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        不同外源寡糖對嶗山奶山羊瘤胃微生物區(qū)系的影響

        2012-06-06 10:39:52茹溫建新程明汪文鑫肖宇褚永康林英庭
        動物營養(yǎng)學(xué)報 2012年2期
        關(guān)鍵詞:原蟲奶山羊寡糖

        祁 茹溫建新程 明汪文鑫肖 宇褚永康林英庭*

        (1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院,青島 266109;2.青島市畜牧獸醫(yī)研究所,青島 266100)

        外源寡糖(又稱低聚糖)作為一種新型的微生態(tài)飼料添加劑,用量少、純天然、無殘留且穩(wěn)定性強(qiáng),具有吸附腸道病原菌和發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用的雙重功能,最有可能成為抗生素的替代品。目前國內(nèi)外關(guān)于寡糖添加效果的報道不一。Davis等[4]和 Pettigrew[5]研究發(fā)現(xiàn),甘露寡糖(mannoseoligosaccharides)在豬體內(nèi)如同其他抗菌生長促進(jìn)劑一樣有效,然而也有報道認(rèn)為并無該效果[6-8]。Liu等[9]報道殼聚糖(飼糧添加160 mg/kg)有降低斷奶仔豬腹瀉率、抑制大腸桿菌生長的功效,但不能有效替代抗生素作為斷奶仔豬生長促進(jìn)劑使用。Dimitroglou等[10]報道,MOS調(diào)節(jié)虹鱒魚腸道微生物群落,進(jìn)而作用于腸道形態(tài)和上皮細(xì)胞刷狀緣。王新峰等[2]研究寡糖對斷奶羔羊瘤胃菌群的影響,結(jié)果表明寡糖能夠改變斷奶羔羊瘤胃菌群結(jié)構(gòu),其中果寡糖(fructo-oligosaccharides)(飼糧添加0.3%)對羔羊瘤胃液細(xì)菌總數(shù)以及黃化瘤胃球菌(R.Flavefaciens)和琥珀酸絲狀桿菌(F.Succinogenes)數(shù)量均有提高作用。外源寡糖在奶山羊的報道較少,關(guān)于比較不同外源寡糖作用效果的研究亦極少。因此,本試驗(yàn)通過在飼糧中添加不同外源寡糖,研究其對瘤胃微生物區(qū)系的影響,篩選和確定奶山羊用寡糖,為外源寡糖應(yīng)用于奶山羊養(yǎng)殖提供理論指導(dǎo)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)材料

        甘露寡糖(純度50%)、半乳甘露寡糖(galactomannan-oligosaccharides,純 度 80%)、寡 木 糖(xylo-oligosaccharides,純度70%)、低聚異麥芽寡糖(isomalto-oligosaccharides,純度 90%)、果寡糖(純度90%)均為商業(yè)產(chǎn)品。

        1.2 試驗(yàn)動物及分組

        選用體況良好、平均體重(32.80 ±2.45)kg、安裝有永久性瘤胃瘺管的6月齡去勢嶗山奶山羊6只,進(jìn)行編號。采用分期分組試驗(yàn)設(shè)計,試驗(yàn)共4期,每期奶山羊分別飼喂基礎(chǔ)飼糧以及基礎(chǔ)飼糧中添加1%(以有效含量計)不同外源寡糖的試驗(yàn)飼糧,按添加寡糖的種類將各期中的試羊分配到6組,試驗(yàn)動物分組見表1。每期23 d,其中預(yù)試期14 d,正試期 9 d。

        1.3 基礎(chǔ)飼糧

        基礎(chǔ)飼糧配制參照中國肉用山羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 816—2004)[11],基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。

        表1 試驗(yàn)動物分組Table 1 Grouping of experimental animals

        表2 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet(air-dry basis) %

        1.4 飼養(yǎng)管理

        試驗(yàn)期間奶山羊單欄飼養(yǎng),每天07:00和17:00分2次等量飼喂,先精后粗,精飼料425 g/d,粗飼料1 000 g/d,自由飲水,各組間飼養(yǎng)管理完全一致。

