丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪生长性能和肠道发育的影响

武祎凡 刘晶晶 王军

 摘  要: (目的)本研究旨在研究粮中添加丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂(MZ对断奶仔猪生长性能和肠道健康的影响。(方法)将192头断奶仔猪(杜××大,28日龄)随机分为4组,每组6个栏,每栏8头猪(公母各半):阴性对照组(CON组)饲喂基础饲粮,阳性对照组(PC组)饲喂添加4 kg/t苯甲酸的试验饲粮,试验组(MZ1MZ2组)分别饲喂添加1 kg/t2 kg/t MZ试验饲粮,试验期42 d。(结果)结果表明:CON组相比,1MZ1MZ2均显著提高断奶仔猪平均日增重(Average daily gain, ADG,降低腹泻率(P0.05),其中MZ2显著提高断奶仔猪42 d体重降低料重比(Feed/Gain, F/G, P0.052MZ2显著提高断奶仔猪血清免疫球蛋白M含量Immunoglobulin M, IgM, P0.05),降低肿瘤坏死因子αTumor necrosis factor α, TNF-α)和白介素Interleukin 1β, IL-1β浓度(P0.053MZ2显著提高断奶仔猪空肠和回肠绒毛高度(Villus height, VH, P0.05)和绒隐比(Villus height/Crypt depth, V/C, P0.05提高断奶仔猪空肠Claudin-1Mucin-2回肠OccludinClaudin-1Mucin-1Mucin-2基因相对表达量(P0.05降低空肠和回肠IL-6IL-1β基因相对表达量(P0.054MZ2显著高断奶仔猪食糜乙酸、丙酸、丁酸结肠食糜丁酸含量(P0.05提高回肠Clostridium_sensu_stricto_lTerrisporobacterTuricibacter结肠Clostridium_sensu_stricto_lTerrisporobacterLachnospiraceae_ND3007_group相对丰度(P0.05),降低Streptococcus相对丰度(P0.05)。(结论)综上所述,饲粮中添加MZ能够调节肠道微生物组成,改善肠道屏障功能,促进肠道健康发育,最终提高断奶仔猪生长性能,为丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂(MZ)的推广应用奠定理论基础

关键词:丁酸梭菌代谢产物,益生菌,断奶仔猪,生长性能,腹泻率,肠道屏障功能

仔猪良好的机体状况是生猪养殖产业生产力的基础,同时直接影响规模化猪场经济效益仔猪在断奶早期由于肠道发育和免疫系统尚未建立成熟,易遭受病原微生物的侵害,导致仔猪肠道菌群紊乱、屏障功能受损等,常表现生长缓慢和腹泻等问题。研究人员长期致力于探索潜在的营养调控策略,以此来缓解仔猪的断奶应激。

研究表明,断奶应激导致的肠道损伤往往会伴随着肠道菌群紊乱,进而导致肠道中短链脂肪酸(Short Chain Fatty Acids, SCFAs含量的降低,引发机体免疫失调和对疾病的易感性。丁酸作为一类SCFAs,在维持肠道正常功能中发挥着关键作用。此外,丁酸是结肠上皮的重要能量来源,断奶后补充丁酸钠可增加哺乳仔猪断奶窝重,同时可以通过激活GPR109A促进断奶仔猪结肠紧密连接蛋白Claudin-1的表达,从而改善肠道健康。益生菌等活菌制剂已被证明可以通过维持动物肠道微生态平衡、促进SCFAs的生成来提高动物机体免疫力和生长性能。多种益生菌如屎肠球菌(Enterococcus faeciumE. faecium)、植物乳杆菌(Lactobacillus plantarumL. plantarum)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilisB. subtilis)等已被列入饲料添加剂品种目录(2013)。研究表明,在饲粮中添加Lactiplantibacillus argentoratensis AGMB00912可以增加断奶仔猪肠道中丁酸含量,提高有益菌LactobacillusAnaerobutyricumRoseburiaLachnospiraceaeBlautia的丰度,降低致病菌HelicobacterCampylobacter的丰度。丁酸梭菌(Clostridium butyricumC. butyricum是一种以丁酸为主要代谢产物的严格厌氧菌,已被证明可以通过恢复肠道微生物群、诱导效应T细胞分泌、增加肠道粘蛋白-2Mucin-2)表达,以此调节肠道功能,降低腹泻率并提高生长性粮中预先补充E. faecium NCIMB 10415能够恢复大肠杆菌感染的仔猪空肠组织的屏障和运输功能。L. plantarum L47和菊粉混合物通过上调脂磷壁酸的表达减轻产肠毒素大肠杆菌诱导的断奶仔猪回肠炎症。B. subtilis也可以用于缓解DSS诱导的兔结肠炎等炎症性肠病的症状,并增加双歧杆菌等有益菌的丰度,促进肠道健康。这些益生菌能够通过刺激肠道屏障基因表达、降低促炎细胞因子释放、提高菌群多样性等,阻止病原微生物入侵。

