饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能和毛囊发育的影响

引用本文

李玉娟, 张原铭, 张北育, 王斌, 刘传华, 李福昌, 刘磊. 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能和毛囊发育的影响[J]. 动物营养学报, 2022, 34(12): 8022-8028.

LI Yujuan, ZHANG Yuanming, ZHANG Beiyu, WANG Bin, LIU Chuanhua, LI Fuchang, LIU Lei. Effects of Dietary Glutamine on Performance and Hair Follicle Development in Angora Rabbits[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2022, 34(12): 8022-8028.

饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能和毛囊发育的影响

李玉娟¹ , 张原铭¹ , 张北育¹ , 王斌² , 刘传华² , 李福昌¹ , 刘磊¹

1. 山东农业大学动物科技学院，泰安 271018;
2. 蒙阴县畜牧发展促进中心，蒙阴 276200

收稿日期: 2022-05-15

基金项目: 山东省特种经济动物产业技术体系(SDAIT-21-16);山东省农业良种工程(2021LZGC002)

作者简介: 李玉娟(1998—)，女，河北衡水人，硕士研究生，从事家兔营养与代谢的研究。E-mail: hbhslyj@163.com.

通信作者: 刘磊，副教授，硕士生导师，E-mail: leiliu@sdau.edu.cn.

摘要: 本试验旨在通过在饲粮中添加不同水平的谷氨酰胺，探究饲粮中谷氨酰胺添加水平对安哥拉兔生产性能和毛囊发育的影响。选取8月龄、已剪完第2刀毛、生长状况良好的成年公安哥拉兔200只，随机分为5组，对照组饲喂基础饲粮，试验组在基础饲粮中分别添加0.3%、0.6%、0.9%和1.2%的谷氨酰胺。每组40个重复，每个重复1只。试验期65 d。结果表明：与对照组相比，饲粮添加谷氨酰胺能够显著增加产毛量和产毛率(P < 0.05)，并在添加水平为0.9%时达到最高值；饲粮中添加谷氨酰胺可显著降低料毛比(P < 0.05)，在添加水平为0.9%时达到最低值；饲粮中添加0.6%、1.2%的谷氨酰胺能够显著降低兔毛的伸长长度、伸长率(P < 0.05)；添加0.3%谷氨酰胺可显著降低兔毛纤维的纤维细度(P < 0.05)，添加0.6%和0.9%谷氨酰胺可显著提高粗毛率(P < 0.05)，饲粮中添加谷氨酰胺可显著降低毛丛长度(P < 0.05)；饲粮中添加谷氨酰胺有提高初级毛囊密度的趋势(0.05 < P < 0.10)。与对照组相比，饲粮中添加谷氨酰胺显著提高皮肤胰岛素样生长因子-ⅠR(IGF-ⅠR)的基因相对表达量(P < 0.05)，可显著降低皮肤骨形态发生蛋白2(BMP2)和骨形态发生蛋白4(BMP4)基因相对表达量(P < 0.05)。综述所述，饲粮中添加谷氨酰胺提高了安哥拉兔产毛量，IGF-Ⅰ和BMP信号通路参与谷氨酰胺调节毛囊发育过程；本试验建议安哥拉兔饲粮中谷氨酰胺的适宜添加水平为0.9%。

关键词: 安哥拉兔毛囊发育生产性能谷氨酰胺

Effects of Dietary Glutamine on Performance and Hair Follicle Development in Angora Rabbits

LI Yujuan¹ , ZHANG Yuanming¹ , ZHANG Beiyu¹ , WANG Bin² , LIU Chuanhua² , LI Fuchang¹ , LIU Lei¹

1. College of Animal Science and Technology, Shandong Agricultural University, Tai'an 271018, China;
2. Mengyin County Animal Husbandry Development Promotion Center, Mengyin 276200, China

Corresponding author: LIU Lei, professor, E-mail: leiliu@sdau.edu.cn.

