Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 10: 6528 - 6538

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.554

RESEARCH PAPER

Effects of Circadian Rhythms on Nutrient Digestion Efficiency, Blood Parameters, and Immune Responses in Sheep

  • JIANG Lu , 1 ,
  • XU Zejun 2, * ,
  • YANG Sihan 1 ,
  • CHEN Qixin 1 ,
  • WANG Xianwei 2 ,
  • HU Yeyong 3 ,
  • WANG Linfeng , 1, ** ,
  • GAO Tengyun 1 ,
  • YANG Gaiqing , 4, **
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China
  • 2 Henan Livestock Technology Extension Station,Zhengzhou 450008, China
  • 3 East Henan Animal Husbandry Development Co., Ltd., Shangqiu 476723, China
  • 4 Laboratory and Equipment Management Office, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China
**WANG Linfeng, professor, E-mail: ;
YANG Gaiqing, experimentalist, E-mail:

*Contributed equally

Received date: 2024-02-20

  Online published: 2024-10-14

Fold

Abstract

To investigate the effects of circadian rhythms on the material digestion and metabolism, as well as meat quality of sheep, and the material digestion and metabolism levels of sheep at different time periods, this experiment employed 12 healthy hybrid rams (Dorp♂×Hu♀) with similar body weight of [(43.00±2.42) kg] and ages (7 months of age) to be individually raised in metabolic cages and fed the same diet. They underwent a 7-day adaptation period followed by a 14-day digestion and metabolism trial. Permanent rumen, duodenal, and jejunal fistulas were created after the trial. The postoperative recovery period lasted 30 days, followed by a 7-day infusion period and a 4-day sampling period. Samples collected during the light phase were categorized as the day period group (DP group), and those collected during the dark phase were labeled as the night period group (NP group). Results showed as follows: 1) there was no significant difference in the circulation volume and apparent digestibility of nutrients between the DP group and NP group in the stomach and various intestinal segments (P>0.05). 2) The fecal phosphorus content in the NP group was significantly higher than that in the DP group (P<0.05), while the nitrogen digestibility and crude fat apparent digestibility in the NP group were significantly lower than those in the DP group (P<0.05). 3) The serum urea content in the NP group was significantly lower than that in the DP group (P<0.05), while the contents of glucagon-like peptide-1, serotonin, melatonin were significantly higher in the DP group (P<0.05). In conclusion, sheep exhibit diurnal variations in their nutrients digestion metabolic levels and blood metabolite levels, with a stronger metabolic capacity for nitrogen and crude fat during the day period. Additionally, sheep display higher immune response and antioxidant capacity at night period than during the day period.

Key words： circadian rhythm; sheep; digestion and metabolism; serum metabolites; antioxidant capacity; immune response

Cite this article

JIANG Lu , XU Zejun , YANG Sihan , CHEN Qixin , WANG Xianwei , HU Yeyong , WANG Linfeng , GAO Tengyun , YANG Gaiqing . Effects of Circadian Rhythms on Nutrient Digestion Efficiency, Blood Parameters, and Immune Responses in Sheep[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(10) : 6528 -6538 . DOI: 10.12418/CJAN2024.554

