奶牛消化生理与营养学基础

动物和植物一样，为了本身的生长和繁殖必须吸收各种养分，这种对食物进行加工并把它输送到血液中的整个过程就是消化。

消化包括把较大的颗粒破碎(咀嚼)成较小的颗粒，用化学的方法把较大的分子分解成较小的分子(把纤维素分解成挥发性短链脂肪酸)，利用微生物的方法把许多元素合成化合物，以及把许多小的分子转变成氨基酸和维生素。

一、 奶牛消化生理

1、牛是反刍家畜，从解剖结构来看，它共有4个胃，即瘤胃、 胃、瓣胃和皱胃。前3个胃没有消化腺，不能分泌胃液；第四个胃才是具有分泌胃液的真胃。

2、瘤胃虽不能分泌消化液，但胃内有大量的微生物，它对食物的分解与营养物质的合成起着极为重要的作用。所有这些特点与非反刍家畜在消化生理方面有很大差异。

二、奶牛消化特点

1、消化是在消化道进行的，反刍家畜的消化道比其他动物要复杂得多，

2、乳牛的消化道包括口腔、食道、瘤胃、小肠和大肠。对中等的成熟乳牛，这些部分组成一条长约55m的曲折管道。

三 、奶牛的消化系统功能：

1、摄取饲料；

2、短时间存贮饲料；

3、消化和吸收可消化的养分；

4、排出没有消化的部分。

四、奶牛各消化道功能

1、口腔：反刍家畜无上切齿或犬齿。因此，采食饲料时依靠上面的齿垫和下面的切齿以及吞和舌的协同活动。

2、胃：反刍家畜共有4个胃室，即瘤胃、 胃、瓣胃和皱胃。这种消化系统的构造与非反刍家畜相比，在营养学上有两个很重要的区别。

（1）反刍家畜因有4个胃室，这就为其消化饲草提供了充分的空间，有利于养分的吸收和利用。

（2）反刍家畜的瘤胃为数量庞大的微生物群体提供了十分理想的好环境。瘤胃内的微生物群体是反刍家畜能够主要以粗饲料维持生命的根本原因。

3、反刍：反刍是反刍家畜特有的生理现象。反刍时，家畜自瘤胃送出并反复在口腔内咀嚼粗糙饲料。每次反刍到口腔内的食团咀嚼约lmin后咽下。每天的反刍时间约为8h左右。还有很少一部分自瘤胃被血液吸收再通过肺脏内的气体交换而呼出。

4、反刍家畜与单胃动物在营养消化及利用上的重大差别主要表现在4个方面：

（2）瘤胃微生物可利用非蛋白氮(NPN)或氨合成菌体蛋白，成为优质蛋白质饲料资源之一；

（3）瘤胃微生物可合成B族维生素及维生素K等；

（4）是不饱和脂肪酸可经瘤胃微生物酶的作用加氢还原成饱和脂肪酸，这是反刍家畜独特的消化生理特点。其生物学价值的进一步开发已成为近年来生物工艺学研究的热点之一

奶牛的生理特点：

奶牛如图，是一座大的工厂，其消耗和加工大量原材料–即饲料，生产出大量高质量产品–牛奶，同时，生产出副产品–粪尿等。

奶牛的消化系统图，奶牛有四个胃，瘤胃、 胃、瓣胃和真胃，奶牛消化生理最大的特点是有这四个胃，尤其是有个特殊的胃——瘤胃，瘤胃里面有大量的微生物。我们通常讲，养牛就是养瘤胃，养瘤胃里面的微生物。

反刍动物正是有了瘤胃这个特殊的消化器官，反刍动物才有别于单胃动物。单胃动物是直接将营养物质消化利用转化成产品，而反刍动物则是靠瘤胃内的微生物消化，然后消化吸收微生物和其代谢产物，最终转化成产品。

奶牛的四个胃的功能各不相同：

瘤胃是消化的主要部位，大部分饲料的消化、蛋白、维生素的合成都在这里； 胃起着与瘤胃类似的功能，还起着过滤异常物质的“ 胃”作用；瓣胃吸收60~70%的水分和部分矿物质；真胃起着类似于消化酶分泌，单胃动物的胃作用。降解微生物，蛋白质等营养物质。

