單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊生長(zhǎng)性能及瘤胃菌群多樣性的影響

溫紅瑞 高昌鵬 楊萬(wàn)彪 劉文茂 周玉香*

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院,銀川 750021;2.寧夏中寧文茂生態(tài)飼料有限公司,中寧 755100)

綠色發(fā)展背景下,飼料行業(yè)邁入“無(wú)抗”時(shí)代。但在畜牧生產(chǎn)過(guò)程中,細(xì)菌性和病毒性等疾病頻發(fā)、動(dòng)物機(jī)體生長(zhǎng)緩慢、發(fā)病率高等問(wèn)題成為制約我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展的瓶頸。因而尋找替抗飼料添加劑迫在眉睫。

單寧作為一種天然植物多酚,具有較強(qiáng)的收斂性和生物學(xué)活性,如抗氧化[1]、抗菌[2]、抗炎[3]、抗病毒[4]等。研究表明,添加適量的單寧可以調(diào)節(jié)瘤胃微生物區(qū)系[5]、增加“瘤胃逃逸蛋白”的數(shù)量[6]、提高蛋白質(zhì)利用率,并且單寧也是潛在的生物加氫調(diào)節(jié)劑,它可以通過(guò)調(diào)控多不飽和脂肪酸(PUFAs)的合成來(lái)改善肉品質(zhì)[7],對(duì)反芻動(dòng)物生長(zhǎng)有著積極影響。但添加過(guò)量的單寧也會(huì)對(duì)動(dòng)物產(chǎn)生副作用[8]。

裂壺藻,又稱裂殖壺藻,是從海水中分離篩選到的單細(xì)胞微藻,其增殖速度快、發(fā)酵周期短。在生長(zhǎng)過(guò)程中積累了大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和對(duì)動(dòng)物有益的活性成分,如n-3PUFAs、蛋白質(zhì)、蝦青素和類胡蘿卜素等,可作為一種功能性添加劑或代替部分蛋白質(zhì)源和油脂使用。添加適量的裂壺藻粉可以增加PUFAs的含量,從而促進(jìn)脂質(zhì)代謝[9],改善肉品質(zhì)[10],提高免疫性能[11]。

本課題組前期研究表明,單獨(dú)添加0.4%單寧或2.0%裂壺藻粉均對(duì)灘羊有促生長(zhǎng)、提高免疫力、改善肉品質(zhì)的作用[12-13]。但兩者組合添加對(duì)灘羊瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的影響鮮見(jiàn)報(bào)道。且單寧和PUFAs在反芻動(dòng)物上的研究,也只是集中于縮合單寧和亞油酸(LA)或亞麻酸(LNA)對(duì)其生產(chǎn)性能表型指標(biāo)的影響[14-15]。因此,本試驗(yàn)在課題組前期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究飼糧中添加0.4%單寧+2.0%裂壺藻粉對(duì)灘羊生長(zhǎng)性能及其瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的影響,以期為單寧和裂壺藻粉在灘羊生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年7月至2022年11月在中寧縣文茂草源生態(tài)飼料有限公司進(jìn)行。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì),選取體重[(25.53±3.18) kg]相近的5月齡健康灘羊公羔48只,隨機(jī)均分為4組,每組12個(gè)重復(fù)。對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)飼糧,試驗(yàn)Ⅰ組飼喂基礎(chǔ)飼糧+0.4%單寧(水解單寧含量為76%),試驗(yàn)Ⅱ組飼喂基礎(chǔ)飼糧+2.0%裂壺藻粉(干物質(zhì)含量96%,粗蛋白質(zhì)含量26%,粗脂肪含量40%,二十二碳六烯酸含量15%)、試驗(yàn)Ⅲ組飼喂基礎(chǔ)飼糧+0.4%單寧+2.0%裂壺藻粉。試驗(yàn)期共105 d,其中預(yù)試期15 d,正試期90 d。

1.2 試驗(yàn)飼糧

試驗(yàn)飼糧按照《肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》(NY/T 816—2021)并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行配制,由于裂壺藻粉中含有大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),而單寧中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較少,因而選擇用裂壺藻粉代替玉米,單寧代替小蘇打。各組飼糧營(yíng)養(yǎng)水平相近,精粗比為45∶55。試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.3 飼養(yǎng)管理

