Кинетика расщепления рубцового протеина

Рубцовое расщепление кормового СП является важным фактором, влияющим на рубцовую ферментацию и снабжение молочного скота аминокислотами. РРП и НРП. Это два компонента СП корма в рационе, которые имеют отдельные и отличительные функции. Расщепляемый СП корма в рубце обеспечивает смесью пептидов, свободных АК и аммиаком микробный рост и синтез микробного протеина. Рубцовый синтезированный микробный протеин типично поставляет большинство АК, переходящих в тонкий кишечник. Рубцовый нерасщепляемый протеин является вторым наиболее важным источником всасываемых АК для животных. Знание кинетики рубцового расщепления кормовых протеинов является фундаментальным для составления рационов с адекватным количеством РРП для рубцовых микроорганизмов и адекватных количеств НРП для животного хозяина.

Рубцовое расщепление протеина описывается наиболее часто первым порядковым действием в моделях. Важной характеристикой этих моделей является то, что в них фракция СП кормовых средств состоит из многих фракций, которые широко различаются по степени расщепления и что исчезновение протеина из рубца является результатом двух одновременных действий -расщепления и выхода из рубца. Одной из наиболее сложных моделей является Корнельская система чистого углеводного протеина (КСЧУП) (Sniffen et a!.. 1992). В этой модели кормовой СП делится на пять фракций (А. В. В,, В, и С), которые в сумме составляют единое. Эти пять фракций имеют различную степень рубцового расщепления. Фракция А (НБА), которая является процентом СП. который мгновенно растворяется и. который, как предполагается, имеет бесконечную степень расщепления (к); она определяется химическим путем, как часть СП, растворимая в борат-фосфатном буфере, но не осаждается денатурирующим реагентом протеина, трихлороуксусным ацетатом (ТХА) (см. рисунок). Фракция С определяется химическим путем, как процент общего СП, регенерированным КДК (т.е. КДг>0 и считается нерасщепляемой. Фракция С содержит протеины, связанные с лигнином и таннинами и термо-неустойчивыми протеинами, такими, как продуты реакции Майлард (Sniffen et al.,1992). Оставшиеся В фракции представляют расщепляемый истинный протеин. Количество каждой из этих 3-х расщепляемых в рубце фракций определяется и фракционной степенью расщепления (к^) и переходом (к) в тонкий кишечник; отдельная величина к используется для всех фракций. Фракция B_f является процентом общего СП. растворимой в боратно-фосфатном буфере и осаждается ТХА. Фракция В, рассчитывается по разнице между общим СП. регенерированным НДК (т.е. КД1Ч) и КДК (т.е. фракцией С). Фракция В^ оставшегося СП рассчитывается вычетом из общего СП суммы фракций А, В_р В, и С. По сообщениям, степени расщепления 3-х фракций В составляют: В_{ (120-400 %/час), В, (3-16 %/час) и В, (0.06-0.55 %/час). Величины РРП и НРП (процент от СП) для кормовых средств, при использовании этой модели, рассчитываются следующими уравнениями:

РРП = A + B₁[k_nB₎/(k_iB_! k_n,)] + B,[k B,/(k В, k )f '"' + Bjkb// (k_pV kj)]

НРП = В, [к /(к В, к)]

i ^L up ^v p I - iin'^J

+ B,[k /(kB, к)]

2 ^L up ^v p 2 - np^/J

+ B,[k /(kB, к)] + C

3 ^l up p 3 - up'-¹

Эта модель использовалась на уровне II в сообщении «Потребности мясного скота в питательных веществах», (NRC, 1996).

Большинство используемых моделей для описания «in situ» рубцового расщепления протеина делят кормовой СП на три фракции (А, В и С). Фракция А, это процент общего СП, которая является НБА (т.е. предполагается мгновенное расщепление) и небольшое количество истинного протеина.

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

50%)(Jouany, 1996; Jouany and Ushida. 1999). Между протозоа и бактериями имеются некоторые отличия по обмену протеина. Во-первых, они отличаются в поведении питания. Вместо образования комплекса с кормами, протозойные микроорганизмы заглатывают бактерии, грибки и мелкие частицы кормов. Бактерии являются их принципиальными источниками потребляемого иротеина (Jouany and Ushida, 1999). Как результат поведения питания (т.е. глотания корма), протозойные организмы более активны в деградации нерастворимых кормовых протеинов (например, соевого шрота и рыбной муки), чем более растворимых кормовых протеинов (например, казеина) (Hino and Russell, 1987; Jouany, 1996; Jouany and Ushida, 1999). Проглоченные протеины разрушаются внутри клеток до смеси пептидов и свободных АК; АК внедряются в протеин простейших микроорганизмов. Специфическая протеолитическая активность протозойных выше, чем бактерий (Nolan. 1993). Второе отличие между протозойными и бактериями состоит в том, что в то время, как они активно дезаминируют АК, протозойные организмы не способны синтезировать АК из аммиака (Jouany and Ushida, 1999). И, наконец, протозойные выделяют в рубцовую жидкость большие количества пептидов и аминокислот и также иептидаз. Это является результатом значительных секреторных процессов и значительного автолиза и их гибели (Coleman, 1985; Dijkstra, 1994). Jouany and Ushida, (1999) предположили, что жскретируемые мелкие пептиды и АК могут представлять 50"о общего протеина, проглатываемого простейшими микроорганизмами. Другие исследования показали, что 65% или более протеина протозоа проходят рециркуляцию в рубце (Ffoulkes and Leng. 1988; Punia et al.,1992). Намного меньше известно о вовлечении грибковых микроорганизмов в рубцовое разрушение протеина. В настоящее время, анаэробные грибки считаются, как имеющие отрицательное влияние на переваривание протеина в рубце из-за их низкой концентрации в рубцовом содержимом (10³"⁴/мл) Jouany and Ushida, 1999; Wallace and Monroe, 1986).

