日粮纤维源对生长猪生产性能和肠道健康的影响机制及肠道微生物的媒介作用

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hjss2008
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本研究旨在探讨不同日粮纤维源对生长猪生长性能、胴体和肉品质、养分消化率、肠道生理的影响,结合机体糖脂代谢、肠道免疫屏障相关基因和蛋白的表达量,比较分析单一与混合纤维源影响猪生产性能和肠道健康的可能机制,并通过测定小肠和后肠微生物组成及其主要代谢产物浓度,探索不同纤维源参与调控机体营养物质代谢与肠道健康过程中,不同肠段微生物的媒介作用。选取24头初始体重为32.42±1.95 kg的杜洛克×长白×约克夏(DLY)三元杂交生长猪,采用单因子试验设计,按照体重无差异原则随机分为4个处理,每个处理6个重复,每个重复1头猪。对照组(CON)饲喂基础日粮,处理组饲粮中各添加15%豌豆纤维(PF),15%燕麦麸(OB)及以上两种纤维的等量混合物(7.5%燕麦麸+7.5%豌豆纤维,MIX)。试验期为56天。试验一、日粮纤维源对生长猪生长性能、胴体和肉品质、养分消化率及肠道生理的影响结果表明:1)与CON组相比,PF组猪末重、ADFI、ADG、胴体重、屠宰率均显著降低(P<0.05);OB组猪ADFI显著降低(P<0.05)。与PF组相比,OB组、CON组猪背最长肌宰后p H 45min,p H 24h显著降低(P<0.05);2)与CON组相比,PF组猪能量、CP和NDF养分消化率显著降低,而EE和CF的消化率显著增加(P<0.05),OB组猪能量、DM、EE及ADF养分消化率显著增加(P<0.05),MIX组猪EE,CF及NDF消化率显著提高(P<0.05);3)与CON组相比,各纤维源组猪回肠绒毛高度、隐窝深度无显著变化(P>0.05),空肠隐窝深度显著降低(P<0.05),同时PF、MIX组猪结肠食糜p H值显著降低(P<0.05)。结果表明:日粮中添加不同纤维源对生长猪生长性能和胴体品质的影响存在差异,在三种纤维源饲粮中,15%豌豆纤维对猪的生长性能和胴体品质无改善作用,可能与其养分消化率的降低有关,但饲粮中添加15%豌豆纤维对生长猪宰后背最长肌p H值有改善作用。饲粮中添加15%燕麦麸和混合纤维源虽明显提高养分消化率,但对猪的生长性能和胴体品质无明显改善,可能与试验天数较短有关。采食含纤维饲粮后猪的CF和ADF消化率不同程度提高,同时肠道p H值降低,提示与肠道微生物的发酵作用有关。试验二、日粮纤维源对生长猪脂质代谢和肌肉糖酵解相关基因表达的影响结果表明:1)与CON组相比,OB组猪血清LDL-C含量有降低趋势(P=0.051),MIX组猪血清APOA1有升高趋势(P=0.066)。与MIX组相比,OB组猪血清APOB显著降低(P<0.05),PF组猪血清APOA1有降低趋势(P=0.066)。2)与CON组相比,PF、OB、MIX组猪背最长肌中与脂质合成调控相关的PPAR-γ基因表达量显著降低(P<0.05);OB和MIX组猪背肌中与脂质分解相关的HSL基因表达量显著降低(P<0.05);PF组猪背脂中LPL、PPAR-γ、FAS、HSL等基因表达量均显著降低(P<0.05);OB组猪背脂中HSL基因表达量,以及MIX组猪背脂中LPL、FAS、HSL等基因表达量均显著降低(P<0.05);与CON组相比,PF、OB、MIX组猪肝脏GPR43基因表达量均显著降低(P<0.05)。3)与CON组相比,PF组猪背最长肌My HC IIb基因表达量显著降低(P<0.05),MIX组猪背肌中My HC IIx基因表达量显著降低(P<0.05);PF组猪背肌My HC IIb基因表达量显著低于OB组(P<0.05);PF和MIX组猪背最长肌HK-2、PKM和HTP-5B基因的相对表达量显著降低(P<0.05);OB组猪背肌的HK-2基因表达量显著降低(P<0.05)。结果表明:饲粮中添加15%豌豆纤维可降低生长猪背最长肌的糖酵解潜力,在一定程度上提高其宰后p H值。饲粮中添加15%燕麦麸和混合纤维源可降低生长猪背最长肌的脂质分解能力,从而有利于肌内脂肪沉积。各纤维源组猪肝脏中短链脂肪酸(SCFAs)受体基因GPR43表达量的降低提示,不同纤维源调控机体糖脂代谢的过程可能与肠道微生物代谢产物的作用有关。试验三、日粮纤维源对生长猪肠道粘膜免疫屏障的影响结果表明:1)与CON组相比,OB组猪结肠粘膜ZO-1基因表达量显著降低(P<0.05),PF、OB、MIX组猪结肠MUC1和MUC2基因表达量显著提高(P<0.05),PF组猪结肠β-防御素1表达量显著提高(P<0.05),OF和MIX组该基因表达量则有提高趋势(P=0.071,P=0.054)。2)在回肠中,与CON组相比,PF组猪NOD1、TRAF6、IL-1β基因表达量显著下调(P<0.05),OB组猪IRAK4和TRAF6表达量显著降低(P<0.05),而IL-10表达量显著增加(P<0.05),MIX组猪IRAK4、TRAF6、RIPK2基因表达量显著降低(P<0.05),而IL-10表达量显著增加(P<0.05)。在结肠中,与对照组相比,PF组猪IL-6基因表达量显著提高(P<0.05),OB和MIX组猪RIPK2、TRAF6、IL-6基因表达量显著增加(P<0.05)。此外,与CON组相比,NF-κB蛋白表达量在所有纤维源组猪回肠中显著降低(P<0.05),而在结肠中显著升高(P<0.05)。结果表明:饲粮中添加15%的不同纤维源均可增强结肠粘液层的防御能力以及回肠适应性免疫功能,维护肠道屏障的完整性。不同纤维源对生长猪结肠健康的调控作用与TLR4和NOD相关信号途径有关,但对猪回肠免疫功能的改善可能不依赖于NF-κB信号途径。试验四、日粮纤维源对生长猪肠道菌群组成及代谢产物的影响结果表明:1)与对照组相比,OB组猪回肠微生物Shannon和Simpson指数显著降低(P<0.05),而结肠微生物PD指数和Observed OTUs有增加趋势(P=0.097,P=0.095),Chao1指数则有高于PF和MIX组的趋势(P=0.067,P=0.099)。与CON组相比,MIX组猪结肠菌群β多样性指数显著增加(P<0.05),PF和OB组该指数则有升高趋势(P=0.076,P=0.064)。2)线性判别分析及单因素方差分析表明,所有食糜样品的差异菌群主要集中于CON、OB和PF三个组之间。三组猪回肠差异菌群集中于Firmicutes门。与CON组相比,PF和MIX组猪回肠Lactobacillus丰度增加,Turicibacter、Clostridiaceae科未知属丰度降低(P<0.05),OB组猪回肠Clostridiaceae科未知属为丰度增加菌群(P<0.05)。CON、OB和PF组猪结肠差异菌群则集中于WPS、Firmicutes和Bacteroidetes门。与CON组相比,OB组猪结肠Firmicutes门下Clostridiaceae科未知属丰度增加(P<0.05),Lachnospira、Lactobacillus丰度降低(P<0.05);PF组猪结肠Firmicutes门下Lactobacillus、Lachnospira丰度增加(P<0.05),Streptococcus以及Bacteroidetes门下[Prevotella]、CF231丰度降低(P<0.05);MIX组猪结肠Firmicutes门下Anaerovibrio丰度增加,Lachnospira、Streptococcus及Bacteroidetes门下CF231丰度降低(P<0.05)。3)对潜在条件致病菌的单因素方差分析表明,与CON组相比,PF组猪回肠Proteobacteria门下Enterobacteriaceae数量降低(P=0.083)。PF组猪结肠Proteobacteria门丰度及该门下Escherichia coli数目显著增加(P<0.05),MIX组猪结肠γ-Proteobactria纲数量显著增加(P<0.05),OB组猪结肠Escherichia coli数量相比PF组显著降低(P<0.05)。4)对SCFAs浓度的分析表明,与CON组相比,PF组猪回肠乙酸、丙酸及总酸浓度显著降低(P<0.05),而丙酸比例提高(P<0.05);MIX组猪回肠乙酸、丙酸、丁酸及总酸浓度显著降低(P<0.05),而乙酸比例提高(P<0.05)。与OB组相比,PF组猪乙酸、丁酸浓度及总酸浓度显著降低(P<0.05),丙酸浓度有降低趋势(P=0.063),MIX组猪乙酸、丙酸、丁酸浓度显著降低(P<0.05);与OB组相比,MIX组猪结肠丙酸浓度(P<0.05)显著增加,乙酸比例显著降低(P<0.05);与PF组相比,MIX组猪结肠丙酸比例显著升高(P<0.05)。MIX组猪结肠食糜乙酸/丙酸浓度比值均显著低于PF和OB组(P<0.05)。结果表明:饲粮中添加15%的不同纤维源均可特异性促进生长猪回肠和结肠中纤维分解相关菌群的增殖,其中15%燕麦麸纤维的添加可靶向促进猪肠道中Clostridiaceae科未知属的生长,而饲粮中添加15%豌豆纤维则主要促使猪结肠中Lactobacillus和Lachnospira属以及回肠中Lactobacillus属增殖。混合纤维源的添加则靶向促进猪结肠中Anaerovibrio属增殖。对SCFAs浓度的分析结果进一步证实以上菌群结构的变化可直接影响食糜中微生物代谢产物的组成,改变后肠发酵方式。同时纤维源的添加改变肠道中条件致病菌的丰度和数量,与机体先天性免疫功能的增强密切相关。综上所述,饲粮中添加15%不同纤维源均有利于促进猪的肠道健康。纤维的添加可靶向改变微生物的组成,且具有肠段特异性。特定的日粮纤维可促使有益菌或致病菌的数量变化,参与调节机体先天性免疫功能。此外肠道微生物对纤维底物的适应性变化可反过来促进纤维降解,实现“额外能量效应”。猪生长性能、胴体和肉品质、肠道生理及免疫屏障功能等表型之间存在复杂的相互联系,日粮纤维调节这些表型的机理存在种类特异性,小肠和后肠微生物的组成在此过程中呈现不同变化,提示微生物在日粮纤维发挥生理效应过程中具有重要的媒介作用。
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