■劉建新 王 炳 王迪銘 孫會增 劉紅云 王佳堃

（浙江大學(xué)奶業(yè)科學(xué)研究所，浙江杭州310029）

我國有年產(chǎn)量7億噸左右的農(nóng)作物秸稈類資源，其中稻草和玉米秸稈各占2億噸左右。然而，農(nóng)作物秸稈的營養(yǎng)價值并不高，因此農(nóng)牧民常在飼喂秸稈時補(bǔ)充大量精飼料，這易導(dǎo)致奶牛出現(xiàn)瘤胃亞急性酸中毒或酸中毒等疾病。關(guān)于如何有效利用秸稈類粗飼料，已有大量研究，人們試圖通過物理、化學(xué)、生物學(xué)等預(yù)處理方法和補(bǔ)充氨基酸、糖類、維生素、微量元素等營養(yǎng)調(diào)控手段來提高秸稈的利用效率。由于預(yù)處理技術(shù)或多或少存在操作不便、效果不佳等問題，化學(xué)處理還存在環(huán)境污染隱患、動物健康等問題；而營養(yǎng)補(bǔ)飼技術(shù)常缺乏針對性，效果不一。因此需要從奶牛營養(yǎng)與代謝深層次剖析養(yǎng)分利用的制約因素，才能尋求合理的營養(yǎng)對策。但是，關(guān)于秸稈在奶牛機(jī)體中內(nèi)在的消化與代謝的分子生物學(xué)機(jī)制方面研究較少，且缺乏系統(tǒng)性解析。近些年來，營養(yǎng)生理學(xué)以及現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)快速發(fā)展并應(yīng)用于畜牧業(yè)，例如，代謝組學(xué)技術(shù)作為一個新興技術(shù)也已在奶牛研究中得到廣泛的應(yīng)用（Ametaj等，2010；Sun等，2015），并在發(fā)現(xiàn)特定營養(yǎng)生物標(biāo)記物的復(fù)雜生物系統(tǒng)中起到關(guān)鍵且有效的作用（Jones等，2012；Scalbert等，2014）。

1 秸稈飼料的營養(yǎng)性缺陷

粗飼料在反芻動物日糧中起著至關(guān)重要的作用。通常情況下，粗飼料在日糧配方中占干物質(zhì)的40%以上，低于35%易誘發(fā)奶牛出現(xiàn)酸中毒或亞急性酸中毒，最終影響奶牛機(jī)體健康。粗飼料在瘤胃中可降解為大量揮發(fā)性脂肪酸，為機(jī)體提供能量前體物。另外，由于其物理有效纖維作用，粗飼料可刺激奶牛反芻、分泌唾液、維持奶牛瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)（王炳等，2013）。但當(dāng)秸稈作為低質(zhì)粗飼料使用時，其表現(xiàn)出較明顯的營養(yǎng)缺陷，主要體現(xiàn)在：①粗糙，較難加工；②有效養(yǎng)分以及消化率低；③蛋白質(zhì)以及氨基酸利用效率不高；④有效能量不足等。

1.1 物理性狀

在以稻草、玉米秸與苜蓿分別作為粗飼料源飼喂奶牛的研究中，我們分析了營養(yǎng)與飼料顆粒大小兩個因素的作用，發(fā)現(xiàn)由于稻草組顆粒較大，可能對瘤胃乳頭產(chǎn)生較大機(jī)械刺激作用，導(dǎo)致瘤胃乳頭變厚，阻礙營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，影響泌乳性能（Wang等，2017）。因此，在秸稈飼喂奶牛時需注意日糧物理性狀，防止由于物理性纖維水平過高引起的奶牛瘤胃上皮吸收障礙。

有報道稱日糧適度的顆粒大小可降低奶牛挑揀行為（De Vries等，2005）。當(dāng)飼喂秸稈類粗飼料時，切割長度適中可降低奶牛挑食行為，增加秸稈攝入量，避免過多采食精料所導(dǎo)致的瘤胃酸中毒；其結(jié)果是增加日糧peNDF攝入，維持瘤胃健康以及改善乳成分，特別是乳脂肪含量（De Vries等，2005）。