SCFAs益生菌在肠道中相互促进,共同维护肠道健康。目前丁酸、益生菌或益生元单独用于仔猪生长发育的益生作用已经被揭示。自1995年合生元概念提出以来,大量研究表明益生菌与益生元的组合效果优于单独使用。因此,本研究假设相较于直接添加丁酸盐,在仔猪粮中添加丁酸梭菌代谢物加益生菌的模式在提高仔猪生长性能和改善肠道发育方面具有更好的效果。(拟解决的关键问题)基于此,本试验使用抗腹泻效果较好的苯甲酸作为阳性对照,旨在探究在饲粮中添加不同剂量的丁酸梭菌代谢物及三种活菌制剂(E. faeciumL. plantarumB. subtilis)对断奶仔猪生长性能、肠道屏障功能、肠道菌群的作用,为缓解断奶应激造成的仔猪腹泻及生长发育缓慢问题提供参考依据。

1 材料与方法

1.1  试验材料

本研究中使用的复合制剂(MZ丁酸梭菌代谢产物和三种益生菌复合而成,其主要成分包含可使用丁酸钙盐≥32%屎肠球菌有效菌≥1.0×108 CFU/g植物乳杆菌有效≥1.0×108 CFU/g、枯草芽孢杆菌有效菌≥2.0×108 CFU/g),由江西好实沃生物技术有限公司自主研发并提供。阳性对照组(Positive ControlPC的主要成分是苯甲酸。

1.2 试验动物与设计

选取28初始体重为7.63 kg的健康断奶仔猪(杜××大)192头,随机分为4组,每组6个重复,每个重复8头猪,公母各半。阴性对照组(CON组)饲喂基础饲粮,其组成和营养水平如表1所示,符合NRC2012)对断奶仔猪的营养标准,粗蛋白(CP)参考GB/T 6432-2018测定,钙磷含量(CaP)参考GB/T 6436-2018GB/T 6437-2018测定,总能量(GE)参考ISO 9831:1998测定。试验组(MZ1MZ2组)在基础粮中分别添加1 kg/t2 kg/tMZ,阳性对照组(PC组)在基础饲粮中添加4 kg/t的苯甲酸。试验期42 d,分为前期(1-21 d)和后期(22-42 d)两个阶段。动物实验中使用的方案已获得中国农业大学实验动物福利与动物伦理审查委员会的批准(许可编号:AW50214202-1-04)。

消化能(DE)值的计算方法参考Adeola公式:

DE (MJ/kg)(摄入GE粪便GE)采食量

1 基础饲料组成及营养水平(饲喂基础)       %

项目 

含量 

0-21 d

21-42 d

玉米

61.65

67.06

15

17

鱼粉

5

3

膨化大豆

6

6

乳清粉

8

3

豆油

0.35

0.4

磷酸氢钙

1.15

1.1

石粉

0.7

0.7

食盐

0.2

0.2

L-赖氨酸盐酸盐

0.61

0.64

DL-蛋氨酸

0.12

0.12

L-苏氨酸

0.22

0.23

L-色氨酸

0.5

0.05

预混料

0.5

0.5

营养水平

 

 

消化能

14.44

14.45

粗蛋白

18.98

18.28

0.91

0.75

0.71

0.63

1)  预混料为每千克饲粮提供: VA 12 000 IUVD3 2 500 IUVE 30 IUVK3 3 mgVB1 2.5 mgVB2 4.0 mgVB6 3.0 mgVB12 12 μg,烟酸 40 mg,硫胺素 3 mg,核黄素 6 mg,泛酸 L5 mg,叶酸 0.7 mg,生物素 50 μg,铁 90.0 mg  25 mg,锌 75 mg,锰 40 mg,碘0.35 mg,硒 0.3 mg

