葉酸對反芻動物產(chǎn)奶及繁殖性能的影響研究進(jìn)展

王 波，李 貞，李鶴瓊，羅海玲

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，國家動物營養(yǎng)學(xué)重點實驗室，北京 100193）

葉酸也即維生素B9，于1945年實現(xiàn)人工分離和化學(xué)合成[1]，之后對其功能進(jìn)行了大量的研究，尤其是妊娠期補充葉酸對子代發(fā)育的影響，且這些影響通常具有長期效應(yīng)。在不同的領(lǐng)域針對葉酸功能的研究側(cè)重點也有所不同。醫(yī)學(xué)研究方面，前期大量研究主要集中在妊娠期葉酸補充對胎兒的神經(jīng)發(fā)育影響，母體妊娠期補充葉酸能夠有效地預(yù)防胎兒發(fā)生神經(jīng)缺陷癥狀[2]。近年來，以鼠為模型進(jìn)行的相關(guān)研究，則發(fā)現(xiàn)葉酸對于子代一些先天畸形、血管疾病、代謝疾病及腫瘤發(fā)生等方面也起到重要的調(diào)控作用[3-5]。在畜牧業(yè)生產(chǎn)方面，則更多關(guān)注葉酸對動物的生長性能、繁殖性能、抗氧化功能等影響。以宮內(nèi)生長受限模型（IUGR）研究葉酸對仔豬繁殖性能及腎臟細(xì)胞凋亡基因表達(dá)的結(jié)果表明，葉酸的添加并未顯著地改變子代小母豬的繁殖性能，但可以使抗細(xì)胞凋亡相關(guān)基因的表達(dá)恢復(fù)到正常水平[6]。家禽上也有相關(guān)研究，在孵化的第11天注射150 μg葉酸，則可上調(diào)IGF2表達(dá)量，促進(jìn)胚胎及器官發(fā)育[7]。在反芻動物上，McDowell在1989年提出反芻動物瘤胃微生物能夠合成葉酸，并滿足反芻動物的生長發(fā)育需要，因而日糧中無需額外添加葉酸。然而，隨后研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃微生物合成的葉酸并不能最大程度的滿足奶牛產(chǎn)奶的需要[8]。之后，關(guān)于葉酸在反芻動物上的應(yīng)用研究逐漸展開。

1 葉酸簡介

1.1 葉酸結(jié)構(gòu) 葉酸化學(xué)名稱為蝶酰單谷氨酸，由蝶啶6號碳原子通過亞甲基連接氨基苯甲酸和谷氨酸組成。葉酸代謝主要包括在蝶啶部分的吡嗪環(huán)上發(fā)生還原反應(yīng)形成活性的四氫葉酸，其中谷氨酸鏈可以通過γ-肽連接方式增加一個谷氨酸，一碳單位的獲得、氧化或還原反應(yīng)均發(fā)生在5號或10號氮原子位置（圖1）[9]。葉酸作為輔酶，主要發(fā)揮著在核酸和氨基酸代謝過程中作為一碳單位的載體和供體的功能，該反應(yīng)過程也被稱為一碳代謝。

圖 1 四氫蝶酰聚氧乙烯-γ-谷氨酸酯結(jié)構(gòu)[9]Fig.1 Structure of tetrahydropteroylpoly-γ-glutamate

1.2 葉酸消化吸收及主要功能 日糧中葉酸以聚谷氨酸衍生物形式存在，并在小腸中通過谷氨酰水解酶催化作用水解成單甘脂形式，并通過小腸黏膜吸收。在血清中，葉酸主要以5-甲基-四氫葉酸的形式存在，但當(dāng)聚酰胺酸鹽鏈中谷氨酸含量達(dá)到3個或更多的時候，哺乳動物細(xì)胞則無法轉(zhuǎn)運。葉酸吸收入血液后進(jìn)入門靜脈循環(huán)，大部分葉酸均被肝臟吸收，而后在肝臟以聚谷氨酸衍生物形式存儲或釋放到血液和膽汁中。因而血液中葉酸濃度可以作為判斷機體葉酸水平的參考。在細(xì)胞中，葉酸轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要分為兩類：①膜轉(zhuǎn)運調(diào)控系統(tǒng)（該轉(zhuǎn)運主要依靠組織或細(xì)胞表達(dá)的葉酸轉(zhuǎn)運載體，但這種轉(zhuǎn)運載體方式具有飽和性）；②葉酸結(jié)合蛋白轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（主要依靠葉酸結(jié)合蛋白和等離子膜，葉酸結(jié)合蛋白通過糖基磷脂酰肌醇錨定等離子膜，進(jìn)而通過特異性磷脂酶C將葉酸從膜上釋放）[10-11]。

