摘要:為了解黃芪飼料添加劑對早期斷奶羔羊機體免疫、瘤胃發(fā)酵功能及瘤胃微生物菌群特征的影響,選擇30只健康、體重相近(14.63±1.22 kg)的斷奶羔羊(45日齡)開展飼喂試驗。對照組飼喂基礎(chǔ)日糧,黃芪組在飼喂基礎(chǔ)日糧的基礎(chǔ)上添加0.3%的黃芪添加劑。試驗結(jié)束后對羔羊的體重、血清免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)含量、瘤胃微生物菌群特征及發(fā)酵參數(shù)進行測定分析。結(jié)果表明,黃芪組羔羊日增重高于對照組,但差異不顯著;黃芪組血液的IgA和IgM 含量顯著高于對照組;黃芪組瘤胃中的揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)含量顯著高于對照組,其中乙酸和丁酸含量差異極顯著,且黃芪組的氨態(tài)氮(NH3-N)含量也極顯著高于對照組。瘤胃微生物16S rRNA分析發(fā)現(xiàn),黃芪組和對照組的微生物菌群特征存在顯著差異,在門水平,擬桿菌門(Bacteroidetes)在黃芪組的相對豐度極顯著高于對照組,而厚壁菌門(Firmicutes)在黃芪組的相對豐度極顯著低于對照組;在屬水平,普雷沃氏菌屬(Prevotella)和琥珀酸菌屬(Succiniclasticum)在黃芪組的相對豐度極顯著高于對照組。微生物的基因與功能預(yù)測結(jié)果顯示,能量代謝、多聚糖生物合成與代謝等通路在黃芪組顯著富集。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),瘤胃微生物菌群與發(fā)酵產(chǎn)物VFAs、Ig間存在顯著相關(guān)性。因此,黃芪作為飼料添加劑可增強羔羊機體免疫力,改善羔羊瘤胃微生物菌群結(jié)構(gòu),提高瘤胃發(fā)酵能力,從而緩解早期斷奶羔羊的應(yīng)激反應(yīng)。
關(guān)鍵詞:羔羊;黃芪添加劑;瘤胃微生物;揮發(fā)性脂肪酸;相關(guān)性分析
doi:10.13304/j.nykjdb.2023.0667
中圖分類號:S826 文獻標志碼:A 文章編號:10080864(2025)03008312
羔羊早期斷奶具有縮短肉羊生產(chǎn)周期、降低飼養(yǎng)成本、減少母羊空懷時間和提高繁殖效率等優(yōu)點,但斷奶應(yīng)激會降低羔羊的免疫功能,導(dǎo)致腹瀉并誘發(fā)炎癥反應(yīng),進而增加羔羊的發(fā)病率和死亡率[1-3]。瘤胃是反芻動物的重要免疫器官,其屏障作用不容忽視[4]。由瘤胃上皮細胞和細胞間機械連接組成物理屏障能防止病原菌以及有害物質(zhì)進入血液[5]。另外,瘤胃內(nèi)有數(shù)量龐大的細菌、厭氧真菌、原生動物和古細菌等微生物菌群[6],這些被稱為宿主“第二基因組”的腸道微生物菌群與宿主共生并影響宿主的腸道穩(wěn)態(tài)和健康,能夠促進腸道免疫屏障的建立和宿主免疫系統(tǒng)的成熟,從而發(fā)揮微生物屏障功能[5-7]。瘤胃微生物在發(fā)揮屏障功能的同時,能夠?qū)⒅参锢w維素和半纖維素等復(fù)雜多糖發(fā)酵轉(zhuǎn)化為宿主可以直接利用的營養(yǎng)物質(zhì),提高宿主的飼料利用效率[89]。研究表明,羔羊的斷奶應(yīng)激與其胃腸道微生物的組成顯著相關(guān)[1011];Cheng等[12]發(fā)現(xiàn),對早期斷奶羔羊進行營養(yǎng)干預(yù),可以改變菌群結(jié)構(gòu),進而影響其胃腸道健康,緩解斷奶應(yīng)激。由此可見,反芻動物的瘤胃健康對其生產(chǎn)性能及健康具有重要影響。因此,在羔羊生產(chǎn)中運用早期斷奶技術(shù)時必須維護好其腸道健康。
黃芪(Astragalus membranaceus)是一種豆科植物,廣泛分布于我國溫帶地區(qū)[13],具有增強機體免疫、平衡機體內(nèi)環(huán)境、補充微量元素、保護肝功能、抗糖尿病、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、鎮(zhèn)靜和提高動物抗病能力等作用[14]。在飼料中添加黃芪可以提高畜禽生產(chǎn)性能及血清中免疫球蛋白(immunoglobulin,Ig)A、IgG和IgM含量,并增強免疫力[1516]。研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加0.3%黃芪多糖可提高肉羊的機體免疫及健康[17];促進羔羊瘤胃發(fā)酵并影響瘤胃發(fā)酵模式[18]。在單胃動物中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象,黃芪纖維能夠改善仔豬的生產(chǎn)性能、促進盲腸中揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids,VFAs)的產(chǎn)生,增加腸道微生物多樣性,并能夠降低仔豬腹瀉、緩解斷奶應(yīng)激[19]。然而,關(guān)于早期斷奶羔羊飼喂黃芪添加劑對其生長性能、免疫水平和瘤胃微生物組成及發(fā)酵功能影響的研究鮮有報道。因此,本研究在斷奶羔羊的日糧中添加0.3%的黃芪添加劑,通過16S rRNA測序技術(shù),測定瘤胃內(nèi)微生物菌群組成,并對其發(fā)酵功能、血清免疫指標和生產(chǎn)性能進行測定,以了解黃芪飼料添加劑對早期斷奶羔羊瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)及其健康水平的影響,為其在反芻動物飼料中的應(yīng)用提供基礎(chǔ)。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
