在我国规模化养殖生产条件下,母猪繁殖效率不高是现代母猪生产面临的重要问题。其中,母猪泌乳期采食量不足和仔猪肠道发育不完善是导致仔猪育成率低和断奶重小的重要原因。研究指出,母猪泌乳期采食量与围产期胰岛素敏感性正相关。在孕妇中,由于激素分泌、免疫应答的改变,孕妇妊娠后期容易出现包括胰岛素抵抗和系统性低度炎症等为特征的代谢综合征。而妊娠期肥胖会进一步加剧孕妇的代谢紊乱。值得注意的是,孕妇妊娠后期的肠道菌群也发生了显著改变,这种改变与围产期代谢综合征的发生具有重要的关联。然而,整个繁殖周期母猪肠道菌群的变化尚未见报道,同时菌群变化是否及如何影响母猪代谢也值得深入研究。另一方面,新生仔猪肠道屏障和免疫功能的发育受到肠道菌群定植模式的影响。研究指出,母猪肠道和乳汁中的细菌是新生仔猪肠道菌群的重要来源。因此,调控母猪肠道和乳汁菌群组成可能是改善仔猪肠道发育的有效手段。本实验室前期研究发现,妊娠期日粮纤维可以提高母猪肠道产丁酸菌的丰度,并改善围产期胰岛素敏感性,但具体机制未被阐明。同时,妊娠期日粮纤维是否通过调控母猪肠道和母乳菌群组成,从而改善哺乳仔猪的肠道发育和生长性能,也值得进一步深入研究。因此,本研究试图阐明肠道菌群在母猪围产期代谢变化过程的作用;并以“肠道菌群”为靶点,进一步揭示妊娠日粮添加可溶性纤维改善母猪围产期代谢以及新生仔猪生长和肠道发育的效果和作用机理。主要研究内容和结果如下:第一部分妊娠后期肥胖对母猪围产期代谢及仔猪生长发育的影响本试验研究了妊娠后期肥胖对母猪产仔性能、围产期代谢综合征以及哺乳仔猪生长性能、肠道屏障和免疫系统的影响。选择遗传背景一致、胎次相近的60头经产母猪,根据妊娠109天背膘厚分为2个组,即正常背膘组(=17mm)和厚背膘组(≥21mm)。记录并度量母猪产仔性能以及仔猪生长性能。于妊娠第109天以及泌乳第3天采集母猪粪样和血样,测定粪样脂钙蛋白-2和摄食前血液葡萄糖、胰岛素、连蛋白、炎症因子和氧化应激标志物的含量。于泌乳第14天采集仔猪粪样和血样,测定粪样脂钙蛋白-2、β-防御素2、分泌型IgA、炎症因子和血浆连蛋白、IgM的含量。主要结果如下:1.与正常背膘组相比,厚背膘组母猪的产活仔数和仔猪出生窝重显著降低(P<0.05),表明母猪妊娠后期肥胖降低了产仔性能。母猪妊娠后期肥胖对整个哺乳期仔猪的个体均重和平均日增重(average daily gain,ADG)的影响不显著(P>0.05)。2.与正常背膘组相比,厚背膘组母猪围产期的摄食前葡萄糖浓度和胰岛素抵抗指数(homestasis model assessment-insulin resistance,HOMA-IR)显著增加,血浆IL-6、TNF-α和硫代巴比妥酸反应物(thiobarbituric acid reactive substances,TBARS)浓度显著升高(P<0.05),提示妊娠后期肥胖加剧了母猪的围产期代谢综合征。此外,厚背膘组仔猪粪样TNF-α含量显著增加,而粪样IL-10和血浆IgM的水平显著降低(P<0.05),这表明母猪妊娠后期肥胖可能加剧了仔猪肠道炎症的发生。第二部分肠道菌群及其代谢物影响母猪围产期代谢的机制选择遗传背景一致、健康状况良好的12头经产母猪。采集母猪妊娠期第30天(G30)和第109天(G109)以及泌乳第3天(L3)和第14天(L14)的粪样和血样,利用16S rRNA基因测序技术和气相色谱分别测定了粪样菌群和短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)的组成;分析了粪样中脂钙蛋白-2、内毒素和血液中肿瘤坏死因子(tumor necrosis factorα,TNF-α)、白介素-6(interleukin6,IL-6)、连蛋白和内毒素的水平。妊娠期第30天、第109天和泌乳期第3天,用餐实验评估母猪摄食后血液葡萄糖的变化情况。主要结果如下:1.餐后60 min-240 min,L3的血浆葡萄糖浓度明显高于G30和G109(P<0.05)。L3的血浆葡萄糖的曲线下面积显著高于G30和G109(P<0.05)。此外,G109和L3母猪的血浆IL-6水平高于G30和L14(P<0.05)。这表明,在围产期,特别是泌乳早期,母猪表现出明显的代谢综合征。