氨基酸与猪的肠道健康和繁殖_甜梦文库
氨基酸与猪的肠道健康和繁殖
第五讲? ?氨基酸与猪的肠道健康 和繁殖日粮蛋白质水平与仔猪肠道健康 氨基酸与猪肠道健康??苏氨酸精氨酸??谷氨酰胺功能性氨基酸与猪的繁殖一、日粮蛋白质水平与仔猪 肠道健康试验举证：试验设计与试验日粮日粮成分(%) 小麦 玉米 大麦 豆粕 赖氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 色氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 1 20.3 19.33 20.3 36.45 0.02 2 22.0 21.79 22.0 30.24 0.2 0.08 0.09 3 24.0 23.53 24.0 24.02 0.4 0.14 0.18 0.03 0.01 0.09 4 26.6 23.79 26.6 17.66 0.8 0.02 0.27 0.07 0.02 0.09Bellego 和 Noblet, 2002; 猪起始体重:11kg试验日粮养分含量CP(%) DE(MJ/kg) NE (MJ/kg) 氨基酸(%) 赖氨酸 蛋氨酸 苏氨酸 色氨酸 异亮氨酸 缬氨酸 组氨酸 22.4 14.75 10.28 1.20 0.34 0.82 0.27 0.95 1.05 0.55 20.4 14.59 10.33 1.19 0.37 0.81 0.24 0.86 0.96 0.50 18.4 14.63 10.52 1.21 0.39 0.80 0.23 0.75 0.92 0.45 16.9 14.50 10.52 1.23 0.41 0.81 0.24 0.75 0.92 0.40Bellego 和 Noblet, 2002日粮蛋白质水平对仔猪生产性能的影响指标 22.4 ADG(g) 642 ADFI(g) 959 Feed/gain 1.50 各种粪便所占比例(%) 81.9 硬粪 软粪 液体状粪 排泄氮(g/d) 沉积氮(g/d) 饮水量(g/d) 排尿量(g/d) 14.7 3.4 10.7 17.8
日粮蛋白质水平(%) 20.4 18.4 661 690 .58 1.54 82.0 14.5 3.5 9.4 17.7 .4 4.1 0.5 6.8 18.5 .9 663
89.0 9.0 2.0 5.1 15.6 Bellego 和 Noblet, 2002降低日粮蛋白质水平对断奶仔猪生长性能和 肠道健康的影响日粮CP水平(％) DE(kcal/kg) 23.1
3450SDLys, g/MJSDLys SDThr0.931.30 0.880.931.30 0.820.931.30 0.810.931.30 0.81SDMetSDTrp0.350.250.370.240.400.240.410.24Y. L. Yao and S. Y. Qiao, Livestock Science, 2007结果：对生长性能和粪指数的影响日粮DE水平(%)始重(kg)23.16.8021.26.7518.96.7517.26.72SEM0.03P值0.935末重(kg)ADG(g/d) 采食量(g/d) 饲料/增重 粪指数 血浆尿素氮(mg/L)10.52266 357 1.35 0.61 139.310.61275 370 1.34 0.49 94.410.27252 342 1.36 0.42 80.49.65209 307 1.49 0.38 60.50.2817 22 0.04 0.02 5.80.0420.027 0.134 0.036 0.015 &0.01Y. L. Yao and S. Y. Qiao, Livestock Science, 2007结果：肠道形态发育（单位um）日粮DE水平(%) 十二指肠 绒毛高度 隐窝深度 高度/深度 空肠 绒毛高度 隐窝深度 高度/深度 回肠 绒毛高度 隐窝深度 高度/深度 23.1 454 186 2.45 436 197 2.21 399 181 2.20 21.2 461 179 2.57 429 190 2.26 395 176 2.24 18.9 457 190 2.41 419 192 2.18 400 189 2.19 17.2 433 180 2.41 393 182 2.16 386 175 2.21 SEM 7.5 4.5 0.08 8.8 7.7 0.12 7.9 5.8 1.0 P值 0.016 0.717 0.575 0.017 0.509 0.887 0.451 0.194 0.437Y. L. Yao and S. Y. Qiao, Livestock Science, 2007结果：粘膜蛋白和二糖酶活性日粮DE水平(%)粘膜蛋白含量 (mg/g粘膜) 小肠二糖酶活性23.155.921.256.518.954.217.251.8SEM3.1P值0.078乳糖酶蔗糖酶 麦芽糖酶39.754.2 85.339.755.2 87.035.650.7 86.929.543.7 85.72.02.1 2.40.0160.015 0.753Y. L. Yao and S. Y. Qiao, Livestock Science, 2007降低日粮蛋白质顺序补充氨基酸对断奶仔猪 生长性能的影响日粮CP水 平 (％ ) DE(kcal/kg) SDLys SDThr SDMet 21.0+Lys+ Thr+Met 17.0+ Lys +Thr +Met +Trp+Ile+ Val
0.96 0.48 17.0+ Lys +Thr +Met +Trp+ Ile +Val+Gln