奶牛的4个胃构造复杂，约占体重的25-28%。

下面主要介绍瘤胃：

容积：150~200L；温度：39~41℃；pH：5.5-7.0；适当的水分环境；促进微生物的移动；胃壁吸收及流出消化道的下部除去发酵产物。

我们简单了解一下瘤胃内的微生物：

瘤胃寄居的微生物主要有细菌、原虫（纤毛虫）、真菌（厌氧真菌）三大类；

每克瘤胃内容物中含有细菌109-1010个、原虫103-106个和真菌103-105个；

饲料中碳水化合物以及含氮物质的降解主要由细菌（纤维降解菌）和原虫来完成；

纤维性碳水化合物降解过程中，起重要作用的是瘤胃中的厌氧真菌。

瘤胃内的微生物的数量和种类受瘤胃内环境（pH值）的影响，而瘤胃内环境则与奶牛采食的日粮结构有关。

瘤胃微生物与宿主（奶牛）的关系是共生关系。

微生物与微生物之间是彼此之间相互制约的共生关系。

瘤胃内微生物能将动物不可利用的纤维转换为自身的营养并被反刍动物利用。

瘤胃内微生物能利用氨、氨基酸及尿素，转化为蛋白质；

能用碳水化合物作发酵满足能量需要；但是其不能利用脂肪。

因此，奶牛是节粮型动物。

下面主要讲述奶牛的营养学基础。

奶牛的主要营养来自饲料，饲料中的营养物质包括以下几种：水、能量（碳水化合物、脂肪）、蛋白质、矿物质和微生物。

什么是营养物质？

营养物质是指能够满足动物维持，生长和繁殖代谢需要的所有化学物质，是生命的必须成分。

反刍动物和单胃动物的营养需要有差别。

营养物质的分配次序是什么？

图中所示是营养分配的优先顺序：身体维持→胎儿成长→增重（成长）→产奶→体脂肪蓄积→繁殖。

此顺序是一个基本的顺序，并不是一成不变的，动物的特殊生理阶段或特殊生理条件下，次顺序可以变化。

下面重点讲述水的营养价值：

水是身体的主要组成成分–犊牛74%，成牛59%；几乎参与所有的化学反应；体温调节；在体内运输营养物质；润滑作用；运输废物；维持细胞形态。水的上述作用充分体现了其对于生命的价值。

水与牛奶是什么关系呢？

乳成分主要由三部分组成：乳脂肪、非脂固形物、水。牛奶的成分既对牛奶的品质和价格有影响，又是衡量奶牛健康水平的重要指标。各种成分的含有量按标准荷斯坦奶牛来计算应该是乳脂肪率3.6%-4.0%非脂固形物8.2%-8.7%，其余约87%是水。牛奶中87%是水，因此，水对于奶牛很重要。

第二个讲述的营养物质是能量：

能量主要营养作用为：

用于身体组织的维持和新组织的形成；以糖元（少量）和脂肪形式储存在体内；缺乏将导致生长缓慢和产奶量下降（采食量下降或日粮能量浓度不够）。

能量主要营养作用为：

饲料中的总能被利用后转化成消化能、代谢能和净能，产生粪能、尿能和热增耗，我们奶牛上用的最主要的是泌乳净能。

能量：

碳水化合物：

碳水化合物与生产的关系：

淀粉：增强奶牛瘤胃发酵，降低PH，促进丙酸生成。丙酸—–合成糖原，能量储备，作用胰岛素分泌。纤维素：分解产生乙酸、丙酸、丁酸。乙酸、丁酸是合成乳脂的前体物质，血清中的乙酸可以左右乳脂浓度的50-75%。举例：苜蓿的长度由9.5毫米下降4.8毫米，乳脂从3.8%下降3.0%，原因：缩短咀嚼时间，唾液分泌减少，酸度降低利于丙酸产生和胰岛素增加。

