瘤胃微生物区系及其相互关系的研究进展
瘤胃微生物类群的多样性及其综合发酵的研究进展
ｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ） 在瘤胃中常被检测到。如降解淀粉为主的 Ｒ． ｂｒｏｍｉｉ（ Ｋｒａｕｓｅ 等， １９９９） ； 降解纤维为主的 Ｒ． ｆｌａｖｅ－ ｆａｃｉｅｎｓ 在孙 云章 （ ２００５） 的 研 究 中 占 测 序 克 隆 子 中 比 例 为 ２．０８％； 在 Ｋｒａｕｓｅ 等 （ １９９９） 报 道 中 占 有 ２．２％的 比例， 是以粗饲为主的反刍动物瘤胃中的常在菌类。
狭义遗传多样性是指种内基因的变化， 包括种内 Ｓｕｎｄｓｅｔ 等 （ ２００７） 对 ｒｅｉｎｄｅｅｒ 瘤 胃 微 生 物 １６Ｓ ｒＲＮＡ
ｇｅｎｅ 的测序结果表明 Ｆｉｒｍｉｃｕｔｅｓ ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａｌｅｓ 的比例为
王梦芝 ， 扬 州 大 学 动 物 科 学 与 技 术 学 院 ， 博 士 ， ２２５００９， 江 苏省扬州市文汇路东路 １２ 号。
用于构建系统树的 １６Ｓ ｒＤＮＡ 序列 ６ ２０５ 个， 而随着 ｃｌｕｓｔｅｒｓ） （ Ｐｒｙｄｅ 等， ２００２） 。
研究的不断深入，还有新发现的序列不断上传，丰富瘤
瘤胃中除有种类繁多的革兰氏阳性菌外尚存在一
胃微生物的基因库，足以说明其遗传多样性的丰富。 定比例的同样种类繁多的革兰氏阴性菌（ 安登第，２００３） 。
和基因表达具有很大的差异。目前，据 １６Ｓ ｒＤＮＡ 序列 维二糖、蔗糖、淀粉和糖原等几种 ＣＨＯ， 主要产生或只 同源分析建立的核糖体小亚基 １６Ｓ ｒＤＮＡ 和 １８Ｓ ｒＤＮＡ 产生丁酸， 其 ＤＮＡ 的 Ｇ＋Ｃ 摩尔百分比是 ４２．３％。据
211240615_瘤胃微生物移植及应用研究进展
畜牧兽医学报 2023,54(5):1792-1803A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i :10.11843/j.i s s n .0366-6964.2023.05.003开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):瘤胃微生物移植及应用研究进展赵 威1,2,M a h m o u d M.A b d e l s a t t a r 1,柴建民1,3,王 昕2,刁其玉1,张乃锋1*(1.中国农业科学院饲料研究所农业农村部饲料生物技术重点实验室,北京100081;2.西北农林科技大学动物科技学院,杨凌712100;3.佛山科学技术学院生命科学与工程学院,佛山528231)摘 要:反刍动物瘤胃微生物对瘤胃发育㊁营养物质消化和宿主生理健康有重要意义㊂瘤胃微生物移植(r u m e nm i c r o b i o t a t r a n s pl a n t a t i o n ,R M T )是将特定供体的瘤胃微生物及其代谢物移植到受体中,通过操纵瘤胃微生物群落进行菌群重塑或微生物组修复,改善宿主机能状态㊁生产效率㊁产品质量等,并可预防或治疗部分胃肠道疾病的措施㊂本文就R M T 的发展历程㊁应用㊁安全性及潜在作用机制等进行了综述,重点阐述了R M T 在揭示瘤胃微生物组特性或功能㊁调节宿主新陈代谢㊁提高生长性能㊁调控微生物区系平衡㊁疾病治疗等方面的作用,为R M T 的研究与应用提供技术参考㊂关键词:瘤胃微生物移植;微生物操纵;菌群重塑;微生物组修复;反刍动物;安全性中图分类号:S 816.3 文献标志码:A 文章编号:0366-6964(2023)05-1792-12收稿日期:2022-11-04基金项目:国家自然科学基金(31872385);内蒙古自治区科技重大专项(2021S Z D 0014)作者简介:赵 威(1997-),男,河南安阳人,硕士生,主要从事动物营养与饲料科学研究,E -m a i l :z h a o w e i 45@n w a f u .e d u .c n*通信作者:张乃锋,主要从事动物营养学研究,E -m a i l :z h a n g n a i f e n g@c a a s .c n R e s e a r c h P r o g r e s s o f R u m e n M i c r o b i o t a T r a n s p l a n t a t i o n a n d I t s A p pl i c a t i o n Z H A O W e i 1,2,M a h m o u d M.A b d e l s a t t a r 1,C H A I J i a n m i n 1,3,WA N G X i n 2,D I A O Q i yu 1,Z H A N G N a i f e n g1*(1.K e y L a b o r a t o r y o f F e e d B i o t e c h n o l o g y ,M i n i s t r y o f A g r i c u l t u r e a n d R u r a l A f f a i r s ,I n s t i t u t e o f F e e d R e s e a r c h ,C h i n e s e A c a d e m y o f A g r i c u l t u r a l S c i e n c e s ,B e i j i n g 100081,C h i n a ;2.C o l l e g e o f A n i m a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,N o r t h w e s t A&F U n i v e r s i t y ,Y a n g l i n g 712100,C h i n a ;3.S c h o o l o f L i f e S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ,F o s h a n U n i v e r s i t y o fS c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ,F o s h a n 528231,C h i n a )A b s t r a c t :T h e m i c r o o r g a n i s m s h a b i t u a t e d i n r u m e n a r e e s s e n t i a l f o r r u m e n d e v e l o pm e n t ,n u t r i e n t d i g e s t i o n ,a n d h o s t p h y s i o l o g i c a l h e a l t h .R u m e n m i c r o b i o t a t r a n s pl a n t a t i o n (R MT )r e f e r s t o t r a n s p l a n t s p e c i f i c d o n o r r u m e n m i c r o b i o t a a n d t h e i r m e t a b o l i t e s t o t h e r e c i p i e n t f o r i m p r o v i n gh o s t f u n c t i o n a l s t a t u s ,p r o d u c t i o n e f f i c i e n c y a n d p r o d u c t q u a l i t y ,a n d t r e a t i n g so m e g a s t r o i n t e s t i -n a l d i s e a s e s o f r u m i n a n t s ,b y r e m o d e l i n g m i c r o f l o r a o r r e s t o r i n g mi c r o b i o m e .T h i s a r t i c l e r e -v i e w e d t h e d e v e l o p m e n t h i s t o r y ,a p p l i c a t i o n ,s a f e t y an d p o t e n t i a l m e c h a n i s m o f R MT ,a n d f u r -t h e r e l a b o r a t e d t h e r o l e s o f R MT i n r e v e a l i n g th e c h a r a c t e r i s t i c s o r f u n c t i o n s o f r u m e n m i c r o b i o -t a ,r e g u l a t i n g t h e b a l a n c e o f m i c r o f l o r a a n d h o s t m e t a b o l i s m ,i m p r o v i n g gr o w t h p e r f o r m a n c e ,t r e a t i n g d i s e a s e ,w h i c h p r o v i d e d r e f e r e n c e s f o r t h e r e s e a r c h a n d a p p l i c a t i o n o f R MT.K e y wo r d s :r u m e n m i c r o b i o t a t r a n s p l a n t a t i o n ;m i c r o b i o m e m a n i p u l a t i o n ;m i c r o b i o t a r e m o d e l i n g ;m i c r o b i o m e r e s t o r a t i o n ;r u m i n a n t s ;s a f e t y*C o r r e s p o n d i n g au t h o r :Z H A N G N a i f e n g ,E -m a i l :z h a n g n a i f e n g @c a a s .c n Copyright ©博看网. All Rights Reserved.5期赵威等:瘤胃微生物移植及应用研究进展瘤胃微生物群落由细菌㊁古细菌㊁原生动物㊁真菌和病毒(主要为噬菌体)组成,具有蛋白水解㊁纤维分解和脂肪分解等功能,可在厌氧条件下发酵日粮碳水化合物㊁蛋白质等生成短链脂肪酸㊁微生物蛋白质㊁肽类㊁氨基酸㊁维生素B和维生素K等代谢物[1]㊂这些代谢物被瘤胃上皮或小肠组织吸收进入血液供宿主利用[2],可为宿主提供超过70%的能量和80%的蛋白质需要[3-4]㊂瘤胃微生物群落的差异与宿主许多表型有关,包括饲料效率[5]㊁代谢特征[6-8]㊁健康状态[9]和甲烷排放[10]等㊂因此,调控瘤胃微生态,改善瘤胃发酵对于保障瘤胃健康㊁内环境稳态和机体生理健康等有深远意义㊂在诸多调控瘤胃微生态的措施中,瘤胃微生物移植(r u m e n m i c r o-b i o t a t r a n s p l a n t a t i o n,R MT)可更快调节宿主瘤胃的微生物群落,达到瘤胃菌群重塑或微生物组修复等目的[11]㊂此外,瘤胃微生物移植在治疗动物瘤胃酸中毒㊁植物源中毒及消化不良等方面效果显著[12]㊂瘤胃微生物移植研究具有很高的理论和应用价值,是国际科研探索的热点㊂本文对瘤胃微生物移植的应用研究进展进行了综述,以期为后续研究提供参考㊂1瘤胃微生物移植的定义及发展瘤胃微生物移植也称为瘤胃微生物组移植㊁瘤胃内容物移植,是将特定健康供体瘤胃中的功能微生物及其代谢物移植到受体内,重塑胃肠道菌群微生态结构,从而治疗动物疾病或提高动物生产性能的一种措施㊂瘤胃微生物移植属于微生物移植范畴,最早的微生物移植可追溯到公元4世纪东晋时期葛洪的‘肘后备急方“中黄龙汤的使用,即来源于马㊁牛㊁人的粪汁可用于治疗严重食物中毒㊁发热㊁腹泻等症状的患者㊂到了17世纪,意大利解剖学家A c q u a p e n d e n t e提出了 转宿 (t r a n s f a u n a t i o n)概念,即将健康动物咀嚼过的食物(胃肠道内容物)移植到患病动物体内以治疗胃肠疾病,为瘤胃内容物移植的雏形,此后广泛应用于兽医领域[13]㊂1776年,瑞典牧民用健康牛或羊的新鲜反刍物来治愈消化不良的患病动物[14],移植瘤胃食糜或瘤胃液相关的试验由此蓬勃展开㊂1968年,S i n g h等[15]将水牛和瘤牛瘤胃内容物交换,进行了R MT跨物种移植研究的早期尝试㊂1976年,W a y m a c