2020“颐和”青年奖推荐青年学者—中国农业大学教授曹志军博士

导语：“创新、变革、破局”，进入新时代，为进一步深化“三个面向”，推进动物营养学术交流，助力青年人才成长，“颐和青年奖”活动应运而生，来自农业农村部动物营养与饲料学科群重点实验室下属27个成员单位的青年学者们将向行业一一呈现他们近几年来的重大研究成果。他们的努力、付出和收获将是新时代动物营养人不断开拓创新的完美诠释!

曹志军博士

农业农村部饲料安全与生物学效价

重点实验室推荐青年学者

个人简介

中国农业大学教授、博士生导师，动科学院党委副书记，主要从事奶牛营养与牛奶质量研究工作。2007 年获得中国农业大学博士学位，其中 2006 年 6 月-10 月南达科他州立大学和威斯康辛大学麦迪逊分校联合培养，2010 年 3 月-2011 年 5 月康奈尔大学访问教授。入选“万人计划”青年拔尖人才和北京科技新星。担任《养牛》杂志主编，Animals，Advances in Dairy Research 编委，中国畜牧兽医学会养牛学分会常务理事兼副秘书长;2016 年发起中国后备奶牛培育协作创新平台。获教育部科技进步一等奖(排名 1)，北京市高等教育教学成果一等奖(排名 1)新疆科技进步二等奖(排名 1)，国家科技进步二等奖(排名 5);主持制定首部国家标准《后备奶牛饲养技术规范》，成果入选农业部主推技术 3 项，第一或通讯作者发表文章 65 篇(其中 SCI 收录 41 篇，国际权威杂志 J Dairy Sci 11 篇);入选 J Dairy Sci Author Loyalty Rewards，2 次入选 J Dairy Sci 亮点文章(通讯作者)。

成果概述

近五年，曹志军以通讯作者发表 SCI 论文 25 篇，其中 8 篇发表在国际权威期刊 J Dairy Sci，获发明专利 2 项(排名 1)。主持制定国家标准《后备奶牛饲养技术规范》(2018 年，排名 1)，成果入选农业部主推技术 2 项(排名 1)。担任 Hoard’s Dairyman China 主编，Animals, Advances in Dairy Research 编委。入选国家万人计划青年拔尖人才，获教育部科技进步一等奖(2019，排名1)、北京市高等教育教学成果一等奖(2018，排名 1)、新疆科技进步二等奖(2015，排名 1)和国家科技进步二等奖(2014，排名 5)。

代表性成果如下：

(1)明确围产前期母牛采食量限制机理，构建围产期能量代谢调控技术

针对奶牛产后能量负平衡引起的代谢病高发和生产性能下降的世界性难题， 首次发现限制围产前期母牛采食量的主要因素是日粮能量水平过高而不是瘤胃容积变小，产前能量限饲可使产后肝脏丙酮酸羧化酶活性提高 44%，皮下脂肪激素敏感脂酶活性显著降低 47%，降低了血液 NEFA 和 β-羟基丁酸浓度，从而促进肝脏糖异生和抑制脂肪动员，有效改善奶牛产后能量负平衡。研究开发了 产后利用膨化大豆快速恢复能量平衡技术，泌乳早期产奶量提高 5%-10%(J Dairy Sci 2015,98:7115-30)。

针对奶牛产后应激、免疫力低和初乳质量差的问题，研发了以酵母培养物为主效成分的复合免疫增强剂，饲喂后奶牛免疫力显著增强，血液嗜中性粒细胞吞噬病原菌能力提升 27%-40%，趋化因子 CXCL8 和黏附因子SELL 表达显著上调，初乳免疫球蛋白 IgG 产量提高 17%-33%，为优质初乳生产奠定了基础(J Dairy Sci 2017,100:7549-55)。

(2)阐明关键营养源对犊牛发育的调控机制，建立奶牛“母子一体化”基础理论和实践模式

首次发现犊牛出生后立即饲喂 4 L 高质量初乳(IgG>50 g/L)可增加肠道绒毛长度、隐窝深度，促进肠道发育，血清 IgG 含量提高 56%，犊牛 100%成功获得被动免疫(J Dairy Sci 2015,98:7153-63);在国内首次建立了犊牛“1-2- 4”(出生 1h 内饲喂初乳、母牛 2h 内挤初乳、饲喂量 4L)初乳管理与灌服体系。

针对酵母培养物调控犊牛健康和缓解腹泻的生理机制存在争议的科学问题，通过瘤胃微生物组首次发现酵母培养物能引起新生犊牛瘤胃内丁酸弧菌属和普氏菌属丰度的变化，从而促进丁酸的分泌，进一步促进瘤胃上皮的发育(J Dairy Sci 2016,99:5401-12;J Dairy Sci 2017,100:1189-99)。

