妊娠日粮中可溶性纤维对母猪妊娠期饱感和泌乳期采食量的影响及其作用机理研究

摘要

优化母猪泌乳期采食量是保证高效的母猪繁殖效率和提高猪场盈利水平的关键。母猪繁殖周期是一个相互联系，相互制约的整体过程。妊娠期营养摄入水平不仅影响仔猪初生窝重，而且影响泌乳期的采食量;而泌乳期营养摄入不足，则会影响母猪泌乳性能和母猪的再繁殖性能。由于母猪妊娠期能量摄入过高会降低泌乳期采食量。因此，妊娠期限饲是降低母猪能量摄入的有效途径，但是母猪限饲后饱感得不到满足，也会对繁殖性能产生负面影响。
　　已有研究表明，妊娠日粮添加纤维性原料不仅可以促进限饲母猪的饱感，还能提高泌乳期采食量，但不同来源的纤维原料添加效果很不一致，这可能与日粮纤维的理化特性和发酵性密切相关，但需要进一步证实。此外，日粮纤维调控母猪泌乳期采食量及繁殖性能的作用机理并不清楚。基于已有研究，在保持效果的基础上，研究廉价的纤维组合十分必要。
　　本研究围绕妊娠日粮中可溶性纤维促进母猪妊娠期饱感和提高泌乳期采食量的核心问题，结合体外发酵技术，研究了日粮纤维的发酵特性对母猪泌乳期采食量的影响。应用16S rDNA测序技术，以肠道菌群作为靶点，寻找日粮引起的肠道菌群结构变化与母猪胰岛素敏感性之间的关联，进一步阐明了日粮纤维调控母猪泌乳期采食量的机理。运用纤维原料协同增效的原理，筛选出与魔芋粉理化特性和发酵性一致的纤维组合，在大鼠模型中验证了其促进饱感和提高泌乳期采食量的效果。主要研究内容及结果如下:
　　第一部分主要研究了妊娠日粮中不同来源纤维性原料的发酵特性对母猪泌乳期采食量和繁殖性能的影响。配种后，选取90头经产长白母猪随机分为三组，即对照组，魔芋粉组和甜菜渣组。三种日粮等能等氮且不溶性纤维含量相同。其中两个试验组与对照组的可溶性纤维含量不同，但魔芋粉组和甜菜渣组可溶性纤维含量相同。母猪妊娠期限饲，泌乳期自由采食，试验周期为两个繁殖周期。妊娠日粮酶解后残渣，用体外发酵方法检测发酵过程中的产气量和短链脂肪酸的含量。记录或度量母猪采食量，繁殖性能及仔猪性能。主要结果如下:
　　1.日粮酶解后得到的残渣，通过体外发酵，显示魔芋粉组和甜菜渣组产气量显著高于对照组(P＜0.05)，魔芋粉组主要属于快速发酵部分，而甜菜渣组则属于慢速发酵部分。魔芋粉组产气过程中的(FRD0)1显著低于对照组和甜菜渣组(P＜0.05)。在快速发酵部分，魔芋粉组发酵所用(T1/2)1显著低于甜菜渣组(P＜0.05)，而对照组与甜菜渣组没有差异。魔芋粉组体外发酵产生的乙酸、丁酸和总短链脂肪酸显著地高于其它两组(P＜0.01)。
　　2.与对照组相比，在妊娠90天时，魔芋粉组母猪显著地提高了采食后4h血浆中乙酸、丙酸、丁酸及总酸的浓度(P＜0.05);同时显著地降低了血浆中游离脂肪酸的浓度。此外，魔芋粉组母猪显著地提高了胰岛素敏感指数(homestasis modelassessment-insulin sensitivity, HOMA-IS);显著地降低了胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)(P＜0.05)。甜菜渣组和对照组差异不显著。
　　3.与对照组相比，魔芋粉组母猪显著地提高了整个泌乳期的采食量，相应地，显著地提高了仔猪平均日增重及断奶窝重(P＜0.05)，而甜菜渣组并未出现同样的效果。
　　第二部分进一步研究了魔芋粉日粮对母猪肠道微生物、便秘、乳成分、泌乳期采食量及繁殖性能的影响。配种后，选取72头经产大白母猪随机分为两个组，即对照组和魔芋粉组。两种日粮等能等氮，不溶性纤维含量相同，而可溶性纤维含量不同。试验周期为连续两个繁殖周期。妊娠期限饲，泌乳期自由采食。分娩前后5天，记录母猪粪便形态并评分，同时记录母猪每天便秘情况。记录或度量母猪采食量，繁殖性能及仔猪性能。主要结果如下:
