱乐部网 访问量:155 [ 字号: ]
 
Fabio Giallongo  Alexander N. Hristov 译者 王永康
蛋氨酸(Met)和赖氨酸(Lys)是两个研究最多的必需氨基酸,而且已经显示在饲喂北美日粮的奶牛中,是限制乳蛋白质产量的。组氨酸是另一个10个必需氨基酸之一,必须在泌乳母牛饲粮中提供足够的数量。但组氨酸不像蛋氨酸和赖氨酸,还没有瘤胃保护(RP)形式的商业性产品。
1945年的诺贝尔化学奖得主Artturillmari Vitanen首先提出组氨酸在奶牛营养中的重要性。在上世纪60年代泌乳奶牛的一系列研究中,Vitanen认为来自瘤胃微生物蛋白质的组氨酸很可能限制乳蛋白质的合成。
用母牛瘤胃内容物总蛋白质的氨基酸分析显示,组氨酸在所有的必需氨基酸中浓度是最低的。Vitanen也观察到血液血红蛋白的减少,并认为这与组氨酸的缺乏有关。血液血蛋白含约8%的组氨酸,是组氨酸的内源性来源。
近几年在北欧进行的组氨酸瘤胃后注入的研究显示,组氨酸在禾本科牧草青贮和精饲料含有大麦/燕麦和甜菜/柑桔粕,以及有或无羽毛粉为主饲喂的奶牛中,是奶和乳蛋白质产量最为限制的氨基酸,因而组氨酸开始受到了更多的注意。
 
