胚乳物理结构和化学键组成对玉米淀粉瘤胃降解的影响及其机制

来源 :浙江大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:liyibo6941
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
反刍动物营养研究多关注粗饲料的利用,对于精饲料(淀粉)的研究相对较少,并且多集中在不同用量和比例对瘤胃健康和生产性能的影响,对于淀粉降解机制缺少系统研究。为此,本研究旨在从胚乳物理结构和化学键组成两个层面探究玉米内在结构差异,并结合瘤胃降解参数,系统解析玉米瘤胃降解机制。在比较玉米和小麦(淀粉)瘤胃降解特性的基础上,选用玉米为材料,研究了不同品种玉米内在结构、蒸汽预处理改变玉米内在结构等对瘤胃降解特性的影响,并从玉米淀粉瘤胃发酵过程中微生物粘附、降解参数等方面分析了作用机制。  1.玉米和小麦淀粉的瘤胃发酵特征  以玉米、小麦作为精料,稻草为粗料。按照3个精粗比(35∶65、50∶50、65∶35)、4个小麦与玉米比(20∶80、40∶60、60∶40、80∶20)进行体外模拟瘤胃发酵试验,测定产气量和发酵参数,并计算氮利用效率(ENU):ENU(%)=微生物N(g)/可利用N(g)×100。结果发现,随着底物中小麦比例的提高,产气量、挥发性脂肪酸和氨态氮浓度线性提高,微生物蛋白合成、干物质降解率和ENU降低。随着精料含量的提高,挥发性脂肪酸浓度和微生物蛋白合成线性增加,ENU线性降低。  利用扫描电镜和共聚焦显微镜观察玉米和小麦胚乳结构(starch-protein matrix)发现,玉米胚乳中大部分淀粉颗粒被蛋白质包被,小麦淀粉颗粒却相对散布于胚乳中。结果显示,玉米和小麦胚乳结构明显差异,这些差异可能导致了它们在瘤胃中发酵特征的不同。  2.不同品种玉米内在结构差异对瘤胃降解特性的影响  选用三个玉米品种(LM01,LM10和LD999),用4头瘘管泌乳荷斯坦奶牛(DIM=250±20d),按照尼龙袋法测定其瘤胃降解参数;同时利用傅里叶红外光谱仪测定它们的化学结构,用扫描电镜和小角度散射技术测定了各品种玉米的胚乳和淀粉颗粒形态学结构;分析了玉米内在理化结构与瘤胃降解参数的关联。  2.1 胚乳形态结构  LD999胚乳中存在较大面积的层状蛋白膜片,淀粉颗粒呈规则且表面光滑的圆球形,但LM10和LM01淀粉颗粒表面存在较大的碎片状蛋白颗粒;小角度散射技术分析结果,玉米淀粉颗粒晶型和颗粒结晶度在三种品种间无显著差异。  2.2 化学键组成  碳水化合物相关化学键(C=O)的红外吸收峰(ca.1187-950cm-1)峰强在LM01中高于LM10和LD999,表明三种玉米对应的碳水化合物内在化学结构和物质总量存在差异。非结构性碳水化合物对应的化学键及官能团吸收峰(ca.950-820cm-1)在三种玉米品种间差异显著;LD999的蛋白(-CO-NH-)相关吸收峰(AmideⅠ和AmideⅡ)及次级结构(α-helix和β-sheet)吸收峰峰强均高于LM10和LM01,表明LD999中含有更多的蛋白质。  2.3 瘤胃降解参数  瘤胃可降解干物质(%RDDM)、瘤胃可降解淀粉(%RDSt)在LM01中最高,但淀粉降解速率(Kd)的品种间差异不显著;LM01的瘤胃可降解蛋白(%RDP)高于LM10和LD999,由于蛋白含量有差异,LD999的瘤胃可降解蛋白总量(RDP,g/kg DM)最大。通过分析这些参数与胚乳形态、化学键的关系发现,玉米DM和淀粉的瘤胃降解率同碳水化合物相关化学键和原子基团吸收峰峰强成正相关,蛋白降解率同肽键含量成正相关,并且受到胚乳结构和淀粉颗粒形态的影响。  3.蒸汽压片处理改变玉米内在结构对瘤胃降解参数的影响  对两种玉米原料处理前(RC-Ⅰ和RC-Ⅱ)和处理后(SFC-Ⅰ和SFC-Ⅱ)的样品进行胚乳内在结构、化学键和原子基团组成及瘤胃降解参数测定,分析玉米内在理化结构与瘤胃降解参数的关系。  