Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина»
ПОТРЕБНОСТЬ ЛАКТИРУЮЩИХ КОРОВ В НЕЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТАХ
Рядчиков Виктор Георгиевич
д.б.н., профессор, академик РАН
Шляхова Оксана Германовна к.б.н., доцент
Тантави Абуелькассем Филева Нина Сергеевна Аспирант
Аннотация
В статье представлена факториальная модель определения потребности лактирующих коров в незаменимых аминокислотах. В алгоритме модели использованы фрагменты из моделей NRC-2001 [39], CNCPS-200 [60], материалы исследований, опубликованных в мировой литературе. Вместо коэффициентов трансформации обменного лизина и метионина равных соответственно 0,85 и 1,00 по CNCPS, использованы коэффициенты 0,68 и 0,66 по Doepel et al., 2004 [49] и собственные данные авторов [69]. Полученные по этой модели нормы в обменном лизине (ОЛ) и метионине (ОМ) на продукцию молока и поддержание в процентах ОБ составили 7,28 и 2,4 %, что идентично нормам NRC-2001, равным соответственно 7,2 2,4 %, полученных dose-response методом на базе десятков экспериментов. Норма обменного гистидина равна 3,5 %, что близко соответствует показателю 2,4 и 2,7 % ОБ [74], полученных методом возрастающих добавок. Это свидетельствует о том, что представленная модель отличается достаточно высокой точностью и сравнима с моделями, разработанными dose-response методом. Однако определение потребности коров в аминокислотах по данной модели намного менее затратное, чем dose-response метод. Потребность в абсолютном количестве обменных незаменимых аминокислот (ОНАК) на продукцию молока и поддержание (ж.м. коровы 600 кг) составила, г/д: лизин - 178, метионин - 59, аргинин - 119, гистидин - 60, изолейцин - 138, лейцин - 248, фенилаланин - 152, треонин - 134, триптофан - 38, валин - 174; потребность отдельно на производство молока (35 кг/д, общий выход белка 1103 г), г/д: 130; 42; 81; 42; 95; 175; 98; 74; 25; 112; потребность только на поддержание, г/д: 50; 16; 38; 20; 43; 73; 54; 60; 14; 64; потребность на 1 кг молока (31,5 г чистого белка) г/кг: 3,7; 1,2; 2,3; 1,2; 2,7; 5,0; 2,8; 2,1; 0,7; 3,2; потребность на поддержание, г/кг0,75: 0,41; 0,14; 0,31; 0,16; 0,35; 0,60; 0,44; 0,50; 0,11; 0,53. Кроме того в статье представлены нормы аминокислот в расчете на 1 кг СВ рациона. Однако предлагаемые нормы нуждаются во всесторонней оценке в научных исследованиях и практике молочного животноводства. Необходимы исследования по совершенствованию моделей и прогнозированию ОНАК в рационах по следующим направлениям: изучение обмена аминокислот в организме коров и определение их затрат на поддержание пищеварительного тракта, тканей и органов, уточнение на этой основе коэффициентов использования аминокислот на продукцию белка молока и поддержание; разработка идеальных по аминокислотному профилю низкобелковых рационов как за счет корректировки натуральных ингредиентов, так и за счет использования препаратов аминокислот, защищенных от распада в рубце
Ключевые слова: ФАКТОРИАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ, НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ, ЛИЗИН, МЕТИОНИН, ЛАКТИРУЮЩИЕ КОРОВЫ
Annotation
корова лактирующий незаменимый аминокислота
NEED OF DAIRY CATTLE IN ESSENTIAL AMINO ACIDS
The article presents a factorial model for determining the needs of lactating cows in essential amino acids. The algorithm of the model uses fragments from the NRC - 2001 models [39], CNCPS - 200 [60], and research materials published in the world literature. Instead of the transformation coefficients of the metabolizable lysine and methionine for milk production equal to 0.85 and 1.00, respectively, by the CNCPS, the coefficients 0.68 and 0.66 were used according to Doepel et al., 2004 [49] and the authors' own data [69]. Norms obtained using this model in lysine and methionine in milk production and maintenance in percentage