黃芪購自甘肅省永登縣民樂鄉(xiāng)潤楓源農(nóng)牧生態(tài)種植基地(38°25′N、100°48′E),經(jīng)自然風(fēng)干,水分含量低于14.0%。黃芪經(jīng)粉碎機粉碎后過200目篩,裝袋進行密封,備用。根據(jù)羔羊采食特點,制成中草藥添加劑。
1.2 試驗動物
試驗在甘肅省武威市古浪縣傲農(nóng)牧場(37°43′N、102°86′E)進行。隨機選擇30只健康、體質(zhì)量相近(14.63±1.22 kg)的45日齡湖羊羔羊,隨機分為2組,每組15個重復(fù)。對照組(CK)飼喂基礎(chǔ)日糧;黃芪組(HQ)在基礎(chǔ)日糧的基礎(chǔ)上添加0.3%的黃芪添加劑。預(yù)試驗期7 d,正式試驗期60 d。其中基礎(chǔ)日糧組成以及飼養(yǎng)管理水平同團隊前期研究[20]。
1.3 樣品采集
瘤胃液采集:在試驗結(jié)束的晨飼前,采用羊用胃管式瘤胃采樣器采集瘤胃液,每只羊采集3個重復(fù)。將樣品迅速放入液氮罐中冷凍,帶回實驗室-80 ℃保存,用于16S rRNA以及瘤胃發(fā)酵參數(shù)分析。
血清采集:采用普通采血管從頸靜脈采血10 mL, 3 000 r·min-1 離心20 min 后收集上層血清。于液氮罐冷凍,帶回實驗室-80 ℃保存,用于血清Ig測定。
1.4 生長性能測定
初始體質(zhì)量與末質(zhì)量:分別在試驗正式開始和結(jié)束時用電子稱稱量斷奶羔羊空腹體質(zhì)量;計算日增重,公式如下。
1.5 血清Ig 測定
通過EILSA檢測試劑盒(南京建成生物技術(shù)有限公司,中國南京)測定血清IgA、IgM和IgG含量。利用酶標儀(Thermo 3020)在450 nm波長下測定吸光度(OD 值),通過標準曲線計算樣品中IgG含量。
1.6 瘤胃發(fā)酵參數(shù)測定
將瘤胃液5 400 r·min-1 離心10 min,按照Liu等[21]的方法提取上清液,采用日本島津(GC-2010plus)氣相色譜儀測定VFAs的組成和含量,內(nèi)標為2- 乙基丁酸,色譜柱為AT-FFAP(50 m×0.32 mm×0.25 μm)毛細管柱。色譜柱升溫程序:溫度60 ℃ 保持 1min;以5 ℃·min-1升至115 ℃,再以15 ℃·min-1升至180 ℃;檢測器溫度260 ℃,進樣口溫度250 ℃。將瘤胃液3 500~4 000 r·min-1離心10 min,量取2 mL上清液根據(jù)馮宗慈等[22]方法測定NH3-N含量。
1.7 生物信息學(xué)分析
將采集的瘤胃微生物樣品送至北京百邁客生物科技有限公司進行16S rRNA 測序,對原始測序數(shù)據(jù)進行去噪、雙端拼接(FLASH, version1.2.11)、質(zhì)量過濾(Trimmomatic, version 0.33)、并去除嵌合體(UCHIME, version 8.1);然后使用Usearch 軟件(version 10.0)將高質(zhì)量的有效數(shù)據(jù)(effective tags)與2013 Greengenes(version 13.8)核糖體數(shù)據(jù)庫在相似性97%水平上進行聚類,以所有測序序列數(shù)的0.005% 作為閾值過濾OTU(operational taxonomic units)[23],并基于Silva(細菌16S)數(shù)據(jù)庫對OTU進行物種注釋及分類學(xué)分析。通過Mothur(versionv.1.30)對OTU分析結(jié)果進行Alpha多樣性分析,并繪制稀釋性曲線(rarefactioncurve)。通過LEfSe(linear discriminant analysiseffect size)分析組間差異物種。使用PICRUSt軟件通過比對16S測序數(shù)據(jù)獲得的物種組成信息,分析不同分組之間在功能上的差異;通過KEGG(Kyoto encyclopedia of genes and genomes)差異分析不同分組樣品間微生物群落的功能基因在代謝途徑上的差異和變化。通過COG(clusters oforthologous groups of proteins)分析預(yù)測不同分組之間原核生物功能差異和變化。
1.8 統(tǒng)計分析
使用SPSS 23.0進行數(shù)據(jù)分析,采用獨立樣本t 檢驗分析不同處理組間的差異顯著性,采用Spearman 進行相關(guān)性檢驗。采用線性判別分析(linear discriminant analysis,LDA)效應(yīng)量(LEfSe)方法評估微生物群落的差異,LDA評分閾值為4。
2 結(jié)果與分析
2.1 黃芪添加劑對羔羊生長性能的影響
黃芪添加劑對早期斷奶羔羊生長性能的影響如表1所示。日糧中添加黃芪添加劑能夠在一定程度上增加早期斷奶羔羊的日增重,但與對照組差異不顯著。
2.2 黃芪添加劑對羔羊血清免疫指標的影響
由表2可知,不同處理組羔羊的血清免疫球蛋白水平存在顯著差異。日糧中添加黃芪可以顯著(Plt;0.05)提高羔羊血清的IgA 和IgM 含量;但2處理組的IgG含量差異不顯著。
2.3 黃芪添加劑對羔羊瘤胃VFAs 及NH3-N 含量的影響
由表3可知,不同日糧飼喂羔羊瘤胃VFAs含量存在差異。黃芪組的總VFAs含量極顯著(Plt;0.01)高于對照組。除丙酸、異丁酸和戊酸之外其他的VFAs 組分在黃芪組與對照組間均差異顯著,其中,黃芪組羔羊瘤胃中的乙酸和丁酸含量極顯著高于對照組。同時,黃芪組羔羊瘤胃中的NH3-N含量顯著高于對照組。
