俞添賀，李 響，宋戰(zhàn)昀，王向輝，劉 博，王 準，魏 箐，肖 芳，龔 賀，馮 新* (.吉林大學 動物醫(yī)學學院,吉林 長春 006； .長春海關 技術中心，吉林 長春 006； .哈爾濱海關 技術中心,黑龍江 哈爾濱 500)

仔豬的腸道中存在著能夠與仔豬互利共生、相互影響的微生物菌群。這些微生物在仔豬腸道內(nèi)構(gòu)成一個微生態(tài)平衡，這種平衡在機體營養(yǎng)物質(zhì)代謝、生長發(fā)育和抗病能力等方面都發(fā)揮著十分重要的作用，其相關研究已經(jīng)得到了越來越多的關注[1]。這些菌群常常被認為是仔豬的一個“器官”，在仔豬生長、繁殖等代謝過程中，這些微生物具有仔豬本身器官所沒有的功能，如通過調(diào)節(jié)腸道菌群組成來減少豬脂肪沉積等[2]。但是，在仔豬的整個生長發(fā)育過程當中，其腸道菌群不可避免地受到飼養(yǎng)環(huán)境、飲食、應激等諸多因素的影響，所以，保證仔豬腸道菌群的健康對維持機體正常的生理代謝具有極其重要的意義[3]。隨著培養(yǎng)組學的不斷發(fā)展，豬腸道中能夠直接引起表型變化和疾病發(fā)生的菌株將會被逐漸鑒別[4]。仔豬大腸發(fā)達，其中存在的大量微生物對所采食的物質(zhì)進行消化吸收，如高纖維物質(zhì)、脂肪、不溶性蛋白質(zhì)等，這些難消化的物質(zhì)經(jīng)過微生物發(fā)酵后能夠產(chǎn)生營養(yǎng)物質(zhì)給機體提供營養(yǎng)。仔豬腸道菌群相關影響因素的研究，對仔豬疾病預防、促進仔豬生長發(fā)育意義重大。劉家奇等[5]研究發(fā)現(xiàn)，對動物腸道菌群進行調(diào)節(jié)能夠抑制中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)展,并提高宿主抗病能力進而改善宿主健康狀況。劉紅南等[6]研究表明，通過對功能性飼料的優(yōu)化使用，能夠為宿主后腸道菌群提供更好地利用氮的環(huán)境，提高氮利用率以降低畜禽氨氣的產(chǎn)生，進而可改善大氣質(zhì)量。對于仔豬腸道菌群定植、發(fā)展、演替規(guī)律、多樣性以及影響因素的研究，能夠為仔豬的科學飼養(yǎng)及管理提供幫助。

1 仔豬腸道菌群的演替規(guī)律及多樣性

仔豬腸道菌群的發(fā)展、定植是動態(tài)變化的過程，對于仔豬成長的每個階段，腸道內(nèi)都會有相應的菌群發(fā)揮作用。仔豬腸道菌群包括腸道內(nèi)的古細菌、真菌、原生動物菌、細菌、病毒等。在豬的長期進化過程中，腸道內(nèi)菌群的平衡能夠得以維持正是因為腸道內(nèi)微生物發(fā)揮著作用，這種平衡對于仔豬生長、發(fā)育有著重要作用。開展仔豬腸道菌群的研究，對于促進仔豬生長發(fā)育具有重要意義。

1.1 仔豬腸道菌群發(fā)生、發(fā)展演替規(guī)律仔豬腸道菌群并不是與生俱來的，而是在仔豬出生后，通過與母豬生殖道、皮膚、糞便等的接觸而獲得的，并且在后天生長發(fā)育過程中逐步形成(圖1)。健康母豬的消化道菌群，將對新生仔豬的腸道發(fā)育和屏障功能產(chǎn)生重要影響[7]。在仔豬生長發(fā)育的不同階段，其腸道菌群的組成有著非常大的差別。隨著仔豬日齡的不斷增加，其腸道菌群也發(fā)生一定規(guī)律的變化[8]。楊柳等[9]研究表明，仔豬在母體內(nèi)處在一種無菌的狀態(tài)，在仔豬分娩以后，因為受到母豬產(chǎn)道微生物和空氣中微生物的影響，腸道內(nèi)才開始定植微生物。但是，李浩等[10]表明，仔豬在胚胎時期，由于不可避免的吞飲羊水，其腸道內(nèi)已經(jīng)開始定植微生物。在整個仔豬腸道菌群產(chǎn)生的過程當中，歷經(jīng)從無菌到需氧菌到兼性厭氧菌到專性厭氧菌的4個階段的過程。