昼夜节律是生物体在地球自然环境下生活所经历的昼夜变化规律。该节律对于动物在行为、消化代谢和生理上均有重要影响,这种节律性调节是由动物体内自主生成的生物节律控制的,受明暗周期的调节[1]。昼夜节律不仅与动物的饮食、睡眠和能量消耗之间存在密切联系,且与肠道功能和代谢活性有着紧密关联。因此,动物的消化吸收、能量代谢和营养物质利用在1 d中的不同时刻不尽相同[2]。先前的研究表明,动物机体在1 d内不同时间的营养需求是不同的[3]。李玉鹏等[4]研究发现,早上饲喂高蛋白质水平饲粮、晚上饲喂低蛋白质水平饲粮可提高育肥猪的生长性能,张春桃等[5]也得出相似的结论,即白天饲喂高精料有助于提高羊只生长性能,降低料重比,且相应减少饲粮成本,并可对机体蛋白质代谢产生积极作用。此外,胃肠道能够分泌100多种肽激素,对于调节宿主消化、吸收、免疫和生长方面都具有重要的作用,是代谢稳态的关键决定因素[6-7]。一些胃肠道分泌的激素同样显示出昼夜节律[8]。
然而,目前关于昼夜节律对反刍动物肠道消化代谢水平和相关激素影响的研究还相对较少。探索绵羊肠道代谢水平、激素分泌水平的差异性,对于提升畜牧业生产、提高生产效益具有重要意义。因此,本研究以绵羊为试验对象,在相同饲粮的条件下,探讨白天与夜间绵羊对饲粮的利用效率以及绵羊血清代谢物水平的影响差异性,并进一步分析昼夜节律与绵羊代谢水平和免疫功能之间的关系,以期为优化养殖管理提供更全面的科学依据,为更有效的饲养管理提供指导。

1 材料与方法

1.1 试验动物与试验设计

试验程序经过河南农业大学伦理委员会审批(HNND2022031431),遵守《实验动物管理条例》及国家有关法律法规。本试验选择12只体况、体重[(43.00±2.42) kg]、年龄(7月龄)相近的健康杜湖(杜泊♂×湖羊♀)杂交公羊,单独饲养在代谢笼中,饲喂相同的饲粮,适应期7 d,消化代谢试验14 d。消化代谢试验之后做永久性瘤胃、十二指肠、回空肠瘘管。术后恢复期30 d,灌注期7 d,采样期4 d。采集12只羊的光照时段样品为白天组(DP组),黑暗时段的样品为夜间组(NP组)。根据NRC(2004)的饲养标准设计试验饲粮,其组成及营养水平见表1。试验在2022年6—7月进行,试验期间保持相同的环境(温度、湿度)和饲粮,自由采食,自由饮水。试验期间平均日出时间为06:00,日落时间为19:00。
表1 饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the diet (DM basis)%

原料
Ingredients		 含量
Contents		 营养水平
Nutrient levels2)		 含量
Contents
青贮玉米 Corn silage 50.00 总能 Gross energy/(MJ/kg) 18.21
花生秧 Peanut vine 10.00 粗蛋白质 Crude protein 14.12
玉米 Corn 18.50 粗脂肪 Ether extract 2.06
豆粕 Soybean meal 13.00 中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber 32.17
麦麸 Wheat bran 6.00 酸性洗涤纤维 Acid detergent fiber 21.55
磷酸氢钙 CaHPO4 0.50 粗灰分 Crude ash 8.10
预混料Premix1) 1.00 钙 Calcium 1.12
食盐 NaCl 1.00 总磷 Total phosphorus 0.24
合计 Total 100.00

1)预混料为每千克饲粮提供 Premix provided the following per kg of the diet: VA 75 000 IU, VD3 10 500 IU,VE 100 IU,Fe 1 000 mg, Zn 800 mg, Mn 900 mg。

2)营养水平均为实测值。Nutrient levels were all measured values.

1.2 营养物质消化利用效率测定

采用全收粪尿法进行消化代谢试验,同时记录消化代谢试验期间试验羊初始体重,试验共14 d,适应期7 d,正试期7 d。正试期开始后,每天晨饲、晚饲前记录每只试验羊的采食量和剩料量,并收集粪样、尿样,记录试验羊的粪量及尿量。晨饲前收集的样品为夜间样品,晚饲前收集的样品为白天样品。采用全收粪尿法,称重混匀后,取10%的粪尿样品于自封袋和瓶中,并加入浓度为10%的稀硫酸固氮,于-20 ℃保存。
饲粮、粪尿样的总能采用氧弹式测热法(GB/T 32707—2016)测定,粗蛋白质含量采用凯氏定氮法(GB/T 6432—2018)测定,粗脂肪含量参照GB/T 6433—2006测定,中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量采用GB/T 20806—2022和NY/T 1459—2022方法测定,粗灰分含量参照GB/T 6438—2007方法测定。钙和总磷含量分别用乙二胺四乙酸二钠络合物滴定法(GB/T 6436—2018)和钼黄比色法(GB/T 6437—2018)测定。

