热应激对泌乳奶牛泌乳性能和乳品质的影响及其机制

摘要

本研究旨在研究热应激对泌乳奶牛泌乳活动造成的影响，并对这些影响的机制进行初步研究。研究包括以下三个方面。
　　1、高温气候环境对泌乳奶牛机体代谢和泌乳性能的影响
　　选取6头相同泌乳期的荷斯坦奶牛，正常饲喂和饮水。实验期从6月29日至8月5日，共计35天。每日10:00和18:00记录气温，统计产奶量，每周取全天奶样检测乳蛋白、乳脂肪和乳糖含量。于实验开始第1周和最后1周采集颈静脉血液检测相关生化指标和血液中相关激素的含量。结果表明:随着环境气温由26℃升高至38℃，实验奶牛均产奶量由15.2 kg/d下降至10 kg/d;乳蛋白产量由0.47 kg/d下降至0.30 kg/d，乳脂肪产量由0.46kg/d下降至0.28kg/d，乳糖产量由0.71kg/d降至0.46kg/d。血液中TP(94.18±0.35&115.07±1.04g/L，p=0.049)，球蛋白(69.58±0.20&88.95±1.10g/L，p=0.045)和葡萄糖(2.88±0.04&3.54±0.11 mmol/L，p=0.03)含量均显著升高;LDL-C(0.18±0.03&0.29±0.01 mmol/L, p=0.004)和AKT(4.17±0.31&35.50±4.15U/L，p=0.004)极显著升高;HDL-C显著降低(3.23±0.08&2.20±0.04 mmol/L，p=0.033)。血液中GH(1.19±0.03&1.54±0.06ng/mL，p=0.037)和IGF-Ⅰ(80.05±10.62-100.72±21.78ng/mL，p=0.048)含量显著升高;皮质醇(288.21±49.73&573.76±11.71ng/mL，p=0.009)含量极显著升高，胰岛素(22.48±2.53&25.66±1.95IU/L，p=0.057)和胰高血糖素(597.18±58.11&658.02±49.47pg/mL，p=0.06)浓度均有升高。结果提示:在中国南京夏季高温高湿条件下，可诱发奶牛发生热应激，奶牛内分泌和营养代谢均发生变化，表现泌乳量减少，乳品质降低。
　　2、热应激时乳成分前体物重分配变化与乳品质降低的关系研究
　　通过探讨血液中氨基酸和游离脂肪酸等“乳成分前体物”与乳脂肪、乳蛋白合成之间的关系，揭示热应激时泌乳奶牛乳品质降低的可能机制。实验动物饲养与处理同第三章。实验开始和结束时采集颈静脉血液，RP-HPLC和ELISA发分别检测血液中游离氨基酸和游离氨基酸含量。结果表明:随着气温的升高（由26℃升高至最高38℃），乳脂肪、乳蛋白含量降低，实验奶牛血液中总NEFA显著升高(178.20±16.70&272.42±20.53μg/mL，p=0.025); Glu、Asp、Gly和Val等主要的生糖氨基酸（811.28±259.22&3254.05±666.79μmol/L，p=0.035）以及Leu、Ile等生酮氨基酸均升高或显著升高(169.26±32.27&502.76±105.50μmol/L，p=0.046);总支链氨基酸(Val、Ile、Leu)含量显著增加（198.36±52.57&1474.85±355.83μmol/L，p=0.0287＜0.05），在必需氨基酸中的所占比例由54.75％增至67.89％。结论:在夏季高温奶牛热应激状态下，乳脂肪、乳蛋白含量均降低，但血液中NEFA，游离氨基酸，特别是支链氨基酸含量显著升高。提示热应激时血液中高水平的NEFA和游离氨基酸并未完全用于乳脂肪和乳蛋白的合成，还发挥了除此之外的供能、糖异生及免疫反应等其他作用，而后者的作用优先于参与乳脂肪、乳蛋白的合成。热应激时乳成分前体物的重分配变化可能是导致乳蛋白、乳脂肪下降的机制之一。
　　3、热应激致奶牛乳成分前体物发生重分配机制初探
　　在前两章的实验中发现热应激可以引起奶牛乳蛋白和乳脂肪的前体物发生重分配，并引起牛奶中乳蛋白和乳脂肪含量降低。为了探究乳蛋白和乳脂肪前体物重分配引起乳成分含量降低的机制，本部分实验对实验奶牛进行了肝脏样品组织采集。采用Real-time PCR方法，对奶牛肝脏内糖异生关键酶PC和PEPCK基因，肝脏组织中GHR、IGFR，HSP70及Keap1-Nrf2通路及其下游HO1，GCLM，NQO1，GCLC等蛋白进行了mRNA表达检测。结果发现:在热应激时，奶牛肝脏内PC(0.917±0.008&1.08±0.025，p=0.045)和PEPCK(0.87±0.009&1.29±0.132，p=0.032)表达水平显著升高;GHR(1.05±0.12&1.39±0.02，p=0.007)表达水平极显著上调，IGFR(1.07±0.05&1.28±0.018，p=0.036)显著上调;肝脏中HSP70(0.35±0.165&1.55±0.012，p=0.006)表达极显著增高;Keap1(1.07±0.24&1.32±0.27，p=0.046)和Nrf2(1.59±0.18&1.73±0.19，p=0.049)基因表达显著升高，其下游4个基因中，HO1(0.98±0.08&1.19±0.02，p=0.037)和NQO(0.92±0.08&1.43±0.02，p=0.026)表达显著提高，GCLM(0.69±0.10&0.97±0.05，p=0.059)和GCLC(0.84±0.07&1.29±0.11，p=0.061)表达有升高，但差异不显著。结果提示:热应激时肝脏中糖异生作用和抗应激作用均增强，血液中升高的乳蛋白、乳脂肪前体物在GH-IGF-Ⅰ轴和Keap1-Nrf2-ARE信号通路的介导下更多地参与了糖异生过程和抵抗细胞的应激损伤，过多消耗了乳成分合成的前体物，减少了乳蛋白和乳脂肪的合成。

