影响肉牛肌内脂肪沉积的遗传、管理和营养因素

孙亚红，李俊霞*，胥福勋，牛俊义，呼格吉勒图，张立新，张 瑞，串智惠

肌内脂肪沉积或大理石花纹的肌肉包括胸长肌、腰长肌、冈下肌和股二头肌，是影响牛肉品质和口感的最重要的特征之一。大理石花纹与牛肉的多汁性、嫩度和适口性正相关。肌内脂肪越高的牛肉产生的感官特征越高，包括嫩度、多汁性、风味和总体可接受性。在肉牛中，大部分大理石状脂肪沉积在肌纤维束之间，肌纤维束位于肌周结缔组织中。包括韩国、日本、澳大利亚和美国在内的一些国家认为肌内脂肪含量对牛肉品质等级很重要，而包括法国和德国在内的欧洲国家更喜欢瘦肉（肌内脂肪含量较低）。在调控肌内脂肪沉积时，了解影响肌内脂肪沉积的因素及沉积机理非常重要。本综述首先概述反刍动物肌肉和脂肪细胞的生长，以及影响肌内脂肪沉积的遗传因素、管理和营养因子。

1 反刍动物肌肉和脂肪细胞生长概述

包括最长肌在内的骨骼肌主要由骨骼肌纤维组成，但也含有脂肪细胞、结缔组织或细胞外基质，以及卫星细胞、免疫细胞和血管等多种细胞类型，肌肉细胞与脂肪细胞的比例因肌内脂肪沉积不同而异。为了更好地理解后期肌内脂肪沉积，确定牛在发育阶段肌肉和脂肪细胞最初生长的机制很重要。肌肉和脂肪细胞的发育分别依赖于肌肉细胞形成和脂肪生成（Du等，2013），其提出肌原、脂肪原和纤维原性细胞来源于常见的间质原始细胞，即间质干细胞在胎儿肌肉发育过程中首先致力于肌源性和脂肪源性纤维性细胞谱系。肌原细胞进一步发育成肌纤维和卫星细胞，而脂肪原性纤维原细胞发育成骨骼肌的基质血管部分，其中驻留脂肪细胞、成纤维细胞和脂肪原性纤维原细胞。

反刍动物的脂肪生成通常在妊娠中期开始，而脂肪细胞的分化发生在胎儿期和产后阶段。在胎儿期，主要过程是增加脂肪原性纤维细胞衍生的脂肪细胞的数量（Harper和 Pethick，2004）。研究表明，形成牛肌肉脂肪细胞大约开始于妊娠后期至出生后250 d，脂肪细胞的增生主要发生在受孕至出生期间，肥大对肌内脂肪沉积的贡献大于250 d至屠宰期间的增生（Du等，2013）。因此，管理母体营养是促进胎儿肌肉脂肪生成的潜在有效途径。动物体内存在4个主要的脂肪组织库：腹壁脂肪库、皮下脂肪库、肌间脂肪库和肌内脂肪库。肉牛的脂肪生成首先始于妊娠中期左右腹部（内脏）脂肪细胞。Du等（2013）认为，这一脂肪生成阶段延伸至腹部脂肪细胞的新生儿期，皮下脂肪细胞和肌间脂肪细胞的早期断奶期。因此，肉牛育肥后期，尽管腹部、肌肉间和皮下脂肪的发育可能减缓或停止，但大理石状脂肪细胞仍可能继续生长。

2 遗传因素

2.1 品种及性别的差异 最长肌中的肌内脂肪含量因牛的品种而异，日本神户肉牛最长肌脂肪含量最高（36.5%），而韩国肉牛最长肌脂肪含量排名全世界第二（13.7%），其次是安格斯牛（9.3%）（Greenwood等，2015）。性别也影响最长肌中的肌内脂肪含量，阉割公牛通常会增加肌内脂肪含量，包括韩国牛和荷斯坦牛（Marti等，2013）。在韩国牛中，Park等（2002）比较了不同性别牛大理石花纹的程度，公牛的大理石纹最好，其次是奶牛。

