張鵬虎 張彩霞 彭全輝

(四川農業(yè)大學動物營養(yǎng)研究所,牛低碳養(yǎng)殖與安全生產四川省高校重點實驗室,成都 611130)

從配種受胎到分娩,母牛會經歷9個多月的漫長妊娠過程。從第6個月開始直至分娩,胎兒體重會呈指數級變化,懷孕母牛則通過加快心率、增強肌肉組織分解代謝以及減緩瘤胃組織代謝,以滿足胎兒對營養(yǎng)的巨大需求[1],這個階段被稱為妊娠后期。妊娠后期是胎兒肌纖維膨大、脂肪細胞形成的關鍵時期,會對后代的生長發(fā)育產生深遠的影響[2]。雖然與奶牛相比,肉牛對胎兒的營養(yǎng)供應相對較低[3],但普遍粗獷的飼養(yǎng)管理方式,使得多數肉牛在妊娠后期容易出現營養(yǎng)不良,進而對自身和后代產生負面影響。與營養(yǎng)狀況良好的個體相比,營養(yǎng)不良的初產母牛產犢時的體況評分較低,身體能量儲備較少,導致產犢的時間間隔長,繁殖效率低下[4]。

母牛的營養(yǎng)狀況也通過胎盤影響犢牛的生長發(fā)育。母牛產前體重越大,其胎盤越重,初生犢牛越重[5]。此外,母牛還可以通過傳遞微生物來幫助犢牛建立生命早期的腸道微生物系統(tǒng)[6-7],增強斷奶犢牛對呼吸道疾病的抵抗力[8]。妊娠后期母牛蛋白質的缺乏會導致胎兒宮內發(fā)育遲緩[9],這可能增加其出現葡萄糖-胰島素代謝紊亂的風險[10]。母牛妊娠后期的營養(yǎng)補飼可以提高后代的初生重,上調與肌肉及脂肪細胞發(fā)育相關的基因表達[11],改善其出欄屠宰后的胴體品質[12]。因此,本文擬對母牛妊娠后期的營養(yǎng)攝入對后代的影響和機理進行綜述,以期通過妊娠后期母體營養(yǎng)調控來為實現肉牛的優(yōu)質高效生產提供借鑒。

1 妊娠后期母牛營養(yǎng)攝入對后代的影響

1.1 能量

研究表明,安格斯母牛產前40 d飼喂70%維持凈能(NEm)需要量的飼糧降低了斷奶犢牛接種疫苗后的血漿糖皮質醇和結合珠蛋白含量以及牛病毒性腹瀉病毒(bovine viral diarrhea virus,BVDV)1a型血清效價,增加了其對呼吸道疾病的易感性[13]。Chen等[14]在妊娠最后45 d,對安格斯母牛飼喂110%、100%和90%NEm需要量的飼糧發(fā)現,高能組新生犢牛血清白細胞介素-2和白細胞介素-4含量、總抗氧化能力以及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性顯著高于低能組,而血清皮質醇和丙二醛含量顯著低于低能組,表明母牛妊娠末期較高的能量攝入可以提高犢牛出生時的免疫力和抗氧化能力,改善機體健康。母體妊娠后期的能量攝入不足會對胎兒肌肉生長產生潛在的消極影響,并可能導致其發(fā)育受阻[15]。Ramírez等[16]研究發(fā)現,經產安格斯母牛在妊娠后期減少25%的能量攝入并不影響后代的生長性能和胴體性狀,而進一步將能量攝入降至50%,則顯著降低了后代的平均日增重和胴體重,這可能與食欲控制和糖代謝受損有關。此外,能量限飼可能通過損害垂體發(fā)育而對后代機體代謝和生命早期生長發(fā)育產生不利影響。有研究表明,母牛妊娠中后期限制能量飼喂水平(70%需要量),顯著降低了雌性后代從出生到70日齡的體重以及第485天屠宰后的垂體質量和垂體生長激素含量,但提高了內臟脂肪重量[17]。相較于飼喂干草或玉米干酒糟及其可溶物,飼喂玉米的妊娠后期母牛所產后代在葡萄糖耐受試驗中胰島素反應最劇烈,且葡萄糖清除率較高,但屠宰時大理石花紋評分最低,表明母牛妊娠后期高淀粉飼糧提高了后代犢牛對胰島素的敏感性,促進了機體組織對葡萄糖的攝取和利用,但降低了肌內脂肪的沉積能力[18]。由此可知,母牛妊娠后期能量攝入過低不利于后代健康狀況的維持和生長潛力的發(fā)揮,甚至降低高檔肉產量。

