瘤胃微生物在木质纤维素价值化利用的研究进展

瘤胃是反刍动物消化的第一个腔室，各种微生物（细菌、真菌和原生动物）相互作用将木质纤维素植物生物降解为易于代谢的化合物。瘤胃也是目前自然界公认的木质纤维素高效降解和利用的天然反应器，其真菌和细菌可分泌多种木质纤维素降解酶，在木质纤维素生产生物燃料和化学用品方面具有潜在的价值。因此，本研究在瘤胃内木质纤维降解的微生物及其降解木质纤维素相关酶的基础上，重点综述了瘤胃微生物在木质纤维素生物转化为乙醇、生物化学（有机酸）及沼气等方面的研究进展，旨在为瘤胃微生物和瘤胃酶在木质纤维素价值化利用方面的研究和应用提供新的方法和思路。     

牦牛瘤胃微生物抗生素抗性基因对3种外源性刺激因子的响应

通过给牦牛投喂硫酸头孢喹肟(CEF)、盐酸二氟沙星(DIF)和黄曲霉毒素B1(AFB1),并进行瘤胃微生物宏基因组测序,旨在揭示这3种外源性刺激因子对抗生素抗性基因(ARGs)种类、抗性类型、抗性机制等的影响,对于深入研究微生物抗性组特征和抗性机制具有重要价值。选取15头牦牛,随机分5组。Cef组和Dif组分别根据说明书推荐剂量按体重计算、灌服CEF 1 mg·kg^-1和DIF 1 mL·kg^-1;E1组和E2组分别按采食量投喂AFB120、60μg·kg^-1;C组为对照组。处理7 d后,采集瘤胃液,提取DNA,Illumina HiSeq测序,对reads counts进行标准化得到TPM值,并进行方差分析。结果显示,对照组共获得132种ARGs,分属30种抗性类型,其中,四环素类tetQ和tetW基因丰度较高;Cef组tetW基因丰度增加(P<0.05),Dif组tetQ丰度增加(P<0.05);Cef组四环素类和头孢菌素类抗性基因丰度增加(P<0.05),Dif组四环素类和氨基香豆素类抗性基因丰度增加(P<0.05),E1组氨基香豆素和青霉烯类抗性基因丰度增加(P<0.05),E2组青霉烯类、头孢菌素类等9类抗性基因丰度均增多(P<0.05);Dif组Erm基因23S核糖体RNA甲基转移酶丰度增加(P<0.05),E2组中ATP结合盒超家族等3种抗性机制相关基因的丰度增加(P<0.05);3种因子均显著增加四环素类ARGs宿主的种类。结论:瘤胃是蕴含丰富ARGs的储藏库,其中,四环素类抗生素抗性基因tetQ和tetW是主要的ARGs。不仅CEF和DIF使部分ARGs的种类、抗性类型以及耐药机制相关酶等的丰度升高,增加瘤胃微生物的耐药性,而且AFB1也具有类似作用,且高剂量AFB1对抗性类型的影响范围较抗生素大。这3种因子还导致携带四环素类ARGs宿主微生物的种类数量增加,从而强化横向转移机制,加快ARGs传播,增强微生物对四环素类的耐药性。     

全混合颗粒料中添加不同类型蛋氨酸对湖羊生长性能及血清生化指标的影响

本试验旨在研究在湖羊全混合颗粒料中添加不同类型蛋氨酸(蛋氨酸钙盐与蛋氨酸羟基类似物异丙酯)对湖羊生长性能及血清生化指标、抗氧化指标和激素含量的影响。选取体重为(19.99±2.04) kg的健康湖羊72只,随机分为3组:对照组、试验Ⅰ组(在基础饲粮中添加1.5 kg/t蛋氨酸钙盐)和试验Ⅱ组(在基础饲粮中添加1.5 kg/t蛋氨酸羟基类似物异丙酯),每组6个重复,每个重复4只(公母各占1/2)。预试期7 d,正试期80 d。结果表明:1)与对照组相比,试验Ⅰ组、试验Ⅱ组总增重、平均日增重均有上升的趋势,其中试验Ⅰ组总增重提高了12.8%(P>0.05),试验Ⅱ组总增重提高了3.1%(P>0.05);料重比方面,试验Ⅰ组、试验Ⅱ组均有下降的趋势,其中试验Ⅰ组下降了12.2%(P>0.05),试验Ⅱ组下降了3.6%(P>0.05)。2)试验Ⅱ组血清甘油三酯(TG)、总胆固醇(TCH)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)、总蛋白(TP)含量显著高于对照组和试验Ⅰ组(P <0.05)。3)血清抗氧化指标及激素含量各组之间无显著差异(P>0.05)。综上所述,全混合颗粒料中添加蛋氨酸羟基类似物异丙酯及蛋氨酸钙盐具有提高肉羊生长速度、降低料重比的趋势,同时影响部分血清生化指标,但对血清抗氧化指标及激素含量无显著影响。     

