仔豬早期腸道微生物變化特點(diǎn)及飼養(yǎng)管理措施

■劉作華 杜 蕾 齊仁立*

（1.重慶市畜牧科學(xué)院，重慶402460；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部養(yǎng)豬科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶402460；3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京100094）

1 豬的腸道微生物及其生理功能

動(dòng)物腸道中寄生著大量的微生物，包括細(xì)菌、病毒和真菌等，它們與宿主形成穩(wěn)定的共生關(guān)系。作為最主要的消化道微生物，細(xì)菌在宿主腸道中發(fā)揮著重要的生理調(diào)控作用，很大程度上決定了宿主的消化能力、腸道免疫和健康水平[1]。

近年來(lái)，隨著宏基因組等高通量組學(xué)分析技術(shù)的普及，我們對(duì)于豬腸道微生物的認(rèn)識(shí)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。通常認(rèn)為胚胎期的仔豬是無(wú)菌狀態(tài)，仔豬出生后消化道內(nèi)立即定植了大量細(xì)菌。不同生長(zhǎng)階段的豬腸道菌群組成存在明顯差異[2]。新生仔豬消化道中擬桿菌門占主要地位，隨著豬的生長(zhǎng)厚壁菌門比例增加，擬桿菌門比例減少[3]。成年后，豬的腸道微生物數(shù)量達(dá)到1012CFU/g 以上，90%以上的細(xì)菌來(lái)自厚壁菌門（Firmicutes），擬桿菌門（Bacteroidetes）和變形菌門（Proteobacteria）[4-5]。在豬的消化道不同部位微生物的數(shù)量和種類也有明顯區(qū)別。豬大腸（結(jié)腸、直腸和盲腸）中微生物的絕對(duì)數(shù)量、豐富度和多樣性都顯著高于小腸（十二指腸、空腸和回腸），并且小腸的微生物組成更易波動(dòng)和變化[6]。通常，大腸中優(yōu)勢(shì)菌是厚壁菌門和變形菌門，而小腸中厚壁菌門和擬桿菌門占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[4-5]。不同品種的豬腸道菌群也有差異，研究發(fā)現(xiàn)金華豬腸道中特有Roseburiaintestinali與Eubacteriummoniliforme兩種產(chǎn)丁酸菌，而長(zhǎng)白豬獨(dú)有加氏乳桿菌NCC 533（Lactobacillus johnsoniiNCC 533）和羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）兩株乳酸菌[7]。

腸道菌群可以為宿主動(dòng)物提供許多有益的功能，包括：降解宿主不可消化的纖維和多糖、產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸、回收膽鹽，合成維生素K 和外源性堿性磷酸酶，刺激腸道黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟等[8-9]。腸道微生物的組成與豬生理穩(wěn)態(tài)和代謝平衡密切相關(guān)。腸道菌通過(guò)“微生物-腸-腦”的交流直接或間接地影響宿主食欲（采食量）、能量周轉(zhuǎn)平衡、器官發(fā)育（肌肉和脂肪等）和疾病的發(fā)生[10-12]，決定了豬的飼料轉(zhuǎn)換率、體重、體脂、肉品質(zhì)等生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能。一些研究報(bào)道了體重較大的豬體內(nèi)厚壁菌門的相對(duì)豐度較高，可能是由于厚壁菌與營(yíng)養(yǎng)吸收相關(guān)。人上的研究發(fā)現(xiàn)胖人的厚壁菌門比例較瘦人增加20%，其能量吸收能力可增加約150 kcal[13-14]。而擬桿菌門在體重較輕的豬中豐度較高，其中普雷沃氏菌屬（Prevotella）和豬的體重增長(zhǎng)正相關(guān)。腸道中的Christensenellaceae、Oscillibacter、losilyticum等微生物類群可能與豬的飼料轉(zhuǎn)換率、體脂沉積有關(guān)[15]。

