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畜牧人

標題: 瘤胃降解蛋白質與非降解蛋白質在泌乳奶牛日糧配制上的應用 [打印本頁]
作者: hzj1128    時間: 2007-7-14 12:34
標題: 瘤胃降解蛋白質與非降解蛋白質在泌乳奶牛日糧配制上的應用
瘤胃降解蛋白質與非降解蛋白質在泌乳奶牛日糧配制上的應用

飼料粗蛋白(CP)在瘤胃中的降解是影響奶牛瘤胃發酵和氨基酸供應的一個重要因素。瘤胃降解蛋白質(RDP)和瘤胃非降解蛋白質(RUP)是飼料CP中兩個功能截然不同的組分。飼料CP在瘤胃中的降解為微生物的生長和微生物蛋白質的合成提供了所需的肽、游離氨基酸和氨。瘤胃合成的微生物蛋白質提供了小腸氨基酸流量中的絕大部分。瘤胃非降解的蛋白質是動物吸收氨基酸的第二重要來源。瘤胃中飼料蛋白質降解的動力學知識，是科學配置飼糧使瘤胃微生物獲得充足RDP和宿主動物本身獲得充足RUP的基礎［1］。
美國國家科學研究委員會于2001年發布了第7修訂版《奶牛營養需要》。該版本的顯著特點除利用最新的信息技術，通過計算機模型將影響動物的各種因素參數化后對奶牛的營養需要量作出科學預測外，在營養需要參數指標上不僅給出了奶牛日糧中對飼糧中RDP和RUP在總量上(克/天)的需要量，而且還對RDP和RUP的濃度(%)需要量也作出了預測，為奶牛日糧的精準配制在質和量上提出了更科學的、內在的要求。同時，為將奶牛飼料蛋白質的消化動力學理論全面應用到具體的奶牛日糧中，《奶牛營養需要》也提供了配套的奶牛常用飼料及非常用飼料的營養成分細目表，為進行高產泌乳奶牛日糧的精準設計提供了數據基礎。本研究利用現代信息技術，在充分占有數據信息、模型并結合參數線性規劃技術的基礎上，研究了如何將飼糧蛋白質在瘤胃的降解動力學理論應用到日糧的設計中，并從中窺視出些應注意的技術問題，為我國應用NRC新版《奶牛營養需要》而拋磚引玉。
1．1．采用的理論與方法
1.1 瘤胃蛋白質降解動力學
在《奶牛營養需要》的模型中，將飼料中的CP劃分為A、B和C三個組分。組分A為在零時間點迅速溶解的NPN部分，其溶解速度(Kd)可假設為無窮大；組分C為在化學分析時屬于從ADF中回收的那部分蛋白質(ADIN)，是被認為不能被降解的蛋白質，其溶解速度(Kd)可假設為零。剩余的B組分則代表了潛在可降解的真蛋白部分。在 NRC《肉牛營養需要》還將B部分細分為B1、B2和B3，各部分具有不同的降解速率(Kd)。但在新版的《奶牛營養需要》中，組分B不在細分而給出統一的Kd值。每種飼料原料CP中RDP和RUP的含量可用下列2個方程式計算：
RDP=A+B(Kd/(Kd+Kp))
(1)
RUP=B(Kp/(Kd+Kp))+C
(2)
其中RDP=飼料原料中瘤胃降解蛋白(% as fed)； A=飼料CP中的A組分(% as fed)； B=飼料CP中的B組分(% as fed)； Kd=B組分的降解速率(%/h),可用尼龍袋方法測定；C=飼料CP中的C組分(% as fed)； Kp=瘤胃內容物的外流速率(%/h)。
在應用上述方程式設計奶牛日糧時，還必須估測每種飼料原料瘤胃外流速率Kp。NRC(2001)總結了275個試驗的研究結果，推薦了計算不同性質飼料原料Kp的方程式：
估測濕的粗飼料(青貯或新鮮牧草): Kp=3.054+0.614 X1
(3)
估測干的粗飼料: Kp=3.362+0.479 X1—0.007X2—0.017X3
(4)
估測精料: Kp=2.904+1.375 X1—0.020X2
(5)
式中X1=干物質采食量(%體重)；X2=飼糧DM中精料比例(%DM)； X3=飼料原料中NDF含量(%DM)。由此可見，各種類型的飼料原料在瘤胃中的外流速率受控于動物本身、干物質采食量、日糧類型等因素而動態變化，與瘤胃養分消化的動力學特征相呼應。
1.2 泌乳奶牛的飼料配方模型構建
