瘤胃挥发性脂肪酸营养
影响乳脂的原因

影响奶牛乳脂合成的因素分析文章来源:山东畜牧兽医更新时间:2011-3-7点击数:37 评论本文近二十年来,我国的奶牛业加速发展,牛奶的质量也越来越受到社会的广泛关注,原料奶以质论价已经成为乳品加工企业普遍的做法。
乳脂率偏低是经常出现的原料奶质量问题,奶农因此受到了较大的经济损失。
研究表明,乳脂率偏低受到多方面因素的影响,其中营养因素是主要的诱因。
本文对引起乳脂率降低的因素进行了分析,以使奶牛养殖者清楚其中的机理,更好的通过改善饲养管理避免发生乳脂率偏低的问题。
1乳脂脂肪酸的来源乳脂肪主要是甘油三酯,其中所有的中、短链脂肪酸是在乳腺中从头合成的,大部分长链脂肪酸来源于血液。
1.1脂肪酸的最初合成乳腺上皮细胞,主要以瘤胃发酵产生的乙酸和β-羟基丁酸为底物从头合成脂肪酸。
脂肪酸合成的最初4个C原子几乎有一半来自于β-羟基丁酸,另一半来自于乙酸合成。
牛乳中几乎从C4:0到C14:0的所有脂肪酸和大约50%的C16:0都是在乳腺最初合成。
1.2乳腺对血液脂肪酸的吸收正常饲养条件下,反刍动物血液三酰甘油主要为C16以上的长链脂肪酸,尤其是C16:0和C18:1,因此乳腺从血液吸收的也主要是这些脂肪酸,乳脂中一半左右的C16:0和其他碳原子数更多的长链脂肪酸均直接来自血脂。
而血脂来源于饲料脂肪的消化吸收和脂肪组织的动员。
饲料中脂肪酸主要被小肠黏膜上皮细胞合成的乳糜颗粒三酰甘油所结合。
脂肪组织动员产生的脂肪酸先与球蛋白结合,可供包括乳腺在内的许多组织利用。
据估计50%以上的乳脂源于血脂,Palmquist等估计来源于血脂的乳脂肪酸中88%源于饲料脂肪,12%来自于内源脂肪。
2影响乳脂合成的因素2.1遗传与生理因素不同奶牛品种的乳脂率有差别,如荷斯坦牛乳脂含量低,而娟姗牛、更赛牛乳脂含量高,这种差别主要是遗传因素造成的。
同品种奶牛,个体间存在乳脂率的差别,这种差别在一定程度上与遗传有关,因此可以通过育种提高牛群的乳脂率。
反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸的吸收机制

动物营养学报2018,30(6):2070⁃2078ChineseJournalofAnimalNutrition㊀doi:10.3969/j.issn.1006⁃267x.2018.06.008反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸的吸收机制李㊀洋1㊀高㊀民2㊀胡红莲2∗㊀孙燕勇2(1.内蒙古农业大学动物科学学院,呼和浩特010018;2.内蒙古农牧业科学院动物营养与饲料研究所,呼和浩特010031)摘㊀要:瘤胃发酵碳水化合物产生挥发性脂肪酸(VFA),其在瘤胃上皮通过被动扩散㊁挥发性脂肪酸酸根离子(VFA-)和碳酸氢根(HCO-3)的阴离子交换㊁硝酸盐敏感性VFA吸收㊁质子耦合VFA-运输以及电介导途径转运,为反刍动物提供能量;同时VFA会刺激瘤胃上皮发生适应性变化,促进瘤胃乳头生长和增加瘤胃上皮VFA吸收相关的基因表达㊂本文对VFA在瘤胃上皮的吸收转运机制及瘤胃上皮VFA吸收相关基因进行综述,旨在为进一步研究瘤胃的营养调控提供理论基础㊂关键词:反刍动物;瘤胃挥发性脂肪酸;吸收机制;基因表达中图分类号:S823;S826㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1006⁃267X(2018)06⁃2070⁃09收稿日期:2017-12-11基金项目:国家自然科学基金(31472124,31101739);内蒙古自然科学基金(2015MS0380);杨胜先生门生社群项目(B2016011);现代农业(奶牛)产业技术体系建设专项资金(CARS⁃36);2016年度内蒙古自治区 草原英才 工程青年创新人才培养计划作者简介:李㊀洋(1994 ),女,河北清丰人,硕士研究生,从事反刍动物营养研究㊂E⁃mail:65714183@qq.com∗通信作者:胡红莲,研究员,E⁃mail:honglianhu2010@163.com㊀㊀瘤胃对挥发性脂肪酸(volatilefattyacid,VFA)的吸收是动物机体获得能量的重要来源之一,为动物机体提供约占总代谢能75%的能量[1]㊂瘤胃发酵产生的VFA一部分由瘤胃上皮吸收,一部分被唾液中和,还有一部分随食糜进入小肠被吸收㊂其中瘤胃上皮对VFA摄入㊁代谢以及转运入血液起到关键性作用㊂VFA通过不同吸收机制进入到瘤胃上皮细胞及相关组织进行代谢,这一过程会刺激瘤胃发生适应性变化,对反刍动物任何生理阶段的生命活动都具有重要作用㊂VFA是一种弱酸,解离出的氢离子(H+)会影响瘤胃液pH㊂在给反刍动物饲喂高精料饲粮的条件下,VFA浓度升高会导致瘤胃液pH下降,若持续较低的pH,会造成瘤胃微生物区系以及瘤胃发酵类型的改变,严重时会导致瘤胃上皮屏障功能受损,进而影响瘤胃上皮对VFA的吸收㊂因此,研究VFA在瘤胃上皮吸收的相关机制以及与VFA吸收相关基因,对建立和发展反刍动物瘤胃营养调控系统有重要作用,对生产实践也具有重要的指导意义㊂笔者阅读大量文献后,针对瘤胃液VFA的吸收相关机制及与吸收相关基因表达进行综述和探讨㊂1㊀瘤胃中VFA的产生㊀㊀反刍动物采食饲粮中碳水化合物在瘤胃微生物发酵下产生的可利用终产物是VFA,如图1[2]所示㊂主要的VFA是乙酸㊁丙酸和丁酸,它们占总挥发性脂肪酸(TVFA)的比例分别为40% 