Телефон

+7 (495) 150-17-31
Как заказать
Оставить отзыв
Спросить/Заказать

Эффективное использование протеина в рационах молочных коров

Протеин – это, зачастую, самый дорогой компонент корма: затраты на него могут составлять от 35 до 55% от стоимости рациона. При этом эффективность использования белка в организме жвачных животных достаточно низкая — в среднем 24–25% и варьируется в достаточно широких пределах: от 10 до 40% (Calsamiglia et al., 2010). Этот показатель можно улучшить путем правильного подбора кормов и кормовых добавок и за счет грамотного балансирования рационов.

В этом случае перед специалистами по кормлению крупного рогатого скота встаёт ряд вопросов: какой протеин использовать  и в каком количестве, как обеспечить максимальный уровень синтеза микробного белка в рубце и повысить эффективность использования транзитного (нерасщепляемого в рубце) протеина, чтобы сохранить здоровье животных, продлить их долголетие и при этом получать качественную продукцию.

Понятие о протеиновом питании жвачных

Для того, чтобы понять, какие источники протеина лучше использовать в кормлении коров, сначала следует разобраться, как происходит усвоение кормового белка в организме жвачных, и понять, на какие показатели необходимо обращать внимание при составлении рационов.

Итак, с кормом животное получает сырой протеин, который представляет из себя не только белок (или истинный протеин), но и небелковый азот, который представлен как более простыми органическими соединениями, например пептидами, свободными аминокислотами, амидами, аминами, так и неорганическими, например, солями аммония. Часть истинного протеина доступна для рубцовой микрофлоры. Под действием протеолитических ферментов микроорганизмов белки корма расщепляются до пептидов, аминокислот, а затем до аммиака (рис. 1). Все эти соединения, наряду с поступившим с кормом небелковым азотом, бактериальная микрофлора рубца использует для построения собственных клеток и роста. До 50% бактерий при этом служит питанием для простейших. Переваривая бактериальные клетки, они возвращают часть азота во внутреннюю среду рубца в виде всё тех же небелковых соединений, которые затем становятся снова доступны для бактерий (Puniya et al., 2015). Этот процесс называют круговоротом или рециркуляцией азота в рубце.

 

Схема переваривания и усвоения протеина в желудочно-кишечном тракте жвачных
Рисунок 1. Схема переваривания и усвоения протеина в желудочно-кишечном тракте жвачных

 

Биомасса бактерий и простейших формирует 90-99% микробного протеина (Puniya et al., 2015) – основного и наиболее ценного источника белка для коровы. Микробный протеин, поступая в сычуг, расщепляется, как и транзитный протеин, до аминокислот, которые затем усваиваются в тонком кишечнике животных. В совокупности аминокислоты транзитного и микробного протеина составляют так называемый обменный протеин — белок, который необходим для поддержания жизнедеятельности и образования продукции (прирост живой массы и синтез молока). Именно этот показатель является ключевым при составлении рационов. Он по-разному именуется в различных системах расчёта: MP (Metabolizable protein) в американских NRC и CNCPS, DVE (Darm Verteerbaar Eiwit) в нидерландской CVB, PDI (Protéine Digestible dans l’Intestin) во французской INRA или nXP (nutzbares Protein) о одноимённой немецкой, однако именно он, а не сырой протеин, ложится в основу прогноза молочной продуктивности, который показывают программы при расчёте рационов.

Потребность коровы с удоями 25-30 кг молока в сутки в обменном протеине можно удовлетворить путем скармливания только качественных кормов и за счет максимальной выработки бактериями рубца микробного протеина. Если продуктивность животного достигает 30 кг и более, рубец, зачастую, становится неспособен обеспечить необходимое количество обменного протеина. В результате этого возрастает роль транзитного протеина, и чем выше становится продуктивность, тем больше его необходимо вводить в рацион. Однако для того, чтобы транзитный протеин полностью усваивался в организме коровы, его аминокислотный состав должен быть максимально близок к аминокислотному составу микробного белка. В силу этого, при использовании транзитного протеина возникает необходимость также следить за аминокислотным составом обменного протеина.

Оптимизация использования азота в рубце

Сколько сырого протеина нужно рубцовой микрофлоре? Максимальный уровень синтеза микробного белка достигается при 12-13% сырого протеина (СП) на 1 кг сухого вещества (СВ) рациона (при учёте того, что весь он расщепляется в рубце). В целом же, при среднем уровне сырого протеина 16-17% на 1 кг СВ рациона, на расщепляемый в рубце протеин должно приходиться 65-70%. Причём, зачастую, превышение этой нормы может привести к существенно худшим последствиям, чем недобор до неё.

