雅江雪牛基础代谢分析

Study on Basic Metabolism of Yajiang Crossbred Cattle

摘要

雅江雪牛是以西藏犏牛为母本，安格氏牛为父本进行杂交的一个F2代新品种，仍具有雄性不育的特征。雅江雪牛继承了父本的高生产性能，但其基础代谢研究尚少。通过瘤胃瘘管，全粪全尿法对育肥期1.5 a的雅江雪牛进行代谢研究，结果表现为母雪牛粗蛋白的代谢量为（2.69±0.07）g/w^0.75，公雪牛为（2.21±0.23）g/w^0.75；母雪牛对氨基酸总量的代谢量为2.85 g/w^0.75，公雪牛为2.95 g/w^0.75；对必须氨基酸的需要量，母雪牛为1.03 g/w^0.75，公雪牛为0.99 g/w^0.75；维持代谢ME的需要量，母雪牛为（848.23±30.75）KJ/w^0.75，公雪牛为（729.40±61.39）KJ/w^0.75；母雪牛纤维素中NDF维持量（21.23±0.57）g/w^0.75，公雪牛为（18.59±1.33）g/w^0.75。24 h瘤胃纤维素滤袋中NDF的消化率仅为5.29%，而总消化道中NDF的消化率为79.68%，说明74.39%的NDF是由瘤胃原虫和结肠中微生物进行消化的。试验揭示了雅江雪牛对主要物质的代谢量，也证明了瘤胃原虫对纤维素消化的重要性。

Abstract

The Yajiang crossbred cattle, resulting from the hybridization of Tibetan female Dzo and male Angus, represents a novel cattle breed characterized by male infertility. This breed has inherited the high production performance traits from the male Angus parent, but there has been limited research focused on its basal metabolic rate. In order to address this gap in knowledge, a study was conducted on Yajiang crossbred cattle at the age of 1.5 years, utilizing the methods of total fecal and total urine collection, as well as the use of rumen fistulas for metabolic investigations. The results showed that the maintenance metabolic requirement for crude protein in females was (2.69±0.07) g/w^0.75, whereas in males, it stood at (2.21±0.23) g/w^0.75. The total amino acid requirement was 2.85 g/w^0.75 for females and 2.95 g/w0.75 for males. The maintenance energy (ME) requirements were (848.23±30.75) kJ/w^0.75 for females and (729.40±61.39) kJ/w0.75 for males. Additionally, the NDF (Neutral Detergent Fiber) metabolic rates were (21.23±0.57) g/w^0.75 for females and (18.59±1.33) g/w^0.75 for males. Notably, the digestibility of NDF within cellulose filter bags placed in the rumens was a mere 5.29% after a 24-hour period. However, upon comprehensive analysis, it was determined that the total digestibility throughout the entire digestive tract amounted to 79.68%. This outcome underscored the significant role played by rumen protozoa and colonic microorganisms, responsible for the digestion of 74.39% of NDF. In summary, this experiment shed light on the metabolic rates of key nutrients in Yajiang crossbred cattle and underscored the vital contribution of rumen protozoon to NDF digestion.

关键词

雅江雪牛 / 维持代谢 / 瘤胃瘘管 / 纤维素袋

Key words

Yajiang crossbred cattle / maintenance metabolism / rumen fistula / cellulose filter bag

青藏高原繁衍生息着1 636万头牦牛、犏牛数量约有200多万头^[1]。藏族人民在1 000多年前就利用牦牛和藏黄牛进行种间杂交改良，以降低养殖成本和提高乳肉生产性能。但犏牛的雄性不育和母犏牛生产的F2后代出现的生产性能良莠不齐，是高原养牛业的一大瓶颈。

牦牛体细胞染色体（2 n＝60）与普通黄牛染色体数（2 n＝60）一致，但犏牛表现出雄性不育的特征。通过对牦牛和普通黄牛X染色体基因编码区比较及密码子偏性分析研究发现，牦牛长期生活在环境隔离的高原环境，选择压力使牦牛在进化过程中，X染色体的基因发生了部分变异^[2]，但这不足影响母犏牛的生育能力。

