反芻動物具有一套復雜的酸-堿平衡調節系統,借助這一系統可將瘤胃pH維持在5.5~7之間。瘤胃pH與瘤胃微生物降解有機物產生的揮發酸濃度、瘤胃中水的流量、瘤胃食糜流速、唾液分泌量以及飼料酸度有直接關系。如果瘤胃pH 不適當,飼料干物質進食量下降,酸中毒發生,微生物蛋白質產量和能量產生量下降。在飼料中加入緩沖劑可以有效地控制瘤胃pH,有助于提高采食量、增加產奶量和維持正常的乳成分(表5)。
表5 在不同粗飼料結構條件下產奶牛日糧中添加緩沖劑的生產性能比較a
緩沖劑 |
試驗次數 |
與對照相比的變化幅度 | ||||
產奶量/kg |
乳脂率/% |
乳蛋白/% |
瘤胃pH |
DM進食/kg | ||
小蘇打 |
| |||||
高粗料 |
55 |
+0.2 |
+0.10 |
-0.04 |
+0.05 |
+0.2 |
低粗料 |
14 |
+0.2 |
+0.28 |
+0.06 |
+0.22 |
-0.1 |
玉米青貯 |
17 |
+0.6 |
+0.16 |
-0.02 |
+0.07 |
+0.5 |
苜蓿干草 |
8 |
-0.1 |
+0.03 |
NAb |
-0.07 |
-0.1 |
苜蓿/禾本科草青貯 |
3 |
0 |
-0.03 |
+0.01 |
+0.04 |
+0.2 |
苜蓿青貯/玉米青貯 |
8 |
+0.3 |
+0.10 |
+0.04 |
NA |
+0.2 |
碳酸鉀 |
3 |
+0.3 |
+0.40 |
-0.01 |
+0.16 |
+1.3 |
碳酸氫鉀 |
6 |
+0.6 |
+0.45 |
+0.04 |
+0.95 |
-0.1 |
氧化鎂 |
| |||||
高粗料 |
11 |
+0.1 |
+0.16 |
-0.02 |
+0.05 |
-0.1 |
低粗料 |
9 |
-1.1 |
+0.35 |
-0.06 |
+0.15 |
-1.8 |
a 資料來源:J. Dairy Sci. 1988, 71: 3246 ;
b NA:未進行分析。
2.2.1 不同種類緩沖劑的比較
緩沖劑是奶牛業中應用范圍最廣的添加劑。在化學性質上,緩沖劑由弱酸和鹽化合而成,其水溶液呈弱堿性,這種化合物能夠抵抗瘤胃pH 或氫離子濃度的改變。為了發揮功能,緩沖劑必須具有較好的水溶性(碳酸鈣除外),而且平衡常數(pKa)必須接近瘤胃的生理pH。小蘇打的pKa為6.25,是真正的緩沖劑。其他堿性或中性試劑如氧化鎂,也具有提高瘤胃pH的功能。美國市場上幾種常用緩沖劑的化學成分和性質見表6。
表6 美國市場上幾種常用緩沖劑的成分和性質
項目 |
NaHCO3 |
Na2CO3 |
倍半碳酸鈉 |
粗堿 |
MgO |
NaHCO3含量/% |
100 |
37 |
34.8 |
33.6 |
- |
NaCO3含量/% |
- |
47 |
43.8 |
42.2 |
- |
水合度/% |
- |
16.0 |
14.9 |
14.0 |
- |
惰性物質/% |
- |
- |
6.1 |
10.0 |
- |
鈉/% |
27.4 |
30.4 |
28.5 |
26.0 |
- |
鎂/% |
- |
- |
- |
