有機微量元素對泌乳期奶牛繁殖機能的潛在影響

華牧偉業(yè)

　　日糧中補充有機鋅、有機錳、有機銅及有機鈷對奶牛產(chǎn)奶量、卵泡生長、胚胎質(zhì)量以及組織中礦物質(zhì)元素含量的影響 （ 一 ）
　　摘 要 研究旨在評價補充有機微量元素對泌乳期奶牛繁殖機能的潛在影響。試驗?zāi)膛Ｔ诟赡唐诩酗曫B(yǎng)并隨機 分組，對照組 （n=32） 飼喂無機微量元素補充飼料，試驗組 （n=31） 飼喂同等數(shù)量的有機鋅、有機銅、有機錳以及有機 鈷替代一部分無機微量元素。微量元素添加到預(yù)混料中飼喂給對照組和試驗組奶牛 （100g/ 頭 ?d）。干奶期奶牛 （ 產(chǎn)犢 前 40 ～ 72d） 通過智能飼喂系統(tǒng)飼喂 1.8kg/ 頭 ?d 預(yù)混料顆粒，分別提供 40% 鋅、26% 錳、70% 銅以及 100% 鈷，泌 乳期奶牛 （ 分娩后 69 ～ 116d） 在全混合日糧中添加，分別提供 22% 鋅、14% 錳、40% 銅以及 100% 鈷。試驗組奶牛 在產(chǎn)后14周產(chǎn)量增加（P=0.047），乳中尿素氮含量增加（P=0.039），分娩到產(chǎn)后1個月間體重損失大于對照組（P=0.040）， 乳脂率下降 （P =0.045），體況評分下降 （P =0.048）。試驗組在產(chǎn)后 13 周時產(chǎn)奶量有增高趨勢 （P =0.089），子宮內(nèi)膜鐵 的含量 （P =0.070）、產(chǎn)后 1 個月時體重損失 （P =0.056） 以及乳蛋白含率 （P =0.064） 都有增加的趨勢。試驗組對干物質(zhì) 采食量、奶牛健康、第一輪卵泡動力、第一輪黃體檢測、胚胎質(zhì)量、肝臟以及黃體中微量元素的含量沒有影響 （P>0.1）。 直腸溫度≥ 39℃的奶牛人工授精時受精率較低 （P <0.001）。然而，對于已經(jīng)受精的個體、胚胎成活率、胚胎質(zhì)量、 副精子數(shù)量以及胚胎細胞數(shù)不受溫度的影響 （P>0.1）。得出的結(jié)論是，用相等數(shù)量的有機微量元素 （ 鋅、錳、銅及鈷 ） 取代一部分無機微量元素補充到日糧中，在泌乳中期增加了奶牛產(chǎn)奶量，但是沒有影響產(chǎn)后卵泡動力學(xué)、胚胎質(zhì)量 以及肝臟、黃體中微量元素的濃度。
　　關(guān)鍵詞 奶牛 ；胚胎質(zhì)量 ；卵泡生長 ；奶產(chǎn)量 ；有機微量元素 ；繁殖性能
　　中圖分類號 ：S816.72文獻標(biāo)識碼 ：A文章編號 ：1006-6314（2013）05-0059-04
　　1  引言
　　已經(jīng)有研究報道，日糧中缺乏微量元素可能從許多方面影響繁殖機能，特別是鋅、銅、錳及鈷，在許多生理過程當(dāng)中扮演重要角色，其中就包括繁殖。微量元素和有機化合物結(jié)合更容易被消化道吸收 （Ash-mead，1993），而且與相應(yīng)的微量元素?zé)o機鹽相比，會具有更高的生物效價 （Henry 等，1992 ；Wedekind等，1992 ；Guo 等，2001）。因此，給奶牛提供有機形式的必需微量元素可能會改善生物學(xué)進程 （ 如繁殖 ）。有關(guān)有機鋅、銅、錳、鈷在奶牛方面的研究報道得出了不同的結(jié)果。Ballantine 等 （2002） 研究發(fā)現(xiàn)，初配的受胎率有升高的趨勢，然而，Griffiths 等 （2007） 發(fā)現(xiàn)并無差異，Siciliano-Jones 等 （2008） 研究又得出相反的結(jié)論。在上述研究中，產(chǎn)奶量都有上升。另外，F(xiàn)ormigoni 等（1993） 研究發(fā)現(xiàn)，飼喂有機微礦物質(zhì)可以增加奶牛產(chǎn)后 80d  的懷孕率。
