低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪氮营养素利用的影响及其作用机制研究

摘要

日粮蛋白水平和日粮添加半胱胺(CS)都能够影响猪的氮代谢。研究表明，低蛋白氨基酸平衡日粮可有效的减少猪的氮排放，日粮粗蛋白水平下降1％，氮的排出量减少8％左右。半胱胺可以通过降低育肥猪体内蛋白质的降解速率影响氮代谢。但是，到目前为止，在不同蛋白水平日粮中添加半胱胺对猪的生长会产生怎样的影响，它们影响猪氮代谢的具体机制还不清楚。因此，本研究通过在不同蛋白水平日粮中添加CS研究其对生长猪和育肥猪氮代谢的影响，揭示日粮蛋白水平和CS添加之间是否存在互作效应，并通过对氮代谢关键信号通路的分析，初步阐明日粮蛋白水平和CS对猪氮营养素利用的作用机制。
　　1、低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪生长性能、屠宰性能、血液生化指标及粪中含氮化合物的影响
　　(1)试验1（生长猪部分）:试验采用2×2因子试验设计，选取120头初始体重为42.18±0.70 kg（平均数±平均标准误）的大×长×梅山三元杂交阉公猪，随机分为4个处理，每个处理5个重复，每个重复6头猪，饲喂正常蛋白水平日粮(NP)(CP=16％)、正常蛋白水平日粮+半胱胺(NP+CS)、低蛋白水平日粮(LP)(CP=12％)、低蛋白水平日粮+半胱胺(LP+CS)。 CS（纯计）的添加量为100 mg/kg。基础日粮中添加合成氨基酸以满足NRC(2012)8种必需氨基酸（Lys、Met、Thr、Trp、Ile、Leu、Val和Phe）的标准回肠可消化氨基酸(SID AA)水平。饲养期为31天。结果显示，LP日粮显著降低了生长猪血液中谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)、总蛋白(TP)、白蛋白(Alb)和血浆尿素氮(PUN)的含量(P＜0.05)，降低了粪中腐胺和色胺的含量(P＜0.05)，对于其它指标均未产生影响(P＞0.05);日粮添加CS显著增加了生长猪的平均日增重(ADG)(P＜0.05)，降低了料重比(F/G)（P＜0.05），但是对平均日采食量（ADFI）没有产生显著影响（P＞0.05）。日粮添加CS显著提高了瘦肉率(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中ALT、AST和Alb的含量(P＜0.05)，显著降低了PUN的含量(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中胰岛素样生长因子1(IGF-1)、胰岛素和胃泌素的含量(P＜0.05)，显著降低了瘦素、胰高血糖素和生长抑素(SS)的含量（P＜0.05）。日粮添加CS显著降低了粪中铵态氮、腐胺、尸胺和组胺的含量（P＜0.05）;日粮蛋白水平和CS添加对于生长猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　(2)试验2（育肥猪部分）:试验采用2×2因子试验设计，选取120头初始体重为65.84±0.61 kg（平均数±平均标准误）的大×长×梅山三元杂交阉公猪，随机分为4个处理，每个处理5个重复，每个重复6头猪，饲喂正常蛋白水平日粮(NP)(CP=14％)、正常蛋白水平日粮+半胱胺(NP+CS)、低蛋白水平日粮(LP)(CP=10％)、低蛋白水平日粮+半胱胺(LP+CS)。CS（纯计）的添加量为140 mg/kg。基础日粮中添加合成氨基酸以满足NRC(2012)8种必需氨基酸（Lys、Met、Thr、Trp、Ile、Leu、Val和Phe）的标准回肠可消化氨基酸(SID AA)水平。饲养期为41天。结果显示，LP日粮显著降低了育肥猪血液中PUN、游离三碘甲状腺原氨酸(FT3)、游离甲状腺素(FT4)和SS的含量(P＜0.05)，降低了粪中腐胺和尸胺的含量(P＜0.05)，对于其它指标均未产生影响(P＞0.05);日粮添加CS显著增加了育肥猪ADG（P＜0.05），降低了F/G(P＜0.05)，但是对ADFI没有产生显著影响（P＞0.05）。日粮添加CS显著提高了瘦肉率（P＜0.05），降低了背膘厚(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中ALT、AST、TP和Alb的含量(P＜0.05)，降低了PUN的含量(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中FT3、FT4、三碘甲状腺原氨酸(T3)、甲状腺素(T4)、IGF-1和胃泌素的含量(P＜0.05)，降低了瘦素、SS的含量(P＜0.05)。日粮添加CS显著降低了粪中色胺和组胺的含量(P＜0.05);日粮蛋白水平和CS添加对于育肥猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　2、低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪养分表观消化率、肠道氨基酸及肽转运载体表达的影响
　　试验设计同试验1和试验2。
　　(1)生长猪部分:结果显示，LP日粮显著提高了生长猪粗蛋白(CP)的养分消化率（P＜0.05），增加了血液中赖氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、丙氨酸和脯氨酸的含量(P＜0.05)，降低了精氨酸和组氨酸和含量（P＜0.05），对于其它指标均未产生影响（P＞0.05）;日粮添加CS显著增加了生长猪CP、粗脂肪(EE)、干物质(DM)和有机物(OM)的养分消化率(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了空肠食糜中糜蛋白酶和胰蛋白酶的活性(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中赖氨酸、组氨酸、丙氨酸、半胱氨酸、脯氨酸和酪氨酸的含量(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了空肠粘膜中SLC6A19、SLC7A9、和SLC15A1的mRNA表达水平(P＜0.05)。