70%㊁15% 40%㊁10% 20%,作为反刍动物主要的能量来源,可提供高达75%以上的代谢能[1]㊂㊀㊀有研究发现,瘤胃中VFA浓度与组成差异的根本原因是饲粮组成上的差异性(主要是中性洗涤纤维),这导致瘤胃中微生物数量㊁种类和各种微生物的活性和比例的不同,最终影响瘤胃内VFA的浓度[3]㊂Kolver等[4]报道,提高饲粮精料比例会增加VFA浓度,从而提高反刍动物的生产性能(如产奶量)㊂然而,VFA作为弱酸,大部分在瘤胃中电解离释放出H+,导致瘤胃液pH降低㊂6期李㊀洋等:反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸的吸收机制当VFA浓度过高,且已超过瘤胃中和释放出H+的能力时,可能会引发瘤胃酸中毒㊂图1㊀瘤胃中碳水化合物被微生物发酵转化为VFA的主要途径Fig.1㊀MainmetabolicwaysofVFAproducedbymicrobialfermentationofdietarycarbohydrateinrumen[2]2㊀瘤胃上皮对VFA的吸收㊀㊀瘤胃如同一个厌氧发酵罐,不仅发酵产生VFA同时产生二氧化碳和氨㊂VFA是瘤胃中碳水化合物发酵的最重要的终产物,其主要通过瘤胃上皮吸收入血液,并为反刍动物提供充足的能量物质㊂㊀㊀研究表明,瘤胃内产生的VFA中50% 85%被瘤胃上皮所吸收,其余则在瓣胃和真胃被吸收㊂由于VFA种类不同且分子大小也不同,其被吸收的速度也不同,当瘤胃液pHȡ7时,吸收速度依次为乙酸>丙酸>丁酸;当pH<7时吸收速度快慢则相反[5]㊂封贵[6]向瘤胃中直接灌注低[0.5g/(kg㊃d)]㊁中[1.0g/(kg㊃d)]和高[2.0g/(kg㊃d)]3个剂量的乙酸溶液,灌注4h后抽取瘤胃液测定VFA浓度,结果显示,灌注3个剂量的乙酸溶液都会造成瘤胃液乙酸浓度的显著升高;灌注低和中剂量的乙酸溶液后,瘤胃液丙酸和丁酸浓度没有显著变化,而在灌注高剂量乙酸溶液后,瘤胃液丙酸和丁酸浓度则出现极显著下降㊂这是由于灌注的3个剂量乙酸溶液都超出瘤胃上皮对乙酸的吸收能力,导致乙酸在瘤胃中大量积蓄其浓度升高㊂在灌注高剂量乙酸溶液后,过量乙酸导致瘤胃液pH下降,瘤胃上皮对各VFA的吸收速率发生变化,瘤胃上皮以吸收丙酸和丁酸为主,从而瘤胃液中的丙酸和丁酸浓度下降㊂2.1㊀瘤胃上皮VFA吸收的可能机制㊀㊀国内外学者关于瘤胃上皮VFA吸收机制已有大量研究报道,但其确切机制仍不明确㊂图2展示了当前国内外学者们对VFA吸收和稳定瘤胃液pH相关机制的研究和理解[7]㊂VFA在瘤胃上皮的吸收可能包括5种机制:一是被动扩散㊂脂溶性的VFA可通过瘤胃壁之间的间隙直接扩散进入血液,其吸收程度和速度受VFA的浓度渗透压的影响,也就是直接依赖于瘤胃液与血液中的浓度差值,差值越大,扩散进入血液的速度就越快㊂有研究发现,若VFA完全依赖被动扩散,其在瘤胃上皮被吸收存在很多局限性㊂首先,VFA只在非解离状态才可以扩散进入瘤胃上皮细胞磷脂双分子层,当瘤胃液pH降低,非解离态VFA比例增加,从而提高VFA在瘤胃上皮被动扩散的速度㊂但在正常瘤胃液pH条件下,瘤胃中非离解状态VFA比例较低㊂VFA的酸度系数(pKa)约为4.8[8]㊂即使瘤胃液pH降低到5.8,超过90%以上VFA仍处于解离状态[9],因此只有一小部分VFA能以非解离态在瘤胃上皮经被动扩散吸收㊂其次,各VFA亲脂性丁酸>丙酸>乙酸,它们在瘤胃1702㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷上皮吸收速率的研究发现,在各VFA浓度一致时,体外培养试验显示各VFA在瘤胃上皮的吸收速率相似,并没有出现显著差异㊂将TVFA浓度从10mmol/L提高到50mmol/L,乙酸和丁酸在瘤胃上皮吸收速率分别只提高了2.1倍和2.4倍[10]㊂这些结果说明瘤胃上皮通过被动扩散吸收VFA只起到一定作用㊂二是挥发性脂肪酸酸根离子(VFA-)和碳酸氢根(HCO-3)的阴离子交换㊂在瘤胃中,绝大多数的VFA将处于电解离状态,即VFA-㊂VFA-的吸收发生在由多个潜在的阴离子交换剂介导的电中性过程中[11]㊂这种机制为瘤胃环境提供了HCO-3来源,通过产生二氧化碳和水的碳酸酐酶反应中和H+㊂事实上,HCO-3依赖VFA的吸收,随瘤胃内VFA浓度的增加而增加,也随瘤胃液pH的降低而增加[11]㊂三是硝酸盐敏感性VFA吸收㊂硝酸根离子(NO-3)与瘤胃上皮中阴离子交换机制相互作用[12-13],包括通过VFA-/HCO-3和氯离子(Cl-)/HCO-3交换剂在瘤胃上皮顶膜运输VFA-(或Cl-)[11-12,14]㊂Dengler等[15]为验证NO-3通过阴离子交换机制介导VFA的吸收,在尤斯灌流系统(Ussingchamber)的浆膜侧加入NO-3来增加VFA-从黏膜到浆膜侧的流通量,结果发现HCO-3依赖性运输机制也在基底外侧接收VFA-(而不是HCO-3),这一假设得到试验的支持㊂随后Aschenbach等[11]报道,这个过程是在碳酸氢盐存在和缺乏的情况下发生的㊂Laar⁃man等[16]研究发现,HCO-3增加对乙酸吸收有抑制作用,对丁酸吸收没有影响,与Kramer等[14]试验结果一致,并且该试验还发现随着瘤胃液内HCO-3浓度增加,瘤胃上皮对丙酸和Cl-的吸收也产生了抑制作用㊂但目前所涉及的转运蛋白还尚不明确,未来需要进一步研究㊂四是质子耦合VFA-运输㊂当通过被动扩散