1.3  消化能为计算值,其余为实测值。

1.4 饲养管理和样品采集

试验期间仔猪自由采食和饮水,严格遵守猪场饲养管理制度,按照农场的常规程序对仔猪进行消毒,免疫和驱虫。在试验第21d42 d,采集仔猪新鲜粪便和前腔静脉的血液样本。粪便样本在液氮中快速冷冻,保存在-80℃冰箱,用于微生物分析;血液样本离心后获得血清,保存在-20℃冰箱,用于血液生化指标分析。在试验第42d,每栏随机选择一头仔猪进行屠宰和取样。屠宰后采集回肠、空肠组织固定在4%多聚甲醛中,用于进行形态学分析;采集回肠、空肠肠段,保存在-80℃冰箱,用于基因表达的分析;采集回肠、结肠食糜,保存在-80℃冰箱,用于SCFAs含量和微生物的分析。

1.5 生长性能和腹泻率

在第21 d和第42 d,分别称量仔猪体重和每个重复(栏)余料重量,并计算仔猪在0-21 d22-42 d期间的平均体重(BW)、日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。采用视觉评估法观察仔猪腹泻情况。每天早晨7:30到晚上21:30连续观测仔猪排粪情况(粪便颜色、形状、排粪次数),对每猪每次排出的粪便进行记载和感观评分,统计腹泻个体数并计算腹泻率。腹泻评分标准:条形或粒形粪便(0分);软粪、成形(1分);稠状、成形、粪水无分离现象(2分);液状、不成形、粪水有分离现象(3分)。将得分为2分和3分者确定为腹泻。腹泻率计算公式如下:

腹泻率(%= 仔猪腹泻头数总和 / 仔猪头数 × 试验天数 × 100

1.6 血液生化指标分析

血清生化指标由全自动生化分析仪(江苏泽成生物技术有限公司CLS880)测定,包括总蛋白(TP),白蛋白(ALB),球蛋白(GLB),血糖(GLU尿素氮(UREA、谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST;免疫球蛋白AIgA)、免疫球蛋白GIgG)、免疫球蛋白MIgM)和免疫细胞因子(IL-1βIL-6IL-10TNF-α)均采用市售猪ELISA试剂盒(Elabscience Bio,武汉)进行检测。

1.7 肠道组织形态学分析

取出4%多聚甲醛固定的肠道样品,经脱水、透明、包埋、冷却凝固和修正后制成包埋蜡块,再依次经过切片、漂浮和烤片制成切片,进行H&E染色后,用显微镜观察和测定绒毛高度(VH)和隐窝深度(CD),计算绒毛高度与隐窝深度的比值(V/C)。

1.8 肠道食糜SCFAs含量分析

称取500 mg回肠、结肠食糜制备原液,移入10 ml离心管中,用8 mL超纯水充分混合并振荡1-2 min。吸取160 μL 原液到新的10 mL离心管中,补超纯水7.84 mL8 mL,振荡混匀。用2 mL注射器取稀释液,过滤膜(0.22 μm)装入进样瓶。测定SCFAs(乙酸、丙酸、丁酸)含量。

1.9 实时荧光定量PCR

采用Trizol法(Aidlab Bio,中国)提取肠道组织总RNA,测定浓度和纯度。使用RNA反转录试剂盒SynScript™ III cDNA Synthesis Mix1 μgRNA逆转录成cDNATSINGKE Bio,中国)。使用2×TSINGKE®Master qPCR混合物(SYBR Green I)(TSINGKE Bio,中国)Light Cycler SystemRoche,美国)上进行实时荧光定量PCRRT-qPCR)测定。数据按照2-ΔΔCt方法计算基因的相对表达量。以β-肌动蛋白(β-actin)作为参考基因,测定肠道屏障功能相关基因包括紧密连接蛋白-1Claudin-1闭合蛋白(Occludin闭锁小带蛋白-1ZO-1、粘蛋白-1Mucin-1)、粘蛋白-2Mucin-2),炎症细胞因子相关基因包括白细胞介素-1βIL-1β)、白细胞介素-6IL-6)、白细胞介素-10IL-10)、肿瘤坏死因子TNF-α),RT-qPCR的引物(表2由擎科生物技术有限公司合成。

