仔豬腸道菌群的建立與影響因素

侍寶路， 王計偉， 劉春雪

（安佑生物科技集團股份有限公司，江蘇太倉215437）

仔豬腸道微生物生態(tài)系統(tǒng)的形成是一個動態(tài)的過程，新生仔豬從母體及分娩環(huán)境中獲得胃腸道菌系并形成相對穩(wěn)定的微生態(tài)環(huán)境 （Chen等，2018）；但在斷奶階段，由于斷奶引起的一系列應(yīng)激反應(yīng)及日糧成分改變，使腸道內(nèi)微生態(tài)環(huán)境發(fā)生劇烈變化（Gresse等，2017）。本文從仔豬腸道菌群的形成規(guī)律、影響因素和調(diào)控措施等方面，闡述仔豬腸道微生物與仔豬健康或疾病的關(guān)系，旨在為綠色健康養(yǎng)殖研究提供幫助。

1 仔豬腸道菌群的定植過程

仔豬剛出生便有微生物進入胃腸道中，在消化道內(nèi)的定植順序首先是需氧菌，然后是兼性厭氧菌，最后才是專性厭氧菌；而仔豬不同生長階段，其腸道內(nèi)菌群也會隨之發(fā)生變化。

1.1 哺乳期仔豬腸道菌群的定植 初生仔豬腸道定植菌群最先來源于母豬陰道和胃腸道。在不被干擾的情況下，首先定植的是大腸桿菌（E.coli）和鏈球菌（Streptococcus）等需氧性菌群，消耗腸道中氧氣，為隨后而來的擬桿菌（Bacteroides）、雙歧桿菌（Bifdobacterium）、梭菌（Clostridium）和乳桿菌（Lactobacillus）的定植創(chuàng)造厭氧條件（Petri等，2010；Konstantinov 等，2006）。 在出生 12 h 內(nèi)，每克結(jié)腸內(nèi)容物細(xì)菌數(shù)量可達109～1010，其中兼性厭氧菌以大腸菌群為主，但在48 h后被專性厭氧菌所取代，后者在結(jié)腸微生物菌落中占比達90%（Swords等，1993）。從出生到4日齡期間，仔豬腸道中首先存在的菌群主要包括大腸桿菌（E.coli）、梭菌（Clostridium）、梭桿菌（Fusobacterium）、鏈球菌（Streptococcus）和腸球菌（Enterococcus）等需氧性微生物，隨著菌群定植過程進行，乳桿菌（Lactobacillus）、擬桿菌（Bacteroides）、普雷沃氏菌（Prevotella）和瘤胃球菌（Ruminococcus）等厭氧菌的豐度增加（Kubasova，2017）。菌群在胃中及小腸前段的停留時間比在大腸段較短，難以附著和增殖，而在大腸中消化運輸較慢，故大腸中菌群數(shù)量和種類更多 （Hao等，2004）。大腸中厭氧菌為優(yōu)勢菌群，主要包括擬桿菌門（Bacteroides）、真菌（Eubacterium）、雙歧桿菌 （Bifidobacterium）、丙酸桿菌（Propionibacterium）、梭桿菌和（Fusobacterium）和梭菌（Clostridium）（Gaskins，2001）。 出生第 1 周，厭氧菌逐漸成為優(yōu)勢菌群，且這種菌群優(yōu)勢會一直保持在哺乳期 （Swords等，1993）。由于哺乳期攝入較為穩(wěn)定的母乳，腸道內(nèi)菌群的發(fā)酵底物較為穩(wěn)定，沒有強烈因子干擾，此階段仔豬腸道菌群逐漸穩(wěn)定下來（Konstantinov 等，2006）。