k[16]将来自有尿素氮适应性的成年母羊的瘤胃液制成冻干菌粉饲喂给羔羊,为缩短羔羊对日粮尿素氮的适应期,进行了R MT移植新形式的尝试;另有学者将移植新鲜或冻干瘤胃液接种物的移植效果进行了对比,发现两种接种物对受体生长性能均有积极影响,新鲜瘤胃液的接种效果更好[17-18]㊂Y u等[19]对所采集的瘤胃液在两次高速离心操作后进行冻干,将瘤胃冻干粉应用于羔羊断奶期间的作用效果进行了系统评价,发现其有助于羔羊对开食料中非结构性碳水化合物的消化㊂近年来,R MT过程中随微生物一同移入受体的单一或复合代谢物[20-22]以及原生动物[23-25]的作用逐渐纳入考量之中,R MT后具转录活性的微生物互作关系和功能特征受到关注[25]㊂随着生物技术的发展,未来可向移植瘤胃基因编辑微生物等应用方向迈进,以期R MT可起到更安全㊁有针对性㊁即时㊁显著且持久的应用效果㊂2瘤胃微生物移植对宿主健康及生产性能的作用瘤胃微生物群对饲料利用和宿主健康具有重要作用,调节瘤胃微生物组以有效提高动物生产性能是长期的追求[26]㊂R MT被认为是重塑共生微生物群和提高宿主健康及性能的最有前景的方法之一[12]㊂表1列举了R MT应用研究相关文献㊂2.1R M T揭示瘤胃微生物特性或功能R MT揭示了反刍动物瘤胃微生物特性或功能㊂目前通过R MT已经揭示了瘤胃微生物组能够决定反刍动物的高纤维利用率[27];论证了瘤胃亚急性酸中毒(s u b a c u t e r u m i n a l a c i d o s i s,S A R A)可能与瘤胃淀粉降解细菌有关,S A R A的炎症反应和菌群结构通过R MT能转移到小鼠结肠,并且应用高纤维日粮治疗奶山羊S A R A的方法同样可以缓解小鼠结肠炎症,且适量抗生素的前处理能提高R MT对受体的影响[28];证明了与饲料效率相关的部分瘤胃微生物菌群重塑模式不尽相同,有的敏感可调,有的在适应期后恢复[29];初步得出了纤毛虫普遍不具有宿主特异性的结论[30-31];发现了瘤胃微生物的跨物种定植情况,即受体菌群结构显著变化,但未改变受体优势原生动物,新引入的微生物定植成功率低[32]㊂以上发现的揭示过程都是先确定相关目标的生物标志菌或标志原生动物,再通过R MT移植到缺少上述标志物的受体中,通过了解其定植情况及其对相关功能的影响,从而确定目标微生物的特性或功能㊂3971Copyright©博看网. All Rights Reserved.畜牧兽医学报54卷2.2R M T对瘤胃功能和生产性能的改善作用R MT有助于改善反刍动物瘤胃功能和生产性能㊂如R MT改善了反刍动物消化不良[33-34],提高了幼龄反刍动物纤维素及干物质消化率[35],缓解了由高纤维低多不饱和脂肪酸日粮引起的成年奶牛低乳脂症情况[36],短暂提高了低产奶效率奶牛的泌乳性能[37]㊂其中,R MT对幼龄反刍动物瘤胃功能和生长性能的调控作用更为突出,幼龄反刍动物通过R MT引入成熟瘤胃区系的关键共生菌群,重塑了瘤胃菌群,提高了微生物活性及相关酶活性,调节了挥发性脂肪酸尤其是丙酸或丁酸的产量及占比,加速了受体瘤胃发育,进而改善了受体瘤胃功能和生产性能[19,33-35]㊂而生产性能较低的成年反刍动物通过R MT只短暂提高了性能,一方面说明引入的微生物组及代谢物发挥了作用,另一方面由于健康的成熟瘤胃中菌群定植抗性较强,对应性能的提高随引入微生物及代谢物的消耗而消失[37]㊂2.3R M T有助于疾病预防及治疗R MT可预防或治疗反刍动物相关疾病㊂如R MT可预防反刍动物亚急性瘤胃酸中毒(牛链球菌减少和原生动物增多等)[38]㊁植物源中毒(提高对含3-羟基-4-吡啶酮(D H P)的银合欢属植物或含单氟乙酸钠(M F A)的苣苔属植物中毒的抵抗力)[39-40]㊂R MT有助于疾病预后或宿主机能的恢复,如加快坏疽性乳腺炎㊁皱胃移位和皱胃嵌塞[41]的术后恢复(如接受10L健康牛瘤胃液移植的皱胃移位术3d后,奶牛的干物质摄入量和产奶量相较对照组更高),加快瘤胃酸中毒后瘤胃稳态和瘤胃上皮细胞损伤的恢复(瘤胃的乳头高度㊁上皮细胞增殖情况和形态㊁微生物功能等更早恢复)[42],加快受到抗生素干扰的胃肠道菌群种类及功能的恢复[43],降低因长时间运输造成的动物应激(提高了牛运输后一段时间内的干物质采食量)[44]㊂R MT还可作为前胃迟缓[45]㊁瘤胃臌气㊁酮血症㊁乳热症[12]等疾病的应急疗法,并可减缓腹泻情况(腹泻率及持续时间降低45%以上)[46-47]㊂R MT 通过将健康瘤胃共生微生物组导入菌群紊乱的受体瘤胃中,修复了微生物区系,进而逆转了病程,治疗效果明显,此过程涉及到微生物互作㊁有害物质代谢和宿主免疫激活等[48]㊂3影响R M T应用的因素尽然R MT有诸多益处,但在生产实践中大规模使用存在一定的局限性,如增加的处理成本㊁复杂的操作技术㊁产品安全性㊁受体适应性和应用效果的不确定性等㊂不同研究目的的R MT,其瘤胃内容物供体来源㊁移植策略㊁受体㊁移植效果等可能不尽相同,R MT对反刍动物生产效率的影响并非是完全一致的,亦有文献称R MT对受体采食量㊁生长指标或外周血单个核细胞微生物组并无影响[46,51-52]㊂影响R MT应用效果的因素包括:3.1供体营养及取样首先,供体筛选条件(品种㊁性别㊁体重㊁日龄㊁经产方式等)不同可导致移植物微生物组有较大差异[53-54]㊂其次,日粮是影响反刍动物微生物结构的重要因素,由饲喂不同日粮的供体获得的瘤胃接种物进行移植,所重塑的受体瘤胃菌群结构将会不同[55],另有研究指出,供体接种物中可定植的微生物才是调控受体菌群结构的关键[56],而不是接种物菌群结构[20]㊂第三,采样时机的选择也很重要,饲前收集的供体微生物组更能反映机体发酵功能,饲后收集的供体微生物组则更能反映饲粮发酵情况,且饲后3h所采新鲜瘤胃液微生物组最具多样化和活跃性[57]㊂另外,采用口腔胃管采样时的胃管探入深度[58]㊁胃管在瘤胃中所处位置及唾液污染[59]需要引起重视㊂3.2受体受体层面影响R MT效果的最重要因素是反刍动物瘤胃发育成熟程度㊂对成年反刍动物进行R MT可能得不到理想效果,这是因为成熟瘤胃微生物区系具有功能冗余㊁扰动恢复能力和宿主特异性[60],能调节一定程度的瘤胃微生物变化[61]㊂反刍动物的早期发育阶段为移植的最佳窗口期,因其瘤胃微生物区系较简单㊁多样性较少而具有较小的定植抗性,更容易接受外源性接种[48]㊂另外,受体的个体体况和遗传背景的差异[62]也会造成对移植的耐受性及适应性的不同[37]㊂R MT应用效果还可能直接或间接受饲养管理模式[63]㊁断奶时间[64]㊁物种/品种[65]㊁移植物的存储[66-67]等因素的影响㊂3.3移植方式与剂量移植方式主要有口服㊁鼻饲㊁胃管灌服㊁瘘管灌入及瘤胃穿刺等[12]㊂采用口服方式通常需先对移植物进行加工,利于保留其活性和在受体体内发挥作用,如可对瘤胃微生物进行冷冻干燥处理[16-19],该技术对微生物细胞结构特征的损伤较小,使其快速进入休眠状态,保护其生物活性和有效成分的稳4971Copyright©博看网. All Rights Reserved.5期赵 威等:瘤胃微生物移植及应用研究进展表1 瘤胃微生物移植(R M T )研究进展T a b l e 1 R e s e a r c h o n t h e a p p l i c a t i o n o f r u m e n m i c r o b i o t a t r a n s pl a n t a t i o n (R M T )供体D o n o r 受体R e c e p t o r 移植策略T r a n s p l a n t a t i o n s t r a t e g y 移植效果T r a n s pl a n t a t i o n e f f e c t 参考文献R e f e r e n c e R M T 揭示瘤胃微生物特性或功能R M T r e v e a l i n g r u m e n m i c r o b i a l c h a r a c t e r i s t i c s o r f u n c t i o n s 分别预饲高㊁低纤维日粮的约4岁㊁均重约50k g 的经产瘘管奶山羊各6只D a i r y go a t 18~20g 48只雄性昆明鼠随机均分为8组采集的瘤胃液以6000ˑg 离心15m i n ㊂沉淀重悬于1ˑ磷酸盐缓冲液(P B S)中,将所得悬浮液直接转移至受体小鼠㊂连续3d 用65m m 直管饲针灌胃小鼠R M T 后小鼠肠道定植更多纤维降解菌,体重增加,瘤胃球菌为重要的纤维消化菌,更容易在山羊的瘤胃和小鼠的肠道中定植,并揭示了瘤胃微生物群决定反刍动物的高纤维利用效率[27]健康或亚急性瘤胃酸中毒(S A R A )奶山羊D a i r y go a t 18~20g 63只饲喂高淀粉日粮和60只饲喂高纤维日粮的雄性昆明鼠所采瘤胃液以6000ˑg 离心15m i n ㊂沉淀重悬于1ˑ磷酸盐缓冲液(P B S )中,将所得悬浮液直接转移至受体小鼠㊂连续3d 用65mm 直管饲针灌胃小鼠S A R A 的炎症反应转移到小鼠结肠,与治疗山羊S A R A 相似的高纤维饮食减轻小鼠结肠炎症,为理解S A R A 发病机制提供了基础数据,并为利用无菌或抗生素预处理小鼠作为模型动物验证反刍动物瘤胃微生物的功能提供了新视角[28]根据其剩余采食量(R F I )选出低或高R F I的12月龄杂交阉牛H yb r i d s t e e r s 低或高R F I 的12月龄杂交阉牛各2只试验牛清空瘤胃内容物后用磷酸盐缓冲液冲洗瘤胃㊂根据体重相近原则,高㊁低R F I 牛通过瘘管交换内容物,形成4组细菌恢复情况因宿主而异,球菌科㊁粪球菌和乳酸杆菌最敏感可调,18种细菌系统发育型可能是提高宿主饲料效率的调节目标㊂通过指纹图谱确定的每个宿主古菌群落具有不同的重建模式:动物在适应期接受非原有微生物组后发生改变或者恢复其原始状态[29]日本野生梅花鹿S i k a3月龄90k g 未阉割的日本短角犊牛鹿屠宰后立即收集约3L 瘤胃液,移植物含4个属的9种纤毛虫,总丰度为4.7ˑ104个㊃m L -1, 通过瘤胃导管使犊牛灌服接种犊牛2周后,梅花鹿所有种类的纤毛虫都出现在犊牛体内,即梅花鹿瘤胃纤毛虫不具有宿主特异性[30]来自绵羊瘤胃的纤毛虫丰度为103个㊃m L-1的悬浮液S h e e p4只体重40~50k g 的瘘管芬兰多塞特杂交绵羊用5%(w /v )双辛基磺基琥珀酸钠(200m L )直接瘤胃给药以消灭原生动物,24h 后再给药100m L ,并在10d 内确保无原生动物㊂通过瘘管接种纤毛虫悬浮液纤毛虫原虫重新引入去原虫的绵羊瘤胃后,微生物活性显著变化,芳基酰胺酶活性和瘤胃氨浓度显著增加㊂移植后11d 内,纤毛虫重新定植所有绵羊的瘤胃,挥发性脂肪酸的浓度和瘤胃的 pH 恢复到原先水平[31]过去6个月无疾病史的3头健康成年奶牛D a i r y co w 1~4岁龄的11只绵羊通过瘤胃导管6只羊接种1.5L 奶牛瘤胃液,其余羊接种1.5L生理盐水种间移植的微生物可以引起微生物群结构(类群相对比例)的显著长期变化,但不改变健康绵羊的优势原生动物,新引入的微生物在健康绵羊瘤胃定植方面的成功率有限[32]R M T 对瘤胃功能和生产性能的改善作用E f f e c t s o f R M T o n r u m e n f u n c t i o n a n d p r o d u c t i o n p e r f o r m a n c e成年雌性奥西米羊S h e e p新生羔羊,每组各6只试验组羔羊7日龄和14日龄每只接种30g 瘤胃液冻干粉或592m L 新鲜瘤胃液降低了瘤胃p H ,提高了总挥发酸㊁乙酸㊁丙酸㊁丁酸和N H 3-N 的浓度,OM ㊁A D F 等表观消化率和日增重,改善了羔羊瘤胃发育[18](转下页 C a r r i e d f o r w a r d)5971Copyright ©博看网. All Rights Reserved.