0.95 0.48 17.0 + Lys +Thr +Met +Trp+ Ile +Val+Gln+Arg
0.96 0.48 0.96 0.45SDTrpSdIle SDVal0.230.80 0.960.230.94 0.750.230.94 0.750.230.94 0.75SdArg1.361.051.041.34岳隆耀，谯仕彦，2008结果：对仔猪生长性能的影响（试验期7天）日粮CP水平 (％ ) 21.0+Lys + Thr+Met 6.7 8.77 295 381 1.29 17.0+ Lys +Thr +Met +Trp+Ile+ Val 6.7 8.51 259 412 1.59 17.0+ Lys +Thr +Met +Trp+ Ile +Val+Gln 6.6 8.17 225 340 1.51 17.0 + Lys + Thr +Met +Trp + Ile +Val+Gln+Arg 6.7 8.66 281 431 1.54 P值始重(kg) 末重(kg) ADG (g/d) 采食量(g/d) 饲料/增重0.93 0.03 0.01 0.01 0.02岳隆耀，谯仕彦，2008日粮蛋白质水平对断奶仔猪生产性能和 肠道健康的影响(Opapeju等, 2009)?40头杜 ×大 ×长仔猪, 17 ± 1 d断奶, 体重5.32 ± 0.24 kg ，2个组，每组5圈，每圈5头处理1日粮CP水平，22.5%；处理2日粮CP水平 17.6% CP 试验期14天，第8天用 5 × 1010 cfu/mL的大肠杆菌??口服感染， 感染后1、3、7天屠宰Opapeju et al., 2009. J. Anim. Sci.日粮配方Item Ingredient, % Corn Wheat Soybean meal Fish meal Whey powder Spray-dried blood plasma Casein Canola oil Limestone Biofos Vitamin and mineral premix Biolys DL-Met L-Thr L-Trp L-Ile L-Val 22.5% CP 53.21 14.01 4.00 6.00 7.00 2.00 7.90 3.64 0.63 0.51 1.00 ― 0.06 0.03 0.01 ― ― 17.6% CP 67.63 5.00 4.00 6.00 7.00 2.00 ― 3.34 0.55 0.83 1.00 1.13 0.29 0.32 0.10 0.37 0.44饲料营养成分含量22.5%CP Calculated nutrient composition ME, MJ/kg 14.51 CP, % 22.50 Lys, % 1.47 Met, % 0.58 Ile, % 0.98 Thr, % 0.95 Trp, % 0.28 Val, % 1.23 Standardized ileal digestible AA, % Lys 1.35 Met + Cys 0.81 Thr 0.88 Trp 0.25 Ile 0.90 Val 1.12 Ca, % 0.80 Total P, % 0.65 17.6% CP 14.51 17.64 1.47 0.61 0.97 0.97 0.28 1.21 1.35 0.81 0.88 0.25 0.90 1.12 0.80 0.65结果：生产性能Item Initial BW, kg Final BW, kg ADG, g d 1 to 7 d 9 to 10 d 12 to 14 Overall G:F, g/g d 1 to 7 d 9 to 10 d 12 to 14 Overall Fecal consistency score 24 h after challenge 30 h after challenge 48 h after challenge 72 h after challenge 5 d after challenge Overall 22.5% CP 5.34 8.51 201a 333 322 286 1.00a 1.20 1.08 1.06 0.68 1.00 1.40a 1.40a 1.10a 1.12a 17.6% CP 5.30 8.07 147b 304 343 265 0.82b 1.11 1.06 1.04 0.32 0.60 0.50b 0.60b 0.30b 0.46b SEM 0.24 0.30 8.5 21.81 29.39 13.01 0.02 0.10 0.07 0.05 0.19 0.30 0.29 0.17 0.23 0.17日粮蛋白质水平对回肠食糜中大肠杆菌K88数量的影响日粮蛋白质水平对结肠菌群的影响Taxonomic level, % Fhylum Bacteroidetes Class unclassified Bacteroidetes 厚臂菌门 杆菌纲 梭菌纲 梭菌目 Family Lachnospiraceae Genus Roseburia Order unclassified Clostridia Class unclassified Firmicutes Phylum Lentisphaerae Class Lentisphaerae Phylum Proteobacteria Class Epsilonproteobacteria Class Deltaproteobacteria Class Gammaproteobacteria Class Betaproteobacteria Class unclassified Proteobacteria Phylum unclassified Bacteria 