3.1 胚乳形态结构  SFC中淀粉颗粒与纤维、蛋白间的铰链作用受到严重破坏,醇溶蛋白γ-zein的两种单体16kDa和27kDa浓度在蒸汽压片玉米(SFC)中显著低于未处理玉米(RC)。对淀粉颗粒进行扫描电镜和粒径分布分析发现,SFC胚乳中淀粉颗粒出现明显塌陷,由规则的球状变成不规则的圆饼状,且淀粉颗粒粒径变大;SFC的淀粉颗粒晶型与RC无显著差异,但是颗粒结晶度却显著降低,表明蒸汽压片处理显著改变了玉米胚乳物理形态结构。  3.2 化学键和原子基团组成  总碳水化合物(ca.1188-950cm-1)和非结构性碳水化合物(ca.950-820cm-1)相关的化学键(C=O)和官能团相对应的红外吸收峰峰强在SFC中显著高于RC,表明SFC含有更高的可利用碳水化合物。SFC的蛋白相关化学键(-CO-NH-)吸收峰低于RC,且二次结构α-helix和β-sheet显著低于RC,说明蒸汽压片处理破坏了蛋白质结构,降低了蛋白质含量。  3.3 瘤胃降解参数  SFC的干物质和淀粉瘤胃降解速率(Kd)及降解率显著高于RC,瘤胃可溶性部分显著降低;SFC的蛋白降解率(%RDP)显著低于RC,但蛋白降解速率两者间无显著差异。相关性分析表明,碳水化合物化学键组成与玉米DM、淀粉降解率成正相关,蛋白化学基团相关吸收峰同蛋白降解率成正相关。通过分析这些参数与胚乳形态、化学键的关系发现,蒸汽压片处理改变了玉米胚乳和淀粉颗粒形态结构,并破坏了玉米碳水化合物和蛋白相关化学键和原子基团振动模式,进而改善了蒸汽压片玉米的瘤胃降解。  4.玉米内在结构影响瘤胃降解的分子机制  选取蒸汽压片处理前后的玉米(RC和SFC),通过测定其瘤胃发酵过程中的化学键组成,并结合荧光标记和原位荧光杂交(FISH)技术,从化学键组成和细菌粘附两个角度探究玉米瘤胃降解机制。  4.1 瘤胃发酵过程中化学结构变化  随着瘤胃发酵时间延长,RC和SFC发酵残余物中的非结构性碳水化合物相关化学键和基团(ca.950-820cm-1)逐渐减少至0,总碳水化合物相关化学键吸收峰(ca.1188-950cm-1)逐渐降低,但蛋白相关化学键吸收峰(ca.1720-1480cm-1)呈升高趋势。主成分分析显示,瘤胃发酵0、2、4、8和12h残余物的化学键和原子基团组成在RC与SFC间无显著差异,但前12h与24h、48h发酵的残余物化学键组成差异显著。RC和SFC发酵残余物中的淀粉含量随发酵时间延长而降低,在前12h发酵过程中,RC的淀粉含量无显著降低,但SFC的淀粉含量呈线性降低。  4.2 淀粉降解菌(starch hydrolyzing bacteria,SHB)的粘附作用  在RC样品中,SHB丰度在4h发酵时间点达到峰值,然后逐渐降低;Ruminococcaceae、phylum Firmicutes丰度(R_SHB)存在相似趋势。在SFC发酵过程中,SHB和R SHB丰度在4h和24h两个时间点出现峰值,并且以24h丰度最高。结合RC和SFC样品中化学键组成与SHB丰度分析发现,SHB丰度与化学键组成无显著相关性,但是SHB丰度在RC和SFC之间存在显著差异,说明淀粉颗粒的物理结构很大程度上影响了SHB对淀粉颗粒的粘附。  综上所述,玉米瘤胃降解过程受到胚乳物理结构和化学键组成的影响。在物理水平上,胚乳中的starch-protein matrix结构、淀粉颗粒形态、粒径大小、结晶度,醇溶蛋白含量等均会对玉米干物质和淀粉瘤胃降解产生影响;在化学水平上,玉米的官能团组成和化学键强度影响其瘤胃降解。淀粉降解菌在不同结构的玉米表面粘附程度有差异,这种差异会显著影响玉米的瘤胃降解。结果提示,通过改变玉米的内在理化结构,可以改善玉米的瘤胃降解特性。
其他文献
【摘要】随着现代体育科学发展,体育运动的营养补充日显重要。通过对游泳运动疲劳产生原因的分析,探讨几种合理营养的补充方式、方法。  【关键词】游泳; 运动员; 营养需要【中图分类号】G861.1 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)21-0025-01  游泳运动包括不同类型(如自由泳、仰泳、蛙泳和蝶泳)、不同的强度和不同年龄组运动员。运动员根据其专项特长,应参加不同类型的训练
