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문제 정의
- 하지만, 국내 사료자원과 반추동물을 이용한 자료가 절대적으로 부족한 현실에서 CNCPS 모델 추정식에 의한 예측자료는 국내 현장 적용하기에는 한계가 있으며, 이는 CNCPS 모델의 검증과 정확한 한국젖소사양표준의 제정을 위해서 국내 in vivo 시험을 통한 기초 자료의 확보가 절실히 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 저단백질 섬유질배합사료(TMR)를 기초사료로 급여한 홀스타인 거세우를 대상으로 CNCPS에서 제시한 nitrogen (N) fractions (A, B1, B2, B3 및 C fractions; Licitra et al., 1996)별로 다량 함유된 단백질을 선정하여 생체급여한 후 반추위 발효패턴과 혈액대사생리에 미치는 영향을 조사하고자 실시하였다.
- 본 연구는 반추위 캐뉼라를 장착한 홀스타인 거세우 4두(평균체중 401.0±2.2 kg)를 공시하여 단백질 수준이 낮은(CP 9.63%) TMR 급여 시 CNCPS에서 제안하는 단백질 fraction별 다량 함유된 단백질 공급이 반추위 발효패턴 및 혈액대사물질에 미치는 영향을 조사하고자 실시하였다.
가설 설정
- a)All experimental steers had free access to water and a mineral block during the entire experiment.
- b)DM - dry matter.
제안 방법
- Changes in ruminal pH of steers fed TMR containing low crude protein supplemented with various protein. Treatments were TMR only (◆), TMR with rapeseed meal (■), TMR with soybean meal (▲) and TMR with perilla meal (X), respectively.
- 전 시험기간 동안 사료는 전량 섭취되었고, 물과 미네랄 블록은 자유 섭취시켰다. 각 피리어드 당 사료섭취량 결정을 위해 체중 측정은 적응기 및 각 피리어드 종료 시 측정하였다. 사료의 일반성분은 AOAC(1995)법에 의해 분석하였고 ADF와 NDF함량은 Georing과 Van Soest(1970)의 방법에 의해 분석하였다(Table 2).
- 각 피리어드 마지막 날(21일째) 반추위 캐뉼라를 통해 오후 사료 급여 후 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8 h에 반추위 소화액을 채취하여 8겹의 cheesecloth으로 필터링한 후 즉시 pH를 측정하였고, 동시에 암모니아-N와 휘발성지방산(VFA) 측정을 위해 채취하였다. 암모니아-N은 Choi와 Oh(2011)의 방법에 따라 반추위액 10 ml당 HgCl2포화용액 1 ml을 넣고 3,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상층액을 1.
- 처리구에 사용된 단백질은 CNCPS 분석결과에 따라 A와 B1 fraction 함량이 높은 사료로 채종박, B2 fraction이 높은 사료로 대두박 및 B3와 C fraction이 높은 사료로 임자박을 선발하였고, 기초사료인 TMR 섭취량의 30% 대체 급여하였다. 반추위 소화액은 오후 사료 섭취 후 1시간 간격으로 채취하여 반추위 pH, 암모니아-N 및 휘발성지방산(VFA) 분석을 대비하였고, 혈액은 반추위 소화액 채취종료 후 경정맥을 통해 채취하였다. CNCPS fraction별 단백질 공급은 반추위 pH에 영향을 미치진 못하였으나(p＞0.
- 반추위 캐뉼라를 장착한 홀스타인 거세우 4두(평균체중 401.0±2.2 kg)를 공시하여 사료 및 대사케이지 적응기(28일)에는 저수준의 CP (9.63 %)이 함유된 TMR을 자유채식 시켰다.
- 혈액은 매 period 마지막 날 경정맥에서 10 ㎖의 혈액을 채취한 후, 24시간 냉장보관 후 원심분리(3,000 rpm, 15분)하여 혈장을 분리하고, 분석 시까지 –70℃ 초저온 냉동고에 보관하였다. 분리된 혈장은 albumin, glucose, triglyceride, creatitnine, total protein, blood urea nitrogen (BUN) 등 혈액대사물질은 자동 혈액 분석기(Modular Analytics, Roche, Germany)를 이용하여 분석하였다.