碳水化合物与生产的关系：

饲喂的碳水化合物的类型直接影响其降解率。饲喂过量可发酵性的碳水化合物会产生瘤胃酸中毒 (pH < 5.5)。防止瘤胃酸中毒的唯一方法是预防。

脂肪营养：

脂肪是动、植物体的组成成分，是一类高能物质。脂肪主要成分是甘油三酯。脂肪分为饱和脂肪和不饱和脂肪。饱和脂肪是结构中不含双键的脂肪酸。不饱和脂肪是含有双键的脂肪酸。脂肪中含不饱和脂肪酸越多，其硬度越小，熔点也越低。植物脂与动物脂的区别就在这里。

能量与牛奶的合成：

对乳腺的葡萄糖供应是影响产奶量的决定因素；影响乳腺合成效率的决定因素是乳腺对长链脂肪酸的利用。

牛奶中脂肪的合成：

有一部分是现成的脂肪酸降解后生成的短链脂肪酸，有一部分是乙酸和丁酸通过合成酶合成的短链脂肪酸；短链的脂肪酸再和葡萄糖降解物甘油三脂结合生成不同类型的乳脂肪。

能量与牛奶的合成：

奶牛日粮必须含有充足的能量，添加合适的脂肪可以增加日粮的能量供应，添加的脂肪必须是饱和游离脂肪酸。添加合适的脂肪，保证奶牛能量供给可以提高产奶量，改善奶成分，维持干物质采食量，提高繁殖率，还可以缓解奶牛热应激。

下面讲解蛋白质的营养：

生命是蛋白质的表现形式。蛋白质是由氨基酸组成的一类高分子化合物。氨基酸是构成蛋白质的基本单位，有20多种。氨基酸的羧基与氨基缩合，脱去一个水分子，形成肽。多个氨基酸形成肽链，进一步扭曲成蛋白质。

蛋白通常用粗蛋白表示，粗蛋白包括真蛋白+游离氨基酸、酰胺、硝酸盐、生物碱、核酸、含氮糖苷、尿素等；非蛋白氮主要是尿素及氨盐等。

氨基酸分为必需氨基酸和非必需氨基酸，必需氨基酸又分为限制性氨基酸和非限制性氨基酸。

奶牛氨基酸营养：

奶牛必需氨基酸包括精氨酸（Arg）、组氨酸（His）、异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、赖氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)、苏氨酸(Thr)和缬氨酸(Val)等。

奶牛限制性氨基酸主要是赖氨酸和蛋氨酸，分别为第一和第二限制性氨基酸。由于瘤胃作用，所有氨基酸在瘤胃中都会被降解成氨。为了保证不被瘤胃降解，通常将氨基酸包被，包被形式多样：脂肪酸包被、其他多聚体物质包被等，还可以制成液体的氨基酸。

蛋白质的营养生理作用：

维持细胞组织的生长、更新和修补；参与多种重要的生理活动；氧化供能。

蛋白质和氨基酸的上述功能不能由糖和脂类代替。

日粮中蛋白代谢途径：

日粮中蛋白进入瘤胃后被瘤胃微生物降解成氨后被瘤胃微生物利用，生产微生物蛋白，未被降解的蛋白和微生物蛋白进入真胃，被降解吸收利用进入血液，循环进入乳腺被利用合成乳腺蛋白，不能被利用的通过粪尿排泄。

维生素营养：

维生素又叫维他命，是动物正常生长和繁殖所需要的微量有机化合物。长被解释为“维持生命的营养素”和“唯有它才可以保命”。维生素可分为脂溶性维生素和水溶性维生素：

脂溶性维生素主要包括维生素A、D、E、K，可以在体内存储6个月；

水溶性维生素包括VB1、胆碱、核黄素 (B2)、生物素、烟酸、V C、泛酸、叶酸、吡哆醇 (B6)、 V B12等。

维生素营养：

维生素一类必不可少的营养物质，具有多种生物学功能，它参与许多代谢途径，具有免疫细胞和基因调控的功能；维生素是保持动物健康的一类重要活性物质。

生产中维生素的作用和影响因素：

维生素很不稳定，在生产中很容易失去作用，以维生素A为例：随存放时间的加长而失效，存放6个月，草中75%的胡萝卜素即被破坏。水、空气、光和热等环境因素加快维生素失效。与水溶性维生素相比较，脂溶性维生素更加不稳定。