　　本研究旨在確定飼喂有機鋅、銅、錳及鈷對泌乳早期奶牛卵巢機能以及早期胚胎發(fā)育的影響，以闡釋Ballantine 等 （2002） 和 Formigoni等 （1993） 報道的對繁殖指標(biāo)改善的機能。在當(dāng)前的研究中，奶牛通常補充相同數(shù)量的有機以及無機微量元素來評價其對繁殖機能及泌乳性能的影響。假設(shè)補充有機微量元素替代部分無機鋅、銅、錳和鈷，會增加產(chǎn)奶量，并且從產(chǎn)后早期發(fā)情、孕酮濃度的增加以及胚胎質(zhì)量改善等方面改進繁殖機能。
　　2  材料和方法
　　本試驗在威斯康辛 - 麥迪遜大學(xué)奶牛場進行，從 2007 年 2 ～ 12 月。所有試驗過程都經(jīng)過威斯康辛 - 麥迪遜大學(xué)農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)學(xué)院動物保護與應(yīng)用委員會認(rèn)可。
　　2.1 奶牛
　　試驗?zāi)膛槌醍a(chǎn)和經(jīng)產(chǎn)荷斯坦 奶牛 （n=53） 以及荷斯坦 / 娟姍雜交牛 （3/4 荷斯坦，1/4 娟姍 ；n=10）。在干奶期 （ 產(chǎn)犢前 60d），試驗?zāi)膛１环譃?2 個處理。所有試驗?zāi)膛Ｋ庪A段不少于產(chǎn)前 40d，干奶不超過90d。在干奶期，奶牛在公共圈舍中，利用電腦控制飼喂器，飼喂試驗補充日糧。產(chǎn)犢后，奶牛均單獨拴系飼喂，在位于阿林頓的 Emmons Blaine 奶牛研究中心，大約到泌乳 30d 左右。然后，試驗?zāi)膛Ｓ直晦D(zhuǎn)運到麥迪遜當(dāng)?shù)氐哪膛Ｖ笇?dǎo)與研究中心單獨飼養(yǎng)，直到試驗完成。
　　2.2 飼喂
　　本試驗中共分為 2 個處理 ：對照組 （ 添加無機微量元素 ） 和試驗組（ 添加部分有機微量元素 ）。干奶期奶牛群飼全混合日糧 （TMR），包括：玉米青貯、苜蓿青貯、秸稈以及精補料。泌乳期時，單獨飼喂 TMR，包括玉米青貯、苜蓿青貯、苜蓿干草、精補料。對照組和試驗組日糧的營養(yǎng)成分組成見表 1。微量元素是通過預(yù)混料飼喂給對照組和試驗組奶牛 （Vita Plus, 麥迪遜，威斯康辛 ）， 飼喂量為 100g/ 頭 ?d（ 表 2）。干奶期和泌乳期的日糧 （ 對照和試驗組 ） 均分別包含鋅、錳、銅的量為 75mg/kg、65mg/kg、15mg/kg（ 干物質(zhì)基礎(chǔ) ）。鈷的補充量分別為干奶期2.1mg/kg 以及泌乳期 1.1mg/kg（ 干物質(zhì)基礎(chǔ) ），對照組和試驗組都是如此。對照組預(yù)混料中包括鋅、錳以及銅的硫酸鹽，還有碳酸鈷。試驗組，飼喂 14g/ 頭 ?d 4 種元素混合劑 （ 金寶動物營養(yǎng)公司，伊登普雷里，明尼蘇達 ），包含如下比例的有機物形式的鋅、錳、銅、鈷 （ 蛋氨酸鋅、蛋氨酸錳、賴氨酸銅、葡萄糖庚酸鈷 ）。