Effects of dietary supplementing tannic acid in the ration of beef cattle on rumen fermentation,methane emission,microbial flora and nutrient digestibility

Four adult Simmental male cattle (376 ± 9.0 kg initial BW), fitted with permanent rumen cannulas, were used in a 4 × 4 Latin square design to investigate the effects of dietary supplementing tannic acid (TA) on rumen fermentation, methane (CH₄) production, rumen microbes, nutrient digestibility and plasma biochemical parameters. Four levels of TA, that is 0, 6.5, 13.0 or 26.0 g/kg dry matter (DM), were added to the basal ration (composed of corn silage and concentrate mixture) as experimental treatments respectively. Each experimental period consisted of a 12‐day adaptation phase followed by a 3‐day sampling phase. The results showed that supplementing TA at 26.0 g/kg DM decreased the relative abundance of protozoa, methanogens and Ruminococcus albus to the total ruminal bacterial 16S rDNA in beef cattle (p < 0.05). The results also showed that supplementing TA at 6.5, 13.0 or 26.0 g/kg DM decreased (p < 0.01) the CH₄ production (l/kg DM intake) by 11.1%, 14.7% and 33.6% respectively. Supplementing TA at 13.0 or 26.0 g/kg DM decreased the ratio of acetate to propionate and ammonia nitrogen (NH₃–N) (p < 0.05) and tended to decrease the total volatile fatty acid (VFA) concentration of rumen fluid (p = 0.07). Supplementing TA at 26.0 g/kg DM decreased DM and organic matter (OM) digestibility (p < 0.05), supplementing TA at 6.5, 13.0 or 26.0 g/kg DM decreased (p < 0.01) crude protein (CP) digestibility by 5.0%, 8.6% and 15.7%, respectively, and supplementing TA at 6.5, 13.0 or 26.0 g/kg DM increased (p < 0.05) the plasma total antioxidant capability. It was concluded that supplementing TA in the ration of beef cattle decreased the CH₄ production and digestibility of CP of beef cattle. Supplementing TA could be an effective option to mitigate CH₄ emission form cattle, further research is necessary to study the effects of TA on the performance of cattle.     

SCFAs对奶牛瘤胃上皮细胞Ca2+信号通路相关基因表达的影响

为探究短链脂肪酸(SCFAs)对奶牛瘤胃上皮细胞(BRECs)Ca~(2+)信号通路相关基因表达的影响,试验分为3个处理组,分别为野生型BRECs组,含20mmol/L SCFAs BRECs组,含20mmol/L SCFAs且通过CRISPR/Cas 9系统敲除GPR41基因的BRECs组,每个处理组3个重复,每组细胞均培养24h后,收集细胞提取总RNA,通过qRT-PCR对Ca~(2+)信号通路相关基因的mRNA表达量和细胞内Ca~(2+)浓度进行测定。结果表明,与野生型BRECs相比,添加20mmol/L SCFAs可极显著增加PLCB2的mRNA表达量(P0.01),显著增加IP3R1的mRNA表达量(P0.05),对PLCE1、PLCL1、PKCB和PKCG的mRNA表达量无显著差异(P0.05),可增加细胞内Ca~(2+)浓度但无显著差异(P0.05);敲除SCFAs的受体GPR41后,添加20 mmol/L SCFAs可显著降低IP3R1的mRNA表达量(P0.05),极显著上调PLCE1和PLCB2的mRNA表达量(P0.01),但对PLCL1、PKCB和PKCG的mRNA表达量无显著影响(P0.05),细胞内Ca~(2+)浓度有降低趋势但无显著差异(P0.05)。综上,SCFAs可以通过激活其受体GPR41来调控BRECs内Ca~(2+)信号通路中相关基因的表达和细胞内Ca~(2+)的释放。     

Impact of Pediococcus pentosaceus and Pichia anomala in combination with chitinase on the preservation of high‐moisture alfalfa hay