2.4 黃芪添加劑對羔羊瘤胃微生物菌群的影響
2.4.1 瘤胃微生物多樣性 16S rRNA 測序共獲得800 907 條原始數(shù)據(jù),質(zhì)控、拼接后共產(chǎn)生797 549 條有效數(shù)據(jù),每個樣品至少產(chǎn)生79 257條,平均產(chǎn)生79 755條,序列平均長度417 bp。使用Usearch 軟件在97% 的相似度下進行聚類,共獲得807個OTU,其中黃芪組784個,對照組786個;黃芪組特有OTU 21個,對照組特有OTU 23個(圖1)。稀釋性曲線描述了各樣品的物種多樣性和物種豐富程度,在30 000 reads處曲線趨于平緩(圖2),表明測序覆蓋已經(jīng)飽和。Alpha多樣性分析表明,黃芪組的ACE指數(shù)和Chao1指數(shù)高于對照組,但差異不顯著;對照組的Simpson 指數(shù)和Shannon指數(shù)極顯著高于黃芪組(表4)。
2.4.2 瘤胃微生物物種組成 在分類學(xué)水平,共檢測到14門、20綱、33目、60科、125屬和146種。在門水平,厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)、螺旋菌門(Spirochaetota)和纖維桿菌門(Fibrobacterot)的相對豐度大于1%,為優(yōu)勢菌門,其中厚壁菌門和擬桿菌門在黃芪組和對照組的相對豐度均為最高,占總豐度的80% 以上(圖3)。另外,在門水平兩組間有10個差異物種,其中有3個門表現(xiàn)為黃芪組的相對豐度極顯著高于對照組,如擬桿菌門;另7個表現(xiàn)為對照組的相對豐度顯著高于黃芪組,如厚壁菌門。在屬水平,有62個菌屬的相對豐度大于0.1%,其中普雷沃氏菌屬(Prevotella)和Rikenellaceae_RC9_gut_group在黃芪組和對照組均為優(yōu)勢菌屬(圖4)。125個屬種共鑒定出93個差異菌屬,其中,普雷沃氏菌、uncultured_rumen_bacterium、琥珀酸菌(Succiniclasticum)、纖維桿菌(Fibrobacter)在黃芪組的相對豐度顯著升高,而Rikenellaceae_RC9_gut_group、Christensenellaceae_R_7_group 在黃芪組的相對豐度顯著降低。組間樣品LEfSe 分析(圖5)發(fā)現(xiàn),黃芪組和對照組具有統(tǒng)計學(xué)差異的生物標志物(|LDA|gt;4)中,黃芪組有18個與對照組存在顯著差異的生物標志物。
2.5 2.3 黃芪添加劑對羔羊瘤胃微生物基因功能的影響
使用PICRUSt軟件預(yù)測基因功能,共鑒定出46個KEGG基因家族和25個COG基因家族,其中有30個KEGG基因家族(圖6)和18個COG基因家族(圖7)在2 組間存在顯著差異。在46 個KEGG基因家族中,70%以上是與代謝有關(guān)的通路,占比最大的是碳水化合物代謝(carbohydratemetabolism) ,其次是能量代謝(energymetabolism)、氨基酸代謝(amino acid metabolism)和核苷酸代謝(nucleotide metabolism)等通路。與對照組相比,黃芪添加劑顯著增加了羔羊瘤胃微生物基因家族的相對豐度,這些基因家族涉及能量代謝、聚糖的生物合成和代謝(glycanbiosynthesis and metabolism)、核苷酸代謝和輔助因子和維生素的代謝(metabolism of cofactors andvitamins)等相關(guān)通路。同時,在黃芪組中,與免疫相關(guān)的免疫系統(tǒng)(immune system)和免疫疾?。╥mmune diseases)的相對豐度也高于對照組,但差異不顯著。而脂質(zhì)代謝(Lipid metabolism)(Plt;0.01)和氨基酸代謝的相關(guān)基因在對照組顯著富集。在18個顯著差異的COG基因家族中,核苷酸運輸和代謝(nucleotide transport and metabolism)及復(fù)制、重組和修復(fù)(replication, recombinationand repair)、細胞周期控制/細胞分裂/染色體分裂(cell cycle control, cell division, chromosomepartitioning)在黃芪組極顯著提高,而氨基酸運輸和代謝(amino acid transport and metabolism)、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運與代謝(lipid transport and metabolism)在黃芪極顯著降低,與KEGG功能結(jié)果一致。
2.6 羔羊瘤胃微生物菌群與VFAs、Ig 的互作分析
構(gòu)建不同日糧斷奶羔羊瘤胃微生物菌群(相對豐度前20的屬水平微生物)與VFAs、Ig間的相關(guān)性(相關(guān)性閾值gt;0.5)熱圖,如圖8所示。乙酸與普雷沃氏菌、纖維桿菌、琥珀酸菌呈極顯著正相關(guān);丁酸與普雷沃氏菌、纖維桿菌、Lachnospiraceae_NK3A20_ group 和琥珀酸菌呈顯著正相關(guān),與Rikenellaceae_RC9_gut_group 呈極顯著負相關(guān)。此外,IgA與琥珀酸菌、普雷沃氏菌呈極顯著正相關(guān),與 NK4A214_group 呈顯著負相關(guān);IgM 與纖維桿菌、普雷沃氏菌呈顯著正相關(guān),與Rikenellaceae_RC9_ gut_group 呈顯著負相關(guān)。
3 討論