1.2 蛋白質/氨基酸

即使在非妊娠情況下,飼喂低品質牧草的母牛仍要接近7%粗蛋白質水平的飼糧才能維持瘤胃微生物對牧草的有效利用[19]。在妊娠后期,為母牛分別提供粗蛋白質水平為6%或12%的飼糧,結果表明,6%粗蛋白質組母牛所產犢牛頭圍和胸圍較小;育成后的屠宰試驗結果表明,低蛋白質飼糧降低了屠宰率和眼肌面積[9,20]。前人研究表明,母牛妊娠后期補飼蛋白質提高了犢牛的斷奶重以及閹牛后代的胴體品質[21-22]。Hare等[23]研究發(fā)現,為妊娠后期母牛提供高代謝能(133%需要量)飼糧,后代犢牛肌肉組織中有助于肌肉生長的糖酵解酶丙酮酸激酶(PKM)和與肌內脂肪沉積相關的受體過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)基因表達上調,說明母牛妊娠后期飼喂高蛋白質飼糧有利于犢牛肌肉生長和肌內脂肪沉積。

蛋氨酸是妊娠后期飼喂低品質飼糧鈣母牛的限制性氨基酸[24]。研究表明,為妊娠后期母牛添加0.09%干物質采食量(DMI)的過瘤胃蛋氨酸,提高了犢牛后代的初生重,促進了其出生后前2個月的生長發(fā)育[25-26]。但也有研究表明,自由采食百喜草的圍產期母牛,在補飼甘蔗糖蜜和尿素基礎上,每周額外添加105 g的蛋氨酸羥基類似物并不會對母牛的體況以及后代犢牛初生重、采食量和平均日增重等產生顯著影響[8,27]。甚至有報道表明,圍產期放牧母牛每周額外添加105 g蛋氨酸羥基類似物后,后代犢牛肌肉組織中編碼線粒體葉酸途徑相關酶的亞甲基四氫葉酸脫氫酶2(MTHFD2)、醛脫氫酶1家族成員L2(ALDH1L2)和亞甲基四氫葉酸脫氫酶[煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADP+)依賴]1樣(MTHFD1L)基因以及參與氨基酸運輸與合成的溶質載體家族7成員5(SLC7A5)、溶質載體家族3(SLC3A)、磷酸絲氨酸磷酸酶(PSPH)、磷酸絲氨酸氨基轉移酶1(PSAT1)、磷酸甘油酸脫氫酶(PHGDH)和胱硫醚β合成酶(CBS)等基因表達下調,可能會抑制葉酸循環(huán),減少蛋氨酸的再生,并對蛋白質的沉積產生不利影響,從而使后代犢牛的生長發(fā)育受限[28]。綜上可知,適當提高母牛妊娠后期的蛋白質飼喂水平對后代生長發(fā)育有利,而蛋氨酸的添加效果有待進一步驗證。

研究表明,產前57 d至產后17 d,以甘蔗糖蜜與尿素組合的形式每周2次以干物質為基礎共7.2 kg為放牧母牛進行補飼,顯著提高了斷奶犢牛接種疫苗后BVDV1a型和流感病毒的血清轉陽率,增強了犢牛對呼吸道疾病的抵抗力[8]。但是Zago等[12]研究指出,在妊娠中后期,攝入過量的高能、高蛋白質精補料會降低犢牛60和205日齡的體重,進而延緩肉牛育成期的時間,降低肉牛養(yǎng)殖的經濟效益。因此,該如何對妊娠后期的繁殖母牛進行科學合理的補飼有待進一步研究。