如同單胃動物的飼料配方一樣，本研究仍采用線性規劃的數學模型構建奶牛的日糧配方模型。為此，我們以NRC(2001)推薦的奶牛營養需要量和飼料的養分參數指標，結合瘤胃飼料蛋白質降解動力學理論和線性規劃的優化技術，利用計算機VFP數據庫管理系統，研究完成了奶牛日糧配制完整的優化系統平臺。以下從計算一個具體的泌乳奶牛配方，闡述整個模型的建立過程，特別是要注意與構建單胃動物配方模型的不同之處。
奶牛標準的選擇：本文擬配制“小體型奶牛(454Kg)處在泌乳中期(產奶天數=90天)”的日糧配方。主要參數：日產奶量=20kg, 日增重0.2kg，乳脂率=4.0%，在干物質中，粗料和精料干物質比例F:C=44:56；環境參數缺省即不考慮。則查表可得到待配合的日糧應達到的主要養分參數指標列在表2的最后1列。不難看出，這些需要量既包含養分需要的絕對含量指標(Mcal/d, kg/d，g/d)，又包含某些養分需要的濃度指標(%)，從而控制對奶牛日糧質和量的要求。
日糧的飼料原料選擇 考慮到表的篇幅，本文只列出主要的9種飼料原料，它們依次是黃玉米(粉碎、干,X1)、小麥麩(X2)、大豆粕(浸提,CP44%,X3)、鯡魚魚粉(壓榨,X4)、黃玉米青貯(正常，DM32%～38%,X5)、碳酸氫鈉(飼料級,X6)、磷酸氫鈣(飼料級,X7)、碳酸鈣(X8)和七水硫酸鎂(X9)等。其它如微量元素的礦物質原料和維生素A、D、E等未列出原料也能參與優化計算。在選用原料過程中，一定要注意原料的描述，因為同名飼料原料，因加工方法或貯存方法不同，其養分參數也存在差異而影響計算結果。例如，就黃玉米而言，本文涉及的干的粉碎玉米，與破碎干玉米或蒸汽壓片玉米的養分價值在很多指標方面是不同的，如蛋白質A、B、C的構成不同，其B部分的降解速率(%/h)也不同，導致其RDP和RUP的含量也出現較大的差異，即前后關聯。因此，合理選擇原料是重要的第一步。
日糧的目標函數確定　一般情況下，奶牛日糧配方追求的目標是在滿足奶牛每日營養需要量的前提下，日糧原料成本趨于最小化。于是有：
MinY=C1×X1+C2×X2+…＋CnXn
(6)
式中Y代表日糧成本(元/天)；Xj(j=1,2,…,n)代表每種原料的使用量即決策變量，kg/天；Cj(j=1,2,…,n)代表每種原料的價格系數，元/kg。
配方模型的約束方程組　構成奶牛配方的約束方程組主要是預期達到的各種養分指標，有時還包括對個別原料在用量上有限制的約束。在形成奶牛配方模型之前，先整理出選用主要原料的粗蛋白質及其不同性質的組分一并總結在表1中。然后，將日糧的目標值與原料的相應養分指標、目標約束方式、用量限制條件及原料的價格等，按照線性規劃模型的系數矩陣形成的數據表即配方模型列在表2中。
表1 飼料原料的蛋白質組成(以飼喂狀態為基礎)①
Table 1 Protein Fractions for Feedstuffs (As-Fed )
飼料名稱
干物質
, %
總可消化養分, %
粗蛋白
,%
蛋白質Ａ
A,%
蛋白質Ｂ
B, %
蛋白質Ｃ
C, %
B 組分消化速率
%/h
黃玉米
86.0
76.27
7.83
1.87
5.67
0.28
4.90
小麥麩
88.0
62.94
14.50
4.89
9.06
0.55
20.00
大豆粕
89.1
71.28
44.46
10.00
34.15
0.31
9.40
鯡魚魚粉
91.2
72.88
62.47
14.24
44.98
3.25
1.40
黃玉米青貯
35.1
24.16
3.09
1.59
0.93
0.57
4.40
注：①不含蛋白質組分的原料不予列出。
表2 小體型奶牛(454Kg)處在泌乳中期(產奶天數=90天)配方模型①
項目
名稱
黃玉米
x1
小麥麩
x2
大豆粕
x3
魚粉
x4
黃玉米
青貯
x5
碳酸
氫鈉
x6
磷酸
氫鈣
x7
碳酸
鈣
x8
七水硫
酸鎂
x9
約束
方式
標準
要求
1.干物質%,
86.0
88.0
89.1
91.2
35.1
100
100
100
98.0
>=
16.00千克/天
2. 精料干物質%
86.0
88.0
89.1
91.2

