生長激素在乳牛飼養管理之應用

摘要

        酪農們飼養的乳牛在注射牛生長激素(BST)後可以大量提高產乳量10-40％，所產牛乳成份不變，人們飲用無安全顧慮。在泌乳初期注射BST其增加產乳量之效果不佳，因此建議在達泌乳高峰後才開始注射為佳。此外，泌乳初期時牛隻已呈能量負平衡狀態，在此期注射BST將使其能量負平衡狀態更為惡化，因而降低繁殖效率，建議在其達能量正平衡狀態或第二次人工受精後才注射BST。不論在有無熱緊迫環境下牛隻注射BST都有近似增加產乳量效果，然而，此並不排除在熱緊迫環境下牛隻注射BST與否，都應提供牛隻冷卻系統以降低熱緊迫之重要性。牛隻經過連續四個泌乳期注射長效性BST，其增加產乳量之效果未減低，但若每日注射短效性BST其增加產乳量之效果，在第二個泌乳期就開始減低。良好的飼養管理制度及利用BCS來評估牛隻的營養狀態為牛隻注射rBST成功與否的要件。

一、前言

        早在五十多年前俄國人就發現牛隻注射牛腦下垂體萃取物可以提高產乳量(Azimov and Krouze, 1937)，在民國38年英國人Cotes等證明腦下垂體萃取物中可以提高產乳量的物質為BST而非泌乳素(prolactin)或激腎上腺皮質素(ACTH)，然而，欲達提高產乳量效果需要大量牛隻腦下垂體，使得這些發現無法商業化應用。直到1980年代DNA重組技術的快速發展，生長激素才得以大量生產。在重組牛隻生長激素(recombinant bovine somatotropin；rBST)產品開發後，已有超過二萬頭乳牛參與一千項以上的rBST試驗，經過無數學者、專家及酪農們的研究、試驗及討論，美國食品與藥物管理局(FDA)就(1)rBST可以增加產乳量；(2)注射rBST牛隻所產牛乳其成份與未注射者無異；(3)對人體及牛隻健康無不良影響；(4)對環境影響不大等事實終於同意孟山都(Monsanto)公司所生產的rBST(Posilac)R可於民國83年2月起於美國銷售，上市三個月就已賣出超過一百萬支針劑。雖然如此，仍有不少酪農及乳品公司等因害怕競爭不過大乳牛場或消費者的拒買這些牛乳，因而反對使用rBST。目前rBST已於美國、墨西哥、巴西、哥斯達黎加、捷克等國使用，如果rBST將來在台灣核准上市，那麼，不管您是否喜歡使用rBST，我們必須知道如何使用這項科技產物，如何管理rBST牛，以及如果決定不使用rBST，應如何從飼養管理上改進來和採用rBST的乳牛場競爭。

二、什麼是重組牛隻生長激素？

        重組牛隻生長激素(rBST)是近代生物科技的產物，它是由牛體先分離出天然BST基因，再將此基因嵌入大腸桿菌(E. coli)內，經繁殖發酵、分離及純化產生rBST。目前在美國有四家公司研究生產rBST，包括普強(Upjohn)公司所生產與牛隻腦下垂體所分泌之天然生長激素完全相同者；孟山都公司的生長激素(Posilac)R則在氮端(N-terminus)以甲硫胺酸(methionine)取代(alanine)；氰胺公司的生長激素較天然生長激素多了三個胺基酸，包括甲硫胺酸、天門冬胺酸(aspartate)及甘胺酸(glycine)；而禮來公司的生長激素(Optiflex)R則較天然生長激素多了八個胺基酸，包括甲硫胺酸、苯丙胺酸(phenylalanine)、脯胺酸(proline)、白胺酸(leucine)、天門冬胺酸及離胺酸(lysine)。