Как уже говорилось выше, рубцовая микрофлора, в частности бактерии, использует для роста и размножения азот из небелковых соединений, либо поступающих с кормом, либо образующихся в рубце при расщеплении протеина. Основным источником азота является аммиак – конечный продукт распада белка. Из него образуется от 50 до 80% микробного протеина. Однако бактерии могут использовать его в ограниченных количествах. Для максимально эффективного усвоения его концентрация не должна быть слишком высокой – всего 5-6 мг/100 мл рубцовой жидкости (Satter and Slyter 1974 ; Mehrez et al. 1977 ). Кроме того, аммиак легко всасывается через стенку рубца и при росте его количества в рубцовой жидкости, увеличивается и его концентрация в крови.

Пептиды и аминокислоты также являются важными источниками азота для микрофлоры – доля синтезируемого из них белка составляет 20-50%. Кроме того, они служат источниками разветвлённых углеродных цепей, необходимых для синтеза микробами аминокислот лейцина изолейцина и валина, что особенно важно при использовании в рационах мочевины.

Помимо наличия источников азота для синтеза микробного белка необходимо наличие энергии. Причём скорость высвобождения из кормов аммиака и энергии должна быть синхронизирована (рис.2).

 

Иллюстрация синхронного высвобождения энергии и аммиака в рубце
Рисунок 2. Иллюстрация синхронного высвобождения энергии и аммиака в рубце

 

Последствия от неправильно сбалансированных по белку рационов

В случае поступления в рубец избыточного количества расщепляемого протеина или при недостатке энергии микрофлора не успевает использовать значительное количество высвобождаемого  аммиака. Избыток аммиака негативно влияет как на сам рубец, так и на весь организм в целом. С ростом концентрации аммиака растёт и pH в рубце, что негативно сказывается на жизнедеятельности микрофлоры. Избыток аммиака также может отрицательно сказываться на усвоении магния (Martens et al., 2018), а поскольку основная его часть усваивается именно в рубце, это может повлечь за собой и ухудшение усвояемости кальция, которое напрямую связано с магнием. Кроме того, как уже говорилось выше, аммиак через стенку рубца всасывается в кровь. Поскольку аммиак токсичен для организма и его накопление может вызвать серьёзное отравление (Puniya et al., 2015) возникает необходимость в его обезвреживании. Происходит этот процесс в печени путем образования мочевины. При этом затраты энергии в организме животного значительно возрастают: для образования 1 мг мочевины требуется 1.67 Дж энергии.

Из печени мочевина возвращается в кровяное русло, откуда она легко проникает в прочие биологические жидкости. Часть мочевины со слюной поступает обратно в рубец (рециркуляция). При благоприятных условиях, то есть в том случае, если в рубце уже нет избытка аммиака, она будет использована бактериями для роста. В противном случае она будет расщеплена обратно до аммиака (процесс происходит достаточно быстро и занимает от 30 минут до 2 часов), снова всосется в кровь, и процесс рециркуляции возобновится.

Таким образом, скармливание избыточного количества расщепляемого в рубце протеина может привести как минимум к трём негативным последствиям: нарушению работы рубца, снижению усвояемости магния и, опосредованно, кальция, а также увеличению затрат энергии. Уже это может отрицательно сказаться на здоровье коров и производственных показателях, особенно в начале лактации. Однако и образующаяся в итоге мочевина может также негативно повлиять на состояние животных и качество молока.  В частности, с ростом уровня мочевины у коров ухудшается функция воспроизводства.

Поскольку мочевина легко проникает во все органы и ткани, она способна влиять на рН внутренней среды матки, а также на концентрации магния, калия, фосфора и цинка в маточной жидкости. В результате снижаются и оплодотворяемость (за счёт уменьшения жизнеспособности попадающих в матку сперматозоидов), и выживаемость эмбрионов на ранних стадиях развития, так как в первые 26–28 дней стельности зародыш не прикреплен к стенке матки (Табл. 1). Кроме того, мочевина негативно влияет на уровень прогестерона, то есть напрямую влияет на стабильность беременности. В результате этого уменьшается процент плодотворно осемененных животных при первом и втором осеменении, что влечет за собой экономические потери (дополнительные расходы, связанные с покупкой спермодоз, увеличением продолжительности сервис-периода и интервалов между отелами).

