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頤和青年榜

王炳博士榮獲:2019“頤和”青年新銳獎

作者:更新日期:2019-05-31 10:43:21來源:

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文章概況:

農業農村部草地生態環境科學觀測實驗站推薦青年學者

中國農業大學動物科學技術學院草業科學系講師

人物簡介

王炳,男,1989年8月出生,農學博士。2018年7月至今工作于中國農業大學動物科學技術學院草業科學系,講師。目前主要從事牧草加工,瘤胃微生態,反芻動物營養生理等方面的教學和研究工作。

浙江大學博士畢業(碩博連讀;2011/09-2016/06)。研究方向為粗飼料與奶牛營養組學,導師劉建新教授;2015到2016年在美國威斯康辛大學麥迪遜分校進行聯合培養。

2016年7月至2018年7月在中國農業科學院飼料研究所從事博士后研究,從事植物源性提取物調控奶牛瘤胃代謝方面研究工作。

截止2018年12月,承擔國家博士后基金1項,發表學術論文30余篇,其中第一作者SCI收錄12篇,累計影響因子為33,單篇最高影響因子為4.3,單篇最高他引次數為35次;國際學術會議摘要9篇。

 

成果介紹

1. 粗飼料與奶牛泌乳生理研究方面:利用現代營養生理學以及分子生物學技術,從表觀-消化-代謝三個層面開展系統研究,以揭示秸稈作為粗飼料飼喂泌乳奶牛時的營養與代謝缺陷,為奶牛日糧中科學利用低值粗飼料提供營養調控依據。研究結果顯示:玉米秸或稻草日糧飼喂泌乳奶牛,奶產量、乳蛋白產量和飼料利用效率顯著低于苜蓿日糧。在消化層面分析,秸稈日糧瘤胃總揮發性脂肪酸、微生物蛋白產量以及小腸氨基酸流量較低,乳蛋白前體物的氨基酸組成也表現出一定差異;粗飼料日糧的物理特性對瘤胃上皮形態影響較大,可改變瘤胃上皮關鍵基因表達(如BAG3, HLA-DQA1, HSPB8等),進而影響上皮對營養物質吸收代謝。在代謝層面,飼喂秸稈日糧奶牛乳腺血流量以及肝臟糖異生葡萄糖低下,導致乳腺氨基酸和葡萄糖攝取量不足,限制了奶牛泌乳。動靜脈代謝組學分析發現,秸稈導致乳腺動靜脈差異主要為葡萄糖和氨基酸類物質以及氨基酸代謝和能量代謝相關通路,并發現了影響乳腺泌乳的新的關鍵血液代謝物質。結果提示,在飼喂秸稈時,應考慮補充可溶性糖分并提供充足的蛋氨酸、支鏈氨基酸和苯丙氨酸,并注意日糧離子平衡。本研究系統性揭示了秸稈導致奶產量以及乳蛋白合成低下的內在代謝機制,并從離子濃度等角度揭示了維持牛奶滲透壓的機理;揭示了不同日糧下乳腺代謝差異的相關機制,為后續研究提出了新思路。

2. 植物活性物質調控瘤胃微生態方面:利用傳統營養學和分子組學技術手段,圍繞植物提取物(皂苷、黃酮等物質)調控奶牛和犢牛生產與瘤胃代謝方向展開系統研究。研究發現,飼喂奶牛適量茶皂苷可以改善奶牛牛奶脂肪酸組成,提高動物機體免疫功能,并影響奶牛瘤胃微生物區系,表現出可能通過提高纖維素降解相關菌群如Prevotella_1 和Prevotellaceae_YAB2003豐度來改善瘤胃發酵,并提高瘤胃液中苯丙酸、鯊烯、羊毛甾醇和瓜氨酸的濃度。另外,通過研究補充桑葉黃酮到斷奶前犢牛開始料中,結果發現桑葉黃酮可以有效抵御大腸桿菌誘導的腹瀉發生和免疫負面反饋。本研究系統性揭示了皂苷等植物提取物調控瘤胃代謝和甲烷生成的內在代謝機制。