1.3 食糜流通量测定

食糜流通量采用钴乙二胺四乙酸盐(Co-EDTA)标记法测定,Co-EDTA的配制参照Udén等[9]的方法。向瘤胃连续灌注35 mg/L的Co-EDTA溶液,灌注时间为7 d,期间禁止外源饮水。前3 d不采样,第4天开始采集瘤胃、十二指肠和回肠食糜样品。为保证样品的均匀性和避免采样过度对动物造成影响,采样分为4 d,每天采样3次,时间间隔相等,从第1次采样算起,每隔8 h采样1次,每天采样3次,第2天起始时间推迟2 h,第3、4天以此类推,共采集12个时间点的样品,相邻2次采样时间点均间隔2 h。采样时打开十二指肠和回肠末端瘘管盖,将自封袋挂在十二指肠和回肠末端瘘管上,使食糜自动流出。将4 d内采集到的食糜样品按DP组(08:00—18:00),NP组(20:00—06:00)混匀,-20 ℃保存备用。
取适量食糜样品烘干,计算其中的干物质含量,其中的钴(Co)含量采用原子吸收光谱法(GB/T 13884—2018)测定,各种营养成分检测方法同1.2。瘤胃、十二指肠、回肠食糜流通量和粪便排出量用CO-EDTA中Co灌注剂量分别除以瘤胃、十二指肠、回肠食糜样和粪样中Co含量计算得到。

1.4 代谢及各种相关生化指标测定

在每次采集食糜样品的同时进行绵羊颈静脉采血,使用普通和抗凝真空采血管从绵羊颈静脉中采集血液2管,每管5 mL,迅速置于冰盒上冷却,抗凝管随后在4 ℃、1 250×g下离心15 min,分离血浆,普通管待血液凝固后1 250×g下离心15 min,分离血清。血浆和血清分2管转移到1.5 mL EP管中,保存在-20 ℃的冰箱中。
血浆用于测定谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)活性及总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、尿素(UREA)、葡萄糖(GLU)、甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)含量,采用全自动生化分析仪(Olympus AU640,日本)测定。
血清用于测定胰岛素(INS)、促胰液素(SCT)、胆囊收缩素(CCK)、生长激素(GH)、胃泌素抑制肽(GIP)、胰高血糖素样肽-1(GLP-1)、糖皮质激素(GT)、褪黑素(MLT)、甲状腺素(T3)、五羟色胺(5HT)相关激素的含量;测定超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性、丙二醛(MDA)含量、总抗氧化能力(T-AOC)抗氧化指标;测定白细胞介素-1β(IL-1β)、白细胞介素-2(IL-2)、白细胞介素-10(IL-10)、干扰素-γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)免疫指标含量。以上指标均使用酶标仪(ELx800,美国BioTek公司),采用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定,ELISA试剂盒购于上海蓝基生物科技有限公司,方法步骤按照试剂盒说明书进行。

1.5 计算方法

营养物质表观消化率计算公式如下:

某营养物质表观消化率(%)=100×(食入

该营养物质含量-粪中该营养物质含量)/食入

该营养物质含量。

能量代谢计算公式如下:

摄入能(kJ/d)=给料能-剩料能;

可消化能(kJ/d)=摄入能-粪能;

能量消化率(%)=(可消化能/摄入能)×100;

沉积能(kJ/d)=摄入能-粪能-尿能;

能量沉积率=(沉积能/摄入能)×100。

氮、钙、磷代谢计算公式如下:

摄入营养物质(g/d)=给料营养物质-

剩料营养物质;

可消化营养物质(g/d)=摄入营养物质-

粪营养物质;

营养物质消化率(%)=(可消化营养物质/

摄入营养物质)×100;

沉积营养物质(g/d)=摄入营养物质-粪营养物质-

尿营养物质;