 

Таблица 1. Влияние концентрации азота мочевины плазмы крови, цельной крови и молока (АМП, АМК и АММ соответственно) на показатели воспроизводства у молочных коров (по Melendez et al., 2003)
ПоказательКритические концентрации, мг/100 млВлияние на воспроизводствоИсточник
АМК20При АМК ≤20 мг/100 мл оплодотворяемость по первому осеменению составляла 50%, при концентрации мочевины в крови >20 мг/100 мл оплодотворяемость падала до 23%Ferguson et al., 1988
АМП*

19,3±0,3 и

12,3±0,2

Концентрация АМП 19,3 ± 0,3 мг/100 мл выражалась в 31% оплодотворяемости по первому осеменению, что достоверно ниже (P <0,05), чем при концентрации 12,3 ± 0,2 мг/100 мл –  48%Canfield et al., 1990
АМП*

17,5±0,22 и

23,6±0,23

Концентрация АМП 23,6 ± 0,23 г/100 мл выражалась в 61%, оплодотворяемости по первому осеменению, что достоверно ниже (P <0.05), чем при концентрации 17.5 ± 0.22 мг/100 мл –  82%Elrod & Butler, 1993
АМП>20Снижение оплодотворяемости наблюдалось при АМП свыше 20 mg/dL; снижение происходило в соотношении 0,8% на каждый миллиграмм  азота мочевиныButler, 2000

АМП

и

АММ

>19 каждыйПовышение концентраций АМП и АММ выражалось в достоверном (P = 0,02) снижении оплодотворяемости (18 и 21% в двух экспериментах)Butler et al., 1996
АМК*

16.4±0,02 и

21.3±0,05

Концентрация АМК 21,3 ± 0,05 мг/100 мл выражалась в 41,3% оплодотворяемости на 120 день после отёла, в то время как при концентрации 16,4 ± 0,02 мг/100 мл оплодотворяемость в этот же период была 70.1%Burke et al., 1997
АММ*

21,5±0,7 и

23,3±0,4

Животные с высокой концентрацией АММ чаще приходили в охоту через 21 день после осемененияLarson et al., 1997
АММ*>16Количество удачных оплодотворений при первом осеменении было ниже у коров с высокой концентрацией АММ; во Флориде животные с низким уровнем АММ оплодотворялись в среднем в 18 раз лучшеMelendez et al., 2000
АММ*>15,4У животных с концентрацией АММ <10,0 и 10-12,7 мг/100 мл подтверждение стельности происходило соответственно в 2,4 и 1,4 раза чаще, чем у коров с АММ >15,4 мг/100 млRajala-Schultz et al., 2001
*указанные значения являются средними ±стандартное отклонение.

 

Помимо этого, с ростом уровня мочевины в крови растёт и её концентрация в молоке. Это в свою очередь ведёт к тому, что концентрация истинного протеина (казеин и сывороточный белок) в нем снижается. Такое молоко менее пригодно для приготовления сыра или творога, то есть выход конечного продукта при его переработке существенно снижается.

В то же время мочевина является хорошим индикатором правильности протеинового кормления. В частности, можно использовать такие показатели как концентрация азота мочевины в плазме крови (АМП) и в цельной крови (АМК). Эти показатели тесно связаны друг с другом и могут быть вычислены один из другого по следующей формуле:

АМП, мг/100 мл = (1.021 X АМК) + 0.399

Ещё одним хорошим индикатором эффективности белкового обмена в организме коров служит азот мочевины молока (АММ) (Roseler et al., 1993). Данный показатель может использоваться для оценки правильности кормления в силу того, что он напрямую коррелирует с азотом мочевины крови (АМК), так как мочевина легко переходит из крови в другие ткани (Melendez et al., 2000). Их взаимосвязь можно выразить следующей формулой:

АММ, мг/100 мл = (0.620 X АМК) + 4.75

Целевое значение концентрации АММ составляет 8-10 мг/100 мл (Schwab, 2015), что соответствует 171-214 мг/л мочевины.

В каких же случаях может возникать избыток расщепляемого в рубце протеина?

