小鼠和豬后腸微生物群落對兩種類型日糧纖維的響應規(guī)律研究

小鼠和豬后腸微生物群落對兩種類型日糧纖維的響應規(guī)律研究本研究首先以BALB/c小鼠為研究對象,在其飼糧中短期添加可溶性日糧纖維(solubledietaryfiber,SDF)燕麥β-葡聚糖、不可溶性日糧纖維(insolubledietaryfiber,IDF)微晶纖維素(MicrocrystallineCellulose,MCC)及二者混合物,考察這兩種類型日糧纖維(dietaryfiber,DF)對小鼠糞便和結腸微生物群落結構的影響,并探索小鼠后腸特異性利用兩種DF的核心菌群。其次以生長豬為研究對象,通過在體交叉試驗,探討豬后腸細菌和產甲烷菌群落分別對這兩種纖維的動態(tài)響應過程和潛在互作關系。試驗一高水平SDF和IDF對小鼠生長性能、器官指數及后腸微生物群落結構的影響采用單因子試驗設計,將36只6周齡健康BABL/c雄性小鼠(17.95±0.95g)按體重無差異原則隨機分為4組。對照組(C組)小鼠飼喂基礎飼糧,不額外添加DF;微晶纖維素組(MicrocrystallineCellulose,MCC;M組)飼糧中添加20%MCC(純度≥99%);β-葡聚糖組(G組)飼糧中添加28%燕麥β-葡聚糖(純度為70%);混合組(GM組)飼糧中添加14%燕麥β-葡聚糖和10%MCC。各組飼糧營養(yǎng)水平保持基本一致。試驗期為21天。結果表明:1.飼糧中添加高水平DF(絕對濃度約為20%)顯著降低小鼠平均日采食量(ADFI,P<0.01),表現為C組>1M組>GM組>G組;各組小鼠體增重差異不顯著(P>0.05)。GM組小鼠附睪脂肪墊重量顯著高于G組和M組小鼠(P<0.05);2.G組和GM組小鼠結腸食糜乙酸含量有高于M組和C組的趨勢(P<0.1),其中G組高于C組65%,高于GM組52%;G和GM組小鼠結腸中丙酸含量極顯著高于M組和C組(P<0.01),其中G組高于C組75%,高于GM組71%。4.PCR-DGGE(變性凝膠梯度電泳)分析結果表明,第4天,G組小鼠后腸細菌多樣性顯著低于C組(P<0.05);第7天,G組小鼠糞便細菌多樣性極顯著低于其他組(P<0.01);第10天,M組小鼠糞便細菌多樣性顯著高于G組和GM組(P<0.01);5.高通量測序結果表明,G組小鼠結腸食糜中Bacteroidetes門相對豐度顯著高于其余三組(P<0.01),M(P=0.03)和GM組(P=0.02)該菌相對豐度顯著高于C組(12.9±4.2%)。C組小鼠結腸食糜中Firmicutes門相對豐度最高(80.1±4.8%),G組小鼠結腸中該菌相對豐度(38.7±14.8%)極顯著低于其余組(P<0.01)。6.G組小鼠結腸中β-proteobacteria和γ-proteobacteria的相對豐度極顯著高于其余組(P<0.01),但δ-proteobacteria的相對豐度極顯著低于其余組(P<0.01)。G組小鼠結腸中Enterobacteriaceaae相對豐度極顯著高于其余組(P<0.01)。7.小鼠結腸中與SDF利用有關的菌群以Bacteroidsspp.、Oscillospiraspp.、Prevotellaspp.和Ruminococcusspp.為代表;與IDF利用有關的菌群以Oscillospiraspp.、Ruminococcusspp.、Desulfovibriospp.、Coprococcusspp.和Bacteroidesspp.為代表。8.qPCR分析表明,硫酸鹽還原菌(SRB)的數量在G組小鼠結腸中顯著低于其余組,而在M組和GM組小鼠結腸中最高(P<0.01),但4組小鼠結腸中產甲烷菌的mcrA基因絕對拷貝數無顯著差異(P>0.05)。結果提示:小鼠后腸存在特異性利用SDF和IDF的核心菌群;后腸細菌發(fā)酵SDF產生更多SCFAs(尤其是丙酸和乙酸),可能通過直接供能和糖異生途徑為機體平衡由采食量降低引起的體重和能量損失。試驗二豬后腸微生物群落對日糧纖維類型轉變的響應規(guī)律選擇16頭健康的DLY(杜洛克×長白×大約克)生長期閹公豬(40.38±1.19kg),按體重無差異原則隨機分為2組。正式試驗分為4個階段,第一階段為期1周,之后每個階段持續(xù)3周。DF添加物同試驗一。