本文關鍵詞：早期補飼苜蓿調節(jié)幼齡湖羊生長和瘤胃發(fā)育的機制研究　出處：《浙江大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：健康的瘤胃是反芻動物飼養(yǎng)的核心,貫穿于反芻動物的各個生長、生產周期之中。固體型精料開食料的補飼在促進幼齡反芻動物瘤胃乳頭增殖的同時,也可能造成瘤胃食糜粘附、酸中毒等,影響瘤胃健康。研究表明,粗飼料的補飼不僅能夠提高反芻動物的生產性能,還能降低瘤胃食糜粘附,促進瘤胃健康,但粗飼料促進瘤胃發(fā)育的機制尚不清楚。本論文以幼齡湖羊為對象,研究了早期補飼苜蓿對斷奶前后生產性能和瘤胃發(fā)育的影響,并從瘤胃微生物、代謝物、瘤胃基因表達三個方面,初步探索了補飼苜蓿促進羔羊生長和瘤胃發(fā)育的機制。研究從宏觀到微觀、從基因到代謝,為促進瘤胃早期健康發(fā)育提供了重要支撐。1早期補飼苜蓿對幼齡湖羊生長和瘤胃發(fā)育的影響試驗選取66頭5日齡湖羊,經5天適應期后,開始正式試驗,試驗期共8周。試驗開始時(10日齡,第0周),隨機屠宰6只作為未采食固體飼料的基線組(CON),其余60只隨機分為兩組:精料組(STA)飼喂代乳粉和顆粒狀精料開食料;苜蓿組(S-ALF)在精料組日糧的基礎上加飼苜蓿。所有試驗羊在第4周末(38日齡)斷奶。斷奶后,所有湖羊飼喂相同的苜蓿和粉狀精料(限飼300g/天)。每周連續(xù)兩天測定采食量、體重(BW);第8周使用全收糞法測定消化率。于試驗期第1、2、4、5、8周末,每組隨機選取6頭湖羊進行屠宰;宰前頸靜脈采血,宰后立即測定胴體、前胃和臟器重,采集瘤胃組織及內容物,用于后續(xù)分析。結果顯示,與STA組相比,斷奶前S-ALF組精料開食料采食量在第4周有上升的趨勢(P0.10),總干物質(DM)、粗蛋白(CP)和中性洗滌纖維(NDF)采食量、BW和日增重(ADG)在第3、4周均顯著高于STA組(P0.05);斷奶后,S-ALF 組精料采食量(P0.05)、BW(P0.01)、ADG(P0.10)、胴體重(P0.05)顯著高于STA組,前胃重(P0.10)和臟器重(P0.10)有高于STA組的趨勢。斷奶后一周,S-ALF組羔羊血液尿素氮濃度高于STA組(P0.05),而丙酸的比例顯著降于STA組(P0.05),pH值未發(fā)生顯著變化。瘤胃上皮營養(yǎng)素轉運載體mRNA表達量結果顯示,斷奶前,S-ALF組MCT4的相對表達量在數(shù)值上高于STA組;NHE1、NHE2和NHE3的表達量在S-ALF組斷奶前后均無顯著變化,但STA組NHE2和NHE3分別在第2和4周增加達到顯著水平(P0.05),NHE1隨日齡增加而增加,在第8周顯著高于第0周(P0.05)。S-ALF血液中β-羥丁酸的含量在斷奶后顯著高于STA組(P0.01),瘤胃上皮粘附斑塊的發(fā)生率低于STA組,瘤胃肌肉層厚度在第4周顯著高于STA組(P0.05),瘤胃角質層厚度、乳頭長度和寬度兩組無顯著差異。瘤胃上皮緊密連接蛋白和炎癥因子mRNA表達量結果顯示,S-ALF組claudin-1、claudin-4、occludin、IL-1β、IL-6、IL-10和TGF-β1的表達量在斷奶前后均無顯著變化,而 STA組claudi-的表達量在第 2 周顯著增加(P0.05),claudin-4、occludin、1β、IL-6、IL-10和TGF-β1的表達量在斷奶后一周顯著增加(P0.05)。上述結果表明,早期補飼苜蓿能夠促進羔羊采食,增加營養(yǎng)物質的攝入量,并促進營養(yǎng)物質的吸收,促進瘤胃發(fā)育,維持瘤胃上皮屏障的穩(wěn)定,減少斷奶時的炎癥反應,從而促進羔羊的生產性能,并使羔羊在斷奶后能盡快適應飼糧的轉換,減緩斷奶應激。2早期補飼苜蓿對幼齡湖羊瘤胃微生物演替的影響相似性分析(ANOSIM)顯示,與STA組相比,斷奶前S-ALF瘤胃內容物中微生物和瘤胃上皮微生物區(qū)系與斷奶后微生物區(qū)系更加相似。