反芻動(dòng)物對(duì)蛋白質(zhì)消化、吸收的研究進(jìn)展

蒙古詩(shī)人 · 發(fā)表于 2008-10-29 23:00:33

在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)中，飼料中的蛋白質(zhì)通常是指粗蛋白（CP），定義為飼料原料中的氮乘以6.25，它包括真蛋白、非蛋白氮（NPN）和不溶解氮。真蛋白（即生化意義上的蛋白質(zhì)）是大小、形狀、功能、溶解度和氨基酸組成上不同的大分子，可以根據(jù)它們的三維結(jié)構(gòu)和溶解度進(jìn)行分類，如白蛋白、球蛋白、谷蛋白、醇溶蛋白、組蛋白和纖維蛋白（Orten and Neuhaus,1975; Rodwell,1985; Van Soest, 1994）。NPN通常是指用鎢酸或三氯乙酸提取真蛋白后濾液中剩余的含氮物質(zhì)部分（Licitra et al.,1996），包括肽、游離氨基酸、核酸、氨基（amide）、胺（amines）和氨態(tài)氮等低分子化合物。常見的飼料真蛋白和NPN平均只占飼料總氮的65%（Blethen et al.,1990）。其余的為不溶解氮，它包括谷物中結(jié)合在完整淀粉顆粒的蛋白、大部分細(xì)胞壁結(jié)合蛋白和一部分葉綠體蛋白以及與中性洗滌纖維（NDF）結(jié)合的熱變性蛋白質(zhì)（Van Soest, 1994）。

1 蛋白質(zhì)的消化

1.1 日糧蛋白在瘤胃中的降解

日糧蛋白進(jìn)入反芻動(dòng)物瘤胃后，與內(nèi)源蛋白（動(dòng)物唾液、脫落上皮細(xì)胞和瘤胃微生物殘留物所含蛋白）混合在一起進(jìn)行發(fā)酵，在瘤胃微生物（細(xì)菌、原蟲和真菌）蛋白降解酶的作用下，降解釋放出寡肽、氨基酸和氨。不同的微生物有不同的作用：①細(xì)菌參與飼料蛋白降解過程，并合成菌體蛋白，菌體蛋白是微生物蛋白的主體。氨基酸的降解和氨的產(chǎn)生超過細(xì)菌蛋白合成的需要將導(dǎo)致日糧蛋白的浪費(fèi)。多年來，一直認(rèn)為脫氨基作用僅限于大量的能夠由蛋白和蛋白水解產(chǎn)物產(chǎn)生氨的細(xì)菌。但最新的研究表明，氨基酸的脫氨基作用是由大量脫氨基酶活性低的細(xì)菌和少部分脫氨基酶活性高的細(xì)菌共同作用的結(jié)果（Wallace,1996）。②原蟲在瘤胃蛋白降解過程中也具有活性，并起著重要的作用。原蟲只吞噬顆粒物（細(xì)菌、真菌和小的飼料顆粒）。因此原蟲使不溶性飼料蛋白（如豆粕和魚粉）降解的作用比使可溶性蛋白降解的作用更強(qiáng)（Jouany and Ushida，1999），同時(shí)，這種吞噬作用增加了氮在瘤胃內(nèi)的周轉(zhuǎn)和消耗。此外，原蟲和細(xì)菌一樣都具有較強(qiáng)的脫氨基作用，但原蟲不能由氨合成氨基酸（Nolan，1993），所以原蟲是凈生成氨的微生物。因此，原蟲雖然對(duì)瘤胃微生物生物量的貢獻(xiàn)大，但它們對(duì)進(jìn)入十二指腸的蛋白量的貢獻(xiàn)卻與它們對(duì)瘤胃微生物生物量的貢獻(xiàn)并不成比例。③由于真菌在瘤胃液中的含量很低，所以真菌在瘤胃蛋白質(zhì)降解中的作用通常認(rèn)為可以忽略。

日糧蛋白質(zhì)在瘤胃降解的程度，取決于它發(fā)酵的難易程度和在瘤胃內(nèi)的滯留時(shí)間。粗飼料的滯留時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，未被降解就通過瘤胃的粗飼料蛋白質(zhì)很少（Ørskov，1992）。動(dòng)物性蛋白質(zhì)（如魚粉）快速降解部分很少，所以大部分蛋白質(zhì)未被降解而通過瘤胃到達(dá)真胃和小腸。經(jīng)過瘤胃發(fā)酵的飼料過瘤胃蛋白質(zhì)與原樣相比，其氨基酸組成有所改變。Ganev（1979）研究發(fā)現(xiàn)粗飼料的非降解蛋白的氨基酸組成與原樣相比變化較大。Hvelplund和Hesselholt（1987）研究了豆餅等七種精飼料的過瘤胃蛋白質(zhì)氨基酸的組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多數(shù)氨基酸含量與飼料原樣中的氨基酸含量無顯著差異，殘?jiān)械?SPAN lang=EN-US>Ile、Leu、Phe、Try、Thr和Val的含量與飼料原料比較，有增加趨勢(shì)。具體到單個(gè)氨基酸來講，各種氨基酸在瘤胃的降解情況不同，例如支鏈氨基酸（Leu、Ile）能抗瘤胃微生物降解（Erasmus et al.,1994a），蛋氨酸在不同飼料中的抗降解能力不同（Tamminga，1979）。

