有机微量元素对泌乳期奶牛繁殖机能的潜在影响

华牧伟业

　　日粮中补充有机锌、有机锰、有机铜及有机钴对奶牛产奶量、卵泡生长、胚胎质量以及组织中矿物质元素含量的影响 （ 一 ）
　　摘 要 研究旨在评价补充有机微量元素对泌乳期奶牛繁殖机能的潜在影响。试验奶牛在干奶期集中饲养并随机 分组，对照组 （n=32） 饲喂无机微量元素补充饲料，试验组 （n=31） 饲喂同等数量的有机锌、有机铜、有机锰以及有机 钴替代一部分无机微量元素。微量元素添加到预混料中饲喂给对照组和试验组奶牛 （100g/ 头 ?d）。干奶期奶牛 （ 产犊 前 40 ～ 72d） 通过智能饲喂系统饲喂 1.8kg/ 头 ?d 预混料颗粒，分别提供 40% 锌、26% 锰、70% 铜以及 100% 钴，泌 乳期奶牛 （ 分娩后 69 ～ 116d） 在全混合日粮中添加，分别提供 22% 锌、14% 锰、40% 铜以及 100% 钴。试验组奶牛 在产后14周产量增加（P=0.047），乳中尿素氮含量增加（P=0.039），分娩到产后1个月间体重损失大于对照组（P=0.040）， 乳脂率下降 （P =0.045），体况评分下降 （P =0.048）。试验组在产后 13 周时产奶量有增高趋势 （P =0.089），子宫内膜铁 的含量 （P =0.070）、产后 1 个月时体重损失 （P =0.056） 以及乳蛋白含率 （P =0.064） 都有增加的趋势。试验组对干物质 采食量、奶牛健康、第一轮卵泡动力、第一轮黄体检测、胚胎质量、肝脏以及黄体中微量元素的含量没有影响 （P>0.1）。 直肠温度≥ 39℃的奶牛人工授精时受精率较低 （P <0.001）。然而，对于已经受精的个体、胚胎成活率、胚胎质量、 副精子数量以及胚胎细胞数不受温度的影响 （P>0.1）。得出的结论是，用相等数量的有机微量元素 （ 锌、锰、铜及钴 ） 取代一部分无机微量元素补充到日粮中，在泌乳中期增加了奶牛产奶量，但是没有影响产后卵泡动力学、胚胎质量 以及肝脏、黄体中微量元素的浓度。
　　关键词 奶牛 ；胚胎质量 ；卵泡生长 ；奶产量 ；有机微量元素 ；繁殖性能
　　中图分类号 ：S816.72文献标识码 ：A文章编号 ：1006-6314（2013）05-0059-04
　　1  引言
　　已经有研究报道，日粮中缺乏微量元素可能从许多方面影响繁殖机能，特别是锌、铜、锰及钴，在许多生理过程当中扮演重要角色，其中就包括繁殖。微量元素和有机化合物结合更容易被消化道吸收 （Ash-mead，1993），而且与相应的微量元素无机盐相比，会具有更高的生物效价 （Henry 等，1992 ；Wedekind等，1992 ；Guo 等，2001）。因此，给奶牛提供有机形式的必需微量元素可能会改善生物学进程 （ 如繁殖 ）。有关有机锌、铜、锰、钴在奶牛方面的研究报道得出了不同的结果。Ballantine 等 （2002） 研究发现，初配的受胎率有升高的趋势，然而，Griffiths 等 （2007） 发现并无差异，Siciliano-Jones 等 （2008） 研究又得出相反的结论。在上述研究中，产奶量都有上升。另外，Formigoni 等（1993） 研究发现，饲喂有机微矿物质可以增加奶牛产后 80d  的怀孕率。
　　本研究旨在确定饲喂有机锌、铜、锰及钴对泌乳早期奶牛卵巢机能以及早期胚胎发育的影响，以阐释Ballantine 等 （2002） 和 Formigoni等 （1993） 报道的对繁殖指标改善的机能。在当前的研究中，奶牛通常补充相同数量的有机以及无机微量元素来评价其对繁殖机能及泌乳性能的影响。假设补充有机微量元素替代部分无机锌、铜、锰和钴，会增加产奶量，并且从产后早期发情、孕酮浓度的增加以及胚胎质量改善等方面改进繁殖机能。