营养物质沉积率(%)=(沉积营养物质/食入

营养物质)×100。

胃区和各肠段表观消化率的计算公式如下:

胃区表观消化率(%)=100×(每日采食量-

十二指肠流通量)/每日采食量;

小肠表观消化率(%)=100×(十二指肠流通量-

回肠流通量)/十二指肠流通量;

大肠表观消化率(%)=100×(回肠流通量-粪流

通量)/回肠流通量;

全消化道表观消化率(%)=100×(每日采食量-

粪流通量)/每日采食量。

1.6 统计分析

试验数据使用SPASS 24.0软件的t检验进行组间的差异分析。结果以P<0.05为差异显著,P<0.01表示差异极显著,0.05<P≤0.10为有差异显著的趋势。

2 结果

2.1 昼夜节律对绵羊干物质采食量和营养物质表观消化率的影响

由表2可知,DP组的粗脂肪表观消化率显著高于NP组(P<0.05)。DP组粗蛋白质表观消化率有高于NP组的趋势(0.05<P≤0.10)。2组间干物质采食量、有机物、干物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率没有显著差异(P>0.05)。
表2 昼夜节律对绵羊干物质采食量及营养物质表观消化率的影响

Table 2 Effects of circadian rhythms on DMI and apparent digestibility of nutrients in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
干物质采食量DMI/(kg/d) 0.64 0.53 0.02 0.90
有机物 OM/% 52.84 56.69 2.48 0.45
干物质 DM/% 67.46 63.52 2.27 0.40
粗蛋白质 CP/% 77.09 71.65 1.53 0.08
粗脂肪 EE/% 86.52 80.65 1.18 0.01
中性洗涤纤维 NDF/% 51.46 40.53 3.32 0.10
酸性洗涤纤维 ADF/% 56.50 53.48 2.37 0.54

2.2 昼夜节律对胃区和各肠段食糜流通量、表观消化率的影响

由表3可知,绵羊瘤胃和各肠段食糜流通量、胃区及各肠段表观消化率在DP组和NP组间均无显著差异(P>0.05)。
表3 昼夜节律对绵羊胃区和各肠段食糜流通量、表观消化率的影响

Table 3 Effects of circadian rhythms on circulation volume and apparent digestibility in stomach and intestinal segments in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
瘤胃食糜流通量 Rumen circulation volume/(g/d) 1 334.79 1 192.57 69.70 0.32
十二指肠食糜流通量Duodenum circulation volume /(g/d) 1 218.02 1 039.70 75.90 0.25
回肠食糜流通量 Ileum circulation volume /(g/d) 446.89 451.08 84.86 0.98
粪便排出量 Fecal excretion/(g/d) 170.29 131.38 10.54 0.06
胃区表观消化率 Apparent digestibility of gastric region/% 76.15 75.72 4.23 0.96
小肠表观消化率Apparent digestibility of small intestine/% 66.77 67.21 3.00 0.94
大肠表观消化率Apparent digestibility of large intestine/% 52.32 58.70 3.77 0.41
全消化道表观消化率Apparent digestibility of whole digestive tract/% 79.05 86.47 2.42 0.13

2.3 昼夜节律对绵羊能量代谢的影响

由表4可知,绵羊的能量代谢在DP和NP组间无显著差异(P>0.05)。
表4 昼夜节律对绵羊能量代谢的影响

Table 4 Effects of circadian rhythms on energy metabolism in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
摄入能 Energy intake/(kJ/d) 19.51 20.52 0.28 0.60
粪能 Fecal energy/(kJ/d) 4.27 4.79 0.46 0.51
可消化能 Digestible energy/(kJ/d) 0.51 0.61 1.09 0.31
能量消化率 Energy digestibility/% 15.25 15.74 0.11 0.74
尿能 Urine energy/(kJ/d) 78.01 77.04 0.14 0.71
沉积能 Energy deposition/(kJ/d) 14.73 15.12 0.07 0.80
能量沉积率 Energy deposition rate/% 75.11 74.03 0.14 0.71

