研究背景
有多项研究表明，不同的代乳品（milk replacer，MR）饲喂方案往往会对奶牛的各项生产性能与生理指标产生不同的影响。如与限制性饲喂的奶牛相比，自由采食代乳品的奶牛日增重会高出63%~80%，且体重、器官重量等指标呈现出较大差异。还有研究表示，高强度地饲喂奶牛代乳品会延缓其瘤胃的正常发育，并对饲料消化率等产生不利影响。
附着在瘤胃上皮中的微生物群组成的变化会影响营养的吸收和瘤胃上皮屏障功能。且瘤胃上皮微生物组成可能对瘤胃上皮以及全身的免疫、炎症反应产生直接或间接地影响。
处在关键生理阶段的牛对炎症过程高度敏感，探索这些阶段营养与动物健康之间相互作用的潜在机制很有意义。针对不同代乳品饲喂强度的奶牛瘤胃上皮微生物与宿主的免疫系统之间的相互作用的相关研究存在空白，故该研究旨在探索瘤胃上皮相关微生物组与血液白细胞模式之间的相关性，并将这些因素与奶牛的代谢特征相关联，并验证断奶后各饲喂组之间的潜在差异是否持续存在。
研究结果有助于了解瘤胃壁粘附微生物与宿主免疫系统之间潜在的相互作用，并进一步确定了不同代乳品饲喂强度对奶牛的利弊。
图示：给犊牛饲喂代乳粉配制奶
材料与方法
根据体重相近原则选用14头新生雌性荷斯坦奶牛犊牛，随机分为两个试验组，分别饲喂与各自体重的10% (10%-MR) 和20% (20%-MR)相当重量的代乳品。在正式饲喂代乳品之前，向两组犊牛提供了相当于10%体重和20%体重的混合初乳。即在犊牛出生后2-8小时内进行第一次喂食，第一次喂食后至少4小时进行第二喂食。在犊牛三周龄（18±3 d）时，安装永久性瘤胃瘘管。
试验持续23周，初乳饲喂结束后，两组犊牛分别于7：00、13：00和18：00提供相应量的MR，6周龄后，20%-MR组在10：00增加一次MR投喂，试验第9-10周，MR饲喂陆续减少，直至第13周断奶，犊牛自由采食开食料，并于第15周和第16周将开食料投喂量逐步减少为0 kg/d，从第11周开始，向犊牛提供可自由采食的全混合日粮（TMR），每天测量相应采食量。
计算日增重（ADG）、身体状况评分（BCS），并在每周使用超声成像估计瘤胃体积大小。在试验第8周以及第21周进行颈静脉采血，低温保存以便后续分析。采血后通过瘤胃瘘管插入探针收集瘤胃液，测定瘤胃液pH后，低温保存方便后续分析。
断奶前后（分别为第9周和第22周），对适应良好的犊牛转移至开路呼吸室，对一系列气体排放量进行记录，并采集了瘤胃上皮组织、粪样等进行16S rRNA 测序等相关分析，并对代乳品及饲料的营养成分进行测定。
试验结果
采食量、生长性能以及相关呼吸参数
断奶前，10%-MR组犊牛相比20%-MR犊牛固体饲料采食量（SFI）更高但生长性能表现较差（P < 0.001）。
断奶后，20%-MR组犊牛倾向于消耗更多TMR（5.5 kg DM/d vs. 4.8 kg DM/d, P = 0.080），但总营养和能量摄入在两组间没有显著差异，且相较于10%-MR组，20%-MR 组犊牛日增重高50%（0.8 kg/d vs. 1.2 kg/d, P = 0.029）。20%-MR 组多排放18%的甲烷（P = 0.027），但甲烷排放量相对于 SFI 的比例在组间没有差异。
瘤胃上皮相关微生物群和短链脂肪酸
逆辛普森指数表明，瘤胃微生物群落的均匀性随时间的推移平均增加了44%，且该趋势在10%-MR组中比20%-MR组中更为陡峭。分类学分类表明Bacteroidota, Firmicutes, Proteobacteria, 和 Spirochaetota是两组中数量最多的门。在成熟过程中，Bacteroidota的相对丰度从44%下降到35%（P < 0.001），导致Firmicutes和 Bacteroidota之间的比例从0.61明显变化到0.89（P = 0.002）。
断奶前，phylum Verrucomicrobiota在 20%-MR 组中的丰度是 10%-MR组的两倍多（2.3% vs. 0.8%;P = 0.028），而 Synergistota在 10%-MR 组犊牛中更为普遍 （P = 0.020）。与 20%-MR组相比，10%-MR组的 Methanosphaera属丰度更高 （0.054% vs. 0.029%;P = 0.041）。
丰度差异最显著的包括Bacteroidales BS11 gut组、Syntrophococcus 和Bacteroidia unclassified，在 10%-MR 组中的丰度是 20%-MR 组的 6 倍 （P < 0.001）。
与之相反，Prevotellaceae UCG-004 在 20%-MR组 中的丰度是 10%-MR 组的 6 倍 （P < 0.001）。