干奶牛 ：鋅 （40%）、錳 （26%）、銅 （70%）、鈷 （100%） ；泌乳牛 ：鋅（22%）、錳（14%）、銅（40%）、鈷 （100%）。日糧配方中分別包含 0.3mg/kg、1.3m g / k g 及 5.5m g / k g （ 干物質(zhì)基礎(chǔ) ） 的硒、碘和鐵，對照組、試驗組均相同。干奶期奶牛（產(chǎn)犢前40～72d）通過自動飼喂器飼喂 1.8kg/ 頭 ?d 顆粒料 （Vita Plus） 補充微量元素，其中包括干物質(zhì)基礎(chǔ)43.9% 磨碎玉米、43.9% 麥麩、7%試驗預(yù)混料以及 5.1% 糖蜜干粉 （ 博美特，麥迪遜，威斯康辛 ），飼喂泌乳牛 （ 產(chǎn)犢后 69 ～ 116d） 通過 TMR自動飼喂器程序來控制，以較慢的速率來給奶牛分配適合比例的試驗飼料，當(dāng)奶牛尚未采食完其試驗顆粒料就離開飼喂器的時候，停止分配。兩旁還安裝有側(cè)欄來避免奶牛采食完試驗料之前相互之間發(fā)生干擾。自動飼喂器每天會出具報告，可以監(jiān)控每天每頭牛的采食情況，可以核查試驗?zāi)膛Ｔ诜置渲笆欠衩刻彀凑赵囼炘O(shè)計采食日糧。飼料樣品（ 玉米青貯、苜蓿青貯、混合谷物、秸稈 ） 每周采樣，并在 60℃鼓風(fēng)干燥箱中干燥 48h。每個樣品要混合超過 2 個月的時間。樣品壓片磨碎通過孔徑 2mm 的 4 型威力篩 （ 托馬斯系統(tǒng)，Swedesboro，新澤西 ）。樣品送到 Dairyland 實驗室 （ 阿迪卡亞，威斯康辛 ） 進行檢測，檢測項目包括灰分5（600℃灰化 2h）、粗蛋白 （AOAC，1995） 以及利用 α- 淀粉酶和亞硫酸鈉測定的中性洗滌纖維 （Van Soest等，1991）。試驗組和對照組的精料顆粒以及預(yù)混料每月采集樣品，混合超過2月以上，送到威斯康辛-麥迪遜大學(xué)土壤和植物分析實驗室，利用電感耦合等離子體 （ICP）  發(fā)射光譜（土壤及植物分析實驗室，2005b）進行元素分析。每周要根據(jù)測定的60℃干物質(zhì)，校正青貯水分變化，調(diào)整日糧。表3和表4分別列出了干奶牛和泌乳牛飼料中營養(yǎng)成分，表5中呈現(xiàn)的是估算的日糧中4種微量元素的含量。所有奶牛在產(chǎn)犢后即稱重并且在此后每月稱重1次，所有奶牛由一名評估人員在干奶時、產(chǎn)犢后以及之后每月進行體況評分。
　　表 1  干奶牛和泌乳牛全混合日糧中各成分組成（%）
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　　注：1.SoyPlus，拉爾斯頓，愛荷華州。
　　2.供維生素A、維生素D和維生素E分別為3.3×106、1.1×106 以及1.1×104IU/kg。
　　3.禮來公司，格林菲爾德，IN；莫能菌酸鈉，6.5g/kg。
　　表 2  試驗預(yù)混料各成分構(gòu)成 （%，干物質(zhì)基礎(chǔ) ）1
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　　注：1. 維生素附加料，麥迪遜，威斯康辛。
