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随着肉羊规模化、集约化养殖的兴起,夏季热应激成为制约南方肉羊产业进一步发展的一大因素。谷氨酸是一种功能性氨基酸,其对生猪、家禽热应激均被证实有缓解作用。但目前关于谷氨酸对反刍动物生产中的应用效果及其抗热应激效果的作用机理的研究尚不多见。本研究采用宏基因组学和代谢组学的方法研究饲粮中添加谷氨酸对热应激下湖羊生产性能、瘤胃发酵特性、胃肠道结构和功能等的影响,为谷氨酸在反刍动物生产中的应用提供理论依据。试验一、体外发酵法研究谷氨酸对湖羊瘤胃发酵特性的影响采集6头湖羊作为瘤胃液供体。试验分为4组,以育肥期湖羊全混合饲粮为培养底物,分别添加0、0.5、1和2 mmol/L谷氨酸,体外培养24 h。结果表明:与对照组相比,添加谷氨酸显著提高了瘤胃微生物蛋白(MCP)含量(P<0.05),瘤胃氨态氮(NH3-N)和总挥发性脂肪酸(TVFA)含量与谷氨酸添加量呈正相关,其中添加量为2 mmol/L时达到显著(P<0.05)。添加2 mmol/L谷氨酸还显著提高了瘤胃体外发酵24 h时的瘤胃p H、产气量、乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸含量(P<0.05),显著改善瘤胃产气动力学参数(P<0.05),但对乙丙比无明显影响。本研究中,添加谷氨酸能显著促进瘤胃降解效率,改善瘤胃发酵特性,促进TVFA和MCP生成,其中2 mmol/L添加量时效果最好。试验二、谷氨酸对湖羊生产性能、屠宰性能和血清生化与激素指标的影响本试验旨在探讨谷氨酸对湖羊生产性能、屠宰性能、养分消化率及血清生化与激素指标的影响。试验选取48头体重为17.74±0.17 kg的湖羊公羔,随机分成2组,每组6个重复,每个重复4头,对照组饲喂基础饲粮,试验组饲喂基础饲粮+3 g/头.天谷氨酸,预试期15天,正式期90天。结果表明:与对照组相比,添加谷氨酸对热应激条件下湖羊第1-30天和第31-60天时的生长性能、血清中谷氨酸含量和血清生化与激素指标均无显著影响(P>0.05)。但在第61-90天时,添加谷氨酸显著提高了湖羊平均日增重,显著降低了平均日采食量和料肉比(P<0.05)。添加谷氨酸显著提高了第61-90天时血清谷氨酸的含量(P<0.05),同时球蛋白、免疫球蛋白A、免疫球蛋白G、免疫球蛋白M、生长激素和睾酮水平显著提高(P<0.05),血清热休克蛋白70(HSP70)、促肾上腺皮质激素、皮质醇、皮质酮、三碘甲状腺原氨酸和四碘甲状腺原氨酸水平显著降低(P<0.05)。消化试验结果显示,谷氨酸显著提高了干物质、有机物和粗蛋白的表观消化率(P<0.05)。屠宰试验发现,谷氨酸对湖羊胴体性状和器官指数无显著影响(P>0.05)。由此可知,添加3 g/头.天谷氨酸可能通过提高湖羊血清中谷氨酸水平来增强其免疫能力,提高生长激素水平,降低热应激相关激素和HSP70的分泌,进而达到缓解热应激、促进生长的效果,并且这种效果可能与谷氨酸的饲喂时间有关。试验三、谷氨酸对湖羊瘤胃发酵及胃肠道VFA的影响本试验研究了谷氨酸对湖羊瘤胃发酵参数以及胃肠道挥发性脂肪酸(VFA)的含量。结果表明:与对照组相比,谷氨酸组显著提高了热应激条件下湖羊瘤胃液p H、NH3-N、MCP、异戊酸的含量和异丁酸、戊酸、异戊酸的占比(P<0.05),提高了皱胃中异丁酸含量(P<0.05),但对空肠、盲肠和结肠中VFA均无显著影响(P>0.05)。由此可知,谷氨酸能提高热应激湖羊瘤胃发酵特性,但对肠道VFA无明显影响。试验四、谷氨酸对湖羊胃肠道形态结构及屏障功能的影响本试验研究了谷氨酸对湖羊瘤胃上皮和空肠黏膜的形态结构和屏障功能的影响。结果表明:与对照组相比,添加谷氨酸提高了热应激下湖羊瘤胃乳头(P=0.081)和空肠绒毛高度(P<0.05),增加了瘤胃上皮角质层厚度(P<0.05)。