矿物质营养：

矿物质元素可分为常量和微量矿物质元素两类：常量矿物质包括：钙、磷、钠、氯、钾、镁和硫（大于0.01%）；微量元素包括钴、铜、碘、铁、锰、钼、硒和锌(小于0.01%)。大部分微量元素是体内酶的组成物质或活化因子，虽然需要量极小，但其生理功能和代谢作用却很重要。

如果矿物质元素摄入不足，会导致体内生理变化而出现缺乏症，从而影响养殖效益；如果矿物质过量又会造成元素间的拮抗作用，甚至有害。

矿物质主要功能：

组织结构物质：如Ca、P、S；维持酸碱平衡和渗透压：如Na、K、CL；参与能量转化、神经传递和酶的活化：如P、Ca、Mg、 K、CL；酶系结构和功能物：如Cu、Zn、Mo、Mn、Se；血红蛋白：如Fe；甲状腺素：如I；维生素B12：如Co。

奶牛的营养需求

干物质的进食

干物质就是饲料中除水分以外的其他物质的总称。奶牛所需要的营养物质基本包括在干物质中，所以进食量是配合奶牛日粮的一个重要指标。他对奶牛的健康和生产至关重要。预测干物质进食量可有效的防奶牛的过食和不足，提高营养物质的利用率。如果营养摄入不足，不仅会影响奶牛的生产水平，而且会影响奶牛健康；相反，如果营养物质过多，导致过多的营养物质排放到环境中。会造成饲料浪费，提高饲养成本，影响健康，增加代谢疾病发生率。

“奶牛饲养标准”推荐产奶牛干物质需求：

适用于偏精料型日粮的参考干物质采食量（Kg）=0.062W0.75+0.04Y

适用于偏粗料型日粮的参考干物质采食量（Kg）=0.062W0.75+0.45Y

式中：

Y——标准乳重量，单位为千克（Kg）

W——体重，单位为千克（Kg）

4%乳脂率的标准乳（FCM）（Kg）=0.4×奶量（Kg）+15×乳脂量（Kg）

在我国《奶牛营养需要和饲养标准》，对不同体重生理阶段的奶牛都有明确规定。

能量需要

奶牛的能量需要可分为维持、生长、妊娠和泌乳几个部分。能量不足和过剩都会对奶牛造成不良影响。如果能量供应不足，青年牛生长发育就会受阻，初情期就会延长，产奶牛如果能量供给低于产奶需要时，不仅产奶量降低，泌乳牛还会消耗自身营养转化为能量，维持生命与繁殖需要，严重时会引起繁殖功能紊乱。能量过多会导致奶牛肥胖，母牛会出现性周期紊乱，难孕，难产等。还会造成脂肪在乳腺内大量沉积，妨碍乳腺组织的正常发育，影响泌乳功能而导致泌乳量减少。

蛋白质的需要

蛋白质是构成细胞、血液、骨骼、肌肉、激素、乳皮毛等各种器官组织的主要成分，对奶牛的生长、发育、繁殖和生产有着重要的意义。当饲料中的蛋白质供应不足时，奶牛的消化机能减退，表现生长缓慢繁殖机能紊乱抗病力下降组织器官和结构功能异常，严重影响奶牛的健康和生产。

在我国《奶牛营养需要和饲养标准》表中详细的列出了母牛的维持、产奶、妊娠可消化粗蛋白质和小肠可消化粗蛋白质的需要量。计算需要量只需查表格中的数据即可。

粗纤维的需要

饲料中的粗纤维对反刍动物的营养意义特别重要。饲料粗纤维的分析指标常用的是粗纤维（CF）、酸性洗涤纤维（ADF）和中性洗涤纤维（NDF），而表示纤维的最好指标是中性洗涤纤维。牛奶是草食家畜，日粮中必须需要一定量的植物纤维，日粮中纤维不足或饲草过短，将导致奶牛消化不良，瘤胃酸碱度下降，易引起酸中毒、蹄叶炎、真胃变位，并可使奶牛的乳脂率下降等。如果日粮中植物粗纤维比例过多，则会降低日粮的能量浓度，减少牛奶对干物质的采食量，同样对奶牛产生不利。其主要原因是：一，粗纤维不易被消化且吸水量大，可起到填充肠胃的作用，给牛以饱腹感；二，粗纤维可刺激瘤胃壁，促进奶牛瘤胃蠕动和反刍，保持乳脂率。