　　2  材料和方法
　　本试验在威斯康辛 - 麦迪逊大学奶牛场进行，从 2007 年 2 ～ 12 月。所有试验过程都经过威斯康辛 - 麦迪逊大学农业与生命科学学院动物保护与应用委员会认可。
　　2.1 奶牛
　　试验奶牛为初产和经产荷斯坦 奶牛 （n=53） 以及荷斯坦 / 娟姗杂交牛 （3/4 荷斯坦，1/4 娟姗 ；n=10）。在干奶期 （ 产犊前 60d），试验奶牛被分为 2 个处理。所有试验奶牛所处阶段不少于产前 40d，干奶不超过90d。在干奶期，奶牛在公共圈舍中，利用电脑控制饲喂器，饲喂试验补充日粮。产犊后，奶牛均单独拴系饲喂，在位于阿林顿的 Emmons Blaine 奶牛研究中心，大约到泌乳 30d 左右。然后，试验奶牛又被转运到麦迪逊当地的奶牛指导与研究中心单独饲养，直到试验完成。
　　2.2 饲喂
　　本试验中共分为 2 个处理 ：对照组 （ 添加无机微量元素 ） 和试验组（ 添加部分有机微量元素 ）。干奶期奶牛群饲全混合日粮 （TMR），包括：玉米青贮、苜蓿青贮、秸秆以及精补料。泌乳期时，单独饲喂 TMR，包括玉米青贮、苜蓿青贮、苜蓿干草、精补料。对照组和试验组日粮的营养成分组成见表 1。微量元素是通过预混料饲喂给对照组和试验组奶牛 （Vita Plus, 麦迪逊，威斯康辛 ）， 饲喂量为 100g/ 头 ?d（ 表 2）。干奶期和泌乳期的日粮 （ 对照和试验组 ） 均分别包含锌、锰、铜的量为 75mg/kg、65mg/kg、15mg/kg（ 干物质基础 ）。钴的补充量分别为干奶期2.1mg/kg 以及泌乳期 1.1mg/kg（ 干物质基础 ），对照组和试验组都是如此。对照组预混料中包括锌、锰以及铜的硫酸盐，还有碳酸钴。试验组，饲喂 14g/ 头 ?d 4 种元素混合剂 （ 金宝动物营养公司，伊登普雷里，明尼苏达 ），包含如下比例的有机物形式的锌、锰、铜、钴 （ 蛋氨酸锌、蛋氨酸锰、赖氨酸铜、葡萄糖庚酸钴 ）。干奶牛 ：锌 （40%）、锰 （26%）、铜 （70%）、钴 （100%） ；泌乳牛 ：锌（22%）、锰（14%）、铜（40%）、钴 （100%）。日粮配方中分别包含 0.3mg/kg、1.3m g / k g 及 5.5m g / k g （ 干物质基础 ） 的硒、碘和铁，对照组、试验组均相同。干奶期奶牛（产犊前40～72d）通过自动饲喂器饲喂 1.8kg/ 头 ?d 颗粒料 （Vita Plus） 补充微量元素，其中包括干物质基础43.9% 磨碎玉米、43.9% 麦麸、7%试验预混料以及 5.1% 糖蜜干粉 （ 博美特，麦迪逊，威斯康辛 ），饲喂泌乳牛 （ 产犊后 69 ～ 116d） 通过 TMR自动饲喂器程序来控制，以较慢的速率来给奶牛分配适合比例的试验饲料，当奶牛尚未采食完其试验颗粒料就离开饲喂器的时候，停止分配。两旁还安装有侧栏来避免奶牛采食完试验料之前相互之间发生干扰。自动饲喂器每天会出具报告，可以监控每天每头牛的采食情况，可以核查试验奶牛在分娩之前是否每天按照试验设计采食日粮。饲料样品（ 玉米青贮、苜蓿青贮、混合谷物、秸秆 ） 每周采样，并在 60℃鼓风干燥箱中干燥 48h。每个样品要混合超过 2 个月的时间。样品压片磨碎通过孔径 2mm 的 4 型威力筛 （ 托马斯系统，Swedesboro，新泽西 ）。样品送到 Dairyland 实验室 （ 阿迪卡亚，威斯康辛 ） 进行检测，检测项目包括灰分5（600℃灰化 2h）、粗蛋白 （AOAC，1995） 以及利用 α- 淀粉酶和亚硫酸钠测定的中性洗涤纤维 （Van Soest等，1991）。