Abstract: This experiment was conducted to investigate the effects of dietary glutamine on the performance and hair follicle development in Angora rabbits. Two hundreds adult male Angora rabbits with similar growth wool yield were selected and randomly divided into 5 groups (40 replicates per group, 1 rabbit per replicate). The control group was fed a basic feed. The experimental groups were added 0.3%, 0.6%, 0.9% or 1.2% glutamine in the basic feed, respectively. The experimental period was 65 days. The results showed as follows: compared with the control group, dietary glutamine supplementation significantly increased wool yield and wool yield ratio (P < 0.05), and reached the highest value when the supplemental level was 0.9%; dietary glutamine supplementation could significantly reduce feed/wood (P < 0.05), and reached the lowest value when the supplemental level was 0.9%; diets supplemented with 0.6% and 1.2% glutamine significantly reduced the elongation length and elongation rate of rabbit hair (P < 0.05); supplementation of 0.3% glutamine significantly decreased the fiber fineness (P < 0.05), supplementation of 0.6% and 0.9% glutamine significantly increased the coarse wool rate (P < 0.05), and supplementation of glutamine significantly decreased the wood length (P < 0.05). Dietary glutamine supplementation had a tendency to increase the density of primary hair follicles (0.05 < P < 0.10). Compared with the control group, the addition of glutamine could significantly increase the gene expression level of insulin-like growth factor-1R (IGF-ⅠR) (P < 0.05) and decrease the expression of bone morphogenetic protein 2 (BMP2) and bone morphogenetic protein 4 (BMP4) (P < 0.05) in rabbit skin. Dietary glutamine supplementation can improve the hair yield of Angora rabbits, IGF-Ⅰ and BMP signaling pathway are involved in the regulation of hair follicle development by glutamine, and the optimal supplemental level of glutamine is 0.9% in diet of Angora rabbits.

Key words: Angora rabbit hair follicle development performance glutamine

安哥拉兔是一种毛用经济动物，其产毛量的高低决定其经济价值。兔毛的主要成分是氨基酸，饲粮中各类氨基酸含量对毛囊的发育至关重要。通过调节饲粮中关键氨基酸含量来促进家兔毛囊发育，对提高产毛量具有重要意义。毛囊的发育经历生长期、退行期和静止期3个阶段，是一个复杂又精密的过程，受到多种因素的制约。遗传因素、营养因素、年龄因素和季节因素等都会影响到毛囊的发育^[1]。而毛囊生长发育过程中，会受到众多信号因子的调控，如Wnt/β-连环蛋白(Wnt/β-catenin)、骨形态发生蛋白(BMPs)、成纤维生长因子(FGF)、胰岛素样生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)、角蛋白相关蛋白(Kap)等。Wnt/β-catenin和IGF-Ⅰ信号通路正调节毛囊细胞的增殖分化，而BMP信号通路和FGF5信号通路是控制毛囊从生长期向休止期转化的因子^[2-3]。Kap作为兔毛的基本组成成分，已被证实与羊毛的直径有关^[4]。谷氨酰胺作为一种条件性必需氨基酸，具有促进机体生长、提高饲料转化率、促进免疫系统提高等作用^[5]。有研究发现，在谷氨酰胺代谢转变为糖酵解过程中，增加了外根鞘祖细胞向毛囊干细胞转化^[6]。谷氨酰胺可直接给毛囊细胞供给能量^[7]，这为通过调节饲粮中谷氨酰胺水平来促进毛囊发育提供了方向。因此，本试验拟通过在饲粮中添加不同水平谷氨酰胺，研究其对安哥拉兔毛囊发育、生产性能和毛囊发育相关基因表达的影响，探究谷氨酰胺调节毛囊发育有关的信号通路。

1 材料与方法 1.1 试验设计及饲养管理

选取初始体重、初始产毛量差异不显著(P＞0.05)的安哥拉兔200只，随机分为5组，每组40个重复，每个重复1只。对照组饲喂基础饲粮，试验组在基础饲粮中分别添加0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的谷氨酰胺。基础饲粮组成及营养水平见表 1。

表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)