吸收VFA时,将从瘤胃内容物中除去1个H+,然而,一旦出现在细胞溶质中,VFA将快速解离㊂然后释放出的H+需要从细胞中驱逐出,以维持细胞内pH和组织完整性㊂参与细胞内pH调节的单羧酸转运蛋白(monocar⁃boxylatetransporter,MCT)和钠/氢交换剂(Na+/H+exchanger,NHE)将H+输送回瘤胃或进入细胞外空间,并且可以促进去除VFA代谢的终产物如酮体和乳酸[17-18]㊂因此,H+输出的方向对于被动扩散是否有助于瘤胃液pH的稳定有重要意义㊂最后是电生成的VFA运输,这种运输过程被认为是由巨阴离子通道介导的,但是目前对VFA转运的贡献尚不清楚㊂㊀㊀目前关于各种VFA运输过程的相对比例的研究很少㊂现有的一些零星数据显示,对于乙酸来说,HCO-3依赖性转运㊁硝酸盐敏感性转运和被动扩散所占比例分别为0 14%㊁42% 57%和29% 59%㊂对于丁酸,HCO-3转运㊁硝酸盐敏感转运和被动扩散所占比例分别为24% 46%㊁0 4%和25% 76%[19-20]㊂2.2㊀瘤胃上皮VFA吸收相关基因㊀㊀目前,瘤胃上皮中被确定参与VFA吸收的主要载体蛋白共分为3类,一是VFA-/H+交换载体,主要包括:下调式腺瘤载体(downregulatedinade⁃noma,DRA)㊁假定阴离子转运蛋白1(putativeani⁃ontransporter1,PAT1)㊁阴离子交换蛋白(anionexchanger,AE);二是VFA-/H+共转运载体,主要包括单羧酸转运蛋白1(monocarboxylatetransport⁃er1,MCT1)和单羧酸转运蛋白4(monocarboxylatetransporter4,MCT4);三是细胞稳态调节蛋白,主要包括NHE㊁vH+ATP酶泵(vH+ATPase)㊁钠/钾ATP酶(Na+/K+ATPase)等㊂下文将对DRA㊁AE㊁MCT㊁NHE及Na+/K+⁃ATPase进行重点阐述㊂2.2.1㊀DRA㊀㊀DRA最初是由于参与杂交克隆寻找结肠腺瘤病理基因被命名为 下调式腺瘤载体 [21]㊂后来被确定为胃肠道特异性阴离子交换蛋白㊂同时对DRA转运特性进行详细研究,揭示了它是一种Cl-/HCO-3交换器㊂DRA的表达主要见于肠绒毛细胞和结肠表面吸收细胞[22]㊂有研究报道,DRA与上皮顶膜NHE2和NHE3功能性偶联介导电中性氯化钠(NaCl)的吸收[23],并且DRA和顶膜NHE的偶联受碳酸酐酶调控;DRA与囊性纤维化转运蛋白调节剂(cysticfibrosistransmem⁃braneregulator,CFTR)功能性偶联以介导Cl-和HCO-3分泌[24]㊂㊀㊀DRA和PAT1以及AE2是主要的VFA-/HCO-3交换载体,瘤胃上皮细胞顶膜对VFA的吸收能力主要取决于VFA-/HCO-3交换载体,特别是乙酸主要通过HCO-3吸收,其中DRA对上皮细胞膜VFA的吸收起着至关重要的作用[7,25]㊂艳城[26]和Connor等[27]研究发现DRA和MCT1存在协同作用㊂这说明瘤胃上皮吸收VFA能力随饲27026期李㊀洋等:反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸的吸收机制粮精料水平的提高而提高,通过VFA转运者(MCT1㊁MCT4㊁DRA㊁PTA1和AE2)来调控㊂㊀㊀Rumen:瘤胃;Blood:血液;Na+:钠离子;VFA:挥发性脂肪酸;VFA-:挥发性脂肪酸酸根离子;PAT1:假定阴离子转运蛋白1putativeaniontransporter1;DAR:下调式腺瘤载体downregulatedinadenoma;NO-3:硝酸根离子;NHE3:钠/氢交换剂3Na+/H+exchanger3;Cl-:氯离子;SO2-4:硫酸根离子;glaconate:葡萄糖酸盐;H2O:水water;CO2:二氧化碳;HCO-3:碳酸氢根离子;CA:碳酸酐酶carbonicanhydrase;NHE1:钠/氢交换剂1Na+/H+exchanger1;Metabolism:代谢;Ketones-:酮体;Lac⁃tate-:乳酸;MCT1:单羧酸转运蛋白1monocarboxylatetransporter1;K+:钾离子;H+:氢离子;Na+/K+ATPase:钠/钾ATP酶;EA2:阴离子交换蛋白2anionexchanger2㊂图2㊀VFA吸收转运机制模型Fig.2㊀VFAabsorptiontransportmechanismmodel[7]2.2.2㊀AE㊀㊀AE在瘤胃上皮存在4种亚型(AE1 AE4),其中AE2位于瘤胃上皮细胞基顶膜,起到交换VFA-与HCO-3的作用,同时在调节内环境稳定方面也发挥重要作用[28]㊂Würmli等[13]首次证实瘤胃上皮细胞中存在可以直接调节HCO-3分泌的蛋白㊂Bilk等[28]报道瘤胃上皮通过AE实现HCO-3和Cl-的交换,并且在此过程中与VFA的吸收转运相关㊂瘤胃上皮细胞中HCO-3的分泌量受到瘤胃内VFA浓度的影响[29]㊂闫磊等[30]研究表明,奶牛饲粮精粗比从4ʒ6提高到7ʒ3,影响瘤胃上皮VFA吸收的基因AE2基因表达量下调了30%,而DRA和NHE3基因表达量则分别上调了140%和60%;同时体外细胞培养结果显示,当培养液pH为6.8时,可降低瘤胃上皮细胞AE2基因的表达量,而VFA浓度对AE2基因的表达量无影响,这提示影响瘤胃上皮VFA吸收的基因AE2基因表达与瘤胃