2.2 遗传力 大理石纹性状的遗传力已在多个牛品种中得到报道。Utrera和Van Vleck（2004）在72项研究中对牛胴体性状遗传力进行估计，其发酵平均品种类型包括纯种或杂交安格斯、婆罗门、西门塔尔、夏洛来、赫里福德、泽西、韩国棕色牛、缅因安如牛，大理石纹遗传力均值为0.37，韩国牛大理石纹遗传力最高（0.57）。断奶后用纯饲喂系统和高能补充系统饲养奶牛，连续5次屠宰试验评估高能谷物替代对脂肪沉积的影响，结果发现，虽然半腱肌肌内脂肪在不同基因型间没有差异，但在4块肌肉（股二头肌、冈上肌、半腱肌、腰长肌和冈下肌）中，肌内脂肪的含量普遍存在基因型差异。但用高能谷物饲料替代放牧草场的等能饲料并没有增加肌内脂肪的含量。因此，遗传潜力高的动物在屠宰年龄一般表现出较高的大理石纹，而遗传潜力低的动物表现出较低的大理石纹。

3 管理因素

断奶年龄、阉割、屠宰年龄和体重、营养和其他环境条件等管理因素都会影响肌内脂肪的沉积。

3.1 断奶日龄 早期断奶或早期断奶结合高谷物日粮会增加肉牛体内肌内脂肪的沉积。正常断奶的肉牛分别在231 d和213 d的哺乳和断奶期间留在牧场上，然后对它们进行限饲，正常断奶肉牛饲喂谷物的条件与早期断奶的肉牛相同，但饲喂牧草55 d发现，与常规断奶（259 d，273 kg）相比，早期断奶小牛（123 d，145 kg）末重较轻。但断奶处理不影响饲料效率、断奶后生长、大理石纹等胴体性状（Meyer等，2005）。Smith和 Johnson（2014）认为，随着牛变肥，葡萄糖对脂肪合成的贡献降低，而乙酸的作用增加。这些作者还提出，早期提供的日粮葡萄糖源（如高水平淀粉）可以改善肌内脂肪沉积。Reddy等（2017）对2周龄韩国小牛饲喂不同的日粮，即母乳+粗饲料（对照组）、母乳+精料、母乳+精料+粗饲料、母乳+精料+30%淀粉，试验开展22个月，RNA-Seq的差异表达基因的转录组和KEGG路径分析表明，PPAR信号通路调节肌动蛋细胞、不饱和脂肪酸的生物合成，母乳+精料+30%淀粉日粮组显著改变了胰岛素信号和mTOR信号通路。作者认为，早期断奶后的精料+粗料+淀粉可以改变腰肉脂肪的沉积。

3.2 阉割 阉割公牛通常会增加牛的肌内脂肪含量，尽管它会降低生长速度（Seideman等，1982）。阉割公牛显著增加了韩国牛的大理石纹、评分等级和肌内脂肪含量。在日本，黑牛通常被阉割以得到大理石花纹丰富的牛肉，同时也增加了牛肉嫩度（Gotoh 和 Joo，2016）。

3.3 屠宰日龄和重量 在大多数牛品种中，肌内脂肪含量随年龄增长而增加。日本体细胞克隆黑骏马肌内脂肪含量随屠宰年龄的增加而增加 ：20月龄（23.7%）、25月龄（38.7%）、30月龄（41.1%），日本纯种黑牛肌内脂肪含量呈线性增长，屠宰年龄从16.7个月龄（500 d）增加到33.3月 龄（1000 d）以 上（Zembayashi等，1995）。 韩国牛的大理石纹评分一般随屠宰年龄的增长而增加。韩国大理石纹评分标准从1～9不等，在韩国全国农业合作联盟牲畜改良中心饲养的韩国牛大理石纹评分值从6.0增加到7.06，屠宰年龄从26月龄增加到31月龄（Lee等，2013），这群牛的最高利润是31月龄的屠宰年龄。因此，随着屠宰年龄的增长，大理石纹评分的变化在不同农场间存在差异，这种差异可能是由于遗传因素、管理或营养等因素。