圖1 仔豬腸道菌群母源傳遞示意圖

仔豬腸道中能夠幫助仔豬利用母乳中營養(yǎng)成分的細菌為乳酸桿菌與鏈球菌。仔豬斷奶后，腸道菌群的組成也會發(fā)生改變，經(jīng)歷從簡單到復雜的變化[11]。大腸桿菌數(shù)量在仔豬出生的12 h呈現(xiàn)優(yōu)勢；仔豬在出生48 h后，乳酸菌和鏈球菌數(shù)量逐漸呈現(xiàn)優(yōu)勢[12]。而斷奶仔豬腸道中的菌群又發(fā)生了非常大的變化，擬桿菌屬細菌逐漸成為主要的厭氧菌群[13]。由此可知，仔豬腸道菌群是按照一定順序建立起來的，并且有一定規(guī)律的在腸道中變化[14]。仔豬在出生后，極短的時間內(nèi)就可以在腸道內(nèi)形成比較成熟的腸道菌群，仔豬個體之間腸道菌群的結(jié)構(gòu)存在差異，但每個仔豬的菌群均能平衡存在[15]。

1.2 豬腸道菌群的多樣性動物腸道中的細菌類微生物多達100萬億，這個數(shù)量約是機體細胞數(shù)量的10倍，其種類多達500種[16-18]。這些微生物主要是細菌，根據(jù)這些微生物對于氧氣的需求，能夠?qū)⑵浞譃樾柩蹙?、厭氧菌兩類[19]。豬的腸道菌群涉及范圍非常廣泛，共涉及到25門、47綱、79目、121科、207屬和390種[20]。伴隨著細菌非培養(yǎng)技術的發(fā)展，對仔豬腸道菌群的研究更加地精細化。在仔豬體內(nèi)腸道的不同位置，其菌群的分布也存在著不同[21]，即使是同一種細菌，在不同腸道位置環(huán)境下，其相對豐度也存在顯著性差異[22]，這種現(xiàn)象和腸道的不同位置有著不同生理狀態(tài)和生理功能密切相關。郭曉紅等[23]通過高通量測序技術，比較研究A(晉汾白豬)、B(馬身豬)2種仔豬在生長發(fā)育的不同階段結(jié)腸菌群結(jié)構(gòu)與特征的差異，其腸道菌群分布較為廣泛。厚壁菌門(Firmicutes)與擬桿菌門(Bacteroidetes)在結(jié)果中呈現(xiàn)優(yōu)勢占比，在3個不同生長發(fā)育階段，平均占比分別達到49%與32%，優(yōu)勢較為明顯。在2種仔豬結(jié)腸菌群中，厚壁菌門所占比例均逐步增大，且A仔豬厚壁菌門占比隨日齡增大程度明顯高于B仔豬。A仔豬3個不同生長發(fā)育階段結(jié)腸菌群中擬桿菌門占比都在30%左右，但B仔豬3個不同生長發(fā)育階段結(jié)腸菌群中擬桿菌門占比呈現(xiàn)由35%到23%再到46%的變化。變形菌門(Proteobacteria)和梭桿菌門(Fusobacteria)在2種仔豬從出生到斷奶后，在結(jié)腸菌群中的占比波動較大，在仔豬出生時，變形菌門在不同品種仔豬結(jié)腸菌群中占比差別較大，A仔豬比例(24%)明顯高于B仔豬(4%)，而梭桿菌門則表現(xiàn)相反，B仔豬1日齡時占比(28%)則顯著高于A仔豬(17%)，如圖2所示。對于仔豬腸道優(yōu)勢菌群分布規(guī)律的研究所呈現(xiàn)出的結(jié)果不是完全相同[24]，仔豬腸道菌群的產(chǎn)生和發(fā)展會因為品種、年齡等的不同而發(fā)生不一樣的變化[25]。