　　1.日粮处理对母猪体重、背膘、断奶至发情间隔、粪便含水量、初乳和常乳的乳脂、乳糖及总干物质以及免疫球蛋白没有影响。魔芋粉组母猪提高了分娩前1天，分娩后4天，5天的粪便评分(P＜0.05)，有降低便秘发生率的趋势(87.1％ vs69.2％，P=0.09)。魔芋粉日粮显著地提高了母猪初乳中的乳蛋白和去脂干物质(P＜0.05)。此外，魔芋粉组极显著提高了泌乳母猪产后4天粪便中乳酸杆菌(P＜0.001)的数量，并降低了产气荚膜梭菌的数量(P＜0.001)。
　　2.魔芋粉日粮显著地提高了母猪泌乳期采食量和仔猪平均日增重及断奶窝重(P＜0.05)。
　　第三部分应用16S rDNA测序技术探讨了魔芋粉日粮调控母猪肠道菌群对其泌乳期采食量及繁殖性能的机理。该研究的试验样品来源于第二部分的试验。于妊娠10天、60天、90天、109天、分娩当天、泌乳3天、7天、21天采食后2h采集血液测定氧化应激标志物，并在妊娠10天、109天、泌乳3天及7天餐前和采食后4h采集血液测定HOMA值、短链脂肪酸、游离脂肪酸及促炎因子。在妊娠109天和泌乳21天收集粪便并提取DNA进行16S rDNA测序，结合生物信息学分析，主要结果如下:
　　1.相对于妊娠前期，母猪血清中硫代巴比妥酸(thiobarbituric acid reactivesubstances，TBARS)，活性氧(reactive oxygen species，ROS)及8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-deoxyguanosine，8-OHdG）水平在妊娠后期，分娩当天，泌乳期显著上升(P＜0.05)。在分娩当天，魔芋粉组母猪显著地提高了血清中谷胱甘肽过氧化物酶(glutathione peroxidase，GSH-Px)的浓度，降低了ROS，8-OHdG的水平(P＜0.05)，有降低泌乳21天GSH-Px，泌乳3天ROS水平的趋势（P＜0.1）。
　　2.在妊娠109天采食后4h，魔芋粉组母猪显著地提高了血浆中乙酸、丁酸及总酸的浓度（P＜0.05），相反地，显著地降低了血浆中游离脂肪酸的浓度(P＜0.05)。同时，魔芋粉组降低了母猪妊娠109天血清中TNF-α的水平(P＜0.05)。相对于妊娠前期，泌乳期母猪胰岛素敏感性降低（P＜0.05）。饲喂魔芋粉日粮母猪降低了HOMA-IR值，升高了HOMA-IS值(P＜0.05)。
　　3.收集40个母猪粪样通过RDP数据库共比对到28个门，其中占总操作分类单元(operational taxonomic unit，OTU)1％的有9个门。厚壁菌门为第一优势门(38.69％)，依次为蛋白菌门(17.12％)拟杆菌门(16.95％)。母猪饲喂魔芋粉日粮显著地提高了厚壁菌门，降低了拟杆菌门的丰度(P＜0.0001)。母猪饲喂魔芋粉日粮显著地提高了罗氏菌属（Roseburia），瘤胃球菌属（Ruminococcus），乳酸杆菌（Lactobacillus）及Akkermansia（P＜0.0001）的丰度;显著地降低了普氏菌属(Prevotella)，拟杆菌属（Bacteroides）和绿弯菌属（Chloroflexi）的丰度(P＜0.0001)。
　　4.主坐标分析显示泌乳期母猪聚集较好，个体间离散程度较小;而妊娠母猪分布较散，个体间离散程度大，这提示着妊娠母猪微生物菌群结构差异大，意味着妊娠日粮处理对母猪肠道微生物群落结构有显著影响。
　　5.将关键肠道菌群与母猪代谢指标进行相关性分析发现结果显示Akkermansia丰度与HOMA-IR呈显著负相关（r=-0.61，P＜0.05），与HOMA-IS（r=0.63，P＜0.05）和乙酸（r=0.62，P＜0.05）呈显著正相关。Clostridium-Ⅺ与8-OHdG呈显著负相关（r=-0.74，P＜0.05）。Bacteroides与丁酸（r=0.64，P＜0.05）和总SCFA（r=0.73，P＜0.05）呈显著正相关，与FFA呈显著负相关（r=-0.64，P＜0.05）。初乳中IgG分别与Roseburia（r=0.80，P＜0.05）和Blautia（r=0.84，P＜0.05）呈显著正相关。