三、牛隻注射rBST對產乳量的影響

       (一)每日注射或每隔14或28天注射rBST以及注射不同劑量對產乳量的影響

        牛隻不論是採每日注射rBST或每隔14或28天注射長效性緩慢釋放(prolonged-release injections)的rBST，均可有效地提高產乳量10-40％。平均每日注射劑量由5至50mg，但以注射20-40 mg／d效果最佳(表1)。由於每日注射rBST會增加勞力及牛隻緊迫，因此，目前之研究及行銷均朝向長效性緩慢釋放的rBST。目前在美國唯一核准生產的rBST即為自產後60天起，每隔14天注射500mg(平均35.7mg／d)者。

表1. 牛隻注射不同劑量rBST對產乳量(kg／d)的影響

        (二)不同泌乳期牛隻注射rBST對產乳量的影響

        在泌乳初期注射rBST其增加產乳量之效果不佳，其可能原因有二：(1)泌乳初期牛隻腦下垂體分泌之BST較其他泌乳期為高，所以經由注射rBST來使BST量再增加之效果有限(Bines and Hart, 1982)；(2)在泌乳初期注射rBST使牛隻更呈能量負平衡狀態(Huber, 1995)。表2顯示不同泌乳期注射rBST對產乳量(kg／d)增加的影響。牛隻自泌乳開始60天後注射rBST，產乳量增加程度持續上升至泌乳開始後24週，在第25至30週間產乳量增加程度則較和緩(Sullivan et al., 1992)。另一項在亞利桑那大學的研究顯示，即使牛隻在平均泌乳天數424天(範圍自泌乳開始279-560天)時才開始注射rBST(500 mg／d)，仍然可以提高產乳量，即自注射前30天之16.1 kg／d增加為注射後30天之20kg／d(Huber et al., 1995)。

表2. 不同泌乳期注射rBST對產乳量(kg／d)增加的影響

        (三)不同品種牛隻注射rBST對產乳量的影響

        在世界不同地區(北美、南美、歐、亞、澳、非)的不同品種乳牛，甚至包括摩拉(Murrah)水牛，在注射rBST後均能提高產乳量，且有類似效果(NRC, 1944)。一項在巴西的研究(Fontes et al., 1993)，荷蘭與肩峰牛混種之乳牛(1／4至1／2肩峰牛)連續注射rBST 24週(0,250,或500mg／14d)其產乳量分別為11.6, 14.1和14.2kg／d，顯示不同品種牛隻注射rBST亦可提高產乳量，在此亦發現就低產混種乳牛而言，牛隻注射rBST 250或500 mg／14d對其產乳量增加程度沒有很大差別(21.6％ vs 22.4％)。表3顯示除了荷蘭牛外，娟珊牛(Jersey)、瑞牛黃牛(Brown Swiss)及埃爾夏牛(Ayrshire)在注射rBST後亦能提高產乳量。

        (四)不同產次牛隻注射rBST對產乳量的影響

        一般而言，產次越高其產乳量增加百分比也越高(表3)。表3亦說明了初產牛注射足夠劑量的rBST亦可達相當效果。表4顯示不同產次牛隻注射rBST對產乳量的影響，不論就產乳量、3.5％乳脂校正乳或成熟相當產乳量(ME)增加的程度而言，注射rBST的初產牛均較經產牛為低。NRC(1994)指出多數研究結果顯示經產牛注射rBST有較佳效果，但亦有七個研究結果證明兩者注射rBST有類似效果，可能因兩者產乳量不同、泌乳曲線不同及初產牛尚未達成熟體重，有較高生長需要性。

表3. 不同品種牛隻及不同產次之荷蘭牛對產乳量(kg／d)增加的影響^a

        表4. 不同產次牛隻注射rBST對整個泌乳期產乳量增加的影響

       (五)不同泌乳量牛隻注射rBST對產乳量的影響

        表5為不同泌乳量牛隻注射rBST的結果。根據牛隻在參與試驗前的產乳量將其分為低產(27 kg／d)，中產(32kg／d)及高產(39 kg／d)三組，發現低產牛較高產或中產牛增加產乳量之程度為高(Sullivan et al., 1992)。

