什么影響了外源纖維素酶在泌乳奶牛中的使用效果
纖維素酶是生物產生的一種多組分的混合蛋白質,在適當的條件下,能使不溶性纖維素水解成可溶性糖。纖維素酶的酶系非常復雜。反芻動物瘤胃微生物可以合成纖維素酶,但粗飼料的消化依然限制了反芻動物可利用能量的吸收。很多試驗表明,在日糧中添加外源纖維素酶可以提高反芻動物對粗飼料的利用,提高動物生產性能。尤其是近年來,隨著飼料成本的增加和酶成本的下降以及活力更高、性質更明確的酶制品更容易獲得,研究者們開始重新研究那些在奶牛生產中有應用潛能的外源纖維素酶制劑。
將外源纖維素酶添加到粗飼料、谷物或精料中,可以提高消化率和產奶量,但也有報道對產奶量無影響;多數報道添加纖維素酶對采食量無顯著影響,Beauchemin等分析已有研究結果,DMI平均提高1.0±1.36kg/d(3.4%±4.7);添加外源纖維素酶對奶牛的全消化道消化率通常會有正效應,DM、OM、NDF、ADF和N消化率有不同程度的提高,且效果多為顯著;牛奶中脂肪和蛋白的變化有的是正效應,有的是負效應,但通常是不顯著。很多因素可以導致試驗結果的不穩定,瘤胃內的特殊環境也會影響酶活力的發揮。試驗結果的不穩定影響了人們對在奶牛中使用外源纖維素酶效果的認可,我們有必要對這些影響因素分別加以研究,從而更加客觀的評價纖維素酶的使用效果。
1添加方法對泌乳奶牛的影響
外源纖維素酶可添加于粗飼料、精飼料或青貯飼料等不同的組分中,添加方法的不同會對泌乳奶牛產生不同的效果。
Yang等分別將纖維素酶添加到TMR和精料中飼喂處于泌乳早期的荷斯坦奶牛,酶加入精料組奶牛產奶量為37.4kg/d,顯著高于對照(35.3kg/d ),而加入到TMR中對產奶量無影響;兩個處理組對采食量無顯著影響,精料處理組全消化道干物質消化率為66.6%,顯著高于對照63.9%,TMR組干物質消化率為65.7%,高于對照,但差異不顯著。試驗結果說明外源纖維素酶添加到奶牛日糧的精料中比添加到TMR中效果好。在一個類似的比較試驗中Phipps等發現TMR處理組產奶量與對照相比增加了1.5kg/d,精料處理組增加了0.3kg/d,但是這兩種處理方法之間差異不顯著。
Bowman等分別將纖維素酶添加到TMR的精料(占TMR45%)、補充料(占TMR4%)和預混料(占TMR0.2%)中飼喂荷斯坦奶牛,每天每頭牛攝入的酶量相同,比較不同的添加方法對酶效果的影響。當酶添加到精料中,全消化道DM、OM、NDF、ADF的消化率與對照相比有顯著水平的提高,但是其他處理沒有效果。體內試驗中當酶制劑添加到日糧的一個小的組分中時效果會降低,其中的原因目前尚不清楚。Beauchemin等建議應該將酶添加到日糧中占比例大的組分中,從而增加酶在瘤胃內停留的機會。如果將酶添加到日糧的一個小組分中,那么酶將很快的被排出瘤胃,降低了酶在瘤胃內的效果。在體外試驗中不存在酶被很快排出的問題,酶的不同的供給方法不像在動物體內會產生不同的反應,因此體外試驗中用于推測外源酶制劑使用效果而所采用的生物鑒定方法并不能準確的反應出動物體內的情況。
2泌乳階段對酶效果的影響
Schingoethe等認為當給奶牛飼喂經纖維素酶和木聚糖酶處理的玉米和苜?;旌锨噘A時,2~4周后奶牛的泌乳量提高10.8%,乳脂肪提高20%,乳蛋白提高13%。而且酶的添加能使泌乳量在泌乳前期的100d增加,但泌乳中期泌乳量沒有增加。Nussio 等也觀察到泌乳早期產奶量對酶的反應更強。類似的結果也出現在Knowlton等的試驗中,將添加有纖維素酶的精料與TMR混勻飼喂給處于泌乳早期和泌乳后期的荷斯坦奶牛,奶牛增重均比無酶對照高,并且泌乳早期比泌乳后期增重多。泌乳早期的奶牛飼喂含纖維素酶日糧后產奶量比對照有大幅度提高,但是在泌乳后期增加幅度降低。