畜 牧 兽 医 学 报54卷(续表1 C o n t i n u e d)供体D o n o r 受体R e c e pt o r 移植策略T r a n s p l a n t a t i o n s t r a t e g y移植效果T r a n s pl a n t a t i o n e f f e c t 参考文献R e f e r e n c e 10月龄雄性湖羊S h e e p雄性新生湖羊,每组各24只试验组羔羊5~26日龄每只每天口服接种1g 瘤胃液冻干制剂提高了羔羊断奶前的饲料消化率(粗蛋白质和非结构碳水化合物)及断奶后瘤胃的丙酸产量及比例,有利于缓解断奶应激,并刺激盲肠㊁结肠和肝发育[19]成年莫尔希亚㊃格拉纳达山羊G o a t新生羔羊,试验组每组20只试验组羔羊1日龄~11周龄每日分别灌服以草料或浓缩料为主的成年山羊的瘤胃液,以及高压灭菌的两种瘤胃液等体积混合物㊂第1周每只每天灌服 2.5m L ,之后为5m L加速了羔羊瘤胃发育和瘤胃微生物的多样化发展,促进了从液体喂养到固体喂养的转变,减少了断奶应激㊂接种高压灭菌瘤胃液对瘤胃功能有积极影响,但远不如使用新鲜接种物明显[20]健康的非哺乳期成年奶牛D a i r y co w 45头患有消化不良的多品种 成年牛每组各15只牛分别通过瘤胃导管灌服1L 瘤胃液㊁5L 瘤胃液㊁5L 温水(38ħ)仅输注1L 健康牛瘤胃液就可显著改善受体牛瘤胃功能和干物质采食量,恢复了瘤胃原生动物数量,加速手术矫正或药物治疗后的恢复[33]非乳脂抑制奶牛D a i r y co w 10头乳脂抑制奶牛连续6d 通过瘘管,5头替换8k g 非乳脂抑制奶牛的瘤胃食糜,其他5头牛自移植加快了瘤胃生物氢化和脂肪酸合成,有效缓解了日粮引起的奶牛乳脂降低[36]第3次哺乳期高㊁低产奶效率荷斯坦奶牛D a i r y co w 3对高㊁低产奶效率荷斯坦奶牛取出95%瘤胃内容物和全部消化液,通过瘘管配对交换95%的瘤胃内容物所有低产奶牛在交换后7d 内产奶效率增加,10d 后有5头奶牛菌群恢复到之前状态,瘤胃p H 和V F A 在1d 内恢复到交换前水平[37]雌性3月龄湖羊和雌性1岁龄湖羊S h e e p断奶前55日龄雌性湖羊羔羊38只通过瘤胃导管对照组14只接种25m L 生理盐水,另外两组 各12只接种不同来源瘤胃液加速羔羊断奶时(60日龄)瘤胃微生物区系形成,但试验组出现了炎症,粘膜完整性下降,导致采食量和饲料消化率降低,以及生长性能下降[49]R M T 有助于疾病治疗及预防R M T c o n t r i b u t i n g to d i s e a s e t r e a t m e n t a n d p r e v e n t i o n 健康的泌乳期荷斯坦奶牛D a i r y c o w 新生雄性荷斯坦牛犊牛3㊁7㊁21㊁42和50日龄分别接种100㊁200㊁300㊁400和500m L成年牛的新鲜或灭菌瘤胃液腹泻率降低了45.5%,腹泻持续时间降低了50.9%[46-47]含可降解3-羟基-4-吡啶酮的瘤胃微生物的实验牛C a t t l e20头萨希瓦尔牛和34头海 福特断奶公牛给受体口服供体瘤胃液300m L 或直接注射此瘤胃液 10m L 到受体瘤胃中预防了银合欢属植物中毒,增加了受体生长速度,剂量通常不影响受体生长速 度,严重中毒时才会显现剂量效应[39]5头健康雄性湖羊S h e e p10头以低聚果糖诱导的瘤胃 酸中毒模型羊通过瘘管输注,5头酸中毒模型羊接种1L 健康羊瘤胃液,另 5头接种1L 生理盐水增加了瘤胃乙酸盐㊁丙酸盐㊁丁酸盐和总挥发性脂肪酸的浓度,降低了瘤胃乳酸和脂多糖水平,调节了患有急性酸中毒症的绵羊瘤胃上皮细胞的形态和功能[42]5头未注射抗生素的荷斯坦奶牛D a i r y co w 10头连续注射14d 抗生素的 荷斯坦牛通过瘘管连续3d 5头牛接种10L 健康牛瘤胃液,5头牛接种10L 去离子水加快了瘤胃和直肠微生物群的恢复速度[43]4头正常荷斯坦奶牛,4头亚急性瘤胃酸中毒(S A R A )诱导模型牛C a t t l e4头S A R A 牛接种正常牛内容物,4头S A R A 牛自移植通过瘘管交换70%瘤胃内容物有助于恢复S A R A 奶牛瘤胃发酵和菌群稳态,不影响核心微生物群,供体瘤胃微生物群具有高度兼容性㊂S A R A 自移植组醋酸盐㊁戊酸盐和总挥发性脂肪酸的浓度未恢复[50]6971Copyright ©博看网. All Rights Reserved.5期赵威等:瘤胃微生物移植及应用研究进展定性㊂而在移植次数和移植剂量上,移植次数或移植量过少,无法形成足够的生态占位和定植抗力[50,68-69]㊂遗憾的是,目前仍没有建立可信的有效移植剂量,相关研究建议的瘤胃液移植量从几毫升至1升,乃至十几升[33,70-71],差异很大;瘤胃内容物单次交换需要在70%以上[12,50,68],较低的瘤胃内容物交换率将不能达到理想效果[69];瘤胃微生物冻干菌粉通过口服的接种用量仍需大量试验进行确定㊂移植剂量需根据移植方式㊁移植物所含微生物及其代谢物量㊁使用目的㊁宿主生长阶段进行综合考虑㊂4R M T的作用机理宿主瘤胃具有相关机制可使宿主能够与瘤胃微生物群及其代谢物共存,且瘤胃在不同发育阶段对各种微生物的定植抗性发生着动态变化[72],直接影响R MT后微生物定植效率及宿主应答㊂目前,人们对R MT的机制了解非常有限,可能的机制包括以下几个方面:一是R MT有利于加速特定菌群在受体瘤胃中的增殖和活性提升,促进纤维和淀粉分解活动,尤其增强了淀粉酶活性[19],提高了瘤胃发酵能力和日粮营养成分消化率[17-18],进而改善宿主生产性能;二是被移植的瘤胃微生物具有生态位抢占和修饰能力,可通过防止病原体黏附以及激活,改善微生态平衡[48];三是R MT可能向受体转移丁酸及衍生物[73-74]㊁细菌多糖[22]等代谢产物,以及与免疫细胞分化㊁树突细胞分化㊁淋巴组织发育有关的微R N A(m i R N A),如m i R-15/16㊁m i R-29和m i R-196[75]等,促进瘤胃发育并提高生产性能[42]㊂瘤胃微生物是非常复杂的系统,未来仍需研究移植后微生物的定植模式㊁菌群平衡或互作㊁宿主免疫应答㊁群体感应[76]等机制,以及微生物的宿主特异性㊁定植抗性等问题[77]㊂5R M T安全性R MT在应用研究中显示了其对反刍动物积极有益的作用,但目前对R MT的安全性了解还不够㊂人类粪菌移植(f e c a l m i c r o b i o t a t r a n s p l a n t a t i o n, F MT)实践中少数的菌血症㊁败血症㊁多器官衰竭甚至死亡的案例[78]提示人们,需要对其安全性引起足够的重视,菌群安全性需要在不同要求下反复考证[79]㊂目前对R MT安全性还没有一套系统的核查标准,建议考虑的层面有:供体的健康及移植物的无害性㊁移植流程及剂量的科学性㊁受体的适应性等㊂供体选择要经血清学检测,无动物疾病㊁无特定病原体㊁体征和精神良好㊁移植过程中无传播疾病的风险[19,80]㊂供体移植物要做好各项记录可溯源,筛查感染性病原体,包括副伤寒分枝杆菌㊁沙门菌㊁隐孢子虫或大肠杆菌(O157:H7)等[12],非传染疾病因素如引起宿主自身免疫反应等也应纳入筛查[81]㊂此外,供体瘤胃液p H尽可能在6.8左右,以确保瘤胃基本的健康情况(无酸㊁碱中毒)和保障瘤胃原虫正常生理状态[82],并需了解日粮中淀粉类型及其瘤胃可用性㊁纤维含量和纤维源的物理形态等因素㊂要做好移植物分类及妥善储存,通过瘤胃液气味㊁颜色㊁黏稠度㊁沉淀物㊁酸碱度等情况,可对采集到的瘤胃微生物质量进行初步直观地分类,保证其最基本的安全性,如表2所示㊂此外,生化检验可作瘤胃发酵状态及其菌群结构的进一步参考,如亚甲基蓝还原试验㊁纤毛虫的活力镜检及计数㊁亚硝酸盐还原试验㊁葡萄糖发酵试验㊁纤维素消化试验等[33]㊂直接移植新鲜接种物时,操作时间最好控制在30m i n以内[83],以避免接种物变质和减少动物应激㊂6R M T应用发展就R MT本身而言,应对其各环节操作规程进行完善,确定移植成功的参考标准,加强对R MT后宿主微生物群如何重塑,外源微生物到达宿主体内能否以及如何利用宿主㊁微生物群和环境因素,生物标志物㊁微生物组㊁宿主的互作等机理的探究㊂菌群移植中洗涤移植物可除去部分导致炎症的物质,显著减少移植后受体的不良应答[87],R MT的移植策略可类似优化,但需额外注意来源于不同瘤胃部分的微生物结构及功能特征的差异[88]㊂R MT视角可拓展到与瘤胃进化发育㊁瘤胃功能的完善㊁宿主基因表达等密切相关的定植在瘤胃上皮的微生物[2,89],瘤胃上皮微生物群与瘤胃内容物微生物群结构不同,虽然在生物体中相对丰度不高,但可运用培养组学进行扩增后冻干,在宿主生命早期施用㊂反刍动物随年龄㊁日粮㊁环境的改变,瘤胃微生物区系随之变化[90],考虑到适应性应答通常是积极的,R MT的移植物未来加工为适应动物每阶段核心菌群的微生态制剂并起短期调控作用更为安全㊂当然,不一定需要供体菌株完全定植,引起受体菌株迭代也是有益的㊂此外,除瘤胃菌群和原生动物外,可对比研究噬菌体或挥发性脂肪酸㊁微生物蛋白㊁氨基酸㊁维生7971Copyright©博看网. 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胃肠道微生态与肿瘤关系的研究进展
Ｃ ｈ ｉ ｎ Ｊ Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｃ ｏ ｌ ， Ｎ ｏ ｖ ２ ０ １ ６ ， Ｖｏ １ ．２ ８ Ｎ ｏ ．１ １
・
综 述 ・
胃肠 道微 生 态 与肿 瘤 关 系 的研 究 进 展
刘 龙 ， 苏 文
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈｕ ｍａ ｎ ｇ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ａ ｌ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｔ ａ ｉ ｓ ａ ｎ ｅ ｘ ｔ ｒ ｅ ｍｅ ｌ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｘ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｃ ０ １ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ １ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｓ ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ ｌ ｙ ｒ ｅ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ Ｏ ｈ ｕ ｍａ ｎ ｈ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ ． Ｃａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｓ ，ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｄ ｂ ｙ ｖ ａ ｒ ｉ ｏ ｕ ｓ ｃ ａ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｇ ｅ ｎ ｉ ｃ ｆ ａ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ，ａ ｒ ｉ ｓ ｅ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ ａ ｈ ｎ ｏ ｒ ｍａ ｌ ｇ ｒ ｏ ｗｔ ｈ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｅ ｉ ｌ ｓ ，ａ ｎ ｄ ｈ ａ ｖ ｅ ｂ ｅ ｃ ｏ ｍｅ ｏ ｎ ｅ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｓ ｔ ｈ ａ ｒ ｍｆ ｕ １ ｄ ｉ ｓ ｅ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ Ｏ ｈ ｕ ｍａ ｎ ｂ ｅ — ｉ ｎ ｇ ．Ｉ ｎ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ，ｄ ｕ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｈ ｉ ｇ ｈ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ｐ ｕ ｔ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｓ ｈ ａ ｖ ｅ ｓ ｈ ｏ ｗｎ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ａ ｌ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｅ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｐ ｌ ａ ｙ ｅ ｄ ａ ｎ ｉ ｍｐ ｏ ｒ ｔ ａ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ａ ｎ ｃ — ｅ ｒ ｓ ．Ｔｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｇ ｕ ｔ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｔ ａ ｗｉ ｌ ｌ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｎ ｅ ｗ ｗａ ｙ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｄ ｉ ａ ｇ ｎ ｏ ｓ ｉ ｓ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ａ ｐ ｙ ｏ ｆ ｃ ａ ｎ ｃ ｅ ｒ ｓ ．Ｈｅ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｐ ｕ ｂ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｇ ｕ ｔ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｔ ａ ｉ ｎ ｃ ａ ｒ ｃ ｉ ｎ ｏ ｇ ｅ ｎ ｅ ｓ ｉ ｓ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｖ ｉ ｅ ｗｅ ｄ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： Ｇａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ａ １ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｉ ｏ ｔ ａ ；Ｔｕ ｍｏ ｒ ；Ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｂ ｅ