1.2 斷奶階段仔豬腸道菌群的定植 仔豬斷奶是其生長過程中的重要階段，日糧改變、生活方式和環(huán)境的變化及由斷奶引起的一系列應(yīng)激反應(yīng)，引起斷奶腹瀉（PWD），而引起PWD的關(guān)鍵因素之一即仔豬腸道菌群失衡。造成PWD最常見的因素是產(chǎn)腸毒素型（ETEC）大腸桿菌（E.coli）感染致病（Lalles等，2007b）。仔豬斷奶后，盲腸中腸桿菌（Enterobacteria）與乳桿菌（Lactobacilli）的比例上升 （Castillo等，2007）；豬腸道乳桿菌（Lactobacillus sobrius）、嗜酸乳酸菌（Lactobacillus acidophilus）和羅伊氏乳桿菌 （Lactobacillus reuteri）數(shù)量降低（Konstantinov 等，2006），梭菌（Clostridium）、普雷沃氏菌（Prevotella）和大腸桿菌（E.coli）等兼性厭氧菌數(shù)量增加（Gresse等，2017），腸道菌群多樣性降低，且抗生素生長促進劑（AGP）的使用會進一步降低菌群多樣性（Zhang等，2016），增加病原微生物在仔豬腸道中定植的幾率并引發(fā)疾?。‵ouhse等，2016）。有研究發(fā)現(xiàn)，易受ETEC型大腸桿菌感染的豬腸道菌群多樣性要低于不易感染的豬（Messori等，2013）。因此，多數(shù)研究將哺乳期仔豬腸道菌群組成和多樣性作為PWD感染系數(shù)指標(biāo)，但是能夠準(zhǔn)確預(yù)測到感染PDW的菌群基本特征還未清楚。有研究報道，與發(fā)生斷奶腹瀉的仔豬相比，未發(fā)生斷奶腹瀉的仔豬在出生第7天時，其腸道菌群均勻性較低，普雷沃氏菌（Prevotellaceae）、瘤胃球菌（Ruminocacaceae）和乳桿菌（Lactobacillaceae）的菌群豐度較高；通過回歸分析發(fā)現(xiàn)，這些細(xì)菌，與未腹瀉仔豬發(fā)生腹瀉前一周腸道中的高豐度擬桿菌（Bacteroidetes）有很強的關(guān)系（Dou 等，2017）。

雖然目前將哺乳動物腸道微生物失衡定義為專性厭氧菌如梭菌 （Clostridia）和擬桿菌（Bacteroidia）豐度明顯降低，兼性厭氧菌如腸桿菌（Enterobacteriaceae）的相對豐度增加（Winter等，2013），但是仔豬腸道微生態(tài)平衡的特征卻不完全清楚。不過某些益生菌在腸道中有益作用已為學(xué)者所共識，如腸道中乳桿菌（Lactobacillus）是仔豬疾病預(yù)防的主要參與者，其在斷奶過渡期間數(shù)量下降可導(dǎo)致疾病風(fēng)險的增加 （Konstantinov等，2006）。因此，在哺乳期和斷奶階段，降低大腸桿菌（E.coli）和梭菌（Clostridium）等致病菌的數(shù)量，促進乳桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifdobacterium）等益生菌在腸道內(nèi)的定植，可提高腸道免疫力，減少腹瀉發(fā)生，從而減少抗生素使用。

2 仔豬腸道菌群定植的影響因素

仔豬腸道菌群處于動態(tài)變化之中，且未達到穩(wěn)定狀態(tài)前，易受到各種因素影響，其中來自母豬的因素和分娩環(huán)境決定了仔豬出生后最先接觸的微生態(tài)環(huán)境，對整個哺乳期仔豬腸道菌群形成有著重要影響，仔豬日糧的組成、抗生素的使用、營養(yǎng)調(diào)控等也是影響仔豬腸道菌群建立的重要因素。

2.1 母豬和環(huán)境因素 微生物伴隨著仔豬出生由口腔進入仔豬消化道中生長繁殖。來自于母豬陰道、乳汁、乳頭和糞便的微生物最早進入仔豬消化道中，但來自乳汁和乳頭的菌群在哺乳期并未長期定植，母豬陰道和糞便中的菌群則更加容易定植（Chen 等，2018；Inman 等，2010）。 母豬可通過乳汁和糞便將雙歧桿菌（Bifidobacterium）、乳桿菌（Lactobacillus）、擬桿菌（Bacteroides）、副擬桿菌（Parabacteroides）和丁酸梭菌 （Clostridium Butyricum）等腸道厭氧菌傳遞給初生仔豬（Jost等，2014）。仔豬在哺乳期的營養(yǎng)來自于母乳，較為穩(wěn)定，母乳中的寡糖可促進仔豬腸道擬桿菌（Bacteroides）、乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的增殖，并在哺乳期結(jié)束時，形成母子相似的腸道微生態(tài)系統(tǒng)（Chen等，2018），但母乳成分的改變會造成仔豬腸道菌群的變化（Bian等，2016），在分娩前和哺乳期階段，可通過營養(yǎng)手段調(diào)節(jié)母豬的腸道微生態(tài)達到改善仔豬腸道菌群的目的（Starke 等，2013）。