- 시험설계는 4 × 4 라틴방각법에 의해 수행되었고, 이에 따라 시험구는 TMR 급여구(대조구), TMR + 채종박 급여구(AB1), TMR + 대두박 급여구(B2), TMR + 임자박 급여구(B3C)로 각각 구분하였고, 각 피리어드 당 21일 총 112일(적응기 포함)동안 수행되었다.
- 시험설계는 4 × 4 라틴방각법에 의해 수행되었고, 이에 따라 처리는 TMR 급여구(대조구), TMR 및 채종박 급여구(AB1), TMR 및 대두박 급여구(B2), TMR 및 임자박 급여구(B3C)로 각각 구분하였다.
- 시험설계는 4 × 4 라틴방각법에 의해 수행되었고, 이에 따라 시험구는 TMR 급여구(대조구), TMR + 채종박 급여구(AB1), TMR + 대두박 급여구(B2), TMR + 임자박 급여구(B3C)로 각각 구분하였고, 각 피리어드 당 21일 총 112일(적응기 포함)동안 수행되었다. 처리구의 단백질 급여는 기초사료인 TMR의 CP 30%를 선발된 단백질 사료를 이용하여 대체, 전 시험구의 급여 CP가 일정하도록 설계하였다. 전 시험기간 동안 사료는 전량 섭취되었고, 물과 미네랄 블록은 자유 섭취시켰다.
대상 데이터
- 단백질 fraction별 대표사료를 선정하기 위해 기존의 문헌을 통해 후보사료를 1차 검색 후 그 중 fraction별 함유량이 높고 국내에 사용되고 있는 사료로 선발하였다(Choi, 2003; Choi et al., 2015; Jin, 2011; Licitra et al., 1996). 선발된 사료는 Licitra 등(1996)이 제안한 분석방법에 의거하여 N fraction을 분석하되(Table 1), 국내 통용되고 있는 사료 중 A와 B1 fraction 및 B3와 C fraction을 구분하여 특이적으로 높고, 동시에 다른 N fraction은 낮은 사료를 선발하기는 현실적으로 어렵기 때문에 시험의 원활한 수행을 위해 A와 B1 대표사료로 채종박, B2 대표사료로 대두박 및 B3와 C 대표사료로 임자박을 최종 선정하였다.
- 본 실험은 온도 및 습도 자동 제어 시스템이 설치되어 있는 대구대학교 생명환경대학 지구온난화 연구동에서 수행되었다. 반추위 캐뉼라를 장착한 홀스타인 거세우 4두(평균체중 401.
- , 1996). 선발된 사료는 Licitra 등(1996)이 제안한 분석방법에 의거하여 N fraction을 분석하되(Table 1), 국내 통용되고 있는 사료 중 A와 B1 fraction 및 B3와 C fraction을 구분하여 특이적으로 높고, 동시에 다른 N fraction은 낮은 사료를 선발하기는 현실적으로 어렵기 때문에 시험의 원활한 수행을 위해 A와 B1 대표사료로 채종박, B2 대표사료로 대두박 및 B3와 C 대표사료로 임자박을 최종 선정하였다.
- 시험설계는 4 × 4 라틴방각법에 의해 수행되었고, 이에 따라 처리는 TMR 급여구(대조구), TMR 및 채종박 급여구(AB1), TMR 및 대두박 급여구(B2), TMR 및 임자박 급여구(B3C)로 각각 구분하였다. 처리구에 사용된 단백질은 CNCPS 분석결과에 따라 A와 B1 fraction 함량이 높은 사료로 채종박, B2 fraction이 높은 사료로 대두박 및 B3와 C fraction이 높은 사료로 임자박을 선발하였고, 기초사료인 TMR 섭취량의 30% 대체 급여하였다. 반추위 소화액은 오후 사료 섭취 후 1시간 간격으로 채취하여 반추위 pH, 암모니아-N 및 휘발성지방산(VFA) 분석을 대비하였고, 혈액은 반추위 소화액 채취종료 후 경정맥을 통해 채취하였다.
데이터처리
- 본 실험의 결과는 SAS package program(2002)의 GLM(general linear model)을 이용하여 분산분석하고, 시험구의 평균간 비교는 Duncan’ multiple range test (5% 유의수준)로 하였다(Steel and Torrie, 1980).