Кинетика расщепления рубцового протеина

Рубцовое расщепление протеина описывается наиболее часто первым порядковым действием в моделях. Важной характеристикой этих моделей является то, что в них фракция СП кормовых средств состоит из многих фракций, которые широко различаются по степени расщепления и что исчезновение протеина из рубца является результатом двух одновременных действий — расщепления и выхода из рубца. Одной из наиболее сложных моделей является Корнельская система чистого углеводного протеина (КСЧУП) (Sniffen et a 1.. 1 992). В этой модели кормовой СП делится на пять фракций (А. В. В,, В, и С), которые в сумме составляют единое. Эти пять фракций имеют различную степень рубцового расщепления. Фракция А (НБА), которая является процентом СП. который мгновенно растворяется и. который, как предполагается, имеет бесконечную степень расщепления (к); она определяется химическим путем, как часть СП, растворимая в борат-фосфатном буфере, но не осаждается денатурирующим реагентом протеина, трихлороуксусным ацетатом (ТХА) (см. рисунок). Фракция С определяется химическим путем, как процент общего СП. регенерированным КДК (т.е. КДЫ) и считается нерасщепляемой. Фракция С содержит протеины, связанные с лигнином и таннинами и термо-неустойчивыми протеинами, такими, как продуты реакции Майлард (Sniffen et al.,1992). Оставшиеся В фракции представляют расщепляемый истинный протеин. Количество каждой из этих 3-х расщепляемых в рубце фракций определяется и фракционной степенью расщепления (к) и переходом (к_]п) в тонкий кишечник; отдельная величина к_п используется для всех фракций. Фракция B_t является процентом общего СП. растворимой в боратно-фосфатном буфере и осаждается ТХА. Фракция В, рассчитывается по разнице между общим СП. регенерированным НДК (т.е. КДМ) и КДК (те. фракцией С). Фракция В, оставшегося СП рассчитывается вычетом из общего СП суммы фракций А, В_р В, и С. По сообщениям, степени расщепления 3-х фракций В составляют: В_] (120-400 %/час), В,(3-16 %/час) и В, (0.06-0.55 %/час). Величины РРП и НРП (процент от СП) для кормовых средств, при использовании этой модели, рассчитываются следующими уравнениями:

= АгВ,[к В,/(к В, к)] В, [к В,/(к В, к)]

НРП = В, [к /(к В,_к)]

⁺ В₂[к,_р/(к>₂_к)]

+ B,[k_ip/(k_pB,.k_ip)] + C.

Эта модель использовалась на уровне II в сообщении «Потребности мясного скота в питательных веществах». (NRC, 1996).

Большинство используемых моделей для описания «in situ» рубцового расщепления протеина делят кормовой СП на три фракции (А, В и С). Фракция А, это процент общего СП. которая является НБА (т.е. предполагается мгновенное расщепление) и небольшое количество истинного протеина.

Нормы потребности молочного скота в питательных веществах

который быстро ухолит из мешочка in situ из-за высокой растворимости и очень мелких частиц. Фракция С это процент СП, которая полностью не расщепляется и считается, как кормовой СП, оставшийся в мешочке, при определенной конечной точке расщепления. Фракция В это остаток СП и он включаем протеины, потенциально расщепляемые.

Общий протеин

Боратный	Нейтральный	Кислотный
буфер	детергент	детергент
Раст Не	Раст Не	Раст Не
вор раст	вор раст	вор paci
им вор	им. вор	им. вор
им.	им.	им.
А	А	А
в,	в,
В,	В,	В,

в, в, в,

С с с

Рис. Анализы фракций сырого протеина с использованием боратно-фосфатного буфера, дегергентной кислоты и нейтральных детергентных растворов (Roe et al.,1990; Sniffen el al.,1992).

Только фракция В. как считается, подвергается относительной степенью перехода в кишечник; вся фракция А расщепляются и вся фракция С переходит в тонкий кишечник. Количество фракции В. расщепляемой в рубце определяется степенью расщепления этой фракции и степенью прохождения в кишечник. Величины РРП и НРП в процентах от СП кормового средства по этой модели рассчитываются с использованием уравнений: РРП = А + В [[к, / (к к)] и НРП = В [[к_пр / (к_рк)] + С. Эта простая модель является наиболее широко применяемой моделью для описания расщепления и выхода из рубца кормовых протеинов (AFRC, 1984; NRC. 1985; Orskov and Donald, 1979). Данные, полученные «in situ», «in vitro» и ферментативное переваривание являются пригодными для модели, которая делит СП кормов в указанные фракции (Broderick et al.,1991) и большинство обоснованных данных, полученных in situ в исследованиях с внеклеточными иротеазами. были получены по этой модели (Broderick et al.,1999). Эта модель в соединении с данными метода «in situ» используется для прогнозирования расщепления протеина в рубце в данной публикации.

На количество расщепляемого СП кормов в рубце воздействуют ряд факторов. Химия кормового СП является единственным наиболее важным фактором. Наиболее важными значениями химии кормового СП являются: 1) пропорциональные концентрации НБА и истинный протеин, и 2) физические и химические характеристики протеинов, которые заключают в себе фракции истинного протеина кормовых средств. Соединения небелкового азота расщепляются так быстро в рубце (>300%/час), что расщепление

принимается за 100% (Sniffen et al.,1992). Однако, это не совсем правильное предположение, потому что расщепля-емосгь точнее относится к степени прохождения. Например. предположим, что к _t 2.0%/ч и к 300%/ч, тогда расщепление = 3.00 / (3.00 + 0.02) = 0.993 или 99.3%, а не 1 или 100%. Кормовые средства, которые содержат высокие концентрации НБА в СП делают небольшой вклад в НР11 животного хозяина. Когда молочному скоту скармливают рационы целиком ш грубых кормов, измеряемое прохождение не аммиачного, не микробного азота (г.е НРП - N плюс эндогенный N) часто меньше 30% потребления (Beever et al., 1976, 1987; Holden et al., 1994a; Van Vuuren et al.,1992). В противоположность НБА. который, по предположению, расщепляется полностью, степень расщепления протеинов высоко вариабельна и приводит к вариабельным количествам протеина, который расщепляется в рубце. Например, степень к, показанная в таблице 15-2а, б, составляет от 1.4 для рыбной муки, до 29.2 для подсолнечного шрота. Предполагая, что к для каждою корма равен 7.0%, степень расщепляемое ти фракции В может быть от 16.7 до 80.7. Некоторые характеристики протеинам даны для того, чтобы показать различия в степени расщепдя-емости, различий в 3-мерной структуре, различий во внешних и межклеточных связях, в инертных барьерах, таких как клетки стенок и антипитательные факторы.