断奶后，phyla Fusobacteriota和 Elusimicrobiota在 20%-MR 组中的丰度分别是 10%-MR 组的 5 倍 （P = 0.031） 和 2 倍 （P = 0.046）。Anaerovorax 和 Succinivibrionaceae UCG-002 是唯二相对丰度超过 1% 阈值的属，并且都与 MR 消耗呈负相关 （ P = 0.009 和 P = 0.015）。
然而，MR 组之间丰度差异显著的有Bacilli unclassified, Lachnospiraceae NK4A136 组和 UCG-001，它们在 10%-MR组中更丰富，而unclassified genera of Neisseriaceae在 10%-MR组中的含量低于 20%-MR组（P < 0.005）。
瘤胃短链脂肪酸（SCFA）浓度随采食量以及成熟度的增加而增加。断奶后，10%-MR组的正戊酸略高于20%-MR组（1.8 vs. 1.4 mM；P = 0.051）。
血浆代谢物和白细胞分布模式
断奶前，随着MR饲喂量的增加，血浆尿素（2.1 vs. 1.4 mM;P = 0.010）和 NEFA （183 vs. 94 μM;P = 0.096） 浓度增加，而血浆 BHB 浓度降低（0.12 vs. 0.6 mM;P < 0.001）。断奶后，10%-MR 犊牛较20%-MR 犊牛血浆中 BHB高 38% （P < 0.001），L-乳酸高34% （P = 0.049），葡萄糖高10% （P = 0.058）。
流式细胞术显示，断奶前，20%-MR犊牛中全血单核细胞（P = 0.031）、CD8+（P < 0.001） 和CD14+细胞（P = 0.044）的丰度低于10%-MR 组。随着MR 饲喂量提升，CD8+ 丰度的降低使得 20%-MR组的CD4+和CD8+之间的比率比高于10%-MR组（P = 0.055）。然而，去角对CD4+：CD8+和CD21+丰度的影响强于MR喂食强度的整体影响。断奶后，CD8+在10%-MR组中的丰度仍是20%-MR组的2.5倍以上（P < 0.001）。
白细胞、瘤胃上皮微生物和代谢性状之间的相关性
断奶前，CD8+丰度与拟杆菌门BD2-2、未分类拟杆菌、Chloroflexi、P-251-o5、Ruminobacter 和Ruminococcaceae unclassified的丰度呈正相关。尽管CD8+与甲烷排放呈正相关，但CD8+与产甲烷菌的丰度之间没有关系。此外，CD4+：CD8+比值与Prevotellaceae NK3B31 组、Prevotellaceae UCG-004、Rikenellaceae unclassified、瘤胃球菌和一些未分类属呈正相关。CD14+和CD21+分别与 NK4A214呈负相关，但与 Elusimicrobiota或 Succinivibrionaceae unclassified的丰度呈正相关。
断奶后，我们发现CD8+与甲烷排放、Methanomassillicoccales unclassified, Bacteroidetes BD2-2和Neisseriaceae unclassified呈负相关，但与Lachnospiraceae UCG-008 呈正相关。此外，CD14+细胞与Acetitomaculum, Agathobacter, Catenisphaera, 和 Desulfobulbus呈正相关，而 CD21+细胞与Bacteria unclassified 和 the Bacteriodales RF16 group呈正相关。
断奶前，血浆尿素浓度与 Euryarchaeota、Family XIII AD3011 group、Lachnospiraceae 和 Methanobrevibacter的丰度呈负相关。血浆β-羟基丁酸（BHB）浓度与拟杆菌门BD2-2、CAG 352和UCG-010呈负相关，但与毛螺菌科、未分类的示螺旋菌科和琥珀核菌科UCG-001呈正相关。断奶后，仅存在与血浆BHB的正相关与血浆尿素和毛螺菌科之间的负相关。
然而，血浆BHB浓度也与Clostridia UCG-014和Succinivibrionaceae unclassified呈正相关，但与U29-B03呈负相关。
结果与展望
MR饲喂量的降低增加了开食料的消耗量，促进了瘤胃体积大小的发育，并丰富了分解淀粉能力更强、分解纤维更弱的瘤胃微生物群落。而白细胞分布模式的差异表明，与20%-MR组犊牛相比，10%-MR组犊牛发生炎症。这些炎症过程可归因于各组之间能量摄入和淀粉消化水平的差异。犊牛较低程度的MR饲喂似乎对动物健康和生长性能有长期的负面影响。
然而为确保瘤胃的充分成熟，饲喂较高强度的MR需要更渐进的断奶过程。考虑到奶牛早期营养干预的潜在影响，需要进一步的试验研究来探究微生物定植和免疫之间的相互作用。
了解更多请阅读原文献：
获取行业前沿进展和有料资讯