3.4 环境因素 研究表明，温度改变等环境条件对牛生长发育和牛肉品质产生负面影响，特别是将动物暴露在冷热应激下（Ames等，1980）。

夏季温和的热应激和冬季温和的冷应激可能有利于在无保护、无遮挡地区牛的脂肪沉积，因为动物在冬天储存脂肪在寒冷条件下保温，需要更多的能量来满足不断增加的维持能量需求。Young（1983）认为，能量需求在冬季或动物处于冷应激状态时增加，因为颤抖或其他生热过程需要增加热量消耗。总的来说，严重的温度改变对动物生产可能有显著的负面影响，包括生长性能和产品质量。

4 营养因素

包括脂肪代谢、脂肪消化和吸收、葡萄糖和淀粉的有效性、粗饲料与浓缩料的比例、日粮能量和蛋白质水平、维生素A、D和C水平、胎儿营养和阶段特异性饲喂系统在内的几个营养因素都可能影响肌内脂肪沉积。

4.1 葡萄糖、淀粉的有效性及粗料与精料比 饲喂谷物是提高净能量供应的一种方式，因为能量密集的谷物可以利用瘤胃和小肠产生挥发性脂肪酸和葡萄糖来产生能量。通过优化瘤胃中淀粉的发酵生产丙酸（葡萄糖异生前体），最大化淀粉在小肠的消化和吸收可以实现淀粉的最大利用。增加小肠对瘤胃旁路淀粉的消化有助于增加葡萄糖的供应。饲喂高淀粉饲料时，特别是在肉牛育肥期间，小肠吸收大量葡萄糖。Harmon和McLeod（2001）报道了在小肠中淀粉消化比在瘤胃中发酵更有效：瘤胃发酵淀粉的总能量效率约为小肠消化淀粉的73%。因此，需要一种更好的方法来实现淀粉在小肠内的高消化率，为宿主动物提供更多葡萄糖。Pethick等（2004）报道，高水平的日粮加工可以增加瘤胃和小肠淀粉酶对日粮淀粉颗粒的可获得性，使育肥期动物获得最大的葡萄糖可用性。他们认为，通过饲喂血糖指数高的饲料葡萄糖吸收加快，并伴随高胰岛素水平，从而为脂肪酸合成提供更高的能量。

4.2 日粮能量和蛋白质水平 研究表明，赖氨酸等必需氨基酸的缺乏会增加肌内脂肪的含量，而氨基酸相对于能量水平的失衡可能会增加牛体内肌内脂肪的含量（Pethick等，2004）。关于日粮能量-蛋白质比对牛体内肌内脂肪含量影响的资料有限。饲喂高蛋白（15%）精料补充料的公牛最长肌中肌内脂肪含量高于低蛋白日粮组（12%）（Marino等，2009），而饲喂16% 粗蛋白质水平日粮的日本黑骏马背脂肪厚度大于12%粗蛋白质组（Kawakita等，2001）。

4.3 维生素 限制维生素A的摄入会增加肌内脂肪的沉积，因为维生素A可以抑制脂肪细胞分化。甘油-3-磷酸脱氢酶作为脂肪生成的生物标志物，在用维生素A培养的牛前脂肪细胞中活性降低（Ohyama等，1998）。日本黑牛血清视黄醇浓度与胴体大理石纹评分值呈负相关，与添加维生素A的动物相比，不添加维生素A的动物具有更高的质量等级（Gotoh和 Joo，2016）。Ohyama等（1998）发现，不应该在育肥后期持续限制日粮维生素A水平，因为长期限制维生素A可能影响动物健康问题和生长性能。

维生素D在体外也能抑制脂肪生成，1，25-二羟基维生素D3（维生素D的活性形式）抑制脂肪细胞分化（Ishida等，1988），发现 1，25-二羟基维生素D3通过抑制PPARG等关键脂肪生成因子来抑制脂质沉积。虽然限制维生素A可以改善大理石花纹，但限制维生素D对安格斯杂交骏马大理石花纹没有显著影响（Pickworth等，2012），因此需要进一步研究日粮维生素D对肉牛大理石纹和肌内脂肪沉积的影响。