分娩環(huán)境中的微生物同樣影響著仔豬腸道菌群的形成，最先進入仔豬腸道的菌群來自于分娩欄中的條形地板，雖然在哺乳期并未長期定植（Chen等，2018），但減少分娩欄病原菌的來源對初生仔豬腸道健康十分重要。生活在同一欄的仔豬菌群相似度，要高于來自于同一胎但分開飼養(yǎng)的仔豬腸道菌群相似度，這種同居環(huán)境效應(yīng)在3～4周齡時十分顯著 （Thompson等，2008）。仔豬階段的環(huán)境因素，對其在育肥階段腸道菌群結(jié)構(gòu)和免疫發(fā)育產(chǎn)生重大影響，且戶外田園的環(huán)境讓豬只獲得以乳桿菌（Lactobacilli）為主的健康腸道菌群（Mulder等，2009）。但是，關(guān)于母豬和環(huán)境因素對仔豬腸道菌群的影響卻不盡一致，Gerzova等（2015）通過統(tǒng)計研究發(fā)現(xiàn)，與生活在傳統(tǒng)室內(nèi)農(nóng)場的成年豬相比，生活在室外有機農(nóng)場的成年豬腸道中雙歧桿菌（Bifidobacterium）數(shù)量明顯增加，但兩者腸道微生物組成無顯著差異；Kubasova等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，1日齡和4日齡仔豬的腸道菌群結(jié)構(gòu)與母體不同，說明仔豬在剛出生短時間內(nèi)，腸道內(nèi)菌群變化劇烈，來自于母體和環(huán)境的影響因素較為復(fù)雜，需要進一步深入研究。

2.2 日糧營養(yǎng)成分 仔豬斷奶階段，日糧由易消化的液體乳汁轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰紫?、成分?fù)雜的固態(tài)飼料，其可引起腸道菌群劇烈變化。而不同來源和水平的蛋白質(zhì)和碳水化合物（尤其是膳食纖維）對斷奶仔豬腸道菌群的影響不同（Pieper等，2015）。可發(fā)酵碳水化合物能夠促進腸道乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌 （Bifidobacteria）的增長，從而增強對病原菌的定植抗性，增加腸道短鏈脂肪酸（SCFA）含量，有利于腸上皮細(xì)胞生長發(fā)育（Rist等，2013）。日糧中添加可溶性果膠和豆粕，仔豬回腸中乳桿菌（Lactobacillus）和普氏菌（Prevotella）豐度增加（Tian 等，2017）；而普氏菌（Prevotella）能夠增強機體糖代謝，促進糖原儲存，與日糧中纖維的消化有關(guān) （Kovatcheva-Datchary等，2015；Wu等，2011；De Filippo 等，2010）。在斷奶仔豬日糧中添加不可溶纖維，能夠促進纖維分解菌增殖，阻斷病原菌對腸黏膜的黏附（Molist等，2014），但要注意添加量，當(dāng)不可溶纖維（稻草、燕麥皮、甜菜渣、麥麩）添加量達到5%時，會降低仔豬回腸營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率，腹瀉率增加（Berrocoso等，2015）。

在日糧氨基酸平衡的基礎(chǔ)上，需要一定的蛋白質(zhì)濃度保證仔豬的生長發(fā)育。腸道微生物對蛋白質(zhì)的發(fā)酵是通過氧化還原反應(yīng)實現(xiàn)，即對氨基酸（AA）的脫氨和脫羧作用，這類腸道微生物包括大腸桿菌（E.coli）、鏈球菌（Streptococcus）、產(chǎn)氣莢膜梭菌（C.perfringens）、艱難梭菌（C.difficile）、脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）等。支鏈AA經(jīng)脫氨反應(yīng)后形成NH3、SCFA、和支鏈脂肪酸。而NH3與腸道毒素有關(guān)，可對小腸上皮細(xì)胞造成損傷（Davila等，2013），干擾結(jié)腸細(xì)胞對SCFA的氧化代謝作用（Blachier等，2007）。AA經(jīng)腸道微生物脫羧反應(yīng)產(chǎn)生一些如尸胺、組胺酪胺、色胺、甲胺、乙胺或丁胺等生物胺，高濃度生物胺造成仔豬腹瀉（Kroger等，2013）。 梭菌（Clostridiales）、擬桿菌（Bacteroides）、普氏菌（Prevotella）、腸桿菌（Enterobacteriaceae）和鏈球菌（Streptococcaceae）對蛋氨酸、半胱氨酸、牛磺酸等含硫氨基酸代謝產(chǎn)生苯酚、吲哚和對甲酚等物質(zhì)；H2S脫硫弧菌（Desulfovibrio）代謝產(chǎn)生H2S。蛋白質(zhì)來源方面，與豆粕和棉籽粕相比，魚粉會使斷奶仔豬小腸內(nèi)容物中埃希氏菌-志賀菌（Escherichia-Shigella）的數(shù)量明顯增加（Cao等，2016）。低蛋白質(zhì)日糧可提高腸道細(xì)菌中乳酸菌比例，降低斷奶仔豬腹瀉率 （Heo等，2013），這可能是由于可發(fā)酵纖維相關(guān)的菌群成為優(yōu)勢菌群，增殖代謝產(chǎn)生丁酸，增強了腸道免疫力（Opapeju 等，2009）。