1.3 脂肪酸

Brand?o等[29]研究表明,母牛妊娠后期飼糧中添加195 g/d大豆油鈣鹽,提高了初乳以及犢牛出生后24 h內血漿中免疫球蛋白G的含量,降低了呼吸道疾病的發(fā)病率;此外,也上調了犢牛背最長肌中與脂肪形成相關的脂肪酸結合蛋白4(FABP4)、生肌分化因子(MyoD)、肌細胞生成素(myogenin)、PPARγ和硬脂酰輔酶A去飽和酶(SCD)基因表達,并使雄性后代平均日增重以及育成屠宰后的熱胴體重分別增加了0.13 kg/d和16 kg。

妊娠母牛脂肪酸攝入可以改變犢牛體內不飽和脂肪酸的狀態(tài),且對其代謝調節(jié)以及免疫反應都有重要作用[30]。Marques等[31]研究表明,與棕櫚酸和油酸等飽和脂肪酸相比,母牛妊娠后期飼糧中添加190 g/d以二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸和亞油酸為主的多不飽和脂肪酸鈣鹽,使斷奶犢牛的平均日增重提高了0.1 kg/d,肥育期體重提高了25 kg,屠宰后熱胴體重增加了16 kg,且大理石花紋也得到了顯著改善。相較于多不飽和脂肪酸,160 g/d飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸的補飼雖然顯著增加了后代肉牛的斷奶重和斷奶前的平均日增重,但皮下脂肪中成脂基因鋅指蛋白423(ZFP423)的高表達,則說明單不飽和脂肪酸可能促進皮下脂肪沉積,并且其肥育期增重/飼料比值呈下降趨勢,飼料效率降低[32-33]。綜上可知,妊娠后期母牛多不飽和脂肪酸的補飼效果最佳,能夠提高后代生長性能和育成后屠宰胴體性狀。

1.4 礦物元素

常量元素和微量元素對維持肉牛體內的生理生化過程有重要意義。鈣和磷作為骨骼的重要組成部分,在體內儲存量大,可動員量高,一般不易缺乏。但在母牛妊娠后期,尤其是圍產期,由于胎兒骨骼的快速發(fā)育與母體采食量的急劇減少,使得礦物質攝入和需求嚴重不平衡,因而出現低磷血癥的比率相對較高[34],但缺磷的母牛對外源補磷反應迅速。研究表明,在妊娠的最后16周,僅10～12 g/d的總磷攝入量就足以維持肉牛正常的血磷水平、粗飼料采食量和消化率[35]。肉牛的產奶量較奶牛低得多,因此對鈣的需要量遠低于奶牛,所以不容易發(fā)生鈣缺乏癥,而對于妊娠后期營養(yǎng)嚴重不良的肉牛而言,由于其對體內礦物質穩(wěn)態(tài)調節(jié)能力較差,因而容易出現低鈣血癥[36]。馬曉玲等[37]比較了安格斯犢牛(3月齡)、育成牛(10月齡)、圍產期牛(產后15 d)和育肥架子牛(14月齡)血清中鈣、磷以及相關激素的含量,結果表明,圍產期安格斯肉牛血清中磷的含量正常[(4.09±0.13) mg/dL],而鈣的含量[(8.96±0.26) mg/dL]偏低,甲狀旁腺激素含量[(39.85±0.43) μg/mL]偏高,說明母牛在圍產期缺鈣,甲狀旁腺活動增強,甲狀旁腺激素分泌增加以提高血鈣水平。但相關研究表明,營養(yǎng)狀況良好的母牛在妊娠后期和泌乳期血清中鈣和磷含量均在正常生理范圍內,但在分娩后血清中鈣的含量顯著下降,磷的含量無顯著變化,而在泌乳期,兩者又都顯著提高,說明乳腺活動增加,體內更多的鈣、磷動員正在發(fā)生[38]。因此,在營養(yǎng)攝入充足的情況下,肉?？梢酝ㄟ^自身調節(jié)來維持體內鈣和磷的穩(wěn)態(tài),因而在妊娠后期乃至泌乳期一般不容易出現鈣和磷的缺乏癥,但兩者由于分娩和泌乳所帶來的正常波動卻是存在的。

