甜菜堿在乳牛母子一體化飼養(yǎng)的應(yīng)用進(jìn)展

俞佳妃，楊金勇，周華林，毛家真，馬文佳，王翀，高晨陽*

（1.浙江農(nóng)林大學(xué)集賢學(xué)院，動物科技學(xué)院·動物醫(yī)學(xué)院；浙江省畜禽綠色生態(tài)健康養(yǎng)殖應(yīng)用技術(shù)研究重點實驗室；動物健康互聯(lián)網(wǎng)檢測技術(shù)浙江省工程實驗室，杭州311300；2.浙江省畜牧技術(shù)推廣與種畜禽監(jiān)測總站，杭州310021；3.襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院農(nóng)學(xué)院，湖北襄陽41050）

1 背景

圍產(chǎn)期是乳牛生理急劇變化的時期。此時，胎兒分娩與大量泌乳對母體生理結(jié)構(gòu)的改變，會對母牛新陳代謝與內(nèi)分泌產(chǎn)生巨大壓力，對母牛的生理健康與生產(chǎn)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。圍產(chǎn)期乳牛對于脂肪酸，糖類與氨基酸需求成倍增加[1]；孕期反應(yīng)會導(dǎo)致母體采食量下降，母體大量動員營養(yǎng)儲備，降低母牛的生產(chǎn)性能與生理機(jī)能，甚至產(chǎn)生氧化應(yīng)激、免疫抑制及炎癥反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致各種代謝性疾病，危害母體牛的健康，降低乳牛的生產(chǎn)性能，甚至導(dǎo)致乳牛淘汰，造成經(jīng)濟(jì)損失[2]。因此，通過加強(qiáng)圍產(chǎn)期乳牛的管理，日糧成分調(diào)整，添加飼糧添加劑等方式降低圍產(chǎn)期乳牛的代謝性疾病發(fā)病率，改善乳牛健康，延長乳牛生產(chǎn)壽命成為提高乳牛生產(chǎn)效能有效途徑。目前，添加飼糧添加劑研究應(yīng)用較完善，甜菜堿，賴氨酸與蛋氨酸已投入實際應(yīng)用[3]。

2 甜菜堿簡介

甜菜堿是一種菱狀的白色晶體，味稍甘，易受潮，具有一定抗氧化性和保濕性。最初從甜菜糖蜜中提取出來，廣泛存在于動植物體內(nèi)[4]。因其無毒、無害、無殘留及無污染被應(yīng)用于畜牧業(yè)甜菜堿分為外源性與內(nèi)源性甜菜堿，研究表明內(nèi)源性甜菜堿不能滿足動物的營養(yǎng)需求，需外源性甜菜堿補(bǔ)充[5]。

甜菜堿主要參與甜菜堿/蛋氨酸的代謝循環(huán)和葉酸/四氫葉酸的代謝循環(huán)和高半胱氨酸的轉(zhuǎn)硫代謝（見圖1）[5]。

圖1甜菜堿參與體內(nèi)循環(huán)[5]

3 甜菜堿應(yīng)用

3.1 甜菜堿作為甲基的重要來源

甲基是動物體內(nèi)新陳代謝的重要物質(zhì)，參與脂肪代謝及嘧啶合成等過程。機(jī)體的甲基主要來源于膽堿、蛋氨酸、甜菜堿和S-腺苷蛋氨酸，由于膽堿和蛋氨酸需先活化才能提供有效甲基，S-腺苷蛋氨酸會被機(jī)體直接利用，所以甜菜堿提供甲基的損耗率最低。另外，甜菜堿含有三個活性狀態(tài)甲基，可提供大量高效甲基[6]。從以上兩方面來看，甜菜堿是最有效的甲基供體。

甜菜提供甲基的方式主要是甜菜堿/蛋氨酸的代謝循環(huán)和葉酸/四氫葉酸的代謝循環(huán)與高半胱氨酸的轉(zhuǎn)硫代謝機(jī)制。甜菜堿/蛋氨酸循環(huán)中甜菜堿主要是為高半胱氨酸轉(zhuǎn)化成蛋氨酸提供甲基[7]。甜菜堿可在甜菜堿-高半胱氨酸-S-甲基轉(zhuǎn)移酶的催化下生成二甲基甘氨酸和甲基，二甲基甘氨酸可進(jìn)一步分解生成一甲基甘氨酸、甘氨酸和絲氨酸，甲基可用于促使高半胱氨酸合成蛋氨酸。而蛋氨酸可通過蛋氨酸腺苷轉(zhuǎn)移酶生成S-腺苷蛋氨酸。S-腺苷蛋氨酸通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶進(jìn)行DNA甲基化，磷脂酰乙醇胺甲基轉(zhuǎn)移酶生成S-腺苷高半胱氨酸，而S-腺苷高半胱氨酸通過S腺苷高半胱氨酸水解酶生成高半胱氨酸進(jìn)入后續(xù)的高半胱氨酸的轉(zhuǎn)硫代謝[7]。