1.2 養(yǎng)分組成與消化率

當(dāng)以低質(zhì)農(nóng)作物秸稈為粗飼料來源飼喂奶牛時，奶牛奶產(chǎn)量受到抑制（Kebede，2006；Zhu等，2013）。從飼料的養(yǎng)分組成方面來看，稻草及玉米秸稈和其他奶牛常用的優(yōu)質(zhì)牧草例如苜蓿相比，其可溶性糖、易利用蛋白、瘤胃可降解蛋白和代謝能較低（NRC，2001）。易發(fā)酵碳水化合物可顯著影響奶牛瘤胃MCP的合成 (Lascano等，2011；Zhu等，2013a；Wang等，2014)。奶牛代謝能的供應(yīng)與營養(yǎng)物質(zhì)消化率密切相關(guān)，也是影響奶產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。

Wang等（2014）發(fā)現(xiàn)，飼喂玉米秸稈和稻草秸稈日糧的奶牛較于苜蓿日糧，干物質(zhì)、有機(jī)物、NDF及ADF表觀消化率都顯著低下。消化率是奶牛能量利用效率的重要指標(biāo)（Reynolds等，2011）。日糧的原料和營養(yǎng)組成影響奶牛營養(yǎng)物質(zhì)消化率和泌乳性能（Weiss等，2009）。Wanapat等（2009）通過尿素或者尿素-氫氧化鈣預(yù)處理技術(shù)處理稻草，以提高其營養(yǎng)物質(zhì)攝入量及消化率，另外，Shi等（2015）研究發(fā)現(xiàn)，利用氧化鈣處理玉米秸稈，亦可提高其營養(yǎng)物質(zhì)消化率，這些稻草預(yù)處理技術(shù)可優(yōu)化奶牛泌乳性能。因此，當(dāng)農(nóng)作物秸稈作為粗飼料飼喂奶牛時，提高其營養(yǎng)物質(zhì)消化率對維持奶牛泌乳起到關(guān)鍵作用。

另外，研究發(fā)現(xiàn)低消化率條件下，奶牛采食量降低，但這種情況取決于日糧的能量密度（Faverdin等，1999），含有較高可消化能的日糧，能量攝入量不會隨著消化率提高而增加（Conrad等，1964）。Baumgardt（1970）報道，當(dāng)日糧能量密度高于2.5 kcal/kg干物質(zhì)時，綿羊會調(diào)整采食量。飼喂低能量密度的秸稈日糧相比于苜蓿日糧可能需要采食更多的干物質(zhì)來補(bǔ)償能量的不足（Hayirli等，2002）。因此，當(dāng)秸稈日糧飼喂奶牛時，設(shè)法提高采食量和消化率，增加可用能的攝取，有助于改善秸稈的利用效率。

1.3 氮代謝與氨基酸利用

反芻動物小腸可吸收代謝蛋白質(zhì)（MP）是由瘤胃微生物蛋白（MCP）、過瘤胃蛋白（RUP）和內(nèi)源蛋白質(zhì)組成（Clark等，1992）。MP的量與高奶牛乳蛋白合成呈現(xiàn)顯著線性正相關(guān)（NRC，2001；Zhu等，2013a），因此飼喂秸稈時乳蛋白合成的降低主要是由于小腸MP流量的不足導(dǎo)致（Zhu等，2013a；Wang等，2014）。Wang等（2014）研究也發(fā)現(xiàn)，與苜蓿日糧相比，稻草和玉米秸稈日糧下奶牛瘤胃MCP以及RUP總量較低。飼喂秸稈日糧時N利用效率較低的原因是糞N和尿N排泄都較高，不僅會對環(huán)境產(chǎn)生不利影響，也不利于奶牛自身健康（Wolfe等，2002）。