22.5%CP 17.6%CP SEM 1.5 2.5 0.50 1.5 2.5 0.50 92.4 88.6 1.90 11.6 13.9 1.15 77.3 74.7 1.30 a b 50.0 73.4 11.7 18.2a 43.0b 12.4 2.5a 12.7b 5.10 27.3a 1.3b 13.0 3.5 0.0 1.75 0.5 1.3 0.40 0.5 1.3 0.40 5.6 7.6 1.00 0 2.5 1.25 0.5 2.5 1.00 2.5 0.0 1.25 2.0 1.30 0.5 1.3 0.40 0.5 0.0 0.25日粮蛋白质水平对结肠氨浓度和总挥发性脂肪酸的影响Item Ammonia N, mg/L 1 d before challenge 3 d after challenge 7 d after challenge Total VFA, mmol/L 1 d before challenge 3 d after challenge 7 d after challenge 17.24 16.75 17.85 21.85 15.32 18.65 2.45 1.47 2.48 237.85a 293.99 414.97a 168.97b 211.77 182.65b 20.68 71.28 73.89 22.5% CP 17.6% CP SEM日粮蛋白质水平对回肠绒毛发育的影响Item Villus height, μm 22.5% CP 402.03 17.6% CP 405.52 SEM 16.151 d before challenge 3 d after challenge7 d after challenge Crypt depth, μm 1 d before challenge 3 d after challenge 7 d after challenge Villus height:crypt depth 1 d before challenge 3 d after challenge 7 d after challenge330.16a 412.92351.94a458.52b 409.51243.38a26.38 9.1321.12351.94a 324.77 357.88243.38a 312.11 299.4121.12 19.28 24.751.18a 1.03a 1.201.67b 1.47b 1.390.10 0.06 0.11结论? 用大肠杆菌感染17日龄断奶仔猪? 17.6% CP添加合成氨基酸的日粮 可取得和22.5%CP日粮相似的生产性能? 降低日粮蛋白质水平可减少结肠氨气的产生和蛋白质的发酵? 降低日粮蛋白质水平减少大肠和小肠中大肠杆菌的数量? 降低日粮蛋白质水平增加绒毛高度和隐窝深度的比,增加结肠中丁酸的产生二、氨基酸与猪的肠道健康肠道屏障粘液层 肠上皮层 紧密连接层 机械屏障 生物屏障 常驻菌 群微生 态平衡 维持肠道微生态平衡 降低肠道pH值 激活肠道免疫系统活性 促进营养素消化吸收粘膜下固有层肠道屏障 胃酸 胆汁 各种消酶 溶菌酶 化学屏障上皮内淋巴细胞 派尔集合淋巴小结 免疫屏障 肠上皮的识别功能 M细胞 肠道免疫球蛋白粘多糖注：研究较多的为肠上皮细胞屏障和免疫屏障小肠氨基酸代谢能量粘液蛋白细胞修复 信号分子抗氧化注：Asp，天冬氨酸；BCAA，支链氨基酸；BCKA，支链酮酸脱氢酶；CP，氨甲酰磷酸；Glu，谷 氨酸；a-KG，a-酮酸；MTF，N5，N10－亚甲基四氢叶酸；OAA，草酰乙酸；Pyr，丙酮酸；TF， 四氢乙酸Wu，19981、苏氨酸苏氨酸在肠道的去向?采食的苏氨酸肠道 (60~85%) 97%蛋白质合成3%氧化供能黏 膜 蛋 白黏 液 蛋 白IgA内 源 分 泌CO2日粮真可消化苏氨酸对7-13kg猪生长性能的影响指标 真可消化苏氨酸水平，％0.37 初始重,kg 末重, kg ADG, g 7.22 11.80 254 0.75 7.32 13.03 318 1.11 7.34 13.14 322 0.55 0.77 17 0.987 0.416 0.021SEMP值ADFI, g F/G, g470 1.86477 1.50474 1.5012 0.060.920 0.001Wang Xu，Qiao Shiyan, et al. 2006, Anim. Feed Sci. Technol.日粮真可消化苏氨酸对7-13kg猪蛋白质合成效率的影响指标肝脏真可消化苏氨酸水平，％0.37 99.9 0.75 136.8 1.11 144.0SEM10.45P值0.020背最长肌十二指肠粘膜 空肠粘膜 回肠粘膜 十二指肠黏液 空肠黏液 回肠黏液5.013.3 75.5 78.1 58.5 52.8 55.99.886.8 115.8 85.3 79.6 96.7 77.95.251.8 88.8 70.2 49.1 52.6 75.21.186.41 7.35 9.97 7.55 8.29 5.770.0170.012 0.006 0.575 0.047 0.029 0.032Xu Wang，Shiyan Qiao，2007，J. nutr.日粮TID苏氨酸水平对大肠杆菌激发前后断奶仔猪空肠 黏膜IgG含量的影响180 160 140 120 100IgG3.7 g/kg-E.coli 7.5 g/kg-E.coli 11.1 g/kg-E.coli 3.7 g/kg+E.coli 7.5 g/kg+E.coli 11.1 g/kg+E.coli度 (? g/g) 60浓 80IgG日粮TID苏氨酸水平 (g/kg)IgG: 苏氨酸水平 P & 0.05 E. coli P = 0.06 互作 P = 0.07王旭, 谯仕彦. 2006日粮真可消化苏氨酸对21日龄断奶仔猪小肠黏液蛋白含量 的影响Weiwei Wang，Shiyan Qiao, etal., 2010, J. Nutr.