在試驗(yàn)開(kāi)始前,對(duì)羊圈進(jìn)行打掃、消毒處理,并對(duì)試驗(yàn)羊進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)、布病檢測(cè)和驅(qū)蟲防疫。所有試驗(yàn)羊每天分2次(07:00和17:00)飼喂全混合日糧,期間保障試驗(yàn)羊自由采食和自由飲水,每天定時(shí)清理料槽,記錄投料量和剩料量,用于計(jì)算干物質(zhì)采食量(DMI)。試驗(yàn)羊在正試期開(kāi)始和結(jié)束時(shí)空腹稱重、記錄,并計(jì)算總增重(TG)、平均日增重(ADG)和料重比(F/G)。

續(xù)表1項(xiàng)目 Items對(duì)照組Control group試驗(yàn)Ⅰ組Trial group Ⅰ試驗(yàn)Ⅱ組Trial group Ⅱ試驗(yàn)Ⅲ組Trial group Ⅲ營(yíng)養(yǎng)水平 Nutrient levels2)代謝能 ME/(MJ/kg)10.8810.8810.6110.61粗蛋白質(zhì) CP15.3915.3915.7515.75鈣 Ca0.880.880.880.88磷 P0.340.340.330.33中性洗滌纖維 NDF37.0437.0436.8536.85酸性洗滌纖維 ADF22.5622.5622.5022.50

1.4 瘤胃液的采集和處理

在正試期第90天,晨飼前每組隨機(jī)選擇6只羊,用口腔瘤胃液采集器采集瘤胃液50 mL,分裝于2 mL凍存管中,置于-80 ℃保存,用于后續(xù)瘤胃微生物多樣性分析。

1.5 測(cè)序及生物信息學(xué)分析

提取樣品總DNA、構(gòu)建文庫(kù)及測(cè)序由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成,采用Illumina Miseq平臺(tái)測(cè)序。測(cè)序得到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)質(zhì)控優(yōu)化得到有效數(shù)據(jù),然后進(jìn)行物種注釋分析、物種差異比較分析。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

生長(zhǎng)性能數(shù)據(jù)通過(guò)Excel 2010初步整理后,采用SPSS 27.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析,LSD多重比較法進(jìn)行組間比較。微生物數(shù)據(jù)通過(guò)美吉生物云平臺(tái)進(jìn)行分析,使用非參數(shù)Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)分析瘤胃液菌群多樣性指數(shù)組間差異和微生物門、屬水平相對(duì)豐度的變化,運(yùn)用PICRUSt2預(yù)測(cè)菌群基因組功能與KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)比,進(jìn)行菌群代謝功能的預(yù)測(cè)。利用R語(yǔ)言工具(version 3.3.1)作圖。結(jié)果均以圖或表的形式列出,表中數(shù)據(jù)用平均值±均值標(biāo)準(zhǔn)誤表示。P<0.05表示差異顯著,P<0.01表示差異極顯著,P>0.05表示差異不顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊生長(zhǎng)性能的影響

由表2可知,各組羊只的初始體重和終末體重均無(wú)顯著差異(P>0.05)。與對(duì)照組相比,各試驗(yàn)組羊只的總增重和平均日增重都有所提高,其中試驗(yàn)Ⅰ組羊只的總增重顯著增加(P<0.05)。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅰ組羊只的總增重和平均日增重分別增加了22.64%和16.15%;試驗(yàn)Ⅱ組羊只的總增重和平均日增重分別增加了14.54%和8.76%;試驗(yàn)Ⅲ組羊只的總增重和平均日增重分別增加了15.43%和9.58%。各試驗(yàn)組羊只的干物質(zhì)采食量和料重比均低于對(duì)照組,但差異不顯著(P>0.05)。

表2 單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊生長(zhǎng)性能的影響

2.2 單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊瘤胃菌群結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 操作分類單元(OTUs)聚類分析

