本文選題：秸稈　切入點：氨基酸　出處：《浙江大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：本研究從表觀-消化-代謝三個層面系統(tǒng)研究了飼喂秸稈飼料奶牛泌乳性能低下的營養(yǎng)代謝機理。首先通過飼養(yǎng)試驗,檢測玉米秸稈或稻草替代苜蓿后奶牛泌乳性能的變化；進而研究消化道內關鍵乳成分前體物生成與上皮功能,以揭示秸稈替代苜蓿后在消化層面所產生的差異；最后從代謝層面揭示秸稈替代苜蓿后氨基酸、葡萄糖等關鍵物質的代謝及其通路。1.秸稈替代苜蓿對奶牛生產性能的影響本部分研究了玉米秸稈或者稻草替代苜蓿后對奶牛泌乳性能及營養(yǎng)物質消化率的影響。選擇45頭處于泌乳中期的經產健康荷斯坦奶牛(體重=607±55.6kg,DIM=164±24.8 d,奶產量=29.7±4.7 kg/d；胎次=3.4±1.45；均值±SD),完全隨機區(qū)組等分成3組進行試驗。試驗日糧等氮且精粗比為55：45(DM),精料相同,青貯玉米都為15%,主要區(qū)別為粗飼料(DM)：(1)23%苜蓿干草+7%羊草(AH)；(2)30%玉米秸稈(CS)；(3)30%稻草(RS),試驗持續(xù)14周,2周為適應期,12周為采樣期。結果發(fā)現,各處理之組間干物質采食量差異均不顯著,但DM、粗蛋白、纖維物質表觀消化率都以CS和RS顯著低于AH,奶產量,乳蛋白、乳脂、乳糖及總固形物產量是CS組和RS組顯著低于AH組,但CS組和RS組之間無顯著差異。乳蛋白含量和乳總固形物含量RS組顯著低于AH組,CS組與其他兩組相比都無顯著差異。飼料利用率秸稈日糧顯著低于AH組。2.秸稈替代首蓿對奶牛消化道內乳成分前體物生成與吸收的影響本部分分析了上述飼養(yǎng)試驗中奶牛小腸可代謝蛋白質產量以及瘤胃發(fā)酵參數(45頭奶牛)；并在飼養(yǎng)試驗結束后,各組選取6頭奶牛計18頭用于屠宰試驗,以分析消化道乳蛋白前體物的AA組成以及瘤胃上皮形態(tài)與功能。2.1小腸可代謝蛋白質與瘤胃發(fā)酵參數飼喂RS和CS組奶牛的瘤胃微生物蛋白質(MCP)產量以及過瘤胃蛋白(RUP)量都顯著低于AH組,因此作為乳蛋白前體物的小腸可代謝蛋白質也低。進一步分析發(fā)現,秸稈日糧可發(fā)酵碳水化合物低于AH組,可能引起了可利用能不足,導致秸稈日糧MCP低下的主要原因。各組奶牛瘤胃液pH值無顯著差異,且都在正常范圍內；RS組瘤胃液中氨態(tài)氮濃度顯著高于AH組和CS組,總揮發(fā)性脂肪酸濃度RS組和CS組顯著高于AH組,秸稈組間無顯著差異,這與秸稈日糧能量含量以及消化率一致。2.2消化道內乳蛋白前體物氨基酸組成以瘤胃降解16h后的殘存的飼料蛋白作為RUP,分析粗飼料及日糧(TMR) RUP的AA組成,發(fā)現AA的瘤胃降解率不同粗飼料間差異較大,而不同TMR間則無顯著差異；RUP的AA組成不同粗飼料間差異較大,但不同TMR間較為相近,表明粗飼料與精飼料的AA在瘤胃降解過程中發(fā)生了某些交互作用。分析MCP的AA組成發(fā)現,各日糧間除Arg外都無顯著差異。比較MCP、瘤胃液以及瘤胃總食糜AA的組成,發(fā)現大部分AA所占比例在各組分間顯著差異,其中必需AA(EAA)在瘤胃食糜中最高,瘤胃微生物中次之,瘤胃液中最低。瘤胃液游離AA與日糧AA組成呈線性相關。瘤胃、瓣胃、十二指腸和空腸間總食糜AA組成差異顯著,但日糧處理間大部分AA都無顯著差異。以上結果表明瘤胃微生物的AA組成較為穩(wěn)定,且瘤胃微生物更傾向于利用EAA。2.3瘤胃上皮形態(tài)變化與吸收功能RS日糧主要表現為飼料顆粒長度大于CS和AH組。對瘤胃上皮進行形態(tài)學檢測分析,發(fā)現RS組奶牛瘤胃乳頭的厚度高于AH組和CS組。經過RNA-seq方法檢測并經AH對CS、AH對RS和CS對RS兩兩比較,分別發(fā)現37、47和30個差異基因。生物過程功能分類與基因注釋分類分析結果,發(fā)現了在不同日糧顆粒下離子結合(如DSG1)、增殖與凋亡過程(如BAG3)以及包括細胞外基質蛋白的細胞生長調控功能(比CYR61)等相關基因的動態(tài)變化,提示不同顆粒大小與營養(yǎng)水平日糧對瘤胃上皮形態(tài)的影響,在分子層面表現為影響離子結合、細胞生長以及細胞增殖與分化等主要功能。