试验组和对照组的精料颗粒以及预混料每月采集样品，混合超过2月以上，送到威斯康辛-麦迪逊大学土壤和植物分析实验室，利用电感耦合等离子体 （ICP）  发射光谱（土壤及植物分析实验室，2005b）进行元素分析。每周要根据测定的60℃干物质，校正青贮水分变化，调整日粮。表3和表4分别列出了干奶牛和泌乳牛饲料中营养成分，表5中呈现的是估算的日粮中4种微量元素的含量。所有奶牛在产犊后即称重并且在此后每月称重1次，所有奶牛由一名评估人员在干奶时、产犊后以及之后每月进行体况评分。
　　表 1  干奶牛和泌乳牛全混合日粮中各成分组成（%）
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　　注：1.SoyPlus，拉尔斯顿，爱荷华州。
　　2.供维生素A、维生素D和维生素E分别为3.3×106、1.1×106 以及1.1×104IU/kg。
　　3.礼来公司，格林菲尔德，IN；莫能菌酸钠，6.5g/kg。
　　表 2  试验预混料各成分构成 （%，干物质基础 ）1
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　　注：1. 维生素附加料，麦迪逊，威斯康辛。
　　2.金宝公司，伊登普雷里，明尼苏达，4种元素混合料按照下面的比例混合（干物质基础 ） ：锌：2.58%，蛋氨酸锌形式；锰：1.43%，蛋氨酸锰形式；铜：0.9%，以赖氨酸铜形式 ；钴 ：0.18%，以葡萄糖庚酸钴形式。
　　3.亚硒酸钠，0.8%。
　　4.二氢碘酸乙二胺。
　　2.3  血液样品和卵巢的超声波检
　　产犊前2周和1周，分别用真空采血管 （Vacutainer, Becton, Dickinson 以及Franklin Lakes 公司，新泽西 ） 在尾静脉或尾动脉采集 血液样本（8mL）。产犊后，每周3次（周一、周三、周五） 采血 （8mL）。产犊后开始的6～8d，卵巢形态要通过直肠超声波检查来确定 （Aloka500-V，7.5MHzlineararray 传感器，Corometrics 医疗系统，沃灵福德，康涅狄格 ），每周3次（ 周一、周三、周五）。当卵巢形状为可见的最大尺寸时，超声波影响就会凝固。其直径确定是取两次正确角度测量值的平均值。所有影响和图绘将在后面进行分析。血液样本分析和卵巢的超声波检查一直持续到试验结束。
　　2.4 干物质采食量、产奶量、健康状况、体重以及体况评分
　　干奶牛群饲，并未记录干物质采食量。对于泌乳牛，干物质采食 量没有做每日记录。在阿灵顿和麦 迪逊饲喂时，奶牛每天挤 2 次奶。每天记录牛奶重量，每周求平均产 奶量用于统计分析，牛奶成分数据 每个月由奶牛信息中心测定结果。由于直肠损伤，1头对照组奶牛在泌 乳 69d 时结束试验。本头牛有10周的干物质采食量以及牛奶数据。其余奶牛，均坚持到试验第13周（对照组和试验组各31头）。在第14周时，共有7头对照组奶牛和6头试 验组奶牛完成了3次同期发情后，被剔除出了试验，此时，本试验只 留下24 头对照组奶牛和25头试验 组奶牛。牛只健康状况利用每头牛 单独的电子记录卡记录（Ag峡谷软件，图莱里，加利福尼亚）。目的是显示每头牛的健康状况并核实两组 间是否明显的健康水平的差异而对试验结果产生影响。
　　2.5  同期发情、超声波、人工受精