        1.5 瘤胃內(nèi)容物的采集和預(yù)處理

        瘤胃內(nèi)容物的采集時間如下:正試期第1天07:00(0 h)、13:00(6 h);第 5 天 09:00(2 h)、15:00(8 h);第 9 天 11:00(4 h)、17:00(10 h)。

        由瘤胃瘺管采集不同位點(diǎn)的瘤胃內(nèi)容物,立刻用4層紗布過濾,取5 mL裝入充有CO2氣體的離心管,在超凈工作臺中梯度稀釋并接種培養(yǎng),用于瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌、真菌、纖維素分解菌的計數(shù)。再取1 mL加入4 mL甲基綠染色液(MFS)中固定,以備鏡檢原蟲數(shù)。

        1.6 細(xì)菌、真菌、纖維素分解菌和原蟲的計數(shù)

        1.6.1 細(xì)菌、真菌、纖維素分解菌計數(shù)

        細(xì)菌、真菌、纖維素分解菌采用固體培養(yǎng)基培養(yǎng)后計數(shù),參照Hungate[12]的滾管法進(jìn)行。

        1.6.2 原蟲計數(shù)

        原蟲計數(shù)參照《現(xiàn)代反芻動物營養(yǎng)研究方法和技術(shù)》[13]進(jìn)行。

        1.7 數(shù)據(jù)處理

        數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析應(yīng)用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件中的One-way ANOVA進(jìn)行方差分析,LSD進(jìn)行多重比較,采用回歸的曲線估計進(jìn)行回歸分析。結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

        2 結(jié)果

        2.1 不同外源寡糖對瘤胃液細(xì)菌總數(shù)的影響

        由表3可知,與對照組相比,瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)在晨飼前(0 h)僅MOS組顯著提高(P<0.05),其余試驗(yàn)組有提高的趨勢,但未達(dá)到顯著水平(P>0.05);各試驗(yàn)組細(xì)菌總數(shù)在晨飼后2 h降到最低,所有組均在晨飼后4 h達(dá)到峰值,然后緩慢下降,趨于平衡。在整個試驗(yàn)期內(nèi),MOS組、FOS組的瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)處于較高水平。

        2.2 不同外源寡糖對瘤胃液纖維素分解菌數(shù)量的影響

        由表4可知,晨飼前MOS組瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量較對照組顯著提高(P<0.05);GMOS組、FOS組在晨飼前,晨飼后 2、4 h均顯著高于對照組和其他試驗(yàn)組(P<0.05),它們之間差異不顯著(P>0.05)。各組均出現(xiàn)先升高后降低的趨勢,晨飼后4 h達(dá)到峰值,然后逐漸降低。整個試驗(yàn)期內(nèi),GMOS組、FOS組的瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量一直處于較高水平。

        表3 不同外源寡糖對瘤胃液細(xì)菌總數(shù)動態(tài)變化的影響Table 3 Effects of different exogenous oligosaccharides on the dynamic change of number of total bacteria in rumen liquid 109CFU/mL

        表4 不同外源寡糖對瘤胃液纖維素分解菌數(shù)量動態(tài)變化的影響Table 4 Effects of different exogenous oligosaccharides on the dynamic change of number of rumen liquid cellulose-decomposing bacteria 108CFU/mL

        由表5可知,瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量和時間的回歸關(guān)系符合二次曲線模型,各試驗(yàn)組的瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量極小值均高于對照組,提示飼糧中添加外源寡糖可以提高奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量。GMOS組和FOS組取極小值時的時間(即對稱軸數(shù)值)均高于對照組,提示添加半乳甘露寡糖和果寡糖延遲了瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌到達(dá)峰值的時間,即增加了較高濃度纖維素分解菌作用于瘤胃內(nèi)容物的時間,且極小值也高于對照組。

        表5 瘤胃液纖維素分解菌數(shù)量與時間的回歸分析Table 5 The regression analysis of number of rumen liquid cellulose-decomposing bacteria and time