2 目标基因引物序列

基因

引物序列

紧密连接蛋白-1

F: AAGGACAAAACCGTGTGGGA

R: CTCTCCCCACATTCGAGATGATT

闭合蛋白

F: CAGTGGTAACTTGGAGGCGT

R: CCGTCGTGTAGTCTGTCTCG

闭锁小带蛋白-1

F: GCCATCCACTCCTGCCTAT

R: CGGGACCTGCTCATAACTTC

粘蛋白-1

F: GTGCCGACGAAAGAACTG

R: TGCCAGGTTCGAGTAAGAG

粘蛋白-2

F: CTGTGTGGGGCCTGACAA

R: AGTGCTTGCAGTCGAACTCA

白细胞介素-1β

F: CGTCTGCGATGATGACCCAA

R: AGCACCAGGGCTTTTTCATCT

白细胞介素-6

F: ACCGGTCTTGTGGAGTTTCA

R: GGTGGTGGCTTTGTCTGGAT

白细胞介素-10

F: CGGCGCTGTCATCAATTTCT

R: GGCTTTGTAGACACCCCTCTC

肿瘤坏死因子

F: TTATCGGCCCCCAGAAGGAA

R: CGACGGGCTTATCTGAGGTT

β-肌动蛋白

F: TGGAACGGTGAAGGTGACAG

R: CTTTTGGGAAGGCAGGGACT

1.10 微生物16S rRNA测序

使用QIAamp R Fast DNA Stool Mini KitQiagen,德国)提取结肠食糜的总基因组DNA。使用2 %琼脂糖凝胶电泳检测扩增产物,使用AxyPrep DNA凝胶提取试剂盒(Axygen Bio,美国)纯化,并通过Qubit 2.0荧光计(Thermo Fisher Scientific,美国)定量。将纯化的PCR产物合并为等摩尔量,并在Illumina HiSeq 2 500平台上测序,产生300 bp的配对末端读数。基于Illumina HiSeq高通量测序平台对16S rRNA基因V3-V4338FACTCCTACGGGAGGCAGCAG)和806RGGACTACHVGGGT-WTCTAAT)进行PCR扩增、文库构建和测序,获得了具有代表性的扩增序列变异(ASVs)序列。相关分析过程在美吉生物云平台上进行。

1.11 数据统计分析

试验数据经过Excel处理后,采用SPSS26.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),并用Duncan氏法进行多重比较。使用GraphPad Prism 9.4软件进行图片制作。P0.05表示有统计学意义。

2   

2.1 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响

由表3可知,与CON组相比,MZ2组能够显著提高断奶仔猪42 d的体重(P0.05)。在0-21 dMZ1组、MZ2组和PC组对断奶仔猪的ADFIADGF/G均没有显著影响(P0.05),但均能显著降低腹泻率(P0.05)。在22-42 dMZ2组能够显著提高断奶仔猪ADGP0.05),显著降低断奶仔猪F/GP0.05)和腹泻率(P0.05)。在0-42 dMZ1组和MZ2组均能显著提高断奶仔猪的ADGP0.05),其中MZ2组能够显著降低断奶仔猪F/GP0.05)和腹泻率(P0.05)。而与PC组相比,仅MZ2组能够显著提高断奶仔猪42 d的体重(P0.05),并显著提高22-42 d0-42 dADGP0.05),显著降低F/GP0.05)。MZ1组与PC组之间无显著差异(P0.05)。

3 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪生长性能和腹泻率的影响

项目

时间

分组

标准差

P

CON

MZ1

MZ2

PC

体重/kg

0 d

7.61

7.66

7.68

7.51

0.25

0.895

21 d

16.95

17.33

17.36

16.85

0.41

0.499

42 d

29.51b

30.38ab

31.40a

29.93b

0.61

0.017

平均日采食量/g

0-21 d

672.22

678.77

680.67

675.47

12.21

0.906

22-42 d

1 079.25

1 093.49

1 111.24

1 094.93

26.35

0.687

0-42 d

875.74

886.13

895.95

885.20

18.37

0.750

平均日增重/g

0-21 d

445.19 

460.12

460.71

445.21

9.10

0.137

22-42 d

598.12b

621.33b

668.80a

622.50b

11.88

 < 0.001

0-42 d

521.65c

540.72b

564.76a

533.85bc

9.05

0.001

料重比

0-21 d

1.51

1.47

1.47

1.52 

0.03

0.256

22-42 d

1.81a

1.75a

1.66b

1.75a

0.03

0.002

0-42 d

1.67a

1.63a

1.58b

1.65a

0.02

0.001

腹泻率/%

0-21 d

7.04a

5.95b

4.76d

5.26c

0.23

 < 0.001

22-42 d

4.66a

4.76a

3.87b

3.97b

0.31

0.001

0-42 d

5.85a

5.36a

4.32b

4.61b

0.26

0.001

行内统计差异用不同字母表示(P0.05)。下表同。

2.2 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪血清生化和抗氧化指标的影响

由表4可知,与对照组相比,MZ2组和PC组对断奶仔猪血液生化指标TPALBGLBUREAGLUASTALT均无显著影响(P0.05)。MZ2组和PC组能显著提高断奶仔猪免疫球蛋白IgM的水平(P0.05),并有提高IgA水平的趋势(0.05 < P0.10),对IgG无显著影响(P0.05)。MZ2组和PC组能显著降低断奶仔猪血清中TNF-αIL-1β浓度(P0.05),对IL-6IL-10无显著影响(P0.05)。