针对牛场普遍存在异常乳如何处理利用的争议问题，首次发现饲喂异常乳可显著提高犊牛肠道 IL-1β 等炎症因子，但经酸化处理后可促进胃肠道黏膜上皮发育，增加双歧杆菌属和巨单胞菌属有益菌定植，提高开食料采食量 56%， 解决了有效利用异常乳培育犊牛的产业现实问题(J Dairy Sci 2019,102:2298- 2317，亮点文章)。

基于以上成果，构建了兼顾母子需求的奶牛“母子一体化”理论和实践模式。并联合国内 22 家高校和企业以及康奈尔大学等国外知名高校，创立国内首个产学研融合“国际后备奶牛培育协作创新平台”。核心成果获得 2019 年教育部科技进步一等奖。

成果代表性论文

1、Effects of antibiotic residues in milk on growth, ruminal fermentation and microbial community of pre-weaning dairy calves

摘要：本试验旨在探究微量抗生素对犊牛的生长、瘤胃发酵和微生物区系的影响。选用 20 头健康的新生荷斯坦公犊牛平均分配到两个处理组中：对照组(CON)代乳粉中不添加抗生素，混合抗生素组(FA)代乳粉中添加 4 种抗生素(0.024mg/L 青霉素、0.025mg/L 链霉素、0.1mg/L 四环素、0.33mg/L 头孢噻呋)。饲养期为 35 天，每天记录每头犊牛开食料采食量并进行粪便评分。于 1、7、14、21、28、35 日龄晨饲前测量每头犊牛的体重、体高、体斜长和胸围。于 1、7、21、35 日龄晨饲前采集每头犊牛颈静脉血液用于血液指标分析。于 15、25、35 日龄晨饲后 4h 采集每头犊牛瘤胃液，用于测定瘤胃液 pH 值、VFA 浓度和氨态氮浓度。于 35 日龄时，每组选取 5 头犊牛采集瘤胃液和粪便，用于测定微生物区系。每组选取 8 头犊牛于 35 日龄屠宰，采集瘤胃背部前侧和腹部前侧的上皮样本用于切片制作。

结果表明 FA 处理对犊牛的开食料采食量、体重、日增重和腹泻频率无显著影响。FA 对瘤胃VFA 浓度有显著影响，FA 处理的乙酸浓度极显著地高于对照组微量抗生素对瘤胃上皮形态有极显著影响，FA 处理瘤胃背部前侧的乳头长度极显著地高于对照组。

在微生物区系结果方面，FA 处理对瘤胃和粪便的微生物多样性无显著影响。FA 处理粪便中梭杆菌门(Fusobacteria)的占比显著低于 CON 组。在属水平上，FA 处理瘤胃中产乙酸菌属(Acetitomaculum)的比例显著大于 CON 组。

综上，犊牛采食抗生素牛奶降低了瘤胃和肠道中菌群的多样性，抑制梭杆菌的产生，从而降低瘤胃中乙酸的浓度，一定程度上阻碍了瘤胃的发育。进一步跟踪试验牛 3 年发现， 微量抗生素会对犊牛成年后产奶量下降 5-10%，降低其后代母犊初生重 1.7kg。

关键词：犊牛，抗生素，瘤胃发酵，微生物区系

2、Effects of Saccharomyces Cerevisiae Fermentation Products on Dairy Calves Ruminal Fermentation, Gastrointestinal Morphology and Microbial Community

摘要：本试验旨在将酵母培养物加入日粮(开食料和牛奶)中，探究其对 56 日龄前犊牛瘤胃发酵、胃肠道形态发育和微生物区系的影响。30 头新生荷斯坦公犊按照随机区组设计分配到 3 个处理组中，对照组开食料中不含酵母培养物，处理 1 和 2 中分别含有 0.5%和 1%，同时处理 1 和处理 2 自犊牛 2 日龄到 30 日龄，每日在每头牛的牛奶中加入 1g 酵母培养物， 开食料与水自犊牛 4 日龄起自由采食。所有犊牛在出生后 1 小时内灌服 4L 初乳，此后每日饲喂两次牛奶，56 日龄断奶。通过小动物瘤胃液采集器收集瘘管采集 28、56 日龄犊牛晨饲4 小时后的瘤胃液，测定 pH 值、氨态氮、挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)。随机选择 15 头(每组 5 头)公犊，在 56 日龄屠宰，测定复胃器官重量和胃肠道绒毛发育情况。在瘤胃中的 5 个不同区域采样进行瘤胃乳头长度(papilla length, PL)和乳头宽度(papilla width, PW)的测量，同时测量十二指肠、空肠、回肠各段的绒毛高度(villus height, VH)，绒毛宽度(villus width, VW)，隐窝深度 (crypt depth, CD)及绒毛高度与隐窝深度比值(villus height to crypt depth ratio, VCR)，来衡量瘤胃乳头和小肠绒毛的形态发育情况。应用 16s rRNA 测序技术测定胃肠道微生物区系的变化。