母牛在妊娠后期和泌乳期分別通過胎盤和乳汁為后代提供微量元素[39]。研究報道,母牛妊娠后期和泌乳早期在飼喂基礎飼糧的基礎上補飼3 mg/d的無機硒或有機硒后,并不影響犢牛斷奶前的體重和平均日增重;而與無機硒相比,補飼有機硒提高了后代犢牛的采食量,這可能對其后期的生長發(fā)育有積極影響[40-41]。母體孕期缺銅會對胎兒產生諸多負面影響[42],而放牧的牛群尤其容易出現低銅血癥。Rodríguez等[43]研究發(fā)現,對于缺銅的安格斯經產母牛而言,在妊娠后期分2次補充總量為160 mg的無機銅可以顯著提高母體及子代血清銅含量,且對子代的影響可以一直持續(xù)到160日齡,并在一定程度上提高了犢牛的生長性能,表現為從出生到75日齡平均日增重的提高,其中公犢和母犢分別提高了0.05和0.15 kg/d。有報道顯示,為妊娠后期母牛補充有機復合微量元素,降低了呼吸道疾病的發(fā)病率,提高了后代的斷奶重以及屠宰時的熱胴體重[44]。報道表明,相較于無機礦物質補充劑而言,母牛妊娠中后期添加有機絡合復合微量元素上調了犢牛斷奶時肝臟SOD的基因表達,可能提高了其抗氧化能力,減少了生殖細胞發(fā)育過程中活性氧的產生,保護了卵巢細胞和卵泡免受內源性活性氧的影響,加速了雌性后代的青春期發(fā)育,具有改善繁殖性能的潛力[45-46]。由此可見,母牛妊娠后期補充有機微量元素可能提高后代的生長性能和繁殖性能。

1.5 維生素

維生素可以作為輔酶或輔基參與體內各種生化代謝反應,而妊娠后期是胎兒發(fā)育的高峰期,母體新陳代謝加快,對維生素的需求也相應增加。維生素A是一類脂溶性維生素,主要儲存在肝臟,反芻動物的飼糧類型和瘤胃的發(fā)酵速率決定了維生素A的供應量。研究表明,母牛妊娠后期補飼高水平的維生素A(78 000 IU/d)提高了母體和產犢牛血清維生素A含量,犢牛初生重增加了4.2 kg,同時上調了肌肉中生肌因子6(MYF6)、生肌因子5(MYF5)和MyoD基因的表達,可能激活了Wnt/β連環(huán)蛋白途徑,促進了肌肉細胞的分化;另外,PPARγ、細胞外信號調節(jié)激酶2(ERK2)、Krüppel樣因子2(KLF2)的高表達則表明維生素A的添加可能對前脂肪細胞的分化有積極作用[11]。

維生素E是生育酚類物質的總稱,具有抗氧化活性,一般在鮮嫩的牧草中含量較多,而對于冬末春初采食低質冬季牧草或干草料的妊娠母牛來說,維生素E攝入相對匱乏。Bass等[47]研究表明,母牛在冬季末產犢前1個月進行維生素E的補飼(1 000 IU/d),提高了第205天時犢牛的斷奶體重。Kafilzadeh等[48]則比較了口服和肌肉注射2種不同的維生素E補充方式對妊娠后期母牛的影響,結果表明,2組的乳成分、母牛繁殖性能以及犢牛生長性能均無顯著差異。目前,對于母牛妊娠后期補飼維生素的研究相對較少,但從現有文獻來看,妊娠后期補飼維生素A和維生素E對后代犢牛的生長發(fā)育的提高和肉品質的改善有益處。