瘤胃微生物的多样性及其研究技术
同时 又相 互 联 系 ， 同与 宿 主 之 间 构成 了复 杂 的 微 生 态 系统 。为 了探 明瘤 胃微 生 态 系统 ， 方 面要 完善 传 统 的微 生 共 一
物分 离技术 ， 另一方面要 大力发展 分子 生物 学技术 ， 将二者结合起 来进行研 究。
关键 词 ： 胃微 生物 ； 瘤 多样 性 ； 究技 术 研 Ｄ０ １ ．９ ９ Ｊ Ｉ ： ０３ ６ ／ ． １ ＳＳＮ．６ １ ６ ２ ．０１ ．２ ０ ５ １ ７ － ０ ７ ２ ０ ．０ ２
在反刍动物 的瘤 胃内存在 着复杂多样 的非致病性微 生 物， 主要包括瘤 胃原虫、 胃细菌和厌氧真菌 。 瘤
１１ 瘤 胃原 虫 ．
亨盖特厌 氧滚 管技术就是传统 的分离培养 中研究严格 、 专性厌氧菌的一种极 为有效 的技术 。其基本步骤为 ： 氏管 亨 中分装有 ４ ５ Ｌ融化 的琼脂培养基 ，冷却至 ４ 左右时接 ～ｍ ７
态 的研 究 。
其 中一些对氧气 十分敏感 ， 遇到氧气就会被杀死 。瘤 胃细菌 最佳生长 ｐ Ｈ范 围在 ６ｏ ６９ 瘤 胃最佳温度 为 ３ ％ ； 胃细 ． ．； ～ ９ 瘤
管和单菌落分 离后 即可得到纯的菌株 。 分离培养 技术 可以研究瘤 胃微生 物的多样性 ， 但存在很 大局限性 。瘤 胃微生物仅有少于 ２ ％的种类可 以培养 ， ０ 这样
约 占纤毛虫总数 的 ８％～ ８ ５ ９ ％。 原虫 与瘤 胃中其 它微生 物有着 复杂的联 系 ， 在蛋 白质和 碳水化合物的消化 过程 中具有重要 的作用 ， 但也有诸如降低
究表 明 ，饲 喂高粗饲料 日粮 的反刍家 畜瘤 胃细菌有 以下特 征： 大部分细菌属于革 兰氏阴性菌 ， 日粮中能量饲料 含量 当 增加时 ， 革兰氏 阳性菌数量增加 ； 大部分 细菌为绝对厌氧菌 ，
胃肠肿瘤中微生物组的作用和调控潜力研究
胃肠肿瘤中微生物组的作用和调控潜力研究胃肠肿瘤是一种常见的恶性肿瘤，其发病率在全球范围内均较高。
近年来，研究表明，微生物组在胃肠肿瘤的发生和发展过程中起到了极其重要的作用。
本文将介绍微生物组在胃肠肿瘤中的作用和调控潜力研究进展。
一、微生物组在肠道功能调控中的作用肠道微生物组是指寄生在肠道内的微生物，包括细菌、真菌、病毒等。
它们与我们的肠道共同构成了一个共生关系，参与了人体内多种生理和代谢过程。
有关研究表明，肠道微生物组参与了肠道内营养物质的消化、吸收和代谢等过程。
此外，肠道内的微生物组还对免疫系统的调节和肠道屏障的维护起到了至关重要的作用。
微生物组通过释放代谢产物和菌体成分来刺激免疫系统，同时协调与肠道上皮细胞等宿主细胞的信号传递过程，从而实现对免疫系统的调节功能。
另外，肠道内的微生物组还通过抑制肠道内有害菌的滋生，促进肠道细菌群的平衡，维护了肠道屏障的稳定性。
二、微生物组与胃肠癌的关系近年来，研究表明，肠道微生物组与胃肠癌的发生和发展密切相关。
微生物组的不平衡和异常改变可能是胃肠癌的重要诱因之一。
首先，微生物组的不平衡可能导致肠道内细胞的基因突变以及增生。
目前的研究表明，肠道内某些致癌物质可以通过激活微生物组中的一些致癌菌而产生致炎性反应和突变基因，从而诱导肠道内的恶性肿瘤。
其次，微生物组的改变可能导致肠道屏障的破坏，使得致癌物质和有害菌对机体产生更强的刺激和毒性作用。
三、微生物组在胃肠癌预防和治疗中的潜力由于微生物组与胃肠癌的密切关系，调节和修复微生物组已成为预防和治疗胃肠癌的新思路。
微生物组的调节可以通过多种方式实现，包括特定饮食和营养补充、使用抗生素、微生物组移植等。
首先，饮食和营养补充是调节微生物组的有效途径之一。
一些食物中含有很多对安定和维持微生物组稳定性有益的营养物质，如纤维素、膳食纤维、果胶、半乳糖等。
此外，饮食中膳食纤维的摄入可以促进肠道内有益菌群的增长，从而抑制有害菌的滋生。
瘤胃微生物定量方法研究进展
瘤胃微生物定量方法研究进展杨舒黎,王加启,卜登攀(中国农业科学院北京畜牧兽医研究所动物营养学国家重点实验室,北京 100094)摘要:瘤胃微生物的定量有传统计数和现代分子定量2大类方法。
其中,传统方法包括经典的亨氏滚管法和最大可能法,但它们测定瘤胃微生物总数的结果可能偏低。
运用分子方法定量一些重要的微生物不仅能很好地解释它们在瘤胃代谢中的作用,而且有助于描述更多的微生物特性。
因此,作者综述了瘤胃微生物定量方法的发展历程及研究进展,重点描述了运用分子定量方法的研究情况。
关键词:瘤胃微生物;传统计数;分子定量中图分类号:Q9323 文献标识码:A 文章编号:167127236(2007)0320005204 反刍动物的瘤胃内栖息着复杂、多样、非致病的各种微生物,包括瘤胃细菌、原虫、真菌和噬菌体等几大类,形成一个十分复杂的微生物系统。
细菌的数量最大,瘤胃内容物中细菌达1010～1011个/ml, 200多种;瘤胃原虫104～106个/ml,25个属;厌氧真菌游动孢子数103～105/ml,6个属;噬菌体颗粒数可达107～109/ml(Hespell等,1997;Orpin等, 1997;Stewart等,1997;Miron等,2001)。
Krause 等(1996)对细菌的多样性进行了大量的研究,他们认为瘤胃中主要的细菌有22种。
这些研究都是基于传统的培养方法,如亨氏滚管计数法(roll2t ube technique)(Hungate,1966,1969)和最大可能计数法(most probable number technique,M PN)(De2 hority等,1989),培养的已知菌种可能不完全适合培养条件或者进入了未培养状态,因而测定的瘤胃微生物总数可能偏低。
瘤胃微生物数量巨大、种类繁多,且绝大多数严格厌氧,体外培养困难,阻碍了对瘤胃微生物的研究,因此,寻找快速、准确、灵敏的新方法已成为瘤胃微生态研究的迫切需要与必然趋势。
瘤胃微生物的研究进展111
瘤胃微生物的研究进展朱河水1,陈宇2,刘记强1(1.河南农业大学,郑州 450002;2.河南省畜牧局,郑州 450008)摘要:瘤胃微生物的活动受很多因素的影响,作者对蛋氨酸、肽类、有机酸、不同日粮类型等对瘤胃微生物代谢活动的影响及相关研究方法进行了综述。
对生产实践中合理使用添加剂,增强瘤胃微生物的利用率,提高反刍动物的生产性能有重要意义。
关键词:微生物;瘤胃中图分类号:S811.6 文献标识码:A 文章编号:167127236(2007)0920014203 瘤胃微生物在反刍动物的消化中占有重要地位。
反刍动物对各营养物质的消化利用情况受瘤胃微生物的种类及其之间的数量比例影响,同时瘤胃微生物的代谢活动一方面受动物有机体分泌的活性物质的调节,另一方面受日粮中不同物质的影响。
利用各种物质调控瘤胃微生物的活动,从而增强反刍动物的消化功能,提高其生产性能已是现在反刍动物研究中的热点。
目前有关瘤胃微生物的研究多采用瘤胃液体外培养的方法,同时现代分子生物学相关技术也得到了应用。
作者就目前有关瘤胃微生物的研究情况进行了分析和总结。
1 蛋氨酸对瘤胃微生物代谢活动的影响蛋氨酸(Met )是动物的必需氨基酸,也是反刍动物的限制性氨基酸,由于瘤胃微生物的发酵降解,日粮中直接添加蛋氨酸不能明显增加其进入小肠的量,但可以影响瘤胃微生物的活动,间接影响动物的消化和吸收。
在无其他氮源和碳源的条件下,体外培养的瘤胃液中添加Met ,对微生物谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性无明显影响,但可使产物中游离甘氨酸(Gly )含量和Met 含量极显著增加。
培养液中收稿日期:2007203219作者简介:朱河水(1975-),男,河南人,博士生,主要从事反刍动物生理生化研究。
通讯作者:刘记强。
游离半胱氨酸(Cys 2s )和丝氨酸(Ser )含量随培养时间的增加而减少,培养16h 培养液中的游离组氨酸(His )含量较培养8h 显著提高。
由此可见,Cys 2s 、Ser 和His 可能对以Met 为唯一氮源和碳源的瘤胃微生物是十分重要的氨基酸。
基于宏基因组学的反刍动物瘤胃微生物研究进展
试验研究ＬＩＶＥＳＴＯＣＫＡＮＤＰＯＵＬＴＲＹＩＮＤＵＳＴＲＹＮｏ．９，２０２３基于宏基因组学的反刍动物瘤胃微生物研究进展余国春四川省水产学校，四川成都６１１７３０摘 要 反刍动物瘤胃是最强的微生态系统之一，与宿主的生命活动密切相关。
近年来，利用宏基因组学技术对反刍动物瘤胃微生物群落加以探索和挖掘，多维度地探讨了瘤胃微生物功能特征，以期更科学地进行饲养管理，促进牛羊养殖业的绿色可持续发展。
对宏基因组学的研究方法以及反刍动物瘤胃微生物组的影响因子进行综述，旨在优化瘤胃发酵系统，为提高反刍动物生产水平提供思路。
关键词 反刍动物；宏基因组学技术；高通量测序；瘤胃微生物ｄｏｉ：１０．１９５６７／ｊ．ｃｎｋｉ．１００８ ０４１４．２０２３．０９．００２ 引言反刍动物瘤胃是最强的微生态系统之一，其中含有细菌、原虫和真菌等逾３０００种微生物［１］，与宿主的各项生理生化功能密切相关。
但瘤胃中的绝大多数微生物极度厌氧，培养极其不易，传统研究弊端显著。
宏基因组测序作为新兴组学技术，规避了传统培养研究的缺陷，且更能透彻地揭露微生物多样性、差异性、功能性及其与宿主间的相互关系，在瘤胃微生物群落的研究上具有广阔的前景。
本文聚焦宏基因组学的研究方法，重点讨论瘤胃微生物功能的相关影响因素，以期为提高反刍动物生产水平提供思路。
宏基因组学研究方法宏基因组在反刍动物瘤胃微生物中的研究主要包括以下核心环节。
１ １ 样本采集瘤胃口腔导管法或屠宰法采集瘤胃液，经过滤后立即存于液氮罐。
１ ２ 宏基因组ＤＮＡ提取根据试剂盒说明书分离纯化ＤＮＡ，并用１．０％的琼脂糖凝胶电泳、ＮａｎｏＤｒｏｐ分光光度计或Ｑｕｂｉｔ荧光定量仪进行测验评价。
１ ３ 宏基因组测序运用ＰＣＲ制作文库并进行Ｉｌｌｕｍｉｎａ高通量测序平台测序。
１ ４ 数据预处理１）采用Ｔｒｉｍｍｏｍａｔｉｃ软件对原始数据进行过滤和质控。
２）使用ＳＯＡＰｄｅｎｏｖｏ软件、ＭＥＧＡＨＩＴ软件或ＩＤ ＢＡ ＵＤ软件对优化数据进行拼接和组装。
科研Front.Microbiol.：牛瘤胃不同功能的微生物群落之间的相互作用及其对甲烷排放的影响
科研Front.Microbiol.：牛瘤胃不同功能的微生物群落之间的相互作用及其对甲烷排放的影响编译：Mushroom，编辑：小菌菌、江舜尧。
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导读本研究通过63头饲喂两种基础日粮的两个品种牛的瘤胃微生物属及其基因进行相对丰度网络分析，揭示瘤胃微生物群内的相互作用及对甲烷排放的影响。
1.共丰度网络分析获得10个对研究甲烷排放有重要意义的功能微生物集群（clusters），其中具有产甲烷关键基因的氢基营养型甲烷菌与使用其它两种产甲烷途径的菌（甲基营养型第七产甲烷古菌（Candidatus Methanomethylophylus）和产乙酸菌（布劳特氏菌））相比有不同的功能特点。
真菌和原生生物聚集在一起，而其它可降解植物纤维的细菌（纤维杆菌）分属另一个微生物集群。
2.使用偏最小二乘法分析10个微生物群对甲烷排放产生的作用，结果表明：产甲烷微生物群发挥作用最大（57.3%）。
然而，这一微生物群中发挥重要作用的是参与复杂碳水化合物降解、糖和氨基酸代谢的基因以及携带固氮基因的Candidatus Azobacteroides属，而不是产甲烷古菌及其基因。
与产生乳酸和丁酸（丁酸菌和假丁酸菌）以及简单氨基酸代谢有关的基因可以促进甲烷排放。
相比之下,与甲烷排放呈负相关的基因通过参与乳酸、琥珀酸的合成以及γ-变形菌门中更复杂的氨基酸合成来参与碳水化合物的降解。
3.使用不同的网络分析低甲烷排放量牛（LME）和高甲烷排放量牛（HME）的数据，结果显示产甲烷菌群中的产甲烷菌之间存在竞争，并且在群落内部和群落之间有更大的相互作用。