迄今已有不少研究發(fā)現(xiàn)，通過補(bǔ)飼不同蛋白源飼料和過瘤胃氨基酸（AA）可提高奶牛N利用效率，進(jìn)而改善奶牛生產(chǎn)性能。但對于AA經(jīng)消化道分解，吸收進(jìn)入血液后在肝臟中重新分配，最終到達(dá)乳腺等各個組織器官進(jìn)行最終代謝的過程并不十分清楚（Ar?mentano，1994），導(dǎo)致無法保證不同飼料原料、不同生理狀態(tài)奶牛的日糧AA平衡性，不僅達(dá)不到預(yù)期的飼養(yǎng)效果，亦導(dǎo)致飼料資源的浪費(fèi)。系統(tǒng)地研究秸稈日糧蛋白質(zhì)與AA代謝過程的報道更鮮有發(fā)現(xiàn)。

為了使奶牛可吸收AA最優(yōu)化，補(bǔ)充充足的RUP是必要的（Schwab，1995；NRC，2001）。Zhu等（2013b）在玉米秸稈中補(bǔ)充可溶性淀粉和過瘤胃AA可提高奶牛泌乳性能，且與苜蓿日糧無統(tǒng)計差異，提示秸稈缺乏過瘤胃AA。并且有報道稱，RUP的AA組成可以影響小腸AA流量進(jìn)而導(dǎo)致某個或幾個AA的限制性（Boisen等，2000）。在絕大部分日糧條件下，Met是第一限制性AA。此外，Lys和支鏈氨基酸（BCAA）對于乳蛋白合成也很重要。也有報道Lys是奶牛的另一限制性AA（Schwab等，1992）。增加日糧Lys和Met的水平，可顯著增加奶牛采食量、奶產(chǎn)量、乳蛋白的合成（Socha等，2005）。另外，也有報道 Phe、Ile和 Thr（Nichols等，1998；Liu等，2000），His和Arg（Vanhatalo等，1999）是否成為奶牛的限制性AA，主要根據(jù)不同日糧決定。對以秸稈為粗飼料來源的日糧，迄今尚無其限制性AA的報道。因此需要秸稈飼料AA代謝進(jìn)行研究，以尋找該飼料條件下奶牛泌乳過程中的關(guān)鍵限制性AA，為秸稈日糧優(yōu)化提供技術(shù)支持。

我們的研究發(fā)現(xiàn)，飼喂稻草秸日糧奶牛小腸必需AA（EAA）流量（His除外）顯著低于苜蓿組奶牛（Wang等，2016a）。動脈血AA的濃度一般來說取決于十二指腸可消化AA的流量（Apelo等，2014；Arriola Apelo等，2014）。另外有報道顯示，動脈血中AA的供給量比靜脈血對解析乳腺對AA的利用情況更具意義（Ar?riola Apelo等，2014）。稻草秸日糧條件下，最終進(jìn)入動脈血中用于乳腺攝取的AA中BCAA顯著低于苜蓿日糧（Wang等，2016a），提示BCAA可能是稻草作為奶牛日糧的限制性氨基酸。有報道稱，奶牛皺胃中補(bǔ)充淀粉可以提高奶牛乳腺血流量（MPF；Rius等，2010），小腸灌注葡萄糖亦可提高奶牛MPF，并增加EAA的清除效率（Rulquin等，2004）。飼喂秸稈日糧奶牛的MPF、動脈血和靜脈血液EAA濃度都低于苜蓿日糧（Wang等，2016a），提示飼喂秸稈日糧所提供的能量攝取不足也是導(dǎo)致泌乳性能下降的重要原因。

AA的乳腺攝取量與牛奶中分泌量（U∶O比）是衡量乳腺氨基酸利用的重要參數(shù)。飼喂秸稈日糧導(dǎo)致大部分AA的U∶O比低于苜蓿日糧，而飼喂稻草日糧奶牛的Met的U∶O值小于1（Wang等，2016a），可能肽結(jié)合形式的Met也能被乳腺攝取進(jìn)行乳蛋白合成。利用雙示蹤標(biāo)記物進(jìn)行體內(nèi)研究表明，肽結(jié)合EAA可以用于乳蛋白的合成（Backwell等，1996；Be?quette等，1999）。Mabjeesh等（2005）報道，肽結(jié)合AA用于乳蛋白合成的比例大概占7%～18%。因此稻草飼喂奶牛時Met的缺乏較大，提示其限制性。苜蓿組日糧比秸稈組日糧提供更多的EAA和BCAA，特別是Leu和Met，提示秸稈應(yīng)用于泌乳奶牛日糧時需要適當(dāng)補(bǔ)充Leu和Met。

