韩博士瘤胃消化生理与肉牛肉羊的饲养

引自：朱伟云, 2001
纤维大颗粒 瘤胃真菌、原虫侵袭 小颗粒 瘤胃细菌和微生物酶 彻底降解
瘤胃微生物之间存在协同作用
Note: Fibrobacter succinogenes S85 grown on cell walls of alfalfa
Note: Co-culture of F.succinogenes BL2 + Butyrivibrio fibrisolvens D1 on wheat straw.
气体成分
瘤胃中：H2 0.2%；O2 0.5%； N2 7%； CH4 26.8%； CO2 65.5%。 瘤胃的底部，是一个高度厌氧的 环境。
瘤胃微生物区系
细 菌
1010－1011/克瘤胃内容物 可降解利用纤维素、半纤维素、淀粉、 糖、蛋白质和脂 类等 根据细菌对底物的利用特性可将瘤胃细菌分为以下11种： 纤维分解菌、半纤维素分解细菌、淀粉分解菌、糖利用 菌、酸利用菌、蛋白分解菌、产氨菌、产甲烷菌、脂肪 分解菌、果胶分解菌、尿素分解菌
加热处理：如膨化大豆、蒸汽压片玉米和大豆等； 化学处理：（酸、碱、乙醇等）； 包被处理：（单宁、木质素磺酸盐等）； 使用过瘤胃蛋白质含量高的饲料原料。
反刍动物氨基酸需要 问题
奶牛的必需氨基酸
精氨酸(Arg)、组氨酸(His)、异亮氨酸(Ile)、 亮氨酸(Leu)、赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苯 丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)、苏氨酸(Thr)和缬 氨酸(Val)；
渗透压、pH、氧化还原电位
◆ 瘤胃渗透压 以渗透摩尔（Osmole）表示。1渗透摩尔含有6 X 1023个渗 透离子/L溶液。 瘤胃渗透压为260-340 mOsmole /kg ，平 均280 mOsmole /kg 。饲喂大量精料或苜蓿颗粒时渗透压 可高达350-400 mOsmole/kg。260 mOsm/kg有利于原虫生 长，高于350 mOsm/kg不利于纤维和淀粉的消化 ◆ 瘤胃pH 为5.5-7.2，饲料类型和取样时间影响瘤胃pH；pH低于6 时，纤维消化受到影响 ◆ 氧化还原电位 在-250 - -450 mV之间，平均-350mV。低氧化还原电位反 映了瘤胃中氧的缺乏和过高还原电位的状况
百度文库
比例
乙酸：50-60% 丙酸：18-20% 丁酸：12-18% 其他：1-5%
Fig. Lining of the four compartments of the ruminant Stomach and the compartments connected
Fig. Rumen papillae from cattle fed low concentrate diet (left) and high concentrate diet (right)
Gas production (m l)
100 50
200 200 150 150 100 100 50 50 00
细菌
0 0 50 100 150 Time (h) since inoculation
200
真菌
00 50 100 150 150 200 200 50 100 Time(h) (h)since sinceinoculation inoculation Time
利用舔块饲料补饲技术
这是一种非常简便易行的补饲技术，可以提高 动物增重和产奶20%以上
美国生产的 桶装舔块饲料
高能量碳水化合物的应用
加工技术
粉碎 蒸汽压片 挤压膨化
谷物蒸汽压片饲料的应用
瘤胃酸中毒
丙酮酸 乳酸 大量积累 酸中毒 丙烯酸 丙酸 苹果酸 琥珀酸
何时、哪些微生物发酵产生乳酸？
瘤胃食糜外流速度
瘤胃食糜外流速度分为液相外流速度和固相外 流速度(Kp)，它是由单位时间内流出瘤胃的液相或 固相数量与瘤胃容积之比。液相外流速度通常称为 “稀释率(dilution rate)”。例如，瘤胃容积为50 L，每小时流出瘤胃的液相容积为4 L，那么液相外 流速度或稀释率计算为0.08/h，或8%/h 瘤胃液相速度通常高于固相外流速度。液相外流 速度为4-10%/h，而固相外流速度通常为2-7%/h 精饲料外流速度高于粗饲料
奶牛瘤胃中的混 合原虫
绵羊瘤胃中的 混合原虫
原虫与细菌的区别
◆ 纤毛虫体积大，所以生物量略低于细菌； ◆ 纤毛虫分裂速度慢，一般0.5-2天； ◆ 纤毛虫对酸性pH敏感； ◆ 纤毛虫不能利用非蛋白氮等简单氮源； ◆ 纤毛虫维持瘤胃环境的稳定
原虫在瘤胃发酵中的作用
◆ 纤毛虫利用纤维素（物理性撕裂）； ◆ 纤毛虫吞噬淀粉，防止酸中毒； ◆ 纤毛虫分解和氢化脂肪
高巍、孟庆翔，2004
粗饲料应用方面的问题
科学加工：青贮、氨化、微贮 合理利用： 玉米秸、小麦秸、稻草 高油玉米 补饲：舔块饲料 评价体系： NDF和粗纤维体系 快速测定：滤袋技术、NIR 美国CNCPS 中国农业大学 IACPS
秸秆利用技术
发展草食 畜牧业，要 从当地饲料 资源的实际 出发。大力 推行利用秸 秆发展畜牧 业的经验， 提倡秸秆青 贮，如高油 玉米青贮
纤维分解菌对微晶纤维素、粗粉 碎和球磨玉米秸细胞壁的附着
100.00
Adhesion percentage
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00 R.albus R.flavefaciens F.succinogens
Cellulolytic bacteria mill micro unmill
中和瘤胃中产生的部分有机酸
添加碳酸盐（Nocek，1997） 增加日粮中eNDF含量(刺激唾液分泌量,Mertens, 2000）
调控瘤胃有机酸的产生和利用
日粮中添加莫能霉素(Russell,1989; Martin等,1999) 瘤胃接种乳酸利用菌--埃氏巨型球菌(Kung等,1995) 有机酸调控(Martin等,1995,1996,1998和1999) 植物提取物（中国农业大学）。
牛肉、羊肉是瘤胃发酵的产物
◆
微生物将饲料碳水化合物发酵成挥
发性脂肪酸，它们为牛羊提供能量需求 量的70%以上
主要营养物质
碳水化合物 蛋白质 脂肪 矿物质 维生素 水
瘤胃微生物对纤维物质的消化
碳水化合物发酵总方程式
57.5 C6H12O6 65 HAc + 20 HPr + 15 HBu + 60 CO2 + 35 CH4 发酵总产物是挥发性脂肪酸，主要包括乙酸、 丙酸和丁酸，其次还有戊酸、异丁酸和异戊酸。 瘤胃发酵过程产生能量，供微生物在蛋白质和 其他微量养分供应下合成菌体蛋白质。
小肠
RUP MCP EnP MP
蛋白质的利 用
小肠
RUP RDP EnP MP Muscle Tissue 肌肉 组织
酶 抗体 激素
乳腺、乳蛋白
饲料蛋白质的瘤胃降解