圖2 2個品種豬結(jié)腸菌群門水平組成分析結(jié)果[23]

2 影響仔豬腸道菌群演替變化的內(nèi)在因素

仔豬從出生到斷奶后2周是生長關鍵期，在這個時間段內(nèi)腸道菌群定植并初步成熟。仔豬腸道菌群會發(fā)生比較劇烈的變化，菌群會隨著內(nèi)外因素的共同影響而發(fā)生改變，如飼養(yǎng)環(huán)境、食物類型、斷奶應激等。不僅如此，腸道菌群建立也是與宿主相互作用和長期自然選擇的結(jié)果，宿主的遺傳因素在菌群的組成和結(jié)構(gòu)上起到了決定性的作用。

2.1 品種動物腸道菌群的基因與人類腸道菌群的基因在遺傳性上存在相似性，不同動物品種的腸道菌群基因會存在明顯差別。通過對美國人與歐洲人腸道菌群基因的對比研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群基因有上千萬個單堿基發(fā)生變異，樣本中的每個人都可以通過腸道菌群的遺傳基因進行鑒別。通過對生長在相同環(huán)境下的4個品種淡水魚進行研究發(fā)現(xiàn)，4種魚的腸道菌群多樣性存在明顯差異。在山羊品種與腸道菌群之間關系的研究中同樣發(fā)現(xiàn)了這點，對于品種相同的山羊而言，其腸道菌群相似度極高，不同品種山羊的腸道菌群差異較大。

仔豬腸道內(nèi)菌群因豬品種的不同而存在差異。CHEN等[22]通過對不同年齡、性別、地理區(qū)域的野豬和杜洛克豬的樣本進行深度宏基因組測序，通過對野豬和高度商業(yè)化杜洛克豬2種不同飼養(yǎng)條件下豬的腸道菌群的比較研究，發(fā)現(xiàn)2個品種豬腸道菌群在菌種組成上存在差異。雙胞胎的腸道菌群相似性比無基因關聯(lián)的個體間表現(xiàn)得更加明顯，而同卵雙生比異卵雙生腸道菌群相似程度更高，這表明仔豬品種的遺傳因素對腸道菌群影響很大。對藏豬與瘦肉型豬腸道菌群組成探究試驗發(fā)現(xiàn)[26]，藏豬與榮昌豬和大白豬相比，腸道內(nèi)的厚壁菌和螺旋菌比例更高且擬桿菌的比例更低，藏豬螺旋菌的比例比榮昌豬高出許多；而大白豬、榮昌豬和藏豬相比，腸道內(nèi)無壁菌的比例更高及纖維桿菌和迷蹤菌的比例更低，在藏豬糞便中，乳酸菌的比例顯著高于其余2種豬。對民豬和大白豬腸道菌群的比較研究發(fā)現(xiàn)，大白豬的厭氧弧菌屬比民豬高4.5倍，梭菌屬比民豬高3.5倍，民豬的纖維桿菌屬比大白豬高出3.6倍，螺旋菌屬比大白豬高出1.7倍，密螺旋體屬比大白豬高出1.8倍。高鵬飛等[27]對梅山豬與長白豬腸道優(yōu)勢菌門進行比較研究發(fā)現(xiàn)，梅山豬腸道優(yōu)勢菌門數(shù)量大幅度低于長白豬，但其優(yōu)勢菌門所占比例大幅度高于長白豬。YANG等[28]對國內(nèi)外8種不同品種的豬腸道菌群進行分析發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)體脂含量較高品種豬的腸道菌群類型相近，國外體脂含量較低品種豬的腸道菌群類型相近，且國內(nèi)體脂含量較高品種豬的腸道菌群類型更多。在豬的腸道菌群中，厚壁菌門、擬桿菌門數(shù)量最多，占比在90%以上，其他菌門加在一起平均不到總?cè)郝涞?%，厚壁菌門、擬桿菌門在不同品種豬的腸道菌群中占比不同(表1)。