采用交叉試驗設計:第一階段所有豬只均飼喂基礎飼糧;第二階段處理1(T1)組飼糧中含7.14%燕麥β-葡聚糖,處理2(T2)組飼糧中含5%MCC;第三階段T1組飼糧中的燕麥β-葡聚糖替換為5%MCC,T2組飼糧中的MCC替換為7.14%燕麥β-葡聚糖;第三階段所有豬只均飼喂基礎飼糧。日糧中燕麥β-葡聚糖和MCC的絕對濃度為5%。在第二、三、四階段的第三周進行為期4天的消化試驗。所有飼糧營養(yǎng)水平保持基本一致。試驗期間每隔兩天采集一次直腸內容物,換料時連續(xù)采集三天直腸內容物。結果表明:1.T2組由IDF飼糧轉換為SDF飼糧后,試豬ADFI極顯著低于T1組(P<0.01)。2.纖維類型顯著影響粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash),粗纖維(CF)和酸性洗滌纖維(ADF)的表觀消化率。與采食IDF飼糧的豬只相比,采食SDF飼糧的豬只CP、EE、Ash表觀消化率顯著降低(P<0.05),且CF和ADF表觀消化率極顯著升高(P<0.01)。3.PCR-DGGE分析表明,豬后腸細菌對SDF和IDF兩種DF的實時動態(tài)響應過程呈現相反趨勢。采食含SDF飼糧的豬只后腸細菌多樣性呈降低趨勢,與第7天(Shannon指數為3.51±0.18)相比,第28天Shannon指數(3.32±0.09)顯著降低(P<0.01),β多樣性指數呈上升趨勢;采食含IDF飼糧的豬只后腸細菌多樣性呈上升趨勢,與第7天(3.25±0.08)相比,第28天Shannon指數(3.57±0.10)顯著升高(P<0.01),β多樣性指數呈下降趨勢。4.當飼糧纖維類型由IDF轉變?yōu)镾DF時,豬后腸細菌和產甲烷菌群落的響應更敏感,細菌多樣性出現明顯波動。第29、31、40和49天細菌Shannon指數分別為:3.62±0.12、3.12±0.09、3.47±0.06和3.15±0.09(P<0.01);產甲烷菌多樣性呈現明顯的先上升后下降趨勢,d29,d31,d43,d49Shannon指數分別為2.77±0.15、2.80±0.09、2.96±0.09和2.55±0.10(P<0.01)。5.高通量測序分析表明,采食含SDF飼糧的豬只后腸Firmicutes門細菌相對豐度從73%(d7)迅速升至82%(d8)之后逐漸降至68%(d22),Bacteroidetes相對豐度則表現出相反的變化趨勢:從17%(d7)迅速降低6%(d8),之后升至19%(d22)。采食含IDF飼糧的豬只后腸Firmicutes相對豐度則由81.99%(d7)降至63.33%(d22)然后略微回升(71.02%,d28)。6.LefSe(線性判別分析)結果表明,T1組第2階段豬后腸差異菌群分屬于Actinobacteria和Firmicutes門,且含有糖降解相關菌群,如Mitsuokella、Ruminococcaceae、Megasphaera等。T1組第3階段含有的差異菌群種類較多,分屬于Actinobacteria、Firmicutes、Proteobacteria和Bacteroidetes門,可鑒定的差異菌屬包含Sharpea、Epulopisium、Clostridium等。與其余時間點樣本相比,T1組第51天樣本(試驗第4階段)中含有的差異菌群種類最多,分屬于Lentisphaerae、Proteobacteria、Bacteroidetes、ProteobacteriaFirmicutes門;T2組試驗第2階段差異菌群分屬于Baacteroidetes、Firmicutes和Chlamydia門,第3階段差異菌群分屬于Firmicutes和Spirochaetes門,而在試驗第51天時,樣本中的差異菌群分屬于Proteobacteria、Lentisphaerae、Verrucomicrobia、Bacteroidetes和Firmicutes門。結果提示:豬后腸存在特異性利用SDF和IDF的菌群;當DF類型改變,與產甲烷菌相比,細菌群落結構變化更為劇烈;攝入SDF和IDF的先后順序明顯影響細菌和產甲烷菌群落結構;產甲烷菌群落結構的變化晚于細菌,暗示二者在不同類型DF的后腸發(fā)酵過程中存在復雜的交互飼喂關系;菌群結構的變化可