瘤胃微生物降解饲料蛋白质的过程
细菌 原虫 厌氧真菌 肽 氨基酸 氨

瘤胃蛋白质降解率的测定
尼龙袋法 活体外法：溶解度法、酶解法 活体内法
瘤胃消化生理与肉牛肉羊饲养
北京亚禾营养高新技术有限责任公司 韩建林
内 容
• • • • 反刍动物消化道结构 瘤胃微生物区系 营养物质消化与代谢 饲料添加剂对反刍动物瘤胃发酵的调控
• 反刍动物消化道结构
• 消化系统
口腔、食道、胃系统（瘤胃、网胃、瓣胃 和真胃）、小肠、大肠、肛门
• 消化腺及附属器官
微生物的作用方式
黏附 (attachment 或 adhesion) 消化 (digestion)
黏附的消化 的先决条件
瘤胃真菌作用方式
侵袭饲料颗粒 菌体
穿透植物细胞壁
附着在苜蓿干草上的瘤胃真菌
瘤胃真菌和细菌对不同颗粒度纤维的产气量
250 200 150
小颗粒 大颗粒
250 250 G l) Gas as production production (m (m l)
¾ 唾液的作用
湿润饲料、缓冲作用、营养作用、杀菌和保护口 腔以及抗泡沫作用
适宜的瘤胃内环境指标
◆ pH值 6.4-6.8
> 6.2 6.3-7.4 > 6.4 7-9 5.9-6.2 适宜的纤维物质降解： 最佳的微生物蛋白合成： 理想的B族维生素合成： 理想的脲酶活性： 乳酸发酵的适宜范围：
◆ VFA
瘤胃易发酵碳水 化合物 pH<5
牛链球菌 乳杆菌
生长速度 （所有细菌） 总VFA pH=6.0 乳酸 牛链球菌生长
生长速度 （大部分细菌） pH=5.6
瘤胃酸 中毒
瘤胃发酵停滞 代谢性酸中毒 D-和L-乳酸被吸收
(Nocek, 1997)
瘤胃酸中毒的发生率和危害