1.4 葡萄糖代謝

葡萄糖是哺乳動物乳糖合成的主要前體物，并且是乳腺（腺泡）上皮分泌細(xì)胞合成乳蛋白及乳脂肪的底物。對于平均產(chǎn)奶量40 kg/d的奶牛來說，每天最多要從乳腺的血液中攝取3 kg的葡萄糖（Kronfeld，1982；Rigout等，2002）。動物體內(nèi)葡萄糖來源主要有3種途徑：①日糧碳水化合物消化產(chǎn)生的葡萄糖吸收；②丙酸等在肝臟糖異生作用產(chǎn)生葡萄糖（Arm?strong，1965）；③生糖氨基酸轉(zhuǎn)化產(chǎn)生葡萄糖。通常第1種途徑來源葡萄糖為外源葡萄糖；后兩種途徑來源的葡萄糖統(tǒng)稱為內(nèi)源葡萄糖。

我們的研究發(fā)現(xiàn)（Wang等，2016c），作為血糖前體物的瘤胃丙酸濃度，稻草日糧顯著低于苜蓿日糧；且反映肝臟糖原異生作用的丙酮酸羧激酶mRNA豐度在稻草日糧條件下顯著低于苜蓿日糧和玉米秸日糧，線粒體磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶、胰島素樣生長因子1受體、磷酸果糖激酶（肝源、肌源及胰源）等酶的mRNA豐度則低于苜蓿日糧。奶牛乳腺對葡萄糖的攝取量玉米秸日糧和稻草日糧顯著低于苜蓿日糧；乳中K+濃度稻草日糧顯著高于苜蓿日糧和玉米秸日糧。這些結(jié)果提示，飼喂稻草日糧奶牛丙酸生產(chǎn)較低，肝臟糖異生作用合成葡萄糖較少，使乳腺的葡萄糖攝取量較低，最終導(dǎo)致乳糖合成不足。

乳糖在維持牛奶滲透壓方面起主要作用（約50%）（Gáspárdy等，2004）。一般來說，乳糖的合成量與奶產(chǎn)量呈正比。另外，牛奶中Na+、K+、Cl-濃度也起到維持滲透壓作用（Oshima等，1980）。飼喂稻草日糧顯著降低奶牛乳糖濃度，除了低于苜蓿日糧奶牛外，同樣低于和其泌乳性能相近的玉米秸稈日糧，因此，除了葡萄糖供應(yīng)不足這一原因外，離子等其他因素所貢獻(xiàn)的滲透壓應(yīng)該也有所差異，以維持總體牛奶滲透壓的平衡。檢測牛奶中離子濃度發(fā)現(xiàn)，飼喂稻草的處理組，牛奶K+濃度顯著高于其他兩組，這就解釋了乳糖含量產(chǎn)生變化的原因。另有研究發(fā)現(xiàn)，乳糖濃度和牛奶中Na+、K+和Cl-濃度呈負(fù)相關(guān)（Oshima等，1980；Peaker，2013）。提示飼喂稻草引起乳腺動脈血中葡萄糖供應(yīng)量不足，導(dǎo)致了乳糖濃度降低，乳中K+與乳糖一起共同維持了滲透壓平衡。

2 飼喂秸稈奶牛的代謝缺陷

代謝組學(xué)憑借其便捷的檢測技術(shù)，高通量的小分子代謝物結(jié)果及非靶標(biāo)分析策略迅速成為系統(tǒng)生物學(xué)中基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組下游的重要組成部分，目標(biāo)直指生物標(biāo)記物和機(jī)制研究。利用代謝組學(xué)技術(shù)解析奶牛營養(yǎng)問題的研究也日漸增多（孫會增等，2014）。秸稈飼料在奶牛養(yǎng)殖中應(yīng)用引起的代謝缺陷主要體現(xiàn)在代謝物差異及代謝通路下調(diào)兩個方面。