前期大量研究表明，葉酸在機體發(fā)育多個方面均發(fā)揮著重要作用。首先，葉酸是一碳單位載體，因而主要參與了氨基酸代謝、DNA復(fù)制及修復(fù)[12]。其次，葉酸可以通過降低促進(jìn)氧化的同型半胱氨酸水平，從而發(fā)揮抗氧化作用[13]。另外，葉酸在調(diào)控線粒體合成及功能方面也發(fā)揮著重要作用，日糧葉酸缺乏改變線粒體DNA含量，并改變相關(guān)基因的表達(dá)水平[14]。也有研究表明，日糧中添加葉酸還可以提高機體的免疫功能，增強機體的抵抗力[15]。還有相關(guān)研究證實，葉酸對肌細(xì)胞的早期發(fā)育有重要的調(diào)控作用，主要表現(xiàn)在葉酸添加能夠促進(jìn)肌原細(xì)胞分化和融合，促進(jìn)肌細(xì)胞的快速發(fā)育[16]。

2 葉酸添加對反芻動物生長代謝的影響

2.1 反芻動物葉酸需要量 隨著選育工作的深入，動物生產(chǎn)性能的不斷提高，動物對營養(yǎng)物質(zhì)的需要量也逐漸提高，營養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)逐漸精細(xì)化，傳統(tǒng)的營養(yǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)隨著生產(chǎn)水平的提高而改變，為動物提供科學(xué)的飼料配比[17]。以奶牛為例，通過研究發(fā)現(xiàn)奶牛每天瘤胃微生物合成的葉酸量在16.5～21.0 mg之間，而NRC（2001）版中指出對于體重650 kg，產(chǎn)奶量35 kg/d（40 g/L乳脂校正乳）奶牛的葉酸需要量為35 mg/d，其中33 mg用于機體自身組織代謝，2 mg用于產(chǎn)奶[18]。另一方面，日糧中添加葉酸能夠提高泌乳性能，改善乳品質(zhì)。由此可見，瘤胃微生物合成的葉酸不足以滿足高產(chǎn)奶牛的產(chǎn)奶需要。而在NRC綿羊或山羊的營養(yǎng)需要量中，并未提到葉酸的需要量，針對目前的生產(chǎn)水平，羊瘤胃微生物自身合成的葉酸是否能滿足其不同階段的生長需要尚無明確的報道。

2.2 葉酸影響產(chǎn)奶性能的影響 葉酸主要在十二指腸遠(yuǎn)端和空腸通過主動運輸和被動擴散的方式吸收。葉酸通過小腸吸收后，進(jìn)入血液循環(huán)，在進(jìn)食約6 h時達(dá)到最高值，隨后逐漸下降至接近正常水平；且隨著日糧中添加葉酸，通過門靜脈循環(huán)進(jìn)入其他組織器官的葉酸水平也會相應(yīng)增加，對維持組織器官的代謝有重要作用；不同的生產(chǎn)階段，從肝臟轉(zhuǎn)移到其他組織的葉酸水平也有所不同，從而滿足不同生長發(fā)育時期組織代謝的需求[19-20]。葉酸對泌乳性能有顯著影響，尤其是泌乳早期?？赡茉蛴校孩偃~酸可以通過高半胱氨酸促進(jìn)蛋氨酸的再合成；②葉酸可以促進(jìn)能量代謝，為泌乳供能[21]。

目前，有研究表明，日糧中添加葉酸，對奶牛的體重?zé)o顯著的影響，但是可以提高奶品質(zhì)（提高乳蛋白、乳脂、固形物），而對于能否提高產(chǎn)奶量尚無統(tǒng)一的結(jié)論，這可能與不同的研究設(shè)計及產(chǎn)奶階段等因素有關(guān)[22-23]。通過研究日糧中添加葉酸對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，發(fā)現(xiàn)雖然瘤胃和血清中葉酸含量升高，但是通過瘤胃壁的葉酸含量并未上升，且瘤胃揮發(fā)酸和氨氮濃度也未發(fā)生顯著改變，表明日糧中葉酸添加不會通過改變瘤胃發(fā)酵環(huán)境而提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[23]，因而其具體的調(diào)控泌乳性能的方式還有待進(jìn)一步研究。另一方面，葉酸參與的一碳單位代謝途徑，還與作為輔酶的維生素B12、維生素B6以及甲基供體如蛋氨酸、膽堿等有密切關(guān)系，載體、輔酶和供體共同維持一碳循環(huán)系統(tǒng)。研究結(jié)果表明，當(dāng)葉酸水平較高，而維生素B12或蛋氨酸不足時，機體利用或存貯葉酸的能力下降，機體清除非甲基化葉酸的速率也會加快。也有研究表明，奶山羊日糧中添加甲基供體（蛋氨酸，2.5 g/d.只）可以提高奶產(chǎn)量、乳蛋白等，促進(jìn)奶山羊的產(chǎn)奶性能[24]。因而，在補充葉酸的同時，還需考慮日糧中其他輔酶和甲基供體的水平，從而保證葉酸能夠充分發(fā)揮其促進(jìn)動物生產(chǎn)的功效。