　　第四部分应用纤维原料协同增效原理，筛选出与魔芋粉理化特性和发酵性一致的纤维组合添加到大鼠日粮，研究了纤维的水合特性和发酵性调控饱感的效果及其可能作用机理。32只SD大鼠随机分到四个日粮处理:分别为对照组，魔芋粉组，纤维组合1及纤维组合2。日粮的水结合力和吸水膨胀力依次为纤维组合1＞魔芋粉组＞纤维组合2＞对照组。测定了胃肠道食糜的理化性质以及盲肠内容物的发酵性，通过饱感行为学，餐模式分析评估了纤维对大鼠饱腹感和饱感的影响。主要研究结果如下:
　　1.日粮处理对大鼠体重及体增重没有影响。纤维组合1和魔芋粉组显著地降低了大鼠平均日采食量和累积采食量（P＜0.05）。
　　2.通过饱感行为学观察发现，与对照组相比，纤维组合1和魔芋粉组显著地降低了采食时间(P＜0.05)，促进了饱感转折点的出现，降低了1h累积采食量(P＜0.05)。在餐模式分析中，与对照组相比，尽管日粮处理对采食速率，每餐采食量及每餐采食持续时间没有影响，纤维组合1和魔芋粉组通过显著地降低采食次数，延长采食间隔(P＜0.05)，从而降低了全天采食量(P＜0.05)。
　　3.尽管结肠重量在四个组之间没有差异。但与对照组相比，纤维组合1和魔芋粉组显著地提高了盲肠内容物含水量(P＜0.05)，从而显著提高盲肠新鲜食糜重量（P＜0.05）。此外，与对照组相比，纤维组合1和魔芋粉组显著提高了胃食糜水结合力及吸水膨胀力（P＜0.05）。值得注意的是，胃食糜水结合力(r=-0.44，P＜0.05)和吸水膨胀力（r=-0.37，P＜0.05）分别与大鼠平均日采食量呈显著负相关。与对照组相比，纤维组合1和魔芋粉组有降低胃食糜滞留时间的趋势(P=0.09)。纤维组合1、魔芋粉组及纤维组合2组显著地提高了丙酸的浓度(P＜0.05)，魔芋粉组显著地提高了总酸的浓度(P＜0.05)。日粮处理对血液中饱感激素(GLP-1，PYY)及回肠末端组织饱感基因(GLP-1，PYY)表达量没有影响。
　　第五部分研究了母鼠妊娠日粮中纤维组合的水合特性和发酵性对泌乳期采食量的影响及其可能作用机理。48只SD雌鼠随机分配到四个日粮处理:分别为对照组，魔芋粉组，纤维组合1及纤维组合2。日粮的水结合力和吸水膨胀力依次为纤维组合1＞魔芋粉组＞纤维组合2＞对照组。通过葡萄糖耐受试验（Glucose tolerance test，GTT)和胰岛素耐受试验(Insulin tolerance test, ITT)评估了日粮纤维对妊娠母鼠胰岛素敏感性的影响。主要研究结果如下:
　　1.日粮处理对母鼠体重没有影响。与对照组相比，纤维组合1显著提高了泌乳13、15、16、17和18天的采食量(P＜0.05)，相应地，纤维组合1显著提高了仔鼠1-21天平均日增重及21天窝重(P＜0.05)。魔芋粉组和纤维组合2提高了仔鼠平均日增重，但差异不显著。
　　2.尽管血糖浓度在ITT没有变化，然而在GTT中，与对照组相比，魔芋粉组和纤维组合1有降低葡萄糖注射后15min(P=0.05)，30min（P=0.06），60min(P=0.14)，90min(P=0.11)及120min(P=0.11)的血糖浓度的趋势，并且显著降低了血糖AUC的面积(P＜0.05)。相对于对照组，尽管空腹血糖，胰岛素水平没有变化，但魔芋粉组和纤维组合1显著地降低了HOMA-IR值。
　　本研究的主要结论为:
　　1.妊娠日粮添加魔芋粉提高了母猪泌乳期采食量，改善了仔猪生长性能。其可能机理是:一方面，快速发酵的魔芋粉日粮升高了母猪血液中SCFAs的浓度，降低了FFA的浓度，从而改善了母猪妊娠后期和泌乳前期的胰岛素敏感性;另一方面，魔芋粉日粮的发酵特性改变了母猪肠道菌群的结构，提高了与胰岛素敏感性相关的菌群的丰度，降低了氧化应激及促炎因子水平，进而改善了母猪胰岛素敏感性。
　　2.体外筛选与魔芋粉具有类似性质的纤维组合，通过改变大鼠食糜水合特性，促进盲肠发酵产生SCFAs，降低了采食行为时间，促进了大鼠饱感。