瘤胃內容物中微生物多樣性結果顯示,斷奶前,和第0周相比,STA組Actinobacteria的相對豐度從2.1%升高至17.4%,而Firmicutes的相對豐度從52.0%降低至39.0%;斷奶后,和第4周相比,Bacteroidetes的相對豐度從41.0%增加至51.0%,Proteobacteria的相對豐度從2.2%增加至5.0%,而Actinobacteria的相對豐度從17.4%降低至2.2%。S-ALF組瘤胃內容物中微生物相對豐度的變化與精料組趨勢基本一致。屬水平分析顯示,S-ALF組Butyrivibrio的相對豐度在斷奶前逐漸升高,而STA組Butyrivibrio的含量在斷奶后才開始升高;斷奶后,S-ALF組 unclassified Clostridiales 和 unclassifiedMogibacteriaceae 的相對豐度顯著高于 STA 組(P0.05);和斷奶前相比,斷奶后STA組有15個屬變化顯著,而S-ALF組中只有6個屬變化顯著。瘤胃上皮微生物多樣性結果顯示,斷奶前,和第0周相比,STA組Actinobacteria的相對豐度從2.5%升高至19.1%(P0.05);斷奶后,和第4周相比,STA組上皮Firmicutes 27.0%升高至 46.3%(P0.05),Proteobacteria的相對豐度從 19.6%升高至28.6%(P0.05),Bacteroidetes 的相對豐度從32.6%降低至 21.0%(P0.05),Actinobacteria的相對豐度從19.1%降低至1.98%(P0.05)。S-ALF組瘤胃上皮微生物含量的變化與精料組趨勢基本一致。屬水平分析顯示,斷奶前S-ALF組unclassifiedClostridiales、Mogibacterium、unclassified Ruminococcaceae、Atopobium、Succiniclasticum 和 Butyrivibrio的相對豐度顯著高于STA組(P0.05);和斷奶前相比,斷奶后STA組上皮微生物有18個屬變化顯著,而S-ALF組上皮粘附微生物只有7個屬變化顯著。上述結果表明,補飼苜蓿能誘導瘤胃微生物區(qū)系在斷奶前就部分接近斷奶后,減少斷奶前后細菌屬水平的變化,提高微生物區(qū)系的穩(wěn)定性,從而促進羔羊對斷奶后高纖維日糧的適應性,減少斷奶應激。3早期補飼苜蓿對瘤胃微生物代謝產物的影響代謝組學結果顯示,和斷奶前(第4周)相比,斷奶后一周的STA組羔羊瘤胃中有21個代謝物的相對濃度顯著增加,25個代謝物的相對濃度顯著降低(VIP≥1.0且|Log2(FC)|≥1.0),富集的關鍵代謝通路為精氨酸和脯氨酸代謝(P=0.035)、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸代謝(P=0.038)以及D-谷氨酰胺和D-谷氨酸鹽的代謝(影響因子=1.0);斷奶后一周的S-ALF組羔羊瘤胃中有18個代謝物的相對濃度顯著增加,19個代謝物的相對濃度顯著降低(VIP≥1.0且|Log2(FC)|≥1.0),富集的關鍵代謝通路為淀粉和蔗糖代謝(P=0.012)以及D-谷氨酰胺和D-谷氨酸鹽(影響因子=1.0)。斷奶前,和STA組相比,S-ALF組中有21個代謝物的相對濃度顯著增加,5個代謝物相對濃度顯著降低(VIP1.0且|Log2(FC)|≥1.0),富集的關鍵代謝通路為丁酸甲酯代謝(P=0.048);斷奶后,和STA組相比,S-ALF組中有18個代謝物相對濃度顯著增加,8個代謝物的相對濃度顯著降低(VIP≥1.0且|Log2(FC)|≥1.0),富集的關鍵代謝通路為淀粉和蔗糖代謝(P=0.006)。相關分析結果顯示,尿酸和泛酸與瘤胃內容物中Butyrivibrio呈正相關(P0.05且R0.50);胍基乙酸、植烷酸、塔格糖、苯甲酸和葡萄糖醛酸與瘤胃內容物中unclassified Mogibacteriaceae呈正相關(P0.05且 R0.50);香芹酮與瘤胃上皮Bifidobacterium呈正相關(P0.05且R0.50),水楊酸、半胱氨酰甘氨酸與Bifdobacterium呈負相關(P0.05且R-0.50);水楊酸、半胱氨酰甘氨酸與瘤胃上皮Mogibacterium呈正相關(P0.05且R0.50);乳糖、半胱氨酰甘氨酸與瘤胃上皮Succiniclasticum呈正相關(P0.05且R0.50),香芹酮與Succiniclasticum呈負相關(P0.05且R-0.50)。