100
100
100
98.0
=
7.00千克/天
3. 粗料干物質%
35.10
>=
9.00千克/天
4. 總可消化養
分%,TDN
76.27
62.94
71.28
72.88
24.16




>=
68.0%
5. 產奶凈能
,Mcal/d
1.73
1.41
1.90
2.12
0.51
>=
23.8
兆卡/天
6. RDP, %
4.23
11.63
29.72
21.85
2.02
>=
1560克/天
7. RUP,%
3.59
2.87
14.74
40.62
1.07
>=
1040克/天
8. RDP濃度, %
4.23
11.63
29.80
21.91
2.02




>=
9.8%
9. RUP濃度,%
3.59
2.87
14.66
40.56
1.07




>=
6.5%
10. 粗蛋白%,
7.83
14.50
44.46
62.47
3.09




>=
16.3%
11.鈣,g/kg
0.24
0.72
2.16
29.22
0.60
182.6
292.5
=
40.9克/天
12.磷,g/kg
1.75
7.28
4.41
19.46
0.63
144.75
0.28
>=
36.1克/天
13.鎂,g/kg
0.18
0.74
0.45
0.29
0.10
0.94
0.08
66.57
>=
4.5克/天
14.氯,g/kg
0.63
1.26
1.08
6.57
0.90


>=
33.4克/天
15.鉀,g/kg
3.24
10.53
17.82
6.03
3.78
0.63
0.54
>=
145.4克/天
16.鈉,g/kg
0.18
0.36
0.36
5.58
0.00
243.0
0.45
0.54
>=
30.6克/天
17.硫,g/kg
0.90
1.90
4.10
10.60
0.50
11.40

125.4
>=
18.小麥麩
1.00
<=
1.0千克/天
19.原料價格
1.00
0.90
2.00
5.00
0.50
0.80
1.22
0.10
3.00
　注：①表中凡是為零的數據均用空表示，其次表中所示飼料的養分參數數據均以飼喂狀態為基礎。
表2中數據說明：①第4行數據表明，只有“黃玉米青貯”為粗飼料；② 表中最后一行的數據表示對應原料的價格Cj(元/kg)； ③ 表中第6，7（8，9行分別與6，7行相同）行數據分別是各種原料對應的RDP和RUP含量數據(%)。這些數據是從表1中列出的粗蛋白中A、B、C組分含量、奶牛體重(BW)、干物質采食量(DMI)、F：C及飼料原料中NDF(%DM)等數據，按照前述方程式(1)~(5)計算而派生的，它們均由計算機按設定的計算模型完成。在原料選定后，如果在計算過程中，一旦調整F:C即表中最后一列中第2、3行數據，就必須重新計算所有飼料的RDP和RUP值，否則優化結果有誤差； ④ 在單胃動物按相對濃度生成的如同表2的配方模型中，表中數據組成決策變量的系數矩陣。但是在表2所示奶牛配方模型中，陰影部分指示的數據行，由于對應的營養需要量是相對濃度指標，這些數據包括養分數據和需要量數據必須經過相應轉換后，才能參與優化計算。以第8行所示瘤胃降解蛋白RDP約束行為例，在進入計算前必須進行的轉化如下：
X1×RDP(1)+X2×RDP(2)+
…+ Xn×RDP(n)

X1×DM(1)+X2×DM(2)+
…+ Xn×DM(n)