2.3 葉酸添加對高產(chǎn)羔率母羊的潛在影響

2.3.1 高繁母羊妊娠期對葉酸的需求 羊業(yè)生產(chǎn)受市場波動較大，因而，需要根據(jù)依據(jù)研究進(jìn)展進(jìn)行及時調(diào)整和升級產(chǎn)業(yè)發(fā)展，加強生產(chǎn)管理[25]。且隨著肉羊產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，羔羊肉受到特別重視[26]。目前，為了提高生產(chǎn)效率，提供更多羔羊肉，我國在加速選育使得母羊的產(chǎn)羔率有較大的提升。在妊娠期，研究表明對于多胎動物，葉酸是保證胚胎成活的必需成分，因而妊娠期需要足夠的葉酸才能保證子代的成活。一方面，在羊上通過選用不同的品種，發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)羔數(shù)對葉酸的需求量也是不同的。產(chǎn)羔數(shù)越多，日糧及瘤胃微生物合成的葉酸在妊娠期及哺乳期無法保證血清中葉酸維持穩(wěn)定的水平，表明此階段母體的葉酸處于代謝負(fù)平衡階段，且這種變化規(guī)律和妊娠母豬相似[27]。另一方面，由于在妊娠期，母體的胎盤、子宮以及胎兒的生長均需要合成大量的DNA，而DNA的合成離不開葉酸參與，且隨著產(chǎn)羔率的上升，需要的葉酸含量也可能隨著升高[28]。因而針對高產(chǎn)羔率的母羊，在妊娠期很可能發(fā)生葉酸不足的現(xiàn)象，進(jìn)而影響自身體況及胎兒發(fā)育。

2.3.2 高繁母羊哺乳期對葉酸的需求 在哺乳期，可能造成母羊葉酸供給不足的原因有：①產(chǎn)羔后，母體自身相對較虛弱，自身葉酸大量轉(zhuǎn)移到子代，抵抗外界應(yīng)激能力相對較差，且還需要大量的營養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行體況恢復(fù)，而補充葉酸具有增加促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)代謝、抗應(yīng)激、增強免疫等功能；②產(chǎn)羔率的提升使得對母羊泌乳能力的要求也提高，母體需要提供更多的母乳以滿足羔羊的生長發(fā)育需求，而葉酸的添加有利于提高產(chǎn)奶性能，為羔羊的發(fā)育提供保障。

2.3.3 生產(chǎn)方式可能造成葉酸供應(yīng)不足 集約化、現(xiàn)代化、規(guī)?；娘曫B(yǎng)模式逐漸替代傳統(tǒng)的散養(yǎng)，促進(jìn)了肉羊生產(chǎn)效率。而在這種集約化的養(yǎng)殖模式下，母羊的飼料來源普遍單一，無論是妊娠期還是哺乳期，通常都是由精料、青貯和干草組成，這些原料相對于放牧的青綠飼料而言，其葉酸含量非常低，而瘤胃自身合成葉酸的能力有限，因此集約化的養(yǎng)殖模式下高繁母羊葉酸供應(yīng)也可能不足。

另外，由于反芻動物體型較大，妊娠期較長，研究難度相對較大，因而目前葉酸對反芻動物應(yīng)用效果研究主要包括：①產(chǎn)奶性能及乳品質(zhì)；②營養(yǎng)物質(zhì)代謝。對妊娠期的研究鮮見，還需進(jìn)一步加強探究，明確妊娠期反芻動物的葉酸需求。

3 展望

葉酸對機體生長發(fā)育具有重要的調(diào)控作用，尤其針對高繁性能品種的妊娠期和哺乳期。而瘤胃微生物合成的葉酸在這兩個時期不足以維持機體葉酸處于正常水平，且目前關(guān)于葉酸在羊生產(chǎn)中的作用鮮見報道，因而有必要加強在妊娠期和哺乳期葉酸對母體及子代發(fā)育的研究，明確葉酸對反芻動物產(chǎn)奶性能及繁殖性能的影響，進(jìn)一步優(yōu)化集約化模式下的營養(yǎng)需要量。