中草藥添加劑富含生理活性物質(zhì),能夠促進日糧中營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,并提高飼料利用率。研究發(fā)現(xiàn),在舍飼藏綿羊飼糧中添加黃芪添加劑能夠提高日增重以及飼料利用率等指標[24];Hao等[15]在羔羊飼糧中分別添加5、10、15和20 g·kg-1的黃芪添加劑,發(fā)現(xiàn)5 g·kg-1的劑量能夠提高羔羊日增重,但與對照差異不顯著;而15和20 g·kg-1 的劑量對羔羊的日增重有抑制作用,僅10 g·kg-1的劑量可顯著提高羔羊日增重;Zhong等[18]研究發(fā)現(xiàn),在羔羊飼料中添加50 g·kg-1黃芪添加劑對羔羊采食量、日增重以及飼料利用率等指標無顯著影響。由此表明,黃芪添加劑對于動物生長性能的影響存在劑量效應(yīng)。以上研究結(jié)果與本研究結(jié)果相似,因此在飼料中添加黃芪可提高羔羊的生長性能,但效果受添加量的影響。
反芻動物的瘤胃作為一個厭氧發(fā)酵罐,棲息著數(shù)量巨大的微生物。瘤胃微生物將食糜中的粗纖維進行發(fā)酵產(chǎn)生VFAs,其中約50%~85% 的VFAs被機體吸收利用,是反芻動物主要的能量來源[25]。本研究通過在早期斷奶羔羊飼料中添加黃芪添加劑發(fā)現(xiàn),羔羊瘤胃中的乙酸、丁酸和總VFAs含量明顯升高,這與Wang等[24]在藏綿羊上的研究結(jié)果一致。瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生的乙酸除通過瘤胃上皮進入血液被運輸?shù)綑C體的各個器官提供能量之外,還被用于脂肪酸的合成[26];而約95%的丁酸在瘤胃上皮中代謝為酮體(如乙酰乙酸和D-3-羥基丁酸酯)為組織提供能量[27]。此外,NH3-N也是瘤胃內(nèi)重要的發(fā)酵產(chǎn)物,反映瘤胃內(nèi)粗蛋白的降解程度[28]。本研究發(fā)現(xiàn),黃芪組羔羊瘤胃中的NH3-N含量極顯著高于對照組,表明黃芪添加劑能夠促進日糧中蛋白質(zhì)的降解,加快微生物蛋白合成。Ig具有識別抗原的能力,在機體免疫功能上具有重要作用[29]。IgA 和IgG 具有抗菌、抗病毒以及其他免疫功能[30];IgM 具有激活、殺菌、凝集等作用[31]。Wang等[24]在藏綿羊上的研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加黃芪根能夠促進IgA和IgM的積累。本研究在飼料中添加0.3%的黃芪添加劑能顯著提高羔羊血清中IgA和IgM含量,表明黃芪添加劑能夠增強早期斷奶羔羊的免疫功能,緩解早期斷奶羔羊的應(yīng)激反應(yīng)。
擬桿菌門和厚壁菌門作為瘤胃微生物的優(yōu)勢菌門,具有降解纖維以及消化復(fù)雜碳水化合物等重要作用[32]。本研究表明,擬桿菌門和厚壁菌門均為優(yōu)勢菌門,其中擬桿菌門在黃芪組的相對豐度極顯著提高,而厚壁菌門的相對豐度極顯著降低。擬桿菌門可降解纖維素,且它們的基因組可編碼分解植物多糖的蛋白[33]。纖維桿菌門是幫助反芻動物降解和消化植物纖維素的重要細菌,與擬桿菌門呈協(xié)同作用[34]。在黃芪組中,擬桿菌門和纖維桿菌門的相對豐度極顯著升高,能夠加速植物纖維素物質(zhì)分解發(fā)酵產(chǎn)生VFAs,有利于斷奶羔羊積累能量。在屬水平,普雷沃氏菌為優(yōu)勢菌屬,它可將淀粉和蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生乙酸和琥珀酸,為宿主提供能量。研究表明,Lachnospiraceae_NK3A20_group 可以通過發(fā)酵產(chǎn)生丁酸刺激瘤胃發(fā)育,完善瘤胃上皮屏障功能,提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收效率,從而加速宿主生長發(fā)育[35]。因此,在黃芪添加劑的作用下,羔羊瘤胃內(nèi)普雷沃氏菌、Lachnospiraceae_NK3A20_group等菌群的相對豐度增加,可促進瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生大量VFAs。瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的大量VFAs除為機體直接供能外,多余的VFAs可通過糖異生等途徑進行能量儲存,進而在生長性能方面產(chǎn)生正向作用。琥珀酸菌在瘤胃內(nèi)分布極為廣泛[36],其相對豐度的升高可加快糖異生進程,滿足機體對能量的需求。Van Gylswyk[37]研究發(fā)現(xiàn),琥珀酸菌可將琥珀酸轉(zhuǎn)化為糖異生的前體物質(zhì)——丙酸。Auffret等[38]研究證實,琥珀酸菌與動物飼料利用率呈正相關(guān)。Daghio等[39]發(fā)現(xiàn),琥珀酸菌與牛的生長性能存在正相關(guān)關(guān)系,即琥珀酸菌相對豐度的升高能夠提高平均日增重。本研究中琥珀酸菌在黃芪組中的相對豐度極顯著升高,表明琥珀酸菌能夠提高早期斷奶羔羊?qū)I養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化效率,對生長性能起積極作用。Christensenellaceae_R_7_group 在黃芪組的相對豐度極顯著降低。Waters等[40]認為,Christensenellaceae 與體重呈負相關(guān);而Ma等[41]發(fā)現(xiàn),Christensenellaceae_R_7_group 在生長遲緩牦牛中的相對豐度高于正常生長的牦牛,因此認為Christensenellaceae_R_7_group 相對豐度的降低有利于提高牦牛體重。