Различия в 3-мерной структуре и химической связи, которые имеются в них и между молекулами протеина и между протеином и углеводами, являются функциями также источников переработки. Эти аспекты структуры воздействуют на микробный дос туп к протеинам, который, очевидно, является наиболее важным фактором, воздействующим на степень и период расщепления протеинов в рубце. Протеины, обладающие экстенсивными перекрестными связями, такими как дисульфйдными связями у альбуминов и иммуноглобулинов или перекрестными связями, полученными в результате химической или тепловой обработки, являются менее доступными для иротеолитических ферментов и расщепляются медленнее (Ferguson, 1975; Hurrell and Finot. 1985; Mahadevan et al.,1980; Mangan.1972; Nugent and Mangan, 1978; Nugent etal., 1983; Wallace, 1983). Протеины в перьях и шерсти являются вытянутыми перекрестными с дисульфидами связями протеинами и, в основном, по этой причине, значительное количество протеина в перьевой муке является фракцией С (таблица 15-2а, б). Подобно этому, значительная часть протеина мясной муки и мясокостной муки является фракцией С. Эти же протеины могут содержать значительные количества коллагена, который имеет внутримолекулярные и межмолекулярные перекрестные связи (Orten and Neuhaus, 1975). В противоположность этому, большая часть протеина! в менхаденовой рыбной муке находится во фракции В, но¹степень расщепления этой фракции, медленнее, чем в других! протеиновых добавках (таблица 15-2а, б). Тепло, исиоль-: зуемое для сушки рыбного протеина, стимулирует образование! дисульфидных связей (Opstvedt et al.,1984). Тепловая, обработка также коагулирует протеин в мясных продуктах, что делает его нерастворимым (Bendall. 1964; Boehme, 1982),

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

а охлаждение продукта вызывает беспорядочное восстановление химических связей, которые сжимают молекулы протеина (Bendall. 1 964(Bendall, 1964). Вместе, влияние нагревания и охлаждения протеинов, снижают микробный доступ и делают протеины более устойчивыми к рубцовому расщеплению.

Другие факторы, действующие на рубцовую расщеиляемость протеинов кормов включают временную задержку протеина в рубце, микробную иротеолитическую активность и рН в рубце. Влияние тгих факторов на кинетику рубцового расщепления протеина рецензировалось (Broderick et al.,1991; NRC. 1985).

Растворимость азота в противоположность расщеплению протеина

Несколько коммерческих лабораторий по анализу кормов в Соединенных Штатах дают, по крайней мере, один анализ растворимости N в кормовых средствах. Хотя признано, что растворимость азота в одном растворе не является синонимом растепления СП в рубце, отсутствие других альтернатив, кроме использования «книжных величин» для НРП (например. NRC. 1985). оставило мало чего, чтобы помочь специалистам по питанию животных гарантировать адекватные, но не чрезмерные количества РРП для скармливания животным. Величины по растворимости полезны для ранжирования кормов сходных типов, для расщепляемое™ СП в рубце, потому что существует положительная взаимосвязь между растворимостью N и расщепляемостью у однотипных кормовых средств (например, Beever et al.,1976; Laycock and Miller. 1981; Matlsen and Hvelplund, 1990; Stutts et al.,1988). Многие исследования показали, что изменение растворимости N добавлением или удалением добавок НБА путем изменения способа консервирования грубых кормов или условий обработки добавок протеина, влияет на реакцию животных (Aitcluson et al.,1976; Crish et al.,1986; Lundquist et al.,1986). Ьыло использовано несколько различных растворителей. В настоящее время, наиболее обычным методом является инкубирование в боратно-фосфатном буфере (Roe et al., 1990). Этот метод имеет популярность из-за определения им азотистых фракций А и В! в КСЧУП (Корнельской системе чистого углеводного протеина) (Sniffen et al., 1992). Хотя существует высокая корреляция между растворимостью N в растворе и расщепляемостью протеина для однородного кормового средства, ото го нет по классам кормовых средств. Например. Stem and Satter (1984) сообщали о корреляции 0.26 между растворимостью N и расщепляемостью протеина «ин пиво» в рубце 34 рационов, которые содержали разнообразные источники N. Madsen and Hvelplund, (1990) также сообщали о низкой взаимосвязи между растворимостью N и ращепля-емостью СП «ин виво», большого числа кормовых средств. Для пой плохой взаимосвязи было несколько причин. Во-первых, как было показано в разделе «Химия кормового сырою протеина», протеины, экстрагируемые растворителем.

зависели не только от химии протеинов, но также от состава растворителя. По этой причине, различные рас твори гели даю i различные значения растворимости СП (Cherney et al.. 1992; Crawford et al..l978; Crookeret al.. 1978; Lundquist et al.,1986; Stuff et al.,1988). Во-вторых, растворимые протеины не одинаково чувствительны к расщеплению ферментами рубца. Среди чисто растворимых протеинов, казеин расщепляется быстро, в то время как сывороточный альбумин, яичный альбумин и рибонуклеаза А расщепляются медленнее (Annison. 1956; Mahadevan et al.. 1 980: Mangan, 1972). Mahadevan et a 1..(1980) также отметил, что растворимый протеин соевого шрота, рапсового шрота и рыбной муки расщеплялись с различной степенью расщепления для всех 3-х добавок, будучи промежуточными между альбуминами и казеином. Следовательно, структура, также как и растворимость определяет расщепляемость. В-третьих, как показано в разделе «Механизм расщепления рубцового протеина», растворимость не является предпосылкой к расщеплению. Как пример, Mahadevan et al.,(1980) заметил, что растворимые и нерастворимые протеины соевого шрота были тидролизованы «ин витро» при почти одинаковых величинах. Из-за того, что бактерии прикрепляются к нерастворимым протеинам и из-за того, что простейшие поглощают кормовые частицы, нерастворимые протеины не следует вносить в общую группу растворимых протеинов до начала активности микробных протеаз. И, наконец, растворимые протеины, которые еще не расщепились, могут покинуть рубец быстрее, чем нерастворимые протеины. Это происходит из-за более вероятной связи растворимого протеина с жидкой фракцией рубцового содержимого. Например, Hristov and Broderick (1996) отмечали, что хотя НАКА (неаминокислот нын азот) корма в жидкой фазе рубцового содержимого было только 12% от общего НАКА корма в рубце, 30% НАКА корма, который покидал рубец, вытекал с жидкостью. Это указывает на непропорциональный выход растворимых протеинов из рубца. В заключение следует сказать, что изменение растворимости N в одном растворителе, кажется, будет более полезным индикатором изменения расщепления протеина, когда он применяется к различным образцам одних и тех же кормовых средств, чем когда сравниваются различные кормовые средства, отличающиеся по химическим и физическим свойствам. Ясно, что взаимосвязь между растворимостью и расщепляемостью является наивысшей, когда большая часть из растворимого N является НБА (Sniffen et al.. 1992).