　　2.金寶公司，伊登普雷里，明尼蘇達，4種元素混合料按照下面的比例混合（干物質(zhì)基礎(chǔ) ） ：鋅：2.58%，蛋氨酸鋅形式；錳：1.43%，蛋氨酸錳形式；銅：0.9%，以賴氨酸銅形式 ；鈷 ：0.18%，以葡萄糖庚酸鈷形式。
　　3.亞硒酸鈉，0.8%。
　　4.二氫碘酸乙二胺。
　　2.3  血液樣品和卵巢的超聲波檢
　　產(chǎn)犢前2周和1周，分別用真空采血管 （Vacutainer, Becton, Dickinson 以及Franklin Lakes 公司，新澤西 ） 在尾靜脈或尾動脈采集 血液樣本（8mL）。產(chǎn)犢后，每周3次（周一、周三、周五） 采血 （8mL）。產(chǎn)犢后開始的6～8d，卵巢形態(tài)要通過直腸超聲波檢查來確定 （Aloka500-V，7.5MHzlineararray 傳感器，Corometrics 醫(yī)療系統(tǒng)，沃靈福德，康涅狄格 ），每周3次（ 周一、周三、周五）。當(dāng)卵巢形狀為可見的最大尺寸時，超聲波影響就會凝固。其直徑確定是取兩次正確角度測量值的平均值。所有影響和圖繪將在后面進行分析。血液樣本分析和卵巢的超聲波檢查一直持續(xù)到試驗結(jié)束。
　　2.4 干物質(zhì)采食量、產(chǎn)奶量、健康狀況、體重以及體況評分
　　干奶牛群飼，并未記錄干物質(zhì)采食量。對于泌乳牛，干物質(zhì)采食 量沒有做每日記錄。在阿靈頓和麥 迪遜飼喂時，奶牛每天擠 2 次奶。每天記錄牛奶重量，每周求平均產(chǎn) 奶量用于統(tǒng)計分析，牛奶成分?jǐn)?shù)據(jù) 每個月由奶牛信息中心測定結(jié)果。由于直腸損傷，1頭對照組奶牛在泌 乳 69d 時結(jié)束試驗。本頭牛有10周的干物質(zhì)采食量以及牛奶數(shù)據(jù)。其余奶牛，均堅持到試驗第13周（對照組和試驗組各31頭）。在第14周時，共有7頭對照組奶牛和6頭試 驗組奶牛完成了3次同期發(fā)情后，被剔除出了試驗，此時，本試驗只 留下24 頭對照組奶牛和25頭試驗 組奶牛。牛只健康狀況利用每頭牛 單獨的電子記錄卡記錄（Ag峽谷軟件，圖萊里，加利福尼亞）。目的是顯示每頭牛的健康狀況并核實兩組 間是否明顯的健康水平的差異而對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。
　　2.5  同期發(fā)情、超聲波、人工受精
　　泌乳期50～56d，在陰道內(nèi)放置孕酮栓（CIDR，Eazi-Breed CIDR，法瑪西亞 & 普強公司，卡拉馬祖，密歇根州），并且注射GnRH（100μg，Cystorelin，梅里亞集團，艾瑟琳，新澤西）。7d之后，下午 2∶30，陰道孕酮栓被取出，注射 PGF2α（25mg，律胎素，輝瑞動保，紐約，紐約州 ），同時在尾根固定一個發(fā)情高峰激活檢測器（卡馬拉公 司，斯廷博特斯普林斯 ）。第 2d 早上，注射第2針 PGF2α確保黃體退化（CL）。牛場工作人員每次擠奶時 可以看到奶牛發(fā)情，研究人員也根據(jù)發(fā)情檢測器來記錄情況做每日情 況評估。確定奶牛發(fā)情要根據(jù)觀察 到奶牛持續(xù)發(fā)情或者根據(jù)檢測器評估，又或者結(jié)合兩者共同判斷。所 有檢出發(fā)情的奶牛在24h內(nèi)的下午2∶30人工受精。注射 PGF2α72h后沒有觀察到發(fā)情的，還有那些觀察到發(fā)情但是72h沒有排卵的奶牛，要注射第2針GnRH。這時，除去 之前已經(jīng)人工授精的和已經(jīng)排卵的 所有奶牛進行人工授精。即將授精之前，用直腸超聲波檢查評估卵巢情況，確定黃體的大小和卵巢中直徑大于5mm的早期卵泡。同時，也要記錄直腸溫度。