本研究表明,黃芪組的Christensenellaceae _R_7_group 相對豐度極顯著降低,這可能是斷奶羔羊體重增加的原因之一。此外,微生物基因功能預(yù)測發(fā)現(xiàn),在KEGG通路中,能量代謝、多聚糖生物合成與代謝通路顯著上調(diào),表明瘤胃微生物加強能量代謝合成多聚糖,從而為宿主提供糖類營養(yǎng)物質(zhì);同時輔助因子和維生素代謝、核苷酸代謝、復(fù)制和修復(fù)以及細胞生長與死亡等通路顯著上調(diào),表明黃芪組的瘤胃菌群代謝增強、周轉(zhuǎn)速度加快,能夠促進瘤胃內(nèi)食糜的發(fā)酵[42];氨基酸代謝、脂代謝通路下調(diào),減少瘤胃微生物對于氨基酸以及脂類物質(zhì)的代謝,使得宿主可利用的營養(yǎng)物質(zhì)增多,與Wang等[43]結(jié)果一致。同時,在COG通路中,核苷酸轉(zhuǎn)運和代謝、細胞周期控制、細胞分裂、染色體分割以及復(fù)制、重組和修復(fù)通路顯著上調(diào),氨基酸運輸和代謝、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運與代謝等通路顯著下調(diào),與KEGG通路結(jié)果一致。因此,黃芪的添加可能會促進斷奶羔羊瘤胃菌群對食糜的高效代謝,而減少對氨基酸、脂質(zhì)以及碳水化合物的吸收,有利于宿主營養(yǎng)物質(zhì)的積累。
隨著胃腸道微生物菌群重要性被更多的揭示,人們意識到腸道微生物菌群可影響宿主的生理狀態(tài)[44]。Zhou等[45]認為,微生物菌群參與宿主的能量平衡和代謝,而VFAs與微生物菌群以及宿主存在緊密聯(lián)系[21]。乙酸是纖維桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物之一[46]。本研究發(fā)現(xiàn),纖維桿菌與乙酸呈顯著正相關(guān),表明纖維桿菌對乙酸的產(chǎn)生起積極作用。此外,Lachnospiraceae_NK3A20_group 與丁酸呈顯著正相關(guān)。Vital等[47]發(fā)現(xiàn),Lachnospiraceae 作為反芻動物瘤胃微生物的主要組成部分與丁酸的產(chǎn)生密切相關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn),黃芪組Lachnospiraceae_NK3A20_group 的相對豐度顯著升高,可加速瘤胃內(nèi)食糜發(fā)酵產(chǎn)生丁酸,為機體提供能量。在飼料中添加0.3%黃芪添加劑,使羔羊瘤胃中的乙酸、丁酸以及總VFAs含量顯著升高,且不同飼糧組斷奶羔羊的瘤胃微生物構(gòu)成也存在著顯著差異,這是導(dǎo)致瘤胃發(fā)酵參數(shù)發(fā)生變化的原因之一。同時腸道微生物與Ig也有著密切關(guān)系,乙酸可協(xié)調(diào)上皮細胞與免疫細胞間的相互作用,誘導(dǎo)腸道微生物刺激T 細胞產(chǎn)生IgA[48]。Donaldson 等[49]發(fā)現(xiàn),IgA 可促進擬桿菌在腸道上皮的定植;而Sun等[50]發(fā)現(xiàn),IgA可靶向結(jié)合腸道微生物,從而保護宿主黏膜屏障的完整性。本研究中,IgA與擬桿菌門的普雷沃氏菌屬呈顯著正相關(guān),可能與黃芪添加劑對羔羊免疫功能的影響有關(guān)。
綜上所述,在日糧中添加黃芪添加劑后,羔羊血液中的IgA、IgM 含量及瘤胃液中的乙酸、丁酸及NH3-N含量均有所提高,改善了羔羊的免疫功能,促進瘤胃發(fā)酵;瘤胃中Prevotella、Succiniclasticum、Fibrobacter 等菌群的相對豐度顯著升高,并在能量代謝、多聚糖生物合成與代謝、核苷酸代謝等途徑富集,促進了羔羊瘤胃的纖維分解和代謝功能。相關(guān)性分析表明,黃芪添加劑可促進瘤胃微生物與VFAs、Ig互作,維持機體與瘤胃內(nèi)環(huán)境以及營養(yǎng)吸收的動態(tài)平衡,提高早期斷奶羔羊的能量積累能力和免疫水平,緩解斷奶應(yīng)激反應(yīng),為羔羊早期斷奶的生產(chǎn)實踐提供理論基礎(chǔ)。
參考文獻
[1] LI C, WANG W, LIU T, et al .. Effect of early weaning on the
intestinal microbiota and expression of genes related to barrier
function in lambs [J/OL]. Front. Microbiol., 2018, 9: 1431
[2023-08-10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.2018.01431.
[2] GUO G Z, YANG W G, FAN C J, et al .. The effects of fucoidan
as a dairy substitute on diarrhea rate and intestinal barrier
function of the large intestine in weaned lambs [J/OL]. Front.
Vet. Sci., 2022, 9: 1007346 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3389/fvets.2022.1007346.
[3] MCCOARD S A, CRISTOBAL-CARBALLO O, KNOL F W, et al..