谷氨酸显著降低了第61-90天时血清二胺氧化酶(DAO)、丙二醛、白细胞介素-6和肿瘤坏死因子-α的水平(P<0.05),显著提高血清总抗氧化能力、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽还原酶和白细胞介素-4(IL-4)水平(P<0.05);但对第1-30天和第31-60天的这些血清指标无显著影响(P>0.05)。谷氨酸能显著提高了瘤胃上皮腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、HSP70和紧密连接蛋白(Claudin-1、occludin和ZO-1)的m RNA表达(P<0.05),显著降低了瘤胃上皮DAO的m RNA表达(P<0.05)。此外,谷氨酸显著降低了空肠黏膜DAO、Toll样受体9(TLR9)、髓样分化因子88(My D88)、核因子κB(NF-κB)和促凋亡基因Bax的m RNA表达(P<0.05)。由此可知,添加谷氨酸能提高机体抗氧化能力和降低炎症反应,改善瘤胃上皮和空肠黏膜的形态结构,通过提高AMPK/HSP70的表达提高了瘤胃上皮细胞的紧密连接性,以及通过降低TLR9/My D88/NF-κB的表达减少了空肠黏膜细胞的炎症反应和细胞凋亡。试验五、基于宏基因组和代谢组学技术研究谷氨酸对湖羊生长和胃肠道功能的调控机理本试验利用宏基因组学和代谢组学技术揭示了谷氨酸对湖羊瘤胃微生物菌群结构,以及对瘤胃和空肠内代谢物的影响。结果表明:谷氨酸通过提高瘤胃微生物的DNA聚合酶Ⅲ、DNA错配核酸内切酶、溶菌酶、DNA修复蛋白Rad D和HSP20家族蛋白的活性,显著提高了热应激下瘤胃微生物生长和死亡代谢通路的丰度,改变了瘤胃微生物菌群结构。在门水平上,谷氨酸显著提高了Saccharibacteria、Planctomycetes、Elusimicrobia、Ignavibacteriae、Nitrospirae和Poribacteria等瘤胃微生物的相对丰度(P<0.05);在种水平上,显著提高了Bacteroides_sp_CAG:709、Bacteroides_ovatus、Bacteroides_thetaiotaomicron、Aistipes_sp.、Phocaeicola_vulgatus、Methanobrevibacter_sp._Ab M4和Methanobrevibacter_boviskoreani等的相对丰度(P<0.05),显著降低了Selenomonas_bovis、Selenomonas_sp._AE3005和unclassfied_g_Butyrivibrio等的相对丰度(P<0.05)。通过宏基因组和测定指标间的关联分析发现,这些差异变化的瘤胃微生物对于改善热应激湖羊瘤胃发酵、养分表观消化率、免疫能力、炎症反应和胃肠道屏障功能有促进作用。通过代谢组学分析,发现谷氨酸显著影响瘤胃内嘌呤代谢、甲状腺合成、连接功能、嗅觉传导、唾液分泌和胆汁分泌等代谢集的富集度,这些代谢集的改变可能与谷氨酸改变了微生物菌群结构有关,并且可能与血清中热应激相关激素的降低、瘤胃上皮紧密连接性和营养物质表观消化率的改善密切相关;还发现空肠内苯丙氨酸代谢、甘油磷脂代谢、胆碱代谢和内源性大麻素信号都有显著变化,表明谷氨酸能影响空肠内氨基酸代谢,并通过神经调节作用改善空肠内环境,减少炎症发生。综上所述,饲粮中添加3 g/头.天谷氨酸通过提高瘤胃微生物的DNA聚合酶Ⅲ、DNA错配核酸内切酶、溶菌酶、DNA修复蛋白Rad D和HSP20家族蛋白的活性,显著加强了瘤胃微生物生长和死亡代谢通路,改变了瘤胃微生物菌群结构。同时显著提高了第61-90天时血清中的谷氨酸含量。这些均有助于改善热应激湖羊第61-90天时的瘤胃发酵功能、养分表观消化率、免疫能力、抗氧化能力、炎症反应和提高湖羊的生长性能。并且添加3 g/头.天谷氨酸还改善了瘤胃上皮和空肠黏膜的形态结构和功能,通过增加AMPK/HSP70的基因表达提高了瘤胃上皮的紧密连接性;通过降低空肠黏膜炎症通路TLR9/My D88/NF-κB的基因表达减少了空肠炎症反应和细胞凋亡。由此可知,较长时间(不少于60天)饲喂3 g/头.天谷氨酸能改善热应激湖羊的生长性能和胃肠道功能,有利于夏季热应激下湖羊的生产。