日粮真可消化苏氨酸对仔猪小肠黏液蛋白基因表达的影响真可消化苏氨酸水平（%）项目 0.37十二指肠 空肠 回肠 0.313b 0.196b 0.124bSEM1 0.740.466b 0.429ab 0.345aP值0.890.806a 0.598a 0.367a1.110.396b 0.229b 0.240ab 0.063 0.083 0.044 0.6 0.0086Weiwei Wang，Shiyan Qiao, etal., 2010, J. Nutr.日粮真可消化苏氨酸对仔猪小肠黏液蛋白亚型的影响杯状细胞 0.37 十二指肠 中性 酸性 含硫 空肠 中性 酸性 8.8 15.7 13.4 27.4 6.8 25.2 10.0 23.2 1.48 2.51 7.6 16.5 60.7ab 4.8 34.7 70.7a 8.8 36.5 66.0ab 10.0 50.5 48.6b 1.50 4.84 3.73 真可消化苏氨酸水平（%） 0.74 0.89 1.11 SEM1含硫回肠 中性 酸性31.316.3b 19.2b30.313.7b 30.7a38.431.5a 28.0a33.622.8ab 25.2ab2.863.29 2.70含硫54.649.243.542.95.12Weiwei Wang，Shiyan Qiao, etal., 2010, J. Nutr.日粮真可消化苏氨酸对仔猪小肠黏膜上皮细胞凋亡的影响Weiwei Wang，Shiyan Qiao, etal., 2009, J. Nutr.801998以后猪最佳苏氨酸与赖氨酸比例（%） 的研究结果苏氨酸与赖氨酸的比例（%）70 60 50 40 30 20 10 0 5-10kg 10-20kg 20-50kg 50-120kg 泌乳母猪65%Mao X. B., X. F. Zeng etal., 2010, Frontiers Biosci.2、精氨酸精氨酸作用的信号通路NO & 多胺 精氨酸 FAK细胞信号血管再生 血管舒张 血流 神经传递 免疫反应 线粒体功能PI-3K(丝氨酸激酶)AP-1 和 cJun(转录因子)蛋白激酶 A mTOR 70 kDa S6 kinase (p70s6k)蛋白质合成细胞增殖和迁移Rhoads et al. (2004) Gut 53: 514-522. Rhoads et al. (2008) J Nutr (In press)FAK, focal adhesion kinase.断奶仔猪日粮中添加精氨酸对小肠绒毛形态的影响A B日粮添加精氨酸对14日龄断奶 仔猪小肠绒毛高度的影响日粮添加精氨酸对14日龄断奶 仔猪小肠隐窝深度的影响Zhenfeng Zhan, Defa Li，et al., 2008, J. Nutr.断奶仔猪日粮中添加精氨酸对小肠NO和血管内皮素的影响AL-Arg L-ArgBL-Arg L-Arg一氧化氮 (μmol/g)十二指肠空肠内皮素 (pg/mg)回肠十二指肠空肠回肠日粮添加精氨酸对14日龄断奶仔 日粮添加精氨酸对14日龄断 猪小肠中ET-1浓度的影响 奶仔猪小肠中NO浓度的影响 Zhenfeng Zhan, Defa Li，et al., 2008, J. Nutr.小结?精氨酸影响肠道重量、肠粘膜重量、绒毛 高度、隐窝深度、粘膜蛋白含量、粘膜DNA 、肠上皮细胞的增殖，影响肠道屏障功能 日粮适宜添加精氨酸可以作为一种有效的促 进小肠微血管损伤修复的手段?3、谷氨酰胺谷氨酰胺在肠道的生理功能??为氨基酸、蛋白质和核酸的合成提供氮源为肠道供能约占总量的70％以上??是肠道粘膜代谢的必需营养物质Gln缺乏，可使肠粘膜萎缩、绒毛变稀变短，屏障功能下降谷氨酰胺减轻肠粘膜损伤的可能机制? ? ? ? ??参与三羧酸循环，生成ATP供能 参与粘膜细胞核酸及蛋白质的合成 代谢 促进肠粘膜细胞的更新和再生 保持肠粘膜细胞超微结构的完整性 刺激机体产生高血糖素 增加萎缩肠粘膜中谷氨酰胺酶活性断奶仔猪日粮中添加谷氨酰胺对肠道绒毛 高度和粘膜固有层深度的影响十二指肠 谷氨酰胺添加比例 绒毛高度或粘膜 固有层深度 断奶天数 0% 1% SE 空肠 谷氨酰胺添加比例 0% 1% SE绒毛高度，? m0 7 14454 365 423 363 455 37 34339 270a 477 358b 447 32 34粘膜固有层深度 ，? m07 14269305 423 312 421 19 22193237 301 256 279 17 16谷氨酰胺防止断奶仔猪空肠粘膜萎缩Wu et al.1996. J Nutr. 126: .断奶仔猪日粮中添加0.5%的谷氨酰胺对小肠 绒毛高度和隐窝深度的影响项目 对照（n=16） 0.5%谷氨酰胺组 P值绒毛高度(V, ? m)168.18±9.33207.63±9.330.0038隐窝深度(C, ? m)109.97±13.73166.47±13.730.0049V/C 值1.53±0.1031.25±0.1030.0215Domeneghini.2006. Vet Res Comm. 30:331C342.断奶仔猪日粮中添加0.5%的谷氨酰胺对小肠上皮 细胞凋亡和有丝分裂的影响对照组（n=16） 肠上皮细胞（%） 谷氨酰胺 （n=16） P值调亡（A）有丝分裂（M） A/M值2.7039.10 0.0692.5540.82 0.0620.01090.3Domeneghini. 2006. Vet Res Comm. 30:331C342.?炎性介质TNF-α、 IL-6、 DAO、 D乳 酸增加，使肠粘膜通透性增强，导致肠道 屏障功能降低断奶仔猪日粮中添加1%的谷氨酰胺对空肠谷胱甘 肽和绒毛高度的影响项目 GSSG/GSH, nmol/nmol 绒毛高度, ? m 对照组 0.087 ± 0.005 谷氨酰胺组 0.051 ± 0.002 *269 ± 7.5371 ± 9.2 *Wang JJ et al. (2008) J Nutr 138:
谷氨酰胺下调与凋亡有关的基因? ? ? ??? ?KLF-10 La protein homolog Peptidyl-prolyl isomerase MAPK-6 ICAM-1- 64% - 41% - 37% - 75%- 38%Wang JJ et al. 2008, J Nutr 138:
小结?日粮TID苏氨酸影响断奶仔猪肠黏膜和黏液蛋白质的合成?日粮TID苏氨酸影响断奶仔猪肠黏液蛋白的基因表达，改变黏液蛋白的类型，从而影响小肠黏液屏障功能 ?日粮TID苏氨酸影响小肠黏膜形态、黏膜上皮细胞 通透性和细胞凋亡，从而影响小肠上皮细胞屏障功 能三、功能性氨基酸与猪的繁殖1、母猪胚胎发育与繁殖性能窝产仔数的限制哺乳动物窝产仔数是母体的遗传特征，影响因素十分复杂， 包括排卵率、子宫大小（容量）、胚胎和胎儿的存活（Wu 等，2006；Distl，2001）?由于子宫内环境不理想（可能包括子宫分泌不足和营养不 足），猪是所有畜禽中出生前胎儿损失最多的（50%） （Bazer等，2009）。一个商业化猪场中，妊娠25、36和45天 胎儿的存活率分别只有60%、50%和45%。虽然高产青年母 猪（prolific gilts ）可生产20-30个卵泡，但分娩时只能产出915个仔猪（Town等，2005）。?胚胎的死亡胚胎的第一次死亡高峰发生在妊娠的12-15天，出 生前损失胚胎的75%发生在妊娠的25-30天，下一次 胚胎的死亡在妊娠的30-40天，接着是55-75天，最 后是即将分娩的时间（Ford等，2002）。?妊娠30天后损失的胎儿导致子宫容积不足（Webel 和Dziuk，1974），因此窝仔数越大的母猪（大于 10），其胚胎的死亡率也越高（Town等，2005）?中国母猪的胚胎发育情况生殖阶段排卵数 受精卵数量 妊娠25天的胚胎 妊娠50天的胚胎 妊娠75天的胚胎 妊娠100天的胚胎 分娩的活仔猪 断奶的活仔猪胚胎或仔猪数量 17 16.2 12.3 11.2 10.2 9.8 9.4 8.0我国母猪的繁殖水平每头母猪平均年供活猪数25 20 15 10 5 0 丹麦 美国 中国美国德克萨斯农工大学猪中心年关于初生仔 猪的数据分析项目 值2产仔母猪数产仔总数 出生活仔数 出生仔猪死亡数 每窝平均产仔数 窝均产活仔数 仔猪窝均死亡数1321,468 1,340 128 11.12 10.15 0.97仔猪平均初生重，kg活仔平均初生重，kg 仔猪出生死亡率，%1.351.37 8.7仔猪出生活仔率，%91.3美国德克萨斯农工大学猪中心年仔猪出生重的数据仔猪初生重(kg)范围 0.5-0.69 0.70-0.89 比例% 3.0 7.40.90-1.091.10-1.29 1.30-1.49 1.50-1.69 1.70-2.09 断奶死亡率，%13.231.4 27.8 14.3 2.9 11.576%的断奶死亡仔猪为宫内发育迟缓仔猪（初生重&1.10kg）。2、功能性氨基酸与母猪繁殖性能功能性氨基酸定义：是能够调节代谢途径，有益于人和动物生存、生长、 发育、繁殖和健康的氨基酸，包括精氨酸、胱氨酸、谷氨酸、 亮氨酸、哺氨酸和色氨酸。?现在发现，一些氨基酸能促进NO的生成，后者能促进一些 组织中的血液循环，增加血液的供应，从而发挥许多重要的 生物学功能?胚胎和胎儿发育中胎盘的作用胎盘形成的时间在妊娠的第15天，胎盘的形成是血管快速 生成的过程，在妊娠的第25天，胎盘膜形成。?妊娠的第20-60天，是胎盘快速发育的时期。妊娠70天胎盘 发育最快，这是与胎儿的发育规律一致的（Wu等，2005）。?在所有营养素中，氨基酸对胎盘的生长最为重要，它为胎 盘生长所必需，是激活细胞蛋白质合成的机器（Li等， 2009）。?L-精氨酸GTP（三磷酸鸟苷） （ +） 三磷酸鸟苷环化水解酶 I 7,8-三磷酸二氢新蝶呤 6-丙酮-四氢蝶呤合成酶6-丙酮-四氢生物蝶呤（BH4）墨蝶呤还原酶 四氢生物蝶呤（BH4） NOS L-精氨酸+O2 NADPH+H+ NADP+ NO L-瓜氨酸猪胎盘的四氢蝶呤生物合成途径（+）表示由精氨酸增强了鸟苷三磷酸（GTP）环化水解酶 I 的蛋白表达。鸟苷三磷酸（GTP ）环式水解酶 I是第一个GTP转化为四氢生物蝶呤的限速酶[一种由精氨酸合成NO的必要辅助 因子]。NOS：一氧化氮合成酶，NADP：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（辅酶II），NADPH为 还原型辅酶II，NAD+为辅酶I胚胎初期形成的间质细胞 Embryonic mesenchymal precursorNO肌细胞 myocytes 脂肪细胞 AdipocytesNO和多胺原生肌纤维（孕期25-50d） Primary fibers 次生肌纤维（孕期50-90d） Secondary fibers出生时肌肉纤维数量 Numbers of muscle fibers at birth 出生后肌肉的生长 Postnatal muscle growth一氧化氮（NO）和多胺在骨骼肌细胞和脂肪细胞发育中的作用胚胎初期形成的间质细胞在NO的作用下分化为肌细胞和脂肪细胞，肌细胞生长成为次生 肌纤维（secondary fibers）受NO和多胺（精氨酸产生）的影响。