Y染色体具有遵循父系遗传、突变率低、不易受重组和回复、突变影响等特点。张志清（2005）在28头青海牦牛上电泳检测了普通牛UMN2404具有85、62和55 bp 3种等位基因，而牦牛只有55 bp一种等位基因，可用于普通牛和牦牛的鉴定工作上^[3]。DAZ家族蛋白中DAZL组织表达谱表明，其具组织表达特异性可在黄牛生殖细胞和犏牛卵巢中表达，犏牛睾丸中检测不到表达信号。对BOULE基因进行了组织表达分析，发现其仅在黄牛生殖细胞和犏牛卵巢中表达，犏牛睾丸中检测不到其表达信号。一般认为DAZ基因家族是牛亚科精子生成的关键调控因子，其缺失与犏牛雄性不育相关。犏牛雄性不育也可能是由SYCP2、SYCP3、FKBP6基因表达水平偏低造成的^[4]。但犏牛的雄性不育研究还没有一个权威的证据和统一的理论给予系统和合理地解释。

牦牛、藏黄牛和犏牛为高原模式动物。科技工作者通过多年的引种尝试，低海拔牛种极难适应高原环境。犏牛，分两类，即黄犏（黄牛为父本、牦牛为母本杂交而成）和牦犏（牦牛为父本、黄牛为母本杂交而成）^[5]。犏牛的杂种优势非常显著，生产性能均优于亲本。雌性犏牛（杂交F1代）的杂交后代（杂交F2代）则出现生产性能层次不齐的变异。

2017年以来，西藏畜牧总站以安格斯牛为父本、西藏犏牛为母本开展“牦牛-黄牛-安格斯牛”三元杂交育种技术，经过3年多的选育，成功培育出西藏首个商用优质肉牛，命名为“雅江雪牛”。雅江雪牛作为F2代犏牛品种，对高原环境具有极强的适应性，产肉性能得到极大的提升。与当地牦牛相比，雅江雪牛表现出生长速度快、饲料转化率高、产肉性能好、肉质鲜嫩、适应高原环境及养殖效益大等显著特征。

雅江雪牛作为一个育成的新品种，营养代谢缺乏基础数据。2022年课题组对育肥初期架子雅江雪牛的基础代谢进行了初步研究，并取得了一定的核心数据。

1 材料与方法

1.1 试验动物

试验组雅江雪牛每天饲喂8 Kg混合饲草，饲料由燕麦、青贮玉米、精补饲料颗料、添砖等组成，自由饮水。

试验牛8 Kg饲草中添加8 g BaSO₄（排粪量指示剂），搅拌均匀后投饲，并保证加入BaSO₄的饲草全部被试验牛吃完，自由饮水，牛舍中配有微量元素添砖。牛的体重增长保持在维持代谢状态。7 d后收集粪便，并用于测定分析（见表1）。

1.2 仪器型号

氧弹量热仪（ZDHW-8A）、紫外可见分光光度计（UV1100）、粗纤维测定仪（CXC-06）。Mg、Zn、Ca、Cu、Co、Mn、K、Fe采用火焰原子吸收光谱仪（Agilent AA240），Mo采用电感耦合等离子体发射光谱仪（Agilent 5110）进行分析，Se利用原子荧光光度计（海光230E）分析，氨基酸（色氨酸除外）采用氨基酸分析仪（型号：LA8080）分析，色氨酸利用液相色谱仪（H-Class）分析。

还原糖和总糖的测定采用蒽酮法。

1.3 测试公司

试验开始于2022年12月，样品收集于12月28日，并送到广东省中鼎检测技术有限公司进行检测分析。

评价基础是ADG接近0 Kg（通过称重获取）。

1.4 能量及代谢参数

利用氧弹式热量计（ZDHW-HN9000微机全自动量热仪）测定雅江雪牛饲料、粪便中热值；采用蒽酮法测定还原性糖和总糖；采用范氏（van soest）分析NDF、ADF、ADS、NDS等物质量。

总能（GE）/MJ•d=干物质采食量(DMI)×饲料单位能值。

粪能排泄量（FE）/MJ•d=粪便排泄量×粪便单位能值。

消化能（DE）/MJ•d=GE-FE。

NAD消化量/Kg•d=饲料总NDF量/Kg•d-粪便排泄总NDF量/Kg•d。

AAD消化量/Kg•d=饲料总ADF量/Kg•d-粪便排泄总ADF量/Kg•d。

2 结果

2.1 雅江雪牛育肥期饲草主要成分含量

根据称重测算，育肥期雅江雪牛（体重350 Kg左右）每天采食8 Kg全价饲料（饲料含水率46.58%），基本保持在维持代谢状态。饲料主要成分为青贮玉米+燕麦+苜蓿+精料颗粒进行搭配，饲草主要养分见表2，自油饮水，自由采食添砖。