试验结果表明，甲烷排放量主要受其它微生物群落及其活动影响而不仅仅由产甲烷菌驱动。
本研究通过揭示影响甲烷排放的瘤胃微生物功能特点，深入了解瘤胃微生物群落及其基因之间的相互作用，为制定有效的减少甲烷排放策略提供依据。
论文ID原名：Identificationof Complex Rumen Microbiome Interaction Within Diverse Functional Niches as Mechanisms Affecting the Variation of Methane Emissions in Bovine 译名：牛瘤胃不同功能的微生物群落之间的相互作用及其对甲烷排放的影响期刊：Frontiers in MicrobiologyIF：4.259发表时间：2020.04.17通信作者：Marina Martínez-Álvaro1,2, Marc D. Auffret1,Rainer Roehe1通信作者单位：1苏格兰乡村学院，英国爱丁堡;2西班牙瓦伦西亚理工大学动物科学与技术研究所实验设计采用品种类型和日粮的2×2析因设计，即选取63头自由采食两种饲料（480份饲草与520份精料混合（FOR）或80份秸秆与920份精料混合（CONC））的两品种（阿伯丁安格斯（AA）和利木辛（LIM））肉牛（平均日龄为521±30天，体重为673±35公斤），测定其48小时的甲烷排放量，并根据结果将其分为32头HME牛（10头AA和7头LIM饲喂CONC，7头AA和8头LIM饲喂FOR）和31头LME牛（7头AA和7头LIM饲喂CONC，10头AA和7头LIM饲喂FOR）。
羔羊瘤胃微生物区系建立、发展与调控技术研究进展
动物营养学报２０２０，３２（１０）：４７３３⁃４７４２ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｎｉｍａｌＮｕｔｒｉｔｉｏｎ㊀ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２６７ｘ．２０２０．１０．０２５羔羊瘤胃微生物区系建立㊁发展与调控技术研究进展马㊀涛㊀张乃锋㊀屠㊀焰㊀刁其玉∗（中国农业科学院饲料研究所，农业农村部饲料生物技术重点实验室，北京１０００８１）摘㊀要：我国是养羊大国，２０１９年我国绵羊和山羊存栏总量达３亿只，羊肉产量约４８５万ｔ，均居世界首位㊂肉羊产业对于我国乡村振兴㊁提高人民生活水平发挥着举足轻重的作用㊂对于反刍动物而言，成年阶段的高产与幼畜阶段密不可分，这是因为早期饲粮或饲养管理等措施可以有效调控瘤胃微生物区系，起到长久提高反刍动物生产性能的效果㊂本文综述了近年来我国羔羊瘤胃微生物区系调控方面的研究进展，重点阐述了饲粮对羔羊瘤胃微生物区系及发酵功能的调控研究，并对未来的研究方向进行了展望㊂关键词：羔羊；瘤胃微生物；宿主；饲粮；环境；调控中图分类号：Ｓ８２６㊀㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀㊀文章编号：１００６⁃２６７Ｘ（２０２０）１０⁃４７３３⁃１０收稿日期：２０２０－０８－０３基金项目：国家自然科学基金（４１７０５１２９）；国家重点研发计划（２０１８ＹＦＤ０５０１９０２）；现代农业产业技术体系（ＣＡＲＳ⁃３８）作者简介：马㊀涛（１９８７ ），男，山东青岛人，副研究员，博士，从事肉羊营养研究㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍａｔａｏ＠ｃａａｓ．ｃｎ∗通信作者：刁其玉，研究员，博士生导师，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｄｉａｏｑｉｙｕ＠ｃａａｓ．ｃｎ㊀㊀我国是养羊大国，养羊业具有悠久的历史，最早的养羊记录可以追溯到５０００ ７０００年前，肉羊产业长期在我国畜牧业中具有重要地位㊂近年来，随着人们对羊肉等红肉作为一种优质蛋白质来源的需求量不断上升，以及政府将肉羊养殖确定为脱贫的重要手段之一［１］，我国肉羊产业快速发展，规模化㊁集约化程度不断提高㊂２０１９年，我国绵羊和山羊存栏总量达３亿只，羊肉产量约４８５万ｔ，均居世界首位㊂预计到２０２５年，我国人均羊肉消费量将达到５ｋｇ㊂未来在保证羊肉充分供给的同时，也要降低肉羊养殖对环境造成的压力，因此，一方面需要提高肉羊的饲料转化效率，即在保持较高或相等的生产性能的前提下，减少饲料消耗量，缓解 人畜争粮 问题；另一方面需要推动绿色健康养殖模式的发展，减少温室气体排放量以及治疗性抗生素的用量㊂实现上述目标的核心之一，就是对肉羊瘤胃微生物区系结构和功能进行有效调控［２－３］㊂㊀㊀瘤胃是反刍动物特有的消化器官之一，是天然的厌氧发酵罐，生存着大量的微生物㊂瘤胃微生物群落是动物界消化道生态系统中最为复杂的微生物群落之一［４］，包括细菌（１０１０ １０１１个／ｍＬ）㊁古细菌（１０８ １０９个／ｍＬ）㊁原虫（１０５ １０６个／ｍＬ）㊁真菌（１０３ １０４个／ｍＬ）以及病毒（主要为噬菌体）等㊂由于瘤胃微生物的存在，能够发酵低质粗饲料产生挥发性脂肪酸（ＶＦＡ），ＶＦＡ能够给反刍动物生长提供所需要能量的７０％以上，这也是将其与单胃动物区分开来的本质特点㊂瘤胃微生物发酵产生ＶＦＡ的同时，也会产生甲烷和二氧化氮等温室气体㊂家畜养殖是人类活动产生甲烷的最主要来源，而反刍动物的甲烷排放量占全部家畜甲烷排放量的９６％［５］㊂除加剧温室效应外，甲烷的产生也造成反刍动物饲粮能量的损失，以甲烷能损失的能量约占总能摄入量的１２％［６］㊂因此，合理调控瘤胃发酵，降低甲烷产量，对于提高反刍动物对饲粮的利用效率具有重要意义㊂㊀㊀已有研究表明，刚出生的羔羊瘤胃中即有大量的微生物的定植㊂例如，２ ４日龄的羔羊瘤胃㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报３２卷中就已经存在产甲烷古细菌，出生后１０ｄ左右尚未采食粗饲料时，瘤胃中就存在与成年羊数量相当的细菌和产甲烷古细菌［７］㊂瘤胃真核生物定植的时候与原核生物相比较晚，如羔羊出生８ １０ｄ后瘤胃内出现了真菌的定植［７］，出生１５ｄ后出现了纤毛虫的定植［８］㊂上述研究表明，羔羊瘤胃微生物群落的建立和发展是一个非常迅速的过程㊂与成年阶段相比，新生或幼龄动物的消化道微生物更易受饲粮等因素的影响，且该影响作用持续时间更长久［９］㊂最新研究发现，反刍动物瘤胃调控的 黄金窗口期 可能只存在于出生后３周龄之内［１０］㊂因此，合理调控瘤胃微生物和宿主之间早期积极互作的建立，对于改善瘤胃发酵㊁提高能量利用率可能具有长效作用㊂本文首先总结了瘤胃微生物区系组成的最新研究进展，然后综述了近年来我国在羔羊瘤胃微生物调控方面的相关研究，最后对未来的研究方向进行了展望，旨在为合理有效调控羔羊瘤胃微生物群落和培育健康高产的肉羊提供参考㊂１㊀反刍动物瘤胃微生物区系组成研究进展㊀㊀ Ｈｕｎｇａｔｅ１０００ 计划促进了瘤胃微生物培养组学技术的应用及创新，基于该计划，已经实现了４８６种瘤胃微生物的培养，占测序结果报道的属水平７５％以上，并已按其参与的主要微生物通路进行了分析［１１］㊂然而 Ｈｕｎｇａｔｅ１０００ 计划中可培养的细菌只占新组装的瘤胃微生物基因组的很小一部分比例，因此，需要进一步提升瘤胃细菌等微生物的体外培养技术，为研究其体外和体内的功能奠定基础㊂尽管古细菌的丰度要低于细菌，但人们同样致力于分离鉴定古细菌的新品种，目前已经有２１个新菌种从 Ｈｕｎｇａｔｅ１０００ 计划中被分离鉴定出来［１２］㊂１．１㊀细菌㊀㊀细菌是瘤胃微生物的主要组成部分，过去对于瘤胃细菌的研究是基于体外分离培养方法来开展，应用该方法实现了瘤胃中丰度较高的２００多种细菌的分离培养㊂近年来，随着测序技术的发展，以扩增子１６ＳｒＲＮＡ测序为代表的测序技术不仅能够用于研究瘤胃中可培养的细菌，也为研究目前条件下无法实现体外培养的细菌提供了方法［１１］㊂近年来，国外研究人员利用宏基因组测序技术，结合基因组组装（ｍｅｔａｇｅｎｏｍｉｃａｓｓｅｍｂｌｙｇｅ⁃ｎｏｍｅｓ）技术，成功组装出了４９００种新的瘤胃微生物基因组［１３］，一方面说明瘤胃微生物群落结构的复杂性；另一方面也说明我们先前对于瘤胃微生物结构和功能的认知还存在较大的局限性㊂１．２㊀原虫㊀㊀反刍动物通常从出生开始，瘤胃中就有不同的原虫群落且基本终生不变㊂瘤胃原虫的生物量能够占到瘤胃微生物总量的５０％，以纤毛虫为主，也有部分鞭毛虫，但原虫在瘤胃生态环境中的具体作用还不是很明确［１４］㊂光学显微镜是分析原虫群落组成的传统手段，１８ＳｒＲＮＡ测序技术的应用不仅能够明确瘤胃原虫的进化分类情况，而且比传统的光学显微镜方法能够观察到更多的原虫种类［１５］㊂由于目前很难在无菌条件下培养原虫［１４］，大部分体内或体外试验的研究对象都是和细菌共培养的原虫㊂因此，尽管已经开展了很多研究，仍然无法对瘤胃原虫的具体作用及其机制下定论㊂目前来看，瘤胃纤毛虫能够合成大部分纤维降解酶［１６］㊂去除瘤胃原虫对于反刍动物的存活不受影响，但会导致有机物降解率降低［１４］，去除瘤胃原虫能够增加微生物蛋白质产量，降低甲烷排放，可能是纤毛虫吞噬了细菌或产甲烷古细菌，表明原虫与饲粮蛋白质利用率以及甲烷产生存在直接或间接的关系，因为原虫附着在产甲烷古细菌的内外表面［１７］㊂最近通过对有尾内毛虫（Ｅｎｔｏｄｉｎｉｕｍｃａｕｄａｔｕｍ）巨核基因组测序，发现了这种瘤胃纤毛虫的基因组信息，为研究瘤胃中的原虫代谢提供了重要手段［１８］㊂１．３㊀真菌㊀㊀厌氧真菌是瘤胃真核微生物之一，但其具体生物量还存在争议㊂通过测定几丁质和ｒＲＮＡ转录子丰度，Ｈｕｗｓ等［１９］研究发现厌氧真菌占瘤胃微生物生物量的１０％ ２０％，在反刍动物采食低质粗饲料时对于纤维降解具有重要作用㊂与原虫数量类似，真菌活性增强能够促进甲烷排放，说明瘤胃真菌与产甲烷古细菌联系密切［２０］㊂此外，瘤胃真菌的分类仍然存在着较大的争议，通常可见的６个属包括单中心的新丽鞭菌属（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｘ）㊁盲肠鞭菌属（Ｃａｅｃｏｍｙｃｅｓ）㊁梨囊鞭菌属（Ｐｉｒｏｍｙ⁃ｃｅｓ）和多中心的厌氧鞭菌属（Ａｎａｅｒｏｍｙｃｅｓ）㊁厌氧真菌属（Ｏｒｐｉｎｏｍｙｃｅｓ）和枝梗鞭菌属（Ｃｙｌｌａｍｙ⁃ｃｅｓ），但可能存在其他菌属［２０］㊂利用分子技术包括第一内转录间隔区（ＩＴＳ⁃１）或是大亚基ｒＲＮＡ作４３７４１０期马㊀涛等：羔羊瘤胃微生物区系建立㊁发展与调控技术研究进展为标记物，进行瘤胃真菌基因组或转录组的研究也开始增多㊂１．４㊀产甲烷古细菌㊀㊀古细菌只占瘤胃微生物组成的０．３％ ３．０％［２１］，大部分能够产甲烷㊂产甲烷古细菌当中，有７８％是亲氢离子型，而约２２％是亲甲基型，能够利用甲基（如甲醛或甲胺）合成甲烷，只有非常少量的产甲烷菌古细菌利用乙酸为底物［１２］㊂产甲烷短杆菌（Ｍｅｔｈａｎｏｂｒｅｖｉｂａｃｔｅｒ）通常是瘤胃中丰度最高的产甲烷古细菌，其能够利用原虫㊁细菌和真菌生成的氢气（Ｈ２）㊁二氧化碳（ＣＯ２）和甲酸合成甲烷㊂其他重要的亲氢产甲烷古细菌包括甲烷球形菌属（Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ）㊁甲烷微球菌属（Ｍｅｔｈ⁃ａｎｉｍｉｃｒｏｃｏｃｃｕｓ）和甲烷杆菌属（Ｍｅｔｈａｎｏｂａｃｔｅｒｉ⁃ｕｍ）［１７］，亲甲基的产甲烷古细菌丰度较低，包括甲烷八叠球菌目（Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａｌｅｓ）㊁Ｍｅｔｈａｎｏｓｐｈａｅｒａ和Ｍｅｔｈａｎｏｍａｓｓｉｌｉｉｃｏｃｃａｃｅａｅ；Ｍｅｔｈａｎｏｓａｒｃｉｎａｌｅｓ可利用乙酸产生甲烷［１７］㊂产甲烷古细菌数量和甲烷产量之间的关系仍然存在争议㊂Ｄａｎｉｅｌｓｓｏｎ等［２２］研究发现，瘤胃甲烷产量与细菌和产甲烷古细菌丰度具有相关性；如前文所述，原虫栖居在产甲烷古细菌的内外表面，因此这些产甲烷古细菌的数量与游离的产甲烷古细菌的数量之间的相关性存在较大差异，且在不同原虫属间存在差异［２３］，从而使不同原虫菌在总体甲烷产生过程中表现出不同的作用㊂１．５㊀病毒㊀㊀瘤胃微生物当中，病毒的研究相对较少，以噬菌体为主［２４］㊂直到近年来才研究报道了瘤胃噬菌体的基因组序列［２５］，且开始有基于宏基因组的瘤胃病毒组研究［２６］，为了解瘤胃病毒组成提供了重要手段㊂已有研究表明，能量是瘤胃噬菌体生长的主要驱动力［２７］；瘤胃中的ＲＮＡ病毒能够影响真菌生长［２８］，但其对瘤胃真菌整体群落以及纤维降解作用的影响还有待于进一步研究㊂２㊀宿主因素对羔羊瘤胃微生物的影响２．