目录

声明

摘要

缩略语表

第一章 文献综述

1 前言

2 母猪繁殖性能及其影响因素

2．1 母猪繁殖性能现状

2．2 影响母猪繁殖性能的因素

3 采食量与母猪繁殖性能的关系

3．1 妊娠期营养摄入与母猪繁殖性能

3．2 泌乳期采食量与母猪繁殖性能

4 采食量的调控机理

4．1 胃肠激素及肠-脑轴信号调控动物采食量

4．2 中枢神经系统整合胰岛素信号调控动物采食量

4．3 母体胰岛素抵抗形成与泌乳期采食量的关系

5 纤维营养

5．1 日粮纤维的定义及分析方法

5．2 纤维的理化-l生质

5．3 纤维原料理化性质的协同增效

5．4 纤维的营养学功能

6 16S rDNA高通量测序对肠道微生物研究的应用

7 研究目的与意义

第二章 妊娠日粮中可溶性纤维的发酵特性对母猪泌乳期采食量及繁殖性能的影响

1 前言

2 材料与方法

2．1 试验动物及分组

2．2 试验日粮

2．3 饲养管理

2．4 妊娠日粮体外发酵及SCF'As分析

2．5 母猪及仔猪性能测定及记录

2．6 血液样品

2．7 实验室分析

2．8 数据处理及统计

3 结果与分析

3．1 繁殖周期母猪样本数统计

3．2 体外发酵妊娠日粮的产气动力学参数及SCFAs

3．3 血液中SCFAs，FFA及HOMA值

3．4 母猪性能

3．5 仔猪性能

4 讨论

第三章 妊娠日粮添加魔芋粉对母猪便秘、乳成分、泌乳期采食量及繁殖性能的影响

1 前言

2 材料与方法

2．1 试验动物及分组

2．2 试验日粮

2．3 饲养管理

2．4 母猪及仔猪性能测定及记录

2．5 母猪便秘记录

2．6 血液中免疫球蛋白，乳成分常规营养成分及免疫球蛋白分析

2．7 数据处理及统计

3 结果与分析

3．1 母猪肠道特异性菌群、粪便评分、粪便含水量及便秘

3．2 血清免疫球蛋白、乳成分分析

3．3 母猪体重背膘及泌乳期采食量

3．4 仔猪性能

4 讨论

第四章 魔芋粉日粮调控母猪肠道菌群结构对泌乳期采食量及繁殖性能的机理研究

1 前言

2 材料与方法

2．1 试验动物及分组

2．2 试验日粮

2．3 血液样品采集及指标分析

2．4 微生物16SrDNA测序

2．5 数据统计分析

3 结果与分析

3．1 魔芋粉日粮对母猪血清中氧化应激标志物的影响

3．2 魔芋粉日粮对母猪血浆中SCFAs、FFA、TNF-α、IL-6及HOMA值的影响

3．3 单个样品复杂度分析(α-多样性分析)

3．4 OTU分类学统计及多样性分析

3．5 菌群分布比较

3．6 主坐标及聚类分析

3．7 关键肠道菌群与母猪代谢指标相关性分析

4 讨论

第五章 纤维组合对大鼠饱感及采食量的调控机理研究

1 前言

2 材料与方法

2．1 试验动物及日粮

2．2 饱感行为学观察

2．3 餐模式分析

2．4 样品收集

2．5 实验室分析

2．6 数据处理及统计

3 结果与分析

3．1 大鼠采食量及体重变化

3．2 饱感行为学观察

3．3 餐模式分析

3．4 消化道及其内容物重量，盲肠内容物含水量

3．5 胃、小肠食糜理化特·l生及滞留时间

3．6 盲肠内容物发酵产SCFAs、饱感激素及饱感基因的表达量

4 讨论

第六章 纤维组合对母体胰岛素敏感性，泌乳期采食量及其后代生长的影响

1 前言

2 材料与方法

2．1 试验动物及日粮

2．2 母鼠的繁殖成绩及仔鼠的生长速度

2．3 葡萄糖耐受试验和胰岛素耐受试验

2．4 数据处理及统计

3 结果与分析

3．1 母鼠体重及采食量

3．2 母鼠繁殖成绩及仔鼠生长速度

3．3 葡萄糖耐受和胰岛素敏感性

4 讨论

第七章 总体讨论和结语

1 总体讨论

2 研究结论

3 创新点

4 研究不足之处与展望

参考文献

研究生期间发表的主要论文

致谢