氨基酸在畜禽冷应激中的作用的研究进展_张富兰.pdf

综述NO.02 2023145饲料研究 FEED RESEARCH氨基酸在畜禽冷应激中的作用的研究进展张富兰 兰钦 赵珊珊 周芹梅 高陈玲 刘平 普金徽 顾招兵*（云南农业大学动物科学技术学院，云南 昆明 650201）摘要：冷应激可为畜禽的正常生长发育带来很大危害，严重阻碍畜禽产业的健康发展。氨基酸是动物生长发育中不可或缺的营养物质，能够缓解冷应激带来的不利影响，使机体在严寒环境中维持正常的生长发育，增强机体抗寒性能。文章综述了冷应激对畜禽的危害及氨基酸在冷应激中营养、抗氧化及分子介导的作用，以期为制定畜禽冷应激保护方案和健康养殖提供参考。关键词：氨基酸；冷应激；畜禽；营养物质；抗氧化；信号分子中图分类号：S 816 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）02-0145-04 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.02.030Research progress on role of amino acids in cold stress of livestock and poultryZHANG Fu-lan LAN Qin ZHAO Shan-shan ZHOU Qin-mei GAO Chen-ling LIU Ping PU Jin-hui GU Zhao-bingAbstract:Cold stress brings great harm to normal growth and development of livestock and poultry,and seriously impaires the healthy industry of livestock and poultry industry.Amino acids are indispensable nutrients for animal growth and development,which can alleviate the adverse effect of cold stress and enable the organism to maintain normal growth and development in a cold environment.The paper reviews the harm of cold stress on livestock and poultry and the nutritional,antioxidant and molecularly mediated roles of amino acids in cold stress,to provide reference for the development of livestock and poultry cold stress protection programs and healthy breeding.Key words:amino acid;cold stress;livestock and poultry;nutrient;antioxidant;signaling molecules冷应激是指温度低于动物耐受下限的临界温度时机体的一种特异性反应，影响动物正常的生理代谢活动，降低生产性能和抗病力，可造成巨大经济损失1。冷应激会导致动物生长缓慢、生产性能下降、繁殖力降低、疾病发病率和死亡率上升等现象。机体通过改变代谢策略以适应寒冷环境，调节冷应激带来的负面影响2。氨基酸在畜禽冷应激中具有营养、抗氧化和作为代谢通路信号分子的功能，可维持机体正常的生理平衡，降低冷应激的负面影响，对畜禽的生长发育与抗寒性能具有重要作用。