of metabolizable protein (MP) were 7.28 and 2.4%, which is identical to the NRC - 2001 standards, equal to 7.2 and 2.4 % respectively, obtained by dose - response method based on dozens of experiments. The norm of histidine was 3.5%, which closely corresponds to the indicator of 2.4 and 2.7 % MP [74], obtained by the incremental addition method. This indicates that the presented model is distinguished by sufficiently high accuracy and is comparable with the models developed by the dose - response method. However, the determination of the need of cows for amino acids in this model is much less expensive than the dose - response method. The need for the absolute amount of metabolizable essential amino acids (MEAA) for milk production (35 kg/d, yield milk protein 1103 gytt6) and maintenance cow - 600 kg, g/d: lysine - 178, methionine - 59, arginine - 119, histidine - 60, isoleucine - 138, leucine - 248, phenylalanine - 152, threonine - 134, tryptophan - 38, valine - 174; the need for only milk production, g/d: 130; 42; 81; 42; 95; 175; 98; 74; 25; 112; the need for only maintenance, g/d: 50; 16; 38; 20; 43; 73; 54; 60; 14; 64; the need for 1 kg of milk (31.5 g of protein) g/kg: 3.7; 1.2; 2.3; 1.2; 2.7; 5.0; 2.8; 2.1; 0.7; 3.2; need to maintain, g / kg 0.75: 0.41; 0.14; 0.31; 0.16; 0.35; 0.60; 0.44; 0.50; 0.11; 0.53. In addition, the article presents the norms of amino acids per 1 kg of dry matter (DM) ration. However, the proposed standards need a comprehensive assessment in the research and practice of dairy farming. Research is needed to improve the models and predict the MEAA in the rations in the following areas: studying the metabolism of amino acids in the body of cows and determining their costs for maintaining the digestive tract, tissues and organs, refining, on this basis, the utilization of amino acids for milk protein production and maintenance; the development of ideal amino-acid profile of low-protein diets, both due to the adjustment of natural ingredients, and through the use of amino acid preparations that are protected from disintegration in the rumen
Keywords: ESSENTIAL AMINO ACIDS, LYSINE, METHIONINE, LACTATING COWS
Введение
При производстве молока только 25-30% белка рациона трансформируются у коров в белок молока [1,2,3], остальная часть 70-75% в виде азота непереваренных остатков корма, аммиака, мочевины теряется с мочой и калом, загрязняя окружающую среду [4,5]. Белковые добавки наиболее затратная по стоимости часть рациона, поэтому вопрос оптимизации белкового питания с точки зрения снижения затрат на производство молока и улучшения экологической ситуации, остается актуальным в мировой науке и практике [6,7].
Белковое питание жвачных, как и других видов животных, следует рассматривать как аминокислотное питание, поскольку не белок как таковой, а аминокислоты (АК) являются основными участниками образования белков молока, тканей, органов и биологически активных веществ (БАВ) - гормонов, ферментов, нейропептидов и др., играющих важную роль в обеспечении жизненных функций организма. Балансирование состава рационов коров не по количеству белка, а по количеству незаменимых аминокислот создаст реальную перспективу организации белкового питания на более совершенной научной основе, направленной на снижение затрат белка на производство молока [8,9,10,11,12]. Поэтому разработка норм потребности жвачных, в том числе коров, в незаменимых аминокислотах является важнейшей задачей.
Нормы незаменимых аминокислот достаточно хорошо разработаны для свиней и птиц, они прочно вошли в практику, что способствовало существенному повышению производства продукции, снижению затрат белка за счет правильного балансирования рационов кормовыми компонентами и применения препаратов синтетических аминокислот, и, как следствие, росту экономической эффективности этих отраслей [13].