2.4 昼夜节律对绵羊氮代谢的影响

由表5可知,DP组的氮消化率显著高于NP组(P<0.05)。NP组的粪氮含量有高于DP组的趋势(0.05<P≤0.10)。DP组和NP组间的摄入氮、可消化氮、尿氮、沉积氮和氮沉积率无显著差异(P>0.05)。
表5 昼夜节律对绵羊氮代谢的影响

Table 5 Effects of circadian rhythms on nitrogen metabolism in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
摄入氮 Nitrogen intake/(g/d) 16.87 19.48 1.12 0.26
粪氮 Fecal nitrogen/(g/d) 3.79 5.25 0.42 0.08
可消化氮 Digestible nitrogen/(g/d) 13.08 14.23 0.79 0.48
氮消化率 Nitrogen digestibility/% 78.92 73.28 1.39 0.04
尿氮 Urinary nitrogen/(g/d) 1.74 1.75 0.11 0.96
沉积氮 Nitrogen deposition/(g/d) 11.34 12.48 0.79 0.49
氮沉积率 Nitrogen retention rate/% 66.76 63.97 1.31 0.30

2.5 昼夜节律对绵羊钙、磷代谢的影响

由表6可知,NP组的可消化钙和粪磷含量显著高于DP组(P<0.05)。DP组和NP组间的摄入钙、粪钙、尿钙、钙消化率和钙沉积率之间差异不显著(P>0.05),摄入磷、可消化磷、磷的消化率、尿磷、沉积磷和磷的沉积率之间无显著差异(P>0.05)。
表6 昼夜节律对绵羊钙、磷代谢的影响

Table 6 Effects of circadian rhythms on calcium and phosphorus metabolism in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
摄入钙 Calcium intake/(g/d) 11.10 13.35 0.77 0.15
粪钙 Fecal calcium/(g/d) 4.79 5.07 0.39 0.73
可消化钙 Digestible calcium/(g/d) 6.31 8.29 0.50 0.04
钙消化率 Calcium digestibility/% 57.71 62.00 1.58 0.18
尿钙 Urinary calcium/(g/d) 0.70 0.97 0.10 0.17
沉积钙 Calcium deposition/(g/d) 5.61 7.32 0.46 0.06
钙沉积率 Calcium deposition rate/% 50.57 54.83 1.77 0.24
摄入磷 Phosphorus intake/(g/d) 1.64 1.93 0.10 0.16
粪磷 Fecal phosphorus/(g/d) 0.69 0.92 0.05 0.02
可消化磷 Digestible phosphorus/(g/d) 0.95 1.00 0.07 0.72
磷消化率 Phosphorus digestibility/% 56.81 51.68 1.97 0.20
尿磷 Urinary phosphorus/(g/d) 0.07 0.05 0.01 0.50
沉积磷 Phosphorus deposition/(g/d) 0.88 0.95 0.07 0.63
磷沉积率 Phosphorus deposition rate/% 52.62 49.04 1.89 0.36

2.6 昼夜节律对绵羊血浆生化指标的影响

由表7可知,DP组血浆尿素含量显著高于NP组(P<0.05)。DP组和NP组间血浆谷丙转氨酶、谷草转氨酶活性及总蛋白、白蛋白、球蛋白、葡萄糖、总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的含量无显著差异(P>0.05)。
表7 昼夜节律对绵羊血浆生化指标的影响

Table 7 Effects of circadian rhythm on plasma biochemical indexes in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
谷丙转氨酶 ALT/(U/L) 14.51 14.61 0.65 0.94
谷草转氨酶 AST/(U/L) 90.71 90.03 1.84 0.85
总蛋白 TP/(g/L) 70.49 70.29 0.53 0.86
白蛋白 ALB/(g/L) 28.29 27.94 0.22 0.43
球蛋白 GLB/(g/L) 42.20 42.35 0.55 0.89
尿素 UREA/(mmol/L) 5.23 4.30 0.18 0.01
葡萄糖 GLU/(mmol/L) 4.25 4.03 0.10 0.26
总胆固醇 CHOL/(mmol/L) 1.29 1.30 0.03 0.88
甘油三酯 TG/(mmol/L) 0.24 0.25 0.01 0.69
高密度脂蛋白 HDL/(mmol/L) 0.80 0.77 0.01 0.30
低密度脂蛋白 LDL/(mmol/L) 0.39 0.39 0.01 0.90