%
原料 Ingredients	含量 Content	营养水平 Nutrient levels²⁾	含量 Content
玉米 Corn	10.0	消化能 DE/(MJ/kg)	10.82
次粉 Wheat middling	5.0	粗脂肪 EE	2.58
豆粕 Soybean meal	9.0	粗蛋白质 CP	18.76
玉米胚芽粕 Corn germ meal	18.0	粗纤维 CF	20.83
小麦麸 Wheat bran	13.0	中性洗涤纤维 NDF	37.70
葵花粕 Sunflower meal	12.0	酸性洗涤纤维 ADF	21.84
菜籽油 Rapeseed oil	0.5	酸性洗涤木质素 ADL	7.00
苜蓿草粉 Alfalfa meal	10.0	干物质 DM	91.05
花生壳 Peanut shell	14.5	粗灰分 Ash	7.80
稻壳 Rice husk	4.0	钙 Ca	1.19
预混料 Premix¹⁾	4.0	磷 P	0.69
合计 Total	100.0	赖氨酸 Lys	1.26
		蛋氨酸+半胱氨酸 Met+Cys	0.88
1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of the diet：VA 8 000 IU，VD₃ 400 IU，VE 50 mg，VK₃ 0.8 mg，VB₁ 0.36 mg，VB₂ 0.4 mg，VB₆ 0.6 mg，VB₁₂ 0.006 mg，烟酸 nicotinic acid 4 mg，叶酸 folate 0.12 mg，泛酸钙 calcium pantothenate 7 mg，生物素 biotin 0.04 mg，Fe (as ferrous sulfate) 50 mg，Mn (as manganese sulfate) 4 mg，Cu (as copper sulfate) 20 mg，Zn (as zinc sulfate) 50 mg，枯草芽孢杆菌 Bacillus subtilis 6×10⁹ CFU，酿酒酵母 Saccharomyces cerevisiae 4×10⁸ CFU。 2)消化能为计算值，其他为测定值。DE was a calculate value, while the others were measured vaules.

表 1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis)

试验自2021年4月开始至2021年7月结束，预试期3 d，正试期65 d。饲养期间，所有兔单笼饲养，自由饮水，常规免疫程序免疫接种，兔舍自然采光和通风，定期对兔舍进行消毒。

1.2 样品采集与制备

饲养试验开始前对所有试验兔剪毛处理，试验结束后，再次将所有试验兔剪毛，用于统计产毛量。每组随机选取8只试验兔，采集肩部、背部、臀部兔毛样品，置于密封袋中常温密封保存，用于兔毛品质的检测；然后再采集2 cm×2 cm皮肤样品2份，1份保存于多聚甲醛中用于皮肤毛囊切片的制作，1份保存于冻存管中-80 ℃保存，用于毛囊发育相关基因表达的检测。

1.3 生产性能的测定

饲养试验开始前对所有试验兔剪毛，饲养试验结束后再次对所有试验兔剪毛，测定剪毛前后体重，根据差值计算产毛量(结合生产实践，本试验中产毛量测定选取的兔毛为污毛)。根据整个试验期间的采食量计算平均日采食(ADFI)和料毛比，计算公式如下：

1.4 毛品质的测定

将采集到的被毛样品进行兔毛品质的测定，每个样品随机选取300根兔毛进行测定。断裂强力、伸长、断裂强度、伸长率和断裂功使用南通宏大YG005N+型电子单纤维强力仪测定。设置隔距10 mm，拉伸速度20 mm/min，每个样品随机测定20次。纤维细度和粗毛率(根数比)使用BEIONF6纤维细度仪测定，每个兔毛样品随机测定300根。毛丛长度使用软尺测量(精确到0.1 cm)测定，结束后打印结果。

1.5 毛囊密度的测定

试验兔皮肤样品在多聚甲醛中固定24 h后，经过冲水、梯度酒精脱水、二甲苯透明和石蜡包埋处理后，以5 μm的厚度切片，使用常规苏木精-伊红(HE)染色，具体方法参照王童童^[8]。使用显微镜观察，每张切片随机选取3个视野，统计面积和初级毛囊个数及次级毛囊个数，并拍照记录。