液pH可能密切相关㊂2.2.3㊀MCT㊀㊀MCT是单羧酸转运家族16(SLC16)的成员[31],是一种质子偶合转运蛋白,位于上皮细胞基底外侧膜,用于转运细胞内VFA-和其代谢产物,即酮体和乳酸[17]㊂只有MCT1㊁MCT2和MCT4被确认在VFA转运中发挥作用,并且MCT1和MCT4只有在辅助蛋白CD147的协助下才能正常发挥作用[32]㊂Koho等[33]发现,MCT1和MCT4基因在梅花鹿的瘤胃上皮中表达㊂Doaa等[18]㊁Gra⁃ham等[34]等发现MCT1㊁MCT2㊁MCT3基因在牛㊁山羊的瘤胃上皮中表达,分布在基底层和棘层细胞边缘的MCT1可转运乙酸和丙酸进入血液,对山羊瘤胃上皮棘层和基底层VFA的排出起着直接作用㊂翁秀秀[35]在研究不同饲粮对VFA吸收相关基因影响时发现,与高精料饲粮相比,饲喂低精料饲粮显著上调奶牛瘤胃乳头的MCT1基因表达量,而MCT2和MCT3基因表达量没有显著变化㊂这表明MCT2和MCT3可能对瘤胃上皮VFA的转运不起直接作用㊂但艳城[26]研究发现,饲粮瘤胃降解蛋白(rumendegradedprotein,RDP)含量相同,中性洗涤纤维(NDF)/非纤维性碳水化合物(NFC)不同时,对瘤胃上皮MCT1基因表达量没有显著影响,而MCT4基因表达量则随饲粮NDF/NFC降低而降低,且在饲粮NDF/NFC和RDP含量都相对较高时,MCT1和MCT4基因的表达量最高㊂3702㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报30卷2.2.4㊀NHE㊀㊀NHE位于瘤胃上皮顶膜和基底外侧膜,负责将细胞内的H+与细胞外的钠离子(Na+)按照1ʒ1的比例进行跨膜交换,从而调节Na+的转运和细胞质pH水平[36]㊂已有研究证实,在NHE家族中有多个成员在瘤胃上皮表达,包括NHE1㊁NHE2和NHE3[34],其活性可影响瘤胃上皮对VFA吸收㊂而VFA吸收是稳定瘤胃液pH的重要机制之一,当VFA以酸性形式进入瘤胃上皮细胞时,酸性形式的VFA迅速解离成H+和VFA-,使细胞内的H+浓度升高,这时候NHE被激活,从而调节细胞内pH[35]㊂因此,提高瘤胃上皮细胞中NHE水平和活性,有助于维持瘤胃上皮细胞的稳定㊂Graham等[34]研究显示NHE1㊁NHE2㊁NHE3和NHE8存在于瘤胃上皮细胞中,其中NHE1和NHE3位于上皮细胞的顶端,其功能是将Na+导入细胞并将H+输送到瘤胃;而NHE2的功能是将Na+导入细胞,但将H+输出到细胞外空间㊂可见NHE活性是中和pH的关键驱动力㊂㊀㊀Laarman等[16]研究发现,通过限饲处理后,瘤胃上皮NHE3基因表达量上调,这提供了可以证实NHE3调节pH作用的证据㊂随着瘤胃发酵过程中VFA浓度增加,NHE3基因表达量的增加可能导致瘤胃上皮细胞H+输出的增加,有助于调节pH㊂近期大量研究支持了以往研究结论,给山羊饲喂高精料饲粮时,瘤胃上皮NHE的表达量和活性均增强[37-38]㊂NHE1㊁NHE2和NHE3基因表达量随饲粮中精料水平的增加而增强[35,39]㊂2.2.5㊀Na+/K+ATPase㊀㊀Na+/K+ATPase位于基底外侧膜,调节Na+从细胞中排出[40]㊂Na+/K+ATPase是维持电化学梯度的一个重要转运载体[41],由Na+/K+ATPase形成的Na+驱动力是Na+的跨膜吸收的必要因素㊂Na+/K+ATPase在真核细胞膜上广泛存在,1分子ATP水解释放出的能量可以将3个Na+泵出细胞膜外,再将2个K+泵入细胞膜内,以维持膜内外的离子平衡,从而调节跨膜电位,维持细胞容量㊂由Na+/K+ATPase产生的Na+驱动力对于钠(Na)的吸收是必不可少的,因此与通过Na+和H+交换的传递间接相关[42]㊂闫磊等[30]试验结果显示,Na+/K+ATPase基因的表达量在饲粮NFC/NDF为0.66时最高,而NFC/NDF过低或过高都会降低其表达量㊂Metzler⁃Zebeli等[43]研究显示,给山羊饲喂60%谷物饲粮,其瘤胃中Na+/K+ATPase基因的表达量显著高于饲喂30%谷物饲粮,同时回归分析显示瘤胃中Na+/K+ATPase基因表达量与瘤胃角质层增厚以及瘤胃液pH呈负相关㊂Mcleod等[44]试验中也发现提高饲粮精料水平能够提高Na+/K+ATPase的活性㊂3㊀影响瘤胃VFA吸收的因素3.1㊀瘤胃液pH㊀㊀根据VFA吸收机制可知,瘤胃液pH升高并不利于VFA吸收㊂李文[45]探究了瘤胃液pH对VFA吸收的影响,结果显示瘤胃内低pH有利于VFA的吸收,这仅适用在瘤胃可承受的pH范围内,过高或者过低的pH都会影响瘤胃上皮吸收VFA的能力,而且过低的酸性环境会损坏瘤胃上皮的完整性㊂Melo等[46]研究数据表明,高pH(pH>7.0)会抑制瘤胃上皮VFA吸收,低pH(4.9<pH<7.0)则有利于瘤胃上皮VFA吸收,并且使质子化形式的VFA浓度增加,这就更有利于瘤胃上皮对VFA的被动扩散吸收㊂瘤胃液pH可以通过调节基因转录的方式来影响瘤胃上皮细胞对VFA的吸收能力,在体外培养条件下,与pH7.4相比,pH6.8能促进山羊影响瘤胃上皮细胞VFA吸收的基因MCT1基因表达量,而降低AE2基因表达量[47]㊂3.2㊀瘤胃上皮形态㊀㊀瘤胃上皮将瘤胃内环境维持在一个动态的平衡中,并会根据瘤胃消化代谢的情况进行动态调整㊂贾玉东[48]在研究饲粮精粗比对奶牛瘤胃产生VFA影响的研究中发现,当饲喂高精料饲粮时,