У жвачных в отличии от свиней и птиц определить обеспеченность незаменимыми аминокислотами (НАК) по их содержанию в корме невозможно, так как пищеварение у них происходит в сложном четырехкамерном желудке, которое существенно отличается от пищеварения у животных с простым однокамерным желудком. У жвачных интенсивная переработка корма происходит в рубце под воздействием микроорганизмов. В результате микробной ферментации 60% белка и более распадается до аминокислот и аммиака, которые используются на синтез микробного белка, существенно отличающегося по аминокислотному составу от такового съеденного корма [14,15]. Небольшая часть кормового белка 30-40% избегает микробной деградации и поступает в сычуг и тонкий кишечник, где переваривается по такому же принципу, как у моногастричных животных. Таким образом, если у моногастричных аминокислотный состав пищевой массы, поступающей в тонкий кишечник, отражает состав съеденного корма, то у жвачных пострубцовый химус существенно отличается от состава корма. Его устанавливают, анализируя пробы химуса на выходе из рубца [16] или сычуга на уровне начального участка двенадцатиперстной кишки (дуоденума) [17,18].
После переваривания сырого белка (СБ) корма в многокамерном желудке в тонкий кишечник поступают следующие белковые фракции: а) микробный сырой белок (МСБ); б) нераспавшийся в рубце белок корма (НРБ); в) эндогенный белок (ЭБ) пищеварительной системы. Эндогенный белок относится к той части, которая системно расходуется на основной обмен (поддержание) желудочно-кишечного тракта. При определении реального снабжения животных аминокислотами рациона эндогенную часть вычитают из общего потока белка, поступающего в дуоденум [17]. Фракции НРБ и МСБ перевариваются и всасываются в тонком кишечнике в виде аминокислот и используется на синтез белка продукции (молоко, плод, прирост живой массы) и основной обмен (поддержание), относятся к истинно переваримому белку, который называется обменным (метаболическим) белком (ОБ), а абсорбированные (всосавшиеся) аминокислоты - обменными аминокислотами (ОАК) (см.схему)
Рисунок 1 Использование белка в пищеварительном тракте коров
Обменный белок является основным источником истинно абсорбированных аминокислот. Определение обменного белка и обменных аминокислот, важная, но весьма непростая задача. Для этого нужно знать точное количество поступающих белковых фракций (МСБ, НРБ) в тонкий кишечник в составе дуоденального потока химуса, их переваримость, поступление обменных незаменимых аминокислот (ОНАК) из кишечника в кровяное русло и коэффициенты их использования на биосинтез белка молока и поддержание. Эти определения проводят на хирургически оперированных коровах с созданием фистул и установкой в них канюль на рубце [19, 20] и тонком кишечнике (на двенадцатиперстной (duodenum) и подвздошной (ileum) кишках), а также катетеризации воротной и других вен [21], артерий и вен молочной железы [22] и проведение всех выше перечисленных операций на одном животном [23].
Распадаемость сырого белка в рубце определяют методом in situ (в себе самом), закладывая через канюлю капроновые мешочки (размер пор 40-50 мкр) с пробами кормов на инкубацию разной продолжительности [24] или методом in vitro на приборе «искусственный рубец» [25]. Переваримость нераспавшегося в рубце белка определяют, пропуская пробы через тонкий кишечник в маленьких мешочках, закладываемых через канюлю на двенадцатиперстной кишке
Непосредственными предшественниками биосинтеза белка являются свободные аминокислоты, поступающие из артерий в секреторные клетки молочной железы. После переваривания и всасывания через кишечную стенку аминокислоты попадают в портальную кровеносную систему, охватывающую весь желудочно-кишечный тракт, далее по воротной вене в печень, затем к тканям и органам в т.ч. к молочной железе. Как показывают исследования, количество и профиль аминокислот, адсорбированных в кишечнике, заметно отличается от таковых в потоке аминокислот, освобожденных в воротной вене [26]. Значительная часть аминокислот (более 30 %) при всасывании [27] метаболизируется в процессе белкового и энергетического обмена тканями желудочно-кишечного тракта [28, 29]. По данным НИИФБиП в тонком кишечнике коров метаболизируется 9,2 % всосавшихся лизина, 3,6 % метионина и 8,4 % гистидина [30]. По-видимому, реальное количество аминокислот в снабжении животных можно измерить в воротной вене, однако технология этого процесса весьма сложная, кроме того, количество и профиль аминокислот зависит не только от их поступления из кишечника, но и от наличия эндогенного постоянно существующего пула свободных аминокислот, обусловленного обновлением белков организма животных в процессе обмена веществ. Поэтому использование потока аминокислот воротной вены для расчетов истинного их количества нуждается в дальнейшем совершенствовании методики.