除了豚鼠、人类和其他灵长类动物外，维生素C可以由许多哺乳动物肝脏中的葡萄糖合成。因此，NRC中没有规定肉牛日粮维生素C需求。维生素C或L-抗坏血酸在氧化还原反应和胶原合成中具有多种作用。此外，维生素C可能有助于调节脂肪生成，促进3T3 L1细胞的前脂肪细胞生长，在原代培养中对绵羊前脂肪细胞的分化也有积极作用（Torii等，1995）。值得注意的是，维生素C补充剂在实际使用中需要包被，因为它可能在瘤胃中降解。体内试验研究表明，添加维生素C后，肉牛大理石纹评分增加，饲粮中添加包被L-抗坏血酸-2-磷酸提高了育肥期日本黑牛屠体的大理石纹评分和脂肪含量（Ohashi等，2000）。

4.4 胚胎营养管理 胚胎或产前营养管理是指哺乳动物胚胎和胎儿发育营养需要与环境变化有关，影响整个生命过程。在胎儿发育特定时期，脂肪组织的发育与肌肉发育一致。妊娠期非常重要，因为它决定了肌肉细胞、成纤维细胞或脂肪细胞的生长（Du等，2013）。妊娠期间对胎儿的营养处理可能影响动物的生产性能，改变畜产品质量和数量。以放牧为基础的胎儿营养限制延缓了后代生长性能（体重、饲料摄入量、胴体重量）和生产参数（包括肌肉重量、肉类产量、脂肪和骨骼重量）。Radunz等（2012）评估了3种妊娠后期日粮能量来源（草料、玉米和玉米DDGS）对杂交后肉牛代产后生长期和牛肉大理石纹的影响，结果发现，与饲喂低淀粉饲料（草料和玉米DDGS）相比，妊娠后期饲喂玉米日粮大理石纹评分较低。作者认为，妊娠后期母体日粮能量来源可改变胎儿脂肪组织发育，影响子代肌内脂肪沉积。总的来说，妊娠早期、中期或晚期的营养处理可能会影响牛肉脂肪含量或大理石纹，但这些影响通常很小，常常被产后营养状况掩盖。

4.5 阶段特异性饲喂系统 在韩国、日本和美国，相当比例的消费者更喜欢高大理石牛肉，因此，韩国和日本牛肉生产系统都集中生产高大理石纹牛肉来满足客户，保护牛肉产业免受进口牛肉影响。日本和韩国已开发了阶段特异性饲喂系统来生产大理石纹的牛肉。简而言之，日本黑牛一般在11～30月龄时以高浓缩料饲喂，以诱导肌内脂肪沉积，精料占11～18月龄饲料的36.8%～86.4%。在最后阶段，从18月龄到屠宰（28～30月龄），精料占饲料的84.2%～86.4%，其余为粗饲料（Gotoh和 Joo，2016）。类似地，生长阶段特定的饲养系统也普遍应用于韩国，以生产高大理石花纹的牛肉。Jo等（2012）描述了高大理石纹韩国牛肉的饲养策略，即生长阶段（7～12月龄）自由采食（体重的1.5%～1.6%）优质饲料（精料粗蛋白质15%～16%，总可消化养分69%～70%），肥育期可分为前期和后期，前期主要以少量粗饲料饲喂，含约80%精料的饲料（占体重的1.6%～1.9%，粗蛋白质为12%～13%，总可消化养分为72%～73%），育肥后期从22月龄到屠宰（28～31月龄），饲料中约90%精料（粗蛋白质11%～12%，总可消化养分73%～74%），粗饲料以稻草和黑麦草为主约占饲料的10%。

5 结论

目前生产高大理石纹牛肉的肉牛采用阶段特定饲喂方案，严重依赖于育肥期饲喂浓缩料，但其有几个局限性：饲料中精料比例高，育肥期长，可能会增加饲料成本。在育肥后期，过量的能量供应显著降低饲料效率，增加动物饲料的浪费，最终引发肉牛生产的可持续性问题。目前增加肌内脂肪沉积方法一般局限于增加全身脂肪沉积，包括不能食用的脂肪。因此，需要进一步研究开发在不增加全身脂肪沉积的情况下生产高水平大理石纹牛肉的方法。