表1 不同品種豬腸道優(yōu)勢菌門占比[28] %

在對不同脂肪型豬腸道菌群多樣性進行比較研究時發(fā)現(xiàn)，金華豬的厚壁菌門相對豐度高于長白豬，而長白豬擬桿菌門的相對豐度高于金華豬；榮昌豬和藏豬的厚壁菌門都比大白豬高，而大白豬的擬桿菌門比榮昌豬和藏豬高，具體數(shù)據(jù)如表2所示。以上研究足以表明豬的不同品種能夠?qū)ζ淠c道菌群多樣性產(chǎn)生重要影響。

表2 不同脂肪型豬腸道優(yōu)勢菌門占比[28] %

2.2 日齡動物體內(nèi)腸道菌群的結(jié)構(gòu)是隨著年齡不斷變化的。STEFANO等[29]通過對3個不同年齡段人群的糞便樣品進行分析研究發(fā)現(xiàn)，少年及中年樣品中的雙歧桿菌、乳酸桿菌含量明顯比老年人高。對我國部分地區(qū)相同民族不同年齡志愿者的糞便樣品進行分析研究發(fā)現(xiàn)，不同年齡樣品中的優(yōu)勢菌群占比差異較大，哺乳期志愿者樣品中雙歧桿菌占比明顯比青年志愿者樣品和中年志愿者樣品高，且3組志愿者樣品中乳桿菌屬占比差異明顯[30]。在相同養(yǎng)殖水體和飼糧條件下對不同日齡大黃魚腸道菌群結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，不同日齡的大黃魚分別產(chǎn)生了具有明顯差異的腸道菌群[31]。研究年齡與牦牛腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的關系中發(fā)現(xiàn)，年齡差異較大的牦牛腸道菌群有較大差別，對于年齡相近的牦牛而言，其腸道菌群差異較小，成年牦牛比犢牦牛腸道菌群類型更加多樣。

隨著仔豬日齡的增長，腸道菌群的多樣性也隨著發(fā)生變化，仔豬腸道菌群變得越來越復雜，其數(shù)量趨于穩(wěn)定[32]。NIU等[33]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬腸道菌群的多樣性與仔豬日齡存在緊密的關聯(lián)。不同品種仔豬之間腸道微生物差異不是十分明顯，而仔豬的不同生長時期其腸道菌群類型較為不同[34]。對不同生長發(fā)育階段仔豬腸道菌群差異性研究發(fā)現(xiàn)，厚壁菌門豐度呈先升后降的變化，從60日齡到120日齡逐漸上升(76.22%～91.84%)，從120日齡到180日齡逐漸下降(91.84%～72.05%)；擬桿菌門豐度呈先降后升的變化，從60日齡到120日齡逐漸下降(19.47%～5.34%)，從120日齡到180日齡又逐漸上升(5.34%～8.46%)；螺旋體門(Spirochaetae)所占比例越來越大，從60日齡到180日齡明顯增加(0.21%～17.82%)[35]，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 不同日齡豬腸道優(yōu)勢菌門占比[35] %

3 小結(jié)與展望

豬的腸道菌群受品種、日齡等多種因素的影響。對仔豬整個生命周期中腸道菌群的縱向變化過程和仔豬成長每個階段腸道菌群主要影響因素的深入研究十分必要。較多研究確定仔豬腸道菌群影響宿主的健康，但是對于腸道菌群的深入研究仍然停留在菌群組成與表型相關聯(lián)的研究，對于腸道菌群在仔豬整個生命周期中不斷變化的演替過程和對仔豬生長發(fā)育的直接影響機制的研究還不是很多，此研究方向依然有很多不確定性和局限性。對于豬腸道菌群相關性的研究較多，但是很多研究的機理尚不明確，在這樣的情況下，很難將相關性研究的原因和結(jié)果加以區(qū)分，并對機理加以借鑒和應用。

