不飽和脂肪酸瘤胃微生物氫化與調(diào)控奶牛泌乳性能的研究進(jìn)展

普宣宣，李秋爽，王 敏*，譚支良

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長沙 410125）

10 余年來，隨著國家奶業(yè)振興行動計(jì)劃的實(shí)施，奶牛生產(chǎn)效率和單產(chǎn)水平顯著提高。奶牛產(chǎn)后1～3周的能量攝入量通常低于產(chǎn)奶量的增長需求，易導(dǎo)致機(jī)體能量負(fù)平衡，產(chǎn)奶量越高，能量負(fù)平衡則越嚴(yán)重，產(chǎn)后4～8 周方可恢復(fù)能量正平衡，緩解能量負(fù)平衡對于維護(hù)奶牛健康和生產(chǎn)力至關(guān)重要。日糧中添加脂肪（酸）是緩解奶牛機(jī)體能量負(fù)平衡和維護(hù)奶牛健康的重要手段，并有助于提高泌乳性能。脂肪混合物中不飽和脂肪酸c9 C18:1 比例由10%增加到30%時，新產(chǎn)階段奶牛體重和體況損失顯著下降，干物質(zhì)采食量呈上升趨勢，并對奶牛后期的能量校正乳和乳脂有持續(xù)正向影響。日糧添加不飽和脂肪酸有助于提高乳脂不飽和脂肪酸含量，其經(jīng)瘤胃生物氫化后有助于提高牛乳共軛亞油酸含量，進(jìn)而有效提高牛乳營養(yǎng)價值。但部分瘤胃氫化中間產(chǎn)物對乳脂合成具有抑制作用。鑒于此，本文綜述了不飽和脂肪酸瘤胃微生物氫化過程、氫化影響因子及不飽和脂肪酸對奶牛泌乳性能的影響等，旨在為利用不飽和脂肪酸提高奶牛生產(chǎn)效率和牛乳品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。

1 不飽和脂肪酸瘤胃微生物氫化

不飽和脂肪酸在瘤胃微生物作用下將碳鏈上的雙鍵氫化成單鍵的過程，即為不飽和脂肪酸瘤胃微生物氫化，該現(xiàn)象于1951 年被首次發(fā)現(xiàn)。油酸、亞油酸和-亞麻酸的瘤胃生物氫化率分別為50%～80%、70%～95%和80%～100%。以油酸、亞油酸和-亞麻酸為例，其瘤胃生物氫化及其相關(guān)微生物作用過程分別見圖1、圖2 和圖3。

1.1 不飽和脂肪酸瘤胃氫化的生物化學(xué)過程 油酸在瘤胃微生物的作用下加氫主要生成飽和脂肪酸C18:0，并伴隨著反式脂肪酸t(yī)6、t7、t9、t10-t16 C18:1 等的生成（圖1）。亞油酸在異構(gòu)酶的作用下主要生成c9t11 C18:2，后在瘤胃微生物的作用下氫化為t11 C18:1，最后氫化為C18:0，并伴隨著異構(gòu)體t9t11、t9c12、c9c11、c10c12、t10c12 和t10t12 C18:2 等的生成，以及氫化中間產(chǎn)物t8-t10、t12、c10-c12 C18:1 等的生成（圖2）。-亞麻酸在異構(gòu)酶的作用下主要生成c9t11c15 C18:3，后在瘤胃微生物的作用下氫化為t11c15 C18:2，進(jìn)一步氫化為t11 C18:1，最終氫化為C18:0，并伴隨著異構(gòu)體c9t13c15、t9t11c13、t10c12c15 和t9t11c15 C18:3 等的生成，以及氫化中間產(chǎn)物t11c13、t11t13、t13t15、t13c15、c12t12、t10c15、t11t14、c12c15、t12c15 C18:2 和t12-t16、c11、c12 及c15 C18:1 等的生成（圖3）。另有研究發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化過程中有新的路徑和中間產(chǎn)物生成，有待進(jìn)一步挖掘和總結(jié)。

圖1 油酸瘤胃生物氫化主要路徑[12]

圖2 亞油酸瘤胃生物氫化主要路徑[12-14]

圖3 α-亞麻酸瘤胃生物氫化主要路徑[12-14]

