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精氨酸的抗热应激作用及在母猪上的应用

浏览次数: 日期:2011年11月17日 15:11

摘要:

种母猪的繁殖效率决定一个猪场的产品质量和经济效益,而母猪繁殖效率受到多种因素的影响,高温热应激被认为是一个引起母猪生产力变化的重要环境因素。精氨酸在机体内发挥着多重营养生理效应,研究精氨酸对热应激条件下母猪生产性能的影响,深入阐明其作用机理,对于养猪生产具有重要意义。

1高温热应激对母猪的影响

应激是机体对内部或外界的各种异常刺激所产生的非特异性应答反应的总和,是动物对机体内外刺激或挑战的反应。热应激是指处于极端高温环境中的动物对热环境的舒适区上限温度所致的反应。猪属恒温动物,存在一个等热区,在这个范围内,猪借助于物理调节维持正常体温,一旦超过这个范围,就需通过产热和散热来维持正常的体温。当环境温度超过等热区中的舒适区上限值时,即出现热应激。猪皮下脂肪厚,汗腺不发达,体内热能散发较慢,不善于通过皮肤蒸发散热来调节体温,因此猪很不耐热。

夏季高温是影响母猪繁殖机能的主要因素之一,在我国大部分地区,夏季炎热高温给养猪业造成的损失十分严重。据报道,在高温环境下降低了母猪采食量和产奶量,最终降低了仔猪的生长率(Quiniou等,1999;Quiniou等,2000;Renaudeau等,2001)。

母猪的繁殖力受到许多生理过程的调控,高温应激对机体的损伤也是多方面的。在高温条件下,电解质代谢紊乱,血糖、蛋白质、酶活力发生改变。母猪处于热应激下还会改变其内分泌功能。Maloyan等(2002)指出,猪受热应激的刺激,激活了下丘脑垂体肾上腺轴,引起下丘脑促肾上腺皮质激素释放激素的分泌增强,释放到垂体门脉系统,从而促进垂体分泌促肾上腺皮质激素(ACTH)。ACTH分泌的增加,抑制了垂体前叶分泌促性腺激素FSH和LH,LH分泌减少的必然结果是卵泡发育受阻及抑制排卵,也会使雌激素的分泌下降,并抑制黄体生成和孕酮分泌,在生产中引起母猪各种繁殖障碍。另外,ACTH水平升高,也间接影响了卵巢机能,可诱发卵巢囊肿、性机能减退、使繁殖受阻。另外,高温使母猪血浆甲状腺素分泌减少,以抑制体内的代谢功能,减少产热,维持机体在高温时产热与散热平衡(Prunier等,1997)。

高温导致的热应激同时会造成组织细胞损伤。热应激诱导体内产生大量的自由基,产生各种有害的影响(Mitchell等,1983),导致细胞代谢和生物功能紊乱,例如脂肪酸氧化和蛋白合成功能受阻等(Jiang等,2008)。研究表明,机体内自由基可以改变细胞膜的功能,进而引发多种生物体疾病(卢大用等,1999)。在正常的生命过程中,自由基为维持生命所必需,动物体内本身存在氧化和抗氧化两大系统,正常生理状态下,两者处于动态平衡。当畜禽处于高温热应激状态时,细胞生理代谢功能紊乱,导致抗氧化系统功能下降,同时生成大量的自由基(Mitchell等,1983),此时过量的自由基数量超过抗氧化体系的还原能力,机体处于氧化应激状态(Sies,1997)。所以高温环境可造成动物氧化应激损伤。

2精氨酸的研究进展

2.1精氨酸的生化和生理学特性

精氨酸是碱性氨基酸,在生物体内以具有生理活性的L-精氨酸形式发挥生物学功能。它不仅是动物体蛋白合成的必需氨基酸,同时也是多种生物活性物质的合成前体,如多胺和NO等。精氨酸是合成NO的唯一底物,精氨酸--NO途径在动物体内发挥着重要的作用。在正常情况下,成年动物对精氨酸的需求可以通过内源性合成得到满足,但在应激条件下,内源精氨酸不能满足机体的需求。因此,精氨酸被认为是条件性必需氨基酸(孔祥峰等,2009)。powerpigs.net/

2.2精氨酸的内源合成

精氨酸的内源合成有两条途径,一是精氨酸可在谷氨酰胺酶、吡咯酸-5-羧酸合成酶、脯氨酸氧化酶、鸟氨酸转氨酶、鸟氨酸转乙酰酶、精氨酰琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸分解酶的催化下,由谷氨酰胺(Gln)和脯氨酸(Pro)合成。另外,线粒体内的鸟氨酸和血浆瓜氨酸也是合成精氨酸的前体,瓜氨酸进一步在细胞液中合成精氨酸。对哺乳动物而言,内源精氨酸的合成涉及小肠肾代谢轴,瓜氨酸由肠道内的谷氨酸和谷氨酰胺合成,小肠释放的瓜氨酸约83%运至肾脏,在细胞液精氨酰琥珀酸合成酶和精氨酰琥珀酸裂解酶的催化下合成为精氨酸(Wu等,2007)。