奶牛日粮中要求至少含有15%～17%的粗纤维。一般高产奶牛日粮中要求粗纤维超过17%，干乳期和妊娠末期牛日粮中的粗纤维为20%～22%。用中性洗涤纤维表示，奶牛日粮中性洗涤纤维在28%～35%之间最理想。在实际生产中，奶牛日粮干物质中精料的比例不要超过60%，这样才可提供足够数量的粗纤维。

矿物质的需要

根据矿物质占动物体动物体比例的大小，可将奶牛康物质需要分为常量元素和微量元素，动物体比例在0.01%以上的为常量元素，包括钙、磷、钠、氯、镁、钾，硫，低于0.01%的为微量元素，包括铜、铁、锌、锰、钴、碘、氟、铬等。

(1) 钙和磷的需要

钙是奶牛需要量最大的矿物质元素，特别是对泌乳牛。奶牛体内的98%的钙存在于骨骼和牙齿中，其余的存在于软组织和细胞外液中。钙除了参与形成骨骼与牙齿以外，还参与肌肉的兴奋、心脏的节律收缩的调节、神经兴奋的传导、血液凝固和牛奶的生产等。钙的缺乏导致奶牛产奶量下降、采食量下降，出现各种骨骼症状，如幼龄动物的佝偻病，成年动物患软骨症，奶牛患乳热症（分娩瘫痪）。

磷除了参与机体骨骼的组成外，还是体内许多生理生化反应不可缺少的的物质，若磷不足，动物患佝偻病，成年动物患软骨症，生长速度和饲料利用率下降，食欲减退、异食癖、产奶量下降、乏情、发情不正常或屡配不孕等。

奶牛每天从奶中排出大量钙磷 ，由于日粮中钙磷不足或者钙磷利用率过低而造成奶牛缺钙磷的现象较常见。日粮的钙磷配合比例通常以1～2：1为宜。在我国《奶牛营养需要和饲养标准》（2004）表中详细的列出了母牛的维持、产奶、妊娠母牛的钙磷需要。即维持需要按每100千克体重给6克钙和4.5克磷；每千克标准乳给4.5克钙和3克磷可满足需要。生长牛维持需要按每100千克体重给6 克钙和4.5克磷；每增重一千克给20克钙和13克磷可满足需要。

(2) 食盐的需要

食盐主要有钠和氯组成。钠和氯主要分布于细胞外液，是维持外渗透压、酸碱平衡和代谢活动的主要离子。奶牛缺食盐会产生异食癖、食欲不振、产奶量下降等。食盐的需要量占奶牛日粮干物质进食量的0.46%或按配合料的1%计算即可。非产奶牛按日粮干物质进食量的0.25%～0.3%计算。奶牛维持需要的食盐量约为每100千克体重3克，每产1千克标准乳供给1.2克。

维生素的需要

维生素分为脂溶性和水溶性两大类。脂溶性包括维生素A、D、E和K，水溶性包括维生素B族和维生素C。维生素是奶牛维持正常生产性能和健康所必需的营养物质，具有参与代谢免疫和基因调控等多种生物学功能。维生素的缺乏会导致的各种具体的缺乏病，严重影响奶牛的正常生产性能。一般对于牛仅补充维生素A、维生素D、维生素E即可，维生素K可在瘤胃合成，而水溶性维生素瘤胃微生物均能合成。研究显示，在现代奶牛生产体系中，仅依靠瘤胃合成，某些水溶性维生素可能不能够满足高产牛的需要。

(1) 维生素A

维生素A对奶牛非常重要，它与视觉上皮组织、繁殖骨骼的生长发育，皮质酮的合成及脑脊髓液压都有关系。维生素A缺乏症表现为上皮组织皮质化、食欲减退，随后而来的是多泪、角膜炎、干眼病，有时会发生永久性失明，妊娠母牛维生素A缺乏会发生流产，早产胎衣不下，产出死胎畸形胎儿或瞎眼犊牛。