日粮蛋白水平和CS添加对于生长猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　(2)育肥猪部分:结果显示，LP日粮显著提高了育肥猪CP、DM和OM的养分消化率（P＜0.05），增加了血液中苏氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸和丙氨酸的含量(P＜0.05)，降低了精氨酸的含量(P＜0.05)，对于其它指标均未产生影响(P＞0.05);日粮添加CS显著增加了育肥猪CP、 DM和OM的养分消化率（P＜0.05）。日粮添加CS显著增加了空肠食糜中糜蛋白酶和胰蛋白酶的活性(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了血液中精氨酸、组氨酸、半胱氨酸和脯氨酸的含量(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了空肠粘膜中SLC7A7、SLC7A9、和SLC15A1的mRNA表达水平（P＜0.05）。日粮蛋白水平和CS添加对于育肥猪DM的养分消化率存在交互效应(P＜0.05)，对其余指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　3、低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肝脏蛋白合成的影响试验设计同试验1和试验2。
　　(1)生长猪部分:结果显示，LP日粮显著降低了生长猪肝脏中谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸脱氢酶(GDH)、氨甲酰磷酸合成酶1(CPS-1)、乙酰化酶5(SIRT5)的mRNA表达水平(P＜0.05)，对于其它指标均未产生影响（P＞0.05）;日粮添加CS显著增加了生长猪肝脏中乙酰化酶4(SIRT4)的mRNA表达水平（P＜0.05），降低了GS、GDH、CPS-1、SIRT5的mRNA表达水平（P＜0.05）。日粮添加CS显著增加了肝脏中生长激素受体(GHR)、IGF-1、胰岛素样生长因子1受体（IGF-1R）、胰岛素受体底物1（IRS-1）和蛋白激酶(Akt)的mRNA表达水平（P＜0.05），对胰岛素受体(IR)的表达未产生影响(P＞0.05)。日粮添加CS显著增加了肝脏中磷酸化的mTOR、4E-BP1和S6K1的蛋白表达水平（P＜0.05）;日粮蛋白水平和CS添加对生长猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　(2)育肥猪部分:结果显示，LP日粮不影响育肥猪肝脏中IGF-1(insulin)/Akt/mTOR信号通路的基因表达（P＞0.05），也未对总的和磷酸化的mTOR、4E-BP1和S6K1的蛋白表达水平产生影响(P＞0.05);日粮添加CS显著增加了育肥猪肝脏中GHR、IGF-1、IGF-1R、IRS-1和Akt的mRNA表达水平(P＜0.05)，对IR的表达未产生影响（P＞0.05）。日粮添加CS显著增加了肝脏中磷酸化的mTOR、4E-BP1和S6K1的蛋白表达水平（P＜0.05）;日粮蛋白水平和CS添加对育肥猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　4、低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪骨骼肌蛋白合成和降解及肌肉发育的影响
　　试验设计同试验1和试验2。
　　(1)生长猪部分:结果显示，LP日粮降低了生长猪肌肉中GS的mRNA表达水平(P＜0.05)，对于其它指标均未产生影响（P＞0.05）;日粮添加CS显著降低了生长猪肌肉中GS的mRNA表达水平(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了肌肉中IR、IRS-1和Akt的mRNA表达水平(P＜0.05)，对IGF-1和IGF-1R的表达未产生影响(P＞0.05)。日粮添加CS显著降低了肌肉中FOXO4、MAFbx和MuRF1的mRNA表达水平(P＜0.05)。日粮添加CS显著增加了肌肉中成肌分化因子1(MyoD1)和肌细胞增强因子2B(MEF2B)的mRNA表达水平，降低了肌肉生长抑制素(MSTN)的mRNA的表达水平;日粮蛋白水平和CS添加对生长猪所有指标均不存在互作效应(P＞0.05)。
　　(2)育肥猪部分:结果显示，LP日粮不影响育肥猪肌肉中IGF-1(insulin)/Akt/mTOR和泛素蛋白酶体途径(UPP)信号通路的基因表达(P＞0.05)，也未对总的和磷酸化的mTOR、4E-BP1和S6K1的蛋白表达水平产生影响(P＞0.05);日粮添加CS显著增加了育肥猪肌肉中IGF-1、IGF-1R、IRS-1和Akt的mRNA表达水平(P＜0.05)，对IR的表达未产生影响（P＞0.05）。日粮添加CS显著增加了肌肉中磷酸化的mTOR、4E-BP1和S6K1的蛋白表达水平(P＜0.05)。日粮添加CS显著降低了肌肉中FOXO4和MAFbx的mRNA表达水平（P＜0.05）;日粮蛋白水平和CS添加对育肥猪所有指标均不存在互作效应（P＞0.05）。
　　综上所述，本文可得到如下结论:
　　(1)低蛋白氨基酸平衡日粮（日粮粗蛋白水平下降4个百分点，补充合成氨基酸满足8种必需氨基酸（Lys、Met、Thr、 Trp、Leu、Ile、Phe和Val）营养需要）能维持生长猪和育肥猪的正常生长，并能提高氮的养分消化率，降低粪中含氮化合物的排放，有利于提高猪的氮利用率;但低蛋白氨基酸平衡日粮未对肝脏和肌肉中mTOR蛋白合成通路以及肌肉中UPP蛋白降解通路的基因表达产生显著影响。
　　(2)日粮添加CS能提高生长猪和育肥猪氮的养分消化率，减少粪中含氮化合物的排放，有效提高氮的利用率。
　　(3)日粮添加CS能提高生长猪的生长性能，这可能与CS提高血液中IGF-1和胰岛素的浓度有关。一方面CS通过IGF-1激活肝脏中mTOR信号通路以促进蛋白质的合成，另一方面CS通过胰岛素抑制肌肉中UPP信号通路以减少蛋白质的降解，从而提高生长猪的生长性能;日粮添加CS能提高育肥猪的生长性能，这主要与CS提高了血液中的IGF-1浓度有关。IGF-1作为信号分子，既可以促进肝脏和肌肉中mTOR信号分子的表达以促进蛋白质的合成，又可以抑制肌肉中UPP通路信号分子的表达以减少蛋白质的降解，从而促进生长。此外，CS还可以通过提高生长猪肌肉中MyoD1和MEF2B的基因表达水平，降低MSTN的基因表达水平，促进肌肉的发育。
　　(4)低蛋白氨基酸平衡日粮和日粮添加CS是提高猪氮利用和减少氮排放的有效营养调控手段;日粮蛋白水平和CS添加对于生长猪和育肥猪的生长性能和氮代谢不存在互作效应，它们对氮代谢的调控作用相互独立的。

