本文選題：秸稈　切入點(diǎn)：氨基酸　出處：《浙江大學(xué)》2016年博士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：本研究從表觀-消化-代謝三個(gè)層面系統(tǒng)研究了飼喂秸稈飼料奶牛泌乳性能低下的營(yíng)養(yǎng)代謝機(jī)理。首先通過(guò)飼養(yǎng)試驗(yàn),檢測(cè)玉米秸稈或稻草替代苜蓿后奶牛泌乳性能的變化；進(jìn)而研究消化道內(nèi)關(guān)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(chǎn)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(guān)鍵物質(zhì)的代謝及其通路。1.秸稈替代苜蓿對(duì)奶牛生產(chǎn)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(duì)奶牛泌乳性能及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的影響。選擇45頭處于泌乳中期的經(jīng)產(chǎn)健康荷斯坦奶牛(體重=607±55.6kg,DIM=164±24.8 d,奶產(chǎn)量=29.7±4.7 kg/d；胎次=3.4±1.45；均值±SD),完全隨機(jī)區(qū)組等分成3組進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)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(yàn)持續(xù)14周,2周為適應(yīng)期,12周為采樣期。結(jié)果發(fā)現(xiàn),各處理之組間干物質(zhì)采食量差異均不顯著,但DM、粗蛋白、纖維物質(zhì)表觀消化率都以CS和RS顯著低于AH,奶產(chǎn)量,乳蛋白、乳脂、乳糖及總固形物產(chǎn)量是CS組和RS組顯著低于AH組,但CS組和RS組之間無(wú)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(wú)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(duì)奶牛消化道內(nèi)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(yàn)中奶牛小腸可代謝蛋白質(zhì)產(chǎn)量以及瘤胃發(fā)酵參數(shù)(45頭奶牛)；并在飼養(yǎng)試驗(yàn)結(jié)束后,各組選取6頭奶牛計(jì)18頭用于屠宰試驗(yàn),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(zhì)與瘤胃發(fā)酵參數(shù)飼喂RS和CS組奶牛的瘤胃微生物蛋白質(zhì)(MCP)產(chǎn)量以及過(guò)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(zhì)也低。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),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(dǎo)致秸稈日糧MCP低下的主要原因。各組奶牛瘤胃液pH值無(wú)顯著差異,且都在正常范圍內(nèi)；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(wú)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(nèi)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(xiàn)AA的瘤胃降解率不同粗飼料間差異較大,而不同TMR間則無(wú)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(guò)程中發(fā)生了某些交互作用。分析MCP的AA組成發(fā)現(xiàn),各日糧間除Arg外都無(wú)顯著差異。比較MCP、瘤胃液以及瘤胃總食糜AA的組成,發(fā)現(xiàn)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(xiàn)性相關(guān)。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(wú)顯著差異。以上結(jié)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(xiàn)為飼料顆粒長(zhǎng)度大于CS和AH組。對(duì)瘤胃上皮進(jìn)行形態(tài)學(xué)檢測(cè)分析,發(fā)現(xiàn)RS組奶牛瘤胃乳頭的厚度高于AH組和CS組。經(jīng)過(guò)RNA-seq方法檢測(cè)并經(jīng)AH對(duì)CS、AH對(duì)RS和CS對(duì)RS兩兩比較,分別發(fā)現(xiàn)37、47和30個(gè)差異基因。生物過(guò)程功能分類(lèi)與基因注釋分類(lèi)分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)了在不同日糧顆粒下離子結(jié)合(如DSG1)、增殖與凋亡過(guò)程(如BAG3)以及包括細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的細(xì)胞生長(zhǎng)調(diào)控功能(比CYR61)等相關(guān)基因的動(dòng)態(tài)變化,提示不同顆粒大小與營(yíng)養(yǎng)水平日糧對(duì)瘤胃上皮形態(tài)的影響,在分子層面表現(xiàn)為影響離子結(jié)合、細(xì)胞生長(zhǎng)以及細(xì)胞增殖與分化等主要功能。3.秸稈替代苜蓿對(duì)奶牛營(yíng)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(xué)。各組選取10頭奶牛計(jì)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(jìn)行氮平衡試驗(yàn)；在第12周的第5、第6天,每隔6h取乳腺動(dòng)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(yù)測(cè)小腸可消化AA流量,CS組和RS組顯著低于AH組,RS組奶牛動(dòng)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(wú)顯著差異。乳腺對(duì)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(jié)果提示,動(dòng)脈血液AA供應(yīng)不足以及乳腺血流量低下是限制秸稈組奶牛乳腺對(duì)AA攝取并用來(lái)合成乳蛋白的關(guān)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(xiàn)粒體磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、胰島素樣生長(zhǎng)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(duì)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(jié)果顯示,飼喂稻草日糧奶牛丙酸生產(chǎn)較低,引起肝臟糖異生作用合成葡萄糖較少,供應(yīng)于乳腺的葡萄糖攝取量低下,最終導(dǎo)致乳糖合成不足。3.3乳腺動(dòng)靜脈血液代謝組學(xué)以晨飼前的動(dòng)靜脈血漿進(jìn)行代謝組分析,用多元偏最小二乘判別分析用于鑒定配對(duì)比較數(shù)據(jù)。動(dòng)靜脈血漿中總共鑒定出237個(gè)代謝物,比較動(dòng)靜脈血發(fā)現(xiàn)有31個(gè)顯著差異代謝物,動(dòng)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(guò)程中的關(guān)鍵差異代謝物。研究不同日糧處理下的動(dòng)脈和靜脈血液代謝組結(jié)果發(fā)現(xiàn),秸稈日糧與AH組的主要差異為動(dòng)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(dòng)脈血液在研究乳腺營(yíng)養(yǎng)代謝中的關(guān)鍵作用。分析發(fā)現(xiàn),Phenylpropanoate分別是RS組和CS組區(qū)別于AH組的關(guān)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(dòng)脈血漿中主要升高了激素、脂類(lèi)物質(zhì)和碳水化合物等物質(zhì),而有機(jī)酸及AA類(lèi)代謝物相對(duì)含量降低,由此推測(cè),與AH組相比,兩個(gè)秸稈日糧特別是RS組營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與能量供應(yīng)相對(duì)不足,影響了奶牛機(jī)體穩(wěn)態(tài),這可能是造成秸稈組奶牛生產(chǎn)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(chǎn)量、乳蛋白產(chǎn)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(chǎn)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(xiàn)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(dǎo)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(dòng)靜脈代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn),秸稈日糧與苜蓿日糧的主要差異為動(dòng)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(yíng)養(yǎng)代謝機(jī)理,為秸稈資源的有效利用提供了重要的基礎(chǔ)資料。
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【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：S823.5
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本文編號(hào)：1649906