瘤胃上皮乳头状突起明显增多,而瘤胃上皮乳头状突起可增大VFA的有效吸收面积,进而增强瘤胃壁对VFA的吸收能力㊂Yan等[39]用瘤网胃上皮表面积控制VFA的吸收时发现VFA的吸收受瘤胃上皮通透性和血流量的影响㊂VFA的吸收也与瘤胃上皮屏障功能有关,奶牛发生酸中毒后其瘤胃上皮屏障功能被破坏,导致瘤胃上皮通透性增加,VFA吸收增强[49]㊂3.3㊀饲粮组成㊀㊀在瘤胃中影响VFA浓度和组成进而影响其吸收的最根本因素之一就是饲粮类型㊂提高饲粮中的精料水平可以促进山羊瘤胃上皮中VFA吸收相关基因的表达,从而提高瘤胃上皮对VFA的吸收47026期李㊀洋等:反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸的吸收机制能力[47],这种变化可能与瘤胃液VFA浓度的升高及pH降低有关㊂据报道,在饲粮中适当增加易发酵碳水化合物,瘤胃上皮对VFA吸收能力增强,并且VFA吸收量增加高达1.7倍以上[50]㊂Schur⁃mann等[51]研究结果显示,不断提高饲粮中碳水化合物含量会造成反刍动物瘤胃上皮屏障功能降低,增强瘤胃上皮对Na+和VFA的吸收,这其中被动扩散是VFA吸收的主要途径㊂而翁秀秀[35]研究发现,饲喂低精料饲粮(MF组)瘤胃主要以乙酸发酵模式为主,饲喂高精料饲粮(CS组)瘤胃主要以丙酸发酵模式为主;同时饲粮不同精料水平并不影响瘤胃中VFA的吸收速率,MF组奶牛的瘤胃中VFA吸收速率为15.9%,CS组为13.7%,这与Júnior等[52]研究结果一致㊂4㊀小㊀结㊀㊀饲粮中碳水化合物经瘤胃微生物发酵产生的VFA通过不同的吸收机制进入瘤胃上皮细胞或其他代谢组织,进而为动物机体提供能量㊂瘤胃上皮VFA吸收相关机制已有大量研究,但不同VFA吸收机制㊁各种VFA(乙酸㊁丙酸和丁酸)之间的相互作用㊁各种因素如饲粮类型和瘤胃上皮不同生理时期形态变化对瘤胃上皮VFA吸收机制影响的研究还很少㊂随着分子生物学技术在反刍动物营养学的不断应用和发展,VFA吸收相关基因的发现对探究瘤胃上皮VFA吸收机制起到了重要作用,期望在未来研究中将VFA吸收代谢基因与各种基因传导信号间的调控机制联系起来进行更深层次的探究,实现对VFA高效㊁充分的利用,提高反刍动物养殖的生产效率㊂参考文献:[1]㊀BERGMANEN.Energycontributionsofvolatilefattyacidsfromthegastrointestinaltractinvariousspecies[J].PhysiologicalReviews,1990,70(2):567-590.[2]㊀杨红建.不同碳水化合物和蛋白质水平日粮瘤胃VFA产生及微生物蛋白合成规律研究[D].博士学位论文.北京:中国农业大学,2000.[3]㊀袁庆启,姜发彬,王亚琼,等.不同精粗比日粮对奶牛瘤胃发酵与肝脏VFA代谢及产奶性能的影响[J].家畜生态学报,2016,37(7):36-43.[4]㊀KOLVERES,DEVETHMJ.PredictionofruminalpHfrompasture⁃baseddiets[J].JournalofDairySci⁃ence,2002,85(5):1255-1266.[5]㊀李伟忠,单安山.挥发性脂肪酸在动物体内的作用[J].饲料博览,2003(10):5-7.[6]㊀封贵.瘤胃内灌注乙酸对山羊瘤胃内环境及真胃壁M2㊁M3和eNOS的基因表达影响[D].硕士学位论文.扬州:扬州大学,2016.[7]㊀ASCHENBACHJR,PENNERGB,STUMPFFF,etal.RuminantNutritionSymposium:roleoffermenta⁃tionacidabsorptionintheregulationofruminalpH[J].JournalofAnimalScience,2011,89(4):1092-107.[8]㊀LIDEDR.CRCHandbookofchemistryandphysics[M].88thed.BocaRaton,FL:CRCPress,2007:8-40.[9]㊀ZAHERU,BOUVIERJC,STEYERJP,etal.Titrim⁃etricmontoringofanaerobicdigestion:VFA,alkalini⁃tiesandmore[C]//Proceedingsof10thWorldCon⁃gressonAnaerobicDigestion(AD10).[S.l.]:[s.n.],2004:330-336.[10]㊀SCHWAIGERT,BEAUCHEMINKA,PENNERGB.Thedurationoftimethatbeefcattlearefedahigh⁃graindietaffectstherecoveryfromaboutofruminalacidosis:drymatterintakeandruminalfermentation[J].JournalofAnimalScience,2013,91(12):5729-5742.[11]㊀ASCHENBACHJR,BILKS,TADESSEG,etal.Bi⁃carbonate⁃dependentandbicarbonate⁃independentmechanismscontributetonondiffusiveuptakeoface⁃tateintheruminalepitheliumofsheep[J].AmericanJournalofPhysiologyGastrointestinalandLiverPhys⁃iology,2009,296(5):G1098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瘤胃(内消化代谢过程)