根据NRC美国牛营养标准（2001），奶牛对主要微量元素需要量为Cu 73.33 mg，Mn 181.31 mg，Zn 219.97 mg，Co 2.11 mg，I 3.12 mg，Mo 2.69 mg，Se 0.62 mg。经测试，雅江雪牛所采食的微量元素含量Cu（24.27±100.96） mg，Mn（192.14±16.68） mg，Zn（48.69±44.57） mg，Co未检出，Mo（4.80±0.34）mg，Se（0.03±0.01） mg。表2和表3中微量元素值仅作为一定的参考数据。主要原因是雅江雪牛自由采食添砖，同时育肥初期雪牛的个体较小等因素造成。

由表3可知，在雅江雪牛的总采食量中，主要微量元素Cu、Mn、Zn、Co、I、Mo、Se等含量都低于机体所需的参考需要量，但在粪便中检测出大量的微量元素。这主要是由于自由添砖导致的结果。自由添砖可降低牛微量元素缺乏症，但也会造成养殖成本上升和微量元素中毒的风险。因此，高效养殖应合理搭配全价饲料是最为可取的方法。

2.2 雅江雪牛的氨基酸代谢模式

反刍动物消化道中的氨基酸含量和比例不仅来自于饲源，大部分还来自于消化道微生物。据研究，纤毛虫蛋白质的生物效价为91%，细菌为74%^[6]。当牛获取外界饲草中蛋白质或氨基酸较低时，机体所需的氨基酸基本全部来自于消化道微生物。瘤胃微生物的种类和动态平衡，是一个牛种和地域动物长期进化的结果，具有地域特色和物种特征。

常规的20种氨基酸中，有8种氨基酸为必需氨基酸，分别为赖氨酸（Lys）、色氨酸（Trp）、苯丙氨酸（Phe）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、蛋氨酸（Met）、苏氨酸（Thr）和缬氨酸（Val），雅江雪牛氨基酸模式见表4。但个别的非必须氨基酸对牛的器官发育和新陈代谢至关重要，如谷氨酰胺是构成脑组织的主要成分之一，天门冬氨酸可促进肌肉修复和蛋白质的形成。通过测定，雅江母雪牛必须氨基酸所占比例为总氨基酸的34.88%，雅江公雪牛为34.76%，二者数据基本接近，公母雪牛总氨基酸含量差异不显著（P=0.87），公母雪牛必须氨基酸易差异不显著（P=0.90）。此值与新疆褐牛必须氨基酸均值44.6%略低^[7]，可以推断出雅江雪牛具耐粗饲的特征，适合西藏高原营养不均衡环境下养殖。

肯萨斯州立大学研究人员通过瘤胃灌注氨基酸测定发现，亮氨酸和缬氨酸供给不足会限制动物生长。研究发现，对128 Kg初试体重的阉犊牛进行瘤胃瘘管试验，250 g/d的氨基酸补充量已经接近试验牛的氨基酸需要量。经测定，雅江公雪牛氨基酸的吸收总量为230.58 g/d，母雪牛为238.42 g/d，此结果与肯萨斯大学研究结果基本相符，也能代表瘤胃饲草和微生物氨基酸的构成特征。氨基酸模式，特别是必须氨基酸模式是对一个新品种牛的养殖和饲料配方过程中提供重要的基础数据。同时若超量补充蛋白质，氨基酸含量过多会造成尿氮量的升高，养殖效益也会降低。

2.3 育肥期雅江雪牛的基础代谢

通过测试分析，雅江雪牛每天总产粪量干物质含量（干粪量：0.79 Kg/d）为（15.12±3.35）%，对物质的总吸收率为81.59%（即产粪量与干物质采食量比值：DM/采食量DM=18.41%，）。育肥期雅江雪牛氨基酸需要总量公牛平均为230.58 g/d，母雪牛平均为238.42 g/d；NDF需要量平均为1.69 Kg/d，采食NDF量为（2.12±0.01） Kg/d，吸收NDF占点总采食量DMI的21.11%，采食量中NDF含量为26.50%。根据NRC美国牛营养标准（2001）对奶牛粗饲料NDF的推荐量为15%～19%，全价量料为25%～33%，证明了雅江雪牛饲料中所提供的NDF含量是符合牛生长需所（表5）。

