甜菜碱对仔猪生长和肠道功能的影响及机制研究

发布时间：2020-05-31 22:10

【摘要】：甜菜碱,又叫三甲基甘氨酸,最初是从甜菜副产物中提取而来。甜菜碱具有三个活性甲基,是高效的甲基供体。在畜牧生产上,甜菜碱主要用于替代蛋氨酸和胆碱,节约成本。由于甜菜碱提供的甲基能促进脂肪代谢,甜菜碱也用于改良胴体脂肪含量,提高瘦肉率。然而,甜菜碱同时还具有两极两性的离子特性,也是一种优良的有机渗透调节剂。由于肠道内容物的变化,尤其是在养分的消化吸收过程中,肠道细胞会遭受渗透压的变化。而肠道上皮细胞调控着水、无机离子、养分和生物大分子等物质在肠道食糜和血液中的交换。因此,甜菜碱对肠道的渗透调节具有重要的生理意义和生产意义。本研究通过仔猪试验,结合畜牧养殖实际生产,研究甜菜碱对仔猪生长性能、肠道消化酶活性、肠道形态、肠道屏障、肠道渗透调节和营养物质消化率的影响;通过体外消化酶活性和动力学试验,探讨甜菜碱对肠道消化酶活性的保护机制;通过肠道上皮细胞培养试验,在体外研究高渗应激对肠道上皮细胞IPEC-J2的损伤及甜菜碱对IPEC-J2细胞的渗透保护作用和机制;通过模式动物SD大鼠试验,进一步研究高渗应激条件下甜菜碱对肠道功能的影响。主要结果如下:试验一,甜菜碱对仔猪生长和肠道功能的影响。试验选取150头健康的39日龄“杜×长×大”三元杂交仔猪(体重8.52±0.26kg,25日龄断奶)。采用单因素试验设计,随机分成3组,每组设5个重复,每个重复10头猪。在基础日粮中分别添加0、1250和2500mg/kg甜菜碱,试验期30d。结果发现,日粮中添加甜菜碱能够增强仔猪肠道消化酶活性,改善肠道形态,维持肠道屏障的完整性,缓解肠道应激,促进营养物质消化吸收;降低腹泻率,提高仔猪的生长性能。试验二,甜菜碱对体外消化酶活性和动力学参数的影响。试验选用胰蛋白酶和α-淀粉酶,分别在体外模拟等渗(Tris-HCl缓冲液)和高渗(分别添加0.3mol/L、0.6mol/L和1 mol/LNaCl)环境,并在缓冲液和NaCl溶液中分别添加等浓度的甜菜碱。结果发现,甜菜碱在体外也能增强消化酶的活性。酶动力学研究发现,甜菜碱主要通过增强酶与底物的亲和力来提高酶的催化效率。在高渗条件下,甜菜碱可以减轻NaCl对消化酶的抑制作用。试验三,甜菜碱对肠道上皮细胞IPEC-J2的渗透保护作用。分别使用等渗培养基(300mOsm)、等渗培养基(300mOsm)+甜菜碱(10mmol/L)、高渗培养基(600mOsm)、高渗培养基(600mOsm)+甜菜碱(10 mmol/L)培养肠道上皮细胞IPEC-J2。结果发现,甜菜碱能够增强肠道上皮细胞IPEC-J2的活力,节约钠钾泵的能量消耗,修复应激损伤细胞,减少细胞死亡,缓解高渗应激的不利影响。试验四,甜菜碱对高渗应激SD大鼠肠道功能的影响。试验选取32只4周龄雄性SD大鼠(Sprague Dawley)。采用单因素试验设计,随机分为4组,每组8只。对照组饲喂基础日粮(0.4%NaCl);试验组饲喂高盐日粮(4.0%NaCl),并分别添加0.0%,0.5%和1.0%甜菜碱,试验期28d。结果发现,甜菜碱能够提高高渗应激SD大鼠肠道消化酶的活性,改善肠道形态结构,减少抗利尿激素和皮质醇的分泌,缓解高盐饮食诱导的渗透应激。此外,甜菜碱还能改善高渗应激SD大鼠的肠道微生物区系,维持肠道微生态平衡。综上所述,甜菜碱能够增强仔猪肠道消化酶活性,改善肠道形态,维护肠道屏障,缓解肠道应激,促进营养物质消化吸收,降低腹泻率,改善仔猪的生长。进一步研究表明,在高渗应激条件下,甜菜碱可以增强消化酶与底物的亲和力,进而增强酶活、提高催化效率,节约细胞钠钾泵的能量消耗,增强肠道上皮细胞活力,加强损伤细胞修复,改善肠道微生物区系,维持肠道微生态平衡。
【图文】：

甜菜碱,化学结构式

甜菜碱也是许多食物的重要组成成分，甜菜碱含量较高的食物有小麦（１邋３３９逡逑ｍｇ／１００ｇ），疲菜（６４５ｍｇ／１００ｇ），甜菜（２９７ｍｇ／１００ｇ），虫下（２１９ｍｇ／１００ｇ）等逡逑（ＺｅｉｓｅｌｅｔａＬ，邋２００３；邋Ｃｒａｉｇ，邋２００４）。从化学结构上看（图１．１），甜菜碱是甘氨逡逑酸的甲基衍生物，由甘氨酸的Ｎ原子连接三个甲基形成。在生理ｐＨ范围内，甜逡逑菜碱是一种两性分子，氨基端带正电荷，羧基端带负电荷。因此，甜菜碱具有很逡逑高的水溶性，室温下高达１６０ｇ／１００ｇ水。甜菜碱的其他理化性质参见表１．１。逡逑Ｈ？：？逡逑？Ｉ？？邋产逡逑瞒一⑧一⑥一⑥、逡逑？丨？、⑥逡逑？⑩？逡逑？逡逑图１．１甜菜碱的化学结构式逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｂｅｔａｉｎｅ逡逑机体内的甜菜碱主要有两个来源：一是来自于日粮的供应，二是在机体肝脏逡逑细胞的线粒体中由胆碱通过两步氧化反应从头合成甜菜碱。首先，，胆碱在胆碱脱逡逑氢酶（ｃｈｏｌｉｎｅｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，ＣＤＨ）的作用下生成甜菜醛，然后在甜菜酸脱氧酶逡逑（ｂｅｔａｉｎｅａｌｄｅｈｙｄｅ邋ｄｅｈｙｄｒｏｇｅｎａｓｅ，ＢＡＤＨ）的作用下生成甜菜碱（Ｃｒａｉｇ，２００４）邋0逡逑然而日粮中的胆碱只有很少的部分用于合成甜菜碱（Ｓｉｌｊａｎｄｅｒ－Ｒａｓｉ邋ｅｔ邋ａｌ．

甜菜碱,机理,水分子

位阻的排斥力。差异扫描侧热仪显示甜菜碱和水分子能够达到共晶体状态，水分逡逑子的流动性受到甜菜碱的约束（Ｒｉｇａｎｏｅｔａｌ．，邋２０００）。甜菜碱分子内部的正负电逡逑荷相互吸引，使结合的水分子排列在Ｎ原子和羧基之间（图１．３）。同时由于Ｎ逡逑原子上三个甲基的空间位阻效应，甜菜碱与水分子的结合很不稳定，很容易被周逡逑围其他的水分子替换。甜菜碱的水合常数为负数（ｈ邋＝邋－０．７９７），说明结合在水化逡逑６逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S828.5

【参考文献】