-----WORD格式--可编辑--专业资料-----饲料进入瘤胃后,在微生物作用下,发生一系列复杂的消化和代谢过程,产生挥发性脂肪酸(VFA),饲料的分解产物可用来合成微生物蛋白、糖原和纤维素等,供机体利用。
(1)糖类的分解和利用:反刍动物饲料内的糖类物质均能被微生物发酵,其中可溶性糖类的发酵速度最快,淀粉次之,纤维素和半纤维素最慢。
反刍动物饲料中的糖类物质主要是纤维素,其中40%—45%在瘤胃内被细菌和纤毛虫分解,其他糖类由不同细菌和纤毛虫发酵。
发酵的终产物主要是挥发性脂肪酸(VFA)、CO2和甲烷(CH4)。
VFA主要是乙酸、丙酸、丁酸,可以经动物瘤胃壁吸收进入血液,被机体利用,其中乙酸和丁酸是泌乳期反刍动物合成乳脂的主要原料。
瘤胃微生物在发酵糖类的同时,还能把分解产生的单糖和双糖转化成糖原,储存于细胞内。
微生物随食糜进入皱胃和小肠后能被消化,糖原可被宿主吸收利用,是反刍动物机体葡萄糖的来源之一。
(2)蛋白质的分解和合成:反刍动物能利用饲料中的蛋白氮和非蛋白氮,合成微生物自身的蛋白质,供宿主利用。
饲料蛋白进入瘤胃后50%—70%被微生物的蛋白酶分解为多肽和蛋白酶。
氨基酸经脱氨基酶的进一步分解,生成有机酸、氨和CO2。
微生物也可以直接利用氨基酸和多肽合成蛋白质,储存于微生物内,所以瘤胃中游离氨基酸很少。
瘤胃内的微生物还能分解饲料中的非蛋白含氮化合物,如尿素、铵盐、酰胺等,产生氨和CO2。
一部分氨作为氮源,可被微生物利用,用来合成菌体蛋白,储存在微生物体内;一部分可被瘤胃壁吸收进入血液,经门静脉运输到肝,经鸟氨酸循环生成尿素。
一部分尿素分泌到唾液中,进入瘤胃后被细菌分泌的脲酶分解为CO2和氨。
氨被瘤胃壁吸收后,可重新合成尿素,这一过程称尿素再循环。
糖类的分解产物和挥发性脂肪酸可为蛋白质的合成提供碳源,并可提供能量。
因此饲料中必须有足够的糖类物质,如给骆驼投喂几乎不含蛋白质的饲料时,其代谢产生的尿素并没有从尿中排除,而是在瘤胃用于蛋白质的合成。
瘤胃(内消化代谢过程)

(1)糖类的分解和利用:反刍动物饲料内的糖类物质均能被微生物发酵,其中可溶性糖类的发酵速度最快,淀粉次之,纤维素和半纤维素最慢。
反刍动物饲料中的糖类物质主要是纤维素,其中40%—45%在瘤胃内被细菌和纤毛虫分解,其他糖类由不同细菌和纤毛虫发酵。
发酵的终产物主要是挥发性脂肪酸(VFA)、CO2和甲烷(CH4)。
VFA主要是乙酸、丙酸、丁酸,可以经动物瘤胃壁吸收进入血液,被机体利用,其中乙酸和丁酸是泌乳期反刍动物合成乳脂的主要原料。
瘤胃微生物在发酵糖类的同时,还能把分解产生的单糖和双糖转化成糖原,储存于细胞内。
微生物随食糜进入皱胃和小肠后能被消化,糖原可被宿主吸收利用,是反刍动物机体葡萄糖的来源之一。
(2)蛋白质的分解和合成:反刍动物能利用饲料中的蛋白氮和非蛋白氮,合成微生物自身的蛋白质,供宿主利用。
饲料蛋白进入瘤胃后50%—70%被微生物的蛋白酶分解为多肽和蛋白酶。
氨基酸经脱氨基酶的进一步分解,生成有机酸、氨和CO2。
微生物也可以直接利用氨基酸和多肽合成蛋白质,储存于微生物内,所以瘤胃中游离氨基酸很少。
瘤胃内的微生物还能分解饲料中的非蛋白含氮化合物,如尿素、铵盐、酰胺等,产生氨和CO2。
一部分氨作为氮源,可被微生物利用,用来合成菌体蛋白,储存在微生物体内;一部分可被瘤胃壁吸收进入血液,经门静脉运输到肝,经鸟氨酸循环生成尿素。
一部分尿素分泌到唾液中,进入瘤胃后被细菌分泌的脲酶分解为CO2和氨。
氨被瘤胃壁吸收后,可重新合成尿素,这一过程称尿素再循环。
糖类的分解产物和挥发性脂肪酸可为蛋白质的合成提供碳源,并可提供能量。
因此饲料中必须有足够的糖类物质,如给骆驼投喂几乎不含蛋白质的饲料时,其代谢产生的尿素并没有从尿中排除,而是在瘤胃用于蛋白质的合成。
微生物随食糜进入皱胃后,微生物蛋白可被宿主利用。
在畜牧生产过程中,常用尿素替代日粮中约30%的蛋白质,尿素在瘤胃内脲酶的作用下迅速分解,产生氨的速度为微生物利用速度的4倍。
瘤胃能氮协同释放指数对挥发性脂肪酸生成的影响

瘤胃能氮协同释放指数对挥发性脂肪酸生成的影响马双;马帅;宣晶晶;王立克;任清长【摘要】目的:通过优化日粮结构,实现瘤胃内可利用氮与碳水化合物之间协同释放,研究不同释放指数对瘤胃和网胃挥发性脂肪酸(VFA)生成的影响,为促进瘤胃微生物蛋白合成,进而提高动物生产性能提供参考依据.方法:通过尼龙袋试验,测定不同饲料原料中的氮与碳水化合物在瘤胃中每小时的有效释放量.在此基础上,利用指数计算公式优化日粮组构,使日粮中氮与碳水化合物在瘤胃中的协同释放指数分别达到0.58、0.71、0.84.选择60只体重相近且健康的小尾寒羊羔羊作为试验动物,将其随机分为3组,每组分别饲喂不同指数的日粮.试验期为60 d,动物自由饮水和采食.饲养结束后,每组随机选择5只屠宰并采集瘤胃和网胃内容物,分别测定瘤胃和网胃内挥发性脂肪酸的浓度.结果:增加瘤胃可利用氮和碳水化合物协同释放指数,能够线性提高瘤胃和网胃内的总挥发性脂肪酸、乙酸、丙酸和支链挥发性脂肪酸的浓度.