2022年，我国大豆产量1 970万t，进口量9 500万t[1]。养殖业蛋白饲料资源紧缺导致近年来豆粕价格逐渐升高，严重制约着我国养殖业的健康发展[2]。为了降低饲料中玉米、豆粕占比，充分挖掘现有饲料资源，优化调整饲料配方结构，2021年农业农村部下达《饲料中玉米豆粕减量替代工作方案》。非蛋白氮（NPN）可以作为反刍动物的氮源饲料使用。20世纪70年代，部分欧美国家便将NPN作为蛋白饲料应用于反刍动物生产中[3]。Fariña等[4]研究发现，在53个欧美国家的高产奶牛场养殖场中，过半牧场的饲料蛋白原料选择了尿素，使用量仅低于豆粕和菜粕。我国于1990年开始研究尿素在反刍动物中的应用情况，中国农科院便在脲酶抑制剂方面取得巨大进展[5]。但是，快速育肥的高精料模式一直持续高能高蛋白的思路，在一定程度上造成了优质蛋白饲料的浪费。为此，在我国优质蛋白饲料紧缺的大背景下，本文总结了NPN饲料在反刍动物养殖中的应用效果，为节约优质蛋白饲料资源提供参考依据。1NPN概述NPN是指没有肽链结构的含氮化合物总称。动植物体内的NPN包括游离氨基酸、酰胺类、生物碱、铵盐、胆碱、硝酸盐等。在畜牧生产中用作饲料的NPN主要包括尿素、铵盐和缩二脲等[6]，其化学结构式见图1。上述化学物质对动物无能量效应，主要作用是为瘤胃微生物合成菌体蛋白提供氮源[7]。其中饲料级尿素是反刍动物饲料中最有效的NPN来源[8]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.19.027.F001图1尿素、缩二脲、铵盐的化学结构式2反刍动物利用NPN的机制大多数动物体内尿素是由蛋白质的分解代谢以及肝脏的转运产生的，会在胃肠道中被细菌尿素酶分解成氨[9]。但尿素循环对单胃动物的作用有限，相比之下，豆粕、菜籽粕等植物性蛋白原料可以被单胃动物更有效的吸收利用[10]。而尿素是一种反刍动物优异的蛋白来源。反刍动物利用NPN原理见图2[11]。由图2可知，瘤胃内降解尿素产生的NH3，一部分被微生物利用合成菌体蛋白，另外一部分被瘤胃上皮细胞吸收入血液，再由血液运输到肝脏，经鸟氨酸循环生成尿素。在肝脏产生的40%~80%的尿素，会经血液通过唾液和瘤胃上皮细胞回到瘤胃被微生物利用[12-13]。尤其在低蛋白日粮条件下，反刍动物可通过NPN来维持生长和生产[14-16]。但在使用NPN时，反刍动物瘤胃内能氮平衡至关重要，尿素在瘤胃内快速水解产生的高浓度的氨态氮（NH3-N）可能会超出瘤胃细菌的对其利用能力[12]，同时碳水化合物的发酵速度会直接限制动物对尿素的利用率[5]，对微生物蛋白质（MCP）产量造成不利影响，降低动物生产效率[6]。如果对NPN利用不当也会造成氨中毒，引发健康风险[17]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.19.027.F002图2反刍动物利用NPN的原理3NPN饲料对反刍动物的影响3.1NPN饲料对反刍动物瘤胃内环境的影响反刍动物瘤胃pH值相对稳定是保证反刍动物机体健康的前提[18]。瘤胃内挥发性脂肪酸（VFA）组成与饲料组成密切相关。丙酸作为葡萄糖合成的前体，有利于动物体的生长发育，在动物育成过程中发挥重要作用。通常瘤胃发酵类型为丙酸发酵类型时，动物的育肥效果更佳[19]。乙酸/丙酸是衡量能量利用效率的重要指标[7]。瘤胃NH3-N是饲料中含氮化合物在瘤胃中的降解产物，可以作为微生物蛋白合成的前体[20]，也会通过瘤胃壁吸收入血。因此，瘤胃中NH3-N浓度反映了瘤胃微生物对饲料蛋白质降解和微生物蛋白合成的动态变化情况。通过日粮调控的方式使饲料蛋白质降解生成的NH3-N尽可能地转化成微生物蛋白，并减少瘤胃壁对NH3-N的吸收，可提高反刍动物对氮的利用效率[21]。