2.3精氨酸的代谢途径

研究表明,L-精氨酸代谢在体内有3条途径,一是精氨酸在一氧化氮合酶(NOS)催化下代谢产生NO,并生成瓜氨酸;二是在精氨酸分解酶作用下,精氨酸生成鸟氨酸和尿素,也可通过甘氨酸转脒基酶催化分解为鸟氨酸和肌酐酸;三是由鸟氨酸生成多胺,多胺是腐胺、亚精胺和精胺的统称,对于调控细胞生长和发育具有重要作用。精氨酸降解主要在小肠完成。

2.4精氨酸及其代谢产物对机体的作用

2.4.1精氨酸的NO途径在心血管系统中的作用

研究发现,L-精氨酸--NO途径非常重要。NO是一种很强的舒张血管物质(Radomski等,1991),在维持血管张力的恒定和调节血压的稳定性中起着重要作用。L-精氨酸是NO生成的前体,补充L-精氨酸促进NO的生成,可促进血管扩张和血管生成;相反,L-精氨酸缺乏可导致NO生成减少,进而影响血管的生成与发育。研究表明,NO在心血管系统中发挥作用主要通过激活细胞中鸟苷酸环化酶(GC),使环一磷酸鸟苷(cGMP)的浓度增加来完成血管舒张等各种生理功能(肖丽波等,2009)。

2.4.2精氨酸的NO途径及对免疫的调节作用

精氨酸影响免疫功能的途径很多,但主要是通过精氨酸--NO途径和对内分泌激素的调节实现的。欢迎访问猪场动力网。在调节机体免疫、肠黏膜功能保护等方面起重要作用。精氨酸还可以促进免疫球蛋白产生,有效增强体液免疫。精氨酸是合成NO的唯一底物,在NOS催化下合成NO。NO是一种重要的免疫调节因子,其对免疫系统的调节作用主要包括(李霞等,1996):①调节T淋巴细胞增生和抗体应答反应,抑制肥大细胞的反应性;②调节T细胞和巨噬细胞分泌细胞因子;③促进天然杀伤细胞的活性,激活外周血液中的单核细胞;④介导巨噬细胞的细胞凋亡。另外,NO可以舒张胃肠平滑肌、调节胃肠黏膜血流量,从而保持黏膜完整,维持胃肠黏膜屏障功能;还可以抑制白细胞向损伤部位移动,同时降低肠黏膜通透性,从而减轻了对肠黏膜的损伤。研究表明,日粮中补充精氨酸能增强妊娠母猪和新生仔猪的免疫力,从而降低了仔猪的发病率和死亡率(Jobgen等,2006)。

2.4.3精氨酸在内分泌方面的作用

精氨酸可以刺激机体分泌生长激素和胰岛素。精氨酸代谢生成鸟氨酸,进而生成谷氨酸,这两种氨基酸均可促进机体释放生长激素;另外,精氨酸在NOS催化下合成的NO也可以促进生长激素释放。精氨酸还可以刺激人和其它哺乳动物包括猪、牛和羊释放胰岛素。生长激素和胰岛素对糖和蛋白质在机体组织中的代谢起重要作用。powerpigs.net

2.4.4精氨酸在抗氧化应激中的作用

L-精氨酸是机体的自由基清除剂(姜桢等,2000),NO由NOS催化L-精氨酸和分子氧反应生成,是一种新型的细胞信息分子,具有扩张血管、抑制血小板聚集、抑制细胞增殖、抑制脂质过氧化及糖基化终末产物形成等作用(Xiong等,1994)。一般而言,NO在小剂量情况下发挥有益的生理作用,大剂量情况下常有致病或使病情恶化的作用(岳旭等,2002),并且适量的NO可清除氧自由基(Beligni等,2002;Wink等,2001)。近年来,大量研究了L-精氨酸在防治大鼠自由基损伤中的应用,给大鼠补充L-精氨酸能提高抗氧化酶活性,降低丙二醛(MDA)的含量,降低氧化应激对大鼠的损伤(Huang等,2009;Lin等,2008),提高机体抗氧化能力。补充L-精氨酸可以促进其产物NO的生成,同时提高了组织中超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的活性,降低MDA含量,表明通过精氨酸补充NO可以显着降低大鼠的氧化应激。L-精氨酸在体内的抗氧化应激作用主要通过L-精氨酸--NO途径来实现(雷康福等,2005;Trisha,2006;Assumpcao等,2008)。