- |
54 |
pKa值 |
6.25 |
6.25 |
6.25 |
6.25 |
無 |
|
|
10.25 |
10.25 |
10.25 |
無 |
溶解度/(g/100mL) |
7 |
13 |
13 |
13 |
可變 |
酸耗/(mEq/kg) |
12 |
13 |
13 |
11 |
50 |
小蘇打為白色晶體,其中NaHCO3含量99%以上,是安全的飼料添加劑。1%小蘇打水溶液pH為8.4,在瘤胃pH為6.2時發揮有效的緩沖功能。小蘇打是目前研究最清楚的緩沖劑之一,其作用包括提高瘤胃pH和滲透壓,維持理想的瘤胃發酵環境和增加瘤胃液外流速度。
倍半碳酸鈉(sodium sesquicarbonate)是美國FMC農業化學集團生產的含有碳酸氫鈉和碳酸鈉兩種成分的混合物,其物理形態為白色針狀晶體,1%水溶液的pH為9.9,也是公認安全的緩沖劑。據國外報道,使用倍半碳酸鈉飼喂產奶牛,與對照相比,產奶量平均增加1.6kg,乳脂率提高0.23%。由于倍半碳酸鈉的價格低于小蘇打,因此其市場前景看好。粗堿的主要成分也是倍半碳酸鈉,但含有10%惰性物質,如白云巖、頁巖、泥巖等物質。有關粗堿作為緩沖劑方面的研究還很有限,而且這些惰性物質是否影響奶牛的生產性能和健康,也值得進一步研究。
氧化鎂是一種堿性物質,不僅可以補充飼糧中鎂的不足(含鎂54%),而且能夠調節瘤胃發酵,并增加乳腺對乳脂合成前體物的吸收。氧化鎂的溶解度、飼料的熱處理和顆粒度大小,直接影響到氧化鎂的作用效果。
碳酸鈣(石粉)在瘤胃中所起的緩沖作用很小。但在高淀粉飼糧條件下,碳酸鈣通過提高小腸和大腸中淀粉消化率以及增強淀粉分解酶活性,可以提高糞便的pH。飼糧中添加石粉使鈣達到0.6%~0.8%時,碳酸鈣可以提供少量緩沖酸的作用。
膨潤土(也稱皂土鈉)是飼料制粒工藝中廣泛使用的黏合劑。它是一種含有某些礦物質的黏土,具有緩沖劑的功能。膨潤土通過改變瘤胃揮發酸比例,從而起到防止乳脂率降低的作用。膨潤土在瘤胃中能夠膨脹體積(5~20倍)、吸附和交換礦物質及氨,便于瘤胃微生物的有效利用。
另外一些作為緩沖劑使用的添加劑還有碳酸鉀、碳酸氫鉀、碳酸鎂和碳酸鈉等。鉀鹽在熱應激和低鉀日糧中具有良好效果,但價格高,而且市面上供應品種少。二價碳酸鹽的堿性較一價碳酸氫鹽強,但通常適口性都很差。
表7 產奶牛日糧中幾種緩沖劑的建議添加量 g/d
緩沖劑 |
建議添加量 |
碳酸氫鈉 |
110~225 |
倍半碳酸鈉 |
160~340 |
氧化鎂 |
50~90 |
膨潤土 |
450~900 |
碳酸鈉 |
115~180 |
碳酸鉀 |
270~410 |
各種緩沖劑的建議添加量列于表7。多數緩沖劑的適口性不好,因此,添加時必須格外注意用量,以免造成采食量的降低。
2.2.2 應用緩沖劑的條件
應用緩沖劑欲取得最佳經濟效益,需要考慮以下12個基本條件:
2.2.2.1 高比例玉米青貯飼糧
玉米青貯料含有較高的水分(60%~70%)、易發酵碳水化合物(>30%)和較低的pH(3.9~4.2)。對于達到奶牛最大采食量來說,青貯飼料的最適pH應為5.6。玉米青貯料在制作過程要求切得盡可能短以便壓實,短的青貯顆粒由于本身的濕潤特性,動物采食時不需要太多的唾液分泌量,這時使用緩沖劑往往具有明顯的效果。