4 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪血清生化指标和细胞因子水平的影响

项目

分组

标准差

P

CON

MZ2

PC

总蛋白 /(g/L)

57.90

57.27

57.84

2.99

0.974

白蛋白 /(g/L)

31.78

31.94

31.70

1.34

0.984

球蛋白 /(g/L)

26.12

25.34

26.14

3.03

0.956

尿素氮 /(g/L)

2.32

2.09

1.99

0.43

0.744

血糖 /(mmol/L)

5.41

5.62

5.34

0.37

0.752

天冬氨酸转移/(U/L)

52.09

49.02 

49.33 

9.07

0.936

丙氨酸转移酶/(U/L)

50.08

50.83

48.86

5.23

0.937

免疫球蛋白A/(g/L)

1.12

1.29

1.25

0.07

0.071

免疫球蛋白M/(g/L)

0.88b 

1.03a

1.02a 

0.05

0.006

免疫球蛋白G/(g/L)

9.48

9.62

9.54

0.16

0.225

肿瘤坏死因子/(ng/L)

62.73a

54.36b

55.98b

2.99

0.031

白细胞介素-1β /(ng/L)

308.60a

264.05b

272.07b

13.94

0.014

白细胞介素-6 /(ng/L)

56.82

50.72

53.31

3.90

0.319

白细胞介素-10 /(ng/L)

26.13

25.04

23.52

1.78

0.364

2.3 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道形态、屏障功能和炎症细胞因子表达的影响

由图1可知,CON组的断奶仔猪空肠和回肠绒毛完整性较差,排列相对松散,MZ2组和PC组的断奶仔猪空肠和回肠绒毛结构完整,排列整齐,无明显组织学损伤。由表5可知,CON组相比,在断奶仔猪空肠内,MZ2组能够显著提高VHP0.05)和V/CP0.05),PC组能够显著提高V/CP0.05),MZ2组和PC组对CD无显著影响(P0.05)。在断奶仔猪回肠内,MZ2组能够显著提高VHP0.05)和V/CP0.05),PC组能够显著提高VHP0.05),MZ2组和PC组对CD无显著影响(P0.05)。

由图2可知,与CON组相比,MZ2组能够显著提高断奶仔猪空肠Claudin-1Mucin-2的基因相对表达量(P0.05),对OccludinZO-1Mucin-1的基因相对表达量无显著影响(P0.05)。在回肠中,与CON组和PC组相比,MZ2组能够显著提高OccludinClaudin-1Mucin-1Mucin-2的基因相对表达量(P0.05),对ZO-1的基因相对表达量无显著影响(P0.05)。

由图3可知,相较于CON组,MZ2组和PC组均能显著降低空肠和回肠中IL-6的基因相对表达量(P0.05),且MZ2组能显著降低空肠和回肠中IL-1β的基因相对表达量(P0.05)。MZ2组还能显著降低回肠中TNF-α的基因相对表达量(P0.05),但对空肠中TNF-α的基因相对表达量无显著影响(P0.05)。与CON组相比,MZ2组和PC组对提高空肠和回肠中IL-10的基因相对表达量均无显著影响(P0.05)。

5 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪空肠形态的影响

项目

分组 

标准差

P

CON

MZ2

PC

空肠

绒毛高度 /μm

579.93b

626.89a

603.21ab

15.65

0.029

隐窝深度 /μm

197.78

190.08

193.77

5.83

0.439

绒毛高度/隐窝深度

2.94b

3.30a

3.12a

0.09

0.003

回肠

绒毛高度 /μm

565.10b

646.07a

612.23a

16.44

0.001

隐窝深度 /μm

191.70

181.14

187.51

7.09

0.351

绒毛高度/隐窝深度

2.97b

3.58a

3.27ab

0.16

0.005

 

F:/硕士文件/文章/沃能/图片1.png图片1

1  丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道绒毛形态结构的影响

图片3

2  丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道完整性的影响

行内统计差异用不同字母表示(P0.05)。下图同

 