1.2 不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化的微生物過程 瘤胃細(xì)菌和原蟲是參與不飽和脂肪酸生物氫化的主要微生物。根據(jù)氫化產(chǎn)物的不同，可將瘤胃氫化細(xì)菌分為A、B 兩類。A 類細(xì)菌可氫化不飽和脂肪酸的最終產(chǎn)物為反式單不飽和脂肪酸，包括丁酸弧菌屬、密螺旋體屬、微球菌屬、真細(xì)菌、真細(xì)菌F2/2、真細(xì)菌W461、白色瘤胃球菌F2/6、革蘭氏陰性桿菌EC7/2、革蘭氏陰性桿菌R8/3 及革蘭氏陰性弧菌2/9/1 等。A 類細(xì)菌中溶纖維丁酸弧菌A38、密螺旋體屬主要轉(zhuǎn)化亞油酸為t11 C18:1、c9 C18:1、c11 C18:1 和c9t11 C18:2；溶纖維丁酸弧菌S2、微球菌屬及白色瘤胃球菌F2/6 主要轉(zhuǎn)化亞油酸和-亞麻酸為反式C18:1 和順式C18:1；真細(xì)菌F2/2 主要?dú)浠瘉営退釣榉词紺18:1，轉(zhuǎn)化-亞麻酸為t11 C18:1、t11c15 C18:2 和c9t11c15 C18:3；真 細(xì)菌W461 主要?dú)浠瘉営退釣镃18:1，氫化-亞麻酸為順式和反式C18:1；革蘭氏陰性桿菌R8/3 主要?dú)浠瘉営退岷?亞麻酸分別為t11 C18:1 和t11c15 C18:2；革蘭氏陰性桿菌EC7/2 主要?dú)浠瘉営退釣榉词紺18:1，氫 化-亞麻酸為t11c15 C18:2 和t11 C18:1。B類細(xì)菌可氫化不飽和脂肪酸的最終產(chǎn)物為飽和脂肪酸C18:0，包括、、革蘭氏陰性桿菌R8/5、丁酸產(chǎn)生菌和等。B 類細(xì)菌中主要?dú)浠退釣镃18:0，氫化亞油酸為t11 C18:1 和C18:0，氫化-亞麻酸為t11c15 C18:2 和c15 C18:1；Fusocillus T344 主要轉(zhuǎn)化油酸為t11 C18:1、c9 C18:1 和C18:0，氫化亞油酸為t11 C18:1和C18:0，氫化-亞麻酸為c9t11 C18:2 和c15 C18:1；革蘭氏陰性桿菌R8/5 主要轉(zhuǎn)化油酸為c9 C18:1 和C18:0，氫化亞油酸為t11 C18:1 和C18:0，氫化-亞麻酸為t11c15 C18:2、c15 C18:1、t15 18:1 和C18:0。

原蟲的不飽和脂肪酸含量顯著高于細(xì)菌，因此原蟲在脂肪酸生物氫化中可能起著一定作用，但尚未完全清楚。有研究表明，原蟲豐度與瘤胃t11 C18:1 含量呈正相關(guān)，與t10 C18:1 及瘤胃生物氫化完整性呈負(fù)相關(guān)，原蟲可能抑制了不飽和脂肪酸氫化為飽和脂肪酸的最后一步。Or-Rashid 等研究發(fā)現(xiàn)，原蟲和細(xì)菌混合可以改變亞油酸的生物氫化路徑，這也可能與原蟲對細(xì)菌的吞噬作用相關(guān)。今后可通過進(jìn)一步試驗(yàn)探究原蟲與不飽和脂肪酸間的聯(lián)系，為更好地調(diào)控脂肪酸瘤胃微生物氫化提供參考依據(jù)。

1.3 不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化的影響因素

1.3.1 不飽和脂肪酸碳鏈長短、濃度和添加形式 瘤胃生物氫化受不飽和脂肪酸碳鏈長短、含量和添加形式等影響。William發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸碳鏈長短促進(jìn)氫化效率的順序?yàn)镃18:3＞C16:1＞C18:2＞反式C18:1＞順式C18:1。不飽和脂肪酸生物氫化效率與其濃度相關(guān)，低pH 發(fā)酵液中，亞油酸的生物氫化率隨玉米油添加濃度的升高而下降。不飽和脂肪酸的添加形式對其瘤胃生物氫化率有顯著影響，以鈣鹽或甲醛形式處理后，進(jìn)入瘤胃的游離不飽和脂肪酸含量降低，進(jìn)而降低了不飽和脂肪酸的瘤胃生物氫化率。與大豆油相比，添加整粒大豆顯著降低了亞油酸的生物氫化率，提高了c9t11 C18:2 的生成量。與菜籽油相比，日糧中添加整粒菜籽可顯著提高乳脂中不飽和脂肪酸含量。

1.3.2 日糧結(jié)構(gòu)與組成 精粗比是影響不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化的主要日糧因素。隨精料比例的增加，不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化率降低。當(dāng)日糧精料比例大于70%時，亞油酸和-亞麻酸的生物氫化率分別降低至35%～60%和50%～80%，這與瘤胃發(fā)酵模式向丙酸型轉(zhuǎn)變相關(guān)，促進(jìn)了氫氣的利用，進(jìn)而抑制不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化。不飽和脂肪酸和精料比例過高易導(dǎo)致氫化路徑由t11 C18:1 向t10 C18:1 轉(zhuǎn)變。另外，日糧精粗比增加也會引起瘤胃pH 下降。低pH 抑制脂肪酶和異構(gòu)酶活性，進(jìn)而降低生物氫化效率。體外法研究結(jié)果表明，低pH 易導(dǎo)致發(fā)酵液t10c12 C18:2 含量增加。日糧種類對脂肪酸瘤胃生物氫化也具有一定影響。新鮮牧草富含-亞麻酸，可降低瘤胃不飽和脂肪酸生物氫化率，進(jìn)而提高放牧奶牛瘤胃中t11 C18:1含量。