Чаще всего это происходит из-за скармливания животным кормосмесей, содержащих более 17% сырого протеина в 1 кг сухого вещества. Балансируя рационы, специалисты повышают содержание протеина, стараясь увеличить в кормосмеси концентрацию обменного протеина до уровня, необходимого для получения плановых показателей по надоям. При этом не учитывают общее содержание протеина в корме и забывают о таком показателе, как азотный баланс рубца. Он тоже имеет разные названия в различных системах (Rumen NH3 balance, OEB, RNB), также как и способы расчёта, но в любом случае  именно он является ключевым для правильного расчёта как количества азота в рубце, так и его баланса с энергией. Игнорирование этого показателя — самая распространенная ошибка. Иногда она возникает из-за невнимательности специалиста по кормлению, а иногда из-за стремления сэкономить. Так, например, в некоторых хозяйствах часть соевого или рапсового шрота, содержащих, в среднем 30% нерасщепляемого в рубце протеина (NRC, 2001), заменяют на подсолнечный, большая часть белка (не менее 84%) в котором расщепляется в рубце, либо на мочевину, которая, как мы уже знаем, под действием ферментов микрофлоры очень быстро распадается до аммиака Вследствие такой замены нарушается азотный баланс рубца.

Помимо высокого уровня сырого протеина причиной нарушения азотного баланса может являться недостаток энергии в рубце или отсутствие синхронизации в высвобождении азота и энергии, о которой уже говорилось выше. Такая ситуация может возникнуть в тех случаях, когда «быстрый» азот, например, из той же мочевины, не сбалансирован необходимым количеством «быстрой» энергии, то есть сахаров. В результате, даже при оптимальном уровне сырого протеина в рационе, существенная часть образующегося в рубце аммиака не будет использоваться микрофлорой.

Избыток расщепляемого в рубце протеина также часто встречается в тех хозяйствах, где в качестве основного корма используются сенажи и сено из люцерны или других бобовых, а в качестве дополнительного источника протеина жмых или шрот из подсолнечника или рапса.

Как исправить ситуацию?

В том случае, если содержание сырого протеина в рационе превышает 17% на 1 кг сухого вещества, следует в первую очередь уменьшить его количество. Причём сделать это желательно за счёт кормов с наиболее высоким содержанием расщепляемого в рубце протеина. Далее необходимо попытаться отбалансировать азотный баланс рубца, то есть обеспечить как правильное количественное соотношение источников азота и энергии, так и их синхронное высвобождение. В том случае, если азотный баланс по-прежнему высокий, следует заменить часть имеющихся источников белка на корма с более высоким содержанием транзитного протеина, такие как соевый шрот, барда, дробина, глютен или так называемый «защищённый протеин». Если же по каким-либо причинам такие корма недоступны, можно попробовать снизить расщепляемость протеина и рециркуляцию азота внутри рубца за счёт введения в рацион таких веществ, как танины и сапонины. И те и другие присутствуют во многих видах растений и способны влиять на расщепляемость протеина и на активность микрофлоры.

При добавлении в кормосмесь сапонинов снижается активность простейших (Patra & Saxena, 2009), в результате чего уменьшается поглощение ими бактерий и снижается количество циркулирующего внутри рубца азота (рис. 1). Благодаря этому доля бактериального белка в микробном протеине возрастает, что несёт определённые преимущества: бактерии размножаются быстрее простейших и при этом живут гораздо меньше, то есть таким образом обеспечивается более оперативное поступление преобразованного азота корма в сычуг. Иными словами, животное получает больше микробного белка.

Ввод в рацион танинов позволяет преобразовать часть расщепляемого в рубце белка в транзитный протеин (Nawab et al., 2020; Naumann et al., 2017; Frutos et al., 2004). Происходит это благодаря тому, что танины способны связываться с протеином корма, делая его недоступным для ферментов микрофлоры. При этом попадая в кислую среду сычуга эти соединения разрушаются и белок становится доступен для переваривания и последующего усвоения, то есть фактически танины преобразуют часть расщепляемого в рубце протеина в транзитный.  Кроме того, танины способны частично снижать ферментативную активность некоторых бактерий, за счёт чего снижается расщепление пептидов и аминокислот в рубце до аммиака. Таким образом, при воздействии танинов не только снижается выработка аммиака, но и увеличивается количество аминокислот, получаемых животным из белка кормов.