　　泌乳期50～56d，在阴道内放置孕酮栓（CIDR，Eazi-Breed CIDR，法玛西亚 & 普强公司，卡拉马祖，密歇根州），并且注射GnRH（100μg，Cystorelin，梅里亚集团，艾瑟琳，新泽西）。7d之后，下午 2∶30，阴道孕酮栓被取出，注射 PGF2α（25mg，律胎素，辉瑞动保，纽约，纽约州 ），同时在尾根固定一个发情高峰激活检测器（卡马拉公 司，斯廷博特斯普林斯 ）。第 2d 早上，注射第2针 PGF2α确保黄体退化（CL）。牛场工作人员每次挤奶时 可以看到奶牛发情，研究人员也根据发情检测器来记录情况做每日情 况评估。确定奶牛发情要根据观察 到奶牛持续发情或者根据检测器评估，又或者结合两者共同判断。所 有检出发情的奶牛在24h内的下午2∶30人工受精。注射 PGF2α72h后没有观察到发情的，还有那些观察到发情但是72h没有排卵的奶牛，要注射第2针GnRH。这时，除去 之前已经人工授精的和已经排卵的 所有奶牛进行人工授精。即将授精之前，用直肠超声波检查评估卵巢情况，确定黄体的大小和卵巢中直径大于5mm的早期卵泡。同时，也要记录直肠温度。
　　奶牛使用单一的输精枪，内含来自 4 头繁殖力强的公牛的精液混合液，受胎率高 （ 环球 ABS，福雷斯特，威斯康辛）。输精后 96h 利用直肠超声波检查卵巢结构状况。记录未排卵的奶牛直肠温度；那些二次输精再次进行检测。在注射 PGF2α144h后还没有排卵的奶牛，再次为人工发情进行同期发情，应用前面描述的同步方法 （CIDR、GnRH 以及PGF2α），然后监控并确定发情、卵巢变化以及温度。排卵期为超声波影像中能够直观地观察排卵发生之前的 24h。排卵当天黄体有可能被检测到也可能检测不到。
　　2.6 冲胚
　　排卵6d之后，用标准的非外科的冲洗方法对奶牛进行冲洗 （Elsden等，1976 ；Rowe 等，1976），除了整个子宫角之外用 1L 液体冲洗，过程类似于 Sartori 等 （2002） 研究中的试验2。对于只排一个卵或同侧卵巢排出多个卵的奶牛，冲洗一侧的子宫角，对于那些两侧卵巢排卵的奶牛，每个子宫角要分别冲洗，每个用 1L 液体。所有的冲洗过程由同一名工作人员完成。
　　冲洗液组成部分包括灭菌乳酸钠林格注射液，USP（ 雅培，芝加哥，伊利诺伊 ），0.3% 的牛血清蛋白 （ 牛血清蛋白，西格玛，圣路易斯，苏里州 ），以及 10mL/L 的抗菌液体，分别包含 10,000U/mL 的青霉素以及10mg/mL的链霉素（西格玛）。从微型胚胎冲洗过滤器（美国美尼图公司，维罗纳，威斯康辛）中收集到的实体，根据国际胚胎移植标准进行分级，然后用 4% 的多聚甲醛（西格玛） 处理并储存到 4℃环境下等待着色和分析。冲洗之后，在排卵6～8d之后奶牛在接近下午 2∶30 的时候注射 PGF2α 并提供圈舍，接下来在第 2d 早上注射第 2支 PGF2α，观察奶牛发情，利用肠道超声波检查，接受 GnRH 和人工授精。所以每头牛经过3次同期发情和胚胎冲洗，除了下列情况：由于疾病、受伤、子宫口不通或者同期失败的，3头对照组奶牛没有冲洗，1头试验组奶牛冲洗了1次，3头对照组以及 1 头试验组奶牛冲洗了2次，其余所有奶牛（55 头） 冲洗了3次。因此，本试验中共冲洗174个子宫，其中复旧了91 个是完全未受精的卵母细胞 （UFO） 或者胚胎。一些奶牛（受精中的9头） 没有看到持续发情，但是在 PGF2α 注射后 72h，GnRH 注射之前排卵了。这些奶牛在 PGF2α 注射后 72h  受精，但是没有注射 GnRH 并且在人工受精后 6d 冲胚。如果受精个体复旧（n=4），那么所有复旧分析、胚胎质量分析、副精子数量、细胞数量等数据都要发生变化。如果一个未授精的卵母细胞复旧（n=1），那么个体复旧、黄体数量基础上的复旧等分析数据会改变，但是胚胎质量、副精子数量以及细胞数量分析不会改变。