１㊀日龄和性别㊀㊀在山羊羔羊上的研究表明，随着日龄的升高，瘤胃液中的杆菌属（Ｂａｃｉｌｌｕｓ）和乳酸杆菌属（Ｌａｃ⁃ｔｏｂａｃｉｌｌｕｓ）相对丰度逐渐降低，而普雷沃氏菌属（Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａ）㊁密螺旋体菌属（Ｔｒｅｐｏｎｅｍａ）㊁瘤胃球菌属（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓ）相对丰度逐渐升高［２９］㊂其中，普雷沃氏菌属是瘤胃最主要的微生物之一，能够利用淀粉㊁非纤维性碳水化合物以及单糖产生琥珀酸，还具有分解蛋白质的作用，其相对丰度的提高与瘤胃氨态氮㊁乙酸和丁酸浓度升高有密切联系［３０］㊂密螺旋体菌属［３１］和瘤胃球菌属［３２］均是瘤胃中起重要作用的纤维分解菌㊂与瘤胃液中的微生物相比，附着在瘤胃上皮的微生物与宿主功能密切相关［３３］㊂通过分析附着在山羊羔羊瘤胃上皮的微生物组成发现，随着日龄的升高，在门水平上，变形菌门（Ｐｒｏｔｅｏｂａｃｔｅｒｉａ）相对丰度逐渐降低，而拟杆菌门（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｔｅｓ）和厚壁菌门（Ｆｉｒｍｉ⁃ｃｕｔｅｓ）相对丰度逐渐升高；在属水平上，埃希氏菌属（Ｅｓｃｈｅｒｉｃｈｉａ）在羔羊刚出生时相对丰度最高，随着日龄的增长，普雷沃氏菌属和产丁酸弧菌属（Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ）相对丰度逐渐升高［３４］，其中丁酸弧菌属也是一种重要的结构性碳水化合物分解菌，广泛存在于鹿㊁奶牛和羊的瘤胃中，具有利用纤维和淀粉产生丁酸的能力［３２］㊂此外，我国学者研究了日龄和性别对藏羊瘤胃微生物组成的影响，结果表明不同性别的藏羊瘤胃微生物组成存在显著差异㊂例如，在门水平上，母羊拟杆菌门㊁公羊厚壁菌门相对丰度随日龄增加不断升高，而母羊螺旋体菌门（Ｓｐｉｒｏｃｈａｔｅｓ）㊁公羊蓝细菌门（Ｃｙａｎｏｂａｃ⁃ｔｅｒｉａ）相对丰度随日龄增加不断降低；在纲水平上，母羊变形菌纲（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄａｌｅｓ）㊁公羊梭菌纲（Ｃｌｏｓ⁃ｔｒｉｄｉａｌｅｓ）相对丰度随日龄增加不断升高［３５］㊂上述研究表明，瘤胃微生物随日龄的变化与瘤胃功能（如降解结构性碳水合化物和蛋白质等）的建立密切相关；性别可能是影响羔羊瘤胃微生物群落发展的一个重要因素，但其具体作用机制还不明确㊂２．２㊀瘤胃液移植㊀㊀近年来，瘤胃液移植逐渐成为调控反刍动物瘤胃微生物组成的一项有效手段，但大多数研究都集中在牛上［３６］㊂我国学者使用新生羔羊为研究对象，在其断奶前及断奶过程中分别口服新鲜［３７］或冻干［３８］的成年绵羊瘤胃液，随后利用对１６ＳｒＲＮＡ基因扩增子测序技术进行分析，结果发现瘤胃液移植会影响羔羊瘤胃微生物群的组成，具体体现在：接种新鲜的瘤胃液促进了羔羊产琥珀酸菌属（Ｓｕｃｃｉｎｉｃｌａｓｔｉｃｕｍ）㊁普雷沃氏菌属和变形菌纲Ｓ２４⁃７等菌属的定植，且与断奶期间进行瘤胃液移植相比，断奶前瘤胃液移植能够促进更多微生物的定植［３７］；接种冻干的瘤胃液则改变了埃氏巨球５３７４㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报３２卷菌（Ｍｅｇａｓｐｈａｅｒａｅｌｓｄｅｎｉｉ）和反刍兽新月单胞菌（Ｓｅｌｅｍｏｎａｓｒｕｍｉｎａｎｔｉｕｍ）的组成，降低了黄色瘤胃球菌（Ｒｕｍｉｎｏｃｏｃｃｕｓｆｌａｖｅｆａｃｉｅｎｓ）相对丰度［３８］㊂产琥珀酸菌属可通过琥珀酸去甲基产生丙酸［３９］，后者是供能的主要挥发性脂肪酸㊂上述研究也从侧面说明了早期对瘤胃微生物区系进行干预的重要性㊂３㊀饲粮对羔羊瘤胃微生物的影响㊀㊀研究发现，饲粮（包括粗饲料来源㊁精粗比以及饲料添加剂的使用等）是影响瘤胃微生物组成的重要因素［４０］㊂因此，本文重点对我国近年来在饲粮调控羔羊瘤胃微生物方面的研究进展进行了综述㊂３．１㊀代乳粉㊀㊀对于羔羊来说，早期断奶（母乳）饲喂代乳粉是现代羔羊培育的重要方式之一，能够大大缩短母羊繁殖周期，通过增加产羔频率提高羊群的生产率㊂近年来，我国学者研究了饲喂代乳粉的日龄对羔羊瘤胃微生物群落的影响，并比较了随母哺乳和饲喂代乳粉２种不同饲喂方式对微生物区系建立的影响㊂例如，在羔羊１０日龄开始饲喂代乳粉，拟杆菌门成为优势菌群，并且普雷沃氏菌属等有益菌相对丰度逐渐增加［４１］；在羔羊２１和３５日龄时断母乳并分别按照２％和４％体重饲喂代乳粉，结果表明断母乳日龄和代乳粉饲喂量对厚壁菌门等一些瘤胃微生物存在交互作用，此外，２１日龄断母乳组羔羊瘤胃球菌属相对丰度显著高于３５日龄断母乳组㊂但总体来看，断母乳时间和代乳粉的饲喂量对羔羊瘤胃微生物区系组成的影响相当有限［４２］，主要原因可能是在这一阶段羔羊以采食液体饲料为主，液体饲料大部分直接进入皱胃，对瘤胃微生物区系及发酵功能的影响极其有限㊂３．２㊀开食料㊀㊀在断奶前尽早给羔羊补饲开食料，不仅能够更好地满足其营养需求，而且促进瘤胃发育，提高生产性能㊂通过比较只吃母乳和饲喂开食料的羔羊瘤胃转录组以及微生物区系组成，发现尽早饲喂有利于羔羊瘤胃发育和生理功能，潜在的机制可能是开食料通过３－羟甲基－３－甲基戊二酰辅酶Ａ裂合酶（ＨＭＧＣＬ）和３－羟基－３甲基戊二酰辅酶Ａ合成酶２（ＨＭＧＣＳ２）基因刺激瘤胃生酮作用和丁酸酯代谢，以及瘤胃微生物群诱导的发酵类型变化［４３］；在饲喂代乳粉基础上补饲开食料，与只饲喂代乳粉的湖羊羔羊相比，显著提高了瘤胃乳头长度和总挥发性脂肪酸的浓度，且提高了微生物多样性［４４］㊂本团队研究发现，补饲开食料使山羊羔羊瘤胃挥发性脂肪酸产量显著增加，普雷沃氏菌属和毛螺菌科（Ｌａｃｈｎｏｓｐｉｒａｃｅａｅ）相对丰度显著升高，两者可能是粗饲料引起瘤胃功能变化的主要微生物［４５］㊂ＤｅＦｉｌｉｐｐｉｓ等［４６］通过宏基因组分析发现，人体普氏菌（Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａｃｏｐｒｉ）的不同菌株可能与饲喂高纤维饲粮时对碳水化合物代谢能力提高相关；毛螺菌科的微生物包含多种与降解植物成分相关的产丁酸菌［４７］㊂为深入研究开食料刺激羔羊瘤胃发育的微生物机制，我国学者对饲喂开食料后绵羊羔羊瘤胃微生物和宿主转录组谱变化进行了综合分析，结果发现开食料提高了绵羊羔羊瘤胃上皮包括拟杆菌属（Ｂａｃｔｅｒｏｉｄｅｓ）㊁双歧杆菌属（Ｂｉｆｉｄｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ）和巨球菌属（Ｍｅｇａｓｐｈａｅｒａ）等多种微生物的相对丰度，降低了弯曲杆菌属（Ｃａｍｐｙｌｏｂａｃｔｅｒ）等潜在病原微生物的相对丰度［４８］，其中双歧杆菌属于放线菌门，具有降解饲粮葡聚糖以及淀粉和与淀粉结构类似的寡糖的作用［４９］；开食料还降低了瘤胃上皮白细胞介素－６（ＩＬ⁃６）㊁白细胞介素－１０（ＩＬ⁃１０）以及干扰素－γ（ＩＦＮ⁃γ）等与免疫功能相关基因的表达量，说明开食料能够调控瘤胃上皮微生物组成和基因表达，使绵羊羔羊更好地适应断奶［４８］㊂进一步通过转录组分析发现，瘤胃上皮与细胞生长相关的基因包括丝裂原活化蛋白激酶（ＭＡＰＫ）㊁磷酸肌醇－３－激酶催化亚基β肽（ＰＩＫ３ＣＢ）㊁肿瘤坏死因子超家族成员１０（ＴＮＦＳＦ１０）等上调，与细胞死亡的基因如Ｂ淋巴细胞瘤－２基因相关启动子（ＢＡＤ）下调；网络关系分析发现，饲喂开食料后瘤胃乙酸和丁酸浓度与上述基因表达量显著相关，从而明确了开食料饲喂通过影响瘤胃微生物与宿主互作，从而刺激瘤胃上皮细胞发育的机制［５０］㊂３．３㊀营养水平㊀㊀目前，能量和蛋白质需要量是反刍动物饲粮配制时需要考虑的主要因素㊂本团队以１７日龄断母乳的绵羊羔羊为研究对象，分别比较了饲喂基础饲粮（代乳粉＋开食料），低蛋白质饲粮（基础饲粮水平上降低２０％的蛋白质）㊁低能量饲粮（基础饲粮水平上降低２０％的能量）以及低蛋白质低能量饲粮（基础饲粮水平上同时降低２０％的蛋白６３７４１０期马㊀涛等：羔羊瘤胃微生物区系建立㊁发展与调控技术研究进展质和２０％的能量）对羔羊生长发育和微生物群落的影响，结果表明，饲粮能量或蛋白质水平降低均会降低羔羊的平均日增重㊁瘤胃重量和黏膜厚度，也降低了瘤胃总挥发性脂肪酸（ＴＶＦＡ）和丙酸浓度㊂低能量水平提高了纤维菌门以及丁酸弧菌属（Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏ）相对丰度，后者与羔羊瘤胃的丙酸摩尔浓度呈显著负相关［５１］，该研究结果表明，饲粮能量相比蛋白质对于羔羊瘤胃微生物的影响作用更显著㊂另外有学者研究了不同饲喂水平对滩羊瘤胃微生物的影响，发现随着饲喂水平的提高，变形菌门和拟杆菌门相对丰度逐渐升高，而厚壁菌门相对丰度逐渐降低；在种水平上，栖瘤胃普雷沃氏菌（Ｐｒｅｖｏｔｅｌｌａｒｕｍｉｎｉｃｏｌａ）㊁黄色瘤胃球菌和溶糊精琥珀酸弧菌（Ｓｕｃｃｉｎｉｖｉｂｒｉｏｄｅｘｔｒｉｎｏｓｏｌｖｅｎｓ）相对丰度线性增加［５２］㊂上述结果表明了饲粮营养水平与羔羊瘤胃微生物区系的联系，为通过饲粮手段调控羔羊瘤胃发酵提供了依据㊂㊀㊀提高饲粮中的精饲料（如高谷物饲料）也是反刍动物生产中常见的策略之一，能够有效提高动物生产性能㊂然而高谷物饲料会导致瘤胃ＶＦＡ产量升高，动物唾液分泌量降低，导致瘤胃液ｐＨ下降并最终引起亚急性瘤胃酸中毒（ＳＡＲＡ）等症状［５３］㊂与持续性的ＳＡＲＡ相比，突发的ＳＡＲＡ副作用对动物的危害更高，可能是由于瘤胃没有足够的时间适应饲粮的变化［５４］㊂在羔羊上的研究表明，增加高谷物饲料的比例，显著降低了瘤胃微生物群落的丰富度和多样性［５５－５６］；此外，瘤胃上皮包括未分类的瘤胃球菌科㊁未分类的克里斯腾森菌科（Ｃｈｒｉｓｔｅｎｓｅｎｅｌｌａｃｅａｅ）等分解结构性碳水化合物的微生物相对丰度随高谷物饲料比例的增加而显著降低［５７］㊂上述研究从瘤胃微生物角度阐明了实际生产中逐步提高谷物饲料用量的必要性㊂３．４㊀补饲优质粗饲料㊀㊀补饲粗饲料提高反刍动物生产性能的一种有效方式，对于幼龄反刍动物如羔羊，补饲粗饲料有利于促进瘤胃发育㊂本团队研究了补饲苜蓿对山羊羔羊瘤胃微生物区系组成和功能的影响，利用随机森林分类模型揭示了补饲苜蓿草的山羊羔羊核心微生物群，包括纤维杆菌属（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ）㊁密螺旋体菌属㊁丁酸弧菌属和产琥珀酸弧菌属（Ｓｕｃ⁃ｃｉｎｉｖｉｂｒｉｏ）等㊂产琥珀酸弧菌属是降解多糖的微生物，发酵底物包括乙酸和乳酸［５８］；密螺旋体菌属不能够利用纤维，但可以帮助其他细菌分解纤维性物质［５９］；亨氏丁酸弧菌属（Ｂｕｔｙｒｉｖｉｂｒｉｏｈｕｎｇａｔｅｉ）是瘤胃主要的产丁酸菌，能够有效降解半纤维素［６０］㊂补饲苜蓿草可通过调控核心微生物组成，使后者发酵产生更多的挥发性脂肪酸，从而促进瘤胃的发育并最终发挥宿主的功能［４５］㊂另一项研究中，给１０日龄的湖羊羔羊补饲苜蓿草，分别研究其断奶前（１７㊁２４和３８日龄）和断奶后（４５和６６日龄）瘤胃微生物定植的特点，结果表明，补饲苜蓿组的羔羊在３８日龄时瘤胃普雷沃氏菌属㊁产琥珀酸弧菌㊁双歧杆菌属和产丁酸菌的相对丰度都显著高于对照组；这与本团队在山羊羔羊上的研究结果类似，断奶后补饲苜蓿组的羔羊瘤胃未分类的梭菌纲（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉａ）相对丰度高于对照组㊂Ｓｐｅａｒｍａｎ相关性分析表明，未分类的梭菌纲㊁密螺旋体属㊁粪球菌属（Ｃｏｐｒｏｃｏｃｃｕｓ）与粗蛋白质㊁中性洗涤剂纤维（ＮＤＦ）摄入量以及血浆β－羟基丁酸酯含量之间呈正相关㊂上述研究结果表明，补饲苜蓿在断奶前和断奶后可刺激瘤胃微生物群的变化，并且与瘤胃发育相一致，从而使羔羊在断奶前后均具有更好的采食量和生产性能［６１］㊂㊀㊀除苜蓿外，也有学者比较研究了荞麦和玉米秸秆不同比例对５月龄杜寒杂交羔羊瘤胃微生物的影响，结果表明，羔羊饲料转化效率随荞麦秸秆的添加呈曲线变化，荞麦秸秆为中等水平时，饲料转化效率越高㊂普雷沃氏菌属㊁丁酸弧菌属㊁粪球菌属㊁瘤胃球菌属相对丰度线性降低，而一些有害细菌如萨特氏菌属（Ｓｕｔｔｅｒｅｌｌａ）㊁螺旋杆菌属（Ｈｅｌｉ⁃ｃｏｂａｃｔｅｒ）㊁艾克曼菌属（Ａｋｋｅｒｍａｎｓｉａ）相对丰度线性升高［６２］㊂３．５㊀添加剂㊀㊀近年来，植物提取物㊁益生菌等添加剂在羔羊培育过程中被广泛应用，然而其调控羔羊瘤胃微生物区系组成的研究相对较少㊂其中，白藜芦醇作为一种植物多酚，主要存在于葡萄㊁虎杖㊁花生等植物中［６３］㊂本团队近期研究发现，天然植物提取物白藜芦醇［６４］㊁大蒜素［６５］㊁桑叶黄酮［６６］㊁茶皂素［６７］等都具有改善瘤胃发酵和降低甲烷排放的效果㊂以白藜芦醇为例，添加后能够降低羔羊瘤胃液甲烷短杆菌属的相对丰度，提高普雷沃氏菌属和脱硫弧菌属（Ｄｅｓｕｌｆｏｖｉｂｒｉｏ）的相对丰度［６８］，后者是瘤胃中还原硫酸盐的主要细菌，能够将硫酸盐还原为硫化氢［６９］，在此过程中需要和产甲烷菌竞争利用氢气㊂上述研究揭示了植物提取物调控羔７３７４㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报３２卷羊瘤胃发酵和甲烷的生物机理㊂㊀㊀随着饲用抗生素的全面禁用，迫切需要寻求抗生素替代品来提高动物生产力，保持其健康㊂本团队在羔羊上的研究发现，地衣芽孢杆菌和酿酒酵母等益生菌在促进羔羊生长方面具有和莫能菌素（一种抗生素）同样的潜力，这些益生菌能够有效改善羔羊的生长性能㊁抗氧化能力以及瘤胃发酵功能㊂通过对瘤胃微生物组成分析发现，益生菌主要提高了瘤胃中降解结构性碳水化合物的纤维杆菌属（Ｆｉｂｒｏｂａｃｔｅｒ）相对丰度，从而解释了羔羊对于饲粮ＮＤＦ和酸性洗涤纤维消化率的提升的机理［７０］㊂㊀㊀此外，有学者研究了饲粮中添加低（１０ｇ／ｋｇＤＭ）和高（３０ｇ／ｋｇＤＭ）水平的尿素对湖羊羔羊瘤胃微生物的影响，结果表明，添加低水平尿素能够提高总原虫数量，但总体来看，尿素添加水平对于瘤胃微生物区系影响不显著，说明瘤胃微生物能够较好地适应不同添加水平的尿素［７１］㊂４㊀其他因素对羔羊瘤胃微生物的影响４．