2.1 代謝物質(zhì)差異顯著

我們系統(tǒng)研究了飼喂苜蓿草和玉米秸稈為主要粗飼料來源的奶牛瘤胃液，血清、牛奶、尿液、肝臟及乳腺組織中的代謝物質(zhì)，代謝物質(zhì)數(shù)量和含量的不同能夠很好地反映動物營養(yǎng)、生理和代謝差異（Sun等，2015）。其中飼喂秸稈組代謝物質(zhì)表達(dá)量差異隨著體液及組織器官不同呈現(xiàn)不同趨勢。瘤胃液及血清中代謝物質(zhì)顯著下調(diào)。在瘤胃液檢測到的165種代謝小分子中有55種差異物質(zhì)，其中49種在秸稈組中顯著下調(diào)。這些代謝小分子主要是氨基酸、肽及其衍生物、碳水化合物及其衍生物，分子量均在1 000以下，顯著下調(diào)的代謝物質(zhì)可以作為合成瘤胃微生物蛋白質(zhì)的底物或能量供應(yīng)物質(zhì)。這些結(jié)果表明，秸稈組多數(shù)瘤胃液代謝物質(zhì)的顯著下調(diào)影響了瘤胃微生物蛋白代謝，導(dǎo)致了其合成不足。血液檢測出來的28種差異代謝物質(zhì)中有19種在秸稈組中顯著下調(diào)，其中有14種是氨基酸及其衍生物，氨基酸供應(yīng)不足直接限制了乳腺氨基酸攝取及蛋白質(zhì)合成。另一方面，尿液中代謝物質(zhì)顯著上調(diào)。兩組處理尿液中共檢測到的31種差異物質(zhì)，其中71%物質(zhì)在秸稈組中顯著上調(diào)，這些物質(zhì)多為代謝終產(chǎn)物或代謝廢棄物，如秸稈組中的尿素比苜蓿組高了6.84倍。顯著上調(diào)的代謝物隨尿流失造成了飼料利用效率低下。我們同時鑒定出作為區(qū)分2組日糧差異的生物表征物——馬尿酸，該物質(zhì)已被鑒定為確定山羊最佳飼養(yǎng)方案的奶標(biāo)記物（Carpio等，2013）。我們的研究中馬尿酸跟奶產(chǎn)量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)。

2.2 代謝通路功能下調(diào)

通過代謝物質(zhì)系統(tǒng)分析代謝通路的變化能將大量信息有效整合并從功能層面解析（Marques等，2016）。瘤胃中微生物代謝通路結(jié)果顯示17種代謝物質(zhì)介導(dǎo)的9條代謝通路發(fā)生了顯著變化，結(jié)合瘤胃微生物測序結(jié)果發(fā)現(xiàn)三羧酸代謝尤其是琥珀酸通路在秸稈組中極顯著下調(diào)，這也解釋了秸稈組瘤胃中非纖維性碳水化合物不足造成丙酸含量低下的代謝機(jī)理。肝臟中的代謝通路功能顯示，氨基酸代謝和糖異生功能在秸稈組明顯下調(diào)，這也導(dǎo)致了血液中氨基酸供應(yīng)不足同時造成葡萄糖合成低下（Agarwal等，2015）。乳腺組織代謝通路功能中，氨基酸攝取、碳水化合物代謝和6-磷酸葡萄糖的氧化功能在秸稈組中都出現(xiàn)了顯著下調(diào)，這跟乳腺中氨基酸攝入利用和乳糖合成密切相關(guān)。綜合分析4種體液中差異物質(zhì)參與的關(guān)鍵代謝通路和共同代謝物質(zhì)參與的代謝通路發(fā)現(xiàn)，三條重要的氨基酸代謝通路，包括甘氨酸、絲氨酸和色氨酸代謝，苯丙氨酸代謝和絡(luò)氨酸代謝在秸稈組中出現(xiàn)了顯著下調(diào)，同時伴隨29種代謝物質(zhì)或相關(guān)酶變化，這些通路跟提高泌乳性能顯著相關(guān)，可作為改善秸稈飼料利用的重要代謝調(diào)控點(diǎn)。