结果表明瘤胃 pH 值、氨态氮、总 VFA 以及复胃各器官重量不受处理的影响，但日粮添加 SC 能够促进瘤胃液中丁酸浓度，可能与瘤胃内丁酸弧菌属的增加和普雷沃氏菌属的降低有关。同时，瘤胃中 PL 也较对照组有所提高。SC 对 VH 和 VW 没有影响，但却能极显著减少空肠的 CD，并提高小肠各段中 VCR 值，高浓度处理组(1%)效果更为显著。综上所述，在犊牛日粮中添加 SC 能够增加丁酸分泌，促进其胃肠道的发育，可能的原因是瘤胃中丁酸弧菌属的增加，并且添加较高剂量的 SC 促进效果更显著。

综上，通过对瘤胃微生物组学研究，首次发现酵母培养物能引起新生犊牛瘤胃内丁酸弧菌属和普氏菌属丰度的变化，从而促进丁酸的分泌，进一步促进瘤胃上皮的发育，并且第一次探究酵母培养物对小肠绒毛形态的影响，发现酵母培养物提高了十二指肠、空肠和回肠的小肠高度与阴窝深度的比值，促进了肠道的发育。对全消化道 16S rRNA 测序证实酵母培养物同样能改变消化道后端微生物的区系，进而降低犊牛腹泻率。

关键词：犊牛，酵母培养物(SC)，瘤胃发酵，胃肠道发育, 微生物区

3、Colostrum quality affects immune system establishment and intestinal development of neonatal calves

摘要：该试验研究初乳品质对新生犊牛被动免疫转移、血液指标及肠道发育的影响。选取二胎荷斯坦奶牛所产的公犊牛 24 头，随机分成 3 组(每组 8 头)，分别为初乳组(出生后立即灌服高品质初乳，IgG 含量为 70.4 mg/ml)、过渡乳组(出生后立即灌服过渡乳，IgG 含量为 38.6 mg/ml)和常乳组(出生后立即灌服常乳，IgG 含量为 0.6 mg/ml)。第 1 天分别在0 h(灌服初乳前)、灌服初乳后 1 h、2 h、4 h、8 h 进行采血;第 2 天、第 3 天以及第 7 天，分别在 0 h(晨饲前)、晨饲后 1 h、2 h、4 h、8 h 进行采血。测定血液中与生长、免疫及抗氧化作用相关的指标，试验期为 7 天。在 8 日龄进行屠宰取样。分别制作十二指肠、空肠和回肠的组织切片，对犊牛肠道组织形态学进行观察。

结果表明：与过渡乳组和常乳组犊牛相比，出生后立即饲喂初乳可显著提高犊牛血清中TP 和 IgG 的含量，使犊牛成功获得被动免疫。与过渡乳组和常乳组犊牛相比，出生后立即饲喂初乳可显著提高犊牛血清中 ALB(白蛋白，Albumin)的含量，但对血浆中 GH(生长激素，Growth Hormone)和 GC(胰高血糖素，Glucagon)含量的变化无明显规律;与常乳组犊牛相比，初乳和过渡乳均可显著提高犊牛血清中C3、C4(补体)的含量，但初乳组和过渡乳组之间差异不显著;与过渡乳组和常乳组犊牛相比，出生后立即饲喂初乳可显著提高犊牛血清中 SOD(超氧化物歧化酶)的含量，并且抑制血清中 MDA(丙二醛)的生成。

与过渡乳组和常乳组犊牛相比，出生后立即饲喂初乳可显著促进小肠绒毛长度和宽度的增加，提高V/C 比值(绒毛长与隐窝深比值)，促进犊牛肠道发育。

综上，首次发现犊牛出生后立即饲喂 4 L 高质量初乳(IgG>50 g/L)可增加肠道绒毛长度、隐窝深度，促进肠道发育，血清 IgG 含量提高 56%，犊牛 100%成功获得被动免疫。

关键词：初乳，免疫球蛋白吸收，免疫与抗氧化，肠道发育，新生犊牛