        2.3 不同外源寡糖對瘤胃液原蟲數(shù)量的影響

        由表6可知,與對照組瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量相比,MOS組在晨飼后2和4 h、XOS組在晨飼后4 h均顯著增加(P<0.05);整個試驗(yàn)期內(nèi),MOS組瘤胃液原蟲數(shù)量處于較高水平;各組原蟲數(shù)量呈先下降后上升趨勢,晨飼后2 h下降到最低點(diǎn),之后開始上升,MOS組和XOS組晨飼后4 h達(dá)到峰值,其余組到晨飼后6 h達(dá)到峰值,之后逐漸下降或趨于平衡。晚飼前(晨飼后10 h)瘤胃液原蟲數(shù)量恢復(fù)到和晨飼前同一水平。

        表6 不同外源寡糖對瘤胃液原蟲數(shù)量動態(tài)變化的影響Table 6 Effects of different exogenous oligosaccharides on the dynamic change of number of rumen liquid protozoa 105CFU/mL

        由表7可知,瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量和時間的回歸關(guān)系符合二次曲線模型,各試驗(yàn)組的瘤胃液原蟲數(shù)量極大值均高于對照組,即飼糧中添加外源寡糖可以提高奶山羊瘤胃液原蟲數(shù)量。

        2.4 不同外源寡糖對瘤胃液真菌數(shù)量的影響

        由表8可知,與對照組瘤胃液單位體積內(nèi)真菌數(shù)量相比,晨飼前GMOS組(P<0.01)和FOS組(P <0.01),晨飼后 2 h MOS組(P <0.05)、IMO 組(P <0.05)、FOS組(P <0.05),晨喂后4 h MOS組(P <0.05),晨飼后6 h FOS組(P <0.05)均有顯著提高。各試驗(yàn)組瘤胃液真菌數(shù)量在晨飼后呈上升趨勢,到4 h達(dá)到峰值,然后逐漸下降,在晨飼后8 h略有升高,而后晚飼前有所降低。在整個試驗(yàn)期內(nèi),MOS組、FOS組的瘤胃液真菌數(shù)量在各試驗(yàn)組間均一直處于較高水平。

        表7 瘤胃液原蟲數(shù)量與時間的回歸分析Table 7 The regression analysis of number of rumen liquid protozoa and time

        表8 不同外源寡糖對瘤胃液真菌數(shù)量動態(tài)變化的影響Table 8 Effects of different exogenous oligosaccharides on the dynamic change of number of rumen liquid fungi 105CFU/mL

        從表9可知,瘤胃液單位體積內(nèi)真菌數(shù)量和時間的回歸關(guān)系符合二次曲線模型,各試驗(yàn)組回歸方程的對稱軸數(shù)值均大于對照組,且極小值均高于對照組,提示添加外源寡糖可以延遲瘤胃液真菌數(shù)量到達(dá)峰值的時間,從而使較高濃度真菌作用于瘤胃內(nèi)容物的時間增加,且到達(dá)峰值的極小值大于對照組的極小值。除MOS組外各試驗(yàn)組二次項(xiàng)系數(shù)均大于對照組,即二次曲線的開口較對照組小。

        表9 瘤胃液真菌數(shù)量與時間的回歸分析Table 9 The regression analysis of number of rumen liquid fungi and time

        3 討論

        3.1 不同外源寡糖對瘤胃液細(xì)菌總數(shù)的影響

        本試驗(yàn)條件下,瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)分布于8.82×109~10.25×109CFU/mL 之間,屬正常范圍(109~1010CFU/mL)[12],飼糧添加外源寡糖有提高奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)的趨勢,但未達(dá)到顯著性水平。這與張學(xué)峰[14]報道的外源性寡糖對瘤胃液細(xì)菌總數(shù)沒有產(chǎn)生顯著性影響的結(jié)果相一致。外源寡糖可以為瘤胃液細(xì)菌提供更多可利用的碳水化合物從而促進(jìn)其增殖,此外,外源寡糖也可以有效改善瘤胃發(fā)酵功能[16],但不同外源寡糖對瘤胃微生物的增殖效果不同,目前尚無外源寡糖促進(jìn)瘤胃液細(xì)菌增殖機(jī)理的定論,有待進(jìn)一步研究探討。