2.7 昼夜节律对绵羊血清抗氧化指标的影响

由表8可知,NP组血清丙二醛含量和总抗氧化能力显著高于DP组(P<0.05)。DP组和NP组间的血清超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性差异不显著(P>0.05)。
表8 昼夜节律对绵羊血清抗氧化指标的影响

Table 8 Effects of circadian rhythm on serum antioxidant indexes in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
丙二醛 MDA/(ng/mL) 22.00 23.87 0.34 0.01
超氧化物歧化酶 SOD/(μg/mL) 2.27 2.36 0.14 0.76
谷胱甘肽过氧化物酶 GSH-Px/(ng/mL) 7.51 8.47 0.31 0.13
总抗氧化能力 T-AOC/(ng/mL) 189.95 232.35 5.59 <0.01

2.8 昼夜节律对绵羊血清相关激素水平的影响

由表9可知,NP组血清胰高血糖素样肽-1、五羟色胺和褪黑素的含量显著高于DP组(P<0.05)。DP组和NP组间促胰液素、胆囊收缩素、生长激素、胃泌素抑制肽、糖皮质激素、甲状腺素和胰岛素含量无显著差异(P>0.05)。
表9 昼夜节律对绵羊血清相关激素水平的影响

Table 9 Effects of circadian rhythm on serum related hormone levels in sheep

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
促胰液素 SCT/(pg/mL) 162.98 176.71 11.23 0.55
胆囊收缩素 CCK/(pg/mL) 56.46 59.21 2.56 0.60
生长激素 GH/(ng/mL) 9.85 9.66 0.23 0.68
胃泌素抑制肽 GIP/(pg/mL) 2 667.77 2 927.55 92.88 0.16
胰高血糖素样肽-1 GLP-1/(pg/mL) 642.44 770.64 18.23 <0.01
糖皮质激素 GT/(pg/mL) 161.81 181.25 13.78 0.49
五羟色胺 5HT/(ng/mL) 397.08 438.34 8.21 0.01
甲状腺素 T3/(pg/mL) 515.75 569.23 19.73 0.18
褪黑素 MLT/(pg/mL) 189.59 233.10 9.22 0.02
胰岛素 INS/(ng/mL) 1.37 1.31 0.05 0.51

2.9 昼夜节律对绵羊血清免疫指标的影响

由表10可知,NP组血清的干扰素-γ、白细胞介素-10、肿瘤坏死因子-α含量显著高于DP组(P<0.01)。DP组和NP组间白细胞介素-1β和白细胞介素-2含量差异不显著(P>0.05)。
表10 昼夜节律对绵羊血清免疫指标的影响

Table 10 Effects of circadian rhythm on serum immune indexes in sheeppg/mL

项目
Items		 组别 Groups SEM P值
P-value
DP NP
干扰素-γ IFN-γ 538.99 645.20 12.75 <0.01
白细胞介素-10 IL-10 602.92 848.22 26.38 <0.01
白细胞介素-1β IL-1β 221.27 239.82 11.29 0.42
白细胞介素-2 IL-2 196.58 211.47 13.01 0.57
肿瘤坏死因子-α TNF-α 382.27 412.27 4.55 <0.01

3 讨论

昼夜节律是生物体在24 h周期内的生理、行为和分子层面的变化[10]。生物钟通过调节参与多种化合物(包括氨基酸、脂质、糖原和葡萄糖)代谢酶的表达和活性,以及许多参与代谢的激素分泌来控制食物摄入和能量稳态[11]。动物自身的生物钟系统可以帮助其在各种环境下维持生理行为的稳定性,并促进体内平衡[12]。假设昼夜节律与绵羊的饲料利用率、免疫能力存在某种联系,本研究通过充分利用动物自身的生物钟,优化饲粮的组成,以更有效地满足绵羊在各个时间段的营养需求,从而提升整体生长性能。