經(jīng)Illumina Miseq測(cè)序結(jié)束后,除去低質(zhì)量序列,通過(guò)序列拼接,應(yīng)用Mouthur,根據(jù)相似度97%的原則,進(jìn)行OTUs劃分。根據(jù)OTUs聚類分析結(jié)果,分析24個(gè)樣品中OTUs的分布,并繪制韋恩圖(圖1)。由圖1可知,對(duì)照組中發(fā)現(xiàn)1 153個(gè)OTUs,試驗(yàn)Ⅰ組中發(fā)現(xiàn)1 144個(gè)OTUs,試驗(yàn)Ⅱ組中發(fā)現(xiàn)1 080個(gè)OTUs,試驗(yàn)Ⅲ組中發(fā)現(xiàn)1 050個(gè)OTUs,共享了940個(gè)OTUs,表明添加單寧、裂壺藻粉會(huì)降低灘羊瘤胃液中OTUs數(shù)目,即降低細(xì)菌菌群的種類。

2.2.2 Alpha多樣性分析

由圖2可知,所有樣品的Sobs指數(shù)稀釋曲線均為先陡然升高,后趨于平緩,表明測(cè)序數(shù)據(jù)量漸近合理,更深入的測(cè)序?qū)┭蛄鑫敢褐袡z測(cè)出新的OTUs貢獻(xiàn)很小。由圖3可知,各樣品Shannon指數(shù)稀釋曲線均為先直線上升,后驟然到達(dá)平臺(tái)期,表明測(cè)序趨向飽和,即測(cè)序深度已覆蓋樣品中絕大多數(shù)微生物生物種類,能夠進(jìn)行細(xì)菌多樣性分析。

C:對(duì)照組;T:試驗(yàn)Ⅰ組;S:試驗(yàn)Ⅱ組;TS:試驗(yàn)Ⅲ組。下圖同。

圖2 樣品的Sobs指數(shù)稀釋曲線

圖3 樣品的Shannon指數(shù)曲線

2.2.3 微生物群落Alpha多樣性分析

由表3可知,各組間Shannon指數(shù)和Simpson指數(shù)均差異不顯著(P>0.05),表明無(wú)論是單獨(dú)添加單寧或裂壺藻粉還是同時(shí)添加,均不會(huì)對(duì)灘羊瘤胃菌群多樣性產(chǎn)生影響。但與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅲ組Sobs指數(shù)、Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)均出現(xiàn)顯著下降(P<0.05),表明在飼糧中同時(shí)添加單寧和裂壺藻粉會(huì)降低灘羊瘤胃細(xì)菌菌群的種類。與試驗(yàn)Ⅰ組相比,試驗(yàn)Ⅲ組Ace指數(shù)和Chao1指數(shù)也出現(xiàn)了顯著下降(P<0.05),表明在飼糧中同時(shí)添加單寧和裂壺藻粉會(huì)降低灘羊瘤胃細(xì)菌菌群的種類的結(jié)果中裂壺藻粉起到了重要的作用。在本試驗(yàn)中,各組覆蓋率均大于0.99,說(shuō)明樣品采集足以反映灘羊瘤胃菌群情況。

表3 Alpha多樣性

2.2.4 瘤胃菌群主坐標(biāo)分析(PCoA)

由圖4可知,對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組之間的距離比較相近,試驗(yàn)Ⅱ組與試驗(yàn)Ⅲ組的距離較近,而對(duì)照組、試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組、試驗(yàn)Ⅲ組之間的距離比較遠(yuǎn),說(shuō)明對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組的瘤胃菌群結(jié)構(gòu)相似,試驗(yàn)Ⅱ組與試驗(yàn)Ⅲ組的瘤胃菌群結(jié)構(gòu)相似,而對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組、試驗(yàn)Ⅲ組的瘤胃菌群結(jié)構(gòu)存在著差異(P<0.05),也進(jìn)一步可以說(shuō)明裂壺藻粉的添加在改變?yōu)┭蛄鑫妇航Y(jié)構(gòu)中起著重要的作用。

