低蛋白日粮中过瘤胃组氨酸(rumen-protected histidine, RPHis)与饲粮淀粉水平互作——赖氨酸和蛋氨酸满足需要时对泌乳奶牛生产性能及氮利用的影响

《Journal of Dairy Science》：Interactions of rumen-protected histidine and dietary starch in low-protein diets with adequate lysine and methionine: Effects on lactational performance and nitrogen utilization in dairy cows

　　

摘要：本研究旨在探究低代谢蛋白(MP)日粮（干物质基础粗蛋白14.0%，MP供给量为推荐量的84%?86%）中，饲粮淀粉含量与过瘤胃组氨酸(RPHis)对营养利用、产奶量、氮(N)分配、血浆氨基酸(AA)及代谢产物浓度的影响。选用12头经产荷斯坦泌乳奶牛[平均±标准差：泌乳天数(DIM)136±53.1 d，产奶量(MY)36.4±3.0 kg/d，体重(BW)750±52.6 kg]，采用4×4拉丁方设计，周期21 d，2×2因子处理：(1)高淀粉无RPHis(HS；淀粉28.4% DM)，(2)HS+RPHis(HSH；平均32 g RPHis/头·d，提供可消化His 16.5 g/d)，(3)低淀粉无RPHis(LS；淀粉17.4% DM)，(4)LS+RPHis(LSH；平均31 g RPHis/头·d，提供可消化His 15.9 g/d)。所有日粮均添加过瘤胃Met和Lys产品以满足NASEM(2021)推荐量。测定项目包括饲料、粪、乳、尿分析及血样采集。检测到淀粉×RPHis互作仅存在于MY、乳糖产量及乳脂率。LS日粮下RPHis降低MY(29.7 vs. 30.5 kg/d)和乳糖产量(1.42 vs. 1.47 kg/d)，但升高乳脂率(4.54% vs. 4.40%)；HS条件下RPHis降低乳脂率(4.36% vs. 4.49%)，有提高真蛋白:脂肪比的趋势(0.79 vs. 0.76)，不影响MY(32.2 vs. 31.7 kg/d)。合并RPHis水平后，HS日粮提高能量校正乳(ECM)产量(33.7 vs. 31.7 kg/d)、乳真蛋白产量(1.08 vs. 0.98 kg/d)和有机物(OM)采食量(21.7 vs. 21.2 kg/d)，降低全消化道CP(58.7% vs. 65.0%)和中性洗涤纤维(NDF；43.0% vs. 51.4%)表观消化率。高淀粉日粮改善氮利用率(NUE；32.5% vs. 28.0%)，机制为提高乳N分泌、降低N摄人量和尿尿素N(UUN)排泄并将N排泄由尿向粪和乳转移，但增加粪N排泄并使N平衡更负。HS组尿嘌呤衍生物(PD)浓度更高，提示微生物蛋白(MCP)合成增强。HS组血浆His浓度高9.4 μM(23%)。补充RPHis不影响养分采食量、消化率、乳真蛋白产量或NUE，但使血浆His升高10.2 μM(26%)，表明RPHis产品有效提高了小肠可吸收His。综上，在低蛋白MP不足日粮中提高淀粉可通过增强瘤胃能氮同步性及将N排泄由尿转向乳和粪，从而提高ECM和乳蛋白产量及NUE。相反，RPHis未改善ECM产量或N利用，可能由于本试验条件下His并非首要限制因子或其利用受低蛋白基础日粮整体必需氨基酸(EAA)谱限制。未来工作应量化RPHis体内生物利用率及His与能量供给和EAA平衡的互作关系。

论文解读：《Interactions of rumen-protected histidine and dietary starch in low-protein diets with adequate lysine and methionine: Effects on lactational performance and nitrogen utilization in dairy cows》发表于Journal of Dairy Science