本文综述冷应激对畜禽的危害及氨基酸在冷应激方面的作用，为氨基酸在畜禽抵抗冷应激方面提供参考。1冷应激对畜禽的危害冷应激可以使畜禽生长发育减慢，饲料转化率降低，在一定程度上抑制免疫功能，增加患病风险3-4。冷应激对机体代谢也会产生影响5。冷应激时，机体能量代谢加强，基础代谢率增加，抗氧化能力降低，机体通过脂肪酸氧化、蛋白质分解与氨基酸氧化以补充能量需要，增强机体抗氧化能力低6。研究表明，冷应激会导致产奶量下降和乳成分改变，同时对犊牛的生长发育造成影响7。奶牛在冷应激状态下，乳房发病率升高，乳成分中乳蛋白、乳糖减少8-9。不同地区气候环境条件不同，冷应激造成的产奶量损失不同，在北方冬季寒冷的环境下，奶牛产奶量最高可下降40%左右1。仔猪最适生存温度为1228，温度每下降1，830 kg的仔猪需增加采食量14 g/d，3090 kg的仔猪需增加采食量27 g/d，仔猪冷暴露后体重增加减慢10。冷应激下，肉鸡肉质地坚硬、肉色暗沉、表面干燥，口感也会受到影响11。冷应激状态下，机体启动一系列非特异性自身免疫反应以缓解应激带来的影响，引起血液中一些生化指标发生变化，造成动物机体免疫及抗氧化功能损伤12。慢性冷应激时，牛血清中白细胞介素-2和白细胞介素-4以及免疫球蛋白G含量下降，表明慢性冷应激时牛机体免疫机能的调节功能受到了抑制，同时产生炎症反应13。2氨基酸在冷应激中的作用氨基酸作为动物生长发育不可或缺的营养物质，能够及时补充因冷应激消耗的能量，还能够在冷应激中发挥抗氧化及代谢通路信号分子的作用。第一作者：张富兰，硕士，研究方向为动物生产学及动物生态与环境工程。通信作者：顾招兵，博士，副教授，硕士生导师。基金项目：云南省中青年学术和技术带头人后备人才项目（项目编号：202205AC160078）收稿日期：2022-07-08综述NO.02 2023146饲料研究 FEED RESEARCH2.1氨基酸的补充营养作用蛋白质在动物体内具有重要的营养功能，可维持细胞生长，更新和修补及氧化供能，维持能量平衡具有重要作用。氨基酸是蛋白质的基本组成部分，供应不足对动物的生产性能、免疫性能和氮代谢等均产生不利影响。日粮缺乏精氨酸（Arg）会降低奶牛产奶量，赖氨酸（Lys）或蛋氨酸（Met）供应不足会降低奶牛乳蛋白和乳脂率14-15。冷应激条件下，补饲氨基酸能增加畜禽营养供给，提高日增重和生长性能。日粮添加L-精氨酸（L-Arg）可降低畜禽冷应激反应，维持正常生理功能，提高生长性能。温度在 1418 时，仔猪日粮中添加1.2%L-Arg，日增重显著增加31.25%16。冷应激雏鸡日粮中添加1.0%2.0%谷氨酰胺（Gln）能够提高平均日采食量和平均日增重，在814日龄添加1.5%Gln能够显著降低料重比17。泌乳牦牛补饲过瘤胃赖氨酸（RPLys）和过瘤胃蛋氨酸（RPMet）能够提高乳蛋白含量，改善胸围、体躯指数、平均日增重、总增重，降低料重比18-19。高寒牧区牦牛冬季补饲对个体增重和掉膘具有显著改善作用，成年牦牛掉膘降低55.14%，犊牦牛掉膘降低57.31%20。张成喜等21在饲粮中添加RPMet，泌乳牛产奶量最高提高了13.32%。陈傲东等22在奶牛饲粮中同时添加RPMet与RPLys，发现奶牛标准乳产量提高了2.56%。因此，合理补饲氨基酸能够增加营养供给，及时补充因冷应激而消耗的营养物质，维持机体正常生长发育，降低冷应激带来的负面影响。2.2氨基酸的抗氧化作用冷应激时机体内自由基、活性氧（ROS）和丙二醛（MDA）产量增加，抗氧化物和抗氧化酶活性降低，引发氧化应激，对动物生长、繁殖和生产性能均有不利影响。育肥猪在冷应激条件下过氧化氢酶（CAT）和超氧化物气化酶（SOD）降低，机体抗氧化能力降低23。荷斯坦奶牛与三河牛处于冷应激状态时，血清中总超氧化物歧化酶和铜锌超氧化物歧化酶含量显著降低，MDA含量升高24。急性冷应激时，雏鸡下丘脑、腓肠肌及血清中总抗氧化能力均呈下降趋势，MDA含量增加25。