導語：“創新、變革、破局”，進入新時代，為進一步深化“三個面向”，推進動物營養學術交流，助力青年人才成長，“頤和青年獎”活動應運而生，來自農業農村部動物營養與飼料學科群重點實驗室下屬27個成員單位的青年學者們將向行業一一呈現他們近幾年來的重大研究成果。他們的努力、付出和收穫將是新時代動物營養人不斷開拓創新的完美詮釋!
曹志軍博士
農業農村部飼料安全與生物學效價
重點實驗室推薦青年學者
個人簡介
中國農業大學教授、博士生導師，動科學院黨委副書記，主要從事奶牛營養與牛奶質量研究工作。2007 年獲得中國農業大學博士學位，其中 2006 年 6 月-10 月南達科他州立大學和威斯康辛大學麥迪遜分校聯合培養，2010 年 3 月-2011 年 5 月康奈爾大學訪問教授。入選“萬人計劃”青年拔尖人才和北京科技新星。擔任《養牛》雜誌主編，Animals，Advances in Dairy Research 編委，中國畜牧獸醫學會養牛學分會常務理事兼副秘書長;2016 年發起中國後備奶牛培育協作創新平臺。獲教育部科技進步一等獎(排名 1)，北京市高等教育教學成果一等獎(排名 1)新疆科技進步二等獎(排名 1)，國家科技進步二等獎(排名 5);主持制定首部國家標準《後備奶牛飼養技術規範》，成果入選農業部主推技術 3 項，第一或通訊作者發表文章 65 篇(其中 SCI 收錄 41 篇，國際權威雜誌 J Dairy Sci 11 篇);入選 J Dairy Sci Author Loyalty Rewards，2 次入選 J Dairy Sci 亮點文章(通訊作者)。
成果概述
近五年，曹志軍以通訊作者發表 SCI 論文 25 篇，其中 8 篇發表在國際權威期刊 J Dairy Sci，獲發明專利 2 項(排名 1)。主持制定國家標準《後備奶牛飼養技術規範》(2018 年，排名 1)，成果入選農業部主推技術 2 項(排名 1)。擔任 Hoard’s Dairyman China 主編，Animals, Advances in Dairy Research 編委。入選國家萬人計劃青年拔尖人才，獲教育部科技進步一等獎(2019，排名1)、北京市高等教育教學成果一等獎(2018，排名 1)、新疆科技進步二等獎(2015，排名 1)和國家科技進步二等獎(2014，排名 5)。
代表性成果如下：
(1)明確圍產前期母牛採食量限制機理，構建圍產期能量代謝調控技術
針對奶牛產後能量負平衡引起的代謝病高發和生產性能下降的世界性難題， 首次發現限制圍產前期母牛採食量的主要因素是日糧能量水平過高而不是瘤胃容積變小，產前能量限飼可使產後肝臟丙酮酸羧化酶活性提高 44%，皮下脂肪激素敏感脂酶活性顯著降低 47%，降低了血液 NEFA 和 β-羥基丁酸濃度，從而促進肝臟糖異生和抑制脂肪動員，有效改善奶牛產後能量負平衡。研究開發了 產後利用膨化大豆快速恢復能量平衡技術，泌乳早期產奶量提高 5%-10%(J Dairy Sci 2015,98:7115-30)。
針對奶牛產後應激、免疫力低和初乳質量差的問題，研發了以酵母培養物為主效成分的複合免疫增強劑，飼餵後奶牛免疫力顯著增強，血液嗜中性粒細胞吞噬病原菌能力提升 27%-40%，趨化因子 CXCL8 和黏附因子SELL 表達顯著上調，初乳免疫球蛋白 IgG 產量提高 17%-33%，為優質初乳生產奠定了基礎(J Dairy Sci 2017,100:7549-55)。
(2)闡明關鍵營養源對犢牛發育的調控機制，建立奶牛“母子一體化”基礎理論和實踐模式
首次發現犢牛出生後立即飼餵 4 L 高質量初乳(IgG>50 g/L)可增加腸道絨毛長度、隱窩深度，促進腸道發育，血清 IgG 含量提高 56%，犢牛 100%成功獲得被動免疫(J Dairy Sci 2015,98:7153-63);在國內首次建立了犢牛“1-2- 4”(出生 1h 內飼餵初乳、母牛 2h 內擠初乳、飼餵量 4L)初乳管理與灌服體系。
針對酵母培養物調控犢牛健康和緩解腹瀉的生理機制存在爭議的科學問題，通過瘤胃微生物組首次發現酵母培養物能引起新生犢牛瘤胃內丁酸弧菌屬和普氏菌屬丰度的變化，從而促進丁酸的分泌，進一步促進瘤胃上皮的發育(J Dairy Sci 2016,99:5401-12;J Dairy Sci 2017,100:1189-99)。