2 妊娠后期母牛營養(yǎng)攝入影響犢牛的機理

2.1 調節(jié)犢牛腸道菌群定植

雖然不清楚犢牛腸道菌群是如何建立的,但研究表明,犢牛直腸與母?？谇晃⑸飬^(qū)系存在顯著的相似性,而與其糞便和陰道前庭微生物區(qū)系相似度較低,說明口腔微生物能夠穿過黏膜屏障,從而對犢牛生命初期腸道微生物的定植產生相對較大的影響[6]。Zhu等[7]研究表明,母牛還通過臍帶[(23.80±2.21)%]、胎盤[(15.57±2.20)%]、初乳[(14.4±1.9)%]、羊水[(11.2±1.7)%]和牛糞[(10.5±1.0)%]中微生物菌群的傳遞來影響新生犢牛后腸微生物的定植,而臍帶中的微生物配比度最高,對腸道菌群定植的貢獻最大。有報道表明,犢牛腸道微生物的定植在出生前就開始了,且出生前7 d腸道菌群變化非?？?在門水平上,出生時厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、放線菌門(Actinobacteria)和擬桿菌門(Bacteroidetes)相對豐度較高,出生24 h后則以厚壁菌門和變形菌門為主,而7日齡時厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門又占據主導[6]。由此可見,犢牛生命早期腸道菌群的建立與母牛息息相關,而妊娠后期的營養(yǎng)攝入會通過母體來影響胎兒,因此顯得尤為重要。Elolimy等[49]報道,在母牛產前的最后28 d每日添加0.09% DMI的瘤胃保護性蛋氨酸,可使斷奶前母牛犢糞便中具有更多瘤胃球菌屬(Ruminococcus)和梭桿菌等丁酸產生細菌,可能誘導其后腸產生更多的揮發(fā)性脂肪酸,進而保證腸道上皮充足的能量供應;同時,補充過瘤胃蛋氨酸組母牛犢胎糞中類諾卡氏菌科(Nocardioidaceae)、擬無枝酸菌屬(Amycolatopsis)豐度更高,會產生抗菌化合物,清除腸道病原菌,從而改善腸道健康,這種增益效果在斷奶前仍存在。綜上所述,母牛妊娠后期的營養(yǎng)攝入會產生母體效應,進而對后代生命早期腸道菌群的建立產生影響,而腸道菌群組成對犢牛健康至關重要。

2.2 保證血糖穩(wěn)衡

Long等[17]研究表明,母牛妊娠后期的能量限制(70%需要量)會減少雌性后代胰島素的產生或降低胰島素敏感性,導致清除外周葡萄糖能力減弱,使血糖水平顯著升高,進而轉化為脂肪儲存,同時垂體質量降低,生長激素(growth hormone,GH)細胞數量顯著減少,GH的分泌減少,進而降低肝臟胰島素樣生長因子1水平,并降低了對脂肪的分解作用,進一步促進了脂肪的沉積,兩者共同作用使犢牛內臟脂肪含量顯著提高。母體的營養(yǎng)不良會導致犢牛胎兒胰腺組織中β細胞凋亡比率顯著增加,整體數目顯著降低[50]。Maresca等[9]研究表明,與12%粗蛋白質水平的飼糧相比,在妊娠后期為母牛提供粗蛋白質水平為6%的低蛋白質飼糧,造成了胎兒宮內發(fā)育遲緩,對胰腺的生長發(fā)育產生了負面影響,而使胰島β細胞數量減少或對血糖的敏感性降低,因此犢牛出生后60 d的血糖水平顯著升高,而胰島素含量并未發(fā)生顯著變化。Keomanivong等[51]在母牛前中后3個不同妊娠階段進行不同營養(yǎng)水平[100%或60%NRC(2000)]的飼糧轉換,并分3次進行屠宰試驗,結果表明,母牛妊娠后期充足的營養(yǎng)攝入可以在一定程度上緩解妊娠前中期的營養(yǎng)攝入不足對腹中胎兒胰腺的影響,表現為胰腺蛋白質含量和胰蛋白酶活性的顯著提高。此外,母牛妊娠后期較差的營養(yǎng)狀況會導致后代在生命早期血漿瘦素含量較低,可能提高了食欲,促進了犢牛的補償生長,以彌補母體營養(yǎng)不良所帶來的消極影響,但隨著生命進程的推進,血漿葡萄糖、瘦素與胰島素含量總維持在較高水平,可能導致胰島素和瘦素的雙重抵抗[52-53]。由此可見,從血糖穩(wěn)衡的角度來看,妊娠后期的充足的營養(yǎng)是有必要的,可緩解母牛妊娠前中期營養(yǎng)不良所造成的胎兒宮內發(fā)育遲緩,促進胰腺發(fā)育,進而改善體內的糖代謝,對后代的后期生長發(fā)育有積極意義。