Микробные потребности в N субстратах

Пептиды. АК и аммиак являются питательными веществами для роста рубцовых бактерий; протозойные культуры не могут использовать аммиак. Оценки вклада аммиака против АК при синтезе микробного протеина смешанной рубцовой популяцией бактерий, крайне изменчивы (Wallace, 1997). Исследования с использованием инфузии NP аммиака или мочевины в рубец или добавленной, как единственной дозы, показало.

Нормы потребности молочного скота в питательных веществах

что величины микробного азота из аммиака находились в пределах от 18 до 100% (Salter et al.,1979). Исследования по N¹' Nolan (1975) and Leng and Nolan (1984) показали, что 50% или более микробного азота происходило из аммиака и остальное из пептидов и АК. Смешанная рубцовая микробная популяция имела существенную, но не абсолютную потребность в АК (Virtanen, 1966), так как перекрестное питание среди бактерий может удовлетворять индивидуальные потребности. Однако, исследователи наблюдали улучшенный рост микробов или эффективность роста, когда пептиды или АК заменяли аммиак или мочевину, как единственного или основного источника N (Cotta and Russell. 1983; Russell and Sniffen, 1984; Griswold et al.,1966). Maeng and Baldwin (1976) сообщали об увеличенном выходе микробной массы и степени роста при 75% мочевины + 25% азота АК в сравнении с 100 мочевины. Микробные потребности в азотистых субстратах N-аммиака. АК и пептидов могут быть выполнены основным рационом и это может объяснить изменчивость в выше указанных -экспериментах.

Имеется доказательство того, что АК и особенно пептиды являются стимуляторами в отношении степени роста и роста выхода рубцовых микроорганизмов, растущих на быстро расщепляемых источниках энергии (Argyle and Baldwin, 1989; Chen et al.,1987: Cruz Soto et al.,1994; Russell et al.,1983). Однако, когда энергетические субстраты ферментировались медленно, стимуляции пептидами и АК обычно не проявлялось. Chikunya et al.,(1996) продемонстрировали, что когда пептиды обеспечивались быстро или медленно расщепляемой клетчаткой, микробный рост увеличивался, если клетчатка расщеплялась быстро. Russell et al.,(1983) показали, что микроорганизмы, ферментирующие структурные углеводы нуждались только в аммиаке, как источнике азота, в то время как для штаммов, расщепляющих неструктурные углеводы, были более полезны источники из АК.

Недавние опыты (Wallace, 1997) подтвердили ранние результаты Salter et al.,(1979), показавших, что пропорция микробного азота из аммиака варьирует в соответствии с доступностью азота источников. Минимум вклада аммиака в микробный азот составило 26%, когда присутствовали высокие концентрации пептидов и АК, при потенциальном максимуме 100%, когда аммиак был единственным источником азота. Griswold et al (1996) изучали влияние изолята протеина сои, пептидов сои, отдельные АК под маркой протеина сои и мочевины на рост микроорганизмов в непрерывной культуре. Они продемонстрировали, что другие формы N, кроме мочевины необходимы не только для микробного роста, но также как НБА для адекватного переваривания клетчатки в рубце.

Многие сообщения по С'⁴-АК и пептидам показали, что смешанные микробные популяции предпочитали усваивать пептиды, нежели свободные АК (Cooper and Ling, 1985; Prins et al.,1979). Однако. Ling and Armstead (1995) установили, что свободные АК были предпочтительной формой АК для штаммов 5. Bovis, Selenomonas ruminantum, Fibrobacter succmogenes and Anaerovibrio lipolytica, в то время как

пептиды были предпочтительны только для Р nimimcola. P i ruminicola может охватывать более 60% общей микрофлоры j у овец, которым скармливали злаковый силос (Van Gylswyk. 1990). В других исследованиях, в которых преимущество отдавалось АК. предпочтение могло быть результатом специфических кормовых условий, при которых количество P. ruminicola было ниже. Wallace (1996) продемонстрировал, что дезаминирование АК выполняется двумя различными j популяциями бактерий, одна с низкой активностью и большой | численностью и другая с высокой активностью и низкой численностью. P. ruminicola показывает высокую численность популяции, но имеет низкую дезаминирующую активность. Jones et al.,(1998) изучили влияние концентрации пептидов на микробный обмен в непрерывно культивируемом ферментере. Основная диета содержала 17.8% СП. 46.2% НСУ (неструктурных углеводов) и 32.9% НДК. Пептиды заменяли мочевину. как источник азота на уровнях 0, 10, 20 и 30% от общего азота. смесь меляссы с мочевиной составляла 8.6. 7.0, 4.9 и 2.4% СВ, с увеличением замены пептидов и глюкозы. Переваривание СВ и СП и продуцирование микробного СП происходило квадратически, путем добавления пептидов; наибольшие величины для каждой переменной проявлялись при 10% добавке пептидов. Переваривание клетчатки линейно снижалось с увеличением добавки пептидов. Более низкие концентрации N-аммиака были причиной пониженного образования микробного СП и пониженной переваримости клетчатки, при уровне пептидов выше, чем 10% от общего N. Эффективность конверсии азота пептидов в микробный СП повышалась с увеличением пептидов; однако, в количестве граммов продуцируемого микробного азота на килограмм переваримого органического вещества (ОВ) не было изменений. Jones et al.,(1998) предположили, что при диете, содержащей высокие уровни НСУ. более высокие концентрации пептидов относительно аммиака, могут тормозить переваривание протеинов и концентрацию аммиака, ограничивать рост микроорганизмов, переваривающих клетчатку и снижать переваривание рубцовой клетчатки и производство микробного протеина. Микроорганизмы, ферментирующие НСУ производят и утилизируют пептиды при избытке аммиака, продуцируемого из протеина и других источников азота (Russell et al.,1992). Следует заметить, что в непрерывно культивируемых системах, культуры протозоа могут быть отмыты в первые несколько дней процесса.