針對牛場普遍存在異常乳如何處理利用的爭議問題，首次發現飼餵異常乳可顯著提高犢牛腸道 IL-1β 等炎症因子，但經酸化處理後可促進胃腸道黏膜上皮發育，增加雙歧桿菌屬和巨單胞菌屬有益菌定植，提高開食料採食量 56%， 解決了有效利用異常乳培育犢牛的產業現實問題(J Dairy Sci 2019,102:2298- 2317，亮點文章)。
基於以上成果，構建了兼顧母子需求的奶牛“母子一體化”理論和實踐模式。並聯合國內 22 家高校和企業以及康奈爾大學等國外知名高校，創立國內首個產學研融合“國際後備奶牛培育協作創新平臺”。核心成果獲得 2019 年教育部科技進步一等獎。
成果代表性論文
1、Effects of antibiotic residues in milk on growth, ruminal fermentation and microbial community of pre-weaning dairy calves
摘要：本試驗旨在探究微量抗生素對犢牛的生長、瘤胃發酵和微生物區系的影響。選用 20 頭健康的新生荷斯坦公犢牛平均分配到兩個處理組中：對照組(CON)代乳粉中不添加抗生素，混合抗生素組(FA)代乳粉中添加 4 種抗生素(0.024mg/L 青黴素、0.025mg/L 鏈黴素、0.1mg/L 四環素、0.33mg/L 頭孢噻呋)。飼養期為 35 天，每天記錄每頭犢牛開食料採食量並進行糞便評分。於 1、7、14、21、28、35 日齡晨飼前測量每頭犢牛的體重、體高、體斜長和胸圍。於 1、7、21、35 日齡晨飼前採集每頭犢牛頸靜脈血液用於血液指標分析。於 15、25、35 日齡晨飼後 4h 採集每頭犢牛瘤胃液，用於測定瘤胃液 pH 值、VFA 濃度和氨態氮濃度。於 35 日齡時，每組選取 5 頭犢牛採集瘤胃液和糞便，用於測定微生物區系。每組選取 8 頭犢牛於 35 日齡屠宰，採集瘤胃背部前側和腹部前側的上皮樣本用於切片製作。
結果表明 FA 處理對犢牛的開食料採食量、體重、日增重和腹瀉頻率無顯著影響。FA 對瘤胃VFA 濃度有顯著影響，FA 處理的乙酸濃度極顯著地高於對照組微量抗生素對瘤胃上皮形態有極顯著影響，FA 處理瘤胃背部前側的乳頭長度極顯著地高於對照組。
在微生物區繫結果方面，FA 處理對瘤胃和糞便的微生物多樣性無顯著影響。FA 處理糞便中梭桿菌門(Fusobacteria)的佔比顯著低於 CON 組。在屬水平上，FA 處理瘤胃中產乙酸菌屬(Acetitomaculum)的比例顯著大於 CON 組。
綜上，犢牛採食抗生素牛奶降低了瘤胃和腸道中菌群的多樣性，抑制梭桿菌的產生，從而降低瘤胃中乙酸的濃度，一定程度上阻礙了瘤胃的發育。進一步跟蹤試驗牛 3 年發現， 微量抗生素會對犢牛成年後產奶量下降 5-10%，降低其後代母犢初生重 1.7kg。
關鍵詞：犢牛，抗生素，瘤胃發酵，微生物區系
2、Effects of Saccharomyces Cerevisiae Fermentation Products on Dairy Calves Ruminal Fermentation, Gastrointestinal Morphology and Microbial Community
摘要：本試驗旨在將酵母培養物加入日糧(開食料和牛奶)中，探究其對 56 日齡前犢牛瘤胃發酵、胃腸道形態發育和微生物區系的影響。30 頭新生荷斯坦公犢按照隨機區組設計分配到 3 個處理組中，對照組開食料中不含酵母培養物，處理 1 和 2 中分別含有 0.5%和 1%，同時處理 1 和處理 2 自犢牛 2 日齡到 30 日齡，每日在每頭牛的牛奶中加入 1g 酵母培養物， 開食料與水自犢牛 4 日齡起自由採食。所有犢牛在出生後 1 小時內灌服 4L 初乳，此後每日飼餵兩次牛奶，56 日齡斷奶。通過小動物瘤胃液採集器收集瘻管採集 28、56 日齡犢牛晨飼4 小時後的瘤胃液，測定 pH 值、氨態氮、揮發性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)。隨機選擇 15 頭(每組 5 頭)公犢，在 56 日齡屠宰，測定復胃器官重量和胃腸道絨毛髮育情況。