        影響瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)的因素很多,除飼糧結(jié)構(gòu)外,還有飼喂頻率、飼喂水平、取樣時間以及動物的個體差異等。但總的來說,細(xì)菌總數(shù)隨攝入可利用能量的上升而增加。Leedle等[15]報道,在各種飼糧的維持水平條件下瘤胃液細(xì)菌總數(shù)是比較穩(wěn)定的,可培養(yǎng)細(xì)菌的數(shù)量在飼喂后減少到40% ~60%(2或4 h降到最低)。本試驗(yàn)結(jié)果顯示瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)在飼喂后2 h降到最低,飼喂后4 h達(dá)到峰值,然后緩慢下降,趨于平衡。原因可能是奶山羊進(jìn)食后,大量飼料、唾液和飲水進(jìn)入瘤胃稀釋了原有的瘤胃液,細(xì)菌密度下降,即單位體積內(nèi)瘤胃液中所含的細(xì)菌總數(shù)降低;由于進(jìn)食造成奶山羊瘤胃內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變,減緩或抑制了細(xì)菌在短時間內(nèi)的增殖;進(jìn)食2~4 h內(nèi),瘤胃微生物利用進(jìn)食飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)迅速增殖而達(dá)到峰值;之后隨著可利用營養(yǎng)物質(zhì)的消耗以及瘤胃內(nèi)環(huán)境包括pH、氧化-還原電位、二氧化碳分壓、溫度等的逐漸穩(wěn)定,瘤胃液細(xì)菌濃度又逐漸下降,之后趨于動態(tài)平衡。薛峰[17]報道瘤胃液細(xì)菌總數(shù)從飼喂前到飼喂后2 h呈下降趨勢,在2 h到達(dá)最低點(diǎn)之后,逐漸上升到飼喂后4 h達(dá)最高值。這與本試驗(yàn)結(jié)果基本一致。

        3.2 不同外源寡糖對瘤胃液纖維素分解菌數(shù)量的影響

        粗飼料是反芻動物主要的飼料來源,細(xì)菌和真菌在分解利用纖維素過程中起主要作用,其中纖維素分解菌扮演重要角色[18]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,不同外源寡糖提高奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量的效果不同,其中半乳甘露寡糖和果寡糖達(dá)到顯著水平。這與外源寡糖的生理生化功能息息相關(guān),外源寡糖可以提高營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解率,還可以通過降低瘤胃液pH、氨態(tài)氮(NH3-N)濃度等改善瘤胃內(nèi)環(huán)境,利于瘤胃纖維素分解菌的生長和增殖。不同外源寡糖對奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)纖維素分解菌數(shù)量影響不同,這與寡糖的結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和純度等有關(guān)。王新峰等[2]報道果寡糖能夠使黃化瘤胃球菌和產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌的數(shù)量提高,而添加低聚異麥芽糖和混合添加2種寡糖對羔羊瘤胃液細(xì)菌總數(shù)和2種纖維降解菌的數(shù)量均有一定的抑制作用,特別是產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌,達(dá)到了顯著水平。

        3.3 不同外源寡糖對瘤胃液原蟲數(shù)量的影響

        大量體內(nèi)體外試驗(yàn)都表明,原蟲直接參與降解細(xì)胞壁多糖的過程[20]。原蟲數(shù)量變化趨勢可以間接反映纖維素的消化情況。本試驗(yàn)條件下,瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量分布于4.65×105~5.08×105CFU/mL 之間,屬正常范圍(105~106CFU/mL)[12]。