圖4 主坐標(biāo)分析

2.2.5 細(xì)菌組成與菌群結(jié)構(gòu)分析

2.2.5.1 門水平結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)物種注釋結(jié)果,灘羊瘤胃液細(xì)菌在門水平上的菌落組成和相對(duì)豐度見(jiàn)表4和圖5,共檢測(cè)到了16個(gè)菌門,包括擬桿菌門(Bacteroidota)、厚壁菌門(Firmicutes)、變形菌門(Proteobacteria)、脫硫菌門(Desulfobacterota)、放線菌門(Actinobacteriota)、互養(yǎng)菌門(Synergistota)、Patescibacteria、疣微菌門(Verrucomicrobiota)、螺旋菌門(Spirochaetota)、未分類菌門(unclassified_k_norank_d_bacteria)、藍(lán)藻門(Cyanobacteria)、浮霉菌門(Planctomycetota)、綠屈撓菌門(Chloroflexi)、絲狀桿菌門(Fibrobacterota)、WPS-2、Elusimicrobiota。對(duì)照組、試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組灘羊瘤胃液中的優(yōu)勢(shì)菌門均為擬桿菌門和厚壁菌門,占到總細(xì)菌數(shù)的91.19%以上。試驗(yàn)Ⅲ組的優(yōu)勢(shì)菌門為擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門,其中擬桿菌門和厚壁菌門占總細(xì)菌數(shù)的79.75%,變形菌門占總細(xì)菌數(shù)的13.21%。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅰ組脫硫菌門的相對(duì)豐度極顯著降低(P<0.01);試驗(yàn)Ⅲ組脫硫菌門的相對(duì)豐度顯著升高(P<0.05),Patescibacteria的相對(duì)豐度顯著降低(P<0.05)。與試驗(yàn)Ⅰ組相比,試驗(yàn)Ⅱ組浮霉菌門的相對(duì)豐度極顯著升高(P<0.01);試驗(yàn)Ⅲ組脫硫菌門的相對(duì)豐度顯著升高(P<0.05)。

2.2.5.2 屬水平結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)物種注釋結(jié)果,灘羊瘤胃液細(xì)菌在屬水平上的菌落組成和相對(duì)豐度見(jiàn)表5和圖6。共檢測(cè)到了175個(gè)菌屬,其中有29個(gè)菌屬相對(duì)豐度比例在1%以上,分別為普雷沃氏菌屬(Prevotella)、理研菌科_RC9_腸道群(Rikenellaceae_RC9_gut_group)、解琥珀酸菌屬(Succiniclasticum)、普雷沃氏菌科UCG-003(Prevotellaceae_UCG-003)、琥珀酸弧菌屬(Succinivibrio)、未分類硒藻科(unclassified_Selenomonadaceae)、韋榮氏球菌科_UCG-001(Veillonellaceae_UCG-001)、norank_Muribaculaceae、奎因氏菌屬(Quinella)、norank_F082、脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)、普雷沃氏菌科UCG-001(Prevotellaceae_UCG-001)、毛螺菌科_NK3A20_群(Lachnospiraceae_NK3A20_group)、月形單胞菌屬(Selenomonas)、克里斯滕森菌科R-7群Christensenellaceae_R-7_group)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)等。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅰ組脫硫弧菌屬的相對(duì)豐度極顯著降低(P<0.01),未排位擬桿菌目_BS11_腸道群(norank_Bacteroidales_BS11_gut_group)的相對(duì)豐度顯著降低(P<0.05);試驗(yàn)Ⅱ組理研菌科_RC9_腸道群、未排位擬桿菌目_BS11_腸道群的相對(duì)豐度極顯著降低(P<0.01);試驗(yàn)Ⅲ組理研菌科_RC9_腸道群、未排位擬桿菌目_BS11_腸道群和未排位擬桿菌目_RF16_群(norank_Bacteroidales_RF16_group)的相對(duì)豐度極顯著降低(P<0.01)。與試驗(yàn)Ⅰ組相比,試驗(yàn)Ⅱ組norank_Muribaculaceae的相對(duì)豐度顯著升高(P<0.05);試驗(yàn)Ⅲ組理研菌科_RC9_腸道群和未排位擬桿菌目_RF16_群的相對(duì)豐度極顯著降低(P<0.01),韋榮氏球菌科_UCG-001的相對(duì)豐度顯著升高(P<0.05),脫硫弧菌屬的相對(duì)豐度極顯著升高(P<0.01)。

表4 單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊瘤胃菌群在門水平上相對(duì)豐度的影響

2.3 瘤胃菌群功能預(yù)測(cè)分析(PICRUSt)