Реакция животных на СП. РРП и НРП

Реакция на лактацию

Сырой протеин. Данные по 303 средним значениям из 82 исследований были использованы для оценки реакции на количество молока и протеина на изменения в концентрации кормового СП (таблица 5-1), статистика по пакету данных представлена в таблице 5-2. При изменении содержания СП рациона, соответствующий вклад протеина из различных

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

источников также изменялся, чак что эта оценка смешивалась с источником протеина и концентрацией РРП и НРП. Производство молока увеличивалось квадратически по мере увеличения концентрации СП рациона. Полученное уравнение регрессии было следующим:

СП

Количество молока = 0.8 х СВП + 2.3 - 0.05 х СП^: - 9.8 (г = 0.29).

1де количество молока и потребление сухого вещества (СВП) выражено в кг/сутки и СП. как процент СВ рациона. Потребление сухого вещества включено в уравнение регрессии для подсчета косвенным методом некоторых различий между исследованиями, касающихся основной молочной продуктивности и ЖМ. СВП рассчитано, примерно для 60% и СП для 40% не случайных вариантов. Принимая фиксированное СВП (между потреблением и процентом СП в пом пакете данных нет корреляции), максимальная молочная продуктивность была получена при 23% СП.

Таблица 5-2.

Статистика данных пакета, используемых для оценки реакции

Вариабельные Молоко, кг сутки IIpouишдспю протеина молока. 1 су ] ки I Тчрсолсппе сухого нешесша. кг сучки (11. "л т сухого вещества ITII. "<> oi сухого вещества 1IPII.? oi cvxoro вещества

животного на СП и РРП

п	Среднее	Станд.
		отклонение
	31.4	6.1

	20.2	3.4
	17.1	2.6
	10.7	1.S
	6.2	1.4

Маргинальный отклик на увеличение количества СП рациона составило: 2.3 - 0.1 х СП. Полому, увеличение кормового СП на 1 "о с 1 5 до 16% может повысить производство молока, в среднем, на 0.75 кг/сутки, а от увеличения СП на 1 % с 19 до 20"и можно ожидать увеличения производства молока на 0.35 Ki 'сутки. Хотя молочная продуктивность может быть увеличена скармливанием рациона с очень высокой концентрацией СП. -экономическая и экологическая стоимость должны быть сравнены с более низким уровнем СП в рационе. Маргинальный отклик, полученный из этих данных, был сходным с данными, полученными Roffler et al.,(1986). По их уравнению, увеличение кормового протеина с 14 до 18% привело к увеличению на 2.1 кг/сутки молока, а по уравнению, показанному выше, ожидаемое увеличение составит 2.8 кг/ сутки.

Кормовой СП не коррелировал (Р>0.25) с процентом протеина молока, но слабо коррелировал (г = 0.14; Р< 0.01) с производством протеина (из-за взаимосвязи кормового протеина с удоем молока). Уравнение регрессии было следующим: выход протеина молока = 17.7 * СВП + 55.6 х СП - 1.26 х СП² + 3i.S (г '""' где СВП = килограммов/сутки и СП - процент

СВ рациона. Максимум производства молочного протеина было получено при 22% СП (существенно, то же самое для удоя молока) и маргинальный отклик равен 55.63 - 2.52 х СП. где СП = процент С В рациона.

Рубцовып расщепляемый и перасщепляемый протеин.

Регрессивный подход также был использован для оценки реакции на лактацию концентраций РРП и НРП сухою вещества рациона. Для этого отобрали 38 опытов с обработкой 206 средних значений, в которых рационы варьировали по содержанию РРП (таблица 5-3). Все рационы вошли в опубликованную здесь модель для прогнозирования концентраций РРП и НРП в СВ рационов. Как ожидалось, концентрации РРП и НРП (как процент от СВ рациона) коррелировали с концентрациями кормового СП (РРП; г - 0.78. Р< 0.001). следовательно, невозможно отделить влияние общего СИ от влияния РРП и НРП. Уравнение регрессии производства молока с РРП и НРП (оба. как процент СВ) было получено для преодоления проблем, связанных с корреляцией между СП и РРП и НРП (она была незначительной, г -II. Р>0.05). РРП и НРП рационов были рассчитаны с использованием модели, описанной в этой публикации на основе значений пакета данных, описанных выше. Уравнение регрессии было следующим:

Молоко = 55.61 + 1.15 х СВП + 8.79 х РРП -0.36 х РРП² + 1.85 х НРП (г= 0.52).

где СВП и молоко в кг/сутки, РРП и НРП - % сухого вещества. На основе этого уравнения, максимум производства молока получено (СВП и НРП выдерживались постоянно), когда РРП составляло 12.2% от СВ рациона и предельное изменение к увеличению РРП было 8.79 - 0.72 х РРП. Квадрат ическое значение для НРП было незначительным и было удалено из модели. Удой молока повышался линейно по отношению к НРП в размере 1.85 кг на каждый процент увеличения НРП. Модель данной публикации оценивает, среднюю потребность в РРП в 10.2%) для данных пакета. Прогнозируемое производство молока, (с использованием выше приведенного уравнения регрессии) при 10.2% РРП (СВП и НРП сохранялись на постоянных средних величинах данных - 20.6 кг сутки СВП и 6.2%). соответственно) составило 31.7-кг/суткп и 33.2 кг /сутки при 12.2% РРП. Некоторое противоречие между потребностью прогнозируемой моделью и прогнозируемой регрессией по максимальному производству молока, может быть вызвано положительной корреляцией между РРП и СВП (СВП = 14.4 +0.58 х РРП; г² - 0.35. Р- 0.001). Основанное на этой регрессии, увеличение на 2% РРП (т.е. с 10.2 до 12.2%) может повысить СВП на 1.1 кг/сутки. В соответствии с потребностями данной публикации (предполагается 72% СППВ), увеличение около 2 кг/сутки молока ожидается от изменения СВП. Увеличение РРП рациона сверх потребностей, прогнозируемой моделью, может' привести к увеличению'СВП.