2.2.2.2 濕度大的飼糧
如果飼糧水分含量超過50%,且含水的部分又為發酵飼料,那么飼糧總干物質進食量會降低6%~9%。自然含水量一般不影響飼料干物質進食量,正如飼喂青綠牧草或青綠飼料作物一樣。
2.2.2.3 低纖維飼糧
日糧中酸性洗滌纖維(ADF)低于19%會影響反芻,并導致瘤胃酸中毒。國外學者報道,ADF在14%以上每增加1個百分點會增加乳脂率0.145 個百分點,而添加108g 小蘇打和54g 氧化鎂也可提高乳脂率0.145 個百分點。
2.2.2.4 干草進食量低
干草具有刺激唾液分泌、延長咀嚼和反芻時間以及降低全日糧水分的功用。進食每千克中等質量干草會刺激動物產生27.1L唾液。干草進食不足,可導致瘤胃產酸量增加。
2.2.2.5 半干青貯飼料切得過細
進食每千克苜蓿半干青貯干物質會刺激產生14.3L唾液。但進食切得過細的半干青貯會引起動物反芻時間縮短、瘤胃食糜外流速度增加和纖維消化率下降。
2.2.2.6 高精料進食量
日糧中以精料代替粗飼料導致日糧纖維水平降低。國外研究者證實,飼喂30%粗飼料日糧的產奶牛每天從唾液中分泌的碳酸氫鈉當量較飼喂70%粗飼料的動物少199g。
2.2.2.7 一餐精飼料給量過大
一餐精料給量超過3kg會造成瘤胃“猛烈”發酵。這種發酵會降低瘤胃pH,并延長瘤胃pH低于6以下的總時間。
2.2.2.8 精料顆粒度小
精飼料顆粒度小將造成易發酵碳水化合物的快速發酵和瘤胃食糜的快速外流,因而瘤胃產酸量增加。
2.2.2.9 高水分谷物飼料飼喂
高水分谷物飼料中的水分含量直接影響其中碳水化合物和氮素組分的溶解度,并降低進食量。這一問題在谷物飼料的含水量高于30%以上時尤為突出。
2.2.2.10 高比例易發酵碳水化合物飼糧
高比例易發酵碳水化合物飼糧影響碳水化合物在瘤胃中降解的數量和降解速度、纖維消化率、瘤胃pH和揮發酸產生模式。
2.2.2.11 乳脂率過低
某些產奶牛個體乳脂率過低或變異較大,這些個體的乳脂率差異在大群乳脂率平均值中往往被掩蓋。如果荷斯坦品種奶牛乳脂率測定值低于2.5%或產奶牛乳蛋白率超過乳脂率0.4個百分點,就可以認為瘤胃揮發酸比例和pH值不正常。
2.2.2.12 熱應激環境
高溫、高濕、輻射和空氣流通不暢都會降低飼料干物質進食量,改變飼料消耗模式,并影響血液礦物質平衡。這些問題都有賴于通過補充緩沖劑來實現。
2.2.3 緩沖劑應用的效果
國內有關使用緩沖劑效果方面的確切統計資料不多。根據美國對1975-1985年間2 087頭產奶牛的調查資料,使用緩沖劑(主要是小蘇打,每天每頭產奶牛喂150g,或占混合精料的1.43%)每天平均增加3.5%乳脂率的奶量1kg,經濟投入:產出比為1:2.3。同一時期由DHI對美國中西部9個州2 684個奶牛業主的調查結果顯示,54.5%的牛場一直使用緩沖劑,與未使用緩沖劑的牛群相比,平均每年提高產奶量571kg。
3 維生素添加劑