出生时次生肌纤维（ secondary fibers）更进一步发展成为骨骼肌细胞，妊娠期NO合成酶不足容易形成白色脂 肪细胞，但是肌细胞的合成受损。母猪饲喂日粮中添加功能性氨基酸对母系血浆及繁殖过程中氨基酸浓度的影响变量 母猪血浆中精氨酸浓度，μM 母猪血浆中谷氨酸浓度，μM 母猪血浆中脯氨酸浓度，μM 母猪血浆中鸟氨酸浓度，μM 母猪血浆中赖氨酸浓度，μM Control2(n=32) 202 380 283 81 128 FAA3(n=30) 285* 392 334* 133* 126 Pooled SEM 10 18 15 6.7 5.5母猪血浆中无机氨浓度，μM母猪血浆中尿素浓度，mM 每窝产仔数 每窝产活仔数 初生仔猪均重，kg 初生活仔均重，kg 初生窝重，kg 初生活仔窝重，kg 每窝初生仔猪死亡数， 所有初生仔猪体重差异， 4% 存活初生仔猪体重差异，4 %1所有母猪(约克762.09 11.03 9.91 1.35 1.37 14.6 13.4 1.13 17.3 15.154*1.52* 11.90* 11.33* 1.36 1.37 16.0* 15.4* 0.57* 12.7* 11.5*4.20.12 0.40 0.33 0.02 0.02 0.36 0.32 0.12 0.58 0.53× 长白母猪 和 杜洛克 × 汉普夏公猪) 每天分别在 07：00 和 18：00分2次饲喂2kg玉米-豆粕型日粮 (Mateo et al., 2007) 。基础日粮的氨基酸含量 (含 0.70% 精氨酸 和 1.22% 谷氨酸的饲喂基础) 。母猪体重为 114 ± 1.6 kg, n = 62).怀孕110天时在饲喂后2小时由耳静脉对母猪采血样，2 L-丙氨酸 (31 g， 等氮处理) 作为追加营养在怀孕30114天时添加 3 8g L-精氨酸 和 12 g L-谷氨酸的混合物在怀孕30-114天时作为追加营养添加到2kg基础日粮中.该FAA日粮中含有1.1% 精氨酸和1.8% 谷氨酸。母猪饲喂日粮中添加功能性氨基酸（FAA）1对初生仔猪体重分布的影响所有初生仔猪 项目 初生体重,kg 0.60to1.09kg 0.98(83) 1.01(60) 0.01 1.01(59) 1.01(49) 0.01 Control2 FAA3 SEM Control 初生存活仔猪 FAA SEM1.10to1.29kg1.29to1.49kg 1.50to1.69kg 1.70to2.09kg 0.60to1.09kg 1.10to1.29kg 1.30to1.49kg 1.50to1.69kg 1.70to2.09kg1.24(106)1.46(98) 1.65(54) 1.89(12) 23.5 30.0 27.8 15.3 3.41.23(87)1.39(136) 1.58(58) 1.80(16) 16.8? 24.4? 38.1? 16.2 4.50.010.01 0.01 0.021.24(98)1.46(96) 1.65(52) 1.89(12) 18.6 30.9 30.3 16.4 3.81.23(83)1.39(134) 1.58(58) 1.80(16) 14.4? 24.4? 39.4? 17.1 4.70.010.01 0.01 0.02仔猪在不同体重等级中的分布，%所有母猪(约克 × 长白母猪 和 杜洛克 × 汉普夏公猪) 每天分别在 07：00 和 18：00分2次饲喂2kg玉米-豆粕型日粮 (Mateo et al., 2007) 。基础日粮的氨基酸含量 (含 0.70% 精氨酸 和 1.22% 谷氨酸的饲喂基础) 见表3。母猪体重为 114 ± 1.6 kg, n = 62)。怀孕110天时在饲喂后2小时由耳静脉对母猪采血样，2 L-丙氨酸 (31 g， 等氮处理) 作为追加营养在怀孕 30-114天时添加 3 8g L-精氨酸 和 12 g L-谷氨酸的混合物在怀孕30-114天时作为追加营养添加到2kg基础日粮中，该FAA日粮中含有1.1% 精氨酸和1.8% 谷氨酸。EPT 脯氨酸 Pro 精氨酸 Arg EPT 鸟氨酸 Orn ODC 多胺 (＋ ) 蛋白质合成 谷氨酸 Glu (＋ ) 精氨酸 Arg (＋ ) (＋ ) mTOR (＋ )亮氨酸Leu、脯氨酸Pro 氨基酸（AA）猪胎盘中功能性氨基酸在调节蛋白质合成中的重要作用多胺是细胞中DNA和蛋白质合成的关键调节因子。精氨酸在胚胎外组织中代谢转化为脯氨酸和鸟氨酸， 在猪胎盘中，脯氨酸降解为鸟氨酸，鸟氨酸在鸟氨酸脱羧酶（ODC）的作用下合成多胺，ODC的表达是在谷 氨酸的刺激下实现的。此外，蛋白质的合成受mTOR蛋白信号转导途径调控，mTOR 的活性受精氨酸、谷氨 酸、亮氨酸和脯氨酸影响。由功能性氨基酸合成蛋白质或者多胺的选择性作用机理可能提供了一种能够改善 胎盘生长发育的新的有效途径。怀孕60天的胎猪骨骼肌中精氨酸代谢酶的活性和氨基酸中精 氨酸家族的组成和浓度1NIUG 腓肠肌，mg 精氨酸，nmol/g 组织 脯氨酸，nmol/g 组织 鸟氨酸，nmol/g 组织 256 438 520 84 IUGR 201* 356* 423* 65* SEM 7.2 9.5 13 4.1谷氨酸， nmol/g 组织腐胺， nmol/g 组织 亚精胺， nmol/g 组织 精胺， nmol/g 组织4.37126 191 2253.69*81* 128* 174*0.275.8 7.6 8.2四氢生物蝶呤， nmol/g 组织ODC活性，nmol/min 每克组织 cNOS活性， nmol/min 每克组织11.202.57 1.340.77*1.85* 1.020.060.14 0.08数据合并标准误差 (n = 6)。