Impact of early weaning on small intestine, metabolic, immune
and endocrine system development, growth and body
composition in artificially reared lambs [J/OL]. J. Anim. Sci.,
2020, 98(1):skz356 [2023-08-10]. https://doi.org/10.1093/jas/
skz356.
[4] 杜海東,娜仁花.反芻動物胃腸道上皮屏障功能及與微生物
互作研究[J]. 畜牧獸醫(yī)學(xué)報,2023,54(5):1804-1814.
DU H D, NA R H. Study on gastrointestinal epithelial barrier
function and interaction withmicroorganisms in ruminants [J].
Acta. Vet. Zootechnica. Sin., 2023, 54(5):1804-1814.
[5] SHEN H, XU Z H, SHEN Z M, et al .. The regulation of ruminal
short-chain fatty acids on the functions of rumen barriers [J/OL].
Front. Physiol., 2019, 10: 1305 [2023-08-10]. https://doi. org/
10.3389/fphys.2019.01305.
[6] EDWARDS J E, MCEWAN N R, TRAVIS A J, et al .. 16S
rDNA library-based analysis of ruminal bacterial diversity [J].
Antonie Van Leeuwenhoek, 2004, 86(3):263-281.
[7] GENSOLLEN T, IYER S S, KASPER D L, et al .. How
colonization by microbiota in early life shapes the immune
system [J]. Science, 2016, 352(6285):539-544.
[8] MIZRAHI I, WALLACE R J, MORAIS S. The rumen
microbiome: balancing food security and environmental
impacts [J]. Nat. Rev. Microbiol., 2021, 19(9):553-566.
[9] JAMI E, WHITE B A, MIZRAHI I. Potential role of the bovine
rumen microbiome in modulating milk composition and feed
efficiency [J/OL]. PLoS One, 2014, 9(1):e85423 [2023-08-10].
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085423.
[10] LI C, ZHANG Q, WANG G X, et al .. The functional
development of the rumen is influenced by weaning and
associated with ruminal microbiota in lambs [J]. Anim.
Biotechnol., 2022, 33(4):612-628.
[11] MAO H L, ZHANG Y F, YUN Y, et al .. Weaning age affects
the development of the ruminal bacterial and archaeal
community in hu lambs during early life [J/OL]. Front.
Microbiol., 2021, 12: 636865 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3389/fmicb.2021.636865.
[12] CHENG C, YIN Y Y, BIAN G R. Effects of whole maize highgrain
diet feeding on colonic fermentation and bacterial community
in weaned lambs [J/OL]. Front. Microbiol., 2022, 13: 1018284
[2023-08-10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.1018284.
[13] 楊芙蓉,張琴,孫成忠,等.蒙古黃芪潛在分布區(qū)預(yù)測的多模
型比較[J].植物科學(xué)學(xué)報,2019,37(2):136-143.
YANG F R, ZHANG Q, SUN C Z, et al .. Comparative
evaluation of multiple models for predicting the potential
distributionareas of Astragalus membranaceus var mongholicus
[J]. Plant. Sci. J., 2019, 37(2):136-143.