表5. 不同泌乳量牛隻注射rBST對產乳量的影響

        (六)不同環境溫度對牛隻注射rBST對產乳量的影響

        圖2顯示不同溫濕度之環境溫濕度指數(temperature-humidity indexes；THI)及其對牛隻受緊迫程度的影響。一般而言，當THI大於72時，牛隻即受到熱緊迫。牛隻長期受強度熱緊迫(即在THI大於80時)，如果沒有任何冷卻系統或減少牛隻不適之措施，其攝食量會下降並導致產乳量下降25-35％。牛隻注射 rBST其體溫會稍微上升，體內生熱增加(Sullivan et al., 1992；West, 1994)，但都在正常範圍內，而且未注射rBST的牛隻在增加產乳量時亦有類似現象(Tyrrell et al., 1988)，此外，rBST牛亦有較大散熱能力(West, 1994)，因此，我們並不能下結論說牛隻注射rBST導致其受較大熱緊迫(NRC, 1994)。表6顯示即使在熱緊迫環境下牛隻注射rBST可以增加產乳量3.4-48.6％(平均約18％)。表7則為不同環境溫度下牛隻注射rBST對產乳量的影響。表6及表7的結果亦說明了在熱緊迫環境下牛隻注射rBST與無緊迫環境下注射rBST者其產乳量增加的程度類似。

表6. 熱緊迫環境下，牛隻注射rBST對產乳量的影響

       表7. 不同環境溫度下，牛隻注射rBST對產乳量的影響

        (七)牛隻常期注射rBST對產乳量的影響

        表8牛隻經過連續四個泌乳期注射緩慢釋放性的rBST，其增加產乳量之效果未減低，但若使用每日注射的rBST其增加產乳量之效果，在第二個泌乳期就開始減低。造成這種差異的原因未知，可能因早期有關於每日注射的rBST的時間多在分娩後4-5週(而非9-13週)或因其體型分數在注射前就比未注射rBST的牛隻為低(Huber, 1995)。此外，牛隻經過連續四個泌乳期注射rBST較未注射rBST的牛隻增重較大(195 vs 143kg)，同時在第二個泌乳期之後其乳脂及乳蛋白率稍為減低(Huber et al., 1993)。一項在以色列的研究亦發現rBST牛之體重有增加情形(Lotanetal., 1993)，但其他長期性研究並未發現rBST牛之體重有增加或乳成份改變情形。

表8.長期注射rBST對產乳量(kg／d)的影響

四、牛隻注射rBST對乳成份的影響

        泌乳階段、遺傳、年齡、日糧組成、牛隻營養狀況、環境及季節等均會導致一般牛隻之乳脂及乳蛋白率有些許差異，rBST牛所產牛乳之成份亦受這些因素影響而有不同(NRC, 1994)，並非因注射rBST而影響其所產牛乳之乳成份(表9)。牛隻在剛開始注射rBST時，乳脂率會上升而乳蛋白率會下降，因此時牛隻會移動積存體內積存之脂肪及蛋白質以滿足其因產乳量增加而導致營養需要量的增加。當我們持續注射rBST後，牛隻會增加採食量來滿足泌乳需求，並補充體內積存之脂肪及蛋白質，此時rBST牛之乳脂及乳蛋白率不變。就牛隻注射rBST之整個泌乳期而言，其所產牛乳之乳成份不變(NRC, 1994)。

表9. 牛隻注射rBST對乳成份的影響

五、牛隻注射rBST對繁殖性能的影響

        一般說來，如果牛隻在產後60天之內注射rBST(每日注射25mg以上或隔週注射500mg)，對其繁殖會有不利影響─如空胎期增加10-20天，產仔間距亦會增加(Huber, 1995)。在泌乳初期時牛隻已因產乳量的增加但攝食量增加程度有限，使得牛隻必需靠體內積存之脂肪及蛋白質來維持高產乳量，體重下降(圖3)，而呈能量負平衡狀態，在此期注射rBST將使其能量負平衡狀態更為惡化，因而降低繁殖效率。有些酪農喜歡在牛隻體型分數增加後或已確定懷孕時才給牛隻注射rBST。在此建議在產後至少60天及勿遲於第二次AI前給牛隻注射rBST(Huber, 1995)。表10說明了在適當時間給牛隻注射rBST可增加產乳量，但對繁殖不至於有不利影響。