目录

声明

摘要

本文部分缩写的中英文对照

引言

第一章 热应激对奶牛泌乳性能及代谢的影响

1 热应激(Heat Stress)概述

2 热应激在泌乳反刍动物上的研究

2．1 奶牛热应激反应

2．2 奶牛热应激的判定

3、热应激对奶牛生产性能及主要营养物质代谢的影响

3．1 对泌乳奶牛采食的影响

3．2 热应激对泌乳奶牛泌乳性能的影响

3．3 热应激对泌乳奶牛主要物质代谢的影响

参考文献

第二章 内分泌激素及Keap1-Nrf2-ARE信号通路在热应激时的调控作用

1 生长激素轴对反刍动物泌乳的调控

1．1 生长激素轴的组成

1．2 GH-IGF-Ⅰ轴与奶牛热应激

2 胰岛素与胰高血糖素对反刍动物热应激时泌乳的影晌

2．1 胰岛素对泌乳的调节作用

2．2 胰岛素与奶牛热应激

2．3 胰高血糖素对泌乳的调节作用

2．4 胰高血糖素与奶牛热应激

3 皮质醇对反刍动物热应激的影响

4 热应激与Keap 1-Nrf2-ARE信号通路

4．1 热应激与氧化应激

4．2 Keap1-Nrf2-ARE抗氧化应激信号通路组成

4．3 Keap 1-Nrf2-ARE抗氧化应激信号通路的激活

4．4 Keap 1-Nrf2-ARE抗氧化应激信号通路的作用

参考文献

第三章 高温气候环境对泌乳奶牛机体代谢和泌乳性能的影响

1 材料和方法

1．1 试剂与仪器

1．2 实验动物与处理

1．3 气温测定

1．4 产奶量和乳成分测定

1．5 血液样品的采集与处理

1．6 血液中相关生化指标浓度的测定

1．7 血液中相关激素含量的测定

1．8 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 乳产量和气温变化

2．2 血液中相关生化指标的变化

2．3 血液中相关激素的变化

参考文献

第四章 热应激时乳成分前体物重分配变化与乳品质降低的关系研究

1 材料和方法

1．1 试剂与仪器

1．2 动物与饲养

1．3 血液样品的采集与处理

1．4 血液中游离氨基酸的定量分析

1．5 血液中游离脂肪酸(NEFA)的测定

1．6 数据统计与分析

2 结果与分析

2．1 血液中游离脂肪酸变化

2．2 20种标准氨基酸的RP-HPLC色谱结果

3 讨论

3．1 热应激对乳脂肪前体物重分配的影响

3．2 热应激对乳蛋白前体物重分配的影响

参考文献

第五章 热应激致奶牛乳成分前体物发生重分配机制初探

1 材料与方法

1．1 试剂及仪器

1．2 实验动物与处理

1．3 肝脏组织样品的采集

1．4 肝脏中相关蛋白基因mRNA表达的Real-time PCR分析

1．5 数据统计及分析

2 结果与分析

2．1 热应激对糖异生关键酶mRNA表达的影响

2．2 热应激对奶牛肝脏中GHR和IGFR基因表达的影响

2．3 热应激对肝脏中HSP70表达的影响

2．4 热应激对肝脏中Keap1-Nrf2通路及下游基因表达的影响

3 讨论

3．1 热应激对奶牛糖异生作用的影响

3．2 热应激时GH轴对糖异生作用的调节

3．3 热应激时奶牛肝脏中Keap1-Nrf2-ARE信号通路及其下游基因的mRNA表达的变化

参考文献

全文结论

攻读硕士学位期间发表论文与学术交流情况

致谢