2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——中国农业大学王炳博士|163

导言

“创新、变革、破局”，进入新时代，为进一步深化“三个面向”，推进动物营养学术交流，助力青年人才成长，2019“颐和青年奖”活动应运而生，来自农业农村部动物营养与饲料学科群重点实验室下属27个成员单位的青年学者们将向我们一一呈现他们近几年来的重大研究成果。他们的努力、付出和收获将是新时代动物营养人不断开拓创新的完美诠释！感谢山东龙昌动保对于本次活动的大力支持。

王炳博士

农业农村部草地生态环境

科学观测实验站推荐青年学者

个人简介

王炳，男，1989年8月出生，农学博士。2018年7月至今工作于中国农业大学动物科学技术学院草业科学系，讲师。目前主要从事牧草加工，瘤胃微生态，反刍动物营养生理等方面的教学和研究工作。

浙江大学博士毕业（硕博连读；2011/09-2016/06）。研究方向为粗饲料与奶牛营养组学，导师刘建新教授；2015到2016年在美国威斯康辛大学麦迪逊分校进行联合培养。

2016年7月至2018年7月在中国农业科学院饲料研究所从事博士后研究，从事植物源性提取物调控奶牛瘤胃代谢方面研究工作。

截止2018年12月，承担国家博士后基金1项，发表学术论文30余篇，其中第一作者SCI收录12篇，累计影响因子为33，单篇最高影响因子为4.3，单篇最高他引次数为35次；国际学术会议摘要9篇。

成果概述

1.粗饲料与奶牛泌乳生理研究方面

利用现代营养生理学以及分子生物学技术，从表观-消化-代谢三个层面开展系统研究，以揭示秸秆作为粗饲料饲喂泌乳奶牛时的营养与代谢缺陷，为奶牛日粮中科学利用低值粗饲料提供营养调控依据。研究结果显示：玉米秸或稻草日粮饲喂泌乳奶牛，奶产量、乳蛋白产量和饲料利用效率显著低于苜蓿日粮。在消化层面分析，秸秆日粮瘤胃总挥发性脂肪酸、微生物蛋白产量以及小肠氨基酸流量较低，乳蛋白前体物的氨基酸组成也表现出一定差异;粗饲料日粮的物理特性对瘤胃上皮形态影响较大，可改变瘤胃上皮关键基因表达(如BAG3, HLA-DQA1, HSPB8等)，进而影响上皮对营养物质吸收代谢。在代谢层面，饲喂秸秆日粮奶牛乳腺血流量以及肝脏糖异生葡萄糖低下，导致乳腺氨基酸和葡萄糖摄取量不足，限制了奶牛泌乳。动静脉代谢组学分析发现，秸秆导致乳腺动静脉差异主要为葡萄糖和氨基酸类物质以及氨基酸代谢和能量代谢相关通路，并发现了影响乳腺泌乳的新的关键血液代谢物质。结果提示，在饲喂秸秆时，应考虑补充可溶性糖分并提供充足的蛋氨酸、支链氨基酸和苯丙氨酸，并注意日粮离子平衡。本研究系统性揭示了秸秆导致奶产量以及乳蛋白合成低下的内在代谢机制，并从离子浓度等角度揭示了维持牛奶渗透压的机理;揭示了不同日粮下乳腺代谢差异的相关机制，为后续研究提出了新思路。

2.植物活性物质调控瘤胃微生态方面

利用传统营养学和分子组学技术手段，围绕植物提取物(皂苷、黄酮等物质)调控奶牛和犊牛生产与瘤胃代谢方向展开系统研究。研究发现，饲喂奶牛适量茶皂苷可以改善奶牛牛奶脂肪酸组成，提高动物机体免疫功能，并影响奶牛瘤胃微生物区系，表现出可能通过提高纤维素降解相关菌群如Prevotella_1 和Prevotellaceae_YAB2003丰度来改善瘤胃发酵，并提高瘤胃液中苯丙酸、鲨烯、羊毛甾醇和瓜氨酸的浓度。另外，通过研究补充桑叶黄酮到断奶前犊牛开始料中，结果发现桑叶黄酮可以有效抵御大肠杆菌诱导的腹泻发生和免疫负面反馈。本研究系统性揭示了皂苷等植物提取物调控瘤胃代谢和甲烷生成的内在代谢机制。