生产上常见为慢性酸中毒，其发生率：
泌乳牛：> 50%; 强度育肥肉牛：100%; 育肥羊：> 50%；
酸中毒的危害：
采食量下降，且不稳定； 瘤胃角质化、臌气和瘤胃炎; 腹泻，粪便恶臭； 真胃变位； 腐蹄病； 肝脓肿
控制瘤胃酸中毒发生的几种措施
控制淀粉进食量
限制最大进食量 （Preston，1995） 不同发酵速度谷物饲料搭配使用（Stock等1987） 利用易消化纤维饲料，如大豆皮；
瘤胃蛋白质降解
蛋白质
瘤胃可降解蛋白(RDP) 瘤胃非降解蛋白(RUP) 瘤胃可溶解蛋白粗蛋白(CP) 非蛋白氮(NPN) 微生物蛋白(MC) 内源氮(EnP) 可代谢蛋白(MP)
蛋白质的消化
饲料蛋白
真蛋白 非蛋白氮
RUP RDP 微生物 氨 尿素 肝脏 尿素 尿、乳
微生物蛋白
瘤胃
◆ 瘤胃纤维发酵最大化（Maximize Rumen Fiber Fermentation） ◆ 微生物生长最大化（Maximize Microbial Growth） ◆ 采食量最大化（Maximize Feed Intake）
瘤胃微生物的作用
◆ 菌体蛋白提供反刍动物蛋白需求量 的50-100%； ◆ 没有瘤胃微生物就无法消化纤维性 碳水化合物。
唾液腺、肝脏、胰腺、胆囊、肾脏
成年反刍动物胃肠道结构
直肠 小肠 瘤胃 网胃
瓣胃 回肠 盲肠 真胃
反刍动物
瓣胃
盲肠
大肠
瘤胃
网胃
皱胃
小肠
肛门
微生物发酵
反刍动物前胃剖面
反刍动物消化特点
¾ 采食
粗糙、速度快
¾ 反刍
逆呕－再咀嚼－再混合唾液－再吞咽
¾ 微生物消化和瘤胃发酵
借助于厌氧微生物的发酵作用，将动物不能消化（纤维类） 和不能直接利用的饲料（NPN）加以利用
厌氧真菌
当饲喂高水平粗饲料日粮时，占瘤 胃微生物生物量8％； 分解和利用纤维素、可溶性糖，可 能是降解纤维素和半纤维素的主要 微生物区系； 可以利用氨
中国本地黄牛瘤胃 真菌电镜图片
引自：龚利敏 孟庆翔，1994
瘤胃中的真菌
孢子囊和菌根 菌体
游动孢子
瘤胃营养物质消化
生产所要求的瘤胃发酵目标
瘤胃内容物干物质含量
变异很大，<7% - 14% 与饲粮精、粗饲料水平、体重等有关
瘤胃温度、食糜密度或比重
◆
瘤胃温度：38-40oC，平均39oC
影响因素：取样时间、取样部位、饮水
◆
密度：1.022-1.055之间，平均1.038
影响因素：部位（背囊低于腹囊）、颗粒度 （颗粒度大的密度小）
瘤胃中细菌的分类（根据降解不同底物）
Church等, 1988
原 虫
105－106个/g瘤胃内容物； 大量吞食细菌； 降解淀粉、纤维素、半纤维素和果胶等； 分解蛋白质释放出氨，为瘤胃细菌利用氨 合成菌体蛋白提供原料； 水解脂类和氢化不饱和脂肪酸，或使脂肪 酸去饱和。
瘤胃纤毛原虫电镜图片

瘤胃蛋白质降解率的计算
RDP = A + B[Kd/(Kd+Kp)] RUP = B[Kd/(Kd+Kp)] + C
决定瘤胃微生物蛋白质合成量的因素
易消化碳水化合物水平： 可降解蛋白质水平：9-11%（Meng 等，1999） 瘤胃稀释率 其他
过瘤胃蛋白质

高产反刍动物需要过瘤胃蛋白质满足生产需要 提高饲料过瘤胃蛋白质水平的方法：

瘤胃酸中毒
由于反刍动物突然采食大量易发酵碳水化 合物使瘤胃有机酸及肠毒素迅速产生并吸 收，从而引发动物体内生物化学和生理学应 激簇 (stress array)的病理现象--(Owens, 1998)
控制瘤胃酸中毒的意义
理论上：明确酸中毒的机制，调控瘤胃发酵 实践上：} 生产性能；} 增重速度；改变乳 成分；} 进食量；} 动物福利等