隨著人們對(duì)腸道微生物組成和功能認(rèn)識(shí)的不斷深入，科學(xué)家們根據(jù)腸道菌群組成特點(diǎn)提出“腸型”的概念。腸型分為擬桿菌型（Bacteroidetes）、普雷沃氏菌型（Prevotella）和瘤胃球菌型（Ruminococcus）3 種。在豬上，腸型主要分為兩類：有的研究分析仔豬斷奶過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)普雷沃氏菌型和大腸桿菌型兩種不同腸型，以普雷沃氏菌、乳酸菌和鏈球菌為主的普雷沃氏菌型與豬的日增重和背脂厚度顯著相關(guān)[16]，大腸桿菌型的存在可能表明斷奶時(shí)腸道健康可能受到破壞[17]。也有研究闡述，斷奶早期仔豬的腸型主要分為普雷沃氏菌型和瘤胃球菌型[18]。不同腸型的微生物類群對(duì)于腸道中的食物消化和代謝有明顯的傾向性。擬桿菌型的微生物主要從碳水化合物和蛋白質(zhì)中獲取能量，與豬的生長(zhǎng)、健康、能量周轉(zhuǎn)和飼料利用效率等相關(guān)[12]；普雷沃氏菌型和瘤胃球菌型的微生物可以降解腸道中的糖蛋白物質(zhì)[19]，有利于降解植物性飼料中的半乳糖[4，20]。不同試驗(yàn)中仔豬腸型的差異可能是由于宿主遺傳背景的不同，具體如何還有待深入研究?；谏鲜鲅芯?，專家們提出在生產(chǎn)中可以根據(jù)豬的不同腸道微生物組成特征（腸型）來(lái)制定更為精細(xì)的營(yíng)養(yǎng)和飼養(yǎng)管理方案[21-22]。

2 仔豬早期腸道菌的定植與變化

早期生長(zhǎng)階段（出生到斷奶后兩周）是仔豬器官發(fā)育和免疫機(jī)能成熟的關(guān)鍵時(shí)期，腸道菌群的定植與初步成熟也主要在這個(gè)時(shí)間段。早期階段腸道菌的定植和固化很大程度上影響了豬后期的生長(zhǎng)和生產(chǎn)性能[23-25]。在生長(zhǎng)早期，豬腸道菌群的定植和變化十分劇烈，菌群組成受到內(nèi)外復(fù)雜因素的共同影響，例如，飼養(yǎng)環(huán)境、食物類型、與同伴的接觸互動(dòng)、斷奶應(yīng)激[26-27]。

圖1 仔豬生長(zhǎng)早期的腸道黏膜菌群變化[29]

仔豬在出生過(guò)程中和出生后會(huì)隨機(jī)接觸并獲取母豬產(chǎn)道、皮膚、糞便、母乳以及環(huán)境中的微生物，并迅速在自身腸道內(nèi)定植[18，28]。仔豬出生后12 h，腸道內(nèi)的細(xì)菌數(shù)量就增加了上萬(wàn)倍。仔豬腸道最早定植的微生物有鏈球菌（Streptococcus）和葡萄球菌（Staphylococcus）等兼性厭氧菌，氧氣消耗后迅速被雙歧桿（Bifidobacterium）、棒狀桿菌（Corynebacterium）、乳酸桿菌（Lactobacillus），以及瘤胃球菌（Ruminococcus）等厭氧菌替代[29]，一周后基本建立了以厚壁菌門為主的腸道微生物群落[10]。小腸中的微生物在仔豬出生后3～35 d內(nèi)逐漸穩(wěn)定，而大腸微生物要在出生35 d后才被母體糞便微生物大量替代。在仔豬出生后的前30 d，腸道內(nèi)27.7%的微生物來(lái)源于母乳，10.4%來(lái)自于母體乳房表面微生物。出生35 d后，仔豬腸道內(nèi)微生物逐漸穩(wěn)定后，90%來(lái)自母乳的微生物定植下來(lái)[30-31]。哺乳期內(nèi)仔豬腸道中乳酸菌屬（Lactobacillus）占相當(dāng)大的比例，它們有利于維持腸道內(nèi)環(huán)境，刺激腸黏膜的形成，斷奶后乳酸菌的比例迅速降低，以普氏菌屬為代表的擬桿菌門豐度明顯增[4，20，25]（見(jiàn)圖1）。。