瘤胃微生物可以将饲粮中大部分含氮化合物分解为NH3，而尿素等NPN可以加快这一过程，提高微生物对NH3的摄取和加工，提高微生物蛋白的合成速度，优质可溶性碳水化合物也可加快这一过程。妮严等[22]在绵羊日粮中添加15 g/d的缓释尿素，发现绵羊瘤胃乙酸含量（50.86%）显著高于对照组，总VFA浓度（71.91 mmol/L）显著高于对照组，乙酸/丙酸（3.21）高于对照组。张娇娇[23]研究发现，分别以0、1%和1.5%的缓释尿素饲喂荷斯坦后备奶牛，瘤胃VFA浓度分别为44.91、52.12、53.06 mmol/L，VFA含量与日粮中尿素水平呈正相关，1%尿素组奶牛瘤胃pH值为6.79，显著低于其余两组的6.86、6.88。上述研究中NPN对VFA的影响可能是由于尿素在瘤胃内水解产生的NH3会刺激瘤胃上皮对丙酸的吸收，同时为纤维素分解菌提供氮源，促进纤维素降解产生乙酸，提高了瘤胃内VFA含量。当碳水化合物生成挥发性脂肪酸的速度和尿素的分解速度接近时，可以更好地合成菌体蛋白。但Rebelo等[24]研究发现，分别使用8 g/kg的包被尿素和普通尿素代替豆粕饲喂绵羊，未对瘤胃内环境指标产生显著影响。可见，NPN对瘤胃内环境的影响与动物、NPN添加形式及添加量等密切相关。3.2NPN饲料对反刍动物饲料利用率的影响养分消化率可以直观地反映动物对饲料的利用程度[21]。反刍动物瘤胃微生物可以将NPN转化为菌体蛋白供宿主利用。Zhou等[25]研究发现，分别给细毛羊饲喂蛋白水平在11.0%、16.7%、23.1%、29.2%的日粮，氮保留率分别为18.0%、23.9%、35.5%、31.1%，氮沉积量与饲粮氮含量呈正相关，但氮保留率在饲料氮含量达到29.2%时会下降。樊艳华[26]研究发现，分别给羯羊饲喂7.5％、10.5％、13.5％含氮量的日粮，绒山羊氮沉积率分别分为26.45%、28.26%、26.95%，随着含氮量的上升，氮沉积率随之上升，但在饲料蛋白含量过高时会出现下降趋势。张峰[27]研究表明，当日粮中尿素添加量达到2%时，绵羊沉积氮显著高于对照组。Grossi等[28]研究发现，在奶牛日粮中添加100 g/(头·d)尿素，奶牛干物质采食量为降低，日产奶量升高，饲料转化率升高。但也有研究表明，NPN的添加未对营养物质消化率产生显著影响。Rebelo等[24]研究发现，分别使用8 g/kg的包被尿素和普通尿素代替豆粕饲喂绵羊，并未对干物质消化率产生影响。李红光[29]试验发现，采用2%包被尿素代替部分日粮豆粕饲喂肉牛，试验组肉牛对粗蛋白质和有机物的消化率分别为66.93%和69.13%，与对照组之间无显著差异。NPN的添加对营养物质利用率的影响与瘤胃内易发酵碳水化合物和尿素水解速度密切相关，适宜的能氮平衡刺激了微生物的活动，进而增加了干物质营养物质的消化率。金鹿等[30]研究发现，分别给绒山羊饲喂蛋白含量为7.5%、10.5%、13.5%的日粮，绒山羊尿中尿素含量分别为27.10、52.80、62.97 mmol/L，粪中尿素含量分别为1.96、3.54、7.16 mmol/L，粪氮排放量和尿氮排放量与饲粮含氮量呈正相关，适宜添加量对生产性能及氮排放至关重要。而Saheed等[31]研究发现，缓释尿素可以显著提高饲料效率和蛋白利用率，添加缓释尿素可以使粪氮减少2.7%~3.1%。这可能是由于尿素在瘤胃内慢速降解产生的NH3促进了瘤胃微生物对含氮的利用，同时促进纤维分解菌对饲料粗纤维的分解速度，提高了瘤胃内微生物群体对含氮化合物的加工处理，提高了饲料利用率。但瘤胃内NH3-N含量过高会抑制瘤胃微生物的活性，降低微生物蛋白的合成量。Rodrigues等[32]研究发现，分别用0、2%、4%和6%的尿素处理的青贮料饲喂羔羊，干物质摄入量分别为648.3、660.0、616.2、548.8 g/d，各组之间无显著差异；干物质进食率分别为190.93、197.35、169.67、117.93 g/h，随着尿素添加量的增加，采食效率随之降低。