Нормы потребности молочного скота в питательных веществах

Подобная функция была получена, когда производство протеина молока было рассчитано регрессией по РРП и НРП рационов:

Протеин молока - 1.57+0.0275 х СВП+0.233

х РРП+0.0091 х РРП- +0.041

х НРП (г = 0.35)

где протеин молока и СВП даны в кг/сутки и РРП и НРП, как процент от СВ. Максимум производства протеина молока проявляется при 12.2% РРП (то же самое как и производство молока). Производство протеина молока линейно увеличивается с повышением кормового НРП.

Santos et al.,(1998b) опубликовали соответствующий обзор по влиянию замены соевого шрота различными источниками НРП на обмен протеина (29 опубликованных сравнений) и на продуктивность(127 опубликованных сравнений). Он сообщили, что в 76% исследований по обмену, высокий уровень НРП снижал поток МСП (микробного СП) в тонкий кишечник. Добавка НРП обычно не влияла на поток общих НАК и добавка НРП обычно не увеличивала или по настоящему, снижала ноток лизина в двенадцатиперстную кишку. Добавка НРП повышала молочную продуктивность только в 17% исследований и обработанный теплом или химически соевый шрот или рыбная мука были наиболее вероятными добавками НРП. чтобы вызвать повышенную молочную продуктивность (Santos et al.,1998b). Когда исследования были объединены, коровы, которым скармливали рационы с обработанным соевым шротом (Р<0.03) или рыбной мукой (Р<0.01), давали статистически больше молока, чем коровы получавшие соевый шрот. Коровы, получавшие в рационе другие источники животного протеина (кровь, перьевую, мясную муку) или кукурузную глютеновую муку, давали столько же или меньше молока, чем коровы, которым скармливали соевый шрот (Santos et al.,(1998b).

Уравнения регрессии, разработанные выше, для выявления реакции от скармливания СП, РРП и НРП на производство молока и молочного протеина, должны быть интерпретировании и использованы осторожно в свете низких г² величин. Более искушенный статистический анализ (например, контролирование влияния эксперимента, регулирование изменений в опытах и т.д.), вероятно, может дать более точные коэффициенты.

Влияние на воспроизводство

Как было установлено, превышение потребностей протеина на лактацию имеют негативное влияние на репродукцию. Некоторые исследователи сообщали, что скармливание рационов, содержащих 19% и более СП в СВ рациона снижали процент оплодотворяемости коров (Bruckental et al., 1989; Canfield et al.Л990; Jordan and Swanson, 1979; McCormicK et al.,1999). Другие авторы отмечали, что у коров, получавших 20-23% СП в рационе (в сравнении с 12-15%) снижался рН в матке, увеличивалось содержание мочевины в крови и изменялся состав жидкости в матке (Jordan, 1983; Elrod and Butler, 1993). В большинстве исследований, рецензируемых Butler. (1998). концентрации прогестерона в плазме в ранний

период лактации коров, оыли ниже при скармливании рационов, содержащих 19-20% СП, в противоположность более низким уровням СП.

В обзоре по влиянию протеина на репродукцию. Butler. (1998) пришел к выводу, что чрезмерные количества РРП или НРП; могут вызывать снижение репродуктивных способностей. I Однако, потребление переваримого НРП в количествах, \ вызывающих неблагоприятное воздействие на репродукцию, без совпадения с излишками РРП, оказалось необычным. В большинстве исследований, рецензируемых Butler, (199H), высокие уровни РРП, нежели чем высокие уровни НРП. были связаны со снижением оплодотворяемости. Canfield et al.,(1990) показали, что скармливание рациона, содержащего НРП для удовлетворения потребности, при одновременном скармливании РРП выше потребности, привело к снижению оплодотворяемости коров. Garcia-Bojalil et al.,(1998b) сообщали, что скармливание излишнего РРП (15.7% СВ) от рекомендуемого количества, снижало количество тканей желтого тела в яичнике в ранний период лактации коров. Хотя большинство исследований показали отрицательный эффект на репродуктивные способности коров при скармливании высоких уровней СП в рационе, другие не наблюдали такого влияния. Carroll et al.,(1988) не отметили различий в показателях стельности коров или первого оплодотворения молочных коров, при скармливании 20 и 13% СП рациона, Howard et al.,1987) сообщали о том. что не имелось разницы в оплодотворяемости между коровами во вторую и последующие лактации, получавшим в рационе 15 или 20% СП. Существует много теорий о том. как и почему излишек кормового СП снижает репродуктивные способности (Barton, 1996а, b; Butler, 1998; Ferguson and Chalupa,1989). Первая теория имеет отношение к энергии, связанной с ее обменным распределением избытка N. Эта энергия может быть взята ю резервов тела в период ранней лактации, чтобы поддержать молочную продуктивность. Задержка овуляции (Beam and Butler, 1997; Staples et al., 1990) и снижение оплодотворяемости (Butler, 1998) связаны с отрицательным энергетическим статусом. Другим влиянием отрицательною энергетического статуса является снижение концентрации прогестерона в плазме (Butler, 1998). Другая теория состоит в том, что высокие концентрации азота мочевины в крови (NMK) могут иметь токсический эффект! на сперму, яйцеклетку или эмбрион, что приводит к снижению оплодотворяемое ти (Canfield et al., 1990). Высокие концентрации NMK также вызывали снижение рН в матке и производство простагландинов (Butler, 1998). Высокое содержание NMK может также снизить связь лютеинизированного гормон-к рецепторам яичника, что приводит к снижению концентраци прогестерона в сыворотке и оплодотворяемости (Bartot 1996а). Ferguson and Chalupa,(1989) сообщали, что нобочнь. продукты метаболизма азота могут изменить функциь относящейся к оси мозгового придатка и яичника и. елея вательно,репродуктивных способностей. И.наконец, высок уровни циркулирующего аммиака могут подавлять иммунн^ систему и могут привести к ухудшению восироизводительн" способностей (Anderson and Barton, 1988).