重慶市畜牧科學(xué)院建成了國(guó)內(nèi)唯一的無(wú)菌豬培育和應(yīng)用基地，為研究豬的腸道微生物定植提供了十分便利的條件。我們研究團(tuán)隊(duì)利用無(wú)菌豬模型，研究了仔豬早期腸道微生物定植及其對(duì)免疫和肌肉發(fā)育的影響。我們的研究發(fā)現(xiàn)腸道菌的早期定植有合適的窗口期，出生一周內(nèi)的細(xì)菌定植顯著影響了仔豬的腸道微生物區(qū)系的形成和早期發(fā)育[32]。我們利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)比較了無(wú)菌豬和普通豬多個(gè)組織的基因表達(dá)差異，發(fā)現(xiàn)微生物的缺失對(duì)腸道組織中轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)影響最大；與普通仔豬相比，無(wú)菌仔豬免疫相關(guān)基因表達(dá)水平顯著下調(diào)，說(shuō)明腸道菌群會(huì)影響免疫系統(tǒng)功能和發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)[33]。此外，無(wú)菌豬的肌肉和脂肪發(fā)育遲緩，功能失調(diào)；給無(wú)菌豬定植腸道微生物后可以部分修復(fù)這些器官的生長(zhǎng)和功能。

3 對(duì)于仔豬早期腸道菌群的管理和干預(yù)

在仔豬生命早期腸道微生物的定植和演替至少有兩個(gè)關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)：出生后第一周和斷奶后幾天[34]。斷奶后隨著生長(zhǎng)，豬的腸道菌群迅速趨于穩(wěn)定。目前，在仔豬早期階段，主要通過(guò)母體營(yíng)養(yǎng)調(diào)控、益生菌、菌群移植等技術(shù)改善腸道菌群[35]。

3.1 動(dòng)物管理

在仔豬早期階段需要重點(diǎn)關(guān)注幾個(gè)方面的管理：①仔豬出生后，母乳飼喂以及與同伴的密切接觸對(duì)新生仔豬腸道菌群定植至關(guān)重要[36-37]。初生仔豬免疫系統(tǒng)不成熟，所以及時(shí)攝取初乳對(duì)于獲得來(lái)自母體的免疫球蛋白和足夠的營(yíng)養(yǎng)至關(guān)重要[38]。并且飼喂母乳比飼喂牛乳或其他代乳品的仔豬體內(nèi)腸道菌群豐度更高。②哺乳期，仔豬腸道微生態(tài)環(huán)境不穩(wěn)定，免疫系統(tǒng)不成熟，易受到病原體（傷寒沙門氏菌和大腸桿菌）的感染，因此在斷奶以前仔豬感染腹瀉的風(fēng)險(xiǎn)較大[39-40]。腸道菌群紊亂是引起仔豬腹瀉甚至死亡的重要原因之一[17]，新生腹瀉仔豬腸道內(nèi)大部分屬于厚壁菌門的有益菌(如腸球菌、鏈球菌、乳酸菌、梭菌和白菌)數(shù)量減少[41]。母體營(yíng)養(yǎng)是保障新生仔豬健康的關(guān)鍵，直接影響子代免疫系統(tǒng)、健康水平和腸道菌群組成[18，42-43]。通過(guò)優(yōu)化母豬營(yíng)養(yǎng)可以提高仔豬的生產(chǎn)性能和健康水平。母豬妊娠后期到泌乳期間可以添加短鏈低聚果糖等益生元物質(zhì)，有助于增加仔豬腸道內(nèi)SCFAs 含量，改善菌群結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)仔豬腸道免疫防御能力[44]。③仔豬斷奶過(guò)程中從采食液體飼料向固體飼料過(guò)渡，這些變化均會(huì)引起腸道菌群改變和降低小腸吸收能力，導(dǎo)致飼料消化率和生長(zhǎng)性能降低。所以，仔豬斷奶前應(yīng)盡早接觸和適應(yīng)固態(tài)開(kāi)口料[45-46]，并在飼料中適量加入日糧成分（如纖維素、氨基酸等）或添加劑(如有機(jī)酸、鋅、益生元、益生菌、其他動(dòng)植物源物質(zhì))以減少斷奶造成的應(yīng)激反應(yīng)[47]。