[14] 張薔,高文遠,滿淑麗.黃芪中有效成分藥理活性的研究進
展[J].中國中藥雜志,2012,37(21):3203-3207.
ZHANG Q, GAO W Y, MAN S L. Chemical composition and
pharmacological activities of astragali radix [J]. China J. Chin.
Mat. Med., 2012, 37(21):3203-3207.
[15] HAO X, WANG P, REN Y, et al .. Effects of Astragalus
membranaceus roots supplementation on growth performance,
serum antioxidant and immune response in finishing lambs [J].
Asian-Austr. J. Anim. Sci., 2020, 33(6):965-972.
[16] YIN F G, LIU Y L, YIN Y L, et al .. Dietary supplementation
with Astragalus polysaccharide enhances ileal digestibilities
and serum concentrations of amino acids in early weaned
piglets [J]. Amino Acids, 2009, 37(2):263-270.
[17] 李藝蔓.黃芪多糖和發(fā)酵麩皮多糖對肉羊生長性能、營養(yǎng)
物質(zhì)消化率及血液指標的影響[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大
學(xué),2022.
LI Y M. Effects of Astragalus polysaccharides and fermented
wheat branpolysaccharides on production performance,
nutrient digestibilityand blood indexs of mutton sheep [D].
Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2022.
[18] ZHONG R Z, YU M, LIU H W, et al .. Effects of dietary
Astragalus polysaccharide and Astragalus membranaceus root
supplementation on growth performance, rumen fermentation,
immune responses, and antioxidant status of lambs [J]. Anim.
Feed. Sci. Technol., 2012, 174(1-2):60-67.
[19] CHE D S, ADAMS S, WEI C, et al .. Effects of Astragalus
membranaceus fiber on growth performance, nutrient digestibility,
microbial composition, VFA production, gut pH, and immunity of
weaned pigs [J/OL]. Microbiologyopen, 2019, 8(5):e712 [2023-
08-10]. https://doi.org/10.1002/mbo3.712.
[20] 李娜,程賀平,柳調(diào)過,等.黃芪和板藍根對湖寒雜交F1代育
肥羊生產(chǎn)性能和免疫指標的影響[J]. 中國飼料,2021(21):
48-52.
LI N, CHENG H P, LIU D G, et al .. Effects of Astragalus
membranaceus and Radix isatidis on performance and immune
indexes of Huhan hybrid F1 sheep [J]. China Feed, 2021, 689(21):
48-52.
[21] LIU X, SHA Y Z, DINGKAO R, et al .. Interactions between
rumen microbes, vfas, and host genes regulate nutrient
absorption and epithelial barrier function during cold season
nutritional stress in Tibetan sheep [J/OL]. Front. Microbiol.,
2020, 11:593062 [2023-08-10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.
2020.593062.
[22] 馮宗慈,高民.通過比色測定瘤胃液氨氮含量方法的改進[J].
畜牧與飼料科學(xué),2010,31(增刊):37.
[23] BOKULICH N A, SUBRAMANIAN S, FAITH J J, et al ..
Quality-filtering vastly improves diversity estimates from
illumina amplicon sequencing [J]. Nat. Methods, 2013, 10(1):
57-59.
[24] WANG X J, DING L M, WEI H Y, et al .. Astragalus
membranaceus root supplementation improves average daily
gain, rumen fermentation, serum immunity and antioxidant
indices of Tibetan sheep [J/OL]. Animal, 2021, 15(1):100061
[2023-08-10]. https://doi.org/10.1016/j.animal.2020.100061.
[25] ASCHENBACH J R, PENNER G B, STUMPFF F, et al ..
Ruminant nutrition symposium: role of fermentation acid
absorption in the regulation of ruminal pH [J]. J. Anim. Sci.,
2011, 89(4):1092-1107.
[26] BERGMAN E N. Energy contributions of volatile fatty acids
from the gastrointestinal tract in various species [J]. Physiol.
Rev., 1990, 70(2):567-590.
[27] GABEL G, ASCHENBACH J R, MULLER F. Transfer of
energy substrates across the ruminal epithelium: implications
and limitations [J]. Anim. Health. Res. Rev., 2002, 3(1):15-30.
[28] REYNOLDS C K, KRISTENSEN N B. Nitrogen recycling
through the gut and the nitrogen economy of ruminants: an
asynchronous symbiosis [J]. J. Anim. Sci., 2008, 86(S14):
293-305.
[29] CANNON J P, DISHAW L J, HAIRE R N, et al .. Recognition
of additional roles for immunoglobulin domains in immune
function [J]. Semin. Immunol., 2010, 22(1):17-24.
[30] SONG C J, GAN S Q, SHEN X Y. Effects of nano-copper
poisoning on immune and antioxidant function in the Wumeng
semi-fine wool sheep [J]. Biol. Trace. Elem. Res., 2020, 198(2):
515-520.
[31] KEYT B A, BALIGA R, SINCLAIR A M, et al .. Structure,
function, and therapeutic use of igm antibodies [J/OL].
Antibodies (Basel), 2020, 9(4):53 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3390/antib9040053.