当瘤胃可利用氮和碳水化合物协同释放指数为0.71时,瘤胃内的乙酸摩尔百分比(P=0.001)、乙酸/丙酸值(P=0.002)、非生糖性与生糖性VFA的比例(P=0.001)显著降低,丙酸摩尔百分比(P=0.003)、戊酸摩尔百分比(P=0.001)及瘤胃发酵效率(P=0.001)显著提高.结论:提高日粮中的氮和碳水化合物在瘤胃中协同释放指数,有利于促进瘤胃和网胃内挥发性脂肪酸的生成.【期刊名称】《安徽科技学院学报》【年(卷),期】2018(032)006【总页数】6页(P28-33)【关键词】瘤胃;含氮化合物;碳水化合物;协同指数;挥发性脂肪酸【作者】马双;马帅;宣晶晶;王立克;任清长【作者单位】安徽科技学院动物科学学院,安徽凤阳233100;安徽科技学院动物科学学院,安徽凤阳233100;安徽科技学院动物科学学院,安徽凤阳233100;安徽科技学院动物科学学院,安徽凤阳233100;安徽科技学院动物科学学院,安徽凤阳233100【正文语种】中文【中图分类】S816瘤胃微生物区系是寄居在反刍动物瘤胃内的一个复杂微生物群落,主要包括瘤胃细菌、原虫、真菌及少量的产甲烷菌[1]。
犊牛瘤胃的发育和功能有何特点

犊牛在1~2月龄时,几乎不能进行反刍,到3~6周龄时,瘤胃内开始出现正常的微生物活动,3~4月龄时开始反刍,6月龄时建立完全的消化功能。
此期间对精料和干草只能少量摄取,同时消化这些固体饲料则以第四胃(真胃)和肠道为主,因为前胃都没有分泌消化液的腺体,只有真胃能分泌消化液,所以在前三个胃的功能没建立之前,主要靠真胃来进行消化犊牛刚出生时,瘤胃的容积很小,占四个胃的33%,10~12周时增长至67%,四月龄时至80%,1岁半时达到85%,完成全部发育过程犊牛除饲喂适量的全乳外,应及早饲喂植物性饲料,可促进瘤胃迅速发育,饲喂干草等粗饲料,对提高瘤胃容积是十分重要的。
因为除物理性作用外,其中还包括精料和干草两方面共同发生的营养作用,因瘤胃发酵产生挥发性脂肪酸,这些脂肪酸的产生也是刺激瘤胃发育的重要因素之一,对瘤胃**的生长发育有显著的促进作用,尤其是瘤胃上皮组织的发育。
而植物性饲料中的粗纤维有助于瘤胃容积的发育。
所以,植物性饲料的供给时间、类型和给量对瘤网胃的发育至关重要。
<?xml:namespace prefix = o ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />随着母犊牛的生长,乳腺中的结缔组织和脂肪组织逐步增加。
到初情期时,乳腺的导管系统开始生长,形成分支复杂的细小导管系统,而腺泡一般还没有形成,这时**的体积开始膨大。
母牛妊娠时,乳腺组织生长比较迅速,乳腺导管的数量继续增加,并且每个导管的末端开始形成没有分泌腔的腺泡。
到妊娠中期,腺泡逐渐出现分泌腔,腺泡和导管的容积不断增大,逐渐代替脂肪组织和结缔组织。
到妊娠后期,腺泡的分泌上皮开始具有分泌机能。
临产前,腺泡分泌初乳。
分娩后,乳腺开始正常的泌乳活动。
<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />经过一定时期的泌乳活动后,腺泡的容积又重新逐渐缩小,分泌腔逐渐消失,与腺泡<?xml:namespace prefix = o ns ="urn:schemas-microsoft-com:office:office" />直接相连的细小乳导管萎缩,乳腺组织被结缔组织和脂肪组织所代替。
瘤胃挥发性脂肪酸的作用及影响因素

蜜、添加 0 . 0 5 %甲酸以及每吨添加 1 0g复合酶, 结 果发现加酶的青贮饲料组绵羊瘤胃 V F A的总量及 浓度明显低于其他处理,添加糖蜜的处理组乙酸含 量明显降低,总量有所上升。矿物元素也会影响到 瘤胃 V F A的产量, 有报道表明日粮中添加亚硒酸钠 能够提高绵羊瘤胃 V F A的产量 。初汉平 在体外 培养物中添加无机磷对瘤胃总 V F A浓度有明显影
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述
瘤胃挥发性脂肪酸的作用及影响因素
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(河南科技大学动物科技学院, 河南洛阳
#$ 瘤胃挥发性脂肪酸与反刍动物瘤胃营养以及瘤胃微生物有着密切的关系。反刍动物瘤胃对养分的消化
吸收以及微生物动力学可产生大量的挥发性脂肪酸, 其主要作用为供能和维持瘤胃环境。 本文综述了瘤胃挥发性 脂肪酸 (V F A ) 的作用、 影响其产生和组成的因素以及其对反刍动物的影响。 影响因素; 动物日粮 %&'$ 挥发性脂肪酸; 8 2 6 . 5 ()*+,$ S -./01$ A 2 5 8 7 0 3 3 0 1 2 7 0 0 6 3 0 4 2 0 -23,$ 0
6 ] 比例影响较大。C o r l e y 等[ 以苜蓿干草为粗料, 豆谷
饼粕为精料, 设计 2 5 ∶7 5 的高精料日粮和 7 5 ∶2 5 的 低精料日粮饲喂绵羊, 结果发现, 高精料日粮的养分 消化速度较低精料日粮慢, 但高精料日粮比高粗料日 粮挥发性脂肪酸发酵迅速 (分别是 0 . 6 9 、 0 . 3 6 m m o l / m i n ) ; 挥发性脂肪酸的摩尔比例也受日粮影响,高精料日 粮V F A中丙酸比例高,高粗料日粮中乙酸比例高, 挥发性脂肪酸总量高精料日粮组比高粗料日粮组高 粗饲料精饲料的不同比例和组成 7 5 % 。由此说明, 会影响到瘤胃挥发脂肪酸的含量和组成。进一步的 研究发现,瘤胃挥发性脂肪酸与日粮碳水化合物的