１㊀饲喂方式㊀㊀本团队研究了不同饲喂方式（随母哺乳ｖｓ．人工饲喂代乳粉）对羔羊消化道微生物定植的影响，结果发现人工饲喂组的羔羊消化道微生物物种丰富度显著高于随母哺乳组的羔羊，人工饲喂显著增加了羔羊肠道中大肠杆菌／志贺氏菌属（Ｅｓｃｈｅ⁃ｒｉｃｈｉａ⁃Ｓｈｉｇｅｌｌａ）㊁丁酸弧菌属和梭菌属（Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉ⁃ｕｍ）的相对丰度，显著降低了羔羊肠道中梭菌ⅩⅠ的相对丰度㊂此外，不同饲喂方式也影响了微生物从母体和环境向新生羔羊肠道的直接传递：随母哺乳组的羔羊早期消化道微生物主要来自母体乳头皮肤（４３％）㊁环境空气（２８％）㊁母体产道（７％）㊁母体腹部皮肤（６％）和母体口腔（５％）；而人工饲喂组的羔羊肠道微生物则主要来自母体产道（４６％）㊁环境空气（３１％）和羊圈地板（１２％）［７２］㊂４．２㊀养殖条件㊀㊀通过内转录间隔区ｒＤＮＡ测序技术，有学者分析了放牧滩羊与舍饲滩羊羔羊哺乳期真菌多样性及结构的变化，结果表明，放牧组滩羊瘤胃羔羊中真菌多样性极显著高于舍饲组，其中新丽鞭毛菌门（Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓｔｉｇｏｍｙｃｏｔａ）的相对丰度显著高于舍饲组，而舍饲组羔羊瘤胃子囊菌门（Ａｓｃｏｍｙｃｏｔａ）的相对丰度极显著高于放牧组；放牧组滩羊瘤胃液中优势菌门为子囊菌门和新丽鞭毛菌门，舍饲组滩羊瘤胃液中优势菌门为子囊菌门；在属水平上，舍饲组的赤霉菌属（Ｇｉｂｂｅｒｅｌｌａ）㊁酵母属（Ｓａｃ⁃ｃｈａｒｏｍｙｃｅｓ）和香蘑属（Ｌｅｐｉｓｔａ）等相对丰度显著高于放牧组；而Ｐｉｒｏｍｙｃｅｓ㊁Ｃａｅｃｏｍｙｃｅｓ㊁Ｎｅｏｃａｌｌｉｍａｓ⁃ｔｉｘ等相对丰度显著低于放牧组［７３］㊂上述研究结果表明，饲养方式对滩羊羔羊瘤胃真菌菌群构建具有显著影响㊂５㊀小结与展望㊀㊀瘤胃微生物区系作为降解转化植物纤维类物质效率最高的天然体系，是反刍动物消化道必不可少的独特组成部分，而反刍动物的瘤胃为微生物提供了一个良好的栖息环境㊂瘤胃和栖居其间的微生物相辅相成，保证了反刍动物的健康和生长㊂虽然生物信息学技术和下一代扩增子测序技术的引入能够更好地帮助我们了解瘤胃微生物菌群，但是目前条件下仅能够做到对瘤胃微生物种群进行分类，对其功能的研究仍不够深入㊂目前，国外对于瘤胃微生物的研究主要集中在肉牛或奶牛，而羔羊瘤胃微生物的研究报道大多见于国内㊂基于现有研究，我们已经明确了羔羊阶段瘤胃的特征微生物及有效的调控方式，未来一方面需要基于多组学研究，从整体㊁系统的角度阐明瘤胃微生物在动物生产过程中发挥的作用；另一方面需要立足我国肉羊产业以舍饲为主㊁以农副产品为主要饲料来源的发展特点，有针对性地开展研究，更好地通过调控瘤胃微生物区系组成来改善瘤胃发酵，促进其健康和生产性能㊂参考文献：［１］㊀ＢＲＩＳＫＥＤＤ，ＺＨＡＯＭＬ，ＨＡＮＧＤ，ｅｔａｌ．ＳｔｒａｔｅｇｉｅｓｔｏａｌｌｅｖｉａｔｅｐｏｖｅｒｔｙａｎｄｇｒａｓｓｌａｎｄｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ：ｉｎｔｅｎｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｖｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＭａｎ⁃ａｇｅｍｅｎｔ，２０１５，１５２：１７７－１８２．［２］㊀ＭＩＺＲＡＨＩＩ，ＪＡＭＩＥ．Ｒｅｖｉｅｗ：ｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌｖａｒｉａ⁃ｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｕｍｅｎｍｉｃｒｏｂｉｏｍｅａｎｄｉｔｓｅｆｆｅｃｔｏｎｈｏｓｔｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｍｅｔｈａｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎ［Ｊ］．Ａｎｉｍａｌ，２０１８，１２（Ｓｕｐｐｌ．２）：Ｓ２２０－Ｓ２３２．［３］㊀ＨＯＬＭＡＮＤＢ，ＧＺＹＬＫＥ．ＡＭｅｔａ⁃ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｂｏｖｉｎｅｇａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌｔｒａｃｔｍｉｃｒｏｂｉｏｔａ［Ｊ］．ＦＥＭＳＭｉ⁃ｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙＥｃｏｌｏｇｙ，２０２０，９５（６）：７２．８３７４。
利用分子生物学技术研究瘤胃微生物多样性的进展
利 用 分 子 生 物 学 技 术 研 究 瘤 胃微 生 物 多样 性 的 进 展
冯 强 王利华 荆丽珍 王 光
在 反 刍 动 物 瘤 胃 内栖 息 着 复 杂 、 多样 、 致病 的 各 非 种 微 生 物 ， 括 瘤 胃细 菌 、 氧 真 菌 和纤 毛 虫 等 原 生 动 包 厌
纤 毛 虫 的形 态 和 分 类 进 行 了许 多 研 究 。 １４ ９ ０年 以后 ， 英 国 学 者 Ｅｓｅ ｌ ｎ和 Ｐｌ ｓｎ基 于 动 物 生 理 的 研 保 守区和可 变 区 ，如细 Ｎ
菌 的 １Ｓｒ Ｎ 有 ９个 可 变 区 。 保 守 区 可 用 作 通 用 ６ Ｒ Ａ 微 生 物 （ 古 细 菌 、 菌 和 真 核 生 物 ） 鉴 别 ， 细 菌 如 细 的 如 固 有 的 保 守 区 可 制 成 细 菌 的 通 用 引 物 对 部 分 或 全 部
１ 研 究 历 程
于 生 物 分 类 。虽 然 ２ Ｓｒ Ｎ 和 ２ Ｓｒ Ｎ 序 列 较 长 ． ３ Ｒ Ａ ８ Ａ Ｒ
可 提供更 多的信息 ， 能更准 确地研究 系统发育 分类及 鉴定菌株 ．但是 由于基 因数据库 中有关信 息较少 ， 难
以 进 行 比较 分 析 。 所 以 ， 于 研 究 细 菌 进 化 分 类 的通 用
从 １４ ８ ３年 Ｇ ｂｙ和 Ｄ ｌ ｏｄ在 反 刍 动 物 的 瘤 胃 ｕｒ ｅａ ｒ ｆ 内发 现 微 生 物 时 起 ， 直 延 续 到 ２ 一 Ｏ世 纪 初 ． 由于 受 到
研 究条件 和技术 的限制 ，许 多研究 者 主要 从事形 态 、 常 是在 基 因数 据 库 中注册 数 量较 多 的 １Ｓｒ Ｎ 对 ６ Ｒ Ａ， 分类 的研究 工作 （ ｕ ｇｔ １６ ） Ｈ ｎａｅ ９ ６ 。我国学者 熊大仕 早 真 菌 则 用 １Ｓｒ Ｎ 。 ８ Ａ。 Ｒ 在 ２ Ｏ世纪 ３ Ｏ年代就 开始这 方面 的研 究 ． 其对瘤 胃 尤
绵羔羊瘤胃微生物区系与宿主基因表达差异的研究
绵羔羊瘤胃微生物区系与宿主基因表达差异的研究绵羔羊瘤胃微生物区系与宿主基因表达差异的研究绵羊是我国优秀的畜牧动物之一，羊肉的食用价值也备受人们青睐。
作为反刍动物，绵羊具有复杂的消化系统，其中瘤胃起着至关重要的作用。
瘤胃主要由瘤胃一、瘤胃二、瘤胃三和网胃组成，这些瘤胃在消化食物和吸收养分方面发挥着不可替代的作用。
事实上，瘤胃中寄居着大量的微生物，它们被称为瘤胃微生物区系，对绵羊的健康和生长发挥着重要的作用。
近年来，研究人员对绵羊瘤胃微生物区系与宿主基因表达之间的关系进行了深入的研究。
在这项研究中，研究人员通过高通量测序技术对绵羊瘤胃微生物进行了深入的研究，并使用转录组学技术研究了绵羊瘤胃中的基因表达水平。
研究发现，绵羊瘤胃微生物区系主要包括埃美氏菌、纤维分解菌、淀粉分解菌和蛋白质分解菌等。
这些微生物在绵羊瘤胃中形成了复杂的食物链关系，相互协同工作，参与食物的降解和吸收过程。
其中，纤维分解菌主要参与植物纤维素的降解，将植物纤维素分解成能够被绵羊消化吸收的低聚糖；淀粉分解菌则主要参与淀粉的降解，将淀粉分解成葡萄糖等单糖，为绵羊提供能量。
而研究人员还发现，绵羊瘤胃微生物区系的丰富度和多样性与绵羊宿主的基因表达水平密切相关。
以埃美氏菌为例，研究发现在高丰富度的绵羊瘤胃微生物中，埃美氏菌的丰度明显偏高，并且宿主绵羊的基因表达水平也表现出相应的差异。
通过进一步的分析，研究人员发现这些差异主要与食物摄取相关的基因有关。
绵羊会根据其瘤胃微生物区系中菌群的丰度和多样性，调整相关的基因的表达水平，进而影响食物的消化和吸收能力。
此外，绵羊宿主的基因表达水平也可以影响瘤胃微生物区系的丰富度和多样性。
研究表明，某些宿主基因的表达水平与特定微生物类型的相对丰度之间存在显著的相关性。
这些宿主基因可能参与了瘤胃微生物的生态调控，影响微生物的存活和繁殖。
通过这项研究，我们对绵羊瘤胃微生物区系与宿主基因表达之间的关系有了更深刻的认识。
牛瘤胃与肠道微生物多样性的研究进展
动物营养学报2014，26（4）：852-862C hi ne s e J our nal of A ni m al N ut r i t i ond o i ：10.3969/j .i ssn .1006-267x.2014.04.004牛瘤胃与肠道微生物多样性的研究进展马 晨 张和平*刘彩虹 赵 洁（内蒙古农业大学，乳品生物技术与工程教育部重点实验室，呼和浩特010018）摘 要：牛瘤胃与肠道中的微生物区系共同影响着宿主的营养与健康。
宏基因组学与代谢组学的飞快发展，帮助研究者逐渐解析了牛体内这2大微生物群落的真实面貌。
二代高通量测序技术的出现，加快了挖掘瘤胃微生物与肠道微生物这2大基因库的速度，使得对其中功能基因的筛选更加高效。
牛共生微生物的研究不局限于基础科学，其成果在工业生产、食品安全检测、疾病诊疗与预防等许多领域都得到很广泛的应用。
本文综述了近些年来围绕牛的瘤胃和肠道共生微生物的研究报告，例举了大量瘤胃细菌、真菌、古菌的研究，宏基因组学的研究以及常见疾病诊疗预防的研究，旨在为养殖业与乳品行业生产中遇到的难题提供科学有效的指导。
关键词：牛；瘤胃微生物；肠道微生物；微生物多样性中图分类号：S823 文献标识码：A 文章编号：1006-267X （2014）04-0852-11收稿日期：2013-11-12基金项目：农业部现代农业产业技术体系建设项目（C A R S-37）作者简介：马 晨（1986—），女，内蒙古呼和浩特人，博士研究生，从事肠道微生物研究。
E -m a i l ：m a c he n21@s i na .c om *通讯作者：张和平，教授，博士生导师，E-m a i l ：he pi ngdd@vi p.s i na .c om牛是反刍动物，具有不同于其他食草动物的特殊生理结构，可食用难以被其他动物体所消化的纤维素物质，并通过自身的生物转化，将一些人类无法直接利用的营养物质合成动物性蛋白质（肉、奶），为人类所利用[1]。
反刍动物瘤胃微生物多样性的研究进展
反刍动物瘤胃微生物多样性的研究进展摘要：瘤胃微生物区系是一个组成和功能极其复杂的体系，微生物的多样性决定了动物机体的健康和生产性能。
反刍动物的瘤胃中栖息着复杂多样的微生物，包括瘤胃原虫、细菌、真菌和古甲烷菌等，具有种类多样性和相互作用的复杂性。
庞大的微生物群落参与日粮营养物质的降解过程，对饲料利用和宿主自身代谢有深远的影响。
研究反刍动物胃肠道微生物多样性有助于了解其结构、功能、影响因素以及可能的调控措施。
本文就反刍动物瘤胃内环境和瘤胃微生物多样性的研究进展做一简要综述。
关键词：反刍动物、瘤胃微生物、多样性反刍动物的瘤胃约占全胃的80 %, 除反刍、食管沟反射和瘤胃运动外, 尚有微生物群系独特的生理作用。
瘤胃微生物的种类极为多样，每毫升瘤胃内容物中有不同种类细菌1010～1011个,已从瘤胃分离出200多种，分29个属，大多数为厌氧菌和兼性厌氧菌。
饲料在瘤胃中经微生物发酵降解为挥发性脂肪酸、肽类、氨基酸及氨等成分, 同时利用氮源、能源等合成微生物蛋白及B 族维生素等。
很显然, 瘤胃是反刍动物的一个极其重要的营养消化器官，就像一个庞大密闭发酵罐, 在整个消化过程中起着重要的作用。
研究反刍动物瘤胃微生物的多样性，首先要了解瘤胃内环境，即微生物的栖息之所。
1 瘤胃内环境的特点瘤胃可看作是一个供厌氧微生物繁殖的发酵罐, 具有微生物活动及繁殖的良好条件。
1.1 瘤胃内的温度：瘤胃内的温度大约39-40℃, 比体温稍高一些。
瘤胃微生物在这一恒定温度下才能有最好的生长和繁殖, 瘤胃原虫在高于40℃的环境中难以存活。
1.2 瘤胃内的pH 值：瘤胃内正常pH 值6.2-6.8, 为中性或弱酸性, 这个酸度恰好是瘤胃微生物存活的最佳条件, 同时对酸性或中性洗涤纤维的消化降解以及挥发性脂肪酸的形成有促进作用。