　　奶牛使用單一的輸精槍，內(nèi)含來自 4 頭繁殖力強的公牛的精液混合液，受胎率高 （ 環(huán)球 ABS，福雷斯特，威斯康辛）。輸精后 96h 利用直腸超聲波檢查卵巢結(jié)構(gòu)狀況。記錄未排卵的奶牛直腸溫度；那些二次輸精再次進行檢測。在注射 PGF2α144h后還沒有排卵的奶牛，再次為人工發(fā)情進行同期發(fā)情，應(yīng)用前面描述的同步方法 （CIDR、GnRH 以及PGF2α），然后監(jiān)控并確定發(fā)情、卵巢變化以及溫度。排卵期為超聲波影像中能夠直觀地觀察排卵發(fā)生之前的 24h。排卵當(dāng)天黃體有可能被檢測到也可能檢測不到。
　　2.6 沖胚
　　排卵6d之后，用標(biāo)準(zhǔn)的非外科的沖洗方法對奶牛進行沖洗 （Elsden等，1976 ；Rowe 等，1976），除了整個子宮角之外用 1L 液體沖洗，過程類似于 Sartori 等 （2002） 研究中的試驗2。對于只排一個卵或同側(cè)卵巢排出多個卵的奶牛，沖洗一側(cè)的子宮角，對于那些兩側(cè)卵巢排卵的奶牛，每個子宮角要分別沖洗，每個用 1L 液體。所有的沖洗過程由同一名工作人員完成。
　　沖洗液組成部分包括滅菌乳酸鈉林格注射液，USP（ 雅培，芝加哥，伊利諾伊 ），0.3% 的牛血清蛋白 （ 牛血清蛋白，西格瑪，圣路易斯，蘇里州 ），以及 10mL/L 的抗菌液體，分別包含 10,000U/mL 的青霉素以及10mg/mL的鏈霉素（西格瑪）。從微型胚胎沖洗過濾器（美國美尼圖公司，維羅納，威斯康辛）中收集到的實體，根據(jù)國際胚胎移植標(biāo)準(zhǔn)進行分級，然后用 4% 的多聚甲醛（西格瑪） 處理并儲存到 4℃環(huán)境下等待著色和分析。沖洗之后，在排卵6～8d之后奶牛在接近下午 2∶30 的時候注射 PGF2α 并提供圈舍，接下來在第 2d 早上注射第 2支 PGF2α，觀察奶牛發(fā)情，利用腸道超聲波檢查，接受 GnRH 和人工授精。所以每頭牛經(jīng)過3次同期發(fā)情和胚胎沖洗，除了下列情況：由于疾病、受傷、子宮口不通或者同期失敗的，3頭對照組奶牛沒有沖洗，1頭試驗組奶牛沖洗了1次，3頭對照組以及 1 頭試驗組奶牛沖洗了2次，其余所有奶牛（55 頭） 沖洗了3次。因此，本試驗中共沖洗174個子宮，其中復(fù)舊了91 個是完全未受精的卵母細胞 （UFO） 或者胚胎。一些奶牛（受精中的9頭） 沒有看到持續(xù)發(fā)情，但是在 PGF2α 注射后 72h，GnRH 注射之前排卵了。這些奶牛在 PGF2α 注射后 72h  受精，但是沒有注射 GnRH 并且在人工受精后 6d 沖胚。如果受精個體復(fù)舊（n=4），那么所有復(fù)舊分析、胚胎質(zhì)量分析、副精子數(shù)量、細胞數(shù)量等數(shù)據(jù)都要發(fā)生變化。如果一個未授精的卵母細胞復(fù)舊（n=1），那么個體復(fù)舊、黃體數(shù)量基礎(chǔ)上的復(fù)舊等分析數(shù)據(jù)會改變，但是胚胎質(zhì)量、副精子數(shù)量以及細胞數(shù)量分析不會改變。