        原蟲不能利用簡單的含氮化合物合成自身所需要的氨基,其生長必須靠吞噬細(xì)菌獲得氨基酸,合成自身蛋白質(zhì)[21]。本試驗(yàn)條件下,外源寡糖對細(xì)菌總數(shù)無顯著性影響,而甘露寡糖顯著提高了奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量。推測一方面可能是甘露寡糖促進(jìn)了飼料中蛋白質(zhì)的分解,使得原蟲的蛋白質(zhì)來源增多,從而數(shù)量增多;另一方面可能由于甘露寡糖改善瘤胃內(nèi)環(huán)境利于原蟲增殖的效果優(yōu)于其他外源寡糖。前人研究結(jié)果顯示,甘露寡糖在單胃動物和反芻動物中應(yīng)用效果良好。White等[22]報道,甘露寡糖可以有效抑制大腸桿菌在十二指腸、空腸、盲腸和結(jié)腸的定植,改善斷奶仔豬腸道健康狀況。鮑延安等[23]報道,甘露寡糖可以顯著降低中國荷斯坦奶牛體細(xì)胞數(shù)。整個試驗(yàn)期內(nèi),瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量呈先下降后上升趨勢,這與張學(xué)峰[14]報道的原蟲數(shù)量在晨飼后4 h達(dá)到最低點(diǎn),隨后逐漸升高,在晨飼后12 h達(dá)到峰值水平略有差異。原因可能是試驗(yàn)所用的寡糖種類、飼喂方式及試驗(yàn)動物等存在差異。

        3.4 不同外源寡糖對瘤胃液真菌數(shù)量的影響

        瘤胃液厭氧真菌中的絕大部分種屬都能分解纖維素,都具有廣泛的高活性的降解植物細(xì)胞壁的纖維素酶、木聚糖酶、果膠酶和酯酶。瘤胃液厭氧真菌的數(shù)量和生物量的估計對于了解厭氧真菌在瘤胃內(nèi)的定量以及在瘤胃內(nèi)的自然變異規(guī)律非常重要。因此本試驗(yàn)選擇運(yùn)用滾管法計數(shù)瘤胃液單位體積內(nèi)真菌數(shù)量,作為分析厭氧真菌在瘤胃內(nèi)變化規(guī)律的指標(biāo)。

        本試驗(yàn)條件下,各組真菌數(shù)量分布于4.48×105~6.02×105CFU/mL之間,均在報道的正常真菌數(shù)量范圍(103~ 105CFU/mL)內(nèi)[24-25],且甘露寡糖和果寡糖顯著提高奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)真菌數(shù)量。分析原因可能是:真菌生長所需的氮源為和氨基酸形式的氮,外源寡糖可以降低瘤胃NH3-N濃度和pH。瘤胃液單位體積內(nèi)真菌數(shù)量與瘤胃內(nèi)環(huán)境息息相關(guān),當(dāng)瘤胃處于真菌生長的最佳狀態(tài)時,其增殖速度加快,數(shù)量則相應(yīng)增加。戈婷婷等[3]報道飼糧中添加甘露寡糖可以顯著提高培養(yǎng)液中(微生物蛋白)MCP含量、增加瘤胃產(chǎn)氣量、降低NH3-N濃度。凌寶明等[16]報道灌注果寡糖可以降低生長綿羊的瘤胃液pH、NH3-N濃度,提高揮發(fā)性脂肪酸(VFA)含量和瘤胃液MCP濃度。

        本試驗(yàn)條件下,瘤胃液厭氧真菌數(shù)量自晨飼起開始上升,到飼喂后4 h達(dá)到峰值,這與原蟲的存在及外源寡糖的添加存在必然聯(lián)系。表6顯示,添加外源寡糖可以提高瘤胃液單位體積內(nèi)原蟲數(shù)量。瘤胃液中原蟲的存在能夠增加飼料在瘤胃中的滯留時間,并且能夠穩(wěn)定瘤胃環(huán)境,這有益于厭氧真菌的形成[26],但其機(jī)理有待進(jìn)一步探討。

        4 結(jié)論

        ①飼糧添加外源寡糖有提高奶山羊瘤胃液單位體積內(nèi)細(xì)菌總數(shù)的趨勢,但無顯著性影響。

        ②半乳甘露寡糖和果寡糖可以顯著提高奶山羊瘤胃液纖維素分解菌數(shù)量。

        ③甘露寡糖可以顯著提高奶山羊瘤胃液原蟲數(shù)量。

        ④甘露寡糖和果寡糖可以顯著提高奶山羊瘤胃液真菌數(shù)量。

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