反刍动物氨基酸需要量及理想模式的研究进展

shifuming2007 · 发表于 2008-2-14 17:19:36

赵发盛林英庭

（莱阳农学院动物科技学院山东青岛 266109）

摘要：近年来，随着反刍动物营养研究方法和手段的不断改进，反刍动物氨基酸的研究取得了很大的进展。本文简要论述了反刍动物限制性氨基酸的研究现状，描述了反刍动物小肠的理想氨基酸模式的研究进展。
关键词：反刍动物限制性氨基酸理想氨基酸模式

The Research Progress of the Ruminant Amino Acid Requirement and Ideal Pattern

Abstract: Inrecent years, The ruminant amino acid research has made obviousprogress with the development of the ruminant nutrition researchmethods. This article briefly elaborated the present situation inresearch of the ruminant restrictive amino acid, and described theresearching progress of the ruminant small intestine ideal amino acidpattern.

Keywords: Ruminant Restrictive amino acid Ideal amino acid pattern

反刍动物能够消化利用低质粗饲料，但对含氮物质利用率偏低，从而降低了日粮整体利用效率，也就是说日粮中大量的蛋白质并没有转化为人类所需求的蛋白产品。随着世界蛋白质饲料资源紧缺的加剧和人类对畜产品质量和环境保护要求的提高，反刍动物营养研究者和畜牧业生产者面临着提高动物生产能力、改善畜产品品质和降低日粮成本、减少动物粪尿中氨氮排放的双重任务。这也是近年来反刍动物蛋白质（氨基酸）营养研究的热点和生产者所追求的目标。为此人们围绕反刍动物蛋白质和氨基酸代谢进行了大量的研究工作，并取得了很大的进展[1][2]。
随着氨基酸分析技术和发酵提取、化学合成晶体氨基酸方法的飞速发展，对氨基酸营养作用的研究已从单纯研究各种必需氨基酸需要量深入到综合考虑各种氨基酸的平衡与模式上来。理想氨基酸模式(Ideal Amino Acid Pattern)是指饲粮中各种氨基酸的最佳平衡。在蛋白质营养中，氨基酸平衡已在畜禽生产中得到应用。理想氨基酸模式作为评定畜禽饲粮蛋白质营养价值的重要方面，也已越来越得到人们的重视[3]。
1 反刍动物小肠可吸收氨基酸的来源
目前，对反刍动物瘤胃内蛋白质消化和代谢的途径已基本摸清，但对一些氨基酸具体的代谢途径和特点仍在继续研究中[4]。反刍动物瘤胃内栖居着大量的微生物，包括细菌、原虫和真菌。一般认为，饲料蛋白质进入瘤胃后，一部分被微生物降解为寡肽、氨基酸和氨，瘤胃微生物再利用发酵生成的VFA作为碳架，并利用瘤胃发酵释放的能量（ATP），将这部分寡肽、氨基酸和氨连同内源分泌的氨一起又合成微生物蛋白。这些微生物蛋白连同饲料中非降解蛋白（包括过瘤胃完整蛋白和部分小肽）随食糜流通进入真胃和小肠，然后又被动物分泌的消化液（酶）分解成小肽或游离氨基酸，供动物机体利用[5][6]。
反刍动物小肠可吸收氨基酸来源于3个部分，即瘤胃微生物蛋白质、饲料非降解蛋白质（包括小肽）和内源分泌的蛋白质[7]。微生物蛋白质是小肠吸收氨基酸的主要来源，奶牛占35%-60%( Clark等，1992)[8]，绵羊占60%-90%(Smith，1975)。瘤胃微生物的氨基酸模式与牛奶蛋白质中的相似，但Met, His, Leu,Val稍低。此外，微生物氨基酸到达十二指肠的量对于满足高产奶牛是不够的(Stern等，1994)[9]。 Met已经被认为是瘤胃菌体蛋白质的第一限制性氨基酸，牛和绵羊饲喂的是半纯合日粮或包含少量UDP日粮，Met和Lys已经被认为是第一和第二限制性氨基酸(Richardson和Hatfield， 1978；Storm和Orskov，1984；Titgemeyer和Merchen，1990)[7] [26][10]。不同氮源对反刍动物的瘤胃MCP的产量有一定的影响，但MCP的氨基酸组成是否恒定一直引起人们的争议。Erasmus等(1994)用不同实验日粮测得瘤胃细菌的氨基酸组成有一定的差异[11]，王洪荣(1998)应用豆饼、亚麻饼和血粉3种不同氮源研究发现，3种氮源日粮对绵羊瘤胃微生物中的多数氨基酸无显著影响，但从表观数值上分析，豆饼日粮和亚麻饼日粮下瘤胃分离微生物的氨基酸组成相近，饲喂血粉日粮绵羊瘤胃微生物中His, Leu, Val, Tyr, Pro比例降低[12]。可见，不同氮源日粮对瘤胃微生物中某些氨基酸的比例有一定影响，不同日粮下微生物氮中氨基酸氮含量间有差异。其变化原因可能是因日粮不同引起进入小肠的微生物种类的不同所致，因为瘤胃细菌和原虫的氨基酸组成有一定的差异。由于日粮的不同会引起微生物的组成和种属的差异，所以进入小肠的氨基酸组成也有一定的不同。如果要使反刍动物以最佳状态生长发育，单单只由瘤胃微生物来提供氨基酸是远远不够的，因此，添加外源性AA是使反刍动物发挥最大生产性能的必要前提[7]。要提高肠道内可吸收AA的数量和质量有多种方法，如采用一些物理、化学方法提高瘤胃非降解蛋白质(Crooker 1986,Egil 1999 )[13][14]，但是，这并不能确保限制性氨基酸能得到满足。要从根本上解决这一问题就要必须确切了解反刍动物限制性AA的种类和限制顺序，掌握小肠中理想氨基酸的模式以及各种氨基酸在小肠中的吸收利用率，然后通过调整日粮的结构来达到调节进入小肠的AA的数量和质量均符合理想AA的组成要求[15]。当今，许多单胃动物都有了明确的蛋白质和AA需要量的规定，而反刍动物只有蛋白质需要量，AA需要量至今尚未明确。因此，这成为当前国内外研究的热点问题。