腸道菌群對碳水化合物的發(fā)酵可能會減少對氨基酸的發(fā)酵（Lange等，2010），在斷奶仔豬日糧中添加甜菜渣、谷物纖維、抗性淀粉等，可以減少腸道菌群對蛋白質(zhì)的有害發(fā)酵（Pieper等，2014）；但日糧中粗蛋白質(zhì)含量、纖維的來源及腸道菌群對其發(fā)酵程度，決定了抑制蛋白質(zhì)發(fā)酵程度（Tudela等，2015）。因此，關(guān)于腸道微生態(tài)相關(guān)的可發(fā)酵蛋白質(zhì)與可發(fā)酵碳水化合物的最佳比例還不清楚，包括不同來源蛋白質(zhì)與纖維原料的物理特性（黏度和持水力等）和發(fā)酵特性，需要進一步深入研究（Pieper等，2015；Rist等，2013）。

2.3 抗生素 由于不同抗生素的抑菌譜不同，在使用過程對仔豬腸道菌群的影響也不同（Holman等，2014）。雖然健康腸道微生態(tài)系統(tǒng)的基本特征還不清楚，但長期使用AGP使具有抗性基因的致病菌在仔豬腸道內(nèi)富集，包括志賀氏菌（Shigella）、大腸桿菌（E.coli）和沙門氏菌（Salmonella），增加其定植和致病的幾率（Schokker等，2014）；對動物機體先天性免疫系統(tǒng)的長期抑制作用，使仔豬對疾病的敏感性增加（Menendez等，2013），動物生長后期抗生素使用幾率增加。因此，可通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)系統(tǒng)，增加機體共生菌群尤其是益生菌活力，為動物胃腸道提供保護，增強腸道免疫力，以減少抗生素的使用。

2.4 益生元和益生菌添加劑 益生元是一種不易被消化，易被腸道益生菌特別是雙歧桿菌（Bifdobacterium）和乳桿菌（Lactobacillus）代謝利用，調(diào)節(jié)腸道微生物組成和活性，對宿主產(chǎn)生有益生理效應(yīng)的化合物（Bindels等，2015）。益生元主要是指非淀粉低聚糖，常見的低聚果糖（FOS）和反式低聚半乳糖（tGOS），能夠促進短鏈脂肪酸（SCFA）產(chǎn)生菌的增殖，尤其是能夠產(chǎn)丁酸的乳酸菌，增加腸道丁酸濃度，降低腸道pH，抑制梭菌（Clostridiales）和腸桿菌（Enterobacteriaceae）生長（Ducatelle 等，2015）。目前已經(jīng)被確定的益生元包括：菊粉、FOS、tGOS、人乳寡糖（HMOs）；而具有益生元潛力的包括：抗性淀粉、果膠、阿拉伯木聚糖、全谷物、日糧中纖維和可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群來發(fā)揮益生作用的不易消化的碳水化合物（Bindels等，2015）。益生元作為腸道菌群特有的“食物”，不同的益生元來源，其在腸道中發(fā)揮作用的位置，對腸道菌群的選擇性，可被發(fā)酵程度以及在仔豬日糧中的最適添加量等值得系統(tǒng)性地研究。