实际日粮中的胡萝卜素含量变化很大，而且在实际生产中根本也无从知道饲粮中胡萝卜素的实际含量。

特别在下列条件下应该着重考虑补充额外的维生素A：

a 低粗料饲粮：长期饲喂低粗料饲粮的牛只，其瘤胃对维生素A的破坏程度更高，胡萝卜素的摄入量更少。

b 以大量青贮玉米和少量的牧草为主的饲粮：这种饲粮中胡萝卜素的含量很少。

饲喂劣质粗料的饲粮。

c 处于围产期的奶牛：该时期奶牛的免疫活性降低，免疫系统对维生素A需要量增大。

(2) 维生素D

维生素D是产生钙调控激素1，25-二羟基维生素D的一种必须前体物，这种激素可提高小肠上皮细胞转运钙、磷的活性，并且增强甲状腺旁激素的活性，提高骨钙吸收，对于维持体内钙磷状况稳定，保持骨骼和牙齿的正常具有重要意义。1，25-二羟基维生素D还与维持免疫系统功能有关，通常促进体液免疫而抑制细胞免疫。维生素D的基本功能是促进肠道钙和磷的吸收，维持血液中的钙、磷的正常浓度，促进骨骼和牙齿的钙化。维生素D缺乏会降低奶牛维持体内钙、磷平衡的能力，导致血浆中钙、磷平衡的能力，导致血浆中钙、磷浓度降低，使幼小动物出现佝偻病，成年动物出现骨软化，在幼小动物中，佝偻病导致关节肿大疼痛。成年动物中，跛足病和骨折都是维生素D缺乏的常见后果。

由于奶牛对维生素D的需要量很难界定，通常认为奶牛采食晒制干草和接受足够太阳光照射的条件，就不需要补充维生素D，青绿饲料玉米青贮料和人工干草的维生素D的含量也较丰富，但给高产牛和干奶牛补充维生素，可提高产奶量和繁殖的性能。

(3) 维生素E

维生素E 的生理功能主要是作为脂溶性细胞的抗氧化剂，保护膜尤其是亚细胞膜的完整性，增强细胞和体液的免疫反应，提高抗病力和生殖功能。白肌病是典型的维生素临床缺乏病，繁殖紊乱，产乳热和免疫力下降等问题也与维生素E存在不同程度的关系。当硒充足时，给干奶期的奶牛添加维生素E，可降低胎衣不下、乳腺感染和乳房炎的发生率。

由于影响维生素E需要的因素较多，在实践生产中，可根据下列情况调整维生素E的添加量：

（1）饲喂新鲜牧草时减少维生素E的添加量。当新鲜牧草占日粮干物质50%时，维生素的添加量，较饲喂同等数量贮存饲草的低67%；

（2）当饲喂低质饲草日粮时，维生素E的添加量需要提高；

（3）当日粮中硒的含量较低时，需要添加更多的维生素E；

（4）由于初乳中α-生育酚含量较高，故在初乳期需要提高维生素E的添加水平；

（5）免疫力抑制期（如围产前期），需要提高维生素E的添加水平；

（6）当饲料中存在较多的不饱和脂肪酸及亚硝酸盐时，需要提高维生素E的添加水平；

（7）大量补充维生素E，有助于降低牛奶中氧化气味的发生。

(4) 维生素K

维生素K具有抗出血作用，正常情况下，奶牛瘤胃内微生物能合成大量的维生素K。

（5）水溶性维生素

瘤胃微生物能合成大部分的水溶性维生素（生物素、叶酸、烟酸、泛酸、维生素B6、核黄素、维生素B1、维生素B12），而且大部分饲料中都这些维生素含量都很高。犊牛哺乳期间的水溶性维生素需求可以通过牛奶满足。

水的需要

水是奶牛的最重要的营养素。生命的所有过程都需要水的的参与，比如维持体液和正常的离子平衡，营养物质的消化吸收和代谢，粪尿和汗液的排出，体热的散发等都需要水。

所以为保证奶牛的饮水量，我们要做到以下几点:

1 充足的饮水量，一般采取自由饮水；

2 优质的水源，饮水必须是干净，无污染的；有条件的同时要测试水的质量的，盐分、可溶固形物及可溶性盐、硬度、硝酸盐、PH值（6.5～8.5）、污染物、细菌含量等；

3 合理的饮水环境和条件，如水温，饮水器附近的地面要平坦、宽敞、舒适等。