氨基酸除营养功能外，部分氨基酸还具有抗氧化作用，在氧化应激中具有重要作用。Arg、Gln和Met等氨基酸均能通过多条途径在畜禽冷应激中发挥抗氧化作用。2.2.1精氨酸抗氧化作用Arg在动物体内主要为L-Arg，由于双键和氮孤立电子对之间的共轭关系，自身具有抗氧化能力。Arg可以通过 Arg-一氧化氮（NO）途径、Arg-谷胱甘肽（GSH）途径、Arg-核因子NF-E2相关因子2（Nrf2）信号通路发挥抗氧化作用，精氨酸抗氧化机制见图126。Arg在一氧化氮合成酶作用下生成NO，NO能够抑制脂质过氧化和清除超氧化物等，能够有效地促进Nrf2核转位并激活抗氧化反应元件（ARE），发挥抗氧化作用27。Arg在精氨酸酶的作用下合成谷氨酸，GSH合成依赖其组成氨基酸谷氨酸，Arg增加GSH的合成，但Arg调控GSH的合成机理还有待进一步研究26。GSH可清除氧自由基，增强 SOD、CAT 和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等活性。Arg能够调控Nrf2信号通路发挥抗氧化作用。Kelch样环氧氯丙烷相关蛋白1（Keap1）-Nrf2/ARE信号通路介导抗氧化基因，在细胞抗氧化中具有重要作用28。冷应激时机体启动抗氧化应激系统，ROS增加，Keap1的氨基酸残基被氧化，蛋白构象发生改变与Nrf2解偶联，Nrf2进入细胞核内，识别并结合到ARE序列，启动GSH合成系统、GSH代谢系统及内源性抗氧化酶的转录，激活与启动内源性抗氧化反应，有效清除ROS26,29。冷应激诱发的氧化应激抑制Nrf2在心脏、脑、肝脏等各个器官中降解，Keap1随着冷暴露时间呈下降趋势，慢性冷应激阻碍Nrf2的转录激活，Arg能促进Nrf2与Keap1解离30。Liang等31研究发现，经口灌胃L-Arg能够抑制Keap1和Cul3的表达，激活Nrf2，上调ARE调控的抗氧化基因的表达，抑制氧化应激并诱导内源性抗氧化反应。日粮添加Arg有效缓解冷应激诱发的氧化应激，改善畜禽的生长发育。添加0.25和0.50Arg仔猪血液中的GSH-Px和SOD活性及总抗氧化分别提高了5.21%和7.29%、11.46%和 11.27%，血浆中 MDA 含量分别降低9.63%、10.96%32。Arg减少生长育肥猪肌肉和血浆OH自由基含量，增加血浆 GSH 含量33。仔猪日粮中添加Arg，仔猪平均日增重、平均日采食量均显著提高34。在2128 d的断奶仔猪中添加0.50和0.25Arg，猪的平均日增重分别显著提高20.40%和36.88%32。Arg能够增加肉鸡肝脏抗氧化能力35。2.2.2谷氨酰胺的抗氧化作用Gln为条件性必需氨基酸，是合成GSH的前体物质，GSH作为还原因子增强机体的抗氧化酶活性。冷应激时过氧化氢、超氧化物等生成增多，Gln 合成 GSH，在GSH-Px的作用下接受过氧化氢的电子，发生自身氧化，清除体内自由基，同时SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化图1精氨酸抗氧化机制综述NO.02 2023147饲料研究 FEED RESEARCH物酶活性增强，机体抗氧化能力增加36。冷应激下抗氧化酶含量减少，MDA含量增加，Gln能够明显抑制冷应激引起的氧化与抗氧化失衡，使雏鸡血清和肺组织中GSH-Px、SOD活性以及MDA含量趋于正常，抑制氧自由基产量增高，减轻氧自由基对机体的损伤作用37。冷应激时肠黏膜细胞能量供应不足，影响肠道屏障功能，Gln能够提高肉鸡早期小肠绒毛高度与隐窝深度，促进肉鸡生长38。Gln对肠道细菌群落和发酵有重要作用，Gln能够改善生长迟缓牦牛的饲料消化率39。仔猪日粮添加 Gln 能够增加血液中抗氧化指标 GSH 含量40。冷应激或低温环境下，给肉羊补充Gln，血清SOD水平提高，总抗氧化能力提高，MDA水平降低41-42。