1.6 基因表达的测定

使用Trizol法提取皮肤组织样品中的总RNA，然后在紫外分光光度计下测定其浓度，反转录为cDNA，然后进行实时荧光定量PCR的测定，具体方法参照Roche反转录和诺唯赞荧光定量试剂盒说明书进行，相关的引物序列参照Liu等^[9]。以甘油醛-3-磷酸脱氢酶(GAPDH)为内参基因，使用2^-ΔΔCt法进行计算，得出目的基因相对表达量。

1.7 数据处理与分析

本试验数据使用SAS 9.4统计软件进行单因素方差分析，以Duncan氏法进行多重比较，P < 0.05为差异显著，0.05≤P < 0.10为有变化趋势，P>0.05为无显著差异。

2 结果与分析 2.1 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能的影响

由表 2可以看出，在初始体重及产毛量无显著差异(P>0.05)的情况下，与对照组相比，饲粮中添加0.9%的谷氨酰胺能显著提高产毛量和产毛率(P < 0.05)，显著降低料毛比(P < 0.05)；饲粮中添加不同水平谷氨酰胺对ADFI无显著影响(P>0.05)。

表 2 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能的影响 Table 2 Effects of dietary Gln on performance of Angora rabbits

2.2 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛品质的影响

由表 3可以看出，饲粮中添加谷氨酰胺对兔毛的伸长长度、伸长率、纤维细度和粗毛率都有显著影响(P < 0.05)，与对照组相比，其中饲粮中添加0.6%和1.2%谷氨酰胺可显著降低兔毛伸长长度(P < 0.05)；饲粮中添加0.6%和1.2%谷氨酰胺可显著降低兔毛伸长率(P < 0.05)；与对照组相比，饲粮中添加谷氨酰胺对兔毛纤维细度无显著影响(P>0.05)；饲粮中添加0.6%和0.9%谷氨酰胺可显著提高粗毛率(P < 0.05)。与对照组相比，饲粮中添加谷氨酰胺可显著降低兔毛丛长度(P < 0.05)；但饲粮中添加谷氨酰胺对兔毛断裂强力、断裂强度以及断裂功均无显著影响(P>0.05)。

表 3 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛品质的影响 Table 3 Effects of dietary Gln on wool quality of Angora rabbits

项目 Items	谷氨酰胺添加水平 Gln supplemental levels/%					P值 P-value
项目 Items	0(对照 Control)	0.3	0.6	0.9	1.2	P值 P-value
断裂强力 Breaking force/cN	3.14±0.12	3.38±0.15	3.23±0.12	3.41±0.11	3.51±0.10	0.219 8
伸长长度 Elongation length/mm	4.59±0.07^a	4.58±0.12^a	4.18±0.09^bc	4.38±0.12^ab	3.91±0.05^c	< 0.000 1
断裂强度 Breaking tenacity/(cN/dtex)	307.62±11.34	330.60±20.52	323.84±11.97	342.06±10.93	351.38±9.67	0.205 2
伸长率 Elongation rate/%	45.90±0.59^a	45.80±1.22^a	41.84±0.91^bc	43.87±1.20^ab	39.18±0.52^c	< 0.000 1
断裂功 Work of fracture	101.44±4.37	106.49±6.56	94.76±4.27	101.37±6.85	97.85±2.87	0.619 2
纤维细度 Wool fineness/μm	14.10±0.22^ab	13.65±0.27^b	14.93±0.28^a	14.60±0.27^a	14.31±0.30^ab	0.018 9
粗毛率 Coarse wool rate/%	2.57±0.31^b	2.37±0.26^b	3.93±0.55^a	4.17±0.37^a	3.50±0.39^ab	0.005 0
毛丛长度 Wool length/cm	9.60±0.16^a	8.00±0.00^b	7.90±0.18^b	7.90±0.23^b	7.30±0.15^c	< 0.000 1

