叶酸对反刍动物产奶及繁殖性能的影响研究进展

王 波，李 贞，李鹤琼，罗海玲

（中国农业大学动物科技学院，国家动物营养学重点实验室，北京 100193）

叶酸也即维生素B9，于1945年实现人工分离和化学合成[1]，之后对其功能进行了大量的研究，尤其是妊娠期补充叶酸对子代发育的影响，且这些影响通常具有长期效应。在不同的领域针对叶酸功能的研究侧重点也有所不同。医学研究方面，前期大量研究主要集中在妊娠期叶酸补充对胎儿的神经发育影响，母体妊娠期补充叶酸能够有效地预防胎儿发生神经缺陷症状[2]。近年来，以鼠为模型进行的相关研究，则发现叶酸对于子代一些先天畸形、血管疾病、代谢疾病及肿瘤发生等方面也起到重要的调控作用[3-5]。在畜牧业生产方面，则更多关注叶酸对动物的生长性能、繁殖性能、抗氧化功能等影响。以宫内生长受限模型（IUGR）研究叶酸对仔猪繁殖性能及肾脏细胞凋亡基因表达的结果表明，叶酸的添加并未显著地改变子代小母猪的繁殖性能，但可以使抗细胞凋亡相关基因的表达恢复到正常水平[6]。家禽上也有相关研究，在孵化的第11天注射150 μg叶酸，则可上调IGF2表达量，促进胚胎及器官发育[7]。在反刍动物上，McDowell在1989年提出反刍动物瘤胃微生物能够合成叶酸，并满足反刍动物的生长发育需要，因而日粮中无需额外添加叶酸。然而，随后研究发现，瘤胃微生物合成的叶酸并不能最大程度的满足奶牛产奶的需要[8]。之后，关于叶酸在反刍动物上的应用研究逐渐展开。

1 叶酸简介

1.1 叶酸结构 叶酸化学名称为蝶酰单谷氨酸，由蝶啶6号碳原子通过亚甲基连接氨基苯甲酸和谷氨酸组成。叶酸代谢主要包括在蝶啶部分的吡嗪环上发生还原反应形成活性的四氢叶酸，其中谷氨酸链可以通过γ-肽连接方式增加一个谷氨酸，一碳单位的获得、氧化或还原反应均发生在5号或10号氮原子位置（图1）[9]。叶酸作为辅酶，主要发挥着在核酸和氨基酸代谢过程中作为一碳单位的载体和供体的功能，该反应过程也被称为一碳代谢。

图 1 四氢蝶酰聚氧乙烯-γ-谷氨酸酯结构[9]Fig.1 Structure of tetrahydropteroylpoly-γ-glutamate

1.2 叶酸消化吸收及主要功能 日粮中叶酸以聚谷氨酸衍生物形式存在，并在小肠中通过谷氨酰水解酶催化作用水解成单甘脂形式，并通过小肠黏膜吸收。在血清中，叶酸主要以5-甲基-四氢叶酸的形式存在，但当聚酰胺酸盐链中谷氨酸含量达到3个或更多的时候，哺乳动物细胞则无法转运。叶酸吸收入血液后进入门静脉循环，大部分叶酸均被肝脏吸收，而后在肝脏以聚谷氨酸衍生物形式存储或释放到血液和胆汁中。因而血液中叶酸浓度可以作为判断机体叶酸水平的参考。在细胞中，叶酸转运系统主要分为两类：①膜转运调控系统（该转运主要依靠组织或细胞表达的叶酸转运载体，但这种转运载体方式具有饱和性）；②叶酸结合蛋白转运系统（主要依靠叶酸结合蛋白和等离子膜，叶酸结合蛋白通过糖基磷脂酰肌醇锚定等离子膜，进而通过特异性磷脂酶C将叶酸从膜上释放）[10-11]。

前期大量研究表明，叶酸在机体发育多个方面均发挥着重要作用。首先，叶酸是一碳单位载体，因而主要参与了氨基酸代谢、DNA复制及修复[12]。其次，叶酸可以通过降低促进氧化的同型半胱氨酸水平，从而发挥抗氧化作用[13]。另外，叶酸在调控线粒体合成及功能方面也发挥着重要作用，日粮叶酸缺乏改变线粒体DNA含量，并改变相关基因的表达水平[14]。也有研究表明，日粮中添加叶酸还可以提高机体的免疫功能，增强机体的抵抗力[15]。还有相关研究证实，叶酸对肌细胞的早期发育有重要的调控作用，主要表现在叶酸添加能够促进肌原细胞分化和融合，促进肌细胞的快速发育[16]。

2 叶酸添加对反刍动物生长代谢的影响

2.1 反刍动物叶酸需要量 随着选育工作的深入，动物生产性能的不断提高，动物对营养物质的需要量也逐渐提高，营养标准逐渐精细化，传统的营养需要标准也应随着生产水平的提高而改变，为动物提供科学的饲料配比[17]。以奶牛为例，通过研究发现奶牛每天瘤胃微生物合成的叶酸量在16.5～21.0 mg之间，而NRC（2001）版中指出对于体重650 kg，产奶量35 kg/d（40 g/L乳脂校正乳）奶牛的叶酸需要量为35 mg/d，其中33 mg用于机体自身组织代谢，2 mg用于产奶[18]。另一方面，日粮中添加叶酸能够提高泌乳性能，改善乳品质。由此可见，瘤胃微生物合成的叶酸不足以满足高产奶牛的产奶需要。而在NRC绵羊或山羊的营养需要量中，并未提到叶酸的需要量，针对目前的生产水平，羊瘤胃微生物自身合成的叶酸是否能满足其不同阶段的生长需要尚无明确的报道。