由表6可知,在KEGG生物代謝一級(jí)通路水平上,各組灘羊的功能基因主要富集在新陳代謝(metabolism)、遺傳信息處理(genetic information processing)和環(huán)境信息處理(environmental information processing)。每種功能基因在各組灘羊中相對(duì)豐度基本一致。在KEGG生物代謝二級(jí)通路水平上,各組灘羊瘤胃菌群功能豐度富集在前10條的二級(jí)通路依次為全局和概述圖譜(global and overview maps)、碳水化合物代謝(carbohydrate metabolism)、氨基酸代謝(amino acid metabolism)、輔助因子和維生素的代謝(metabolism of cofactors and vitamins)、能量代謝(energy metabolism)、翻譯(translation)、復(fù)制和修復(fù)(replication and repair)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(nucleotide metabolism)、膜運(yùn)輸(membrane transport)和聚糖的生物合成和代謝(glycan biosynthesis and metabolism)。其中,試驗(yàn)Ⅰ組的灘羊瘤胃菌群的氨基酸代謝功能通路相對(duì)豐度顯著高于試驗(yàn)Ⅱ組(P<0.05)。

3 討 論

生長(zhǎng)性能是衡量動(dòng)物生長(zhǎng)速率最重要的指標(biāo),也是動(dòng)物對(duì)飼糧中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收情況的最終顯現(xiàn)。劉繪匯等[16]研究發(fā)現(xiàn),在羔羊的代乳粉中添加0.2%的單寧酸能夠顯著提高羔羊的采食量和平均日增重,與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。這是因?yàn)閱螌帉?duì)瘤胃蛋白有過(guò)瘤胃保護(hù)作用,其降低了蛋白質(zhì)在瘤胃中的降解度,增加了腸道對(duì)蛋白質(zhì)和氨基酸的吸收,提高氮素的利用率。同時(shí)由于過(guò)瘤胃蛋白含量增加,瘤胃菌群所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少,抑制了菌群的正常繁殖,改變了瘤胃菌群結(jié)構(gòu),降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃中的代謝效率,從而使得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入小腸被小腸消化吸收的含量增多,使得吸收更加充分,從長(zhǎng)期來(lái)看,與灘羊總增重和平均日增重提高的結(jié)果相對(duì)應(yīng)。此外,也有研究表明,單寧會(huì)增加空腸和回腸中的絨毛高度、促進(jìn)腸道細(xì)胞的增殖、提高血清中總蛋白和球蛋白的含量、改善腸道完整性、增強(qiáng)機(jī)體蛋白質(zhì)代謝和免疫力、改善了生長(zhǎng)性能[17]。在本試驗(yàn)中,試驗(yàn)Ⅰ組瘤胃內(nèi)脫硫菌門相對(duì)豐度的下降再次驗(yàn)證了這一結(jié)果。徐晨晨等[18]在柴達(dá)木福牛的飼糧中添加100 g/d DHA微藻粉,結(jié)果顯示該牛的平均日增重增加,這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。這可能與DHA會(huì)激活蛋白激酶/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(Akt/mTOR)信號(hào)通路,增強(qiáng)肌肉蛋白質(zhì)合成[19],降低瘤胃中氨基酸代謝有關(guān)。在本試驗(yàn)中,試驗(yàn)Ⅰ組瘤胃內(nèi)碳水化合物代謝通路、能量代謝通路和聚糖的生物合成和代謝水平要高于試驗(yàn)Ⅲ組,繼而導(dǎo)致了試驗(yàn)Ⅰ組對(duì)生長(zhǎng)性能提升的效果要優(yōu)于試驗(yàn)Ⅲ組。