維生素分為脂溶性(維生素A、D、E、K)和水溶性(B族維生素和VC)兩大類。維生素是奶牛保證正常生產性能的發揮和健康所必需。維生素A、D、E是在奶牛飼料中必須添加的維生素。許多研究認為,在干奶期給母牛飼喂高水平VE(1000IU/d),有助于降低母牛產犢后奶中體細胞的數量和乳房炎的發病率,并提高初乳中VE的含量。奶牛天然飼料中含有的和瘤胃微生物合成的VK和B族維生素數量一般可以滿足產奶需要,但在高產奶牛中,煙酸、膽堿和硫胺素等的合成量可能不足,需要補加。
3.1 煙酸
煙酸的主要生物學功能是在NAD+/NADP+輔酶系統中發揮作用。動物體內碳水化合物、脂類和蛋白質代謝、ATP合成以及酶調節過程中多于40種生物學反應需要通過煙酸參與的輔酶系統傳遞氫。
3.1.1 對產奶量的影響
20世紀90年代以前國外進行過系統研究,證明添加煙酸對產奶量和乳成分具有明顯影響(表8)。目前推薦煙酸的添加水平為產犢前2周每頭6g/d,連續飼喂到采食量達到高峰(產后80~120d)。歐洲的研究人員發現添加3g即可有效,但生產中的推薦量為10~12g/d。美國的試驗結果表明,以提高產奶量作為評價指標,添加煙酸的投入產出比為1:6(每頭牛每日6g煙酸的投入為$0.06,提高產奶量的產出為$0.39)。
表8 奶牛日糧中添加煙酸對生產性能的影響
飼糧種類 |
試驗數量 |
與對照相比改變的幅度 | ||
產奶量/kg |
乳脂/% |
乳蛋白/% | ||
常規飼糧 |
19 |
+0.76 |
+0.156 |
+0.06 |
添加脂肪飼糧 |
5 |
-0.36 |
-0.044 |
+0.10 |
3.1.2 生產中適宜添加煙酸的條件
3.1.2.1 以下幾種泌乳牛添加煙酸在經濟上往往是有效的:產奶量在8 000kg以上的牛群,能量負平衡、易患酮病、干奶期體重超重以及泌乳早期干物質進食量低的牛。對這幾種能量為負平衡的泌乳牛來說,使用煙酸可以改善脂類代謝,產生積極效果。
3.1.2.2 體重超重的干奶牛添加煙酸對體況評分為3、4或5的干奶牛有效,而對瘦牛的效果不明顯。由于在生產條件下根據體況評分將接近干奶期的牛分開飼喂是不現實的,所以只要牛群中適于使用煙酸的牛數量達到一定比例,就要全群飼喂。
3.1.2.3 為了保證產犢時母牛血漿中有較高的煙酸濃度和最少的脂肪肝形成,添加煙酸應該在產犢前1~2周開始,并持續到產后10~12周。血液和乳汁中煙酸濃度表明,產后2~6周期間奶牛對添加煙酸具有明顯的反應。煙酸的添加量以每日6~8g為宜。尼克酸和尼克酰胺作為煙酸來源對奶牛具有相同的生物學效價。
3.2 膽堿
膽堿通常被歸類于B族維生素,但它的作用絕不局限于傳統的維生素。在奶牛營養中膽堿的作用包括將脂肪肝的發病率降至最低、改善神經傳導和作為甲基的供體等。
由于廣泛的瘤胃降解作用,飼料中添加的膽堿有85%~95%沒有發揮應有作用。據報導,從瘤胃后給奶牛灌注膽堿,日產奶量提高1kg,乳脂率提高0.17%,校正奶產量提高1.5kg。
膽堿在產奶牛中有效的機制是,當游離脂肪酸在泌乳早期從脂肪組織動員出來形成脂蛋白時,膽堿在甘油從肝臟的轉移過程發揮作用,因為這一過程需要含有膽堿的磷脂的參與。添加膽堿還具有節省蛋氨酸的作用,10g膽堿可以提供44g蛋氨酸所具有的甲基當量。
使用低蛋氨酸日糧可以通過補加30g瘤胃保護的膽堿得到糾正。膽堿的過瘤胃保護問題比氨基酸要困難得多,因為膽堿的吸濕性極強。