1.2 瘤胃微生物蛋白的合成

瘤胃微生物在降解飼料蛋白的同時(shí)，又利用發(fā)酵飼料過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）、能量（ATP）和部分寡肽、氨基酸和氨（包括內(nèi)源性的氨）合成微生物蛋白。最后，這些微生物蛋白連同飼料中過瘤胃蛋白（包括過瘤胃完整蛋白和部分小肽）隨食糜流入真胃和小腸。瘤胃的這種微生物蛋白的合成和分解體系除了能使反芻動(dòng)物大量利用NPN外，還在反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)代謝上具有重要的穩(wěn)衡控制作用。

影響瘤胃微生物蛋白合成的因素較多：①瘤胃中微生物蛋白的合成受能氮平衡及同步釋放的影響。蛋白質(zhì)和碳水化合物消化的同步性對(duì)微生物蛋白合成的影響較大。體內(nèi)和體外的試驗(yàn)表明，碳水化合物的消化速度是控制微生物生長(zhǎng)所需能量的主要因素（Hoover and Stokes，1991）。②瘤胃微生物蛋白的合成還受瘤胃食糜外流速率的影響。進(jìn)食水平、粗飼料比例（Owens and Goersch，1986）、攝入食鹽引起的飲水增加（Harrison et al., 1975；Hadjipanayiotou et al.,1982）和唾液分泌（Froetschel et al.,1989）等可通過影響瘤胃食糜外流速率間接地影響進(jìn)入十二指腸的微生物蛋白的數(shù)量。③對(duì)于微生物蛋白合成，不同的氮源（肽、氨基酸和氨）影響不同。Russell等（1992）指出，發(fā)酵結(jié)構(gòu)性的碳水化合物只需要氨作為氮源，而降解非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的微生物在提供氨基酸的情況下生長(zhǎng)會(huì)加快。許多報(bào)道認(rèn)為，瘤胃微生物優(yōu)先利用肽，其次是氨基酸（Cooper and Ling, 1985；Prins et al.,1979）。但事實(shí)上，不同的菌種對(duì)肽和氨基酸利用的優(yōu)先性不同（Ling and Armstead，1995）。④支鏈氨基酸和異位有機(jī)酸對(duì)微生物生長(zhǎng)也有調(diào)節(jié)作用。

關(guān)于瘤胃微生物蛋白質(zhì)的氨基酸組成，從60年代以來多數(shù)研究者一直認(rèn)為是恒定的。但法國(guó)Rulquin和Verite（1990）的大量實(shí)驗(yàn)表明瘤胃微生物蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，繼而以美國(guó)Clark為代表的學(xué)者在1992年提出瘤胃微生物的氨基酸組成是可變的觀點(diǎn)。 Erasmus等（1994b）用不同試驗(yàn)日糧測(cè)得瘤胃細(xì)菌的氨基酸組成有一定的差異，其原因可能是不同日糧條件下，進(jìn)入小腸的微生物種類不同所致。國(guó)內(nèi)學(xué)者也得出了與此相似的結(jié)論（王洪榮，1998）。

1.3 蛋白質(zhì)在小腸中的消化

蛋白質(zhì)在反芻動(dòng)物小腸中的消化過程與單胃家畜相似，但其蛋白質(zhì)來源卻不同。進(jìn)入反芻動(dòng)物小腸的蛋白質(zhì)包括瘤胃合成的微生物蛋白、飼料中未被降解的過瘤胃蛋白和消化道的內(nèi)源蛋白，在營(yíng)養(yǎng)上它們具有不同的意義和作用：①瘤胃合成的微生物蛋白占流入小腸蛋白的大部分（Titgemeyer and Merchen，1990），是小腸蛋白質(zhì)的主要來源，提高微生物蛋白的產(chǎn)量是提高小腸蛋白的主要措施。②過瘤胃蛋白是小腸蛋白的重要組成部分，在生產(chǎn)上具有十分重要的意義，調(diào)整飼料過瘤胃蛋白是調(diào)節(jié)反芻動(dòng)物小腸蛋白組成的重要手段，例如，在大部分或全部的飼草為高質(zhì)量的禾本科或豆科牧草的條件下，提供可消化過瘤胃蛋白含量高的飼草對(duì)高產(chǎn)奶牛來說極其重要。③消化道的內(nèi)源蛋白主要是消化酶、黏蛋白、消化道脫落的上皮細(xì)胞、血液蛋白等。正常情況下，這部分內(nèi)源蛋白質(zhì)在隨糞便排出體外前，約有90%又被機(jī)體重新吸收了（Lu Dexun，1986）。內(nèi)源蛋白質(zhì)的這種周轉(zhuǎn)（釋放到腸道和被腸道重新吸收）在反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)代謝上同樣具有穩(wěn)衡控制的重要作用。