只有在这个范围内, 才能保证最高的采食量, 最佳的消化率, 瘤胃中产生乳酸的淀粉分解菌耐受pH 值不得超过5.5,但纤维分解菌在pH值6.0以下无法存活, 而最适纤维分解菌作用的条件则是pH值是6.4 时,可见pH值的高低严重影响到瘤胃内不同微生物种群的数量和比例,进而影响瘤胃发酵的发酵功能和饲料的消化率。
奶牛瘤胃微生物的研究进展
奶牛瘤胃微生物区系不是一出生就存在的，而随着
的微生物，这些微生物互相作用，维持奶牛的健康生 奶牛与外界环境的不断接触，经过对环境的适应，逐步 长。许多研究证实，奶牛不同的生理阶段其微生物的组 定植、存活和繁殖的[14]。在奶牛瘤胃中栖息的这些微生
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
成结构不同，这种微生物随奶牛生理状态变化而变化的 物具有种类多样性及相互作用复杂性的特点，对消化日 模式有助于维持奶牛的健康和产生性能[8~10]。另有研究 粮中的营养物质起主要作用。
到非常重要的作用，与产奶量呈显著正相关。 有研究表明，瘤胃微生物的组成与奶牛的饲料转化率
有关，这说明瘤胃微生物具有调控饲料转化率的功能[24]。 Li等[27]应用宏基因组技术检测高、低饲料转化率组牛的 瘤胃微生物组成和代谢通路，结果显示，低饲料转化 率组牛的瘤胃微生物的活动性比高饲料转化率组高。 Shabat等[28]测定了146头奶牛的生产性能、饲料转化率 以及瘤胃微生物组成，结果表明，瘤胃微生物丰度与饲 料转化率呈负相关关系，通过瘤胃微生物的种类可以预 测饲料转化率和生产性能，对微生物种类进行优化可以 提高奶牛对能量的利用率，减少甲烷的排放。Ross等[29] 也认为奶牛瘤胃微生物的变化与甲烷的排放相关。由此 可见，奶牛瘤胃微生物具有多种功能，在奶牛生长发育 以及生产性能的发挥中起着非常重要的作用，通过对瘤 胃微生物进行分析，不仅能反映奶牛机体状况，还有助 于为人类带来更多的畜产品资源，保护生态环境。
牛生产技术。
瘤胃微生物主要包括细菌、真菌、古菌和原虫四大 类，狭义上指的是细菌[15]。有研究指出，每克瘤胃内容 物约有1011个细菌，200个种类，纤毛虫104～106个，涵 盖24个属，厌氧真菌有102～104个，包括5个属[16]。瘤胃 微生物的组成在奶牛上研究较多，Jami等[17]对不同年龄
牦牛瘤胃不同生态位微生物群落结构与功能研究
牦牛瘤胃不同生态位微生物群落结构与功能研究牦牛瘤胃不同生态位微生物群落结构与功能研究摘要：牦牛是高寒地区主要的畜牧业生产动物之一，其瘤胃微生物在消化系统中发挥着重要的功能。
本研究旨在探究牦牛瘤胃不同生态位微生物群落的结构与功能。
通过采集牦牛瘤胃内容物样品，利用高通量测序技术对其进行分析，结果显示牛只的食性对其瘤胃微生物群落结构产生显著影响。
在不同生态位，瘤胃微生物的丰度、多样性和功能分布均存在差异，这种差异可能与牦牛的饲料类型和环境条件有关。
本研究为理解牦牛瘤胃微生物及其功能的多样性提供了重要参考。
引言：细菌、真菌和原生动物等微生物是瘤胃内的重要成分，对畜牧动物的消化和营养吸收起着重要的作用。
牦牛是高寒地区主要的畜牧业生产动物之一，其瘤胃微生物群落结构与功能对其生长发育和饲料利用效率具有重要影响。
然而，目前对牦牛瘤胃微生物的了解还相对有限。
因此，本研究以牦牛瘤胃不同生态位微生物群落的结构与功能为研究对象，旨在进一步揭示其多样性和功能特征。
材料与方法：本研究选取A、B和C三个不同生态位的牦牛，以便于对比分析其瘤胃微生物群落的差异。
从每个生态位选取三个牛只的瘤胃内容物，采用高通量测序方法对其进行16S rRNA基因和ITS基因的测序。
收集的数据经过初步质量控制后，进行OTU分析、Alpha多样性分析和Beta多样性分析，以及功能预测。
结果：在牦牛瘤胃不同生态位的微生物群落中，细菌是主要的成分，真菌和原生动物次之。
结果显示，牦牛不同生态位的瘤胃微生物群落丰度存在差异，以生态位A的牦牛的丰度最高，接下来是生态位B和C。
Alpha多样性分析结果显示，生态位A的瘤胃微生物群落具备最高的多样性，而生态位C的多样性最低。
此外，Beta多样性分析结果表明，不同生态位的瘤胃微生物群落在结构上存在显著差异。
功能预测结果显示，不同生态位的微生物群落功能差异较大，主要涉及碳水化合物代谢、脂肪酸代谢和氨基酸代谢等方面。
讨论：牦牛瘤胃微生物群落的结构和功能与牛只的饲料类型和环境条件密切相关。
瘤胃微生物研究进展
瘤胃微生物与瘤胃发酵调控研究进展一、国内研究进展1.植物提取物对瘤胃发酵调控的影响陆燕等(2009)综述了大蒜素及其抑菌机制，以及大蒜素对甲烷产量和瘤胃发酵的影响。
认为大蒜中活性物质能调控瘤胃发酵模式，可抑制瘤胃内甲烷生成，降低蛋白降解率，降低氨态氮浓度，保护过瘤胃蛋白。
与其他植物提取物相比，添加低浓度的大蒜素对饲料消化率的负面影响较小，具有很大的开发前景。
林波等（2009）综述认为植物提取物中的挥发油、皂苷、生物碱、萜类等化学物质具有抗菌、促生长、提高免疫力和抗氧化等功能。
并总结近年来研究发现，植物提取物还可以调控反刍动物瘤胃发酵模式，提高氮存留，减少甲烷排放的功能，因此，植物提取物作为调控反刍动物瘤胃发酵的一种重要添加剂得到了广泛的研究与应用。
目前国内外的学者已经在有效植物品种的筛选和植物提取物作用机理、剂量效应等方面的研究取得了较大进展。
文中就目前植物提取物对反刍动物瘤胃发酵调控的最新研究进展作一综述，为我国开展植物提取物作为反刍动物瘤胃发酵调控添加剂的研究提供参考。
李世霞(2009)以4只安装永久性瘤胃瘘管的徐淮山羊羯羊为试验动物，探讨银杏叶提取物对山羊瘤胃发酵参数、纤维降解及各血清指标的影响，旨在寻找一种新的瘤胃发酵调控剂。
研究结论如下：①以淀粉、酪蛋白和纤维素粉为底物，探讨银杏叶提取物对山羊瘤胃体外发酵的影响，发酵时间24h，银杏叶提取物可降低pH值、NH3-N浓度、原虫蛋白产量和乙丙比，提高发酵的产气量、乙酸、丙酸、丁酸、TVFA浓度和细菌蛋白产量；②以淀粉、酪蛋白和纤维素粉为底物，探讨银杏叶提取物对山羊瘤胃体外纤维降解的影响，随着银杏叶提取物添加量的增加，纤维素降解率呈上升趋势，添加量为1.2%时，纤维素降解率可达到55.30%；银杏叶提取物可提高滤纸纤维素酶、和木聚糖酶的活性，对木聚糖酶的影响最大；银杏叶提取物可增加产琥珀酸丝状杆菌、白色瘤胃球菌和黄色瘤胃球菌的数量；③通过体内试验得出：瘤胃发酵参数的结论与体外试验一致，本试验所设定的银杏叶提取物的添加范围对山羊各血清指标没有显著影响，此添加范围对山羊机体是安全的、可靠的。
瘤胃甲烷生成过程中微生物之间的相互关系
㊀
瘤胃甲烷生成过程中微生物之间的相互关系
周亚文㊀张玉杰㊀林㊀波㊀刘建新
（ 浙江大学奶业科学研究所， 杭州 ３ １ ０ ０ ２ ９ ）
摘㊀要：反刍动物瘤胃含有甲烷菌， 是主要的甲烷（ ｍｅ ｔ ｈ ａ ｎ ｅ ， Ｃ Ｈ ） 排放源， 甲烷菌利用饲料发酵 ４ 过程中生成的氢和 Ｃ Ｏ 在瘤胃功能性生态 ２ 作为主要的电子受体和供体通过还原反应生成甲烷， ｎ ｉ ｃ ｈ ｅ ） 中发挥重要作用。除甲烷菌以外， 其他瘤胃微生物也影响甲烷产量。瘤胃微生物总 生境（ 体来说可分为产氢微生物（ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｇ ｅ ｎ ｓ ） 和耗氢微生物（ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｎ ｏ ｔ ｒ ｏ ｐ ｈ ｓ ） ２大 类 。 本 文 从 这 ２ 大类微生物关系入手， 探讨了瘤胃产甲烷菌与非产甲 烷 菌 之 间 的 关 系， 重点关注了与降低甲烷 产量有关的微生物群体， 包括原虫、 纤维素降解微生物等产氢微生物和除甲烷菌以外的耗氢微 生物。 关键词：瘤胃； 甲烷生成； 氢代谢； 产氢微生物； 耗氢微生物 中图分类号： Ｓ ８ １ １ ． ６ ㊀㊀㊀文献标识码： Ａ㊀ ㊀ ㊀ 文 章 编 号 ： １ ０ ０ ６ ２ ６ ７ Ｘ（ ２ ０ １ １ ） ０ ４ ０ ５ ５ ６ ０ ７ ㊀㊀随着 全 球 气 候 变 暖 形 势 的 日 益 严 峻， 人们越 来越关注温室气体的排放问题。甲 烷 作 为 重 要 的 Ｏ２ 的 ２ ０ ３ ０倍 ， 温室气体之 一， 其温室效应是 Ｃ 据相关统 计， 畜牧业对全球温室效应的贡献率为 ９ ％ １ ８ ％
［ １ ０ ］
同样作用。目前有关每种原虫对 甲 烷 排 放 的 贡 献 率还 不 清 楚。 纤 维 素 分 解 原 虫 Ｐ ｏ ｌ ｙ ｐ ｌ ａ ｓ ｔ ｒ ｏ ｎ是 一 个 低 效 甲 烷 生 产 者， 而 Ｉ ． ｐ ｒ ｏ ｓ ｔ ｏ ｍ ａ甲 烷 生 产 能 力 较 高，Ｅ ｐ ｉ ｄ ｉ ｎ ｉ ｕ ｍ ｃ ａ ｕ ｄ ａ ｔ ｕ ｍ 则 介 于 二 者 之
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处于 动态 半衡 ，维 系 着机 体正 常 的生 长和 营养 。瘤
协 同叉制 约的动 态平衡 关 系。文章主要 论述 了瘤 胃内细菌 、真菌和原 虫的分类、存在形式及其在反 刍动物 中的应 用等 ，并 阐述 了瘤 胃微 生物之 间的相 互关系。
关键 词 ： 瘤 胃 ；微 生物 ；反 刍动 物 中 图 分 类 号 ：Ｑ ５ ：￥ ２ ． 文 献标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： １０ — ０ ４ ２ １ ）８ ０ ０ — ５ ９ ９ ８ ３８ ０ １ ０ ８ （０ １０ — ０ ９ ０
动 物 正 常 营 养 、生 理 和 防御 功 能 起 着 举 足 轻 重 的
动孢 子 数 则 在 １ ｌ ・ ～ ０～ ０个 ｍＬ 、噬菌 体数 量 在 １ ０～
ｌ。 ０微粒 ・ Ｌ 。 ｍ‘ …。瘤 胃内 的微 生 物种 群 与 反 动物 宿 主之 间 以及各 种 微 生物 之 间 （ 菌 与 原虫 、细 菌 细 种 问 ） 成 了一 个 复 杂 而完 善 的生 态 系统 ，保 证了 形
瘤 胃微 生 物 区 系是 寄 居 于 反 刍 动 物 瘤 胃 内 的
一
大 、相互 之 问仔 在着竞 争 和协 同 的复杂 关 系 ，但 是
这种 复 杂 的 、混 合 的微 生 态 区 系在 反 刍动物 瘤 胃内
个 复 杂 的微 生 物 群 落 。瘤 胃为 瘤 胃微 生 物 的生
存 和 繁 衍 提 供 持 续 而稳 定 的 环境 条 件 ，瘤 胃微 生
瘤 胃微生物区系及其相互关 系的研究进展
祁 茹 ，林 英庭 程 明 ，肖 宇 ，褚永康 ，
（青 岛 农 业 大 学 动 物 科 技 学 院 ， 山 东 青 岛 ２６０ ） ６ １９
Байду номын сангаас
摘
要 ： 反 刍动物 瘤 胃是 一 个 复 杂 的微 生态 系统 ，瘤 胃微 生物 与宿 主 之 间 、微 生物 与微 生物 之 间处 于 一种 既
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｑｒ ｓ Ｕｍ ｅ ｉｒ ｆ ａ ｓ ａ ｃ ｒ ｊ ｅ ｓ Ｏｎ ＲＵ ｅｎ Ｍ ｏ ｌ ａ ｎ ｏ Ｏｎ Ｋ ｎ Ｍ ｏｔ ｍ ｃ ｃｒ ｌ ０ｒ ｏｒ
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微生 物 与宿 主及 微生物 相互 问 的协 调稳 定 。
１ 细 菌
作用 。 瘤 胃微 生 态 区 系 的 微 生 物 种 类 繁 多 、数 量 巨
收稿 日期 ：２ ｌＯ — ０ Ｏｌ— ６ １
瘤 胃内细 菌 为专性 厌 氧菌 ，在 高粗料 日粮条件
胃微 生 物种 群 主要 由细 菌 、真 菌 、原虫 和 少量 噬菌 体组 成 。在 正常 饲养 条件 下 ，瘤 胃细 菌数 量 在 １ ０～ ｌ “ｆ ・ ，原虫 数量 在 １ １ ｆ ・ ，真 菌游 ０ ｕ ｍ ｃ ０～ ０ ｃ ｍ ｕ
之 问 的 数 量 比例 影 响 。 因此 ，瘤 胃微 生 物 （ 菌 、 细 真 菌 、原 虫 ） 是联 系 反 刍 动 物 和 日粮 的主 要 纽 带 ， 瘤 胃微 生 物 区 系在 反 刍动 物 营 养 物 质 代谢 方 面尤 其 是 粗 饲 料 利 用 力 面具 有 重 要 作 用 ，对 维 持 反 刍 ‘
Ｑ ｕ Ｌ Ｎ Ｙ ｎ ｔ ｇ， ＨＥ Ｇ Ｍｉｇ ＸＩ Ｙ ， ＨＵ Ｙ ｎ ｋ ｎ Ｉ ， Ｉ ｉｇｉ Ｃ Ｎ ｎ ， ＡＯ ｕ Ｃ ｏ ｇ ａ ｇ Ｒ ｎ
（ｎｔｕｅｏ Ａ ｉ ｌ ｃｅｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ， ｉｇ ａ ｇｉｕ ｕａ Ｕ ｉ ｒｉ ， ｉｇａ ６ ｜９ Ｓ ａｄ ｎ ｈｌ ） Ｉｓｉ ｔ ｆ ｎｍａ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎｌ ｙ Ｑｎ ｄｏＡ ｒ ｈ ｒ｜ ｎｖ ｓｙ Ｑ ｎｄ ｏ２ ６ ０ ， ｈ ｎ ｏ ｇＣ ｉａ ｔ Ｓ ｏ ｃ ｅ ｔ ｌ