表 3 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛品质的影响 Table 3 Effects of dietary Gln on wool quality of Angora rabbits

2.3 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊密度的影响

由表 4可以看出，与对照组相比，饲粮中添加谷氨酰胺具有提高初级毛囊密度的趋势(0.05≤P < 0.10)；饲粮中添加谷氨酰胺对次级毛囊密度和总毛囊密度没有显著影响(P>0.05)。

表 4 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊密度的影响 Table 4 Effects of dietary Gln on follicle density of Angora rabbits

2.4 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊发育相关基因表达的影响

由表 5可以看出，与对照组相比，饲粮中添加谷氨酰胺能够显著提高皮肤IGF-ⅠR基因相对表达量(P < 0.05)，而对皮肤IGF-Ⅰ基因相对表达量具有降低的趋势(0.05≤P < 0.10)；饲粮中添加谷氨酰胺可显著降低皮肤BMP2和BMP4基因相对表达量(P < 0.05)。

表 5 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊发育相关基因表达的影响 Table 5 Effects of dietary Gln on expression of genes related to hair follicles of Angora rabbits

项目 Items	谷氨酰胺添加水平 Gln supplemental levels/%					P值 P-value
项目 Items	0(对照 Control)	0.3	0.6	0.9	1.2	P值 P-value
胰岛素样生长因子1受体 IGF-ⅠR	1.00±0.24^c	1.95±0.26^b	1.43±0.30^bc	1.13±0.14^c	2.80±0.20^a	0.000 1
胰岛素样生长因子-1 IGF-1	1.00±0.32	0.70±0.24	0.33±0.12	0.36±0.13	1.59±0.59	0.096 6
Wnt家族成员10b Wnt10b	1.00±0.16	0.65±0.10	1.01±0.65	0.34±0.04	1.67±0.64	0.308 9
骨形态发生蛋白2 BMP2	1.00±0.15^a	0.25±0.04^b	0.44±0.11^b	0.31±0.11^b	0.48±0.12^b	0.000 3
骨形态发生蛋白4 BMP4	1.00±0.13^a	0.22±0.11^b	0.14±0.02^b	0.18±0.07^b	0.18±0.06^b	< 0.000 1
成纤维细胞生长因子5 FGF5	1.00±0.25	0.75±0.16	1.41±1.20	1.04±0.43	1.47±0.63	0.914 6
转化生长因子-β1 TGF-β1	1.00±0.35	0.88±0.22	1.27±1.07	1.27±0.53	1.05±0.49	0.986 0
转化生长因子-β2 TGF-β2	1.00±0.26	0.86±0.19	1.56±1.08	0.33±0.06	1.73±0.91	0.592 5
表皮生长因子 EGF	1.00±0.21	0.71±0.18	1.55±1.35	0.46±0.20	0.27±0.11	0.577 9
角蛋白相关蛋白3.1 Kap 3.1	1.00±0.30	0.29±0.11	0.50±0.33	0.34±0.17	0.54±0.38	0.409 0
角蛋白相关蛋白6.1 Kap 6.1	1.00±0.22	0.11±0.03	2.35±1.20	1.16±0.41	0.83±0.54	0.141 6
哺乳动物雷帕霉素靶蛋白 mTOR	1.00±0.27	1.65±0.86	1.25±0.85	0.30±0.08	1.22±0.45	0.604 8
p70核糖体蛋白S6激酶 p70s6k	1.00±0.44	0.48±0.29	0.29±0.20	0.44±0.19	0.40±0.22	0.466 2
Noggin	1.00±0.20	1.40±0.50	0.90±0.72	0.33±0.15	2.15±0.78	0.201 2

表 5 饲粮中添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊发育相关基因表达的影响 Table 5 Effects of dietary Gln on expression of genes related to hair follicles of Angora rabbits

