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中国荷斯坦奶牛泌乳相关营养代谢组学研究

作　者: 王小艳
导　师: 李庆章
学　校: 东北农业大学
专　业: 基础兽医学
关键词: 奶牛代谢组学代谢物乳蛋白合成乳脂肪合成
分类号: S823
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

乳蛋白和乳脂肪的含量与组成是衡量牛奶营养品质的重要指标，其含量高低不仅决定牛奶的风味水平，而且是乳制品企业的核心竞争力。随着遗传育种及日粮水平的改善，奶牛乳产量有了很大提高，但乳品质却没有得到明显提高。目前，我国生鲜乳指标乳蛋白、乳脂肪含量仍低于发达国家生鲜乳的标准含量，饲养模式、生产环境与奶牛品种能够显著影响牛奶品质。本研究以泌乳90日高乳品质组奶牛、泌乳90日低乳品质组奶牛、干奶期30日奶牛为实验材料，应用核磁共振、气相色谱等方法，系统研究3组奶牛肝、乳腺、瘤胃液、阴外动脉和乳静脉血清、乳汁及整体代谢产物的变化。NMR技术测定3组奶牛瘤胃内小分子代谢物，结果显示高、低乳品质组奶牛都与干奶期奶牛存在差异显著代谢物，且代谢物差异趋势一致，高、低乳品质组之间小分子代谢物水平差异不显著。肝脏是反刍动物重要的物质代谢器官，经NMR技术检测，PLS-DA分析可见，3组奶牛肝组织水相代谢物模型建立成功。OPLS-DA分析显示高乳品质组奶牛中异亮氨酸、组氨酸、谷氨酰胺、胆碱、柠檬酸盐、延胡索酸、胞苷水平显著低于低乳品质组奶牛。奶牛阴外动脉血清中，高、低乳品质组模型建立成功，且高乳品质组奶牛中异亮氨酸、亮氨酸、葡萄糖、脂类、缬氨酸、谷氨酸显著高于低乳品质组奶牛，异亮氨酸、缬氨酸、谷氨酸主要用于乳腺乳蛋白的合成，脂类用于乳腺长链脂肪酸的合成，提示这几种代谢物可能是引起高、低乳品质组奶牛乳蛋白率和乳脂率差异的标志物。NMR检测与PLS-DA分析3组奶牛乳腺水相代谢物模型建立成功，而脂类代谢物模型不成立。OPLS-DA分析结果可见，高乳品质组奶牛亮氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、甘氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸水平显著高于低乳品质组奶牛，提示这些差异代谢物可能是乳腺内影响奶牛乳蛋白合成的标志物。NMR测定乳静脉血清代谢物，OPLS-DA分析3组奶牛乳静脉血清模型建立成功，经OPLS-DA分析，高乳品质组奶牛中脂类、胆碱、肌酸水平显著低于低乳品质组奶牛，其中脂类水平较低与阴外动脉血清OPLS-DA分析结果共同提示高乳品质组奶牛乳腺乳脂合成时由血液转化的脂类消耗量较大。乳产量与乳品质是奶牛经济价值的体现，经OPLS-DA分析，高乳品质组奶牛中组氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸显著高于低乳品质组奶牛，这与乳蛋白水解氨基酸测定结果一致。奶牛尿液NMR检测结果可知，3组奶牛模型建立不成功，可推测3组样本内小分子代谢物无显著差异。本研究还采用了氨基酸全自动分析仪测定了高、低乳品质组奶牛阴外动脉、乳静脉血游离氨基酸含量，结果显示高乳品质奶牛组阴外动脉血浆必需氨基酸Met、Leu、Ile、Thr、Val质量浓度显著高于低乳品质奶牛组相应氨基酸的质量浓度。高乳品质组奶牛对必需氨基酸Thr、Val、Met、Ile、His的摄取率显著高于低乳品质组奶牛相应氨基酸。荧光定量PCR结果显示调控奶牛乳蛋白合成的信号途径的靶基因STAT5、AKT1、mTOR的mRNA处于高表达水平。气相色谱结果显示，高乳品质组奶牛中长链脂肪酸含量显著高于低乳品质组奶牛的含量，长链脂肪酸的合成来自血脂的转化，同时OPLS-DA分析结果显示高乳品质组奶牛脂类水平较高，推测这可能是高乳品质组奶牛乳脂肪率较高的原因。而且荧光定量PCR和酶活性测定结果显示，调控乳脂肪合成的基因和酶活性均处于较高的水平，分别从基因和蛋白水平解释了高乳品质组奶牛合成代谢旺盛的原因。