≥RDP濃度(%)×0.01

(7)



式中Xj(j=1,2,…,n)代表每種原料的使用量即決策變量；RDPj(j=1,2,…,n)代表每種原料的瘤胃降解蛋白含量(%)；DMj(j=1,2,…,n)代表每種原料的干物質含量(%)；RDP濃度(%)是以日糧干物質為基礎的日糧降解蛋白濃度(%)。將公式(7)處理成線性方程后，其一般形式為：
(RDP(1)-DM(1)×RDP濃度(%)×0.01)×X1+(RDP(2)-DM(2)×RDP濃度(%)×0.01)×X2+…+(RDP(n)-DM(n)×RDP濃度(%)×0.01)×Xn≥０
(8)
公式(8)中決策變量的系數才是最終進入優化計算的數值，同時必須注意到在經過上述線性方程的轉化后，約束方程右邊的標準要求目標值變為“零”值。例如，經計算，第８行X1的系數為4.24－86*9.8*0.01=-4.188。總之，其它凡是以相對濃度指標作為需要量并參與優化計算的數據行，只有按上述方式進行數據轉換后，才能參與優化計算。
2．結果與討論
   利用線性規劃的單純形方法［2］，對表2所示的泌乳奶牛配方模型，在對陰影部分所示的數據行進行轉換后通過優化得到的日糧最優配方(或者無最優解給出的次優配方)及其配方的養分診斷結果列在表3中。
表3 泌乳奶牛日糧配方及主要養分診斷結果
Table 3 Ration Formula for Lactating Dairy Cows and Calculated Result of Main Compositions
1.
1日糧配方及精補料配方
2．2． 日糧配方對應養分診斷結果

飼料
名稱
原料
價格
元/kg
日糧
配方
kg/天
精料
配方
%
養分
項目
需要量
實際
達成
養分
項目
需要量
實際
達成
黃玉米
1.00
3.911
49.00
DM采食量,kg/d
≥16
16.00
CP,%
≥16.3
16.7
小麥麩
0.80
1.000
12.54
精料干物質,kg/d
＝7.00
7.00
鈣,g/d
＝ 40.9
40.9
大豆粕
2.00
2.338
29.31
粗料干物質,kg/d
≥9.00
9.00
磷,g/d
≥ 36.1
52.7
鯡魚魚粉
5.00
0.620
7.77
總可消化養分,%
≤78.00
74.54
鎂,g/d
≥
4.5
5.3
黃玉米青貯
0.50
25.641
產奶凈能
, Mcal/d
≥23.8
27.01
氯,g/d
≥ 33.4
33.4
碳酸氫鈉
0.80
0.104
1.30
RDP,g/d
≥1560
1630
鉀,g/d
≥145.4
165.5
碳酸鈣
0.10
0.003
0.03
RUP,g/d
≥1040
1040
鈉,g/d
≥30.6
30.6
預混料
5.00