2.16S rRNA基因测序结果显示,在门水平上,Firmicutes和Bacteroidetes是最优势门,其次是Spirochaetes和Proteobacteria。同时,L3的促炎症相关菌-Proteobacteria门和Fusobacteria门的相对丰度最高(P<0.05)。在属水平上,L3的Bacteroides、Escherichia Shigella和Fusobacterium相对丰度最高而产丁酸菌属Oscillospira最低(P<0.05)。LEfSe分析结果显示,L3主要富集Fusobacterium、Enterobacteriaceae和Escherichia Shigella。此外,L3的Chao 1和Shannon指数显著小于其他三个阶段(P<0.05)。主坐标分析(Principal coordinates analysis,PCoA)结果显示,母猪肠道菌群在G30和L14中分散较少,但在G109和L3表现出明显的分离(P<0.05)。气相色谱分析结果显示,L3的粪样丁酸含量低于其他三个阶段(P<0.05)。这些结果表明,泌乳早期母猪肠道菌群的组成、结构以及代谢发生了明显的改变,主要特征是促炎症相关菌群富集,而产丁酸相关菌群的相对丰度和丁酸产量显著降低。3.与G30和L14相比,G109和L3母猪的血浆连蛋白和粪便脂钙蛋白-2、IL-6和TNF-α的水平升高,而IL-10的水平降低(P<0.05)。同时,粪样内毒素含量从G30到L3显著上升,然后在L14显著降低。L3的血浆内毒素水平明显高于其他三个阶段(P<0.05)。Spearman相关性分析结果显示,Fusobacterium与血浆连蛋白和粪样内毒素呈正相关,与粪便IL-10呈负相关(P<0.05)。这提示,泌乳早期母猪肠道菌群的紊乱性改变可能导致了母猪肠道渗透性、血浆内毒素以及炎症水平的增加。第三部分日粮纤维调控母猪肠道菌群改善围产期代谢综合征的作用和机制本研究旨在探讨妊娠期日粮纤维能否通过调控母猪肠道菌群来降低肠道渗透性和血浆内毒素水平,进而改善母猪的代谢状态。选择56头经产母猪随机分为2个处理组,即对照组(CON)和2%日粮纤维组(SF)。两种日粮除可溶性纤维含量不同外,其他营养素的含量相同。在妊娠期第30天(G30)和第109天(G109)以及泌乳第3天(L3)和第14天(L14)喂料前(7:00)采集母猪血样和粪样,分析了母猪代谢状态、肠道菌群、肠道渗透性和肠道局部炎症的变化情况。主要结果如下:1.从4个阶段来看,G109和L3母猪的HOMA-IR值和血浆超敏C反应蛋白(hypersensitive C-reactive protein,hs-CRP)浓度高于G30和L14,而妊娠期日粮添加纤维显著性降低了HOMA-IR值和血浆hs-CRP的水平(P<0.05)。这表明,妊娠期日粮添加纤维改善了母猪围产期胰岛素敏感性和系统性炎症状态。2.16S rRNA基因测序结果显示,在科水平上,日粮纤维提高了产丁酸菌科-毛螺旋菌科和瘤胃球菌科的相对丰度;同时,在属水平上,提高了Oscillospira的相对丰度(P<0.05)。此外,日粮纤维显著提高了母猪粪样和血浆中丁酸的浓度(P<0.05)。这提示,妊娠期日粮添加纤维促进了产丁酸菌在母猪肠道中富集,提高了肠道中丁酸的产量。3.与G30和L14相比,G109和L3母猪的血浆连蛋白和粪便脂钙蛋白-2、IL-6和TNF-α的水平显著升高,而妊娠期日粮纤维显著降低了血浆连蛋白、内毒素和粪样脂钙蛋白-2、IL-6和TNF-α的水平(P<0.01)。此外,spearman相关性分析结果显示,Lachnospiraceae科与HOMA-IR值和血浆hs-CRP呈负相关(P<0.05)。Oscillospira与血浆连蛋白和粪便脂钙蛋白-2呈负相关(P<0.05)。这些结果表明,妊娠期日粮添加纤维可能通过调控母猪肠道菌群降低了肠道渗透性和血浆内毒素水平,最终改善了母猪围产期代谢综合征。第四部分妊娠期日粮纤维对母猪乳成分和菌群的调控作用本试验研究了妊娠期日粮纤维对不同泌乳阶段母猪乳成分和乳样菌群的调控作用。该研究的试验样品来源于第三部分试验。