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

Ачот мочевины молока (NMM) и NMK являются индика-торами образования мочевины в печени. Концентрации азота мочевины молока выше 19 мг/дл связаны со снижением плодовитости (Butler et al., 1995). Также, концентрации NMK выше 20 мг/дл связаны с пониженной ошюдотворяемостью ^актирующих коров (Ferguson et al., 1988). Bruckental et al..(1989) установили, что повышенные уровни NMK, когда СП рациона увеличивался с 17 до 21.6%. снижали показатели беременности на 13%. (Ferguson et al., 1988) наблюдали, что коровы при уровне NMK выше 20 мг/дл осеменялись в 3 раза хуже, чем коровы с более низкой концентрацией NMK. Хотя высокие концентрации NMK связаны со снижением репродук-швных способностей, другие авторы не отмечали отрицательного влияния на показатели беременности, сервисный период или на дни использования уровня NMK выше 20 мг/ дл (Oldick and Firkins, 1996).

Исследования Carroll et al.,(1987) and Howard et al.,(1987) показали, что соблюдение строгого режима по воспроизводству может снизить негативное влияние излишков скармливаемою протеина на репродукцию. Barton (1996a) продемонстрировал, что интенсивная программа но воспроизводству может быть использована для достижения успеха по воспроизводству, независимо от уровня СП в рационе или концентрации азота мочевины в плазме. Эти исследования проливают свет на то, что кормовой протеин, является одним из многих факторов, которые имеют влияние на воспроизводительные способности животного. Потребление протеина, одновременно с другими факторами, такими, как управление воспроизводством, энергетическим статусом, удоем молока и статусом здоровья, все они имеют влияние на репродуктивные способности молочного скота.

Синхронизация переваримости протеина и углеводов. Влияние на синтез микробного протеина.

Синтез микробного протеина зависит, в основном, от доступности углеводов и азота в рубце. Бактерии способны, в основном, захватывать большую часть аммиака, который освобождается в рубце из дезаминированных АК и гидролиза НЬА соединений. Однако, условия кормления часто оказываются такими, в которых величины освобождения аммиака превышают размеры потребления Рубцовыми бактериями. Такими примерами могут быть излишки РРП или отсутствие доступной энергии (Maeng et al., 1997). Такое несинхронное освобождение аммиака и энергии в рубце приводит к неэффективной утилизации ферментируемых субстратов и снижают синтез МСП. Различные исследования фокусировали свое внимание на повышении эффективности микробного синтеза протеина путем манипулирования кормовых компонентов (Aldrich et al.,1993a; Hoover and Stokes, 1991; Herrera-Saldanaetal.,1990; Maeng et al., 1976). В превосходных обзорах описана взаимосвязь между рубцовым протеином и доступностью углеводов и их действие на синтез МСП в рубце (Hoover and Stokes, 1991; Clark et al., 19-92; Stern et al.,1994; Dewhurst et al.,2000).

Некоторые исследования показывают, что синхронизация быстрой ферментации с быстрым расщеплением источников крахмала и протеина стимулирует в большей степени синтез или эффективность синтеза МСП. Herrera-Saldana et al..(1 990) сообщали, что переход МСП в двенадцатиперстную кишку лактирующих коров был самым высоким (3.00 кг сутки). когда раещепляемость крахмала и протеина были синхронизирована для быстрого переваривания (ячменя и хлопкового шрота). Поток МСР был слабее, когда основные ферментируемые источники углеводов и протеина были синхронизированы для медленной расщепляемое™ (сорго и сухая пивная дробина, 2.14 кг/сутки) или асинхронизированы (ячмень и сухая пивная дробина или сорго и хлопковый шрот. 2.64 и 2.36 кг/сутки, соответственно). Эффективность сип теза МСП (МСП/кг от истинно переваримого ОВ) имел сходную тенденцию, как и переход МСП в двенадцатиперстную кишку. Aldrich et al.,(1993b) составили рационы по содержанию высоких и низких концентраций, доступных в рубце неструктурных углеводов (ВРДНСУ и НРДНСУ) и высоких и низких концентраций рубцового протеина (ВРДП и НРДП). используя высоко влажную ошелушенную кукурузу, против грубо размолотых, сухих кукурузных початков, и рапсового (канолы) шрота против кровяной муки, соответственно. Поток МСП в двенадцатиперстную кишку был наивысшим (1.64кг/сутки) с ВРДНСУ/ВРДП и самым низким (1.34 кг/сутки) с ВРДНСУ НРДП, потоки были промежуточными (1.46 и 1.48 кг/сутки) для обоих НРДНСУ рационов. Подобно открытию Herrera-Saldana et al.,(1990), эффективность синтеза МСП была наивысшей с ВРДНСУ/ ВРДП рационом. Stokes et al., (1991a) сообщали, что рационы, составленные для содержания 31 и 39% НСУ и 11.8 и 13.7% РРП в СВ рациона, поддерживали больший синтез МСП, чем рационы, содержащие 25% НСУ и 9% РРП. Составленные синхронные рационы, в противоположность синхронному перевариванию в рубце углеводов и протеина, имели также увеличенный поток и эффективность синтеза МСП у овец (Sinclair et al.. 1993. 1995). В работе Sinclair et al.,(1995) рационы были сходны с источником углеводов (ячмень) и были синхронизированы либо с рапсовым шротом (рацион А) или с мочевиной (рацион В). Эффективность синтеза МСП была на 11-20% выше у овец, которым давали рацион А.

Ряд других исследований сообщали о высоком потоке МСП («ин виво» или в непрерывной культуре), когда уровень НСУ был увеличен или более разрушаемые углеводы были заменены менее разрушаемыми (McCarthy et al.,1989; Spicer et al.,1986; Stokes etal.,1991a; Stern et al., 1978) или когда РРП в рационе был увеличен (Cecava et al., 1991; Hussein et al.,1991; McCarthy et al.,1989; Stokes et al.,1991b). Обзор 16 исследований показал, что поток МСП в дуоденум (двенадцатиперстную кишку) увеличивался, в среднем, на 10%, когда медленно разрушаемые источники крахмала (напр., кукурузное зерно) были заменены более быстро разрушаемым крахмалом (ячменя) (Sauvant and van Milgen, 1995). Однако, влияния различных уровней деградации крахмала на эффективность