在規?;曫B條件下,奶牛(尤其是高產奶牛)在泌乳早期由于飼料干物質采食量的增長速度滯后于產奶量增加的速度,奶牛處于能量負平衡狀態。此時為了滿足能量的需要往往精料的采食量過大而導致瘤胃內pH降低以及食糜在瘤胃內停留時間變短,纖維消化率一般不高。在能量是日糧中的首要限制營養素而纖維的消化率又不是很高的情況下,加酶后飼料消化率提高,因而增加了可利用的能量,這可能使得處于泌乳早期的奶牛能量負平衡得以改善,從而提高了產奶量。
3不同酶來源對泌乳奶牛的影響
Kung等研究了同一菌種不同發酵產物對奶牛的影響。所用酶為木聚糖酶和纖維素酶的復合酶,其中木聚糖酶是相同的,纖維素酶是來源于同一種產酶微生物的兩種不同發酵產品。兩個處理中含有的羧甲基纖維素酶和木聚糖酶酶活力也分別接近。結果是一個處理產奶量比對照高2.5kg/d,有顯著性差異,而另一個處理比對照高0.7kg/d,差異不顯著,這說明在酶活力及產酶菌株相同的條件下,不同的發酵方式對酶使用效果會產生影響,因此特異性的酶的來源和組合對于優化動物的反應來說是一個重要的因素。
4不同添加劑量對泌乳奶牛的影響
Lewis等研究了纖維素酶添加劑量對泌乳早期荷斯坦奶牛產奶性能的影響,所用酶為纖維素酶和木聚糖酶的混合物。試驗分對照、低劑量處理(LET,1.25ml/kg粗飼料DM)、中劑量處理(MET,2.5 ml/kg粗飼料DM)和高劑量處理(HET,5.0 ml/kg粗飼料DM)四個組。加酶處理均提高了DMI(p<0.05),MET組奶牛的產奶性能提高了,產奶量和3.5%FCM比對照有顯著性升高(p<0.05),產奶量增加6.3kg/d(16%);LET組和HET組奶牛的DM采食量比對照組高但是產奶量沒有變化(p>0.05),產奶效率比對照牛低(p<0.05)。類似的結果也出現在Kung等的研究中,他們設低劑量(每千克草料干物質含3500單位羧甲基纖維素酶和16000單位木聚糖酶)和高劑量(每千克草料干物質含8800單位羧甲基纖維素酶和40000單位木聚糖酶)兩個處理組,低劑量組產奶量為39.5 kg/d,顯著高于對照37.0 kg/d;高劑量組產奶量為36.2 kg/d,低于對照,高劑量組乳脂、乳蛋白都比低劑量組低。他們認為酶的過分處理會使纖維很容易降解而導致降低奶牛對粗飼料的咀嚼,進而降低奶牛唾液分泌,降低瘤胃pH和纖維降解,并最終導致產奶量降低。
動物對纖維素酶添加量的反應是非線性的,添加的最適水平由日糧決定。加入低水平的纖維素酶沒有效果時可能說明加入的酶活力不夠。但是至于為什么加入高水平的纖維素酶反而無效的原因目前并不清楚,對此Treacher等提出一個假說,過多的酶與底物結合可能妨礙了瘤胃微生物吸附到纖維素上,他們又進一步推測高濃度的酶處理可能會釋放出抗營養因子(例如酚類化合物),因此降低了微生物的消化作用。Nsereko等報道在奶牛日糧中分別添加1、2、5、10L•t-1的外源纖維素酶,瘤胃液中細菌總數相應提高到230%、330%、390%和250%。瘤胃液中的細菌總數并非隨著外源酶添加劑量的提高而一直保持增高的趨勢,作者推測在反芻動物日糧中添加中等水平的纖維素酶后會使飼料的結構發生有利的破裂,這些反應發生在攝食之前或之后,但是當加入的纖維素酶過量時這個反應會減小,原因在于過多的外源酶會吸附到飼料表面上從而影響了微生物與飼料的接觸,限制了飼料的消化。
纖維素酶在動物生產中使用的時間不長,在反芻動物中的研究起步晚,反芻動物有不同于單胃動物的消化系統,其內部微生物區系非常復雜,這增加了研究的難度。但是,不易降解的纖維素是奶牛粗飼料所含能量的最大部分,如果能夠提高纖維素的利用率對生產者來說意味著可觀的經濟效益。因此,外源纖維素酶制劑在奶牛(也包括其它反芻動物)中的應用日益受到人們的重視。
總之,纖維素酶是一種安全、無污染的綠色添加劑,具有提高奶牛生產性能的潛力,其應用前景非常廣闊。隨著人民對飼料安全問題的日益重視,酶制劑作為無殘留、無抗藥性和環境友好的促生長添加劑將會被進一步大力推廣應用。