粗脂肪主要来自于饲料中，含量为（87.26±1.60） g/d。但这些粗脂肪有瘤胃中转化为微生物脂肪，再被牛消化道酶分解和吸收。总的表观吸收量为母雪牛为（73.10±0.56）g/d，公雪牛为（71.68±0.81） g/d（表5）。

根据NRC美国牛营养标准（2001），奶牛在适宜环境下，12月龄的奶牛ME为17.00 Mcal/d（71.16 MJ/d），冬天环境为25.20 Mcal/d（105.48 MJ/d）。测试雅江雪牛因个体较小，母雪牛ME（66.86±1.20） MJ/d，公雪牛（66.22±1.03） MJ/d，基本与美国奶牛净能代谢值接近（表5）。碳水化合物中主要以纤维素为主，部分为还原性糖。通过测定，350 Kg的雪牛每天维持代谢的总糖需要量为2.96 Kg/d。

在牛的养殖过程中，环境与品种影响牛的基础代谢。根据测定结果，下表中的数据是雅江雪牛饲料配方的核心和关键。通过测定，母雪牛粗蛋白的代谢量为（2.69±0.07） g/w^0.75，公雪牛为（2.21±0.23）g/w^0.75；母雪牛对氨基酸总量的代谢量为2.85 g/w^0.75，公雪牛为2.95 g/w^0.75；对必须氨基酸的需要量，母雪牛为1.03 g/w^0.75，公雪牛为0.99 g/w^0.75；维持代谢的ME需要量，母雪牛为（848.23±30.75）KJ/w^0.75，公雪牛为（729.40±61.39）KJ/w^0.75；母雪牛纤维素中NDF的维持量为（21.23±0.57）g/w^0.75，公雪牛（18.59±1.33）g/w^0.75（见表6）。上述主要与代谢相关的值与NRC美国牛营养标准（2001）基本相符，差异性不大，说明在拉萨地区雅江雪牛的基本代谢与低海拔环境没有显著的差异性。

2.4 雅江雪牛瘤胃中总养分和纤维素代谢量

青稞秸秆是西藏主要粗饲料中的一种，产量高，分布广。通过纤维滤袋进行雅江雪牛瘤胃消化试验，瘤胃对青稞秸秆的消化率仅为（14.37±2.39）%，而纤维素滤袋的孔径为52 μm，在这种孔径下，大部分原虫不能进入纤维袋，袋中纤维素的消化主要为细菌和酶在进行。从表7可知，瘤胃中青稞秸秆的总消化率为（14.37±2.39）%，NDF的消化率仅为5.29%，ADF的消化率接近“0”，半纤维素的消化率为4.84%。但从表2、表3饲草和粪便中纤维素含量计算，NDF的消化率为79.68%，说明74.39%的NDF是由瘤胃纤毛虫和结肠中微生物进行消化的，但瘤胃中纤毛虫与结肠微生物的消化率占比多少还需进一步研究。

3 讨论与分析

3.1 理想氨基酸模式

在牛的消化系统中，饲粮中瘤胃非降解蛋白，瘤胃微生物蛋白主要在小肠中被牛消化吸收^[8]。牛对氨基酸的需要量和吸收量决定于两个方面，一是饲粮中氨基酸的量，二是瘤胃微生物分解的氨基酸量。而这两种氨基酸来源的比例受饲粮中氨基酸的构成、牛的代谢特征、健康状况、年龄、性别、品种等相关，是一个动态的变化过程。

Loest等（2001）研究证明，Met、His、Lys、Leu、Val是荷斯坦牛的限制性氨基酸^[9]。Wang J H等（2011）对荷斯担犊牛研究发现，Lys为第一限制氨基酸，Met为第二限制氨基酸，Trp和His为第三限制氨基酸^[10]。