在高半胱氨酸的轉(zhuǎn)硫代謝中，通過可通過葉酸/四氫葉酸循環(huán)及甲基轉(zhuǎn)移酶重新生成蛋氨酸，甜菜堿可為葉酸代謝提供甲基[7]。也可通過轉(zhuǎn)硫作用形成胱硫醚，進(jìn)而生成半胱氨酸，半胱氨酸生成?；撬峄蛘哌M(jìn)入谷胱甘肽代謝途徑生成谷胱甘肽[8]。通過在日糧中增加甜菜堿，可以提高動物生長性能，降低胴體脂肪，改善酮體品質(zhì)，調(diào)節(jié)機(jī)體脂肪代謝及氨基酸代謝等作用[9]。相關(guān)應(yīng)用研究研究發(fā)現(xiàn)，對羊飼喂甜菜堿后，動物肝臟中的蛋氨酸循環(huán)明顯增強(qiáng)，使甜菜堿通過甜菜堿-高半胱氨酸-S-甲基轉(zhuǎn)移酶發(fā)揮供甲基作用，相互促進(jìn)[10]。

3.2 甜菜堿能改善瘤胃功能

甜菜堿還可以改善瘤胃發(fā)酵功能，相關(guān)研究顯示隨著甜菜堿添加劑量提升，乳牛瘤胃內(nèi)pH和氨氮濃度線性降低，總揮發(fā)性脂肪酸和乙酸，丙酸比例呈線性增加趨勢。另外甜菜堿乳牛飼料中干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維消化率也呈線性或二次增加趨勢[11]。另外，甜菜堿可降低瘤胃體外發(fā)酵pH，提高產(chǎn)氣量、氨氮及菌體蛋白含量，并呈劑量依賴性[12]。通過改善瘤胃的發(fā)酵功能，可以提高乳牛的消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)能力，改善乳牛的營養(yǎng)物質(zhì)攝取，提高乳牛的生產(chǎn)機(jī)能，并且為孕期和哺乳期提供更多營養(yǎng)，間接提高子代牛犢的體質(zhì)與生產(chǎn)能力。

3.3 甜菜堿提高子代體質(zhì)與生產(chǎn)性能

妊娠期母牛通過添加甜菜堿，可改變其內(nèi)分泌、胎盤轉(zhuǎn)運及DNA甲基化等多種生理功能，影響子代初生重、肝臟代謝及免疫性能，對子代后續(xù)生長起關(guān)鍵作用[13]。甜菜堿可通過母體影響子代，影響表觀遺傳，符合母子一體化飼養(yǎng)理念。

甜菜堿還具有誘食作用，可以提升乳牛的進(jìn)食量，提高營養(yǎng)物質(zhì)的補(bǔ)充量，促進(jìn)乳牛生長與生產(chǎn)，還可以改善飼料效率，降低飼料的損失與浪費。汪以真等研究發(fā)現(xiàn)，甜菜堿可提高豬血清中生長激素含量，促進(jìn)豬生長[13]。

由于甜菜堿分子內(nèi)電荷分布為中性，可調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓，加強(qiáng)畜禽抵抗外界刺激的作用[14-15]。尤其當(dāng)乳牛處于夏季熱應(yīng)激狀態(tài)時，補(bǔ)充甜菜堿可緩解熱應(yīng)激，且隨著甜菜堿的添加量增加，乳牛直腸溫度有下降趨勢，產(chǎn)奶量有升高趨勢[16-17]。

4 存在問題

甜菜堿作為已經(jīng)部分投入應(yīng)用的飼糧添加劑，在動物生長發(fā)育過程中具有重要的調(diào)節(jié)作用。目前，甜菜堿的應(yīng)用還存在著多個問題：①甜菜堿在不同動物不同生長階段的添加量有待進(jìn)一步研究明確；②甜菜堿與其他甲基供體之間拮抗或互作關(guān)系及脂肪代謝關(guān)系的機(jī)理需進(jìn)一步研究；③甜菜堿能否真正替代其他甲基供體發(fā)揮作用。④反芻動物上具體應(yīng)用方式與要求仍需進(jìn)一步研究。

5 小結(jié)

甜菜堿生產(chǎn)工藝簡單，產(chǎn)量大，價格低廉，且不良反應(yīng)較少，具有良好應(yīng)用價值，應(yīng)用前景廣闊。但甜菜堿也存在諸多問題，需要進(jìn)一步研究解決。今后，應(yīng)用基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白組學(xué)等學(xué)科手段，研究甜菜堿作用機(jī)制和在乳牛不同飼養(yǎng)階段中最適用量和最適添加方式為甜菜堿應(yīng)用于乳牛研究的主要方向。同時研究將甜菜堿運用于乳牛母子一體化飼養(yǎng)中，提高母體的生產(chǎn)效能與生產(chǎn)壽命，改善子代的表觀遺傳，提高子代的生產(chǎn)性能與抗病力。