表5 單寧和裂壺藻粉對(duì)灘羊瘤胃菌群在屬水平上相對(duì)豐度的影響

續(xù)表5項(xiàng)目Items對(duì)照組Control group試驗(yàn)Ⅰ組Trial groupⅠ試驗(yàn)Ⅱ組Trial group Ⅱ試驗(yàn)Ⅲ組Trial groupⅢP值P-value月形單胞菌屬 Selenomonas1.67±0.852.11±0.962.15±1.801.49±1.090.685 4克里斯滕森菌科R-7群Christensenellaceae_R-7_group1.78±1.301.07±0.241.54±0.862.50±1.280.233 1瘤胃球菌屬 Ruminococcus1.77±1.042.08±2.151.07±0.521.29±1.030.549 2厭氧弧菌屬 Anaerovibrio1.36±0.940.76±0.391.70±1.361.79±0.720.069 2UCG-0021.37±0.770.79±0.351.05±0.962.05±3.420.645 9Norank_Eubacterium_coprostanoligenes_group1.53±0.660.76±0.381.49±0.781.38±0.570.089 7未排位硒藻科Norank_Selenomonadaceae1.43±1.030.72±0.661.20±0.901.27±0.360.288 6Norank_UCG-0101.21±0.570.76±0.461.14±1.230.62±0.700.274 7依賴桿菌屬 Fretibacterium1.09±2.201.24±2.710.58±0.650.57±0.390.451 7未分類毛螺菌科Unclassified_Lachnospiraceae1.24±0.940.45±0.230.80±0.360.84±0.270.062 8UCG-0040.73±0.920.83±0.640.90±1.520.62±0.440.761 0未排位雙歧桿菌科Norank_Bifidobacteriaceae0.94±1.440.22±0.260.14±0.261.68±3.410.338 2NK4A214_group1.29±0.910.45±0.200.43±0.290.64±0.530.203 1丁酸弧菌屬 Butyrivibrio0.90±0.610.50±0.350.89±0.500.52±0.280.233 4未分類 普雷沃氏菌科Unclassified_Prevotellaceae0.50±0.570.57±0.421.22±0.680.49±0.360.119 3未分類琥珀酸弧菌科Unclassified_Succinivibrionaceae0.08±0.061.08±1.470.53±0.411.04±1.560.170 1未排位擬桿菌目_BS11_腸道群Norank_Bacteroidales_BS11_gut_group1.86±0.96Aa0.58±0.97ABb0.10±0.07Bab0.04±0.05Bab0.000 6未排位擬桿菌目_RF16_群Norank_Bacteroidales_RF16_group0.77±0.32Aab1.00±0.54ABa0.47±0.19ABa0.19±0.13Bb0.002 6

瘤胃是反芻動(dòng)物主要的消化器官,就像是一個(gè)密閉的厭氧發(fā)酵罐,其內(nèi)棲息著龐大的微生物群落,包括細(xì)菌、真菌、原蟲等。微生物菌群能將不能被反芻動(dòng)物直接消化吸收的纖維素和非蛋白氮等,轉(zhuǎn)變?yōu)榭晌盏亩替溨舅岷秃镔|(zhì)等代謝產(chǎn)物,為反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育提供必須的物質(zhì)和能量。大量研究證實(shí),反芻動(dòng)物瘤胃中的優(yōu)勢(shì)菌群為擬桿菌門和厚壁菌門,其在瘤胃發(fā)酵過(guò)程中起著重要的作用[20-21]。擬桿菌門為反芻動(dòng)物瘤胃中的第1優(yōu)勢(shì)菌群,主要承擔(dān)著分解蛋白質(zhì)和碳水化合物、維持胃腸道正常生理功能的作用[22]。厚壁菌門作為第2優(yōu)勢(shì)菌群,主要承擔(dān)降解纖維素和半纖維素、參與能量代謝等[23]。有研究發(fā)現(xiàn),厚壁菌門相對(duì)豐度增加,會(huì)使得擬桿菌門相對(duì)豐度降低,從而造成代謝紊亂[24]。?，|學(xué)等[25]發(fā)現(xiàn),在秦川牛的飼糧中添加水解單寧會(huì)增加擬桿菌門的相對(duì)豐度,降低厚壁菌門的相對(duì)豐度。Zhao等[26]研究顯示,在綿羊飼糧中添加蒙古蔥精油也會(huì)增加擬桿菌門的相對(duì)豐度,降低厚壁菌門的相對(duì)豐度,這與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。在本試驗(yàn)中,添加0.4%單寧+2.0%裂壺藻粉組出現(xiàn)了第3優(yōu)勢(shì)菌群——變形菌門,變形菌門中除含有纖維素降解菌、半纖維素降解菌和蛋白質(zhì)降解菌等外,還包括許多致病菌[27]。所以同時(shí)添加單寧和裂壺藻粉及其添加量對(duì)灘羊瘤胃菌群的影響還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)分析。