3.秸稈替代苜蓿對奶牛營養(yǎng)生理代謝的影響本部分分析了奶牛的氮與氨基酸代謝、葡萄糖代謝以及血液代謝組學。各組選取10頭奶牛計30頭,在第6周和第10周連續(xù)3天采集日糧、糞尿、牛奶等樣品進行氮平衡試驗；在第12周的第5、第6天,每隔6h取乳腺動靜脈血液樣,制取血漿樣用于分析。3.1氮代謝與氨基酸代謝和利用反映了氮的消化率,糞氮排泄量及其占采食N比例為CS組和RS組顯著高于AH組奶牛；尿氮排泄量與比例RS組顯著高于AH組和CS組,血中尿素氮含量以RS組奶牛顯著高于AH組。NRC模型預測小腸可消化AA流量,CS組和RS組顯著低于AH組,RS組奶牛動脈血Met和Val顯著低于AH組。乳腺血流量秸稈顯著低于AH組,但CS組與RS組間無顯著差異。乳腺對大部分EAA的攝取量,CS組和RS組顯著低于AH組,特別是支鏈AA, Arg和Met。RS組奶牛Met的乳腺攝取量與牛奶中排出量比顯著低于AH組且值小于1。結果提示,動脈血液AA供應不足以及乳腺血流量低下是限制秸稈組奶牛乳腺對AA攝取并用來合成乳蛋白的關鍵因素。3.2葡萄糖代謝與利用作為血糖前體物的瘤胃丙酸濃度,RS組顯著低于AH組；反映肝臟糖原異生作用的丙酮酸羧激酶mRNA豐度以RS組顯著低于AH組和CS組,線粒體磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、胰島素樣生長因子1受體、磷酸果糖激酶(肝源、肌源及胰源)等酶的mRNA豐度RS組顯著低于AH組。奶牛乳腺對葡萄糖的攝取量CS組和RS組顯著低于AH組；乳中K+濃度RS組顯著高于AH組和CS組。這些結果顯示,飼喂稻草日糧奶牛丙酸生產較低,引起肝臟糖異生作用合成葡萄糖較少,供應于乳腺的葡萄糖攝取量低下,最終導致乳糖合成不足。3.3乳腺動靜脈血液代謝組學以晨飼前的動靜脈血漿進行代謝組分析,用多元偏最小二乘判別分析用于鑒定配對比較數據。動靜脈血漿中總共鑒定出237個代謝物,比較動靜脈血發(fā)現有31個顯著差異代謝物,動脈血漿中含有較高濃度的AA和葡萄糖,β-羥丁酸、Glu、 Met、Phe、葡萄糖、甲基丙氨酸和Tyr是泌乳過程中的關鍵差異代謝物。研究不同日糧處理下的動脈和靜脈血液代謝組結果發(fā)現,秸稈日糧與AH組的主要差異為動脈代謝組,且主要區(qū)別為氮代謝(Phe、Tyr和Trp生物合成通路,Phe代謝)和能量代謝(TCA循環(huán)),提示動脈血液在研究乳腺營養(yǎng)代謝中的關鍵作用。分析發(fā)現,Phenylpropanoate分別是RS組和CS組區(qū)別于AH組的關鍵差異代謝物,另外Prostaglandin A是RS組特有代謝物。飼喂秸稈日糧的奶牛動脈血漿中主要升高了激素、脂類物質和碳水化合物等物質,而有機酸及AA類代謝物相對含量降低,由此推測,與AH組相比,兩個秸稈日糧特別是RS組營養(yǎng)物質與能量供應相對不足,影響了奶牛機體穩(wěn)態(tài),這可能是造成秸稈組奶牛生產水平較低的重要原因。綜上所述,玉米秸稈或稻草日糧飼喂泌乳奶牛,與苜蓿日糧相比奶產量、乳蛋白產量和飼料利用效率顯著低下。在消化層面分析,秸稈日糧瘤胃總揮發(fā)性脂肪酸和微生物蛋白產量、日糧RUP以及小腸AA流量少于苜蓿日糧,乳蛋白前體物的AA組也表現出一定差異。在代謝層面,飼喂秸稈日糧奶牛乳腺血流量較少,且RS日糧肝臟糖異生葡萄糖較少,導致乳腺AA和葡萄糖供給量和攝取量低于苜蓿日糧,限制了奶牛泌乳。動靜脈代謝組學分析發(fā)現,秸稈日糧與苜蓿日糧的主要差異為動脈代謝組,且主要區(qū)別為氮代謝與能量代謝通路。本研究系統(tǒng)揭示了飼喂秸稈飼料奶牛泌乳性能低下的營養(yǎng)代謝機理,為秸稈資源的有效利用提供了重要的基礎資料。
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【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S823.5
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本文編號：1649906