이론/모형
- Fraction was analyzed according to the method of Licitra et al. (1996).
- Table 1. Nitrogen fractionation (% of CP) of experiment feeds by CNCPS method.
- 5 ml microtube에 담아 냉동보관(-70℃)하였고, 분석 시 시료를 spectrophotometer (UVIKON 923 Double beam UN/VIS, Milan, Italy)를 이용하여 630 nm에서 optical density값을 측정하였다. VFA분석은 반추위액 10 ml당 HgCl2 포화용액 1ml, 25% phosphoric acid 2 ml 및 internal standard로 pivalic acid 0.4 ml를 첨가한 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리 후 상층액을 1.5 ml microtube에 담아 냉동보관(-70℃)하고, Erwin 등(1961)의 방법에 따라 gas-chromatography (varian model CP-3800, USA)로 분석하였다.
- 각 피리어드 당 사료섭취량 결정을 위해 체중 측정은 적응기 및 각 피리어드 종료 시 측정하였다. 사료의 일반성분은 AOAC(1995)법에 의해 분석하였고 ADF와 NDF함량은 Georing과 Van Soest(1970)의 방법에 의해 분석하였다(Table 2).
- 각 피리어드 마지막 날(21일째) 반추위 캐뉼라를 통해 오후 사료 급여 후 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 및 8 h에 반추위 소화액을 채취하여 8겹의 cheesecloth으로 필터링한 후 즉시 pH를 측정하였고, 동시에 암모니아-N와 휘발성지방산(VFA) 측정을 위해 채취하였다. 암모니아-N은 Choi와 Oh(2011)의 방법에 따라 반추위액 10 ml당 HgCl2포화용액 1 ml을 넣고 3,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상층액을 1.5 ml microtube에 담아 냉동보관(-70℃)하였고, 분석 시 시료를 spectrophotometer (UVIKON 923 Double beam UN/VIS, Milan, Italy)를 이용하여 630 nm에서 optical density값을 측정하였다. VFA분석은 반추위액 10 ml당 HgCl2 포화용액 1ml, 25% phosphoric acid 2 ml 및 internal standard로 pivalic acid 0.
성능/효과
- BUN 농도에서는 대두박과 채종박이 급여된 B2와 B3C구가 대조구에 비해 유의적으로(p＜0.05), AB1구보다는 수치적으로 높게 나타났다. BUN은 반추동물에 있어서 질소의 축적 현상을 가늠할 수 있는 중요한 index인데, BUN 농도는 단백질 합성이 일어나는 조직에서의 질소 축적 현상을 반영하는 것으로(Enright et al.
- 반추위 소화액은 오후 사료 섭취 후 1시간 간격으로 채취하여 반추위 pH, 암모니아-N 및 휘발성지방산(VFA) 분석을 대비하였고, 혈액은 반추위 소화액 채취종료 후 경정맥을 통해 채취하였다. CNCPS fraction별 단백질 공급은 반추위 pH에 영향을 미치진 못하였으나(p＞0.05), B3C구는 다른 시험구에 비해 수치적으로 낮게 나타났다. 암모니아-N 및 VFA 역시 시험구간 통계적 유의성은 나타나지 않았다(p＞0.
- , 1996). 기초사료로 급여된 TMR의 N 분획 결과, 용해성 단백질(A 및 B1)은 채종박과 유사하며 난용해성 및 불용성 단백질(B2, B3 및 C)은 대두박과 유사한 N fraction 구성을 보였다.
- 8 mg/l로 나타났다(Table 3). 암모니아-N 농도는 시험구간 통계적 유의성은 나타나지 않았지만(p＞0.05), 수치적으로 B2와 B3C구의 농도가 높게 나타났다. 일반적으로 반추위액 암모니아-N 농도가 50 mg/l 이상을 유지하면 미생물체 단백질의 합성량을 극대화할 수 있으며 특별히 반추위 미생물의 발효를 억제하지 않는 점을 고려할 때(Choi and Oh, 2011), 본 연구의 공시축은 정상적인 반추위 대사를 가졌다고 보여진다.