3 讨论 3.1 饲粮添加谷氨酰胺对安哥拉兔生产性能的影响

研究发现，饲粮中添加谷氨酰胺可显著提高仔猪和肉仔鸡的平均日增重，降低其料重比^[10]。0.4%~2.0%谷氨酰胺可显著提高断奶獭兔的平均日增重，显著降低料重比，0.9%时达到效果最佳^[11]。本试验中，饲粮中添加0.9%的谷氨酰胺能显著提高安哥拉兔的产毛量、产毛率，并降低料毛比，提示谷氨酰胺能调节肠道功能，促进营养物质吸收效率。谷氨酰胺作为一种条件性必需氨基酸，在断奶、免疫等应激条件下机体需要量增加，需从外界摄取。谷氨酰胺不仅能为免疫细胞提供能量，还在机体抗氧化方面发挥重要作用。本试验中发现，饲粮中添加0.6%~0.9%谷氨酰胺提高安哥拉兔的成活率，表明谷氨酰胺在调节家兔机体健康上同样发挥重要作用。

3.2 饲粮添加谷氨酰胺对安哥拉兔毛囊发育的影响

兔毛产量和兔毛品质决定了安哥拉兔的经济效益。本试验发现，饲粮中添加1.2%谷氨酰胺可显著降低安哥拉兔兔毛的伸长长度和伸长率，提示高剂量添加谷氨酰胺能抑制毛囊细胞的增殖和分化。此外，本试验研究发现，谷氨酰胺有增加皮下毛囊细胞中初级毛囊密度的趋势，这与饲粮中添加含硫氨基酸的效果一样，饲粮中添加0.4%蛋氨酸和0.45%半胱氨酸均能提高家兔的被毛密度^[12]。这表明谷氨酰胺对毛囊的影响与含硫氨基酸有相似之处，都能够提高毛囊密度。初级毛囊主要发育成粗毛，谷氨酰胺添加诱导初级毛囊发育导致粗毛含量的增加，进而提高了兔毛产量。

在毛囊发育的生长期，IGF-Ⅰ可刺激毛基质角化细胞的增殖分化，进一步加快毛囊的发育。IGF-Ⅰ与胰岛素的作用具有同源性，能够促进有丝分裂和蛋白质的合成^[13]。对上皮细胞和毛乳头细胞的增殖分化同样也具有促进作用。本试验发现，饲粮中添加谷氨酰胺虽然对安哥拉兔皮肤中IGF-Ⅰ基因相对表达量无显著影响，但却显著提高了皮肤中IGF-ⅠR的基因相对表达量，提示谷氨酰胺可通过调节IGF-ⅠR基因表达来激活IGF-Ⅰ信号通路，进而调节毛囊发育过程。

BMP信号通路能够通过调控毛发基质细胞角质细胞中与细胞周期相关的基因表达来调控生长期毛囊毛乳头的大小^[2]，能抑制毛囊发育，是毛囊发育的抑制剂。有研究表明，BMP2在毛囊密度低的獭兔中的表达量显著高于毛囊密度高的獭兔^[14]。本试验中，皮肤BMP2和BMP4基因相对表达量都有显著降低，提示谷氨酰胺能通过抑制BMP2/4信号通路来促进毛囊的发育。

毛囊发育过程还受到其他信号通路的调节，如成纤维生长因子5(FGF5)、转化生长因子-β(TGF-β)和表皮生长因子(EGF)等信号通路在调控毛囊细胞增殖和周期性循环中都发挥作用，这些信号通路都能促使毛囊细胞提前结束生长期，向其他时期进行^[15-16]。mTOR信号通路可以整合各种营养和能量信号，从而促进毛发的生长^[17]。在本试验中，谷氨酰胺对安哥拉兔皮肤中FGF5、TGF、Kap和mTOR基因相对表达量都无显著影响，提示这些基因可能在谷氨酰胺调节安哥拉兔毛囊发育过程中不是关键的靶基因。

4 结论

饲粮中添加谷氨酰胺提高了安哥拉兔产毛量，IGF-Ⅰ和BMP信号通路参与谷氨酰胺调节毛囊发育过程；本试验建议安哥拉兔饲粮中谷氨酰胺的适宜添加水平为0.9%。

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