【摘要】本文采用问卷调查法对中职英语教学评价的现状进行调查。调查研究发现:许多学生对中职英语课兴趣不浓,学习的积极性不够,传统的教学评价机制无法调动学生学习的积极性,课堂气氛不活跃。针对上述问题,本文结合调查数据进行了分析,并对英语课堂教学模式及评价机制进行思考并提出几点对策。  【关键词】中职英语; 课堂教学; 评价机制; 兴趣【中图分类号】G623.31 【文献标识码】B【文章编号】2095-
在长期进化过程中,肠道菌群与宿主形成了互惠共生的关系,它不仅随宿主生长而变化,还与机体营养物质的消化吸收、代谢、疾病密切相关,影响宿主健康。粪菌干预是调节肠道菌群平衡的
【摘要】 为了推进湖南省医学类高职高专学校人文素质教育的改革,促进医学生人文素质的提升,本文采用文献资料法、调查研究法和统计分析法对湖南省医学类高职高专学校人文素质教育课程进行研究。结果:湖南省医学类高职高专学校人文素质教育课程的内容设置可以归纳为5个因子;构建湖南省医学类高职高专学校人文素质教育课程模块,结合必修和第二课堂选修的形式进行优化,并为其他学校人文素质教育课程改革提供参考。  【关键词
紫花苜蓿(Medicago sativa L.)的育性特征与种子产量紧密相关,苜蓿育性研究对于提高紫花苜蓿种子产量和杂交制种具有重要意义,开展紫花苜蓿不同亚(变)种雄性和雌性育性的遗传变异研究可为紫花苜蓿育性遗传改良、基因定位和种子生产提供理论依掘。2007-2008年,利用TTC染色法和苯胺兰染色法对紫花苜蓿亚(变)种,包括黄花苜蓿(M.sativa subsp.falcata)、紫花苜蓿(M.
【摘要】农村基础教育的发展水平在很大程度上取决于国家教育政策水平的高低。改革开放以来农村基础教育政策的变迁是党对变化中的农村基础教育政策环境所作反应的不断调适。而随着我国农村中小布局调整的继续推进,政策缺位及管理“真空”现象依然存在。本文在实地调查的基础上,分析了中西部农村寄宿制学校面临的困境及其原因,并提出对策建议。  【关键词】农村;寄宿制学校;办学模式;政策【中图分类号】G478 【文献标识
【摘要】职业学校培训退役士兵的模式是“学历+技能”,参加成人高考是退役士兵取得大专学历的一个重要途径,针对退役士兵数学教学中的问题,提出解决这些问题的策略,让退役士兵完成学业规划,提升退役士兵的思想素质和职业素养。  【关键词】退役士兵;数学教学;问题;对策 【中图分类号】G623.5 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)21-0028-02  为适应社会主义市场经济要求,提
【关键词】工学结合; 高职英语; 课程改革 【中图分类号】G623.31 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)21-0027-01  在高职院校普遍实施工学结合人才培养模式形势下,高职英语课程与应用性较强的专业课程比较,创新步伐相对落后,与工学结合的要求还有距离。因此,高职英语教育要依据工学结合的内涵、特点,参照其它高职专业课程工学结合改革经验,结合高职英语课程自身特点,构建
3-磷酸肌醇激酶(phosphoinositide3-kinase,P13K)家族是众多原癌基因中极重要的一员,参与多种信号通路,调节细胞的主要生理功能。由P13K与AKT组成的P13K-AKT信号通路在细胞的
【摘要】 基础教育阶段对一个人的影响是决定性的,根据自己教育经验和参考了无数优秀家长老师的文章和讲话,反思成才所需要的基本素质,家庭和学校的教育方法,语文数学英语学习上的几点体会。  【关键词】基础教育; 家庭教育; 学习方法【中图分类号】G424 【文献标识码】B【文章编号】2095-3089(2012)21-0029-02  1引言  儿子去年高中毕业,被浙江大学和美国纽约大学录取,最后去了浙