3 不同粗飼料下的奶?；虮磉_(dá)差異

秸稈飼料在物理和化學(xué)方面的缺陷引起奶牛代謝異常，導(dǎo)致碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝過程發(fā)生改變，這與奶牛體內(nèi)參與碳水化合物和蛋白質(zhì)代謝關(guān)鍵器官的功能變化密不可分。低質(zhì)粗飼料可通過多種水平調(diào)控奶牛代謝關(guān)鍵器官（瘤胃、十二指腸、空腸、肝臟和乳腺），影響其功能性，最終限制產(chǎn)奶潛力的發(fā)揮。以轉(zhuǎn)錄后調(diào)控（以miRNA為例）和轉(zhuǎn)錄調(diào)控（mRNA）為例，解析秸稈飼料對奶牛關(guān)鍵代謝器官功能的系統(tǒng)性調(diào)控作用。

瘤胃、十二指腸和空腸是奶牛消化道中營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的重要部位。細(xì)胞凋亡/增殖不僅是消化道上皮營養(yǎng)狀況的反映，亦是消化道上皮物質(zhì)吸收速率的重要調(diào)控因素(Chaturvedi等，2013)，當(dāng)奶牛飼喂秸稈粗料時，消化道表皮增殖/凋亡功能發(fā)生改變。當(dāng)飼喂稻草基礎(chǔ)日糧，通過調(diào)控瘤胃、十二指腸和空腸上皮細(xì)胞中增殖功能相關(guān)基因，如BAG3和IGFBP3（瘤胃）、BAG3、TFF2和PLS1（十二指腸）以及SPP1、LUM和DPT（空腸）的表達(dá)量(Li等，2013；Kalluri等，2010；Farrell等，2002；Mu?oz等，2014)，降低消化道上皮增殖速率；肝臟和乳腺是奶牛泌乳過程具有重要意義的內(nèi)臟組織，肝臟和乳腺細(xì)胞的增殖凋亡水平是影響營養(yǎng)物質(zhì)體內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)的重要因素，飼喂稻草基礎(chǔ)日糧可通過影響 ANGPTL4（肝臟）和 CHI3L1、KRT15、COL1A1和NEB（乳腺）等凋亡功能基因的表達(dá)量，加速奶牛肝臟和乳腺細(xì)胞的凋亡速率（Schumacher等，2015；G?rgens等，2015；He等，2016）。

除了細(xì)胞凋亡/增殖功能，細(xì)胞營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體以及細(xì)胞連接功能亦在營養(yǎng)物質(zhì)吸收過程中起關(guān)鍵作用。SLC14A1、TTR、SLC6A16等功能基因在氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)過程中發(fā)揮重要作用（Sands等，2014；Joseph等，2014），在稻草日糧下，這些功能基因在瘤胃上皮中的表達(dá)量下調(diào)，可能是造成稻草影響氨基酸吸收率的原因；另外，與單胃動物相似，奶牛十二指腸和空腸亦是營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的重要位點(diǎn)，當(dāng)飼喂稻草基礎(chǔ)日糧時，十二指腸（SLC38A4、FXYD3、CLCA1和AQP5）和空腸（FABP6、LTF、HP和APOA1）中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能基因表達(dá)量發(fā)生改變，降低了小腸氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)速率，其原因與稻草日糧能量不足有關(guān)。同時，低能量的稻草日糧可影響氨基酸在內(nèi)臟組織中的利用率。SDS是絲氨酸脫氨基作用過程中的酶，而稻草日糧通過提高SDS表達(dá)量，降低了乳腺可利用氨基酸；類似的，GNMT可將奶牛第一限制性氨基酸——蛋氨酸轉(zhuǎn)化為高半胱氨酸、肌氨酸等（Wang等，2010），稻草日糧條件下，GNMT的表達(dá)量上調(diào)，蛋氨酸含量轉(zhuǎn)化量提高，降低了乳蛋白前體物的合理性：這些結(jié)果提示，低能量的稻草日糧可能通過轉(zhuǎn)氨基和脫氨基作用，降低乳腺氨基酸的供給量和組成合理性，進(jìn)而影響乳蛋白合成量。乳腺上皮細(xì)胞吸收氨基酸的能力對乳蛋白合成至關(guān)重要，我們研究發(fā)現(xiàn)，稻草日糧通過降低兩個氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)功能基因（LTF和SLC7A8）的表達(dá)量（Schwerin等，1994；Su等，2005），降低乳腺上皮細(xì)胞對氨基酸的吸收，最終導(dǎo)致乳蛋白合成量降低。

除氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)外，能量不足亦是飼喂稻草日糧使奶牛產(chǎn)奶量受抑制的原因。揮發(fā)性脂肪酸的吸收主要通過兩種方式，即離子載體轉(zhuǎn)運(yùn)和滲透。離子載體轉(zhuǎn)運(yùn)是揮發(fā)性脂肪酸吸收的重要途徑（Schurmann，2014），且可能受日糧中物理性因素（物理有效纖維）和化學(xué)性因素（快速降解碳水化合物）的影響（Sehest?ed，1996）：飼喂稻草日糧時，瘤胃上皮的揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體SLC14A1的表達(dá)量降低，這可能由于稻草日糧中能量密度較低引起的；同時，由于稻草日糧顆粒大小較苜蓿日糧高，影響了瘤胃上皮完整性調(diào)控基因（S100A9、CYR61、S100A8等）（Wolf，2009；Littlejohn等，2010），使緊密連接受損，影響了揮發(fā)性脂肪酸的滲透效率。瘤胃揮發(fā)性脂肪酸吸收速率降低，直接影響肝臟中糖原異生過程（飼喂稻草日糧抑制肝臟糖異生調(diào)控基因CYP2B6、CYP11A1和CYP2C18表達(dá)量）（Kyunghee等，2010；Neunzig等，2014；Motojima等，2006），從而影響奶牛全身能量狀態(tài)，這亦是十二指腸、空腸和乳腺中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)速率降低的原因之一。

另外，當(dāng)奶牛能量攝入不能滿足能量輸出時，泌乳奶牛極易出現(xiàn)能量負(fù)平衡狀態(tài)，影響其生產(chǎn)性能和健康狀況。熱應(yīng)激蛋白（heat shock proteins，HSPs）是哺乳動物體內(nèi)廣泛存在的一類熱應(yīng)激蛋白質(zhì)，最近研究發(fā)現(xiàn)，HSPs的變化不僅與熱應(yīng)激有關(guān)，亦與動物體的營養(yǎng)狀況有關(guān)，長期處于營養(yǎng)缺乏狀態(tài)的動物，會引起HSPs相關(guān)基因上調(diào)（Carrizo，2009）。我們發(fā)現(xiàn)，在稻草日糧條件下，奶牛五個重要部位的HSPs功能基因，包括瘤胃（HSPB8和 HSPH1）、十二指腸（HSPH1、CRYAB、HSPA6）、空腸（DNAJA1）、肝臟（DNAJA1和HSPA6）以及乳腺（DNAJA1、HSPA8）的表達(dá)量均提高，提示長期飼喂稻草日糧可能引起奶牛應(yīng)激反應(yīng)，影響健康狀況。