图片4

3  丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道免疫细胞因子的影响

2.4 丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道SCFAs含量和微生物的影响

由图4可知,与CON组相比,MZ2组和PC组能够显著升高断奶仔猪空肠食糜乙酸、丙酸的含量(P0.05),MZ2组能够显著升高空肠食糜丁酸的含量(P0.05)。在断奶仔猪结肠中,MZ2PCMZ2组和PC组能够显著升高丁酸的含量(P0.05),对乙酸和丙酸的含量无显著影响(P0.05)。

由图5基于物种上主坐标分析(PCoA)结果可知,与CON组相比,MZ2组能够显著增加断奶仔猪回肠和结肠微生物多样性(P0.05),并且改变微生物的组成(图6)。由图7多级物种线性判别分析效应大小分析(LEfSe)结果和图8属水平Kruskal-Wallis秩和检验的多重比较结果可知,MZ2组显著提高了断奶仔猪回肠中狭义梭状芽孢杆菌属(Clostridium_sensu_stricto_l特里斯孢菌(Terrisporobacter苏黎世杆菌属(Turicibacter的相对丰度与结肠中Clostridium_sensu_stricto_lTerrisporobacter毛螺菌科ND3007群(Lachnospiraceae_ND3007_group的相对丰度(P0.05),并能显著降低回肠和结肠中Streptococcus的相对丰度(P0.05),与CON组和PC组相比存在显著差异。

F:/硕士文件/文章/沃能/图片2.png图片2

4  丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂对断奶仔猪肠道短链脂肪浓度的影响

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5 断奶仔猪肠道微生物多样性

 

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6 断奶仔猪肠道微生物组成

回肠IleumClostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1Streptococcus:链球菌属;Lactobacillus:乳杆菌属;Escherichia-Shigella:志贺-埃希菌属;Terrisporobacter:特里斯菌;Actinobacillus:放线杆菌属;Turicibacter:苏黎世杆菌属;Prevotella:雷沃氏菌属Faecalibacterium:普拉梭菌属Mycoplasma:支原体属;Dialister:戴阿利斯特杆菌属;Agathobacter:琼脂杆菌;Romboutsia:罗姆布茨菌属;unclassified_o_Lactobacillales:未分类乳酸菌目Enterococcus:肠球菌属;unclassified_k_norank_d_Bacteria:未分类细菌;Bacillus:芽孢杆菌属;Blautia:劳特氏菌属;Subdoligranulum:罕见小球菌Veillonella:荣氏球菌属;Others:其他

结肠ColonLactobacillus:乳杆菌属;Escherichia-Shigella:志贺-埃希菌属;Streptococcus:链球菌属;Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1norank_f_norank_o_Clostridia_UCG-014:梭状芽胞杆菌属UCG-014Blautia:特氏菌属;Subdoligranulum:罕见小球菌Terrisporobacter:特里斯菌;Agathobacter:琼脂杆菌;Christensenellaceae_R-7_group:克里斯滕氏菌科_R-7群;norank_f_Muribaculaceae:未分类鼠李糖乳杆菌科;UCG-002:未分类UCG-002norank_f_norank_o_RF39:未分类RF39UCG-005:未分类UCG-005norank_f_Eubacterium_coprostanoligenes_group:产粪甾醇真杆菌属;Coprococcus:粪球菌属;Faecalibacterium:普拉梭菌属Rikenellaceae_RC9_gut_group:RC9肠道群;Lachnospira:毛螺菌属;unclassified_f_Lachnospiraceae:未分类毛螺菌科;Others:其他

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7 断奶仔猪肠道微生物LEfSe多级物种差异判别分析

回肠Ileumo_Lactobacillales:乳杆菌目;c__Bacilli:芽孢杆菌纲;f_Streptococcaceae:链球菌科;g_Streptococcus:链球菌属;c_Clostridia:梭菌纲;o_Clostridiales:梭菌目;f_Clostridiaceae:梭菌科;g_Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1o__Peptostreptococcales-Tissierellales:消化链球菌目;f_Peptostreptococcaceae:消化链球菌科;g_Terrisporobacter:特里斯菌;f_Erysipelatoclostridiaceae:丹毒杆菌科;o_Erysipelotrichales:丹毒杆菌目g_Turicibacter:苏黎世杆菌属;g_Lactococcus:乳球菌属;f_Micrococcaceae:微球菌科;o_Micrococcales:微球菌目;g_Rothia:罗氏菌属。

