070 研究快报 | 饲料中添加黄芪根通过改变瘤胃群落组成提高圈养山羊瘤胃发酵速率

文摘   2024-05-31 20:28   河北  


研究背景

最近的研究证实,黄芪植物,特别是它们的根部,对炎症、肥胖和癌症等问题具有多种治疗作用,并且由于其黄酮类化合物、皂苷和其他物质(如碳水化合物)含量高,可以改善宿主动物的健康。
黄芪也被认为是一种饲料添加剂,可以改善动物健康和家畜生产性能,在单胃动物和反刍动物中取得了一定的效果。
黄芪根(AMR)已被注意到是反刍动物饲料中的一种成分,但AMR喂养对瘤胃发酵和瘤胃内微生物群落结构的影响还有待评估。
本研究旨在评估在山羊饲料中添加AMR的影响,重点关注瘤胃发酵与其微生物群落结构改变之间的关系。

材料与方法

选用四只日本本土圈养山羊(两只5岁未受孕的雌山羊和两只2岁的阉割雄山羊),9 月至 10 月进行的第一个试验(试验 1)。之后,在 2 月至 3 月使用相同的动物组和试验设计进行重复研究(试验 2)。
本试验是在截然不同的气候条件下进行了两个试验(在试验1中的最高温度,平均温度和最低温度分别为,27.5 ℃,17.3 ℃和5.6 ℃;试验2中的17.9 ℃,3.3 ℃和-9.2 ℃)。
试验分为两组:
PRE组:在每次试验中引入抗微生物药物耐药性之前,收集瘤胃液样品。
FEED组:引入抗微生物药物耐药性三周后,再次采集瘤胃液样本。
各组除去饲料中添加抗微生物药物耐药性有些许差异外,饲料配比和管理方法保持不变。饲喂础日粮成分如下:

试验过程中,山羊的健康状况保持不变,没有任何腹泻或消化系统疾病的症状。山羊被饲养在围场中,每天在0900和1600喂食两次。每天早上喂食之前记录包括AMR粉在内的剩余饲料量。
在早晨喂食前,使用口腔导管从山羊瘤胃中收集瘤胃液。收集的瘤胃液用一氧化碳冲洗2收集后立即气体并通过粗棉布过滤。一部分储存在-20℃下用于后续分析,一部分用于体外发酵试验。
体外发酵试验中,稀释的瘤胃液转移到 250 mL 密封培养瓶中(含有 1.2 g 用喂给动物的相同日粮压碎和研磨得到的基质)。将培养瓶置于40℃的水浴中,以180rpm的搅拌速度进行厌氧培养,并在6h和24h时间点收集气体进行甲烷浓度分析。
使用气相色谱法进行VFA的分析,包括乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐和戊酸盐的产量,还基于此来预测动物瘤胃甲烷的产生。
用实时聚合酶链反应(RT-PCR)对培养物中的细菌和古细菌总数进行分析。

试验结果

试验期间,AMR没有改变山羊的采食量。
在VFA谱和古细菌比例方面,饲喂AMR在瘤胃中提供了相对接近的发酵模式,其中与饲喂前相比,AMR饲喂三周后的总VFA较高。
在对扩增子分析的低质量片段进行过滤后,获得了119,273 ± 40,760个(平均值±标准差)非嵌合序列。
拟杆菌门占群落的大多数。除毛杆菌科外,该门的科水平没有显著变化。在属水平上,普雷沃氏菌科UCG-001在采食AMR的影响下趋于减少。
AMR喂养后,瘤胃细菌群落在Oscillospiraceae科中增加,在Firmicutes的Oscillospirales目(UCG-10)未培养科中相对丰度增加。
此外,还观察到疣微生物群门在AMR喂养后比对照期间明显减少,变形菌门、蓝细菌门和螺旋藻门在喂养后表现出降低的趋势。
在两个试验中,一些组的比例发生了变化:试验1中4个类群较低,分别是琥珀菌科(Succinivibrionaceae)、琥珀菌科(Synegistaceae)、Bacteroidales_RF16和毛螺藻(Lachnospira),且试验中的厚壁菌门丹毒科高于试验2。
这可能是因为环境偏差,如季节变化、温度差异等,都会导致试验1和试验2之间某些细菌群种群的差异。

饲喂AMR可能不会影响群落中的特定群体,但对于具有类似碳水化合物消化功能的群体,群落中丰度较低的群体可能会发挥饲料消化等重要作用。
在α多样性方面,瘤胃细菌群落的Shannon指数在饲喂后增加,分布范围差异显著。
在PERMANOVA多样性分析( c)和LEfSe(d)中,还观察到细菌组成与AMR喂养有关的显著变化。
拟杆菌科(3.79)和Rikenellaceae(3.12)在拟杆菌科、瘤胃球菌科(3.79)、Oscillospiraceae(3.66)和Oscillospirales中受到影响;f__UCG-010 (3.31) 主要影响分裂,而疣微生物群 (vadinBE97, -3.75)、蓝藻门 (-3.91) 和变形菌门 (-3.93) 的琥珀菌科的细胞系受到负面影响。
此外,PERMANOVA分析还检测到试验之间细菌组成的显著差异。
瘤胃细菌群落结构的这种改变可能归因于包含各种多糖,其中一些被认为在AMR中起作用。这些多糖可能表现出多种药理活性,如免疫调节、抗氧化和抗肿瘤活性等。

体外瘤胃模拟培养结果显示,培养6 h后总产气量显著增加。
然而,无论AMR进料如何,24小时的总产气量、VFA产量及其比例以及瘤胃液的甲烷产量没有变化。
这可能是因为AMR喂养将刺激瘤胃气体的产生,而不会改变整个甲烷生产过程。
结论:
这项研究表明,在三周内加入AMR会导致山羊瘤胃中总VFA浓度增加。研究结果强调,抗微生物药物耐药性是一种很有前途的饲料添加剂,可以改善瘤胃发酵并改变山羊的微生物群落组成,特别是通过增加尚未培养的相对较小的群体。
此外,群落转变可能归因于AMR中多糖的变化,这表明AMR可能通过将发酵途径转向增加VFA的产生,为瘤胃带来某些益处。
这些变化有利于提高饲料效率,与可持续的畜牧管理目标保持高度一致性。
展望:
依然有些因素仍未得到解答:
(1)虽然两项试验是在有限的喂养条件下进行的,但不同的试验环境(如随意喂养)会影响干物质摄入的效率、生长性能和瘤胃甲烷的产生;
(2)抗微生物药物耐药性中的哪些成分影响瘤胃微生物群落的结构以及多酚、碳水化合物或其他营养物质的功能;
(3)瘤胃VFA产量的增加将如何进一步诱导对宿主生理学的影响。这些新的假设表明营养供应和动物性能都有所改善。进一步推测,AMR可能增强试验动物胃肠道微生物菌群的抗逆性,这也可能与AMR增强动物免疫力和营养摄取的能力有关。
因此,未来的研究应侧重于补充抗微生物药物耐药性的长期影响,并探索其对不同反刍动物物种的适用性,以及抗微生物药物耐药性如何影响瘤胃内微生物生态系统的机制基础,特别是在泌乳奶牛中。
此外,如果可以确定一种特定类型的碳水化合物来增强瘤胃中未培养的微生物,那么它将是富集菌株以分离和探索其特征的有价值补充。

了解更多请阅读原文献:

https://doi.org/10.3390/microorganisms12061067
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