表10. 牛隻注射rBST對產乳量及繁殖性能的影響

六、牛隻注射rBST所產牛乳之安全性

        牛隻注射rBST之牛乳可為人們安全飲用其理由如下：

        1. 牛乳中原已含微量BST。

        2. 注射rBST牛隻其乳成份與未注射者無異。

        3. 牛乳所含之BST在殺菌處理過程中已大部分被破壞。

        4. 即使牛乳經殺菌處理後仍有少量BST未被破壞，由於BST屬於蛋白質類荷爾蒙，人們飲用牛乳後，會被蛋白質分解酵素消化分解，因而失去活性。

        5. BST和人生長激素的氨基酸組成之共同性只有68％(表11)，研究顯示即使注射BST於人體內亦無影響，更不用論口服BST對人的影響了。

表11. 不同品種動物生長激素之胺基酸組成共同性

七、牛隻注射rBST之經濟效益

        表12列舉不同產乳量牛隻在注射rBST後於冬、夏季可能增加之收入。假設一乳牛場牛群其夏季平均產乳量為17kg／d，冬季平均為20 kg／d，注射rBST者於夏季及冬季可分別提高產乳量約2.55kg／d及3kg／d(以增加產乳量15％計)，若以夏季乳價＄20.73／kg及冬季乳價＄13.42／kg計算(Jacobson and 吳明敏，1994)，在夏季及冬季每頭每天可分別增加收入＄52.9及＄39.7。就成本支出的增加而言，目前在美國的rBST(Posilac)𣈳是以推廣價每劑5.80美元(稅前)賣出，預期將來可能以每劑＄7元賣出。假設將來在台灣的售價為10美元(約台幣280元)，即每頭牛每日注射的rBST費用為台幣20元，若勞力費用因增加注射及榨乳時間而增加台幣2元，兩者成本相加達台幣22元。此外，我們亦需計算牛隻在注射rBST後所增加之飼料成本(一般說來飼料攝食量增加5-10％)。根據NRC(1989)，每增加一公斤牛乳需額外增加日糧能量0.682Mcal，若所配飼料之泌乳淨能為1.6Mcal／kg，飼料所含乾物質為50％(TMR)，其增加之飼料成本夏季為15.2元〔((2.55kg×0.682 Mcal／kg)÷1.6 Mcal／kg)×2×＄7／kg〕，冬季為17.9元〔((3.0kg×0.682 Mcal／kg)÷1.6 Mcal／kg)×2×＄7／kg〕。因此，在夏季牛隻注射rBST可獲得較高收益。上述僅為粗略之估算，酪農們應依實際增加產乳量和乳價、飼料增加攝食量和飼料價格、rBST將來在台之售價及實際勞力增加成本等詳加計算來決定是否採用rBST。

表12. 不同產乳量牛隻在注射rBST後於冬、夏季可能之增加收入

八、BST牛群的飼養與營養管理

        飼養管理制度的好壞對牛隻注射rBST是否有效果有很大的關係，好的飼養管理制度使牛隻增加的產乳量能達到最大(表13及圖4)。雖然，牛隻注射rBST使其體內營養成份再分配(repartitioning)以利於生產更多牛乳，但其日糧仍應足夠的必需營養分。因此，為使rBST牛能產最多牛乳，我們應在飼料上做一些改變，注意過瘤胃蛋白(bypass protein)、加工穀物(如蒸氣壓片等)、添加脂肪如棉實仔、全脂大豆、牛油及過瘤胃脂肪等；日糧總脂肪量勿超過6-7％、菸鹼酸(niacin)及瘤胃緩衝物(buffers；如小蘇打及氧化鎂等)。此外，注意日糧陽陰離子平衡(dietary cation-anion balance；DCAB)，亦有助於產乳量的提升。為了使注射rBST的牛隻有最佳產乳效果，我們必須使牛隻維持足夠的飼料及能量採食量(包括乾乳牛及泌乳牛)。rBST牛若無足夠飼料供給或因注射rBST而使其體型分數(body condition score；BCS)大量減低(超過0.5)，或因不良管理而使BCS過低等均易使牛隻產乳量增加效果不彰。因此，利用BCS來評估牛隻的營養狀態亦為牛隻注射rBST成功與否的關鍵，BCS亦是使用TMR成功與否的要件之一。表14顯示不論是初產牛或經產牛，注射rBST及每日榨乳三次有最佳產乳效果，而未及注射rBST牛隻必須每日榨乳三次，才能與注射rBST牛隻每日榨乳二次之產乳量相近(Speicher et al., 1994)。