在瘤胃中的 5 個不同區域採樣進行瘤胃乳頭長度(papilla length, PL)和乳頭寬度(papilla width, PW)的測量，同時測量十二指腸、空腸、迴腸各段的絨毛高度(villus height, VH)，絨毛寬度(villus width, VW)，隱窩深度 (crypt depth, CD)及絨毛高度與隱窩深度比值(villus height to crypt depth ratio, VCR)，來衡量瘤胃乳頭和小腸絨毛的形態發育情況。應用 16s rRNA 測序技術測定胃腸道微生物區系的變化。
結果表明瘤胃 pH 值、氨態氮、總 VFA 以及復胃各器官重量不受處理的影響，但日糧添加 SC 能夠促進瘤胃液中丁酸濃度，可能與瘤胃內丁酸弧菌屬的增加和普雷沃氏菌屬的降低有關。同時，瘤胃中 PL 也較對照組有所提高。SC 對 VH 和 VW 沒有影響，但卻能極顯著減少空腸的 CD，並提高小腸各段中 VCR 值，高濃度處理組(1%)效果更為顯著。綜上所述，在犢牛日糧中添加 SC 能夠增加丁酸分泌，促進其胃腸道的發育，可能的原因是瘤胃中丁酸弧菌屬的增加，並且添加較高劑量的 SC 促進效果更顯著。
綜上，通過對瘤胃微生物組學研究，首次發現酵母培養物能引起新生犢牛瘤胃內丁酸弧菌屬和普氏菌屬丰度的變化，從而促進丁酸的分泌，進一步促進瘤胃上皮的發育，並且第一次探究酵母培養物對小腸絨毛形態的影響，發現酵母培養物提高了十二指腸、空腸和迴腸的小腸高度與陰窩深度的比值，促進了腸道的發育。對全消化道 16S rRNA 測序證實酵母培養物同樣能改變消化道後端微生物的區系，進而降低犢牛腹瀉率。
關鍵詞：犢牛，酵母培養物(SC)，瘤胃發酵，胃腸道發育, 微生物區
3、Colostrum quality affects immune system establishment and intestinal development of neonatal calves
摘要：該試驗研究初乳品質對新生犢牛被動免疫轉移、血液指標及腸道發育的影響。選取二胎荷斯坦奶牛所產的公犢牛 24 頭，隨機分成 3 組(每組 8 頭)，分別為初乳組(出生後立即灌服高品質初乳，IgG 含量為 70.4 mg/ml)、過渡乳組(出生後立即灌服過渡乳，IgG 含量為 38.6 mg/ml)和常乳組(出生後立即灌服常乳，IgG 含量為 0.6 mg/ml)。第 1 天分別在0 h(灌服初乳前)、灌服初乳後 1 h、2 h、4 h、8 h 進行採血;第 2 天、第 3 天以及第 7 天，分別在 0 h(晨飼前)、晨飼後 1 h、2 h、4 h、8 h 進行採血。測定血液中與生長、免疫及抗氧化作用相關的指標，試驗期為 7 天。在 8 日齡進行屠宰取樣。分別製作十二指腸、空腸和迴腸的組織切片，對犢牛腸道組織形態學進行觀察。
結果表明：與過渡乳組和常乳組犢牛相比，出生後立即飼餵初乳可顯著提高犢牛血清中TP 和 IgG 的含量，使犢牛成功獲得被動免疫。與過渡乳組和常乳組犢牛相比，出生後立即飼餵初乳可顯著提高犢牛血清中 ALB(白蛋白，Albumin)的含量，但對血漿中 GH(生長激素，Growth Hormone)和 GC(胰高血糖素，Glucagon)含量的變化無明顯規律;與常乳組犢牛相比，初乳和過渡乳均可顯著提高犢牛血清中C3、C4(補體)的含量，但初乳組和過渡乳組之間差異不顯著;與過渡乳組和常乳組犢牛相比，出生後立即飼餵初乳可顯著提高犢牛血清中 SOD(超氧化物歧化酶)的含量，並且抑制血清中 MDA(丙二醛)的生成。
與過渡乳組和常乳組犢牛相比，出生後立即飼餵初乳可顯著促進小腸絨毛長度和寬度的增加，提高V/C 比值(絨毛長與隱窩深比值)，促進犢牛腸道發育。
綜上，首次發現犢牛出生後立即飼餵 4 L 高質量初乳(IgG>50 g/L)可增加腸道絨毛長度、隱窩深度，促進腸道發育，血清 IgG 含量提高 56%，犢牛 100%成功獲得被動免疫。
關鍵詞：初乳，免疫球蛋白吸收，免疫與抗氧化，腸道發育，新生犢牛
發明專利
獲獎證書
國家標準&主推技術
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