在泌乳期第1(初乳)、7、14和21天,每个处理组选择10头母猪无菌收集初乳和常乳,测定乳成分以及乳样菌群的变化情况。主要结果如下:1.与初乳相比,第7、14和21天常乳中乳蛋白的相对比例降低,而乳糖的相对比例升高(P<0.01)。日粮纤维对乳蛋白、乳糖和乳脂肪的影响不显著(P>0.05)。2.16S rRNA基因测序结果显示,Firmicutes和Proteobacteria是母猪乳样菌群的前两大优势菌门,Moraxella和Streptococcus是前两大优势菌属。与初乳相比,泌乳第7、14和21天乳样菌群的α多样性指数(Chao 1和Shannon指数)显著增加,同时Lactobacillus、Oscillospira、Ruminococcus、Coprococcus、Dorea、Eubacterium和Faecalibacterium的相对丰度显著升高(P<0.01);值得注意的是,与对照组相比,妊娠期日粮纤维显著性提高了母乳中Lactobacillus、Oscillospira、Ruminococcus、Coprococcus和Eubacterium的相对丰度(P<0.05)。这表明,不同泌乳阶段母猪乳样菌群组成和结构明显不同,同时妊娠期日粮添加纤维改善了母乳菌群的组成。第五部分妊娠期日粮纤维调控仔猪肠道菌群增强肠道屏障和免疫功能的效果本试验评价了妊娠期日粮纤维对哺乳仔猪生长性能、肠道菌群、肠道屏障以及免疫功能的影响。选择24头经产母猪,随机分为2个处理组,妊娠期分别饲喂对照组(CON)和2%日粮纤维组(SF)日粮。主要研究结果如下:1.与对照组仔猪相比,日粮纤维组仔猪的21日龄结束重、第三周和全期平均日增重明显增加,全期腹泻率和腹泻指数显著降低(P<0.05)。这表明,妊娠期日粮添加纤维提高了哺乳仔猪的生长速度和抗病力,缓解了哺乳期腹泻的发生。2.16S rRNA基因测序结果显示,Bacteroidetes和Firmicutes为14日龄哺乳仔猪的前两大优势菌门,Bacteroides是最优势菌属。门水平上,与对照组相比,日粮纤维组仔猪的Fusobacteria和Saccharibacteria的相对丰度显著增加。在属水平上,Bacteroides、Lactobacillus和Roseburia在日粮纤维组仔猪肠道中显著富集;相反,Bilophila的相对丰度减小(P<0.05)。基于weighted-unifrac距离的PCoA结果显示,对照组和日粮纤维组哺乳仔猪的肠道菌群结构表现出明显的分离。以上结果表明,妊娠期日粮处理显著性改变了哺乳仔猪的肠道菌群组成和结构。3.与对照组相比,日粮纤维组仔猪的粪样和血浆乙酸、丁酸和总SCFAs含量显著增加(P<0.05)。同时,血浆连蛋白、内毒素和二胺氧化酶以及粪样脂钙蛋白-2的含量降低(P<0.05),而血浆抗炎因子IL-10和TGF-β的水平升高(P<0.01)。这表明,妊娠期日粮添加纤维可以降低仔猪肠道渗透性,促进仔猪肠道屏障功能的发育。此外,日粮纤维组仔猪的粪样β-防御素2的含量显著增加(P<0.05)。Spearman相关性分析结果显示,Lactobacillus与仔猪ADG显著正相关,与腹泻率显著负相关(P<0.05);Bacteroides与IL-10含量显著正相关;Bilophila与粪样脂钙蛋白-2的含量呈显著正相关(P<0.05)。这表明,妊娠期日粮对仔猪肠道屏障和生长速度的改善作用可能与其对仔猪肠道菌群组成和代谢的调控作用有关。综述所述,本研究的主要结论如下:(1)首次证实母猪发生了围产期代谢综合征,即围产期出现胰岛素抵抗和系统性炎症;阐明了菌群紊乱性变化引起的肠道丁酸产量减少,造成肠道渗透性和血浆内毒素水平增加,是菌群影响胰岛素敏感性的潜在机制。同时,证实妊娠后期母猪过肥加剧了母猪围产期代谢紊乱,降低了产活仔数和仔猪的出生窝重,影响了仔猪的肠道健康。(2)母猪妊娠期添加功能性日粮纤维后,改善了母猪的围产期代谢状态。可能的机制是:功能性日粮纤维促进了产丁酸菌-Oscillospira属的富集以及丁酸的产生,从而降低了母猪围产期肠道渗透性和血浆内毒素的水平。(3)母猪妊娠期添加功能性日粮纤维后,还改变了母乳菌群的组成,促进了仔猪早期肠道菌群的定植,提高了肠道屏障和免疫功能,降低了断奶腹泻,提高了仔猪的生长性能。