益生菌是指飼喂足夠的量，能夠給宿主帶來好處的活性微生物（Hill等，2014）。這種“好處”表現(xiàn)為促進腸道內(nèi)益生菌的生長，形成競爭性優(yōu)勢，酸化腸道，抑制病原體生長和定植，提高腸黏膜免疫，乳酸菌如乳桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）、 腸球菌 （Enterococcus）、 鏈球菌（Streptococcus）、益生芽孢桿菌（Bacillus）和酵母菌（Saccharomyces）已被廣泛應(yīng)用于斷奶仔豬日糧中。豬源乳桿菌（Lactobacillus）能夠降低斷奶仔豬腸道中腸桿菌（Enterobacteriaceae）的豐度（Pieper等，2010）；羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）可促進哺乳仔豬腸道雙歧桿菌的增殖，降低腸道pH，降低大腸桿菌（E.coli）的豐度（Hou 等，2015）；枯草芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌通過對病原菌的競爭排除，分泌抗菌化合物，抑制病原菌的生長，同時生長代謝過程中消耗腸道中氧氣，促進腸道乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的增殖（Li等，2018），芽孢桿菌在實際飼料生產(chǎn)中應(yīng)用更強。但是有研究報道，鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）并沒有對遭受ETEC型大腸桿菌（E.coli）感染的斷奶仔豬發(fā)揮益生作用（Li等，2012c）；而且不同來源的腸道微生物會破壞哺乳仔豬自身菌群生態(tài)平衡，損害腸道健康（Diao等，2018）。因此，未來關(guān)于益生菌的應(yīng)用研究應(yīng)更多聚焦在使用階段、作用機理、有效劑量和應(yīng)用方式方面。

2.5 其他添加劑 畜牧業(yè)實際生產(chǎn)中，氧化鋅能夠預(yù)防仔豬斷奶腹瀉已被證實并廣泛使用，但過高的使用量會造成環(huán)境污染。低劑量的納米ZnO與高劑量普通ZnO相比，養(yǎng)殖效果相似或更好（Wang等，2017）。高劑量ZnO可降低腸道中腸桿菌（Enterobacteriaceae）、埃希氏桿菌（Escherichia）和部分乳桿菌（Lactobacillus）（Starke 等，2014），但有不盡一致的研究結(jié)果，其中乳酸菌影響存在種屬特性（Vahjen 等，2011；Hojberg 等，2005），這可能與研究的腸道部位不同有關(guān)。

植物精油作為一種綠色添加劑具有良好的抗菌和抗病毒效果，能夠增加仔豬腸道中乳桿菌（Lactobacillus）數(shù)量，降低大腸桿菌（E.coli）和腸球菌（Enterococcus）的數(shù)量（Zeng 等，2015），但某些植物精油的長期使用會有利于高抗性大腸桿菌菌株的出現(xiàn)（Chueca等，2016），而且其抗菌活性與精油的成分和來源有關(guān)，不同成分和來源的精油，其對益生菌和病原菌表現(xiàn)出的抑菌程度不同（Ambrosio等，2017）。除常見的ZnO和植物精油外，有機酸、酶制劑和中草藥添加劑在腸道菌群中也發(fā)揮著重要作用，但實際生產(chǎn)中需要更加深入地研究，如有機酸的包被，中草藥毒性等。

3 展望

自然界的微生物與動物進化至今，形成一種復(fù)雜的互利共生關(guān)系。目前，對于豬腸道微生物的應(yīng)用研究更多是聚焦在如何減少豬腸道中病原菌的數(shù)量，而忽略了動物本身腸道微生物與動物健康相關(guān)的功能。目前許多應(yīng)用問題值得我們深入研究，如關(guān)于人的腸-腦軸對機體內(nèi)分泌和微生態(tài)的影響已經(jīng)有很多研究，豬的應(yīng)激反應(yīng)是否對腸道微生態(tài)有影響；豬腸道微生態(tài)平衡所具備的菌群基本特征是什么；腸道微生物組分間的共生機制等。

飼用抗生素和ZnO能夠有效預(yù)防仔豬腹瀉，但濫用會造成環(huán)境污染和食品安全等問題。隨著環(huán)保要求的嚴(yán)格，尋找綠色無污染的添加劑，如何設(shè)計合適的日糧配方，改善飼養(yǎng)衛(wèi)生條件，提高腸道天然免疫力，減少抗生素的使用，是畜牧業(yè)面對的重要研究課題，所以，腸道菌群初始定植和斷奶階段是一個很好的調(diào)節(jié)窗口。

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