3.1 昼夜节律对绵羊消化代谢的影响

有机物和粗蛋白质的消化率常常被用来评价饲料价值,其消化率对动物生长性能的提高有着重要影响[13]。先前的研究发现,绵羊的生理机能在08:00—16:00都处于高峰期,此时体内供氧充足,酶活性更强,消化代谢处于活跃阶段[14]。此外,小肠和结肠的蠕动具有昼夜节律性[15⇓-17]。哺乳动物在早晨和进食后的肠道蠕动更频繁,在夜间休息时蠕动频率处于低谷[18-19]。在本试验中,饲喂相同的饲粮条件下,没有发现胃区、大肠、小肠以及全消化道的表观消化率存在显著的差异,但DP组的粗脂肪表观消化率显著高于NP组,这可能与白天交感神经兴奋性高,胃肠道脂肪酶的分泌活跃度有关[20]。同样,DP组粗蛋白质表观消化率也高于NP组,可能是由于各种蛋白消化酶(胃蛋白酶、胰蛋白酶、肠肽酶等)的分泌水平较高引起的。先前在其他动物上的研究发现,通过改变饲喂模式,即早晨饲喂高蛋白质饲粮,晚上饲喂低蛋白质饲粮,可显著增加泌乳期母羊和羔羊的日增重[21],提高育肥猪的生长性能[22]。消化吸收的昼夜节律在不同的动物上表现有差异,单胃动物的胃容量有限,昼夜节律比反刍动物更加明显。
蛋白质和非蛋白氮是反刍动物氮营养的主要来源。动物对蛋白质饲料的消化除与饲料结构有关外,还与动物生理状态和环境因素有关,昼夜节律是主要的环境因素。目前在该方面还缺乏足够的重视和研究,有限的研究发现,早晨饲喂湖羊高精料相较于夜间饲喂高精料的氮消化率更高[23]。本研究结果与之一致,绵羊白天的氮消化率显著高于夜间。尿素是一种氮化合物,在机体中由氨和二氧化碳通过尿素循环在肝脏中合成[24]。尿素在维持氮平衡和排泄废物方面对于人体的正常代谢过程至关重要,尿素含量的升高通常与氮代谢的增加相关。在本试验中,DP组氮消化率和血清尿素含量显著高于NP组,是由于白天时绵羊对饲粮中氮的吸收代谢的活跃度相对较高,这与白天动物的活动程度有关。高代谢状态通常伴随着更高的消化器官活动,有助于更有效地利用饲粮中的氮。粪氮含量的高低通常反映了动物对蛋白质的消化和利用程度,以及其对饲粮中氮的利用效率。先前的研究证实,早晚饲喂不同营养水平的饲粮,机体营养供需达到平衡,粪尿氮排放量降低12%,沉积氮增加,且饲料成本降低1%[25]。在本试验中,NP组粪氮有高于DP组的趋势是由于夜间各种刺激因素较少,副交感神经兴奋性较高,胃肠道的蠕动较强引起的。综上所述,绵羊白天对蛋白质和氮的消化代谢水平更高,在白天饲喂高蛋白质饲粮,夜间饲喂低蛋白质饲粮符合绵羊的生理需要,有助于提高饲粮蛋白质利用率,具体情况还需要更加深入的研究。