成果代表性论文

题目：秸秆替代苜蓿对奶牛营养物质消化率和生产性能的影响

摘要：本部分研究了玉米秸秆或者稻草替代苜蓿后对奶牛泌乳性能及营养物质消化率的影响。选择45头处于泌乳中期的经产健康荷斯坦奶牛(体重 = 607 ± 55.6 kg，DIM = 164 ± 24.8 d, 奶产量= 29.7 ± 4.7 kg/d；胎次=3.4 ± 1.45；均值± SD)，完全随机区组等分成3组进行试验。试验日粮等氮且精粗比为55:45(DM)，精料相同，青贮玉米都为15%，主要区别为粗饲料(DM)：(1)23%苜蓿干草+7%羊草(AH);(2)30%玉米秸秆(CS);(3)30%稻草(RS)，试验持续14周，2周为适应期，12周为采样期。结果发现，各处理之组间干物质采食量差异均不显著，但DM、粗蛋白、纤维物质表观消化率都以CS和RS显著低于AH，奶产量，乳蛋白、乳脂、乳糖及总固形物产量是CS组和RS组显著低于AH组，但CS组和RS组之间无显著差异。乳蛋白含量和乳总固形物含量RS组显著低于AH组，CS组与其他两组相比都无显著差异。饲料利用率秸秆日粮显著低于AH组。

关键词：粗饲料；泌乳性能；消化率

题目：不同物理性和营养水平日粮对奶牛瘤胃上皮形态及转录组影响

摘要：

背景：瘤胃上皮组织在营养吸收和瘤胃健康中起重要作用。然而，饲料品质和粒度是否影响瘤胃上皮形态尚不清楚。本研究旨在阐明饲料质量和饲料粒度对瘤胃上皮形态的影响，并通过分析瘤胃上皮细胞(RE)的转录组来鉴定潜在的分子机制。本研究将18只泌乳中期的奶牛分配到三组(每组6头奶牛)，并饲喂三种不同的饲料基础饲料：苜蓿干草(AH)，玉米秸秆(CS)和水稻秸秆(RS)日粮处理，饲喂14周后测定瘤胃挥发性脂肪酸(VFA)和上皮厚度，并进行RNA测序以鉴定不同饲料基础日粮下瘤胃上皮细胞的转录组学变化。

结果：RS日粮组有更大的饲料颗粒度但营养品质低，AH日粮营养品质较高但饲料颗粒度较小，CS日粮营养品质和饲料颗粒度都较低。与CS或RS相比，AH中瘤胃总VFA浓度更高。RS喂养奶牛的瘤胃乳头宽度大于饲喂AH或CS的奶牛。在AH vs. CS，AH vs. RS和RS vs CS中总共鉴定出了31，40和28个差异表达(DE，倍数变化> 2，FDR <0.05)。DE基因的功能分类分析揭示了AH和CS之间的离子结合(例如DSG1)，AH和RS之间的增殖和凋亡过程(例如BAG3，HLA-DQA1和UGT2B17)和补体激活(例如C7)存在差异。与AH和CS相比，RS中HLA-DQA1的表达下调，与CS相比，RS中UGT2B17的表达下调，这两个基因与瘤胃上皮乳头宽度显著相关(HLA-DQA1，R = 0.94;UGT2B17，R = -0.96)相关。

结论：本研究结果表明，营养素(VFA)和饲料颗粒度都可以改变参与细胞增殖/凋亡过程和补体复合物的基因的表达。当饲喂低质量饲料日粮时，饲料粒度可能在调节瘤胃上皮形态方面更为重要，并且鉴定的DE基因可能影响RE的RE营养吸收或形态。本研究结果为对奶牛饲养管理中饮食粒度的控制提供了参考，当奶牛饲喂低质量饲料(如稻草)时，较小的力度可能有利于营养吸收和产奶量。

关键词：上皮形态；细胞增殖与凋亡；转录组

题目：日粮补充茶皂苷对奶牛泌乳性能、牛奶脂肪酸组成及免疫功能的影响

摘要：本试验研究茶皂素(TSP)对奶牛的乳汁性能，乳脂肪酸和血液免疫功能的影响。选取20只荷斯坦奶牛(牛奶天数= 66.4±16.8天;胎次= 1.75±0.91;产奶量= 36.3±7.32千克/天;平均值±标准差)随机分为4个处理组，TSP分别以每头0，20，30和40g / d添加。所有奶牛首先进行2周的适应期和6周的试验期。每周对饲料，牛奶和血液进行取样和分析。在实验期结束时(第6周)，饲喂TSP的奶牛的干物质采食量和能量校正奶产量，牛奶产量和牛奶蛋白质，脂肪和乳糖的产量呈现二次性变化，这些指标的最低值都在40克/天的TSP组。饲喂TSP的奶牛的乳脂含量呈线性增加。牛奶C16：1顺-9和C18：1顺-9含量表现为显著的时间和处理间交互作用。随着TSP补充水平的增加，血浆丙二醛浓度线性降低。随着TSP补充水平的增加，血浆超氧化物歧化酶浓度线性增加。随着TSP补充水平的增加，肿瘤坏死因子-α的血浆浓度增加。总之，本研究表明，中等剂量的TSP(20和30 g / d)对采食量没有显着影响，但补充40 g / d TSP会降低奶牛采食量，导致产奶量下降。饲喂40克/天TSP奶牛的能量校正奶产量在最初两周显著下降，但在饲喂3周后增加，表明奶牛可能需要时间来适应高剂量的TSP。另外，本研究结果表明补充TSP可以减少奶牛的氧化应激，提高奶牛在本试验6周内的免疫力。