除上述因素外，不飽和脂肪酸間的相互作用也可影響其瘤胃生物氫化率。超長鏈不飽和脂肪酸可抑制亞油酸和-亞麻酸生物氫化為飽和脂肪酸的最后一步，促進(jìn)反式不飽和脂肪酸和共軛亞油酸的生成。

2 不飽和脂肪酸對奶牛泌乳性能的影響

2.1 不飽和脂肪酸對產(chǎn)奶量的影響 富含不飽和脂肪酸的籽實(shí)（油）可提高日糧能量水平，進(jìn)而有助于提高奶牛產(chǎn)奶量。皮宇研究表明，日糧中添加富含-亞麻酸的橡膠籽油、亞麻籽油及兩者混合物均顯著提高了奶牛產(chǎn)奶量。每增加100 g 膨化亞麻籽可增加奶牛產(chǎn)奶量0.11～0.14 kg/d。6.5%膨化亞麻籽可使奶牛產(chǎn)奶量增加12.3%。DHA 可使頭胎奶牛和多胎奶牛的產(chǎn)奶量分別增加1.2 kg/d 和0.5 kg/d。日糧添加菜籽和菜籽油可使奶牛產(chǎn)奶量分別增加0.8 kg/d 和1.0 kg/d。由此可知，富含不飽和脂肪酸籽實(shí)（油）可有效提高奶牛產(chǎn)奶量，作用效果與添加的不飽和脂肪酸種類和濃度及奶牛泌乳胎次等相關(guān)。

2.2 不飽和脂肪酸對乳脂合成的影響 不飽和脂肪酸對乳脂合成的影響效果不一。部分研究表明，添加整粒富含不飽和脂肪酸的籽實(shí)可提高乳脂率和乳脂含量，但進(jìn)入瘤胃的游離不飽和脂肪酸含量較高時易抑制乳脂合成。乳脂抑制主要指乳脂肪含量降低10%～50%，同時未出現(xiàn)產(chǎn)奶量或其他乳成分含量降低的現(xiàn)象。不飽和脂肪酸對乳脂合成的抑制作用主要在于其對瘤胃發(fā)酵模式的影響及其生物氫化中間產(chǎn)物。與改變瘤胃發(fā)酵模式相比，瘤胃生物氫化中間產(chǎn)物（如t10c12 C18:2、t10 C18:1 和c10t12 C18:2 等）更易抑制乳脂合成。t10c12 C18:2 與乳脂含量呈負(fù)相關(guān)，對奶牛進(jìn)行瘤胃灌注、靜脈注射或十二指腸灌注t10c12 C18:2 時，乳脂濃度和產(chǎn)量均顯著降低，該現(xiàn)象常伴隨著乳腺中相關(guān)乳脂合成酶編碼基因表達(dá)量的降低，如乳腺轉(zhuǎn)錄因子固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（）、脂肪酸結(jié)合蛋白基因4（）、乙酰羧化酶編碼基因（）及脂肪合成酶編碼基因（）等。但Ventto 等研究表明，奶牛乳脂含量降低時，瘤胃中t10c12 C18:2含量并未增加。這可能與t10c12 C18:2 在乳脂中的含量較少相關(guān)，可能有其他瘤胃氫化中間產(chǎn)物共同參與了對乳脂合成的抑制作用。脂肪酸瘤胃生物氫化通路由t11 C18:1 向t10 C18:1 轉(zhuǎn)變是產(chǎn)生乳脂抑制現(xiàn)象的特征之一。t10 C18:1 對乳脂合成酶編碼基因和等具有抑制作用，這是其抑制乳脂合成的主要原因。而針對母羊乳脂降低現(xiàn)象的相關(guān)數(shù)據(jù)分析中，t10 C18:1 未起到主要作用，這可能主要與乳脂中t10 C18:1 含量較少相關(guān)。c10t12 C18:2 與乳脂抑制也具有一定聯(lián)系。Saeb? 等研究發(fā)現(xiàn)，c10t12 C18:2 具有抗脂肪生成作用。綜上，不飽和脂肪酸瘤胃生物氫化中間產(chǎn)物對乳脂抑制現(xiàn)象的影響與其濃度相關(guān)，可通過調(diào)控其瘤胃生物氫化通路及上述中間產(chǎn)物生成量，進(jìn)而減少對乳脂合成的抑制作用。除上述因素外，某些尚未明確的氫化中間產(chǎn)物也與乳脂降低相關(guān)，可進(jìn)一步探究不飽和脂肪酸瘤胃氫化通路和氫化中間產(chǎn)物與乳腺合成乳脂間的聯(lián)系，為更好地調(diào)控奶牛乳脂組成提供理論依據(jù)。