2.3 促進肌細胞和脂肪細胞分化增殖

Costa等[54]在妊娠后期為母牛分別提供含50或100 g/kg過瘤胃蛋白質的飼糧,結果表明,高過瘤胃蛋白質組45日齡犢牛肌纖維數量顯著高于低蛋白質組,骨骼肌中纖維脂肪前體細胞標記物血小板衍生生長因子受體α(PDGFRα),成脂標記物ZFP423、PPARγ、CCAAT增強子結合蛋白α(C/EBPα)和成纖維細胞標志物轉化生長因子β(TGFβ)基因顯著上調,而衛(wèi)星細胞標志物配對盒7(PAX7)基因顯著下調。衛(wèi)星細胞是包裹在肌纖維基膜下的肌肉干細胞,衛(wèi)星細胞被激活后,成肌細胞增殖分化,隨后PAX7基因下調[55]。因此,PAX7的下調說明可形成更多的肌纖維。而不同于肌源性衛(wèi)星細胞,纖維脂肪祖細胞是脂肪細胞和成纖維細胞共同的祖細胞,且增殖分化時表達PDGFRα[56-57],因而它的上調有利于脂肪與肌肉細胞的形成。TGFβ是一種促纖維化生長因子,可以激活纖維化級聯(lián)反應,并啟動成肌細胞向肌成纖維細胞的分化,進而促進受損骨骼肌的肌肉再生[58]。此外,作為前脂肪細胞的轉錄調控因子與早期標志物,當ZFP432高表達時,祖細胞向前脂肪細胞定向分化加快,脂肪形成活躍[59-60]。C/EBPα在脂肪細胞的分化中的作用是誘導和維持PPARγ水平[61],而PPARγ則是脂肪生成的“主調節(jié)器”,兩者共同的表達促成脂肪細胞的終末分化[62]。正是這些調控因子的共同作用,使后代肌肉纖維數量與肌內脂肪形成增加[54],最終提高高檔肉產量。研究表明,與補充飽和脂肪酸與單不飽和脂肪酸的母牛相比,妊娠后期補充160 g/d多不飽和脂肪酸能夠降低后代皮下脂肪中ZFP432的表達,可能減少了皮下脂肪的生成,進而改善了胴體品質[32]。Brand?o等[29]研究表明,母牛妊娠后期飼糧中添加195 g/d大豆油鈣鹽,上調了后代犢牛背最長肌中與肌肉和脂肪形成相關的FABP4、MyoD、myogenin、PPARγ和SCD的基因表達。其中FABP4和SCD是PPARγ的靶基因[63],是調節(jié)脂肪生成途徑中的關鍵酶[64],前者還參與脂肪細胞的分化,并作為細胞內的脂肪酸伴侶[65];而后者則被認為是一種脂肪生成酶,在不飽和脂肪酸的生物合成中發(fā)揮關鍵作用[64],且其表達量與脂肪細胞的膨大呈正相關[66]。MyoD和myogenin則作為肌細胞表達的調節(jié)因子,通過調節(jié)肌肉發(fā)生過程、肌肉纖維的分化和融合來促進肌肉的生長[67]。綜上所述,妊娠后期母牛的營養(yǎng)攝入影響后代肌肉和脂肪生成相關的基因表達,最終影響肉質。

3 小 結

綜上所述,犢牛出生后的健康狀況、生長性能以及最終的肉品質在很大程度上決定于母牛妊娠后期的營養(yǎng)攝入。盡管妊娠母牛營養(yǎng)需要相對較低,但低于正常營養(yǎng)需要會導致胎兒宮內發(fā)育遲緩、出生后免疫力低下、犢牛生長沉積過多的皮下脂肪和內臟脂肪,降低出肉率和高檔肉產量。母牛妊娠后期科學的營養(yǎng)供給是提供優(yōu)質犢牛、青年牛和育肥原料牛的先決條件,必須加以重視。