氨基酸平衡是保障牛对氨基酸吸收最大化的前提，也是高效利用饲粮的基础。不同品种的牛在不同生长发育阶段，对氨基酸的需求会有差异，理想氨基酸模式（IAAP）的研究是规模化养殖场饲粮配合的重要手段。Hill等（2008）^[11]研究表明，荷斯坦犊牛的Lys、Met和Thr的最佳比例是100:31:60；云强等（2011）^[12]研究8～16周龄犊牛的Lys和Met的最佳比例为3.1:1。

3.2 能量代谢

用于饲料、食品中纤维（CF、NDF、ADF及ADL）含量的测定。由特质无纺布制成，尺寸为42 mm×53 mm，孔径38~45 μm，烘干失重率<1%（北京肉牛研究中心）。绝大多数细菌的直径大小在0.5 μm~5 μm之间，0.22 μm称之为无菌过滤膜。瘤胃中原虫的大小一般在8 μm～210 μm之间，52 μm的滤袋孔径可以透过瘤胃细菌和少部分原虫。

华西牛维持所需消化能每天为0.79 MJ/w^0.75，代谢能为0.70 MJ/w^0.75，每Kg增重所需消化能为23.67 MJ、代谢能为21.36 MJ；维持所需粗蛋白质为7.10 g/w^0.75、可消化粗蛋白质为4.36 g/w^0.75、每Kg增重所需粗蛋白为270.80 g，可消化粗蛋白为127.10 g^[13]。经测定，雅江雪牛的维持代谢的总采食量热能为（83.37±1.15）MJ/d，母牛的维持代谢能为（848.23±30.75）KJ/w^0.75，公牛的维持代谢能为（729.40±61.39）KJ/w^0.75。采食中，用于维持代谢的总粗蛋白含量为（299.89±4.18）g/d，母牛可消化粗蛋白为（213.92±0.14）g/d（包括微生物蛋白），公牛为（200.76±6.21）g/d。

3.3 微生物蛋白（MCP）

氨基酸在瘤胃微生物细胞内可以转化、合成，但大部分的氨基酸还是来源于与瘤胃相关的外源性氨基酸。王洪荣（2009）研究结果说明，瘤胃微生物主要限制性氨基酸组成的比例Lys:Met:Thr:Arg:Leu:Val为100.00:16.49:51.23:66.88:138.11:125.82^[14]，而本次测定母雪牛消化代谢的比例为100.00:13.90:97.22:81.23:173.45:125.01，公雪牛为100.00:12.71:98.55:84.21:176.67:126.72。雪牛消化代谢必须氨基酸的比例与瘤胃微生物的氨基酸比例相近，说明饲草养分中必须氨基酸消化代谢率与瘤胃微生物主要氨基酸组成的比例是一致的，即瘤胃微环境与牛对氨基酸的需求比例基本一致。

牦牛肉中Lys:Met:Thr:Arg:Leu:Val比例为100.00:22.42:55.61:73.64:90.45:66.21，而安格斯牛肉Lys:Met:Thr:Arg:Leu:Val比例为100.00:28.30:56.75:94.86:55.79^[15]。从牛肉中主要几个氨基酸的比例分析，牛个体对蛋氨酸（Met）的需求量较大，而瘤胃微生物需要量则较低，而Leu、Val瘤胃微生物的需要量比牛个体需要量大。

微生物蛋白是一种高质量蛋白，微生物蛋白必须氨基酸（EAA）模式与牛的肌肉组织基本一样，但不平衡^[16]。因此，保证瘤胃微生物的合理结构，有利于牛的高效养殖。

4 结论

雅江雪牛是近年来西藏培育的一个新品种，继承了父本的高生产性能的优点。通过测定分析，大量营养物质和微量元素与NRC美国牛营养标准（2001）参考值变化不大，母雪牛粗蛋白代谢量为（2.69±0.07）g/w^0.75，公雪牛（2.21±0.23）g/w^0.75；必须氨基酸需要量，母雪牛为1.03 g/w^0.75，公雪牛为0.99 g/w^0.75；维持代谢的ME需要量，母雪牛为（848.23±30.75）KJ/w^0.75，公雪牛为（729.40±61.39）KJ/w^0.75。纤维素中NDF 74.39%的NDF是由瘤胃纤毛虫和结肠中微生物进行消化，仅5.29%的NDF由瘤胃细菌和部分小体积原虫分解和消化。

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基金资助

西藏自治区科技计划项目（中央引导地方项目）“雅江雪牛饲草料高效利用关键技术研究”(XZ202201YD0031C)