miRNA介導(dǎo)調(diào)控機(jī)制是哺乳動物重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程。我們的研究發(fā)現(xiàn)，秸稈飼料（如稻草和玉米秸）可顯著改變奶牛蛋白關(guān)鍵代謝組織的miRNA表達(dá)量，其中一些日糧間差異表達(dá)的miRNA與氮轉(zhuǎn)化效率顯著相關(guān)（Wang等，2016b）。例如，在苜蓿日糧條件下，miR-378（瘤胃）、miR-423-5p（十二指腸）、miR-2419-3p（空腸）、miR-1（肝臟）和miR-2285t（乳腺）等與氮轉(zhuǎn)化效率呈正相關(guān)的miRNAs，其表達(dá)量顯著高于稻草和玉米秸日糧條件下的奶牛。RS日糧條件下，miR-21-3p（瘤胃）、miR-497（肝臟）等與氮轉(zhuǎn)化效率呈負(fù)相關(guān)的miRNAs，其表達(dá)量高于飼喂苜蓿日糧的奶牛；類似的，玉米秸日糧條件下，乳腺miR-6119-3p和空腸miR-2285r表達(dá)量與飼喂苜蓿日糧的奶牛存在顯著差異。這些miRNA在氨基酸代謝、細(xì)胞增殖凋亡和能量代謝調(diào)控過程中起重要作用，如miR-378、miR-423-5p、miR-2419-3p、miR-1和miR-2285r與上皮細(xì)胞增殖/凋亡功能變化有關(guān)，miR-21-3p和miR-2285t與氨基酸跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)功能有關(guān)。miR-6119-3p在能量代謝調(diào)控中具有重要作用（Li等，2014；Lin等，2011；Levine等，1992）。

這些結(jié)果提示，粗料質(zhì)量能影響奶牛機(jī)體組織miRNA表達(dá)量，這可能是日糧調(diào)控奶牛氮轉(zhuǎn)化效率的方式之一，調(diào)控機(jī)體組織中特定的miRNA可能是改變奶牛氮利用率的有效方法。

4 結(jié)語與展望

食草家畜是發(fā)展我國畜牧業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域，但隨著我國奶業(yè)的發(fā)展，優(yōu)質(zhì)飼草資源缺乏成為其快速發(fā)展的制約因素之一。充分利用我國豐富的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物特別是農(nóng)作物秸稈資源，不僅可以變廢為寶，而且也能減緩由于秸稈廢棄、焚燒所引起的環(huán)境污染。因此，揭示秸稈日糧下制約奶牛生產(chǎn)的營養(yǎng)與代謝因素，對于有效利用這一巨大資源，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

作為飼料，農(nóng)作物秸稈存在養(yǎng)分含量低、消化性差等不足。由于秸稈類資源可溶性糖分不足會限制瘤胃微生物蛋白合成，而飼喂秸稈日糧時小腸必需氨基酸流量少、乳腺中Met和支鏈AA供應(yīng)不足會導(dǎo)致乳腺可利用AA不足，限制乳蛋白的合成。當(dāng)秸稈類作為主要粗飼料時，奶牛瘤胃內(nèi)生糖前體物（丙酸等）較少，會引起肝臟糖原異生少，對乳腺葡萄糖供應(yīng)不足，導(dǎo)致乳糖產(chǎn)量和奶產(chǎn)量下降。代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，飼喂秸稈日糧奶牛的多數(shù)瘤胃液代謝物質(zhì)顯著下調(diào)，而尿液中代謝廢棄物顯著上調(diào)，為揭示秸稈飼料的代謝缺陷提供了有效依據(jù)。

今后需要進(jìn)一步研究不同日糧條件下的乳腺泌乳代謝過程，圍繞差異代謝物進(jìn)行深度分析和驗(yàn)證，并結(jié)合利用各種組學(xué)技術(shù)，從深層次揭示出乳腺泌乳生理過程以及日糧作用下對乳腺代謝過程中關(guān)鍵代謝通路以及代謝物質(zhì)或者蛋白，為后續(xù)調(diào)控奶牛泌乳提供支持。同時，可設(shè)計營養(yǎng)調(diào)控試驗(yàn)，采用降低秸稈作為奶牛粗飼料源比例，改善日糧物理性質(zhì)，適量補(bǔ)充葡萄糖、Met、Phe、BCAA 等關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，以改善飼喂低值粗飼料下奶牛等反芻動物的生產(chǎn)性能。