- 일일 평균 반추위 소화액 암모니아-N 농도는 대조구, AB1, B2 및 B3C구에서 각각 74.8, 102.1, 130.8 및 129.8 mg/l로 나타났다(Table 3). 암모니아-N 농도는 시험구간 통계적 유의성은 나타나지 않았지만(p＞0.
- 63 %)이 함유된 TMR을 자유채식 시켰다. 적응기 후 본 시험에서는 대사시험의 결과해석의 효율성을 위해 최소 증체유도(또는 미증체) 및 공시사료 전량섭취 유도를 위해 한국젖소사양표준에서 제시하고 있는 건물섭취량보다 낮게 체중대비 2.0% 수준으로 급여하였다(RDA, 2012). 시험설계는 4 × 4 라틴방각법에 의해 수행되었고, 이에 따라 시험구는 TMR 급여구(대조구), TMR + 채종박 급여구(AB1), TMR + 대두박 급여구(B2), TMR + 임자박 급여구(B3C)로 각각 구분하였고, 각 피리어드 당 21일 총 112일(적응기 포함)동안 수행되었다.
후속연구
- 2 and Table 4). 그러나 일반적으로 알려져 있는 CP 수준이나 용해성 단백질 급여가 많아질 때 반추위 암모니아-N 농도 역시 증가하고 이에 따라 BUN 농도 역시 증가된다는 기존 연구 결과(Armentano et al., 1993; Choi and Oh, 2011; Lee, 2006)를 고려하면 본 연구에서 용해성 N fraction이 높은 AB1구의 낮은 암모니아와 BUN 농도는 설명하기 한계가 있다. 다만, 이는 사료의 용해성 N fraction 역시 반추위에서 모두 이용되지 않고 하부소화기관으로 유입될 수 있음을 제시한 연구결과(Choi, 2003)에 비추어 볼 때, 반추위 암모니아-N 수준과 반추위 벽을 통한 흡수량이 다를 수 있음을 의미하며 그 기전의 출발점으로 급여된 기초사료의 낮은 CP 수준에서 기인할 수 있을 것으로 추측된다.
- 또한, Armentano 등(1993)은 용해성 단백질 농도가 높으면 반추위액 암모니아-N 농도가 증가한다고 보고한 바 있다. 따라서, 반추위 pH 패턴에서 언급한 바와 같이 본 연구에서 사용된 기초사료의 낮은 CP 수준이나 반추위 미생물 등 다양한 사양요인에서 기인할 수 있는 바(Henning et al., 1993; McAllister et al., 1990), 향후 기초사료의 CP수준에 따른 추가 연구가 필요할 것으로 생각된다.
- 다만, 이는 사료의 용해성 N fraction 역시 반추위에서 모두 이용되지 않고 하부소화기관으로 유입될 수 있음을 제시한 연구결과(Choi, 2003)에 비추어 볼 때, 반추위 암모니아-N 수준과 반추위 벽을 통한 흡수량이 다를 수 있음을 의미하며 그 기전의 출발점으로 급여된 기초사료의 낮은 CP 수준에서 기인할 수 있을 것으로 추측된다. 따라서, 향후 기초사료의 CP 수준에 따른 N fraction 관련 반추위 생체 대사기전의 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 하지만, CNCPS 모델에서는 A 및 B1 fraction은 반추위내에서 매우 빨리 분해되므로 100% 분해되는 것으로 간주하며(RDA, 2012), 이는 유사한 사료섭취조건 하에서는 반추위 분해속도가 빠른 단백질이 다량 급여될 때 반추위 pH가 급격히 감소한다는 기존 연구와는 다소 상반된 결과이다(Lee, 2006). 이것은 기초사료의 CP수준(9.63%; see Table 2)에 따라 CNCPS 모델 적용이 달라질 수 있음을 의미하는 것으로 추가 연구가 필요하다고 판단된다.
- 이 결과는 단백질 사료의 종류가 VFA 농도에 특별한 영향을 주지 않는다는 기존 연구결과와 일치하였다(Pritchard and Males, 1985). 하지만, 기초사료(또는 추가사료)의 단백질의 수준이 반추위 미생물의 종류와 활성에 영향을 줄 수 있으므로(Jin, 2011; Wallace, 1988) 본 연구결과는 향후 기초사료의 단백질 수준과, N fractionation 그리고 VFA 패턴 간의 상호관계 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
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