2反刍动物限制性氨基酸(LAA)研究现状
限制性氨基酸(LAA)及其组成模式是决定反刍动物体内含氮物质利用的重要因素。通过对可吸收LAA平衡调控可降低日粮蛋白用量，提高利用率，从而节约资源并能减少环境污染。AA吸收效率、转运效率、吸收与排出比例是评定LAA顺序的基本方法（NRC 2001)。在此基础上，许多学者结合饲养试验，十二指肠(真胃)AA灌注法和多血管瘘技术[16]初步建立了LAA体系，并一致认为Lys和Met是反刍动物的第一和第二LAA，而对其余AA限制性顺序，学术界仍存在争议。王洪荣(1998)评定了3种蛋白质饲料的不同LAA顺序[12]。Greenwood和Tigemeyer (2000)认为生长牛的LAA顺序为Lys，Met，Thr[17]。McCuistion (2004)认为生长牛的LAA顺序为Lys，Met，His。董晓玲(2003)研究了内蒙古绒山羊的LAA，根据氮沉积求出各种AA的相对限制性顺序依次为：His (20.45%)；Met (29.07%0)；Arg（51.76%)；Ser (54.25%)；Cys (72.17%)。内蒙古绒山羊的LAA为Met和His[18]。然而甄玉国(2004)认为Met不是影响羊绒生长的主要LAA[19]。对于LAA对反刍动物生产性能的影响，也存在争议。有研究表明，灌注或饲喂瘤胃保护性LAA 可提高泌乳量和改善乳成分(Harrison等2000；Robinson等2000)。但Bernard等(2004)认为补充瘤胃保护性LAA对乳产量无影响。NRC (2001)总结了大量研究表明：①乳蛋白含量比产奶量对补充Lvs和Met的反应更敏感，尤其是产奶高峰期以后的奶牛。②乳蛋白含量的增加与产奶量无关。③酪蛋白是乳蛋白中最受影响的部分。④当可代谢蛋白中其它AA达到或接近估测需要量时，乳蛋白增加对添加Lvs和Met反应最敏感。⑤在产奶量方面，泌乳早期奶牛比中期和晚期对Lys和Met敏感。王洪荣和董晓玲(2004)阐述了一些评价LAA的新指标，如分子生物学指标，尿中3—甲基组氨酸（MMH)肌苷比值，限制性氨基酸指数(LAAI)，蛋白质周转等[20]。
3 反刍动物氨基酸的需要量及研究方法
近年来，理想氨基酸平衡模式已在猪禽日粮配合中得到广泛的应用，降低了日粮中蛋白质的用量，提高了饲料的利用效率。但与此相比，反刍动物的氨基酸需要量的研究显得相对滞后。其主要原因是由于反刍动物瘤胃微生物对进入真胃和小肠的氨基酸组成和数量具有较大的干扰。另外，我们不能用纯蛋白质或氨基酸日粮来做平衡饲养试验，加之反刍动物日粮的组成变化极大，很难评估其生物学价值。致使饲养者无法用日粮原料中氨基酸模式配合反刍动物日粮[21][22]。
随着瘘管技术、灌注技术、血插管技术和同位素示踪技术等反刍动物营养研究手段的发展，为反刍动物氨基酸平衡模式的研究提供了有利的工具；同时在反刍动物对养分的吸收、代谢和分配等方面也取得重大的突破。尤其是卢德勋(1997）提出了总代谢氨基酸的新概念（即由前胃和肠道吸收进入肝脏门静脉血液的肽和氨基酸的总量），第一次将瘤胃和肠道吸收联系起来，能够更精细地反映整个机体的代谢蛋白质，可作为蛋白质和氨基酸营养整体优化的较为理想的指标[1]，为反刍动物氨基酸需要量的确立提供理论基础[23]。
反刍动物氨基酸需要量的研究方法主要包括以下几个方面：
3.1 饲喂满足生产需要的日粮时，根据真胃或小肠的氨基酸流量和组成分析氨基酸需要量
Goedeken等(1990)分别计算了给阉牛饲喂十种不同日粮时小肠的必需氨基酸流量和组成，这些日粮具有相同的基础成分和不同的蛋白质补充料，均使动物实现了最大生产性能[24]。Willkerson等(1993)根据这些小肠的必需氨基酸流量数据，分析各种必需氨基酸的变异系数，认为变异系数最小的蛋氨酸为第一限制性氨基酸，并估计其需要量为11. 9克/天[25]。
3.2 屠体分析法
Block等(1994)注意到营养价值高的蛋白质在必需氨基酸组成上与采食该种蛋白质的动物的必需氨基酸组成大体相似，于是提出了生长动物的必需氨基酸需要量由体蛋白质的必需氨基酸组成来确定的理论，但由于各组织器官必需氨基酸组成差异很大，需要用整个动物体的氨基酸组成模式进行预测。Hogen(1974)[26], McCance和Widdowson (1978), Evans和Patterson(1986)分析了肉牛选定肌肉组织的EAA组成模式。另外一些研究(Williams， 1978；Rohr和Lebzien，1991；Ainslie等，1993)用空腹动物体得出了肉牛用于维持和增重的必需氨基酸净需要量的组成模式