3.2 環(huán)境管理

新生兒出生后最早接觸的環(huán)境微生物來(lái)自母體，所以母豬的飼養(yǎng)管理是影響新生仔豬腸道菌群的重要因素[48-49]。母體微生物如母乳中的雙歧桿菌、乳酸菌和葡萄球菌，通過(guò)生殖系統(tǒng)傳播的大腸桿菌/志賀菌、長(zhǎng)雙歧桿菌和脆弱擬桿菌等都能垂直傳遞給下一代，共同構(gòu)成子代新生期的腸道微生物[50-51]。保證母豬清潔和健康，減少母子間的病毒傳播對(duì)于仔豬的生長(zhǎng)十分重要。

給仔豬提供一個(gè)潔凈的生活環(huán)境，減少病原菌的攜帶和傳播是保障健康生長(zhǎng)的關(guān)鍵。通過(guò)精準(zhǔn)控制圈舍內(nèi)的溫濕度變化，減少環(huán)境刺激產(chǎn)生的應(yīng)激[52]。及時(shí)徹底清理糞污，減少仔豬與污染物的接觸機(jī)會(huì)和腹瀉的發(fā)生，這對(duì)于建立和優(yōu)化腸道菌群也是十分必要的。

不同的飼養(yǎng)環(huán)境對(duì)豬腸道菌群同樣具有較大的影響。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)福利養(yǎng)殖的日益重視，戶外養(yǎng)豬模式在很多地區(qū)得到了較廣泛的應(yīng)用。研究顯示戶外散養(yǎng)豬的腸道菌群比水泥地圈養(yǎng)豬的腸道菌群更為豐富多樣，擬桿菌門在散養(yǎng)的豬體內(nèi)相對(duì)豐度高達(dá)62%，而在圈養(yǎng)的豬體內(nèi)僅為33%[53]。研究者們發(fā)現(xiàn)土壤中微生物種類豐富，讓哺乳仔豬早期持續(xù)暴露在土壤環(huán)境中，可讓與飲食轉(zhuǎn)換（從母乳到植物為主的飲食）相關(guān)的腸道菌群更快定植[54]。也有學(xué)者提出通過(guò)發(fā)酵床飼養(yǎng)的模式更有利于動(dòng)物的腸道健康。不同于水泥地飼養(yǎng)，發(fā)酵床采用干法分層制作技術(shù)，將墊料以及菌種等材料按照比例依次投放到發(fā)酵池內(nèi)。有助于提高斷奶仔豬日增重，降低飼料增重比和腹瀉率，改善豬的腸道微生態(tài)平衡[55]。

3.3 益生菌干預(yù)

益生菌通過(guò)產(chǎn)生SCFAs 或者降低腸道pH 值影響腸道菌群的數(shù)量和豐度，改善腸道微生物平衡，從而提高畜禽生產(chǎn)性能。研究發(fā)現(xiàn)在生長(zhǎng)早期給仔豬補(bǔ)充適量的益生菌，可以優(yōu)化腸道環(huán)境，對(duì)抗有害菌的入侵，減少腹瀉的發(fā)生[56-57]。眾多研究表明復(fù)合益生菌的作用優(yōu)于單菌。Hanna 等[58]對(duì)11 項(xiàng)不同的益生菌（單菌和復(fù)合菌）對(duì)腸易激綜合癥的治療效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)復(fù)合益生菌干預(yù)的有益效果比單株益生菌更加顯著。長(zhǎng)雙歧桿菌嬰兒亞種CECT 7210（Bifidobacterium longum subsp. infantisCECT 7210）和動(dòng)物雙歧桿菌乳亞種BPL6（Bifidobacterium animalis subsp. lactisBPL6）的益生菌組合可以降低鼠傷寒沙門氏菌感染的斷奶仔豬的致病菌負(fù)載量，并改善豬腸道健康[59]。