脫硫菌門是一種腸道有害菌,可以分解短鏈脂肪酸[28],使機(jī)體炎性因子水平升高,并能穿過(guò)腸道黏液層在腸道中定植,腸道中脫硫菌門豐度較高時(shí),會(huì)產(chǎn)生硫化氫[29]損傷腸道上皮細(xì)胞,破壞腸道屏障功能[30],引發(fā)潰瘍性結(jié)腸炎[31]。疣微菌門可以分解多糖類物質(zhì),并產(chǎn)生短鏈脂肪酸,具有抗炎特性,能夠有效增強(qiáng)哺乳動(dòng)物瘤胃及腸道的免疫功能[32]。在本試驗(yàn)中,與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅰ組脫硫菌門的相對(duì)豐度極顯著降低,這表明單寧可能通過(guò)降低脫硫菌門的相對(duì)豐度,改善灘羊的胃腸道健康。雖然試驗(yàn)Ⅲ組可能對(duì)灘羊瘤胃健康狀況存在不利影響,但同時(shí)疣微菌門的相對(duì)豐度也顯著提高了,由此可能起到了一個(gè)中和的作用,使灘羊瘤胃健康狀況保持在一個(gè)較好的狀態(tài)。同時(shí),在本試驗(yàn)中還出現(xiàn)了Patescibacteria、浮霉菌門和WPS-2,目前它們?cè)跒┭蛄鑫钢械淖饔悯r有報(bào)道,探究這些細(xì)菌是不是灘羊瘤胃中特有的菌群,或許可作為下一步的研究方向。

Prevotella:普雷沃氏菌屬;Others:其他;Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科_RC9_腸道群;Succiniclasticum:解琥珀酸菌屬;Prevotellaceae_UCG-003:普雷沃氏菌科UCG-003;Succinivibrio:琥珀酸弧菌屬;unclassified_Selenomonadaceae:未分類硒藻科:Veillonellaceae_UCG-001:韋榮氏球菌科_UCG-001;Quinella:奎因氏菌屬;Desulfovibrio:脫硫弧菌屬;Prevotellaceae_UCG-001:普雷沃氏菌科UCG-001;Lachnospiraceae_NK3A20_group:毛螺菌科_NK3A20_群;Selenomonas:月形單胞菌屬;Christensenellaceae_R-7_group:克里斯滕森菌科R-7群;Ruminococcus:瘤胃球菌屬;Anaerovibrio:厭氧弧菌屬;norank_Selenomonadaceae:未排位硒藻科;Fretibacterium:依賴桿菌屬;unclassified_Lachnospiraceae:未分類毛螺菌科;norank_Bifidobacteriaceae:未排位雙歧桿菌科;Butyrivibrio:丁酸弧菌;unclassified_Prevotellaceae:未分類普雷沃氏菌科;unclassified_Succinivibrionaceae:未分類琥珀酸弧菌科:norank_Bacteroidales_BS11_gut_group:未排位擬桿菌目_BS11_腸道菌群;norank_Bacteroidales_RF16_group:未排位擬桿菌目_RF16_群。