成果代表性論文或發明專利

1、題目:秸稈替代苜蓿對奶牛營養物質消化率和生產性能的影響

摘要:本部分研究了玉米秸稈或者稻草替代苜蓿后對奶牛泌乳性能及營養物質消化率的影響。選擇45頭處于泌乳中期的經產健康荷斯坦奶牛(體重 = 607 ± 55.6 kg,DIM = 164 ± 24.8 d, 奶產量= 29.7 ± 4.7 kg/d;胎次=3.4 ± 1.45; 均值± SD),完全隨機區組等分成3組進行試驗。試驗日糧等氮且精粗比為55:45(DM),精料相同,青貯玉米都為15%,主要區別為粗飼料(DM):(1)23%苜蓿干草+ 7%羊草(AH);(2)30%玉米秸稈(CS);(3)30%稻草(RS),試驗持續14周,2周為適應期,12周為采樣期。結果發現,各處理之組間干物質采食量差異均不顯著,但DM、粗蛋白、纖維物質表觀消化率都以CS和RS顯著低于AH,奶產量,乳蛋白、乳脂、乳糖及總固形物產量是CS組和RS組顯著低于AH組,但CS組和RS組之間無顯著差異。乳蛋白含量和乳總固形物含量RS組顯著低于AH組,CS組與其他兩組相比都無顯著差異。飼料利用率秸稈日糧顯著低于AH組。

關鍵詞:粗飼料;泌乳性能;消化率

2、題目:不同物理性和營養水平日糧對奶牛瘤胃上皮形態及轉錄組影響

摘要:

背景:瘤胃上皮組織在營養吸收和瘤胃健康中起重要作用。然而,飼料品質和粒度是否影響瘤胃上皮形態尚不清楚。本研究旨在闡明飼料質量和飼料粒度對瘤胃上皮形態的影響,并通過分析瘤胃上皮細胞(RE)的轉錄組來鑒定潛在的分子機制。本研究將18只泌乳中期的奶牛分配到三組(每組6頭奶牛),并飼喂三種不同的飼料基礎飼料:苜蓿干草(AH),玉米秸稈(CS)和水稻秸稈(RS)日糧處理,飼喂14周后測定瘤胃揮發性脂肪酸(VFA)和上皮厚度,并進行RNA測序以鑒定不同飼料基礎日糧下瘤胃上皮細胞的轉錄組學變化。

結果:RS日糧組有更大的飼料顆粒度但營養品質低,AH日糧營養品質較高但飼料顆粒度較小,CS日糧營養品質和飼料顆粒度都較低。與CS或RS相比,AH中瘤胃總VFA濃度更高。RS喂養奶牛的瘤胃乳頭寬度大于飼喂AH或CS的奶牛。在AH vs. CS,AH vs. RS和RS vs CS中總共鑒定出了31,40和28個差異表達(DE,倍數變化> 2,FDR <0.05)。DE基因的功能分類分析揭示了AH和CS之間的離子結合(例如DSG1),AH和RS之間的增殖和凋亡過程(例如BAG3,HLA-DQA1和UGT2B17)和補體激活(例如C7)存在差異。與AH和CS相比,RS中HLA-DQA1的表達下調,與CS相比,RS中UGT2B17的表達下調,這兩個基因與瘤胃上皮乳頭寬度顯著相關(HLA-DQA1,R = 0.94;UGT2B17,R = -0.96)相關。

結論:本研究結果表明,營養素(VFA)和飼料顆粒度都可以改變參與細胞增殖/凋亡過程和補體復合物的基因的表達。當飼喂低質量飼料日糧時,飼料粒度可能在調節瘤胃上皮形態方面更為重要,并且鑒定的DE基因可能影響RE的RE營養吸收或形態。本研究結果為對奶牛飼養管理中飲食粒度的控制提供了參考,當奶牛飼喂低質量飼料(如稻草)時,較小的力度可能有利于營養吸收和產奶量。