3.3 真胃或十二指肠梯度灌注测定法

氨基酸梯度灌注测定法是应用最多的一种测定反刍动物氨基酸需要量的方法。采用该方法需要给肉牛装上真胃或十二指肠瘘管，使待测氨基酸成为第一限制性氨基酸，保证其它营养物质和必需氨基酸充足且相对平衡。常用的方法有基础日粮十待测氨基酸法；半纯合日粮+氨基酸混合物十待测氨基酸法[27]。
3.4 真胃或十二指肠回撤灌注法
Storm和Orskov (1984)提出了一种新的灌注方法来确定某种已知氨基酸组成模式的蛋白质中EAA的限制顺序和限制程度，并根据EAA的限制程度来确定可吸收EAA的理想模式。该方法分为以下几步进行: (1)估计某给定蛋白的可吸收氨基酸利用效率(U)；(2)测定小肠基础氨基酸流量及相应氮平衡(NB)值；(3)按小肠基础氨基酸流量中EAA的模式来配合EAA混合液，每种EAA的量均为基础流量的 (1-U) /U，从真胃灌注混合液，并测定相应的NB值；(4)每次撤出混合液中的一种EAA,同时测定NB，根据测定的NB可以确定EAA的限制顺序和限制程度，由限制程度即可确定各种限制性EAA在小肠基础流量中应该补充的数量。Storm和Orskov(I984)用此方法测定了MCP作为绵羊的唯一蛋白源时EAA的限制情况[28]。Fraser等(1991)用此方法测定了泌乳奶牛的可吸收EAA理想模式。Greenwood等(2000)对以谷壳为基础日粮、体重200千克左右的荷斯坦肉牛用真胃回撤灌注法进行试验，表明蛋氨酸是第一限制性氨基酸，其需要量为10克/天[17]。
4 理想氨基酸(ldeal Amino Acid,lAA)模型及氨基酸平衡理论研究进展
影响蛋白质利用效率最重要的因素是小肠可消化AA模型，但由于瘤胃微生物对饲料的降解，影响了IAA模型在饲料配制过程中的应用(Boisen等2000)。近几年来，随着计算机技术在动物营养学中的应用，研究者可通过更为复杂的数学模型来评估反刍动物IAA模型及AA平衡。瘘管术、灌注营养技术和多血管瘘技术等又为反刍动物 AA平衡模式研究提供了重要工具。王洪荣(1998)研究发现改进肌肉模式为生长绵羊小肠可消化IAA模式(M85+C15)，即Lys 100% ，Met+Cys 39.37%，Thr 76.17%，His 40.51% ，Arg 72.25%，Leu 157.54% ，Ile 81.47%，Val 104.75% ，Phe 81.02%和Trp 12.94% ，EAA：NEAA 为1：1.01[12]。甄玉国(2002)认为在AA不平衡条件下，增加蛋白质水平实际上是对AA不平衡的一种补偿，但这种补偿是有限的。过度的补偿对蛋白质资源是一种浪费，同时也达不到理想的增绒效果。AA平衡以后可增加外周组织，尤其是皮肤对蛋氨酸的利用，从前胃以内源形式进入十二指肠的Met数量减少，提高了皮肤蛋白合成量，促进绒毛纤维生长。研究同时表明，在一定范围内动物机体可通过自我稳衡调控功能，调节血液循环中的AA趋于平衡。一旦超出动物本身调控范围，某些AA在血液循环中大量滞留，反而会影响AA平衡性。同时也说明，小肠可吸收IAA模式是一个范围，在这一个理想模式范围内，动物借助机体的自我调控功能，使进人组织代谢层次的AA模式趋于理想平衡模式(卢德勋,2004)。