结肠Colono_Lactobacillales:乳杆菌目;c__Bacilli:芽孢杆菌纲;o_Clostridiales:梭菌目;f_Clostridiaceae:梭菌科;g_Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1o__Peptostreptococcales-Tissierellales:消化链球菌目;f_Peptostreptococcaceae:消化链球菌科;g_Terrisporobacter:特里斯菌;g_Lachnospiraceae_NK4B4_group:毛螺菌科NK4B4群;g_Streptococcus:链球菌属;f_Streptococcaceae:链球菌科。

 

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8 断奶仔猪肠道微生物Kruskal-Wallis秩和检验的多重比较分析

回肠IleumClostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1Streptococcus:链球菌属;Lactobacillus:乳杆菌属;Escherichia-Shigella:志贺-埃希菌属;Terrisporobacter:特里斯菌;Actinobacillus:放线杆菌属;Turicibacter:苏黎世杆菌属;Prevotella:雷沃氏菌属Faecalibacterium:普拉梭菌属Mycoplasma:支原体属。

结肠ColonLactobacillus:乳杆菌属;Escherichia-Shigella:志贺-埃希菌属;Streptococcus:链球菌属;Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭状芽孢杆菌属1norank_f_norank_o_Clostridia_UCG-014:梭状芽胞杆菌属UCG-014Blautia:特氏菌属;Subdoligranulum:罕见小球菌Terrisporobacter:特里斯菌;Agathobacter:琼脂杆菌;Christensenellaceae_R-7_group:克里斯滕氏菌科_R-7群。

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在传统养殖生产过程中,饲粮中预防性添加抗生素可有效减少断奶仔猪腹泻的发生,降低死亡率。随着我国禁止在畜禽粮中添加抗生素的政策实施,微生态制剂、SCFAs、酶制剂等替抗产品在促进幼畜生长和减轻断奶应激方面发挥出巨大潜力。本研究对丁酸梭菌代谢产物和活菌复合的微生态制剂(MZ)在断奶仔猪应用的有效性进行了评价。

丁酸或丁酸盐作为饲料添加剂能够提高家禽和猪的营养物质消化率和吸收利用率。在饲料中添加丁酸盐能够显著提高断奶仔猪ADG和饲料转化效率,这可能与丁酸能够诱导内源性分泌物有关。ADFIADGF/G和腹泻率是衡量仔猪生长性能最直接的指标。实验室前期研究发现MZ能够改善母猪繁殖性能,提高出生窝重、仔猪体重以及哺乳仔猪的生长性能。然而,部分研究结果显示,单独添加1 000 mg/kg1 kg/t)的丁酸钠能降低断奶仔猪腹泻率,但对ADGF/G均无显著影响。在饲粮中添加150 mg/kg300 mg/kg的丁酸钠补充剂对肉鸡的生长性能也没有显著影响。在我们的研究结果中,MZ1组和MZ2组实际所含丁酸盐含量小于1 kg/t(即约为0.32 kg/t0.64 kg/t),但在断奶仔猪生长性能各方面均有促进作用,且MZ2组断奶仔猪饲养后期(22-42 d)和全期(0-42 d)在降低F/G、腹泻率以及提高ADG42 d末体重方面均表现出更好的效果。这可能是因为丁酸梭菌代谢产物除丁酸盐外,还含有其他SCFAs(如乙酸盐、丙酸盐),多种SCFAs共同作用有效地刺激了肠道蠕动和食糜排空速率。另外,MZ中含有的三种活菌成分E. faeciumL. plantarumB. subtilis,能够通过改善动物肠道内环境,刺激肠道内源厌氧菌增殖,促进有益菌定植,提高对营养物质的消化吸收能力,以此提高生长性能。这三种活菌与丁酸梭菌代谢产物协同作用,在促进断奶仔猪生长性能方面发挥出巨大优势。

血清生化指标可以反映动物机体的健康状况。免疫球蛋白IgAIgGIgM是体液免疫中的主要成分,能够特异性结合相应的抗原并调节免疫功能。有研究表明,有机酸能够通过增加血清中免疫球蛋白的浓度来增强仔猪的免疫系统。口服灌喂C. butyricum和丁酸能够促进AKT-mTOR通路提高小鼠血浆中IgGIgMIgA的浓度。这与本研究结果一致,说明MZ能够促进断奶仔猪的免疫系统发育,在提高体液免疫能力方面具有潜在优势。