我國是全世界公認的生豬生產(chǎn)和豬肉消費大國，但我國的生豬養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)還存在著諸多問題，如相關疾病的防制、飼料利用率不高，對自然環(huán)境影響較大等。隨著禁抗時代的到來，找到能夠替代抗生素的行之有效的疫病防制方法至關重要，腸道菌群方面的研究提供了一個新的思路。傳統(tǒng)的食品安全研究主要集中在屠宰之后，包括屠宰、分裝、儲藏、運輸和后期的批發(fā)零售，并且集中在一種或幾種食源性致病菌上，豬腸道菌群的研究，可以為食品安全研究拓展到屠宰之前，同時，也能夠為食品安全研究提供一個比較完整的致病菌圖譜。

通過對仔豬腸道菌群的不斷探索，發(fā)現(xiàn)腸道菌群在調(diào)節(jié)仔豬健康和控制疾病等方面發(fā)揮著非常重要的作用，人工干預腸道菌群以增強仔豬的健康狀況的方法，其應用前景十分廣闊。如通過人工移植的方式，把健康動物的糞便菌液經(jīng)過加工后，利用消化道途徑給予受體動物，通過干預受體動物腸道菌群結(jié)構(gòu)以達到預期效果，這樣的方法是目前該領域研究的熱點，此方法對受體動物具有先天性優(yōu)勢，與其他的干預方法相比較，更加的安全、環(huán)保。糞便菌群對于大腸腸腔內(nèi)的菌群有較強的代表性，對于其他腸段(如小腸)的菌群代表性極弱，因此目前較為常見的糞菌移植可能僅對大腸菌群有明顯的干預作用，而對于具有重要生理功能的小腸菌群影響不大。LI等[36]的研究首次證明了不同腸段的菌群定植具有區(qū)域特異性，即源于大腸的菌群易定植于大腸，而小腸的菌群易定植于小腸。該研究通過進一步對比分析常規(guī)糞菌移植(FMT)和全腸菌群移植(WIMT)在塑造無菌動物不同腸道段菌群方面的差異，表明WIMT更有助于小腸菌群的植入。因此，WIMT或能作為FMT的替代方法，對不同腸道區(qū)域的菌群進行更加精確和目的性的干預。

在豬腸道菌群的研究上，一些基礎的生態(tài)學、生理學方面的問題亟待解決，如：調(diào)控豬腸道菌群的主要因子是什么?調(diào)控豬腸道菌群的最佳時間是什么？豬腸道內(nèi)哪些是常駐菌、哪些是過路菌？豬腸道內(nèi)是否存在一個核心菌群？豬腸道菌群的定植是否存在優(yōu)先效應？加大對基礎學中的生態(tài)學、生理學相關方面的研究，不僅能對以上問題加以闡釋、解答。同時能夠總結(jié)出一套以大數(shù)據(jù)相關性分析、細菌培養(yǎng)組學、益生菌培養(yǎng)、動物試驗驗證為主要程序的技術體系，以此來進一步闡釋豬、腸道菌群、飼料及環(huán)境之間的相互作用關系。

目前，對于豬腸道菌群組的深入研究仍然較少，其主要原因是由于缺少豬腸道菌群組較為全面的基因組目錄，因此宏基因組測序結(jié)果不能做到有效的檢測和分析。黃路生院士團隊通過對不同來源的豬腸道菌群組深度宏基因組測序并對現(xiàn)有豬腸道菌群基因組進行整合，重新構(gòu)建了一個目前較為完整的豬腸道菌群基因目錄(PIGC)和基于宏基因組組裝的基因組(MAG)。該研究中構(gòu)建的基因組為深入了解豬腸道微生物組和未來基于宏基因組測序的研究提供了重要而有力的資源。隨著培養(yǎng)組學技術、高通量測序技術的持續(xù)發(fā)展，在研究腸道菌群組成、結(jié)構(gòu)的同時，深入了解其對宿主動態(tài)影響的機制，并加以良性利用，可保證仔豬腸道健康，促進仔豬生長發(fā)育。綜上所述，利用干預腸道菌群技術來增強豬的生產(chǎn)性能和提高豬的健康水平具有較大操作難度，但其應用前景十分廣闊。