瘤胃酸中毒的病因与防控

今H畜牧啓医瘤胃酸中毒的病因与防控曹丹(衡水市安平县动物卫生监督所053600)摘要:瘤胃酸中毒是牛羊等反刍动物经常发生的代谢障碍性疾病,主要是采食了过量的碳水化合物,产生了过量的有机酸,从而造成瘤胃的pH值降低,引起牛羊酸中毒。
发病后,牛羊食欲废决、反刍停止、脱水,急性瘤胃酸中毒的死亡率高达90%,给养殖场带来严重的经济损失。
本文根据多年的实践经验,对引起瘤胃酸中毒的影响进行了详细地分析,并提出了有效的防治措施,以供参考。
关键词:瘤胃酸中毒;病因;防控1病因引起瘤胃酸中毒的因素复杂多样,在养殖生产中能够引起瘤胃中有机酸积累的因素都会导致酸中毒的发生。
如日粮的组成、饲养管理、不同的生理阶段等都和瘤胃酸中毒的发生有密切关系。
1.1日粮组成牛羊日粮的组成对瘤胃酸中毒的发生有很大的关系。
如日粮中谷物类饲料含量高,发生酸中毒的几率就高,这主要是谷物类饲料中含淀粉高,在瘤胃中容易发酵,产生的有机酸多。
易发生酸中毒的谷物类饲料有小麦、大麦、玉米、高粱等。
饲料的不同加工工艺也对酸中毒有影响,按照易发程度,依次为蒸汽压片、碾碎、粉碎、整粒。
日粮中适当地增加粗饲料的含量,就会刺激机体唾液的分泌和咀嚼的次数,唾液可以中和有机酸,粗纤维可以刺激瘤胃的蠕动,从而减少瘤胃酸中毒的发生。
1.2不同生理阶段饲料更换牛羊等不同生理阶段改变日粮,增加采食量和精料饲喂量,就要逐渐过渡,突然更改,就很可能引起酸中毒,特别是从干奶阶段高纤维日粮到泌乳阶段的高精料日粮,更为明显,瘤胃微生物对高精料要有20d的适应期,如果两种日粮突然更换,就会提升瘤胃酸中毒的发生率。
采用逐渐过渡的饲喂模式,可以使瘤胃微生物对精料的改变有一个适应期,另外,瘤胃乳头也会增多、变大,吸收率提高,从而降低瘤胃酸中毒的发病率[1]。
1.3饲养管理措施科学的饲喂和管理是预防瘤胃酸中毒的前提,但在生产中常常被忽略。
饲喂频率、舍饲情况等都和瘤胃酸中毒的发生率有关系。
少量多次饲喂精料会增加瘤胃酸中毒的发生频率。
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VFA的营养作用
• 提供能量:反刍动物60~70%的消化能是由 VFA提供的,因此VFA是反刍动物重要的能 量来源。
• 为瘤胃微生物蛋白质合成提供碳架。
瘤胃VFA产生的步骤和途径
第一步:产生丙酮酸
纤维素 纤维二糖 1-磷酸葡萄糖 果胶 糖醛酸 6-磷酸果糖 淀粉 麦芽糖 葡萄糖 蔗糖
半纤维素
戊糖
各种VFA的能量转化效率
• 转化效率:丙酸最高,丁酸次之,乙酸最差 • 原因:丙酸能量转化效率最高是因为,丙酸 食后的热增耗最低,甲烷产生较少。而乙 酸 较高。但是,根据乳脂的合成机制,乙酸是 有利于乳脂合成的。 • 应用:根据上述原理,在奶牛生产中,VFA 的比例要求乙 酸高为好,而在肉牛生产中, VFA 的比例要求丙酸高为好。
1,6-二磷酸果糖
丙酮酸
果糖
果聚糖
纤维素结构式
支链淀粉结构式
直链淀粉结构式
瘤胃VFA产生的步骤和途径
第二步:产生VFA
丙酮酸
乳酸 -H2O 丙烯酸 +2H 丙酸
草酰乙酸 +4H 琥珀酸
甲酸 CO2+H2乙酰Biblioteka oA乙酰磷酸丁酰CoA
-CO2
丙酸 甲烷 乙酸 丁酸
VFA 代谢
硫激酶 变构酶
羧化酶
反刍动物瘤胃挥发性脂肪酸营养
瘤胃挥发性脂肪酸的概念
• 概念:是指碳水化合物在瘤胃微生物的作用 下(又称瘤胃发酵)最后分解为短链脂肪酸。 英文简写VFA • 种类:包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、异丁 酸、2-甲基丁酸、戊酸、异戊酸等。其中乙 酸、丙酸、丁酸占90%以上,其他占不到 10%,因此,平时挥发性脂肪酸是指乙酸、 丙酸和丁酸。
丙酸代谢
• 2、丙酸 通过草酰乙酸转化磷酸稀醇式丙酮 酸 糖异生
2、乙酸糖异生
乙酸代谢途径
进TCA循环
合成脂肪酸
合成酮体
丁酸代谢途径
VFA 产量影响因素
• 碳水化合物:是影响VFA 产量的主要因素, 可发酵产生VFA的碳水化合物主要是纤维素、 半纤维素、淀粉和各种单糖,其中淀粉和单 糖的发酵速度最快,产量大。 • 蛋白质:在瘤胃内也可以发酵产生VFA,但 是对其产量影响不大。 • 木质素:不能进行发酵,而还会影响其他营 养物质的发酵,影响VFA的产量。 • 其他:如药物、微量元素、油脂等
影响VFA比例的因素(2)
• 添加剂:为了控制瘤胃VFA的比例和提高 VFA 的转化效率,人们进行了大量研究,研 究发现,莫能霉素可以提高丙酸的产生量, 降低丁酸的产生量,并且发现莫能霉素会抑 制瘤胃中原虫的生长。 • 油脂:添加油脂,有利于丙酸的产生,如 Bird等(1987)在绵羊的小麦秸和燕麦壳日 粮中添加棉籽油,丙酸提高28%。主要原因 是油脂与瘤胃发酵中产生的H进行了氢化作 用,使甲烷生成减少。
影响VFA比例的因素(1)
• 精粗比:自50年代以来,大量研究表明,青 粗饲料发酵后,在VFA中乙酸的比例可高达 70%,而丙酸仅占20%。但是,用精料发酵 则相反,乙酸的比例约为50%,而丙酸的比 例可达40%。 • 饲料加工处理:研究表明,饲料如大麦、玉 米、燕麦、小麦等粉碎制粒后饲喂牛羊,经 测定,瘤胃中丙酸的含量比不粉碎制粒的饲 料要高。