[32] WANG Q Y, ZENG Y T, ZENG X L, et al .. Effects of dietary
energy levels on rumen fermentation, gastrointestinal tract
histology, and bacterial community diversity in fattening male
hu lambs [J/OL]. Front. Microbiol., 2021, 12:695445 [2023-08-
10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.695445
[33] NAAS A E, MACKENZIE A K, MRAVEC J, et al .. Do rumen
Bacteroidetes utilize an alternative mechanism for cellulose
degradation? [J]. mBio, 2014, 5(4):1401-1414.
[34] RANSOM-JONES E, JONES D L, MCCARTHY A J, et al .. The
Fibrobacteres: an important phylum of cellulose-degrading
bacteria [J]. Microb. Ecol., 2012, 63(2):267-281.
[35] HUANG C, GE F, YAO X X, et al .. Microbiome and
metabolomics reveal the effects of different feeding systems on
the growth and ruminal development of yaks [J/OL]. Front.
Microbiol., 2021, 12: 682989 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3389/fmicb.2021.682989.
[36] HOLMAN D B, GZYL K E. A meta-analysis of the bovine
gastrointestinal tract microbiota [J/OL]. FEMS Microbiol. Ecol.,
2019, 95(6): fiz072 [2023-08-10]. https://doi.org/10.1093/femsec/
fiz072.
[37] VAN GYLSWYK N O. Succiniclasticum ruminis gen. nov., sp.
nov., a ruminal bacterium converting succinate to propionate
as the sole energy-yielding mechanism [J/OL]. Int. J. Syst.
Bacteriol., 1995, 45(2): 297 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.1099/00207713-45-2-297.
[38] AUFFRET M D, STEWART R D, DEWHURST R J, et al ..
Identification of microbial genetic capacities and potential
mechanisms within the rumen microbiome explaining differences in
beef cattle feed efficiency [J/OL]. Front. Microbiol., 2020, 11:1229
[2023-08-10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.2020.01229.
[39] DAGHIO M, CIUCCI F, BUCCIONI A, et al .. Correlation of
breed, growth performance, and rumen microbiota in two rustic
cattle breeds reared under different conditions [J/OL]. Front.
Microbiol., 2021, 12: 652031 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3389/fmicb.2021.652031.
[40] WATERS J L, LEY R E. The human gut bacteria
christensenellaceae are widespread, heritable, and associated
with health [J/OL]. BMC Biol., 2019, 17(1):83 [2023-08-10].
https://doi.org/10.1186/s12915-019-0699-4.
[41] MA J, ZHU Y Y, WANG Z S, et al .. Comparing the bacterial
community in the gastrointestinal tracts between growthretarded
and normal yaks on the Qinghai-Tibetan plateau [J/OL].
Front. Microbiol., 2020, 11:600516 [2023-08-10]. https://doi.
org/10.3389/fmicb.2020.600516.
[42] 王文娟,孫冬巖,孫笑非.豬腸道微生物菌群及其與營養(yǎng)代謝
的相互作用[J].飼料研究,2023,46(15):124-127.
WANG W J, SUN D Y, SUN X F. Swine gut microbiota and its
interaction with nutrient metabolism [J]. Feed Res., 2023, 46(15):
124-127.
[43] WANG X J, HU C S, DING L M, et al .. Astragalus
membranaceus alters rumen bacteria to enhance fiber
digestion, improves antioxidant capacity and immunity indices
of small intestinal mucosa, and enhances liver metabolites for
energy synthesis in tibetan sheep [J/OL]. Animals (Basel),
2021, 11(11): 3236 [2023-08-10]. https://doi.org/10.3390/
ani11113236.
[44] LEE-SARWAR K A, LASKY-SU J, KELLY R S, et al ..
Metabolome-microbiome crosstalk and human disease [J/OL].
Metabolites, 2020, 10(5): 181 [2023-08-10]. https://doi.org/
10.3390/metabo10050181.
[45] ZHOU F, LIU B D, LIU X, et al .. The impact of microbiome
and microbiota-derived sodium butyrate on Drosophila
transcriptome and metabolome revealed by multi-omics
analysis [J/OL]. Metabolites, 2021, 11(5): 298 [2023-08-10].
https://doi.org/10.3390/metabo11050298.
[46] REN Z, YAO R, LIU Q, et al .. Effects of antibacterial peptides
on rumen fermentation function and rumen microorganisms in
goats [J/OL]. PLoS One, 2019, 14(8): e221815 [2023-08-10].
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0221815.
[47] VITAL M, HOWE A C, TIEDJE J M. Revealing the bacterial
butyrate synthesis pathways by analyzing (meta) genomic data [J/OL].
mBio, 2014, 5(2):e889 [2023-08-10]. https://doi.org/10.1128/
mBio.00889-14.
[48] TAKEUCHI T, MIYAUCHI E, KANAYA T, et al .. Acetate
differentially regulates IgA reactivity to commensal bacteria
[J]. Nature, 2021, 595(7868):560-564.
[49] DONALDSON G P, LADINSKY M S, YU K B, et al .. Gut
microbiota utilize immunoglobulin A for mucosal colonization
[J]. Science, 2018, 360(6390):795-800.
[50] SUN J, QI C, ZHU H L, et al .. IgA-targeted lactobacillus
jensenii modulated gut barrier and microbiota in high-fat dietfed
mice [J/OL]. Front. Microbiol., 2019, 10:1179 [2023-08-
10]. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01179.