为此，甄玉国引入氨基酸平衡指数(Amino Acid Glance Index，AABI)概念，用以评价小肠可吸收AA平衡性。甄玉国研究得出的绒山羊小肠可吸收IAA模式与王洪荣所确立的绵羊IAA模式相比，绒山羊含硫氨基酸(SAA)的比例约为绵羊的2倍，Leu和Ile明显低于绵羊，其它氨基酸则差异不大[19]。由于内脏组织消耗了大量的Leu,当根据肌肉和绒毛模式计算IAA模式时低估了Leu的实际需要，因此在甄玉国研究所确定的IAA模式的前提下应该适量提高Leu添加量同时也应该增加Ile和Ser比例。苏鹏程等(2004)采用同样方法，测定了内蒙古白绒山羊小肠AA表观消化率，并对AA平衡性进行评定，结果表明:玉米一豆粕型日粮条件下，小肠可吸收AABI为0.69 ，要达到M85+C15的平衡模式，需要补充Met、Arg、His、Thr、Ser和Trp[29]。
但人们对畜禽理想蛋白氨基酸模式的研究都是基于如下假设：即对某种动物而言,其理想蛋白氨基酸模式相对恒定，受品种、性别、年龄等因素的影响很小；随着动物的生长，改变的只是各种氨基酸的绝对需要量，而其相互比例则基本保持不变。对理想蛋白氨基酸模式的这种假设既有利于从大局上把握动物复杂生理需要的总体动态，也便于生产实践中的运用。但是,许多研究者证实，在以上条件下所测得的理想蛋白氨基酸模式只是相对的，品种、性别、年龄、饲养水平等的不同均对理想蛋白氨基酸模式有一定的影响。维持和生长在不同的情况下氨基酸的相对比例并不恒定。对不同生长状况的畜禽，应根据其维持和生长相对氨基酸的比例的不同，对理想蛋白氨基酸模式作适当调整[30]。
5 小结

近年来，在反刍动物氨基酸营养研究和应用方面已取得了相当的进展，但多局限于某一方面或停留在通过胃肠道和血液直接灌注等试验研究水平，距离真正意义上的氨基酸平衡应用还有相当的一段路程，许多研究工作有待完善和深入，如小肠氨基酸吸收、利用和周转机制的研究；肝脏氨基酸代谢规律及与葡萄糖代谢的关系；肽在氨基酸营养中的作用;外周组织氨基酸分配规律等[1]。通过日粮手段对氨基酸平衡进行调控也有很多研究工作要做，如各种饲料瘤胃降解率和各部分氨基酸组成的数据库的建立；微生物蛋白质和小肠氨基酸供应预测模型的完善；动物不同种类和生理状态下氨基酸需要量和理想氨基酸模式的确定等[2]。根据特定生理状态下动物的氨基酸需要模式，针对微生物蛋白质和过瘤胃蛋白质可进行初步调控，估测初调后小肠氨基酸的供应和模式，找出相应的限制性氨基酸，最后再利用过瘤胃保护氨基酸进行调控，以最终达到理想的氨基酸平衡模式[4]。
理想氨基酸模式能从一种理论发展成为一门技术，并在生产中得以应用，主要原因就在于生产中使用理想氨基酸模式，不仅使动物进食的氮有最大量的沉积，减少了饲料的浪费和环境污染，充分发挥了动物的生长潜力，而且在改变日粮组成的情况下仍可使蛋白质的质量保持恒定，从而可使动物的生产性能达到预期的要求。因此，随着营养科学及氨基酸发酵工业的发展，限制性氨基酸的商业化供应量不断增加和理想蛋白质研究不断深入，理想氨基酸模式将广泛应用于生产中，并发挥其更大的作用。

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