碳水化合物是奶牛日粮的重要组成部分,占奶牛日粮干物质含量的60%~70%。作为反刍动物,奶牛日粮碳水化合物主要包括结构性碳水化合和非结构性碳水化合物,从化学成分划分,中性洗涤纤维(NDF)和淀粉(starch)是结构性和非结构性碳水化合物的主要组成部分。因此,本研究旨在探究日粮NDF:starch比例作为评价日粮碳水化合物组成的综合评价指标的可行性,研究日粮NDF:starch比例对奶牛生产性能、乳成分合成以及瘤胃代谢的影响,并研究其作用的营养学机制,为奶牛生产中碳水化合物科学、合理和高效利用提供科学依据。本论文主要从以下几部分进行相关研究:1、本部分采用Meta分析方法研究日粮NDF:starch比例、NDF和starch含量与奶牛生产性能和乳成分合成的关系。试验整理了26篇有关奶牛碳水化合物营养的研究,共计115个试验处理,运用Meta分析方法研究日粮NDF、starch以及NDF:starch比例与奶牛产奶量和乳成分的相关性,并进行相应的回归分析。Meta分析结果发现:与日粮NDF和starch含量相比,日粮中NDF:starch比例与奶牛的干物质采食量(r=-0.799,P<0.01)、产奶量(r=-0.730,P<0.01)、乳脂率(r=0.664,P<0.01)和乳蛋白率(r=-0.788,P<0.01)的相关性最强;日粮NDF:starch比例与奶牛的干物质采食量、产奶量、乳脂率、乳蛋白率、乳蛋白和乳糖产量存在明显的回归关系(P<0.01)。Meta分析结果表明,NDF:starch比例能够作为反映奶牛日粮碳水化合物组成的综合营养评价指标,用于指导奶牛的生产和调控乳成分的合成。2、本部分研究了日粮NDF:starch比例对奶牛产奶量和乳成分合成的影响。试验选用8头荷斯坦头胎奶牛作为试验动物,4头奶牛安装永久瘤胃瘘管,试验采用4×4拉丁方设计。每期试验21d,适应期14d,采样期7d。采用日粮中性洗涤纤维与淀粉比例(NDF:starch)表示日粮碳水化合物组成,通过改变日粮中燕麦草、玉米青贮以及玉米的比例设计4种不同碳水化合物组成日粮:日粮1(NDF:starch=0.86)、日粮2(NDF:starch=1.18)、日粮3(NDF:starch=1.63)和日粮4(NDF:starch=2.34)。试验结果发现:随着日粮NDF:starch比例的增加,奶牛产奶量、乳蛋白含量和产量以及乳糖含量和产量显著降低,乳脂含量显著升高,乳脂产量呈先升高后降低的二次曲线变化;日粮干物质、有机物、粗蛋白、中性洗涤纤维以及粗脂肪消化率显著降低,淀粉的消化率有升高的趋势;奶牛瘤胃微生物蛋白和可代谢蛋白含量随着日粮NDF:starch比例的升高而降低;日粮NDF:starch比例能对奶牛血液代谢指标产生影响,随着日粮NDF:starch比例的升高,血糖水平线性降低,血液中NEFA水平显著升高。试验结果表明,日粮的NDF:starch比例能够对奶牛的产奶量和乳成分合成能力产生显著影响。3、本部分旨在研究不同NDF:starch比例日粮对奶牛瘤胃内环境的影响,试验设计同第二部分,试验研究了不同NDF:starch比例日粮对瘤胃营养物质降解率、发酵模式以及微生物区系的影响。试验结果发现:随着日粮NDF:starch比例的升高,日粮的干物质和中性洗涤纤维瘤胃降解率线性降低,但对粗蛋白的瘤胃降解率无显著影响;瘤胃p H值随着日粮NDF:starch比例的升高而增加,日粮1能够引发奶牛亚急性瘤胃酸中毒。回归分析结果发现,当日粮NDF:starch比例低于1.08时,日粮能够增加奶牛患亚急性瘤胃酸中毒的风险;日粮NDF:starch比例能够影响瘤胃的发酵模式,随着NDF:starch比例的增加,瘤胃的发酵模式从丙酸发酵向乙酸发酵转变;随着日粮NDF:starch比例的增加,瘤胃中的纤维分解菌产琥珀酸丝状杆菌有增加的趋势,乳酸利用菌数量显著降低。结果表明,不同NDF:starch比例日粮能够引起瘤胃内环境的改变,以及影响瘤胃健康,日粮NDF:starch比例能够作为调控瘤胃内环境的营养指标。4、本部分旨在研究不同NDF:starch比例日粮对奶牛氮利用率的影响。试验设计同第二部分,试验研究了日粮粗蛋白采食量、微生物蛋白、可代谢蛋白以及乳蛋白产量之间的相关性,以及氮的转化利用效率。统计结果发现:粗蛋白采食量与乳蛋白产量相关性最强,其次为可代谢蛋白和微生物蛋白产量;随着日粮NDF:starch比例的增加,奶牛氮利用率发生显著变化,日粮粗蛋白转化为乳蛋白的效率呈现二次曲线变化,氮转化率先升高后降低,当日粮NDF:starch比例为1.71时,奶牛氮素利用效率最高;可代谢蛋白转化为乳蛋白的效率亦呈现先升高后降低的二次曲线变化趋势。结果表明,科学合理的日粮碳水化合物组成是奶牛生产中氮素高效利用的营养学基础。5、本部分旨在研究不同NDF:starch比例日粮对奶牛瘤胃上皮细胞的组织形态学结构、上皮细胞生长代谢相关基因表达的影响,试验设计同第二部分,每期试验采集瘤胃上皮细胞,进行组织形态学观察以及测定瘤胃上皮细胞生长和VFA代谢相关基因表达水平。试验结果表明:随着日粮NDF:starch比例的增加,瘤胃上皮棘细胞层和基底层细胞厚度增加;随着日粮NDF:starch比例的增加,NHE4和HMGCS基因表达水平线性降低;日粮NDF:starch比例能够影响瘤胃上皮细胞生长相关基因的表达,随着日粮NDF:starch比例的增加,IGFBP5基因表达显著降低,IGFBP6基因表达显著升高。结果表明,日粮碳水化合物组成能够影响瘤胃上皮细胞的组织形态结构和相关基因的表达水平。综上所述,NDF和starch作为日粮碳水化合物组成的重要组成部分,Meta分析结果表明,日粮NDF:starch比例与奶牛的产奶量和乳成分具有较强的相关性。不同NDF:starch比例的日粮能够引起瘤胃内环境、瘤胃上皮结构以及相关基因表达水平的改变。因此,在生产实践过程中,NDF:starch比例可以用于反映日粮碳水化合物组成的综合营养评价指标,同时也可以作为瘤胃健康的风险评估指标以及氮素高效利用的评价指标。