上述結果表明,補飼苜蓿改變瘤胃中代謝產物的組成,其中與瘤胃內容物中微生物相關的代謝物與供給能量、調控瘤胃菌群、維持瘤胃厭氧環(huán)境和肝臟的解毒作用有關,與瘤胃上皮微生物相關的代謝物與促進瘤胃上皮發(fā)育、維持瘤胃上皮健康和氨基酸代謝有關。4早期補飼苜蓿對湖羊瘤胃壁基因表達的影響瘤胃轉錄組測序結果顯示,和第0周相比,斷奶前STA組有580個基因顯著上調,833個基因顯著下調(FDR≤0.05且|Log2(FC)|≥1);S-ALF組斷奶前有637個基因顯著上調,939個基因顯著下調(FDR≤0.05且|Log2(FC)|≥1)。和斷奶前相比,斷奶后一周STA組有66個基因顯著上調,93個基因顯著下調(FDR≤0.05且|Log2(FC|≥1);S-ALF組有27個基因顯著上調,31個基因顯著下調(FDR≤0.05且|Log2(FC)|≥1),且變化的基因與STA組不同。斷奶前,S-ALF組中CYP1A1、MYOM1、PDK4表達量顯著高于STA組,ZNFX1-AS1_2表達量顯著低于STA組;斷奶后,S-ALF組中ADIPOQ、C7表達量顯著高于STA組,FABP4、GPNMB表達量顯著低于STA組(FDR≤0.05且|Log2(FC)||≥1)。隨機選取10個基因,采用熒光定量PCR進行驗證,結果顯示,熒光定量PCR與轉錄組測序結果趨勢一致,說明轉錄組測序結果一致。上述結果表明,漸進性補飼苜蓿在斷奶前誘導部分基因的變化,使斷奶前瘤胃壁的基因表達狀態(tài)更接近斷奶后,減少斷奶帶來的瘤胃壁基因表達的變化,緩解斷奶應激。4早期補飼苜著促進生長和瘤胃發(fā)育的機制多元分析羔羊生長、瘤胃發(fā)育指標、瘤胃微生物豐度和瘤胃組織基因表達的結果顯示,漸進性的采食苜蓿在斷奶前增加瘤胃內容物中Butyrivibrio的相對豐度,提高瘤胃消化NDF的能力;增加瘤胃上皮Butyrivibrio和Succiniclasticum的相對豐度,促進瘤胃上皮對丁酸和丙酸的利用,同時增加瘤胃上皮unclassified Clostridiales、unclassified Ruminococcaceae和Atopobium的相對豐度,促進瘤胃上皮的健康;在斷奶后,增加羔羊瘤胃內容物中 unclassified Clostridiales、unclassifiedMogibacteriaceae 的相對豐度,提高瘤胃的纖維消化能力,促進對高纖維日糧的適應性,緩解斷奶應激,從而促進斷奶前后瘤胃的發(fā)育,并進一步提高羔羊的生產性能。早期補飼苜蓿的湖羊瘤胃中香芹酮的相對濃度降低,ZNFX1-AS1_2表達量降低,MYOM1的表達量增加,它們分別在瘤胃微生物代謝、瘤胃細胞增殖和瘤胃肌肉發(fā)育中起著不同作用,可能作為苜蓿誘導瘤胃發(fā)育在斷奶前的生物標志物;斷奶后,補飼苜蓿的羔羊瘤胃中有較高濃度的胍基乙酸,在斷奶后維持能量供應具有重要作用,可能作為苜蓿誘導瘤胃發(fā)育在斷奶后的生物標志物。因此,早期補飼苜蓿在斷奶前增加羔羊瘤胃內容物中Butyrivibrio的相對豐度,增加斷奶后 unclassified Clostridiales、unclassified Mogibacteriaceae 的相對豐度,提高瘤胃的纖維消化能力;增加瘤胃上皮 Butyrivibrio 和 Succiniclasticum、unclassified Clostridiales、unclassified Ruminococcaceae和Atopobium的相對豐度,促進瘤胃上皮的健康發(fā)育;增加斷奶后瘤胃中胍基乙酸和麥芽糖等代謝產物的濃度,提高斷奶后的能量供應;促進斷奶前基因的表達,而在斷奶后維持基因表達的穩(wěn)定,從而減少斷奶時的炎癥反應,提高能量供應,減緩斷奶應激,從而提高生產性能。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S826.5
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本文編號：1316936