目录

声明

摘要

缩略词中英文对照

前言

第一章 文献综述

1 猪利用氮营养素的研究进展

1．1 肠道氨基酸和肽转运载体

1．2 肝脏氮营养素代谢

1．3 动物体内蛋白合成和降解信号通路

2 猪低蛋白氨基酸平衡日粮研究进展

2．1 低蛋白氨基酸平衡日粮对猪生长性能和胴体性状的影响

2．2 低蛋白氨基酸平衡日粮对猪氮排放的影响

2．3 日粮蛋白水平对动物氮代谢的影响

3 半胱胺研究进展

3．1 半胱胺的代谢和理化性质

3．2 半胱胺的生理功能

3．3 半胱胺对动物氮代谢的影响

4 肌肉发育关键调控基因的研究进展

4．1 成肌调节因子家族

4．2 肌细胞增强因子2家族

4．3 肌肉生长抑制素

5 本研究的目的和意义及技术路线

5．1 研究的目的和意义

5．2 技术路线

第二章 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪生长性能、屠宰性能、血液生化指标及粪中含氮化合物的影响

第一节 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪生长性能、屠宰性能、血液生化指标及粪中含氮化合物的影响(试验1)

1 材料与方法

2 结果与分析

第二节 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对育肥猪生长性能、屠宰性能、血液生化指标及粪中含氮化合物的影响(试验2)

1 材料与方法

2 结果与分析

3 讨论

4 小结

第三章 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪养分表观消化率、肠道氨基酸及肽转运载体表达的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计和饲养管理

1．2 样品采集

1．3 测定指标与方法

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪养分表观消化率的影响

2．2 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪蛋白酶活性的影响

2．3 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪血浆氨基酸含量的影响

2．4 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪空肠粘膜氨基酸和肽转运载体的影响

3 讨论

4 小结

第四章 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肝脏蛋白合成的影响

1 材料与方法

1．3 测定指标与方法

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肝脏IGF-1(insulin)／Akt／mTOR信号通路基因表达情况的影响

2．2 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肝脏mTOR信号通路蛋白表达情况的影响

2．3 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪肝脏中蛋白代谢酶的基因表达情况的影响

3 讨论

4 小结

第五章 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪骨骼肌蛋白合成和降解及肌肉发育的影响

1 材料与方法

1．1 试验设计和饲养管理

1．2 样品采集

1．3 测定指标与方法

1．4 统计分析

2 结果与分析

2．1 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肌肉IGF-1(insulin)／Akt／mTOR信号通路基因表达情况的影响

2．2 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肌肉mTOR信号通路蛋白表达情况的影响

2．3 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪和育肥猪肌肉UPP蛋白降解通路基因表达情况的影响

2．4 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪肌肉中GS、GA和GDH的基因表达情况的影响

2．5 低蛋白氨基酸平衡日粮和半胱胺添加对生长猪肌肉发育调控基因表达的影响

3 讨论

4 小结

总体讨论

参考文献

全文结论

本文创新点及有待进一步研究的问题

致谢

攻读博士学位期间发表论文情况