初产母猪（约克*长白母猪和杜洛克*汉普夏公猪杂交）（怀孕0-60天）饲喂2kg/天 玉米-豆粕型基础日粮（见表1）。怀孕60天时宫内发育正常（NIUG）和宫内发育迟缓（IUGR）的仔猪胎重分别 为126和94g（SEM=4.5g）；骨骼肌中氨基酸、多胺、四氢生物蝶呤含量和酶活性的测定采用现有方法方法 (Meininger and Wu, 2002; Wu et al., 2005; Wu and Meininger, 2008). NIUG：宫内发育正常；IUGR：宫内发育迟缓；ODC：鸟氨酸脱羧酶；cNOS：原生型一氧化氮合成酶 * P & 0.05 ，数据分析采用t-检验3、精氨酸和N-氨甲酰谷氨酸在调节母猪胚胎发育中的作用在妊娠40天，胎盘中 精氨酸含量升至最高， 达到14.26mmol/l妊娠天数不同妊娠时期在母猪胎盘中精氨酸含量（Wu等，1996）0.6 0.5猪胎盘中NO的合成aa-f: P & 0.05 bNO 合成 (nmol/g tissue/h)0.4 0.3 0.2 0.1 0 10 20 30 40ccc de fe5060708090100110妊娠天数Wu et al. (2005) Biol. Reprod. 72: 842-850.精氨酸在母猪羊水中的含量8 7.2 5.93 4.48 精氨酸N 总游离氨基酸N游离氨基酸N的浓度(mmol/l)7 6 5 4 3 2 1 0 0.57 1.06 1.04羊水中的精氨酸仍以 孕期35-40日龄最高， 6.38 比胎盘中低是因为被 胚胎吸收利用0.7830354045怀孕天数（d）（Wu等，1996）猪尿囊液中精氨酸浓度5 4精氨酸鸟氨酸谷胺酰胺mmol/L3 2 1 0 30 35 40 45 妊娠天数 60 90 110母猪妊娠40天胎盘尿囊液中各种游离氨基酸占总游离氨基酸N的比例（%）其它 32.6 精氨酸 39.2 脯氨酸 0.7 谷氨酰胺 17 鸟氨酸 12.5（Wu等，1996）54.54mmol/l3210.14 胎盘尿囊液 母体血液0母猪妊娠45天时，胎盘尿囊液与母体血液中精氨酸含量（mmol/l）胎盘尿囊液中精氨酸浓度远高于母体血液，说明子宫对 精氨酸进行充分吸收和合成，以满足胚胎的需求。（Wu等，1996）20 18酶活(nmol/min/mg 蛋白)16 14 12 10 8 6 4 2 0 30 35 45 60 90 110二氢吡咯-5-羧酸还原 酶 氨甲酰基磷酸合成酶 鸟氨酸转氨甲酰酶母猪妊娠期间，胚胎肠道中精氨酸合成酶的活性当胚胎发育至45天，肠道中精氨酸合成酶活性迅速升高， 合成精氨酸弥补母体供应的不足。 （Dekaney等，2003）影响母猪繁殖性能的因素分析精氨酸及其 内源合成激活剂：NCG 营养 调控 饲养 管理其它繁殖性能 影响因素遗传 基因 疾病 控制初产母猪(n=53)妊娠第30-114天添加 1％L-精氨酸盐酸盐对繁殖性能影响Mateo et al. (2006) J. Anim. Sci. 84 (Suppl. 2): 7-8初产母猪（n=80）妊娠第1-30天添加 1.3％L-精氨酸对繁殖性能影响14 12 10 8 6 4 2 0 Total Piglets Born Alive 0 Average Birth Weight 2.2% Ala 1.3% Arg 11.26 11.67 1.2 0.8 0.4 2.2% Ala 1.3% Arg 1.6 1.42 1.48总活仔数平均初生重农业部饲料工业中心，2008妊娠全期添加精氨酸对初产大鼠繁殖性能 的影响Items ADFI/BW (g/kg) 采食/体重 Total maternal weight gain (g)妊娠总增重 Litter size 窝产仔数 Average birth weight (g) 平均初生重 2.2% Alanine丙氨酸 1.3% Arginine精氨酸 71.00 ± 2.30 78.50 ± 6.60 11.30 ± 0.61 6.43 ± 0.29 71.20 ± 1.91 85.00 ± 6.41 14.50 ± 0.62 6.73 ± 0.25P Value0.94 0.49 & 0.01 0.46Zeng Xiangfang et al., J Nutri., 2008,N-氨甲酰谷氨酸，NCGN-氨甲酰谷氨酸（N-Carbamylglutamate, NCG）是N-乙酰谷氨 酸（ NAG）的代谢稳定类似物，可激活精氨酸内源合成的 限速酶－氨甲酰磷酸合成酶-1（CPS-1），从而提高精氨酸 的内源合成。COOH H C NH2 C CH2 CH2 C OH O O CH3 COOH H C NH2 C CH2 CH2 C OH O O NH2NAG N-乙酰谷氨酸NCG N-氨甲酰谷氨酸Glutamine 谷氨酰胺 GlutaminaseCO2 NH3 TCA Cycle a-KG Ala Proline脯氨酸GOTAsp a-KG OAAGPTGlutamate 谷氨酸 P5CSPyr30% P5C to CitrullineP-5-CProline OxidaseGluOAT a-KG Ornithine CP CPS-I NH3 + HCO3+ NAG / NCG H2O ?O2OCT? Citrulline Mitochondria Cytosol Citrulline Asp ASS精氨酸内源合成调控线路图Wu G and Knabe DA (1995) Am J Physiol 269:R621-629.Argininosuccinate