0.35
RDP,%
≥9.80
10.20
硫,g/d
34.4
合計
25.50①
33.620
100.00
RUP,%
≥6.50
6.50
注：① 指示日糧成本(元/天)；②用在精補料中的復合預混料，含有微量元素、維生素及藥物。
優化結果表明，在給定條件下得到的日糧配方是滿足所有約束條件下的最優配方。從日糧養分診斷結果分析，產奶凈能(Mcal/d)、瘤胃降解RDP的總量(g/d)及其濃度(%)均有一定程度超標，從而影響了RDP和RUP的相對平衡。究其原因與養分指標鈣含量的硬性約束(“=”)有直接關系。如果將日糧鈣指標的約束修改為“≥”彈性約束，經計算，在滿足營養需要并追求最低成本的目標下，其計算結果則降低了“玉米”的用量但同時加大了“碳酸鈣”的用量，且日糧成本降低。而日糧診斷結果中NEl(Mcal/d)、RDP的總量(g/d)及其濃度(%)均剛好滿足，但鈣含量大大超標(實際為522.4克/天)。這主要是因為用以滿足鈣源的原料——碳酸鈣價格最低出現的必然結果。如果期望不出現主要養分超標包括鈣指標，一個有效的辦法則是在原料中自動補充填充料調和這一矛盾。不過，這一情形的出現是在選擇的原料質量較好，而對日糧的最終養分指標要求不高才出現的結果。
奶牛日糧配方的彈性分析  滿足同一奶牛每日營養需要量，在不同的組合條件下會出現不同的優化配方，且不同配方間差異較大。主要的制約因素是能否選擇合適的精、粗料干物質比例。這是因為這一比例首先影響瘤胃食糜外流速度Kp，進而影響到每種飼料粗蛋白中 RDP與RUP的分配，最終影響到日糧中RDP與RUP的平衡。一般情況下，不論精、粗料干物質比例是否合理，配制出日糧中RDP和RUP在總量上(g/d)總是滿足的，但往往有其中之一超過較多而破壞了RDP與RUP的平衡。而只有飼糧RDP和RUP達到完全平衡，兩者之和才能滿足所需的蛋白質需要。如果選擇了合適、配套的飼料原料，通過嘗試改變粗料和精料干物質比例(F:C)，在一般情況下可以實現飼糧RDP與RUP的完全平衡。不過也有例外，即改變F:C達不到預期的效果，特別在設計超高產奶牛的日糧配方。從根本上解決這一問題得從調整選用的基礎原料種類著手，才有可能達到預期的效果。例如，在本研究中，選用的玉米為干、粉碎玉米，在針對飼喂對象和特定的F:C情況下，按模型計算出玉米的RDP和RUP的分配比例為4.23%和3.59%(CP=7.81%)。如果用該原料作為主要原料去配制要求RUP含量高的超高產奶牛配方就會無能為力。但是，若選用蒸汽壓片玉米，其蛋白質經處理受到過瘤胃的保護，用本研究設定的條件計算出的RDP和RUP的分配比例則為2.27%和5.56%(CP=7.83%)，后者RDP較前者提高了55%。這也從本質上說明了為什么在高產奶牛日糧中常用蒸汽壓片玉米的緣故。
干物質采食量的重要性
奶牛干物質采食量(DMI)直接影響產奶水平。保證奶牛能食入預期的干物質數量是保證奶牛達到預期生產性能的最基本要求。研究證明，飼糧粗料與精料比例(F:C)影響奶牛干物質采食量。在以苜蓿和鴨茅草為基礎的飼糧中，奶牛飼料DM中20%為精料飼糧的產奶量較飼料DM中40%或60%為精料的飼糧都少［3］。不論飼糧中粗料種類如何，DMI都隨飼糧中精料水平的提高而線性增加。可消化干物質采食量也隨飼糧中精料水平的提高而線性增加［4］。由于不可消化的干物質采食量不受精料采食量的影響，飼料流通速度和消化速度以及物理特性可能造成了DMI的差異。進一步研究表明，飼糧精料水平達到干物質60%之前，提高精料水平總能提高干物質采食量［5］。所以，合適的F:C的確定應與實際奶牛能采食期望的數據為基礎，切勿在計算上以滿足RDP和RUP達到完全平衡為目的而止步。只有奶牛能全部食入預期的日糧數量，且日糧基本滿足所有養分需要和RDP、RUP達到完全平衡的日糧，才算是理論與實踐相結合的科學、精準日糧
作者: compaq    時間: 2007-7-14 15:21
很全面，!3: !3: !3: 。
作者: lottost    時間: 2007-7-15 18:25
;1s: :qinang: ;1s:
作者: hn-mzj    時間: 2007-9-11 21:47
學學  習習！
作者: yuren925    時間: 2007-9-12 10:50
:學習學習再學習，謝謝謝謝再謝謝！！！huahua: :huahua:
作者: xjlixinmin    時間: 2007-9-13 12:41
很全面，:hihi: :hihi: :hihi:    。
作者: lzmbxy    時間: 2007-12-30 15:23
好資料,先保存,在學習.
作者: zhaojikui    時間: 2007-12-30 18:32
現在看到這些東西頭都大，好東西，謝謝分享、、、、、
作者: 月亮花    時間: 2007-12-30 19:07
不錯,學習中.目前這么配方的還不多
作者: compaq    時間: 2008-1-4 22:03
算起來確實很麻煩，不知大家有沒有這方面的捷徑？



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