植物精油对断奶仔猪生产性能、肠道菌群及其代谢影响的研究

摘要

植物精油是从植物中萃取的挥发性芳香物质，它具有体外抗菌、抗病毒活性，可调节畜禽免疫功能，被认为是一种潜在的抗生素替代物，但其对肠道菌群结构和功能的影响及作用机理尚不清楚。本研究以“杜×长×大”三元杂交断奶仔猪为试验对象，研究植物精油对其生产性能、肠道形态的影响，并运用qPCR和Western blot技术检测空肠粘膜紧密连接蛋白表达的变化，采用16S rDNA测序和基于GC-MS的代谢组学技术联合分析，探讨其对肠道菌群及其代谢组的影响，旨在阐明植物精油如何通过改变肠道菌群发挥作用，为其在畜牧业中的应用提供科学依据。
　　选择体重为7.30kg左右“杜×长×大”三元杂交28日龄断奶仔猪144头，按体重相近原则随机分为3组，每组3个重复，每个重复16头。对照组饲喂玉米豆粕型基础日粮，试验组在基础日粮基础上分别添加100mg/kg金霉素、500mg/kg植物精油。试验期37天。饲养试验结束后，每组随机选6头（每个重复两头），共18头进行屠宰试验，采集血清、肠粘膜和肠道内容物等样品进行相关指标测定。主要研究结果如下:
　　1.生产性能
　　与对照组相比，植物精油组断奶仔猪日增重提高了16.9％(P＜0.05)，料重比降低了6.1％（P＜0.05），腹泻率降低了37.3％（P＜0.05），与金霉素组相比无明显差异（P＞0.05）。
　　2.肠道形态
　　与对照组相比，植物精油组小肠绒毛高度和绒隐比显著提高(P＜0.05)，隐窝深度差异不显著(P＞0.05)，与金霉素组相比无显著差异(P＞0.05);扫描电镜下植物精油组和金霉素组空肠绒毛排列紧密，表面光滑平整，而对照组空肠绒毛表面存在破损现象;透射电镜下植物精油组和金霉素组空肠微绒毛均比对照组长而致密;植物精油组空肠粘膜紧密连接蛋白ZO-1和Occludin mRNA和蛋白表达与对照组相比均显著提高(P＜0.05)，与金霉素组相比差异不显著（P＞0.05）。
　　3.血清抗氧化和生化指标
　　与对照组相比，植物精油组血清总抗氧化能力(T-AOC)、总超氧化物歧化酶(T-SOD)和谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性均显著提高(P＜0.05)，丙二醛(MDA)含量显著降低（P＜0.05），与金霉素组相比差异不显著（P＞0.05）。与对照组相比，植物精油组血清总蛋白(TP)含量和碱性磷酸酶(AKP)活性均显著提高(P＜0.05)，尿素氮(BUN)含量显著降低(P＜0.05)，谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性无显著差异(P＞0.05)，与金霉素组相比差异不显著（P＞0.05）。
　　4.肠道菌群
　　α多样性:植物精油组肠道菌群多样性与对照组相比无明显差异。
　　菌群结构:门水平，肠道菌群以厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、无壁菌门和放线菌门为主。其中厚壁菌门和拟杆菌门占94-97％，是肠道中绝对优势菌门;属水平，肠道菌群以普雷沃氏菌属、巨型球菌属、乳杆菌属、链球菌属、小杆菌属、[Prevotella]、梭菌属、Bulleidia、Shuttleworthia、罗氏菌属、厌氧弧菌属和毛螺菌属为主。其中普雷沃氏菌属、巨型球菌属、乳杆菌属、链球菌属、小杆菌属占52-53％以上，是肠道中优势菌属。
　　β多样性:主成分分析结果显示，组内样品相似度较高且组间样品分离良好，说明组间样品有差异，可进一步作LEfSe差异分析。与对照组相比，植物精油组的厚壁菌门、乳杆菌目、巨型球菌属和链球菌属相对丰度显著提高(P＜0.05)，而拟杆菌门和普氏菌属相对丰度显著降低(P＜0.05)。
　　菌群功能:PICRUSt预测肠道菌群功能结果显示，植物精油组肠道菌群丁酸盐代谢、丙酸盐代谢和半乳糖代谢功能等显著提高(P＜0.05)，而肽酶、嘧啶代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢功能等显著降低（P＜0.05）。
　　5.肠道菌群代谢组
　　代谢组学分析共鉴定出31种差异代谢物，主要是氨基酸、碳水化合物、有机酸、脂质和核苷酸等，其中尿嘧啶、缬氨酸和异亮氨酸等14种差异代谢物上调（P＜0.05），D-塔罗糖1、2-羟基吡啶和D-甘油酸等17种差异代谢物下调(P＜0.05);KEGG代谢通路分析表明，主要涉及缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成，泛酸盐和辅酶A生物合成，半乳糖代谢和甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢。
　　6.肠道菌群与差异代谢产物关联分析
　　肠道厚壁菌门、链球菌属和巨型球菌属相对丰度与缬氨酸、异亮氨酸、丙氨酸1、N-甲基-DL-丙氨酸、正缬氨酸、N-（2-羟乙基）-亚氨基二乙酸2、10-羟基癸酸和3-羟基丙酮酸含量呈正相关，与二羟基丙酮、鸟苷、胆钙化醇和2-羟基-3-异丙基丁二酸含量呈负相关;而拟杆菌门和普雷沃氏菌属相对丰度与这些代谢物相关性相反。
　　上述结果表明:(1)植物精油能明显减少仔猪腹泻，提高其日增重和饲料转化率;(2)提高小肠绒毛高度和绒隐比，肠道绒毛表面光滑平整，微绒毛长而致密;(3)16SrDNA测序发现植物精油主要影响肠道厚壁菌门和拟杆菌门，可提高肠道菌群丁酸盐代谢和丙酸盐代谢功能;(4)代谢组学分析得到31种差异代谢物，主要涉及支链氨基酸生物合成、泛酸盐和辅酶A生物合成等KEGG代谢通路的改变。结果提示，植物精油通过影响肠道菌群结构及其代谢组，改善肠道形态，维持肠道健康，进而提高生产性能。