表6 灘羊瘤胃菌群功能豐度KEGG通路分析

續(xù)表6一級(jí)通路Primary path二級(jí)通路Secondary pathwayKEGG二級(jí)通路功能豐度KEGG secondary pathway functional abundance對(duì)照組 Control group試驗(yàn)Ⅰ組 Trial group Ⅰ試驗(yàn)Ⅱ組 Trial group Ⅱ試驗(yàn)Ⅲ組 Trial group ⅢP值P-value新陳代謝Metabolism氨基酸代謝Amino acid metabolism5 406 665.69±327 148.67ab5 654 024.80±162 557.93a5 364 070.84±112 269.65b5 477 018.16±162 090.01ab0.025 0輔助因子和維生素的代謝Metabolism of cofactors and vitamins3 378 635.29±287 067.783 486 585.29±105 141.413 515 044.26±135 315.203 506 620.93±210 387.410.286 0能量代謝 Energy metabolism3 190 619.90±188 163.853 325 915.58±89 496.043 278 429.06±82 889.593 197 341.15±122 190.630.107 0信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Nucleotide metabolism2 089 975.09±142 454.362 221 464.72±124 041.982 189 749.83±81 015.362 167 253.72±108 635.040.157 0聚糖的生物合成和代謝Glycan biosynthesis and metabolism1 393 552.81±173 108.621 545 107.89±170 211.651 560 158.27±136 504.331 498 681.40±188 853.940.084 0遺傳信息處理Genetic information processing翻譯 Translation2 753 874.95±142 703.312 836 973.10±33 430.512 801 879.46±60 764.402 808 792.21±84 413.810.086 0復(fù)制和修復(fù)Replication and repair2 378 251.04±125 355.662 469 981.21±42 993.672 430 065.74±52 986.172 423 873.01±74 566.720.063 0環(huán)境信息處理Environmental information processing膜運(yùn)輸 Membrane transport1 758 953.53±254 424.771 620 419.99±257 991.501 705 501.99±152 426.761 900 347.72±228 610.610.130 0

在本試驗(yàn)中,普雷沃氏菌屬和理研菌科_RC9_腸道群為優(yōu)勢(shì)菌屬。它們都屬于擬桿菌門,可促進(jìn)胃腸道中碳水化合物的消化吸收,在琥珀酸和丙酸產(chǎn)生的過(guò)程中起著重要的作用[33]。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅰ組的普雷沃氏菌屬和理研菌科_RC9_腸道群相對(duì)豐度增加,碳水化合物和能量代謝通路相對(duì)豐度增加,表明添加單寧可能會(huì)為灘羊提供更多的能量,進(jìn)而促進(jìn)其增重。與對(duì)照組相比,試驗(yàn)Ⅱ、Ⅲ組的普雷沃氏菌屬相對(duì)豐度增加,理研菌科_RC9_腸道群相對(duì)豐度顯著下降,這與高棟[34]的研究結(jié)果一致。卓萍等[35]研究發(fā)現(xiàn),韋榮氏球菌可將乳酸轉(zhuǎn)化為乙酸和丙酸,起到改善胃腸道內(nèi)環(huán)境的作用。張莉[36]研究表明,韋榮氏球菌科與氨基酸、輔酶、能量和維生素的代謝,糖苷鍵代謝及其次級(jí)代謝產(chǎn)物呈正相關(guān)。在本試驗(yàn)中,與試驗(yàn)Ⅰ組相比,試驗(yàn)Ⅲ組的韋榮氏球菌科_UCG-001相對(duì)豐度顯著增加,表明添加裂壺藻粉可以改善因單寧對(duì)灘羊代謝造成的不利影響。Yang等[37]研究發(fā)現(xiàn),norank_Muribaculaceae是降膽固醇菌屬,其與糞便中結(jié)合膽汁酸的水平呈負(fù)相關(guān)。在本試驗(yàn)中,與試驗(yàn)Ⅰ組相比,試驗(yàn)Ⅱ組的norank_Muribaculaceae相對(duì)豐度上升,這可能與裂壺藻粉中的多糖類物質(zhì)有關(guān)。此外,基于當(dāng)前細(xì)菌數(shù)據(jù)庫(kù),本研究在灘羊瘤胃菌群內(nèi)還檢測(cè)到大量未被分類和排位鑒定的菌屬,表明灘羊瘤胃中可能存在一些特定的菌群,同時(shí)也反映了目前對(duì)微生物區(qū)系研究還不足夠的事實(shí),在今后的研究中有待于進(jìn)一步挖掘。

4 結(jié) 論

飼糧中添加單寧和裂壺藻粉會(huì)提高灘羊的平均日增重,調(diào)節(jié)瘤胃菌群結(jié)構(gòu),提高碳水化物化合物和能量代謝等。本試驗(yàn)中,在飼糧中單獨(dú)添加0.4%單寧的效果最佳,同時(shí)添加0.4%單寧和2.0%裂壺藻粉效果次之,而單獨(dú)添加2.0%裂壺藻粉的效果不太明顯。