Нормы потребности молочного скота в питательных веществах

конверсии переваримого в рубце ОВ в МСП не наблюдалось. Lukos et al.,(1997) изучали рационы, составленные таким образом, чтобы иметь сходные величины РРП с тремя степенями (6.04. 6.98 и 7.94% / час) разрушения НСУ в рубце. Концентрации РРП и НСУ в рационе были постоянными за весь период обработки. Степень разрушения НСУ была достигнута, в основном, путем замены дробленой кукурузы размолотой высоко влажной кукурузой. Поток МСП в дуоденум имел тенденцию быть высоким, при высокой степени разрушения НСУ Эффективность конверсии переваримого в рубце ОВ в МСП повышалась по мере увеличения доступности Рубцовых НСУ. демонстрируя важность синхронности поступления доступной энергии микроорганизмам рубца. Имеются ограниченные данные исследований по важности постепенного или равномерного (в противоположность неравномерному) обеспечения энергией и азотом субстратов микроорганизмов рубца. Henning et al.,(1993) исследовали этот вопрос на овцах с фистулами, которых кормили рационом как для поддержания так и на высоком уровне питания. Обрабатывались растворимая смесь углеводов (мальтозы, декстрозы и мальтотриозы) и растворимой азотной смеси (мочевины и казеината натрия). Обеспечение ровного снабжения энергией увеличивало прохождение МСП и эффективность синтеза МСП. когда скармливался рацион для поддержания, но отмечена только тенденция к повышению эффективности синтеза МСП и только тогда, когда скармливали более адекватный рацион. В противоположность этому, равномерное обеспечение азотом увеличивало прохождение МСП только при скармливании более адекватного рациона. Результаты показали, что простое улучшение степени синхронизации между энергией и уровнем освобождения азота в рубце не дает необходимого увеличения выхода микробных клеток и что постепенное или равномерное освобождение энергии и возможно азота также является важным. Степень синхронизации рубцового распада углеводов и протеина может иметь более выраженный эффект у животных, имеющих высокий уровень рубцового прохождения (например, высокого СВП). Newbold and Rust (1992) наблюдали в группе культур, что временное ограничение в снабжении, либо азотом либо углеводами, снижало степень последующего роста бактерий. Однако, при том же самом обеспечении питательными веществами, концентрация бактерий восстанав-ливалась после 12 часов инкубации до концентрации, наблюдаемой до ограничения снабжения питательными веществами. Это подтверждает факт, что микробные клетки в рубце способны управлять периодами недостатка в питательных веществах. Эти результаты были подтверждены исследованиями Van Kessel and Russel (1997) «ин витро». Однако, когда в середине лактации коровы получали рационы с изменчивым распадом в рубце ОВ и СП или их кормили с различной частотой, не было отмечено разницы в производстве МСП или микробной эффективности (Shabi et al., 1998). Значение обеспечения синхронного, в противоположность несинхронному снабжению азотистыми субстратами, смешан-

ной микрооной популяции для синхронизации руоцовото протеина и углеводов остается неясным. Особый интерес представляет идентификация факторов, которые воздействуют на эффективность потребления бактериями аммиака альфа-амино азота. Hristov et al. (1997) изучили эффект различных уровней углеводов и одновременного обеспечения аммиаком и альфа-амино азотом (АК и пептидами) на использование их Рубцовыми микроорганизмами «ин витро». Рубцовый посевной материал был инкубирован с 5-ю концентрациями (0. 1,5, 15 и 30 г/л) углеводов. (75% смеси сахара и 25% растворимого крахмала) и 5 источников азота (аммиак, свободные АК, аммиак плюс свободные аминокислоты, пептиды и аммиак плюс пептиды). Пул аммиака во всех обработках был обозначен - (^I^;"NH₄),SO₄. Наблюдения включали: 1) увеличение потребления и внедрение аммиака в микробный азот из всех обработок азота, при увеличении уровня углеводов; 2) предпочтение для рубцовых микроорганизмов использовать альфа-амино азот в сравнении с азотом аммиака и 3) увеличение потребления АК и пептидов с добавленным аммиаком. Сделан вывод, что эффективность использования аммиака и альфа-амино азота Рубцовыми микроорганизмами не было постоянным и зависело от доступности (или баланса) энергии, аммиака и альфа-аминното азота.

Другие исследователи обнаружили, что НСУ или РРП в СВ рациона обычно не поддерживали повышенный рост микроорганизмов. Степень, при которой аммиак входил в МСП зависел от различных факторов, таких как тип рациона, характер рубцовой ферментации и СВП. Поэтому не удивительно, что некоторые исследования, проведенные для определения эффекта синхронизации распада углеводов и протеина в рубце. не показали влияния на синтез МСП, эффективность синтеза МСП и влияния взаимосвязи углеводов и протеина на прохождение МСП (Casper et al.. 1999; Cecava et al,. 1991; Fen» et al.,1993; Hussein et al.,1991; McCarthy et al..l989; Scollan et al.,1996; Stokes et al..1991b).

Главными питательными веществами для рубцовых микроорганизмов являются углеводы и протеины, но большинство пригодных источников и количества, необходимых дли поддержания максимума роста пока не установлены. Хоти пептиды, АК и аммиак, индивидуально, могут служит! источниками азота для рубцовых микроорганизмов, общая популяция достигает высокой степени роста на смесях 3-х источников. На основании данных исследований «ин витро»и «ин виво» имеется общее мнение, что степень переваривании углеводов является главным фактором, контролирующий доступность энергии для микробного роста (Hoover and Stokes. 1991).

Вероятно, возможно изменить синхронизацию протеина i углеводов, либо изменением кормовых ингредиентов или путем изменения относительного времени скармливанш (Hoover and Stokes, 1998). Однако, невозможно установить, будет ли увеличение синтеза МСП путем скармливании различных ингредиентов (Herrera-Saldana et al.,1990; Aldrick et al.,1993a; Sinclair et al.,1993. 1995) являться фактором

Гл. 5. Протеин и аминокислоты

синхронизации или фактором, связанным с манипуляцией самих ингредиентов (уровня или типа) (Dewhurst et al.,2000). В заключение следует сказать, что кинетика распада углеводов и протеина широко варьирует в соответствии с источником корма, его химическим составом и методом переработки. Доступная литература показывает, что когда рубцовая ферментация нормальная, имеется мало дополнительной пользы в изменении степени распада углеводов и протеина или уровня их синхронизации для синтеза микробного протеина.