Jihene等[33]研究发现，以尿素处理的小麦秸秆饲喂羔羊，未对平均日增重和消化率产生显著影响，但采食时间有所增加。这可能是由于饲料中添加尿素产生的刺激性气味对羔羊采食产生负面影响。为保证动物采食量以及采食速度，在实际应用中应当注意调整饲料的适口性，可以适当添加甜味剂和香味剂以掩盖尿素的气味，或者将尿素添加到适口性好但营养价值偏低的饲料中搭配使用。3.3NPN饲料对反刍动物生化指标的影响血液指标常常作为临床诊断疾病的基础，可反映动物机体全身或局部代谢情况和生理功能，分析血液相关代谢产物可快速评估动物机体的营养健康状况[34]。其中，血液尿素氮（BUN）、谷丙转氨酶（ALT）和谷草转氨酶（AST）是反映NPN对机体健康影响的关键指标。BUN是蛋白在体内代谢的终产物[35]，可以反映日粮氨基酸平衡和饲料蛋白的分解代谢。宋平等[36]研究发现，日粮蛋白水平对奶牛血液中BUN含量无显著影响。Tshuma等[37]分别使用4.4%、7.9%、14.0%的蛋白含量的TMR日粮饲喂奶牛，发现奶牛血液中BUN含量分别为2.5、3.5、7.5 mmol/L，随着饲粮蛋白含量的上升，BUN含量随之显著上升。李辉[38]研究发现，饲料蛋白含量越高，犊牛血清BUN的含量也会越高。何立荣等[39]研究发现，肉羊饲粮中分别添加0、7、14 g/d膨化尿素，肉羊血清中BUN含量分别为4.87、8.54、9.14 mmol/L，BUN浓度与尿素添加量呈正相关，各组肉羊血清中BUN含量差异显著。李玉帅[40]研究表明，在秦川肉牛日粮中添加0（对照组）、0.5%（U0.5）、1.0%（U1）、1.5%（U1.5）和2.0%（U2）的尿素，肉牛血液中BUN含量分别为3.717、3.719、3.721、3.899、3.913 mmol/L，其中U1.5组肉牛血液中BUN含量显著低于U2组，显著高于其余3组；肉牛血液中TP含量分别为61.09、64.32、67.11、63.71、62.08 g/L，其中U1组TP含量显著高于其余4组，U0.5组和U1.5组TP含量显著高于U2和对照组。这可能是由于尿素含量上升，使氨态氮浓度上升，微生物蛋白合成受阻，进入血液的尿素上升使血清尿素氮含量上升。Jihene等[33]研究发现，以尿素处理的小麦秸秆饲喂羔羊，羔羊血清中BUN、TP、ALB含量均低于对照组。尿素在瘤胃中的吸收速度较快，尤其是在瘤胃内水分含量较高时，可以迅速被吸收入血，导致血液氨浓度会迅速升高[41]。孙美杰等[42]研究发现，在日粮中添加尿素可以影响湖羊肝组织中的尿素氮的含量。在饲粮蛋白浓度一致的条件下，BUN含量越低代表饲料利用率越高，必需氨基酸含量与动物所需的氨基酸种类和数量更加接近[43]。由于尿素易溶于水，动物进食时饮水会加速尿素进入血液，所以在饲喂以尿素为蛋白原料的饲料时，应考虑饮水带来的尿素吸收加快现象，以防出现氨中毒。ALT和AST能够通过转氨基作用生成草酰乙酸和谷氨酸，ALT和AST是细胞内酶，细胞膜的通透性使ALT和AST等大分子不会轻易出现在细胞外，血液中ALT和AST活性能够直接反映动物机体肝功能[44]。细胞膜的保护作用使AST和ALT在心肌以及肝脏细胞中活性高，而在血液中的活性低，只有组织中细胞出现受损的情况下，才会致使大量的AST以及ALT进入血液，导致血液中谷丙转氨酶与谷草转氨酶活性升高[45]。Rodrigues等[32]研究发现，分别用0、2%、4%和6%的尿素处理的青贮料饲喂羔羊，各组羔羊血液中AST活性分别为73.83、69.00、71.12、68.62 U/L，ALT活性分别为19.52、19.12、16.87、16.87 U/L，不同尿素处理青贮对AST和ALT活性均无显著影响。