ASL Fumarate ? Arginine 精氨酸NCG可利用谷氨酰胺或脯氨酸合成瓜氨酸和精氨酸Wu G et al. (2004) J Nutr134: S妊娠全期日粮添加N-氨甲酰谷氨酸（NCG）对母猪繁殖性能的影响12 10 8 6 4 2 0 窝产总数 窝产活仔数 Control 0.05% NCG 9.6 11.0* 9.2 10.5*妊娠全期母猪日粮添加NCG 对窝产总数和窝产活仔数的影响1.6 1.2 0.8 0.4 01.421.44Control 0.05% NCG平均初生重，kg妊娠全期母猪日粮添加NCG对仔猪初生重的影响妊娠前期日粮添加 N-氨甲酰谷氨酸（NCG）对母猪繁殖性能的影响12 10 8 6 4 2 0 9.210.3* 8.810.1*Control 0.1% NCG妊娠后期母猪日粮添加 NCG对仔猪初生重的影响窝产总数窝产活仔数1.6 1.46 1.43妊娠前期母猪日粮添加NCG 对窝产总数和窝产活仔数的影响1.2 0.8 0.4 0 平均初生重，kg Control 0.1% NCG经产母猪怀孕后期日粮添加 N-氨甲酰谷氨酸（NCG）对繁殖性能的影响14 12 10 8 6 4 2 0 Total Piglets Born Total Piglets Born Alive2 1.6 1.2 0.8 0.4 0 Average Birth Weight 1.45 1.55 *11.5411.64 10.5111.07 *Control 0.1%NCG妊娠后期母猪日粮添加NCG对 仔猪初生重的影响妊娠后期母猪日粮添加NCG 对窝产总数和窝产活仔数的影响Control 0.1%NCG验证假设精氨酸及NCG提高母猪产仔数和促进胎儿发育机理示意图猪奶中氨基酸浓度及其变化哺乳天数Wu G and KnabeDA (1994) J Nutr124:415-424.猪奶与7日龄仔猪机体的精氨酸/赖氨酸比较Arginine/Lysine Ratio 1.2 0.8 0.4 0 Sow's MilkWu G and KnabeDA (1994) J Nutr124:415-424. Wu G et al. (1999) J Nutr129:.Means ± SEM, n=10Piglet Body7日龄哺乳仔猪所需精氨酸及其来源Arginine requirements and sourcesArginine requirements 精氨酸需求 Body weight gain (200 g/ 27.2 g crude protein) Arginine catabolism via arginase and NO synthase Creatine synthesis (0.38 mmol/kg body wt/day) Arginine supply from sow’s milk Milk consumption (0.78 L/ 1.43 g/L whole milk) Undigestible arginine in sow’s milk (9.6%) Arginine supply from endogenous synthesis*%Amounts of arginine (g/day)?2.71.88 0.65 0.17 肌苷酸合成?1.011.12 -0.11(&39%)?1.69 (or 63%*)daily arginine requirements.Wu G and Knabe DA (1995) Am J Physiol 269:R621-629.哺乳仔猪小肠上皮细胞线粒体中NAG 浓度的变化哺乳动物细胞液，包括小肠上皮细 胞有高活性脱酰基酶分解代谢N-乙 酰谷氨酸（NAG），限制了胞液 NAG进入线粒体NAG的活性14-21日龄仔猪代乳料中添加 L-精氨酸对精氨酸内源合成及其生长的影响对血浆精氨酸水平影响 L-精氨酸添加水平（％）Kim SW, McPherson, and Wu G (2004) J Nutr134: 625-630对仔猪日增重影响NCG可利用谷氨酰胺或脯氨酸合成瓜氨 酸和精氨酸Wu G et al. (2004) J Nutr134: S灌服NCG可增加7-14日龄哺乳仔猪内源精氨酸合成 并促进仔猪生长Means ± SEM, n=10; 0 or 50 mg NCG/kg wt/12 h * P & 0.01 vs control.Plasma [Arginine] (mM)*Body weight gain (g/day)300500400 300 200 100 0 Control NCG *2001000 ControlNCG对血浆精氨酸水平影响Wu G et al. (2004) J Nutr 134: S对仔猪日增重影响日粮中添加1％精氨酸和0.05％NCG 断奶仔猪生长、血浆指标和小肠形态的影响项目 初始重（kg） 末重（kg） 日增重（g） 采食量（g） 料肉比（g/g） 血浆精氨酸浓度 (μmol/L） 血浆生长激素浓度 (pmol/L） 空肠绒毛高度, ? m 空肠隐窝深度, ? m对照组 6.75 10.01b 233.1b 328.2 1.41b 188.2b 294.5b 393.3b 192.11％L-精氨酸组 0.05% NCG组 6.75 10.61a 275.7a 341.3 1.24a 221.4a 331.7a 418.8a 182.4 6.8 10.52a 265.7a 332.1 1.25a 209.6a 318.8a 429.1a 190.1谢谢！
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