Эти вещества можно использовать как по отдельности, так и в комбинации. Эффективность использования смеси сапонинов и танинов (препарат Нутри-Пасс) в кормлении крупного рогатого скота подтверждена на практике. Данные экспериментов показали, что при включении такой смеси в рацион (50 г на голову в сутки) снизился уровень мочевины в крови животных с 32 до 27 мг%, среднесуточная продуктивность выросла в среднем на 1 кг на голову в сутки (с 32,8 до 33,8 кг), а кроме того, улучшилось  качество молока (массовая доля белка увеличилась с 3,32 до 3,37 %, жира – с 3,74 до 3,84%).

Однако стоит помнить, что сапонины и танины — не «волшебная таблетка». Их целесообразно применять только в тех случаях, когда в рационе по тем или иным причинам нет возможности снизить количество расщепляемого в рубце белка или оптимизировать азотный баланс.

Повышение эффективности транзитного протеина

Как уже говорилось выше, при продуктивности менее 30 кг молока в сутки, коровы способны практически полностью удовлетворять свою потребность в обменном протеине за счет белка, синтезируемого микрофлорой рубца. Микробный белок является наиболее полноценным для животных с точки зрения аминокислотного состава и используется организмом максимально эффективно. При продуктивности свыше 30 кг, как правило, возникает необходимость в использовании источников транзитного протеина. При этом задача специалистов по кормлению — обеспечить животных транзитным протеином, аминокислотный состав которого  будет максимально близок аминокислотному составу микробного белка. В этом случае не будет возникать большого количества неиспользуемых аминокислот, которые организму животного придётся утилизировать. Здесь стоит упомянуть, что утилизация «лишних» аминокислот происходит большей частью в печени, а конечным продуктом утилизации также будет аммиак, который необходимо будет обезвредить, превратив в мочевину. Таким образом, скармливание большого количества несбалансированного по аминокислотному составу транзитного протеина может привести к тем же последствиям, что и излишек расщепляемого в рубце белка (увеличение нагрузки на печень, дополнительные энергозатраты, ухудшение здоровья и воспроизводства).

При использовании источников транзитного протеина растительного происхождения как правило возникает дефицит двух аминокислот: метионина и лизина (табл. 2), то есть именно эти две аминокислоты будут лимитировать использование обменного белка и, соответственно, образование продукции.

 

Таблица 2. Содержание лизина и метионина в белке рубцовой микрофлоры и некоторых кормах

Образец

Лизин,

% протеина

Метионин,

% протеина

Лизин/метионин

Рубцовая микрофлора1

7,9

2,6

3,0

Соевый шрот2

6,1

1,4

4,4

Рапсовый шрот2

5,5

2,0

2,8

Подсолнечный шрот2

3,5

2,3

1,5

Пивная дробина2

3,1

1,5

2,1

Кукурузный глютен2

1,7

2,4

0,7

1Данные, опубликованные O’Connor (1993)

2Данные https://www.feedipedia.org

 

В этом случае возникает необходимость использовать отдельные аминокислоты в защищённой от распада в рубце форме. Причём нормировать их нужно также как и другие питательные вещества. Для защищённых метионина и лизина нет фиксированных норм ввода, для каждого рациона они рассчитываются индивидуально в зависимости от того, какие источники протеина используются. Например, в рационы с высоким содержанием соевого шрота как правило требуется дополнительно вводить только метионин. При полной или частичной замене сои на рапс необходимо будет добавлять ещё и лизин, а в рационах с бардой или дробиной дефицит лизина будет ещё более существенным.

Итак, как правильно сбалансировать рацион, чтобы повысить эффективность использования протеина в организме жвачных? Для этого в первую очередь нужно оптимизировать рубцовое пищеварение путем грамотного балансирования рационов, во-первых, по количеству расщепляемого протеина и, во-вторых, по соотношению азота и энергии (азотный баланс рубца). Необходимо также синхронизировать источники азота и энергии по времени высвобождения. Это позволит получить максимальное количество микробного протеина – самого дешёвого и при этом наиболее полноценного источника обменного протеина для коров. При невозможности отбалансировать азотный баланс можно попытаться оптимизировать рубцовое пищеварение при помощи включения в рацион танинов и сапонинов.

При использовании в рационах источников транзитного протеина, особенно растительного происхождения, рекомендуется использовать защищенные аминокислоты, метионин и лизин. Причём дозировка каждой из аминокислот должна рассчитываться исключительно исходя из структуры рациона и качества кормов на предприятии.

 

Для заполнения данной формы включите JavaScript в браузере.