断奶应激导致仔猪肠道绒毛高度降低,隐窝深度增加,从而影响营养物质的吸收利用。粘蛋白(MUC)和紧密连接蛋白作为肠道屏障的主要蛋白,广泛存在于肠道粘膜中,能够调节肠道通透性,二者共同反映肠道屏障功能。研究表明,丁酸能够刺激MUC3MUC4MUC12蛋白的分泌进而改变微生物群落在肠道中的黏附作用。同时,MUC2还可以与丁酸盐共同作用促进抗菌肽生成,抵抗DSS诱导的小鼠结肠炎发生。本研究中,我们观察到MZ2组回肠中Mucin-1Mucin-2的基因相对表达量显著升高,这表明肠道中丁酸含量较高,促进了MUC蛋白的表达,提高了肠道粘液屏障功能。阳性对照苯甲酸是一种良好的抗腹泻有机酸,具有促进肠道屏障发育的作用。但在我们的研究中,苯甲酸未能表现出良好的改善肠道屏障的功能。MZ2组断奶仔猪的空肠和回肠中,VHV/C、紧密连接蛋白Claudin-1Occludin和粘蛋白Mucin-1Mucin-2的基因相对表达量均表现出优于苯甲酸的效果。研究报道,苯甲酸多以包被的形式用作饲料添加剂。这可能是因为包被后起到缓释效果,使苯甲酸被微生物降解的速率更慢,增加了在小肠内停留时间。而本研究中使用的苯甲酸未经包被,MZ2组能起到更好效果的原因可能是E. faeciumL. plantarumB. subtilis改变了断奶后仔猪的肠道环境,促进优势微生物生长。肠道内环境的改变能够提高丁酸盐到达肠道的稳定性,使得丁酸盐能够更加直接在肠道中被肠上皮的刷状缘吸收和代谢,为机体提供营养。

SCFAs是肠道微生物群与宿主之间相互作用的关键介质,能够调节微生物稳态,对宿主肠道健康、免疫调节和对病原体的易感性有积极影响。本研究中,MZ2含有较高的丁酸盐水平,对升高回肠和结肠食糜丁酸含量的结果是显而易见的。同时,高水平的丁酸盐增加了断奶仔猪回肠和结肠中Clostridium_sensu_stricto_lTerrisporobacter的相对丰度。Clostridium_sensu_stricto_l在肠道中具有降解多糖产生乙酸和丁酸的功能,在结肠中富集的Lachnospiraceae_NK4B4_group也能够利用淀粉、菊粉、阿拉伯木聚糖等多糖产生丁酸和其他SCFAs。这可能也是回肠中乙酸和丁酸含量升高的原因之一。根据上述结果,我们认为断奶仔猪回肠和结肠中Mucin-1Mucin-2的基因相对表达量远高于CON组和PC组的原因在于肠道内有较高含量的丁酸。丁酸浓度的维持一方面与MZ2组较高添加量有关,另一方面MZ刺激了Clostridium_sensu_stricto_lLachnospiraceae_NK4B4_group等产丁酸菌的生成,使丁酸含量保持在适宜仔猪生长的浓度范围。同时,MZ中活菌成分L. plantarum能够提高菌群多样性,如厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度,阻碍致病菌黏附。此外,E. faeciumB. subtilis也能够降低肠道pH,促进肠道厌氧菌生成。Terrisporobacter作为一类严格厌氧菌能够产生具有抗菌能力的次级代谢产物,并增强机体消化酶活性和碳水化合物代谢。 Turicibacter也是一类具有抗炎特性的潜在有益菌,能够改变宿主胆汁酸谱和脂质代谢能力,经Turicibacter发酵后的多糖还能够通过影响血清素系统抑制结直肠肿瘤的发生。这些潜在益生菌丰度的增加,帮助仔猪更好地消化和利用饲粮中纤维、碳水化合物,调节肠道微生态、提高菌群多样性,提高营养物质的消化吸收能力。因此,这些结果表明本研究中MZ有利于增加肠道潜在有益菌的丰度,改善肠道健康,促进断奶仔猪发育。

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综上所述,在饲粮中添加丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂(MZ)能够提高机体免疫和抗炎能力,增强肠道屏障功能、调节肠道微生物组成、降低腹泻率,最终提高断奶仔猪生长性能。本研究结果为丁酸梭菌代谢产物及活菌复合制剂(MZ)在养猪业中的推广应用提供了理论依据。

致谢:感谢农业农村部饲料工业中心丰宁动物试验基地提供饲养场地的支持和帮助。

参考文献: