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2019-04-26浏览量:1270

『公海赌船网址成果展』草料或精料,哪种配比更能提高动物对饲料的消化率?

导读

高精粮的限量饲喂已经被看做是有效提高奶牛饲料消化率、 降低奶牛粪便总排量的一种有效方法。然而,该方法对奶牛后肠道菌群的影响尚不清楚。本研究利用高通量测序技术,研究饲料中多种草料:精料比(F:C)对母牛粪便中细菌和古细菌多样性的影响。

文献ID

题目:Effect of Limit-Fed Diets With Different Forage to Concentrate Ratios on Fecal Bacterial and Archaeal Community Composition in Holstein Heifers

译名:不同饲料精料比的限制性饮食对荷斯坦母牛粪便微生物及古细菌多样性的影响

杂志:Frontiers in Microbiology  

发表时间:2018年   IF:4.019

通讯作者:李胜利

通讯单位:中国农业大学

材料与方法

实验设计

选择24头8-10个月大的荷斯坦母牛作为研究对象,按照饲料不同F:C比(80:20,60:40,40:60,20:80),分为C20、C40、C60、C80四组。实验开始前,给每个小母牛喂食含有50%草料、50%精料的适应性饮食,持续4周。

使用无菌手套从小母牛直肠中收集实验期第20-23天(C60组中一头病母牛除外)的粪便样本,每个样本约200g。第20和第22天,收集时间为8点、14点和20点;第21天和第22天,收集时间为2点、5点、11点、17点和23点。收集完成后,一半样本立即放于液氮中储藏,剩下一半放于-20℃储存。取样结束后,将同一头母牛在不同时间点下的液氮中等量样本均匀混到一起。取大约1g子样,放于-80℃保存。除此之外,将同一头母牛在-20℃下储存的不同时间点的等量样本均匀混合,用2ml水溶解大约2g左右的子样本,用于挥发性脂肪酸(VFAs)的检测。

提取后的DNA进行16S高通量测序。

 测序区域及平台

Illumina Hiseq2500,V3-V4区

研究成果一

研究发现随着混合饲料中精料比例增加,粪便中干物质(DM)、有机物(OM)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)产量逐渐降低,而粗蛋白和淀粉含量却呈线性增加。此外,检测到的挥发性脂肪酸中,醋酸盐以及醋酸盐与丙酸盐比值呈线性降低,丁酸盐含量线性增加(表1)。

表1  粪便营养成分和VFAs浓度

研究成果二

通过16S测序分析,从所有样本中共找到14个门水平的微生物,其中丰度最高的5种分别是厚壁菌门、拟杆菌门、疣微菌门、螺旋体门和变形菌门(图1A)。在属水平上,共有92个属被检测到,其中33种属在所有组中共有。相对丰度最高的7个属分别是未知的疣微菌属、Alistipes、拟杆菌属、Paraprevotella、unclassified Porphyromonadaceae、unclassified Lachnospiraceae以及Akkermansia(图1B)。

 

图1  4个处理组中粪便门水平和属水平微生物多样性

研究成果三

α多样性分析结果表明随着精料比例增加,香农维纳指数和辛普森指数出现线性降低(表2)。

表2  所有处理组下粪便细菌和古菌的α多样性分析

研究成果四

图2A展示了未加权情况下的粪便细菌PCoA分析,可以看出处理组C20和C60、C80之间存在显著性差异,C40和C80组之间也存在显著性差异。此外,C20和C40组,C60和C80组之间有差异趋势,但尚未达到显著性。C40和C60组之间无显著性差异。

图2  粪便微生物的PCoA分析 (A图:粪便细菌未加权;B图:粪便古菌未加权)

研究成果五

在门水平,变形菌门的相对丰度随精料比例增加而呈线性增加,而拟杆菌门的相对丰度呈线性降低(表3,图1C,E)。此外,随着精料比例增加,Candidatus Saccharibacteria、Spirochaetes的相对丰度出现二次下降,在C40组中出现最高丰度(图1D,F)。

表3  不同实验处理对粪便中细菌门水平多样性的影响

研究成果六

在属水平,Roseburia、SuccinivibrioClostridium sensu strict的相对丰度呈线性增加,而unclassified Ruminococcaceae、Intestinimonas、Paludibacter的相对丰度呈线性降低(表4)。

表4  不同实验处理对粪便中细菌属水平多样性的影响

研究成果七

所有粪便样本中共识别出2种独特的门水平古菌,相对丰度最高的是Euryarchaeota,另外一种是Thaumarchaeota。在属水平,检测出6种古细菌,其中3种在所有样本中共存,相对丰度最高的是MethanocorpusculumMethanobrebibacter(表5),此外还发现了Methanosphaera、Methanimicrococcus、MethanosarcinaNitrososphaera

表5  不同实验处理对粪便中古菌属水平多样性的影响

研究成果八

尽管不同处理组中细菌的丰富度和多样性出现显著差异,但是研究发现随着饲料中精料比例增加,粪便中古细菌的丰富度和多样性并未发生差异(表2)。PCoA分析表明,仅有C80和C20组中的古菌群落组成存在显著性差异(图2B)。在属水平,随精料比例增加,只有Methanosphaera的相对丰度出现线性降低(表5)。

研究成果九

通过定量PCR分析不同水平精料与微生物群落数量之间的关系,但结果显示二者之间并无显著相关性(表6)。

表6  不同实验处理对荷斯坦奶牛粪便微生物数量的影响

研究成果十

研究发现来自Oscillibacter的一个核心OTU(OTU77)与粪便中总VFA含量存在正相关关系。来自Alistipes、拟杆菌属、Intestinimonas和unclassified Ruminococcaceae的几个OTU与醋酸盐含量呈正相关关系,来自Clostridium XIVa、Succinivibrio和unclassified Ruminococcaceae的三个OTUs与醋酸盐含量呈负相关。来自Clostridium XIVa、unclassified Lachnospiraceae、Roseburia和unclassified Ruminococcaceae的4个OTUs与丁酸盐水平呈正相关,来自拟杆菌属和unclassified Ruminococcaceae的2个OTUs与丁酸盐水平呈负相关。此外,还有一些菌属与粪便中总支链挥发性脂肪酸、粗蛋白、中性去污剂纤维、耐酸性去污剂纤维以及淀粉含量之间存在相关性。

图3  粪便核心微生物OTUs与营养成分及VFA成分的关系

研究结论

本研究证明饲料中草料和精料的不同配比会对荷斯坦奶牛肠道中挥发性脂肪酸水平以及细菌的丰富度和多样性产生显著影响,但对古细菌却无太大影响。该研究为了解粪便发酵参数和处于不同饲料F:C比下的微生物群落特征提供了一种更好的方式。这些发现支持了一种潜力,即可以通过食物控制改变微生物多样性,这可以提高饲料的消化率,同时缓解相关环境问题。

亮点

1、实验设计具有实用性,取样时间点多,混合后样本能更好地体现奶牛肠道微生物真实群落特征。

2、将高通量测序分析结果与挥发性脂肪酸相结合。

3、同时分析肠道细菌和古细菌的丰富度、多样性变化。

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