3.2 昼夜节律对绵羊代谢的影响

胰高血糖素样肽-1由肠内分泌L细胞释放,主要存在于远端小肠和结肠[26]。当葡萄糖水平升高时,胰高血糖素样肽-1促进胰腺中的胰岛素分泌,抑制胰高血糖素分泌,同时还会延缓胃排空的速度,降低食欲,有助于维持血糖平衡和调控体重[27]。本试验中NP组血清胰高血糖素样肽-1的含量显著高于DP组,可能是由于夜间绵羊中枢神经系统受生物钟基因调控胰高血糖素样肽-1的分泌[28],进而抑制食欲,减缓胃排空。五羟色胺,也被称为血清素,是一种重要的神经递质,是褪黑素分解的中间产物,与昼夜节律系统高度相关[29],它在中枢神经系统和外周组织中发挥关键作用。五羟色胺参与食欲的调节。本试验结果显示,夜间血清五羟色胺的含量显著升高,与夜间血清褪黑素的含量较高有关。褪黑素是一种神经内分泌激素,属于多肽类物质,通过体液循环在体内发挥其广泛的生理作用,哺乳动物体内褪黑素的合成受光照变化的影响,前体物是色氨酸[30-31]。褪黑素作为调节机体生物节律的内源性物质,起到执行生物钟的作用,具有调节昼夜节律、调控机体代谢和肠道功能、提高免疫活性、改善家畜的繁殖性能等生物学功能[32-33]。与之前的研究结果相似,夜间绵羊血清褪黑素的含量显著高于白天。丙二醛是脂质过氧化的产物之一,通常用作衡量氧化应激和脂质过氧化的生物标志物[34]。总抗氧化能力是衡量生物体内所有抗氧化物质共同对抗氧化应激的能力,先前已有报道胎儿血清中的总抗氧化能力含量具有显著的昼夜差异[35]。本试验中,夜间绵羊血清丙二醛含量和总抗氧化能力均显著高于白天时段,可能是夜间受机体生物钟影响,自由基的生成或氧化代谢的变化,导致氧化应激的加剧。夜间褪黑素含量和总抗氧化能力增加有助于降低氧化应激水平,减缓脂质过氧化的速度,从而降低丙二醛的生成[36]。总体而言,昼夜节律的调控使得这些代谢活动与环境条件之间形成了一个紧密相联的网络。

3.3 昼夜节律对绵羊免疫调节功能的影响

褪黑素是一种在体内表现出明显昼夜节律特性的激素,被认为对免疫系统具有调节作用,它影响免疫细胞的活性和功能,在抗炎和免疫调节过程中起到一定作用[32]。在免疫学领域,干扰素-γ、白细胞介素-10和肿瘤坏死因子-α是3种关键的细胞因子,它们在免疫系统中协同作用,参与免疫调节和炎症调控。免疫活性变化与昼夜节律系统一直是研究的焦点之一,先前的研究已经证实,这些细胞因子与昼夜节律系统相互作用[37-38]。干扰素-γ在Th1型免疫应答中发挥关键作用,其夜间升高受昼夜节律基因mPer2调节[39],与免疫系统在这个时间段内对感染和细胞损伤的调整相关。与之相反,白细胞介素-10主要具有免疫抑制和抗炎作用[40],夜间绵羊血清中白细胞介素-10含量升高,可能意味着自身抗炎和免疫应答能力相比白天更强。肿瘤坏死因子-α作为一个炎症介质,其含量夜间升高可能与机体经历的生理过程、免疫状态的调整,或者与潜在的炎症相关[41]。夜间的动态变化中,这3种细胞因子的波动可能代表机体免疫系统对外界刺激和内在生物钟调节的复杂反应。此外,免疫系统细胞含有褪黑素生物合成酶,褪黑素参与调控机体的免疫功能[42-43]。褪黑素通过对免疫细胞和免疫反应的调节,进一步增加了这一复杂性。同时,夜间动物的活动较少,节约的能量和蛋白质也为合成各种免疫因子提供了前提条件。

4 结论

① 昼夜节律对绵羊营养物质的消化有一定的影响,在相同饲粮和环境条件下,白天绵羊对粗脂肪、粗蛋白质以及氮的消化率更高。
② 昼夜节律对绵羊血液代谢物有显著影响,夜间绵羊血清中胰高血糖素样肽-1、五羟色胺、褪黑素等的含量显著高于白天,而尿素含量显著低于白天。
③ 昼夜节律对绵羊的免疫应答和抗氧化能力有显著影响,夜间绵羊血清干扰素-γ、白细胞介素-10、肿瘤坏死因子-α含量和总抗氧化能力显著高于白天。

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