在宾州立大学的研究
近期,在宾夕法尼亚州立大学进行的研究,泌乳母牛喂给一种蛋白质降低,通常以北美的饲料原料(玉米青贮、苜蓿半干青贮、玉米谷物以及以整粒大豆和双低莱粕为蛋白质补充料)为主的饲粮,指明了组氨酸是一种限制性的氨基酸。
按这些条件,相似于上述在欧洲的研究所观察到的,瘤胃微生物蛋白质提供了乳蛋白质合成所需要的大部分氨基酸,而组氨酸可以成为高产奶牛的一个限制性氨基酸。
这是因为来自NRC(2001)的数据,以及宾州的资料都清楚地显示,比较于蛋氨酸(2.4%)或乳蛋白质中的组氨酸浓度(2.7%),组氨酸浓度在瘤胃微生物蛋白质中是较低的(2%粗蛋白基础)。
常用于北美奶牛饲粮中的饲草,也具有较低的组氨酸含量(玉米青贮1.8%,苜蓿半干青贮1.7%,苜蓿干草1.9%),而大部分植物性精饲料中所具有的组氨酸浓度,与乳蛋白质相似(玉米3.1%,大豆粕和双低菜粕2.8%)。
在用48头荷斯坦母牛进行的第一个宾州试验中,饲喂一种蛋白质降低的饲粮(13.6%粗蛋白质),与满足母牛代谢蛋白质需要量的饲粮(15.7%粗蛋白质)相比较,减少了干物质采食量(DMI)、奶产量和乳蛋白质产量。
为了应对这些负面影响,我们用瘤胃保护赖氨酸和瘤胃保护蛋氨酸补充于蛋白质降低的饲粮。这一策略与蛋白质合适的饲粮相比,提高了乳蛋白质产量,减少了干物质采食量和奶产量的差距。此后用瘤胃保护赖氨酸、瘤胃保护蛋氨酸和一种实验用的瘤胃保护组氨酸,补充于蛋白质降低的饲粮,进一步提高了DMI、奶产量和血浆组氨酸,至接近于饲喂蛋白质合适饲粮的水平。
第二个试验的目的,是为了评估在蛋白质降低的饲粮(14.8%粗蛋白质)中补充缓释尿素,瘤胃保护蛋氨酸和瘤胃保护组氨酸的作用。在该实验中,蛋白质降低饲粮并未影响到DMI,奶产量和乳成分(译者注:因为饲粮粗蛋白质降低较少)。
然而饲喂蛋白质降低饲粮的母牛,比较于饲喂蛋白质适合饲粮(16.7%粗蛋白质)的母牛,和饲喂蛋白质降低饲粮而补充缓释尿素(15.8%粗蛋白质)和瘤胃保护蛋氨酸或瘤胃保护蛋氨酸+瘤胃保护组氨酸的母牛,其体增重较少。当瘤胃保护组氨酸添加于瘤胃保护蛋氨酸和缓释尿素时,母牛提高了她们的DMI,乳蛋白质含量和产量。
该试验认为组氨酸添加于蛋白质降低的饲粮中,对泌乳母牛具有提高DMI的正向作用,这与第一个研究相吻合。
在同一研究中,我们从45头母牛中采集了肌肉组织,分析在蛋白质合成和骨骼肌分解代谢中的关键基因,评估饲粮处理对基因表达的作用。
我们观察到,接受或喂以蛋白质降低饲粮的母牛,具有基因表达的较多产物(关键蛋白和信使核糖核酸),这表明在肌肉组织中有较多数量的蛋白质转化,与主要实验中观察到的较低的体增重相吻合。
补充瘤胃保护的组氨酸,减少了肌肉组织中大量的关键蛋白(P-mTOR),这表示组氨酸最有可能被乳腺用于乳蛋白质的合成,而不是肌肉蛋白质的合成。该结果也与瘤胃保护组氨酸添加于蛋白质降低饲粮中所观察到的乳蛋白质含量和产量的增加相一致。
在另一个研究中,喂给蛋白质降低饲粮(14.5%粗蛋白质)的母牛,比喂以蛋白质适合饲粮(16.5%粗蛋白质)的母牛,具有较低的DMI,奶产量和乳成分(脂肪和蛋白质),以及血浆组氨酸。喂给蛋白质降低饲粮的母牛也具有较低的血液血红蛋白,我们的计算认为,这种内源性的贮存供应了实验期间每日0.4克的组氨酸。
补充瘤胃保护赖氨酸于蛋白质降低的饲粮增加了乳蛋白质含量,而添加瘤胃保护蛋氨酸则不影响母牛的生产性能。用瘤胃保护组氨酸补充蛋白质降低的饲粮,提高了DMI(至蛋白质适合饲粮的水平),乳蛋白质含量,和在数值上增加了乳脂和蛋白质产量。它也防止了在喂给蛋白质降低饲粮母牛中所观察到的血浆组氨酸和血液血红蛋白的减少。
用三种瘤胃保护氨基酸(赖、蛋和组氨酸)联合补充于蛋白质降低的饲粮,增加了乳脂和蛋白质的产量,使之接近于在蛋白质适合饲粮所观察到的水平。该研究的数据证实并肯定了以前的发现,即组氨酸促进了DMI,而且三种瘤胃保护氨基酸(赖、蛋和组氨酸)的联合,可以进一步的提高喂给蛋白质降低饲粮奶牛的乳成分产量。
最后实验的目的,是调查组氨酸缺乏的饲粮提供合适数量的蛋白质(16.2%粗蛋白质),蛋氨酸和赖氨酸,对泌乳性能的作用,以及奶牛的有内源性组氨酸贮存(血液中的血红蛋白和肌肉中的肌肽)。比较于组氨酸合适的饲粮,喂给组氨酸缺乏饲粮的母牛具有较低的DMI,奶产量,蛋白质和能量校正奶。
组氨酸缺乏的饲粮也减少了血浆组氨酸和血液血红蛋白(表明从该内源性的贮存中每日供给0.7克的组氨酸),但没有减少肌肉中的肌肽(arnosine)。这一观察认为,在组氨酸缺乏期间,血红蛋白似乎在供应组氨酸方面,比肌肉肌肽起着更重要的作用,但还没有至减缓组氨酸缺乏饲粮对母牛泌乳性能负面影响的程度。
在研究后期,我们检验了用瘤胃保护组氨酸补充组氨酸缺乏的饲粮,是否可以减缓这些负面的影响。我们发现,比较于组氨酸缺乏的饲粮,瘤胃保护组氨酸的补充提高了DMI,血浆组氨酸和能量校正奶。
这些发现证实了以前研究的结果,即低的饲粮组氨酸的供给,可以损害或影响奶牛的DMI,奶和乳蛋白质产量,以及血液血红蛋白。
结论和实际应用
降低奶牛日粮的蛋白质含量(低于15%粗蛋白质),已显示通过提高奶牛的饲料蛋白质利用效率和减少尿液氮的排泄,可以降低奶牛场氮和氨的排放。
然而饲喂蛋白质降低的饲粮,也减少了关键氨基酸蛋氨酸,赖氨酸和组氨酸的供给,可能导致在泌乳周期的重要时期奶和乳蛋白质产量的损失,或较低的体重。特别是饲喂低组氨酸但提供了合适的蛋白质,蛋氨酸和赖氨酸的饲粮,已显示出降低了奶牛的DMI和泌乳性能。
我们在宾州的研究显示,用瘤胃保护蛋氨酸和瘤胃保护赖氨酸平衡这些饲粮或者饲喂富含蛋氨酸、赖氨酸和组氨酸的饲料,是避免对奶牛生产力有潜在负面影响的一种策略或措施。
译自progressive Dairyman,2017年第8期,第68~69页。
 
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