一、研究背景与目的

北美与欧洲奶牛群仅约25%?28%的饲粮蛋白质转化为乳氮(N)，其余大量经尿（主要为尿素）和粪排出，尿尿素经脲酶水解为氨造成环境污染。单纯降低日粮粗蛋白(CP)会限制必需氨基酸(EAA)供给并损害乳蛋白合成，因此优化代谢蛋白(MP)及EAA平衡是关键。NASEM(2021)将蛋白营养推进至EAA层面，指出Met、Lys和His边际效率分别约0.73、0.72和0.75。低CP日粮中微生物蛋白(MCP)比例升高，而MCP中组氨酸(His)相对缺乏，使His易成限制因子。过瘤胃His(RPHis)可规避瘤胃降解实现小肠递送。His利用效率(Eff_His)受能量调节，适宜可消化His(dHis)与产奶净能(NE_L)比近1.6 g/Mcal；淀粉作为易发酵碳水化合物可促进MCP合成及瘤胃能氮同步，经葡萄糖—胰岛素—IGF-1—mTORC1通路促进乳腺AA摄取与蛋白翻译，但过量淀粉抑制纤维消化。现有RPHis与淀粉互作研究结论不一。本研究在MP不足、Met与Lys满足的低CP日粮中，设高低淀粉×有无RPHis的2×2因子，检验假设：高淀粉联合RPHis可在MP或EAA受限下提升乳蛋白产量、氮利用率(NUE)及能量利用。

二、主要关键技术方法

研究人员选用12头中期泌乳荷斯坦经产奶牛[136±53.1 DIM，初始MY 36.4±3.0 kg/d，BW 750±52.6 kg]，按DIM和MY分块随机分配至3次重复的4×4拉丁方试验（每期21 d：14 d适应＋7 d采样），2×2因子处理——高淀粉(HS；28.4%淀粉DM)与低淀粉(LS；17.4%淀粉DM)，各±过瘤胃His(RPHis；HSH/LSH)。所有组添加商用过瘤胃Lys+Met(RPLM)使Lys和Met达NASEM推荐利用效率。日粮按NASEM(2021)配制为MP不足(84%?86% MP推荐量)、CP 14.0% DM。个体记录采食量(DMI)；采集TMR与剩料测化学组成；收集乳样测脂肪、真蛋白、乳糖、尿素(MUN)；全收粪尿测表观消化率、N分区、尿嘌呤衍生物(PD→估测微生物N流量)；多点采集尾静脉血测血浆游离AA(GC-MS同位素稀释法)、葡萄糖、胰岛素、非酯化脂肪酸(NEFA)、尿素及血红蛋白。数据以线性混合模型(lmer,R)分析，固定效应为淀粉、RPHis及二者互作，随机效应为牛与周期，显著水平P<0.05，趋势0.05≤P<0.10，有互作则按简单效应解析。

三、研究结果

Experimental Diets（试验日粮）

NASEM预测基础日粮CP 14.0% DM，MP满足84%(HS)和86%(LS)，His利用效率Eff_His=1.04?1.05（超过目标0.75，提示His相对缺乏），Met(0.76/0.71)和Lys(0.72/0.68)接近目标。Ile、Leu、Phe、Thr、Trp、Val预测效率亦超目标，存在潜在共限制。HS与LS日粮淀粉分别为28.4%和17.4% DM，NDF相应38%和44% DM。

Nutrient Intake and Digestibility（养分采食量与表观全消化道消化率）

淀粉与RPHis无互作。RPHis不影响采食与消化率。HS组有机物(OM)采食量更高(P=0.03)，DMI有增高趋势(24.8 vs. 24.3 kg/d; P=0.06)，NDF与ADF采食量更低(P<0.01)，CP采食量更低(P<0.01)因高淀粉替代高蛋白粗料。HS降低CP(58.7% vs. 65.0%)、NDF(43.0% vs. 51.4%)和ADF(41.4% vs. 51.2%)表观消化率(P均<0.01)，归因于较低pH抑制纤维分解菌及较快流通速率；DM消化率无差异。