关键词：脂肪酸；免疫功能；牛奶品质；茶皂苷

题目：动静脉血代谢组学：一种解析奶牛乳腺泌乳相关关键代谢通路的有效方法

摘要：本研究旨在确定动静脉代谢组的代谢特征变化以及乳汁合成过程中涉及乳腺生物过程的新的关键代谢物。基于GC / MS的代谢组学分析来自30头泌乳中期奶牛的动静脉血浆，结果共鉴定出144种代谢物。其中，参与氨酰-tRNA生物合成代谢通路和苯丙氨酸代谢通路的苯丙氨酸和酪氨酸的浓度在动脉中比在静脉中更高，然后，基于GC / MS和针对饲喂苜蓿干草日粮和稻草日粮的奶牛进行靶向验证该两种氨基酸是表现出显著差异。另外，通过关联分析发现，柠檬酸，硬脂酸，油酸，果糖，β-甘露糖基甘油酸酯，4-羟基丁酸酯和D-塔罗糖的乳汁摄取或清除率与牛奶泌乳性能或采食量显着相关，表明这些代谢物可能是新发现的前体或生物标记物。对动静脉代谢组中代谢物变化的全面分析将检测出新的乳腺泌乳合成中涉及的关键代谢物，并可以解析泌乳合成的生物过程或生理功能。本研究的新发现的关键动静脉血液代谢物为奶牛泌乳生理过程的研究提供了潜在的新的方法和目标物。

关键词：代谢组；泌乳合成；代谢通路；动静脉

题目：桑叶黄酮和热带假丝酵母对大肠杆菌O141：K99感染断奶前犊牛的抗氧化功能和胃肠道发育的影响

摘要：本试验研究了桑树(Morus alba L.)叶黄酮和热带假丝酵母对大肠杆菌O141：K99感染下犊牛的生长、胃肠道发育、胃肠道消化酶活性和血液抗氧化功能的影响。将15头荷斯坦断奶前的公牛犊(年龄= 28天;体重= 51±3.9千克，平均值±标准差)随机分成3个组：对照组(CON)，每天每头犊牛补充1克热带假丝酵母(CT)，每天每头犊牛补充3克桑叶黄酮类化合物(MLF)。在大肠杆菌攻击试验之前或之后， MLF的犊牛的饲料效率高于CON。大肠杆菌攻击后粪便评分增加，但在大肠杆菌攻击后第1，2，3天中，CON组中的粪便评分高于CT组和MLF组。与大肠杆菌攻击前的CON和MLF组相比，喂食CT组的小牛显示血液β-羟丁酸浓度显著降低。在大肠杆菌攻击后，补充CT导致血液超氧化物歧化酶活性显著低于CON。饲喂CT和MLF的犊牛在大肠杆菌攻击后显示出比CON组低得多的血液谷胱甘肽过氧化物酶活性。十二指肠的粘膜在CT和MLF中表现为其显著低于CON。 MLF组犊牛中空肠内容物的乳糖酶活性大于CON和CT组。总之，由于血液中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶的活性降低以及粪便评分的变化，MLF和CT补充后可能具有有效改善犊牛抗氧化功能并降低犊牛大肠杆菌攻击后氧化应激的发生率的作用。

关键词：抗氧化性能；犊牛；胃肠道；形态

2019

颐和青年奖

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——中科院亚热带农业生态所孔祥峰研究员

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——中国农业大学马曦教授

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——四川农业大学冯琳教授

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——广西扬翔谭家健博士

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——东北农业大学石宝明教授

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——华南农业大学束刚教授

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——南京农业大学杨晓静教授

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——中国农业科学院北京畜牧兽医研究所孙鹏研究员

2019“颐和”青年奖推荐青年学者 ——中国农业科学院饲料研究所苏小运研究员