Точное прогнозирование количества ОНАК в рационах имеет большое практическое значение как для определения потребности в аминокислотах, так и организации сбалансированного аминокислотного питания коров. В США и западных странах, в Российском НИИ физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных (ВНИИФиБ) [31], в Кубанском Государственном аграрном университете [32] разработаны модели более или менее удовлетворительного прогнозирования количеств белковых фракций и незаменимых аминокислот в дуоденальном потоке химуса и последующего математического определения количества обменного белка и обменных незаменимых аминокислот в зависимости от состава рациона. Наиболее используемые в практике молочного животноводства следующие модели: в США: NRC 2001 [33], Корнельского университета CPNМ version 3.0.1 [34], AMTS version 2.0.15 [35]; Amino Cow AC version 3.5.2 (Германия) [36]; Institut National de la Recherche Agronomique (INRA) 2018, Франция [37]; Nor For 2011 (Скандинавские страны) [38]; (DVE/OEB system 2010 (Нидерланды) [39]; CNCPS version 6.5.5 (Корнельский университет) [40].
Сравнение прогноза по моделям NRC, CPNM, CPM и AC с фактическими экспериментальными данным, полученными на коровах (41 исследование, включая 154 рациона) по прогнозированию состава дуоденального химуса, все 4 модели предсказали выход сырого и микробного сырого белка в пределах 5 %, за исключением CPM, которая завысила их на 27 %, только NRC предсказала средний поток НРБ в пределах 5 %, AC и AMTC в пределах 8-9 %, CPM завышала на 24 % [40]. Все модели, за исключением NRC, не могли предсказать количество НАК в дуоденальном потоке в пределах 10 %. При этом отмечена тенденция боле точного определения количества аминокислот на рационах с кукурузным силосом и зерном кукурузы.
Сравнительная оценка европейских и двух американских моделей NRC-2001 и CNCPS по прогнозированию надоя молока (кг/день), выхода молочного белка (г/день), количества обменного белка (г/день) и потока переваримого белка (г/день) в сравнении с фактическими данными экспериментов на коровах выявило значимый разброс показателей между моделями и их отличие от фактических данных [42]. Авторы исследований подчеркивают необходимость дальнейшего совершенствования моделей.
В рационах высокопродуктивных коров наиболее лимитирующими являются лизин, метионин [43] и, кроме того, гистидин на рационах с травяным силосом, зерном ячменя и овса [44] и в рационах с 10 % белка перьевой муки [45]. Есть предположение, что изолейцин и валин могут быть лимитирующими [46].
Используя экспериментальный материал, опубликованный в научной литературе, по действию пострубцовой инфузии лактирующим коровам разных доз препаратов лизина и метионина на увеличение молочной продуктивности, содержания и выхода белка молока (dose-response method - ответная реакция на дозу АК) по модели NRC-2001 рассчитана оптимальная потребность лизина и метионина, выраженные в % от обменного белка (ОБ): потребность на максимальную продукцию белка молока и поддержание, равное соответственно 7,2 и 2,4 % [33].