盲肠是反刍动物体内一个仅次于瘤胃的重要发酵器官。日粮、环境以及动物个体等因素都可导致过量的可发酵碳水化合物通过瘤胃及前肠进入后肠,进而在后肠中过度发酵,诱导产生异常代谢产物。本文首先通过体外发酵的形式研究了盲肠微生物对精料的发酵能力,同时比较了盲肠和瘤胃发酵不同精粗比饲料时能力上的差异。基于体外研究结果对盲肠微生物发酵精料能力的肯定,本文进而进行了在体动物试验,以研究在体状态下高谷物日粮对山羊盲肠的发酵参数、微生物区系以及黏膜形态结构的影响,试验共分四个部分。1.体外比较不同比例精料对山羊盲肠与瘤胃微生物发酵的影响本章研究了梯度比例精料底物条件下,瘤胃和盲肠微生物体外发酵的发酵特性,以及它们之间的横向比较。试验分为空白组Ak,全粗料组A0,20%比例精料组A0-2,40%比例精料组A04和60%比例精料组A0.6,每组又分为瘤胃处理和盲肠处理,各组均设置4个重复,39℃培养箱恒温培养48小时终止发酵。结果表明,增加底物中精料的比例,会显著增加瘤胃和盲肠微生物发酵的总产气量(P<0.001),且在相同底物条件下,瘤胃微生物发酵的总产气量均高于盲肠(A0: 53.61 vs.48.00 mL; A0.2:68.34 vs.42.65 mL; A0.4:82.11 vs.55.74 mL; A0.6:91.41 vs. 68.93 mL)。当增加底物中精料的比例至40%以上时,盲肠组发酵液中的总挥发性脂肪酸浓度与瘤胃组无显著差异(P>0.10)。在全粗底物条件下,盲肠组中乙酸的浓度显著低于瘤胃(P<0.05),但向发酵底物中添加精料时,该差异逐渐消失。在相同发酵底物条件下,盲肠组丙酸的浓度均显著低于瘤胃组(P<0.05),乙丙比均显著高于瘤胃组(P<0.05)。在低精料条件下,盲肠和瘤胃发酵液中的丁酸浓度无显著差异(P>0.10),当增加精料比例至40%以上时,盲肠组丁酸浓度开始显著高于瘤胃(P<0.05)。增加底物中精料的比例未显著提高瘤胃中乙酸的浓度,但可线性提高其余五种酸和总挥发性脂肪酸的浓度(P<0.05)；可线性增加盲肠中乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸和总VFA的浓度(P<0.05),但对戊酸的浓度没有显著影响(P>0.10)。结果说明,瘤胃微生物的发酵活动比盲肠剧烈；盲肠微生物可发酵大量精料产生VFA。2.高谷物日粮对山羊盲肠发酵及LPS、生物胺浓度的影响本章旨在研究高谷物日粮对山羊盲肠常规发酵参数的影响。采用随机分组试验设计,将10头成年公山羊随机分为两组,分别饲喂全粗日粮和高谷物日粮,试验期为7周。结果表明,高谷物日粮显著增加了山羊盲肠内容物中的VFA浓度(P<0.001),其中乙酸(P<0.001)、丙酸(P<0.001)和丁酸(P=0.002)浓度都显著增加,异丁酸浓度显著下降(P=0.01),乙丙比显著下降(P<0.001)。高谷物组山羊盲肠内容物的pH显著低于对照组(P<0.001)。两组山羊盲肠内容物中的乳酸含量没有差异(P=0.922)。高谷物日粮显著提高了盲肠内容物中LPS浓度(9803 vs.14515,P=0.001),但两组间的生物胺(甲胺,P=0.704；色胺,P=0.104；腐胺,P=0.111；尸胺,P=0.322；酪胺,P=0.164)浓度无显著差异。相关性分析显示,盲肠内容物中的LPS浓度与盲肠内容物的pH值呈显著负相关(r=-0.81, P=0.005),除了酪胺浓度与丙酸浓度呈正相关关系(r=0.65,P=0.042),盲肠内容物中的生物胺与VFA、pH和乳酸之间无显著相关(P=0.069～0.997)。结果说明,高谷物日粮增加了山羊盲肠中可发酵碳水化合物的含量,引发了盲肠的过度发酵。3.高谷物日粮对山羊盲肠内容物及黏膜细菌区系与结构的影响本试验旨在探讨高谷物日粮对后肠细菌区系结构的影响。试验采用试验2中所用山羊,应用基于16S rDNA的焦磷酸测序技术研究了高谷物饲喂对盲肠内容物和黏膜微生物区系与结构的影响。结果表明,盲肠内容物序列涵盖的门是17个,盲肠黏膜涵盖的是22个,盲肠内容物中发现的属的个数远远少于黏膜中属的个数(133 vs.340)。属厚壁菌门的序列数在盲肠内容物测序总数中占到了75%左右；而盲肠黏膜中,螺旋体是数量相对丰富的门,均占对照组和处理组黏膜测序总序列的40%以上。日粮处理对盲肠内容物中3个门(放线菌门、螺旋体门、绿弯菌门)的丰度造成了显著影响(P<0.01),而在黏膜中,受日粮影响的门达到了12个(浮霉菌门、纤维杆菌门、Nitrospirae、疣微菌门、Armatimonadetes、 Elusimicrobia、厚壁菌门、拟杆菌门、绿弯菌门、Cidobacteria Deinococcus-Thermus、脱铁杆菌门)(P<0.05)。高谷物日粮显著增加了盲肠内容物中Turicibacter和梭菌属的相对丰度(P<0.05),降低了unclassified Ruminococcaceae的相对丰度(P<0.05)；显著增加了盲肠黏膜中Turicibacter,梭菌属,Gammaproteobacteria族和Rikenellaceae族中一些未知微生的的丰度(P<0.05),降低了Mucispirillum的丰度(P<0.05)。结果说明,高谷物日粮显著影响了盲肠微生物区系,导致盲肠黏膜上一些固有菌群的相对丰度下降。4.高谷物日粮对山羊盲肠黏膜形态及组织炎症因子表达的影响本试验旨在研究高谷物日粮对山羊盲肠黏膜形态结构造成的损伤。试验采用试验2中的盲肠组织。石蜡切片显示,高谷物组山羊盲肠上皮发生了不同程度的破损或脱落,扫描电镜图片也印证了该结果。透射电镜的图片显示,高谷物组山羊上皮顶端的紧密连接结构开始变疏松,细胞之间的间隙增大。Real-time PCR结果表明,紧密连接蛋白的mRNA表达水平在两组之间无显著差异(P>0.05)。高谷物日粮不同程度的上调了7种炎症因子的表达水平。其中,IL-1β(P<0.001)、 IL-6(P<0.01)、IL-10(P<0.01)、IL-12(P<0.001)和IFN-γ(P<0.05)的基因表达水平显著上调,TNF-α和IL-2的基因表达水平未发生显著改变(P>0.10)。相关性分析的结果显示,IL-6和IL-12的表达水平与pH和LPS皆是显著相关(P<0.05)；盲肠黏膜中的微生物也与炎症因子的表达存在相关性。研究结果说明,高谷物日粮对山羊盲肠的黏膜结构造成了一定的损伤,引发了局部炎症反应。