This study assessed the effects of applying Pediococcus pentosaceus (PED) or Pichia anomala (PIC) in combination with chitinase (CH) on the conservation characteristics and rumen digestibility of large round‐bale high‐moisture alfalfa hay (HMH). Alfalfa was wilted in the field to 23%–27% moisture and baled without (Control) or with PED + CH, PIC + CH and propionic acid (PA). The study was repeated yearly from 2012 to 2014. The PED + CH‐treated HMH had the numerically lowest high degree day (bale internal temperature >30°C) in all 3 years, which was less (p < .05) than Control HMH and PA in 2012. Treatments had no effect on pH, but mixed effects on chemical and microbial compositions across 3 years. The PED + CH treatment had the highest water‐soluble carbohydrate (WSC) content (p < .05) in 2012 and 2014, whereas PA treatment had the lowest (p < .05) WSC in these years. Total bacteria were decreased (p < .001) by PIC + CH and PED + CH in 2012 only. The PED + CH treatment had greater (p < .01) soluble fraction of dry matter (DM) than Control HMH and PA in both 2012 and 2014, but treatments did not affect the potential degradable fraction of DM. The PED + CH and PIC + CH treatments increased (p < .01) in situ neutral detergent fibre digestibility after 6, 24 and 96 hr of ruminal incubation in 2012 but not in 2014. Combinations of P. pentosaceus or P. anomala with chitinase have potential as high‐moisture hay inoculants to reduce microbial spoilage and to increase fibre digestibility.     

饲粮添加酿酒酵母和地衣芽孢杆菌对绵羊生长性能与瘤胃发酵的影响

【目的】研究饲粮中添加酿酒酵母和地衣芽孢杆菌对绵羊生长性能和瘤胃发酵的影响,为酿酒酵母和地衣芽孢杆菌在肉羊饲粮中的合理应用提供理论依据。【方法】试验选用48只4月龄、体重相近（22.96±2.00）kg、健康的杜泊×小尾寒羊杂交F₁代公羔,根据饲喂添加剂不同随机分为4组：D（对照组,两种菌均不添加）;D1（酿酒酵母,6×10¹⁰CFU/kg）;D2（地衣芽孢杆菌,2×10¹⁰CFU/kg）;D3（酿酒酵母6×10¹⁰CFU/kg+地衣芽孢杆菌2×10¹⁰CFU/kg）,每组12只羊,试验期共75 d,前15 d为适应期,正饲期60d。试验羊每天分别于08:00和18:00进行饲喂,自由采食和饮水。正饲期内每天准确称量记录每只试验羊的喂料量和剩料量,并在第1、30、60 天晨饲前对试验羊进行称重,计算平均日采食量、平均日增重（ADG）及料重比（F/G）。试验结束当天08：00正常饲喂试验羊,3 h后采集瘤胃液,测定发酵参数、消化酶活性以及功能微生物。【结果】1）饲粮中添加酿酒酵母和地衣芽孢杆菌对试验羊的初始体重和终末体重及平均采食量的影响均不显著（P>0.05）,D3组的ADG显著高于D组（P<0.05）,D3组的F/G显著低于D组（P<0.05）,D1和D2组的F/G差异不显著（P>0.05）;2）饲粮中添加酿酒酵母和地衣芽孢杆菌对瘤胃液pH、丁酸浓度及乙丙比的影响均不显著（P>0.05）,D3组的NH₃-N浓度显著低于D组（P<0.05）,TVFA和丙酸浓度显著高于D组（P<0.05）,且D3组与D1和D2组均差异不显著（P>0.05）,D3和D2组的乙酸浓度显著高于D1与D组（P<0.05）;3）D3组的β-葡萄糖苷酶、羟甲基纤维素酶、木聚糖酶及淀粉酶活性均显著高于其他3组（P<0.05）。D1和D2组的β-葡萄糖苷酶、果胶酶、羟甲基纤维素酶及淀粉酶活性与D组无显著差异（P>0.05）。D3组蛋白酶活性显著高于D和D2组（P<0.05）,与D1组差异不显著（P>0.05）,D1和D2组的β-葡萄糖苷酶、果胶酶、羟甲基纤维素酶、木聚糖酶、蛋白酶及淀粉酶活性均差异不显著（P>0.05）;4）添加酿酒酵母和地衣芽孢杆菌对黄色瘤胃球菌、栖瘤胃普雷沃氏菌、嗜淀粉瘤胃杆菌和原虫数量的影响不显著（P>0.05）,D3组的溶纤维丁酸弧菌数显著高于其他3组（P<0.05）,白色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌显著高于D组（P<0.05）,但与D1和D2组差异不显著（P>0.05）。与对照组相比,试验组产甲烷菌数量显著降低（P<0.05）,其中D3组最低。【结论】饲粮中添加6×10¹⁰CFU/kg酿酒酵母和2×10¹⁰CFU/kg地衣芽孢杆菌均会对绵羊瘤胃发酵产生积极影响,提高了瘤胃消化酶的活性,增加了瘤胃有益菌的数量,且二者组合饲喂效果更加显著。     