3精氨酸在母猪营养中的应用

3.1精氨酸与NO和多胺对胎盘和胎儿生长发育的影响

母猪妊娠30-40d是子宫发育的关键时期,因此,其发育情况直接影响到妊娠期胎儿的生长和发育。研究表明,妊娠期子宫的发育不仅与母猪营养状况有关,还与体内NO和多胺的合成利用有很大关系。NO是内皮细胞产生的一种主要的舒张血管因子,具有强烈的血管扩张作用,在改善胎盘对胎儿血液、营养物质和氧气的供应方面起着非常重要的作用(Bird等,2003)。多胺可调控DNA和蛋白质的合成,最终调控细胞生长和发育(Flynn等,2002)。许多研究表明,NO和多胺是使血管数量增加、胚胎发育及胎儿胎盘生长的重要调控因子(Reynolds等,2001)。精氨酸是NOS及鸟氨酸脱羧酶的共同底物,可分别产生NO和多胺(Wu等,1998)。因此精氨酸可能是影响胎儿生长发育的限制性氨基酸。研究发现,母猪妊娠40d左右,其尿囊液中的精氨酸以及鸟氨酸含量都特别高,NO和多胺合成酶的活性及其浓度也达到了最大(Wu等,2005)。母猪营养不良或营养过剩,都会影响母猪体内精氨酸的含量,同时也减少了胎盘NO和多胺的合成(Wu等,1998)。

3.2哺乳仔猪内源精氨酸不能满足其最佳生长的需要

精氨酸不足不仅会影响胎儿的生长发育,还会影响初生仔猪的生长。精氨酸是哺乳仔猪的必需氨基酸,母乳精氨酸供给不足是限制新生仔猪最大生长的一个重要因素(Wu等,2000)。人工饲喂仔猪的试验数据表明,仔猪出生后的生长潜能至少是400g/d(从出生到21日龄),而哺乳仔猪仅为230g/d。7日龄哺乳仔猪与新生仔猪相比,小肠中精氨酸和瓜氨酸的合成量减少了70%-73%,在14-21d时进一步减少。因此,哺乳期间仔猪内源精氨酸合成逐步减少。Flynn等(2000)研究表明,哺乳仔猪7-12d血浆中的NO浓度也在逐渐下降,血氨浓度逐渐升高。给7-21d的哺乳仔猪饲喂添加有0.2%和0.4%的精氨酸日粮,结果表明,精氨酸日粮提高了仔猪血浆精氨酸浓度,降低了血氨浓度,仔猪体增重分别提高28%和66%(Kim等,2004)。

3.3精氨酸对母猪繁殖性能的影响

国内外文献报道,精氨酸对母猪营养生理的影响主要集中在提高母猪繁殖性能上。欢迎访问猪场动力网Laspiur等(2001)研究了热应激环境条件下日粮中添加精氨酸对经产母猪泌乳期生产性能的影响。结果表明,日粮中添加1.34%精氨酸可以提高母猪的饲料利用率,但对哺乳仔猪生产性能的影响不显着。Ramaekers等(2006)在初产和经产母猪妊娠的14-28d,日粮中添加25g/d的精氨酸,增加了平均窝产仔数(分别增加了1.25头/窝和1.18头/窝)以及窝产活仔数(分别增加了1.08头/窝和0.93头/窝)。此外,Mateo等(2007)研究了在初产母猪妊娠30-114d日粮中添加精氨酸对初产母猪繁殖性能的影响,结果表明,日粮中添加精氨酸提高了血浆精氨酸、鸟氨酸和脯氨酸的水平,同时提高了初产母猪窝产活仔数以及窝重。Mateo等(2008)报道,给泌乳母猪补充精氨酸提高了仔猪的生长性能。以上研究结果表明,在母猪日粮中补充精氨酸可提高母猪产仔数,同时也提高了仔猪的生长性能。

总之,研究高温、热应激环境下营养素对机体损伤的保护作用是当前特殊营养研究的发展方向,单个氨基酸的作用受到越来越多国内外学者的关注。我们在熟悉、了解高温热应激对母猪生理机能和生产性能的影响、精氨酸在体内的代谢途径的情况后,进一步掌握精氨酸的抗氧化应激作用,为生产实践起到指导作用。母猪虽然可以内源合成精氨酸,但在应激条件下是不足的,适当增加此阶段母猪日粮中的精氨酸供给,是改善母猪繁殖性能的重要措施。

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