畜禽冷应激状态下，Gln能够提高抗氧化性能，减少应激造成的危害，提高畜禽的生产性能。2.2.3蛋氨酸的抗氧化作用Met为含硫必需氨基酸，蛋氨酸残基易发生氧化还原反应，对ROS非常敏感。冷应激时，Met与ROS反应生成蛋氨酸二砜以清除体内ROS，蛋氨酸二砜在特异性蛋氨酸亚砜还原酶（MsrA和MsrB）下还原成Met，消耗等量ROS，可有效降低氧化应激43。Met可经过转硫途径生成半胱氨酸，进而合成GSH，增强抗氧化物酶活性。Met对维持GSH水平具有重要作用，Met能够增强细胞内磷酸戊糖代谢途径，促进氧化还原辅助因子NADPH生成。NADPH是谷胱甘肽还原酶的辅酶，在谷胱甘肽还原酶的作用下将氧化型谷胱甘肽还原为GSH44-45。Met转硫途径产生硫化氢（H2S），H2S提高Keap1的硫巯基化水平，减弱Keap1对Nrf2的抑制作用，促使Nrf2移至细胞核中，激活Nrf2-ARE通路，Keap1-Nrf2/ARE信号通路调控肝脏组织抗氧化基因的表达，调控细胞氧化还原状态。蛋氨酸抗氧化的分子调控通路见图246。李丽47研究发现，鸡在冷应激抗氧化条件下，产生过多自由基，自由基与Keap1-Nrf2复合物结合，使Nrf2解偶联进入细胞核，激活抗氧化基因47。低温环境下，肉鸡肝和肺中SOD、GSH-Px活性降低，肝中GSH含量减少，MDA 含量增加，补充液态 Met 增加肝脏中的GSH-Px 活 性 和 肺 部 的 SOD 活 性，肺 部 MDA 含 量降低48。2.3氨基酸的信号分子介导作用氨基酸不仅具有营养与抗氧化功能，还能够通过信号分子产生作用。在冷应激条件下，机体代谢加强，能量代谢发生变化，能量物质的代谢引起胰岛素水平改变，Arg参与胰岛素水平的调节。Arg可通过信号分子NO在冷应激中发挥作用。冷应激时中等腹泻仔猪适宜Arg水平为1.4%，Arg提高一氧化氮合酶活性，产生适量NO，促进肠道DNA、RNA和蛋白质合成，修复肠道结构和功能49。雏鸡血清NO含量在冷应激中随时间的延长呈上升趋势。急性和慢性冷应激均可以引发雏鸡血清、十二指肠NO代谢改变，不同程度冷应激对NO代谢的影响不同50-51。冷应激的反应机制十分复杂，信号分子NO在冷应激中提高动物的抗寒能力的分子机理有待进一步研究。3展望冷应激严重阻碍畜禽健康生长，氨基酸在冷应激中对畜禽的生长发育起重要作用。氨基酸可以氧化供能，增强机体抗氧化能力，降低冷应激带来的不利影响。不同动物冷应激反应不同，不同种类的氨基酸在冷应激中发挥的功能不同。氨基酸平衡对机体十分关键，氨基酸之间具有拮抗作用，影响氨基酸的吸收、降解、合成和重吸收，应兼顾氨基酸之间的平衡与作用。冷应激机制十分复杂，氨基酸在畜禽冷应激中的应用需深入研究。参考文献1 赵亚星.反刍动物冷应激研究进展J.动物营养学报,2020,32(11):5006-5012.2 郭爽,孟繁宇,徐熙亮,等.冷应激对奶牛生产性能的影响及其防控措施概述J.天津农业科学,2021,27(3):61-64.3 柳艳红.间歇式冷刺激对肉鸡免疫功能的影响D.哈尔滨:东北农业大学,2020.4 李宝贵,贾光荣,江浩,等.冷应激对畜禽的危害及抗冷应激J.畜禽业,2017,28(8):66-68.5 赵晨,秦荣艳,阿不夏合满穆巴拉克,等.动物抗冷应激添加剂的研究进展J.饲料研究,2021,44(13):130-133.6 刘莉莉,初芹,徐青,等.动物冷应激的研究进展J.安徽农业科学,2012,40(16):8937-8940.7 邵钺馨,单春花,王超,等.奶牛生产中冷热应激的研究进展J.黑龙江畜牧兽医,2018(7):38-41.8 张慢,王湘阳,易建明.牛舍温热环境对奶牛生产和健康影响的研究进展J.家畜生态学报,2018,39(2):6-11.9 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