Milk Yield and Composition（产奶量与乳成分）

检测到淀粉×RPHis互作于产奶量(MY; P=0.03)、乳糖产量(P<0.01)、乳脂率(P<0.01)和真蛋白:脂肪比(P=0.03)及MY:DMI(P=0.02)。LS下RPHis降低MY(29.7 vs. 30.5 kg/d; P=0.05)和乳糖产量(1.42 vs. 1.47 kg/d; P=0.04)，升高乳脂率(4.54% vs. 4.40%; P=0.03)；HS下RPHis降低乳脂率(4.36% vs. 4.49%; P=0.03)，趋近提高真蛋白:脂肪比(0.79 vs. 0.76; P=0.06)，MY无影响(32.2 vs. 31.7 kg/d)。主效应：HS提高ECM产量(33.7 vs. 31.7 kg/d; P<0.01)、乳脂产量、乳真蛋白浓度与产量(1.08 vs. 0.98 kg/d; P<0.01)、ECM:DMI(1.36 vs. 1.32; P=0.03)，降低MUN(8.63 vs. 10.1 mg/dL; P<0.01)。RPHis主效不影响ECM、乳真蛋白产量或NUE。

Nitrogen Partitioning and Urinary Purine Derivatives（氮分配与尿嘌呤衍生物）

无淀粉×RPHis互作。RPHis略增总N排泄(＋22 g/d; P=0.03)但不改NUE，未影响尿PD。HS降低N摄入(524 vs. 553 g/d; P<0.01)，提高乳N分泌和NUE(32.5% vs. 28.0%; P<0.01)，降低估测尿量、尿尿素N(UUN)排泄及血浆尿素N(PUN)，使N平衡更负(?19.1 vs. 39.7 g/d; P<0.01)；增加粪N排泄(216 vs. 194 g/d; P<0.01)及尿别嘌醇和尿酸浓度(P<0.01)，提示MCP合成增强。RPHis未改善N分配，可能因其他EAA(Ile、Leu等)边际缺乏共限制乳腺利用额外His。

Concentration of Plasma Free AA and Blood Metabolites（血浆游离AA与血液代谢物浓度）

Gln(P=0.03)和同型半胱氨酸(P=0.08)有淀粉×RPHis互作趋势（LS下RPHis趋近降Gln）。HS使血浆His升9.4 μ_M，RPHis使血浆His升10.2 μ_M(P<0.01；无互作)；RPHis升Group 1 AA(His+Met+Phe+Tyr+Trp)和趋近升Phe。血浆总EAA/NEAA/AA无处理效应。血糖、胰岛素、血红蛋白无差异，NEFA在HS有升高趋势(P=0.06)但无生物学意义。血浆His升高证实RPHis过瘤胃有效，但乳蛋白无响应印证整体MP及其他EAA共限制。

四、讨论与结论总结（翻译CONCLUSION）

补充RPHis提高了血浆His浓度并改变乳真蛋白:脂肪比，表明His状态和养分分配发生变化，但未提升生产力或氮利用率(NUE)，且在低淀粉条件下反而降低MY和乳糖产量。尽管基础日粮刻意造成His缺乏，RPHis未引发生产响应，提示本试验条件下His并非唯一限制AA。整体MP供给不足及其他EAA（如Ile和Leu）预测边际缺乏可能限制了乳腺利用额外His合成乳蛋白的能力。此外相对短的试验周期（21 d）也可能限制充分检测His供给增加的生产响应。提高饲粮淀粉在低蛋白条件下通过增强乳N输出、减少尿N损失及降低总N摄入改善了NUE和乳蛋白产量，证实瘤胃易发酵碳水化合物与瘤胃可用N的匹配可支持蛋白受限条件下的乳蛋白合成。未来研究应优先量化RPHis体内生物利用率，并探索能量供给、整体EAA平衡及关键代谢通路如何互作以优化长期研究中兼顾生产力、AA与N利用效率及减排过剩N排泄的饲喂策略。