雖然大量研究都表明外源補(bǔ)充乳酸菌、芽孢桿菌、雙歧桿菌、酵母菌等益生菌對(duì)仔豬的健康和生長(zhǎng)具有積極的影響[60-61]，但益生菌定植具有個(gè)體化差異，并且益生菌對(duì)腸道菌群重建具有延緩作用，益生菌的效果和安全性還有待進(jìn)一步研究[62-63]。關(guān)于益生菌是否會(huì)阻礙菌群復(fù)原、是否影響健康，益生菌療法是否更適合特定患者群體，還需要更多研究和實(shí)踐應(yīng)用[64]。生產(chǎn)中需要注意益生菌的來(lái)源、不同益生菌之間的協(xié)同和拮抗、益生菌的包被和保護(hù)[65]。了解益生菌的定植機(jī)制，將有助于開(kāi)發(fā)個(gè)性化的益生菌療法。

3.4 菌群移植

糞便微生物群移植（Fecal Microbiota Transplants，F(xiàn)MT）原指將健康個(gè)體的糞便菌懸液注入另一個(gè)人的胃腸道以治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染等特定疾病的方法，在此基礎(chǔ)上發(fā)展成為一種快速有效調(diào)控干預(yù)腸道微生物的方法[66]。目前，多項(xiàng)基于豬腸道菌移植的研究都表明早期菌群移植可以幫助仔豬盡快建立穩(wěn)定的腸道菌群，提高有益菌的豐度，加速腸道發(fā)育和刺激免疫功能的成熟[67-68]。菌群移植的途徑有很多，供體選擇也有不同。有學(xué)者對(duì)比了口服加直腸灌喂和單純直腸灌喂后的效果，發(fā)現(xiàn)單獨(dú)直腸灌喂可以增加胃到結(jié)腸的pH 值梯度，并增加黏膜對(duì)細(xì)菌定植的抗性；而口服加直腸移植促進(jìn)細(xì)菌黏附及在器官中的定殖，但增加早產(chǎn)仔豬的死亡率[69]。晏向華教授實(shí)驗(yàn)室在斷奶前給仔豬移植抗腹瀉豬種（從江香豬）的糞菌，發(fā)現(xiàn)可顯著減少其斷奶腹瀉的發(fā)生，并證實(shí)其中的加氏乳桿菌LA39 和谷物乳桿菌是發(fā)揮抗腹瀉作用的關(guān)鍵微生物[70]。另有研究將母豬糞便菌液移植給仔豬，可以改善仔豬的生長(zhǎng)性能，降低腸道通透性，刺激sIgA 分泌，調(diào)節(jié)腸道微生物群的組成和代謝[71]。

盡管菌群移植有良好的改善生產(chǎn)性能和免疫發(fā)育的作用，但它的安全性和有效性還需要更加深入的研究。所以在糞菌移植的時(shí)候，一定要注意供體動(dòng)物的健康，糞菌的制備流程以及安全性評(píng)價(jià)，同時(shí)還要關(guān)注移植的方式、移植的窗口期和對(duì)應(yīng)的飼養(yǎng)管理。

4 小結(jié)和展望

研究和揭示仔豬出生后早期腸道菌的定植和變化對(duì)于生豬養(yǎng)殖業(yè)具有重要的指導(dǎo)意義。早期腸道菌的接觸、定植和演替影響了仔豬的消化、生長(zhǎng)和發(fā)育進(jìn)程，可能對(duì)豬后期的生產(chǎn)性能產(chǎn)生極大的影響。通過(guò)提高飼養(yǎng)管理水平和補(bǔ)充益生菌、菌群移植等方法改善仔豬腸道微生態(tài)環(huán)境，優(yōu)化菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道免疫機(jī)能是切實(shí)可行的措施。未來(lái)，我們需要進(jìn)一步加大豬源益生菌的開(kāi)發(fā)力度，研究仔豬階段益生元和益生菌聯(lián)合應(yīng)用的解決方案。建立更為完善、便捷和安全的豬菌群移植技術(shù)體系。此外，通過(guò)準(zhǔn)確測(cè)定腸道菌群組成特點(diǎn)將豬分為不同“腸型”，并給予更具針對(duì)性的管理和營(yíng)養(yǎng)策略，真正實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)飼養(yǎng)和健康養(yǎng)殖。