全文目录

摘要  8-10
Abstract  10-12
1 引言  12-20
  1.1 代谢组学在营养学研究中的应用  12-17
    1.1.1 代谢组学概述  12-13
    1.1.2 基于 NMR 的代谢组学分析方法  13-14
    1.1.3 数据分析  14-15
    1.1.4 代谢组学在反刍动物营养学中的研究进展  15-17
  1.2 奶牛乳蛋白合成机理  17-18
    1.2.1 牛乳蛋白质组成  17
    1.2.2 乳蛋白质的合成  17-18
  1.3 奶牛乳脂肪合成机理  18-19
    1.3.1 乳脂肪酸的来源  18
    1.3.2 乳脂肪的合成分泌  18-19
  1.4 研究的目的和意义  19-20
2 材料与方法  20-34
  2.1 实验动物与样品采集  20-22
    2.1.1 主要试剂和器材  20
    2.1.2 实验动物与饲养管理  20-21
    2.1.3 实验方法  21-22
  2.2 奶牛泌乳相关营养代谢组学的研究  22-26
    2.2.1 实验材料  22
    2.2.2 主要试剂和仪器  22
    2.2.3 实验方法  22-26
  2.3 奶牛乳蛋白合成的研究  26-30
    2.3.1 奶牛阴外动脉、乳静脉及乳汁内游离氨基酸含量的测定  26-27
    2.3.2 奶牛乳蛋白合成相关功能重要基因 mRNA 的检测  27-30
  2.4 奶牛乳脂合成的研究  30-34
    2.4.1 气相色谱法测定奶牛乳中游离脂肪酸含量  30-31
    2.4.2 奶牛乳脂关键酶活性的检测  31-33
    2.4.3 奶牛乳脂合成相关重要功能基因 mRNA 的检测  33-34
3 结果  34-86
  3.1 奶牛泌乳相关营养代谢组学的研究结果  34-75
    3.1.1 奶牛瘤胃液 NMR 结果  34-39
    3.1.2 奶牛肝组织 NMR 结果  39-48
    3.1.3 阴外动脉血清 NMR 结果  48-54
    3.1.4 奶牛乳腺组织 NMR 结果  54-60
    3.1.5 乳静脉血清 NMR 结果  60-66
    3.1.6 奶牛尿液 NMR 结果  66-69
    3.1.7 奶牛乳汁 NMR 结果  69-75
  3.2 奶牛乳蛋白合成代谢组学的研究  75-82
    3.2.1 奶牛阴外动脉、乳静脉血及乳汁内游离氨基酸含量的测定结果  75-81
    3.2.2 乳蛋白合成相关重要功能基因 mRNA 的检测结果  81-82
  3.3 奶牛乳脂合成代谢组学的研究  82-86
    3.3.1 气相色谱法对奶牛乳中脂肪酸的检测结果  82-84
    3.3.2 RT-PCR 检测乳脂合成相关重要功能基因 mRNA 的相对表达量  84-85
    3.3.3 乳脂合成关键酶活性的检测  85-86
4 讨论  86-93
  4.1 奶牛泌乳相关营养代谢组学  86-91
    4.1.1 奶牛瘤胃液代谢组学  86
    4.1.2 奶牛肝组织代谢组学  86-88
    4.1.3 奶牛阴外动脉血清代谢组学  88
    4.1.4 奶牛乳腺组织代谢组学  88-89
    4.1.5 奶牛乳静脉血清代谢组学  89
    4.1.6 奶牛尿液代谢组学  89-90
    4.1.7 奶牛乳汁代谢组学  90-91
    4.1.8 奶牛泌乳相关营养代谢组学  91
  4.2 奶牛乳蛋白合成的代谢组学  91-92
  4.3 乳脂合成的代谢组学  92-93
5 结论  93-94
致谢  94-95
参考文献  95-101
攻读硕士学位期间发表的学术论文  101

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