在现代集约化生产系统中,音乐作为一种环境富集手段被广泛应用。尽管有研究报道音乐刺激对家畜生产性能和健康均有促进作用,但其生物学机理尚不明确。本研究初步探索了音乐刺激对仔猪行为、情绪和脑神经发育的影响并从分子水平解析音乐发挥作用的生物学机制。本试验选择6-7周龄的健康大杜民(大白×杜洛克×民猪)仔猪72头,平均分为三组(每组4个重复,每个重复6头仔猪),分别饲养于三个环境控制室。音乐组(莫扎特音乐K.448 60-70 dB)和背景噪音对照组(商业猪场背景噪音80-85 dB)每天10:00-16:00循环播放莫扎特音乐和噪音,空白对照组无外源声音干扰。试验14日每个重复挑选2头雌性仔猪进行旷场试验和新奇事物试验。试验29日,每个重复挑选1头雌性仔猪采集下丘脑、前额皮质、伏隔核、海马体和杏仁核样本,使用透射电子显微镜对海马体进行超微结构观察,对下丘脑进行转录组测序,并对测序结果进行生物信息学分析,筛选音乐和噪声刺激影响的分子和信号通路,并采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测各脑区部分差异基因的表达量。情绪测试结果显示,音乐组和噪音组的仔猪与对照组的仔猪相比表现得更活跃、探究地面次数增多、探究四壁行为减少、心率降低(p<0.05);音乐组仔猪发声频率与对照组相比有降低趋势但差异不显著(p=0.18),而噪音组仔猪发声频率降低(p<0.05)。脑组织形态学观察结果显示,音乐可以修复对照组及噪音组仔猪出现的海马组织细胞核核膜皱缩、线粒嵴减少、消失及轴索迂曲断裂等损伤,突触结构对称且数量明显增多;噪音组仔猪细胞核、线粒体及突触结构比对照组损伤轻微。转录组学差异表达基因分析结果表明,音乐组与对照组、噪音组与对照组以及音乐组和噪音组相比分别有115、99和84个差异基因(|log2FoldChange|>1,p<0.05),主要参与细胞组分、受体结合和离子转运。在聚类分析和主成分分析中音乐和噪音组各有一个样品相互混入,表明两种音乐刺激对仔猪的影响具有相似性,但在具体每个功能里面产生作用的基因有所不同。如在神经系统方面,音乐组差异基因主要富集在突触和神经元的结构和功能相关通路,噪音相关差异基因主要富集在神经系统发育通路上。采用qRT-PCR方法检测了 15个差异基因,与转录组测序结果一致。在GO注释中,与对照组相比,音乐组和噪音组分别发现36和34个差异表达基因,基因与行为反应、激素应答和神经系统发育等有关。其中多巴胺受体(DRD1)和食欲素受体(HCRTR2)在应对音乐刺激中起重要作用,并参与多种通路。KEGG富集分析结果表明,音乐刺激和噪音刺激对神经配体受体互作通路产生较大影响,选择出参与行为反应、情绪调节、生长调控、应激反应和离子通路等功能的9个差异基因,分别为速激肽前体1(TAC1)、HCRTR2、松弛素家族肽受体2(RXFP2)、生长激素抑制素受体2和3(SSTR2,3)、肾上腺素能受体α2C(ADRA2C))、凝血因子Ⅱ受体1(F2RL1)烟碱乙酰胆碱受体α-2(CHRNA2)、毒蕈碱乙酰胆碱受体4(CHRM4)。通过qRT-PCR检测这些基因在皮质-边缘系统中的表达情况,结果表明,与对照组相比,音乐组和噪音组仔猪在下丘脑、前额皮质、伏隔核、海马体和杏仁核组织的TAC1基因表达均既有上调又有下降,趋势不一致,但差异显著(p<0.05),SSTR3、SSTR2、CHRM4和HCRTR2基因表达量均上调(p<0.05),CHRNA2基因表达量呈下降趋势(p<0.05)。此外,F2RL1和ADRA2C基因分别为音乐组仔猪特有的上调和下调基因(p<0.05),RXFP2为噪音组仔猪特有的下调基因(p<0.05)。这表明,音乐和背景噪音均能够通过神经配体受体互作通路调控仔猪情绪反应,但大脑皮质-边缘系统的各组织中发挥作用的关键基因并不完全相同。总之,音乐刺激可以作为环境富集的一种方式改善仔猪的情绪状态、上调与仔猪行为相关基因的表达、调节激素水平并促进仔猪神经系统发育。神经内分泌系统对噪音刺激具有高度可塑性,噪音在短期内引起了仔猪的应激反应,但也促进了仔猪对噪音环境的适应性。下丘脑、海马、杏仁核、伏隔核和前额皮质通过神经配体受体互作通路上的关键基因调控音乐刺激影响的仔猪情绪反应。