目录

声明

致谢

主要缩略词

摘要

1 前言

1．1 植物精油概述

1．2 仔猪断奶与肠道菌群

1．3 研究目的与意义

2 材料与方法

2．1 试验材料和试验动物

2．2 饲养试验

2．3 屠宰试验

2．4 样品收集与保存

2．5 指标测定

2．5．1 肠道光镜切片制作与显微测量

2．5．2 肠道电镜切片制作与观察

2．5．3 肠黏膜紧密连接蛋白qPCR与western Blot

2．5．4 血清抗氧化和生化指标测定

2．5．5 肠道菌群16S rDNA测序与功能预测

2．5．6 肠道内容物GC-MS检测与分析

2．6 数据处理与分析

3 结果与分析

3．1 植物精油对断奶仔猪生产性能的影响

3．1．1 断奶仔猪生长性能

3．1．2 断奶仔猪腹泻和成活率

3．2 植物精油对肠道形态和肠屏障的影响

3．2．1 绒毛高度和隐窝深度

3．2．2 绒毛和微绒毛形态变化

3．2．3 粘膜紧密连接蛋白mRNA和蛋白表达

3．3 植物精油对血清抗氧化和生化指标的影响

3．4 植物精油对肠道菌群的影响

3．4．1 菌群测序原始数据质控、拼接和比对

3．4．2 α多样性分析

3．4．3 肠道菌群结构分析

3．4．4 β多样性分析

3．4．5 肠道菌群功能预测

3．5 植物精油对肠道菌群代谢组的影响

3．5．1 数据预处理结果

3．5．2 主成分分析(PCA)

3．5．3 正交偏最小二乘法-判别分析(OPLS-DA)

3．5．4 差异代谢物的筛选与鉴定

3．5．5 代谢通路分析

3．6 肠道菌群与代谢产物关联分析

4 讨论

4．1 植物精油对断奶仔猪生产性能的影响

4．2 植物精油对肠道形态和肠屏障的影响

4．3 植物精油对血清抗氧化和生化指标的影响

4．4 植物精油对肠道菌群结构和功能的影响

4．5 植物精油对肠道菌群代谢组的影响

5 小结与创新点

5．1 小结与提示

5．2 创新点

参考文献