關鍵詞:上皮形態;細胞增殖與凋亡;轉錄組

3、題目:日糧補充茶皂苷對奶牛泌乳性能、牛奶脂肪酸組成及免疫功能的影響

摘要:本試驗研究茶皂素(TSP)對奶牛的乳汁性能,乳脂肪酸和血液免疫功能的影響。選取20只荷斯坦奶牛(牛奶天數= 66.4±16.8天;胎次= 1.75±0.91;產奶量= 36.3±7.32千克/天;平均值±標準差)隨機分為4個處理組,TSP分別以每頭0,20,30和40g / d添加。所有奶牛首先進行2周的適應期和6周的試驗期。每周對飼料,牛奶和血液進行取樣和分析。在實驗期結束時(第6周),飼喂TSP的奶牛的干物質采食量和能量校正奶產量,牛奶產量和牛奶蛋白質,脂肪和乳糖的產量呈現二次性變化,這些指標的最低值都在40克/天的TSP組。飼喂TSP的奶牛的乳脂含量呈線性增加。牛奶C16:1順-9和C18:1順-9含量表現為顯著的時間和處理間交互作用。隨著TSP補充水平的增加,血漿丙二醛濃度線性降低。隨著TSP補充水平的增加,血漿超氧化物歧化酶濃度線性增加。隨著TSP補充水平的增加,腫瘤壞死因子-α的血漿濃度增加。總之,本研究表明,中等劑量的TSP(20和30 g / d)對采食量沒有顯著影響,但補充40 g / d TSP會降低奶牛采食量,導致產奶量下降。飼喂40克/天TSP奶牛的能量校正奶產量在最初兩周顯著下降,但在飼喂3周后增加,表明奶牛可能需要時間來適應高劑量的TSP。另外,本研究結果表明補充TSP可以減少奶牛的氧化應激,提高奶牛在本試驗6周內的免疫力。

關鍵詞:脂肪酸;免疫功能;牛奶品質;茶皂苷

4、題目:動靜脈血代謝組學:一種解析奶牛乳腺泌乳相關關鍵代謝通路的有效方法

摘要:本研究旨在確定動靜脈代謝組的代謝特征變化以及乳汁合成過程中涉及乳腺生物過程的新的關鍵代謝物。基于GC / MS的代謝組學分析來自30頭泌乳中期奶牛的動靜脈血漿,結果共鑒定出144種代謝物。其中,參與氨酰-tRNA生物合成代謝通路和苯丙氨酸代謝通路的苯丙氨酸和酪氨酸的濃度在動脈中比在靜脈中更高,然后,基于GC / MS和針對飼喂苜蓿干草日糧和稻草日糧的奶牛進行靶向驗證該兩種氨基酸是表現出顯著差異。另外,通過關聯分析發現,檸檬酸,硬脂酸,油酸,果糖,β-甘露糖基甘油酸酯,4-羥基丁酸酯和D-塔羅糖的乳汁攝取或清除率與牛奶泌乳性能或采食量顯著相關,表明這些代謝物可能是新發現的前體或生物標記物。對動靜脈代謝組中代謝物變化的全面分析將檢測出新的乳腺泌乳合成中涉及的關鍵代謝物,并可以解析泌乳合成的生物過程或生理功能。本研究的新發現的關鍵動靜脈血液代謝物為奶牛泌乳生理過程的研究提供了潛在的新的方法和目標物。

關鍵詞:代謝組;泌乳合成;代謝通路;動靜脈

5、題目:桑葉黃酮和熱帶假絲酵母對大腸桿菌O141:K99感染斷奶前犢牛的抗氧化功能和胃腸道發育的影響

摘要:本試驗研究了桑樹(Morus alba L.)葉黃酮和熱帶假絲酵母對大腸桿菌O141:K99感染下犢牛的生長、胃腸道發育、胃腸道消化酶活性和血液抗氧化功能的影響。將15頭荷斯坦斷奶前的公牛犢(年齡= 28天;體重= 51±3.9千克,平均值±標準差)隨機分成3個組:對照組(CON),每天每頭犢牛補充1克熱帶假絲酵母(CT),每天每頭犢牛補充3克桑葉黃酮類化合物(MLF)。在大腸桿菌攻擊試驗之前或之后, MLF的犢牛的飼料效率高于CON。大腸桿菌攻擊后糞便評分增加,但在大腸桿菌攻擊后第1,2,3天中,CON組中的糞便評分高于CT組和MLF組。與大腸桿菌攻擊前的CON和MLF組相比,喂食CT組的小牛顯示血液β-羥丁酸濃度顯著降低。在大腸桿菌攻擊后,補充CT導致血液超??氧化物歧化酶活性顯著低于CON。飼喂CT和MLF的犢牛在大腸桿菌攻擊后顯示出比CON組低得多的血液谷胱甘肽過氧化物酶活性。十二指腸的粘膜在CT和MLF中表現為其顯著低于CON。 MLF組犢牛中空腸內容物的乳糖酶活性大于CON和CT組。總之,由于血液中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性降低以及糞便評分的變化,MLF和CT補充后可能具有有效改善犢牛抗氧化功能并降低犢牛大腸桿菌攻擊后氧化應激的發生率的作用,。

關鍵詞:抗氧化性能;犢牛;胃腸道;形態

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