乳脂合成還受脂肪酸和日糧組合效應(yīng)、脂肪酸添加形式和促乳脂生成物質(zhì)等調(diào)控。在低纖維日糧中添加高劑量的不飽和脂肪酸易抑制乳脂合成，高纖維日糧則促進(jìn)不飽和脂肪酸氫化為飽和脂肪酸，降低對乳脂合成的抑制。富含不飽和脂肪酸整粒籽實(shí)可降低不飽和脂肪酸對乳脂合成的抑制作用。促乳脂合成物質(zhì)（如乙酸鹽）可以顯著提高乳脂含量，因此可通過添加乙酸鹽和不飽和脂肪酸混合物來提高乳脂含量和改善乳脂品質(zhì)。另外，實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)注意不飽和脂肪酸種類、添加形式的選取，并根據(jù)實(shí)際情況添加適宜濃度不飽和脂肪酸以平衡乳脂和乳脂肪酸間的協(xié)同性。

2.3 不飽和脂肪酸對乳脂肪酸組成的影響 不飽和脂肪酸含有多種生物活性因子，有利于降低人體血液甘油三酯和膽固醇含量，提高機(jī)體免疫力。實(shí)際牛乳脂不飽和脂肪酸占比（23%～35%）顯著低于“理想”不飽和脂肪酸（92%）。添加富含不飽和脂肪酸的籽實(shí)（油）則可提高進(jìn)入乳腺的不飽和脂肪酸含量，進(jìn)而提高牛乳中不飽和脂肪酸含量。不飽和脂肪酸及其氫化中間產(chǎn)物對乳腺乙酰羧化酶的轉(zhuǎn)錄和活性具有抑制作用，因此可抑制乳腺利用乙酸合成飽和脂肪酸，進(jìn)而降低飽和脂肪酸含量。DHA（俗稱腦黃金）為人體必需脂肪酸之一，可促進(jìn)神經(jīng)生長和發(fā)育，并具有抗癌作用。牛乳為人體DHA 主要來源之一，添加魚油、微藻及DHA 等可有效提高乳脂中DHA 含量。共軛亞油酸具有抗癌、調(diào)節(jié)免疫功能、預(yù)防動脈硬化和促進(jìn)人體新陳代謝等作用。c9t11 C18:2 占牛乳總共軛亞油酸含量的90%以上，主要由不飽和脂肪酸的瘤胃氫化中間產(chǎn)物t11 C18:1 經(jīng)乳腺脫氫合成。因此，添加不飽和脂肪酸可有效提高牛乳共軛亞油酸含量。日糧中添加2%魚油，乳脂中t11 C18:1 和c9t11 C18:2 的含量可分別增加90%和83%。富含不飽和脂肪酸的籽實(shí)（油）種類與其對乳脂共軛亞油酸含量的影響相關(guān)。添加等量的棉籽油、玉米油和大豆油時，乳脂共軛亞油酸含量分別由對照組的3.5 mg/g 分別增加到6.0、7.1、10.3 mg/g。添加等量的大豆油和亞麻籽油時，乳脂中共軛亞油酸含量分別增加1.51%和0.79%。綜上，日糧中添加不飽和脂肪酸可有效改善乳脂肪酸組成，提高牛乳營養(yǎng)價值。

3 小結(jié)和展望

添加富含不飽和脂肪酸籽實(shí)（油）可提高日糧能量水平，對維護(hù)奶牛健康、提高產(chǎn)奶量和改善乳品質(zhì)均具有正向作用，但部分瘤胃氫化中間產(chǎn)物t10c12 C18:2、t10 C18:1 及c10t12 C18:2 等對乳脂合成具有抑制作用。今后應(yīng)加強(qiáng)對不飽和脂肪酸瘤胃微生物氫化的調(diào)控，提高氫化中間產(chǎn)物t11 C18:1 和c9t11 C18:2 的生成量，進(jìn)而更有效地提高牛乳品質(zhì)。另外，應(yīng)加強(qiáng)不飽和脂肪酸與基礎(chǔ)日糧組合效應(yīng)、促乳脂生成物質(zhì)與不飽和脂肪酸的組合效應(yīng)等方面的研究，進(jìn)而平衡乳脂合成和乳品質(zhì)間的協(xié)同性，為不飽和脂肪酸更好地應(yīng)用于奶牛生產(chǎn)中提供參考依據(jù)。