甘露寡糖添加方式对哺乳期犊牛瘤胃细菌菌群结构的影响

为利用16S rDNA技术研究甘露寡糖不同添加方式对哺乳期犊牛瘤胃细菌菌群结构影响,本研究选用出生日龄一致、体重接近、健康状况良好的荷斯坦公犊牛20头,随机分为4组。CR组为对照组,饮用乳及开食料中均不添加甘露寡糖;ORa组在饮用乳中添加5 g甘露寡糖,开食料中不添加甘露寡糖;ORb组在开食料中添加5 g甘露寡糖,饮用乳中不添加甘露寡糖;ORc组在饮用乳及开食料中各添加2.5 g甘露寡糖(混合添加)。应用16S rDNA测序技术,研究了甘露寡糖添加方式对犊牛瘤胃细菌构建的影响。结果表明:甘露寡糖添加方式会影响哺乳期犊牛瘤胃细菌总数,但对哺乳期犊牛瘤胃细菌菌群多样性未产生显著影响(P>0.05)。在门水平上,与对照组相比,ORb组颗粒料中添加甘露寡糖显著降低了厚壁菌门与放线菌门的丰度(P<0.05),极显著提高了变形菌门的丰度(P<0.01),优势菌门增加为3种,分别为拟杆菌门、厚壁菌门与变形菌门。在属水平上,甘露寡糖不同添加方式导致哺乳期犊牛瘤胃细菌菌群结发生了改变,其中甘露寡糖不同添加方式对小杆菌属和脱硫弧菌属在瘤胃内丰度均产生了影响,但对ORa组与ORc组犊牛瘤胃细菌影响不及ORb组;且ORb组犊牛瘤胃细菌功能性菌属普雷沃氏-7属、氨基酸球菌属、优杆菌属和琥珀酸弧菌等均发生显著变化。基于以上结果,得出如下结论:本研究条件下,甘露寡糖添加方式对哺乳期犊牛瘤胃细菌菌群多样性未产生显著影响(P>0.05),但开食料中寡糖添加方式对菌群结构产生部分影响,其中发挥瘤胃蛋白降解作用和淀粉降解作用的琥珀酸弧菌科-UCG-001属、利用乳酸的新月形单胞菌属丰度极显著提高(P<0.01),而利用乳糖的优杆菌属丰度显著降低,降解半纤维素的小杆菌属丰度极显著降低(P<0.01)。     

微生物菌群培养组学在动物医学中的应用

实验室条件下可培养的微生物约占自然界中微生物总数的1%，这限制了人们对99%未知微生物的认识和利用，而研究表明，那些“不可培养的微生物”是可以被开发和利用的，未能被纯培养的微生物才是未知微生物的主体。微生物培养组学探索利用多种培养条件和长时间的培养，结合基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI-TOF-MS）和16S核糖体RNA（rRNA）测序可以大规模鉴定各种微生物，同时利用全基因组测序和宏基因组测序手段对未知微生物进行深入分析。本文综述了国内外近年来微生物菌群培养组学在反刍动物胃肠道、禽类盲肠及家畜鼻腔微生物菌群研究中的最新进展，探讨将动物体内菌群培养组学方法应用于动物疾病防治领域的可行性。作为一个新兴的研究方法，尽管该培养组学还存在一些不够成熟的方面，但它的发展前景十分广阔，微生物菌群培养组学方法和其他研究方法的互补已经逐渐成为发展兽医微生物学新的突破口。     

包膜甜菜碱与有机铬复合物对夏季奶牛产奶性能和血液生化指标的影响

旨在研究包膜甜菜碱和有机铬复合物对夏季奶牛产奶性能和血液生化指标的影响。选择年龄、胎次、泌乳时间和产奶量相近100头泌乳牛,随机分为对照组和试验组,每组50头,对照组饲喂原奶牛场配方日粮,试验组在每天早晨TMR日粮中添加50 g/d包膜甜菜碱和有机铬复合物。结果:与对照组相比,试验组奶牛采食量显著提高(P<0.05),牛奶中体细胞含量显著降低(P<0.05);奶牛乳酸脱氢酶(LDH)含量显著提高(P<0.05);磷酸肌酸激酶(CPK)含量显著降低(P<0.01),谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)、超氧化物歧化酶(SOD)含量有上升趋势,丙二醛(MDA)、碱性磷酸酶(ALP)含量有下降趋势,但差异均不显著。试验表明包膜甜菜碱和有机铬具有提高热应激期奶牛采食量、促进代谢和蛋白质合成、缓解奶牛热应激的作用。