表13. 飼養管理的好壞對產乳性能的影響

表14. 榨乳頻率與rBST對產乳量(kg／d)的影響

九、熱緊迫環境下BST牛群的管理

        在熱緊迫下牛隻注射rBST的效果主要視緊迫程度對牛隻攝食量的影響而定(NRC, 1995)。此外，正如未注射rBST的牛隻一樣，rBST牛在熱緊迫環境下亦須提供足量飲水、增加日糧鉀鹽及使用含低熱增值的飼料如脂肪等(Beede and Collier, 1986)。在熱緊迫環境下，日糧鈉含量由0.18％提高至0.55％，可提高產乳量(Huber et al., 1993)，而日糧鉀含量由NRC(1989)推薦的0.9-1.2％提高至1.5-1.8％，可提高產乳量(Beede, 1987)。此亦顯示了提高DCAB(Na+K-Cl)從120至460 meq／kg，可提高乾物質採食量及泌乳量(West et al., 1991)。由於粗料含較高熱增值，因此減少日糧中粗料含量對在熱緊迫下的rBST牛有利(West, 1994)。此外，增加日糧過瘤胃蛋白，特別是過瘤胃蛋白的品質(即較佳的胺基酸組成)，以及日糧添加脂肪等都可提高產乳量(Huber et al., 1994)。提供牛隻夏日舒適的環境亦是rBST牛不可缺的，我們應該採用的冷卻方法包括提供蔭棚、等待榨乳時的降溫(holding pen cooling)、榨乳後於走道的降溫(exit lane cooling)、蔭棚設冷卻系統(corral shade cooling)、飼欄設冷卻系統(feedmanger cooling)及飼欄上方遮蔭(covered feed manger)等(Armstrong, 1994)。

十、結論

        當人工授精技術(AI)在1930年代末期引進美國時，有不少酪農們持懷疑的態度，在隨後的十至十五年，即使酪農們仍缺乏一些工具或管理能力來充分利用這項技術，酪農己漸能接受AI技術。隨著1950年代冷凍精液的發展，AI更易使用，並為多數酪農所接受。今天，rBST在美國的使用與否已提升了原已相當競爭的乳業市場，我們的酪農將來也會面對同樣的問題，你可以視此為問題或良機。市場的取向會決定rBST將來的命運，所以，我們實在不必祀人憂天，讓這項生物科技自然發展或沒落吧！如此，我們才能給rBST一個公平的機會，就如我們在幾十年前給AI一個機會一樣。

【酪農們必須瞭解】：

        1. 良好的飼養管理是牛隻注射rBST成功的必要條件。

        2. 利用牛隻體型分數來評估rBST牛體內能量儲存狀況。

        3. 在泌乳早期注射rBST並不能有效地提高產乳量。

        4. 在泌乳早期注射rBST會降低乳牛繁殖效率。

        5. 注射rBST的理想時間應在泌乳期開始九週後。

        6. 牛隻注射rBST及每日榨乳三次有最佳產乳效果。

        7. 未注射rBST牛隻必須每日榨乳三次，才能與注射rBST牛隻每日榨乳二次之產乳量相近。

        8. 注射rBST的牛隻有較高比例的乳房炎情形？！

        9. 清潔及舒適(低緊迫)的環境！

        10. 清潔及舒適(低緊迫)的環境！

        11. 清潔及舒適(低緊迫)的環境！

        (八十五年飼料新知研討會)

飼料營養雜誌(p.89~106)─詹世琛、九六年第三期