李红光[29]研究发现，采用2%包被尿素代替日粮中部分豆粕，安格斯后备母牛血液中ALT和AST活性与对照组无显著差异，但ALB含量显著高于对照组。Jihene等[33]研究发现，以尿素处理的小麦秸秆饲喂羔羊，羔羊血液中ALB含量为25.3 g/L，显著低于对照组（52.1 g/L)。各个研究中尿素的安全添加量的结果不尽相同。但大多研究发现，尿素添加量过高时，血液中AST和ALT活性会显著上升[46]，表明尿素添加量过高会造成动物肝脏损伤。李玉帅[40]研究发现，在秦川肉牛日粮中添加2.0%的尿素，肉牛血液中AST活性显著提高。Sweeny等[47]研究发现，绵羊食用添加2%尿素的干草后，血液中ALT活性显著降低。张峰[27]研究发现，当日粮中尿素添加量达到2%时，采食后2 h，绵羊血清中AST、ALT活性显著高于对照组，表明肝脏出现损伤。而蒋加进等[48]研究发现，日粮中尿素添加量为4%时，山羊血液中ALT和AST活性显著提高，而添加量在2%以下时，并不会影响AST和ALT的活性。可见，各试验中尿素的安全添加量并不相同，存在较大差异，原因与饲喂动物种类、日龄以及饲粮组成结构有关。在实际生产过程中，应注意尿素添加量，同时采用合理的饲养管理方式，避免出现瘤胃氨中毒。3.4NPN饲料对反刍动物生长性能的影响Scott等[49]研究表明，在等能等氮的前提下，尿素可以适量代替豆粕作为反刍动物的蛋白来源，并不会对反刍动物的生长性能造成不利影响，甚至在适宜的条件下，可以取得比豆粕更好的饲喂效果，原因可能是适宜的饲料产生了足够的VFA，支持微生物利用NH3-N合成菌体蛋白，从而减少瘤胃中的游离氨，允许更大的尿素通量进入瘤胃，使反刍动物蛋白吸收效率更高。蒋加进等[48]研究发现，在山羊日粮中分别添加0、1.0%、2.0%的尿素，山羊平均日增重分别为69.03、60.95、63.33 g/d，添加尿素对平均日增重无显著影响。Cristina等[50]研究表明，使用1.5%尿素部分替代豆粕饲喂阿萨夫羔羊对生长速度、饲料效率、瘤胃发酵、肉品质均无不利影响，并且降低了饲料成本。赵二龙等[46]得到了与其相同的试验结果。Grossi等[28]研究表明，采用尿素作为氮源对奶牛乳脂率并无影响，瘤胃氮循环维持了瘤胃内NH3-N浓度，保证了微生物蛋白的合成。一些研究也表明，添加NPN改善了纤维的利用效率。才让措[51]在冬季牧草不足的情况下为牦牛补充尿素蜜浆舔砖，发现试验组牦牛的减重低于对照组。马青等[52]研究表明，采用经尿素调制的秸秆饲喂滩羊提高了滩羊的平均日增重。妮严等[22]在绵羊日粮中添加15 g/d的缓释尿素，发现绵羊平均日增重显著提高，料重比显著降低，平均日采食量无显著变化。李红光[29]在安格斯牛日粮中使用2%包被尿素代替部分豆粕，发现安格斯牛平均日增重提高了8.67%，料重比降低了7.5%。上述试验中NPN添加对动物生产性能的影响主要通过尿素在瘤胃内降解产生大量的NH3，促进了瘤胃内微生物对含氮化合物的分解和利用，同时增加纤维分解菌对饲料粗纤维的分解速度[53]，提高了整个瘤胃内微生物群体对含氮化合物的加工处理，提高了饲料转化率。但当日粮中的NPN添加量超过一定范围则会引起生长性能、泌乳性能及繁殖性能等的下降[54]。4结论NPN饲料是一种价格低廉的蛋白饲料资源，与优质植物性蛋白饲料相比，适量使用不会影响反刍动物机体健康状态和生产性能。但目前仍存在一些问题需要深入研究：不同日粮结构下NPN的安全添加量尚不明确；不同生长阶段反刍动物的安全使用量需要进一步研究；缓释产品包被壁材有待进一步改进以降低成本；NPN吸收代谢的调节机制尚不明确；使用NPN对温室气体排放及环境安全的影响需要进一步探讨；NPN饲料的使用对畜产品品质的影响需要研判。因此，未来需要对NPN饲料进行深入研究，以缓解我国蛋白饲料资源短缺的现状。