2.2 叶酸影响产奶性能的影响 叶酸主要在十二指肠远端和空肠通过主动运输和被动扩散的方式吸收。叶酸通过小肠吸收后，进入血液循环，在进食约6 h时达到最高值，随后逐渐下降至接近正常水平；且随着日粮中添加叶酸，通过门静脉循环进入其他组织器官的叶酸水平也会相应增加，对维持组织器官的代谢有重要作用；不同的生产阶段，从肝脏转移到其他组织的叶酸水平也有所不同，从而满足不同生长发育时期组织代谢的需求[19-20]。叶酸对泌乳性能有显著影响，尤其是泌乳早期。可能原因有：①叶酸可以通过高半胱氨酸促进蛋氨酸的再合成；②叶酸可以促进能量代谢，为泌乳供能[21]。

目前，有研究表明，日粮中添加叶酸，对奶牛的体重无显著的影响，但是可以提高奶品质（提高乳蛋白、乳脂、固形物），而对于能否提高产奶量尚无统一的结论，这可能与不同的研究设计及产奶阶段等因素有关[22-23]。通过研究日粮中添加叶酸对营养物质的吸收，发现虽然瘤胃和血清中叶酸含量升高，但是通过瘤胃壁的叶酸含量并未上升，且瘤胃挥发酸和氨氮浓度也未发生显著改变，表明日粮中叶酸添加不会通过改变瘤胃发酵环境而提高营养物质的吸收[23]，因而其具体的调控泌乳性能的方式还有待进一步研究。另一方面，叶酸参与的一碳单位代谢途径，还与作为辅酶的维生素B12、维生素B6以及甲基供体如蛋氨酸、胆碱等有密切关系，载体、辅酶和供体共同维持一碳循环系统。研究结果表明，当叶酸水平较高，而维生素B12或蛋氨酸不足时，机体利用或存贮叶酸的能力下降，机体清除非甲基化叶酸的速率也会加快。也有研究表明，奶山羊日粮中添加甲基供体（蛋氨酸，2.5 g/d.只）可以提高奶产量、乳蛋白等，促进奶山羊的产奶性能[24]。因而，在补充叶酸的同时，还需考虑日粮中其他辅酶和甲基供体的水平，从而保证叶酸能够充分发挥其促进动物生产的功效。

2.3 叶酸添加对高产羔率母羊的潜在影响

2.3.1 高繁母羊妊娠期对叶酸的需求 羊业生产受市场波动较大，因而，需要根据依据研究进展进行及时调整和升级产业发展，加强生产管理[25]。且随着肉羊产业的发展，羔羊肉受到特别重视[26]。目前，为了提高生产效率，提供更多羔羊肉，我国在加速选育使得母羊的产羔率有较大的提升。在妊娠期，研究表明对于多胎动物，叶酸是保证胚胎成活的必需成分，因而妊娠期需要足够的叶酸才能保证子代的成活。一方面，在羊上通过选用不同的品种，发现不同产羔数对叶酸的需求量也是不同的。产羔数越多，日粮及瘤胃微生物合成的叶酸在妊娠期及哺乳期无法保证血清中叶酸维持稳定的水平，表明此阶段母体的叶酸处于代谢负平衡阶段，且这种变化规律和妊娠母猪相似[27]。另一方面，由于在妊娠期，母体的胎盘、子宫以及胎儿的生长均需要合成大量的DNA，而DNA的合成离不开叶酸参与，且随着产羔率的上升，需要的叶酸含量也可能随着升高[28]。因而针对高产羔率的母羊，在妊娠期很可能发生叶酸不足的现象，进而影响自身体况及胎儿发育。

2.3.2 高繁母羊哺乳期对叶酸的需求 在哺乳期，可能造成母羊叶酸供给不足的原因有：①产羔后，母体自身相对较虚弱，自身叶酸大量转移到子代，抵抗外界应激能力相对较差，且还需要大量的营养物质进行体况恢复，而补充叶酸具有增加促进营养物质代谢、抗应激、增强免疫等功能；②产羔率的提升使得对母羊泌乳能力的要求也提高，母体需要提供更多的母乳以满足羔羊的生长发育需求，而叶酸的添加有利于提高产奶性能，为羔羊的发育提供保障。

2.3.3 生产方式可能造成叶酸供应不足 集约化、现代化、规模化的饲养模式逐渐替代传统的散养，促进了肉羊生产效率。而在这种集约化的养殖模式下，母羊的饲料来源普遍单一，无论是妊娠期还是哺乳期，通常都是由精料、青贮和干草组成，这些原料相对于放牧的青绿饲料而言，其叶酸含量非常低，而瘤胃自身合成叶酸的能力有限，因此集约化的养殖模式下高繁母羊叶酸供应也可能不足。

另外，由于反刍动物体型较大，妊娠期较长，研究难度相对较大，因而目前叶酸对反刍动物应用效果研究主要包括：①产奶性能及乳品质；②营养物质代谢。对妊娠期的研究鲜见，还需进一步加强探究，明确妊娠期反刍动物的叶酸需求。

3 展望

叶酸对机体生长发育具有重要的调控作用，尤其针对高繁性能品种的妊娠期和哺乳期。而瘤胃微生物合成的叶酸在这两个时期不足以维持机体叶酸处于正常水平，且目前关于叶酸在羊生产中的作用鲜见报道，因而有必要加强在妊娠期和哺乳期叶酸对母体及子代发育的研究，明确叶酸对反刍动物产奶性能及繁殖性能的影响，进一步优化集约化模式下的营养需要量。