2 蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物的吸收

多年以來，人們一直以為蛋白質(zhì)必須水解成游離氨基酸（FAA）后才能被吸收，但現(xiàn)在很多研究表明，蛋白質(zhì)降解后在胃腸道可以以兩種形式吸收，即游離氨基酸和小肽。

2.1蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物在前胃的吸收

由于過去人們一直以為蛋白質(zhì)必須水解成游離氨基酸后才能被吸收，所以認(rèn)為前胃對(duì)蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物的吸收沒有什么作用。但最近的研究發(fā)現(xiàn)，前胃能否吸收氨基酸雖尚未定論，但卻能吸收小肽(主要是二肽和三肽)。用同位素標(biāo)記法研究發(fā)現(xiàn)瘤胃和瓣胃具有吸收小肽的能力，且瓣胃吸收能力比瘤胃還強(qiáng) (Matthews，1991)。瘤胃和瓣胃內(nèi)存在轉(zhuǎn)運(yùn)小肽的mRNA(Webb et al.,1992)和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Walker and Hirst，1997）。對(duì)于反芻動(dòng)物來說，瘤胃和瓣胃是以肽的形式吸收氨基酸的主要部位（Matthews et al., 1991，1996；程茂基，2000），幾乎不吸收游離的氨基酸。

2.2蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物在小腸的吸收

隨著對(duì)肽營(yíng)養(yǎng)生理研究的不斷深入，人們認(rèn)識(shí)到，除游離氨基酸外，動(dòng)物腸道對(duì)小肽的吸收是腸道氨基酸吸收的另一種重要形式。研究表明，動(dòng)物腸道對(duì)小肽(主要是二肽和三肽)和游離氨基酸的吸收，存在兩種相互獨(dú)立的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制(Rubino et al., 1971；Hellier et al., 1972)。小肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)具有轉(zhuǎn)運(yùn)速度快，耗能低，不易飽和的特點(diǎn)（Ganapathy and Leiback，1985； Hara et al.,1984；Matthews，1987），所以小肽在小腸吸收比游離氨基酸快(Webb，1990)，此外，肽的吸收還可以避免氨基酸之間的競(jìng)爭(zhēng)吸收（Rubino et al.,1971；王崗，1999）。動(dòng)物腸道同時(shí)具有吸收小肽和吸收游離氨基酸的兩種機(jī)制，是動(dòng)物為適應(yīng)環(huán)境和攝取營(yíng)養(yǎng)狀況變化的一種自我營(yíng)養(yǎng)調(diào)控機(jī)制(Webb，1990)。據(jù)報(bào)道，在長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)限制(低蛋白日糧)下，小腸對(duì)氨基酸的吸收力下降；而對(duì)肽的吸收能力相對(duì)增強(qiáng)。

綿羊和山羊的N消化率為68%左右（王洪榮，1998；彭玉麟，2000），其中綿羊和奶牛有一半以上的N是以氨基酸的形式吸收的（Lapierre et al., 2000a），肉牛以氨基酸形式存留N的比例為42～46%（Huntington and Prior，1985；Lapierre et al., 2000b）。這說明，反芻動(dòng)物腸道吸收的游離氨基酸仍然是其氮營(yíng)養(yǎng)素的主要來源，胃區(qū)吸收的肽類是其有益的補(bǔ)充(Seal et al., 1991)。因此，通常認(rèn)為腸道以吸收游離氨基酸為主，較少吸收小肽，并且空腸和回腸是游離氨基酸吸收的主要部位。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著分子生物學(xué)、同位素示蹤等技術(shù)在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)上的應(yīng)用，有關(guān)反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)消化、吸收的研究不斷取得新的突破。目前有關(guān)瘤胃微生物區(qū)系的組成及其作用的研究、肽在不同消化部位吸收的量化研究已成為這方面研究的熱點(diǎn)。這些研究所取得的進(jìn)展必將為今后提出新的營(yíng)養(yǎng)評(píng)定指標(biāo)和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控技術(shù)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。