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王佳堃10分钟讲述:日粮好+菌给力,羊宝宝瘤胃发育就是好!

关注肠道的朋友们,大家好。我是浙江大学动物科学学院的王佳摇:苋傩沂苋刃某ρ芯吭旱难耄氪蠹乙黄鸱窒恚⑸镉肓鑫阜⒂涞墓适隆

说到瘤胃,大家可能会感觉到很陌生,但是如果我说,瘤胃就是毛肚,大家是不是觉得格外的亲切了呢?

牛羊这类反刍动物,它有四个胃――瘤胃、网胃、瓣胃和皱胃。皱胃与我们人的胃很相似,但是牛羊之所以能够吃草、产奶,主要归功于瘤胃。

瘤胃是一个天然的微生物发酵罐,里面寄居了大量的微生物,反刍动物利用瘤胃微生物去降解纤维类的物质,满足自身的能量需要。

但与此同时,如果我们给牛羊饲喂高精料,也就是高谷物日粮,那这些瘤胃微生物又会将这些易发酵的碳水化合物快速地降解,产生大量的乳酸,导致瘤胃酸中毒,所谓“成也萧何,败也萧何”。

成年反刍动物是这样,幼龄的反刍动物呢?它们的瘤胃功能还没有发育健全,是不是就不存在这样的问题了呢?

我们在常规饲喂的基础上,给小羔羊补饲苜蓿草,让小羔羊自己去采食这种粗切的苜蓿干草。我们常规的饲喂用黄颜色表示,补饲了苜蓿草的这组处理用绿色的颜色表示。

我们可以看到,常规饲喂的方式下,瘤胃上面会有食糜的黏附,而且在个别的小羔羊上面,瘤胃乳头上也有出血的现象,但是随着苜蓿草的进食,这种粘附的现象,就会缓解甚至消失。

除了健康的影响以外,我们也观察到,早期补饲苜蓿促进了胃的发育。

那我刚才说的,绿色是我们补饲了苜蓿的,黄色是常规饲喂的方式,可以看到这条绿色的线是在黄色线之上。

也就是随着苜蓿进食量的增加,瘤胃重量、网胃重量、瓣胃重量和皱胃重量,都有所增加,而且在瘤胃的乳头的长度、宽度和肌肉层厚度上面,都表现出了一个明显的正向调节作用。

除了上面的表观现象以外,我们在微观层面也观察到,跟瘤胃发育密切相关的一些信号途径发生上调,例如钙的信号途径的上调。

我们这些实验证实了,即使是这些小宝宝们,我们也不能过度地去富养,还是要让它们吃点草,吃草有助于胃的发育。但这个过程与微生物有没有关系呢?

我们检测了微生物的变化,让我们发现很有意思的是,吃了苜蓿草,像密螺旋菌属、毛螺旋菌科这些微生物,就相应地出现。

也就是说,在补饲苜蓿的这组,它在断奶前,就出现了这类微生物数量的增加。而在常规饲喂的话,等到它断奶的时候,再去吃苜蓿草的时候,这些微生物数量才有所增加。

我们再细致地去看一下,不同日龄之间,组内微生物的变化幅度,是怎么样子的?

我们看黄色区块是常规饲喂的,绿色区块是我们补饲苜蓿草之后的。

在黄色的区块里面,我们看到了很多红颜色,这说明在常规饲喂的情况下,随着日龄的变化,微生物在不停的在变化当中。

而在绿色的区块里面,我们看到更多的是这种紫色。也就是说,它有这样一个变化的趋势,就是说补饲了苜蓿之后,瘤胃微生物的变化,有点像冷水煮青蛙,是在不知不觉的过程中慢慢成熟。

我们的实验说明,补饲了苜蓿草确实促进了瘤胃的发育,而且补饲苜蓿草,确实改变了瘤胃微生物的组成,促进了瘤胃微生物的成熟。但是,我们的实验没有办法回答,微生物在瘤胃发育的过程中,起到了多大的作用。

要想回答这个问题,应该说瘤胃微生物移植是最直接有效的方式。但是,问题又来了,牛羊这类反刍动物跟猪、鼠这种单胃动物不一样的地方是,它在吸奶的过程当中有一个食管沟反射的生理现象。食管沟闭合之后,会将奶不经过瘤胃,直接运送到皱胃。

那如果我们这时候去移植瘤胃微生物,瘤胃里面没有营养物质供微生物生长,是不是这些微生物就很难定植下来?那相反,如果说让小动物进食了开食料之后,我们再去移植瘤胃微生物,是不是就使定植的成功率大大提升?

为了回答这个问题,我们设计了一个区组实验,通过区组实验,我们来比较瘤胃液移植是在断奶之前移植还是在固体饲料进食之后移植更合适?

我们这个实验做下来,我们发现,不论是在固体饲料进食之前移植,还是在固体饲料进食之后移植,都会使成年的瘤胃微生物,有部分定植在小羔羊的瘤胃当中,这里呈现的主要就是红色的这些点点。但是我们也可以看到这些红色点点,应该是说个体之间差异是非常大的。

那进一步分析,我们看到如果说是,在固体饲料进食之前的移植,定植在瘤胃里面的主要是绿色的点点,它会与指征成熟的这些微生物――也就是紫色的圈,它们形成更好的正向互作关系。这就让我们推断说,应该是在固体饲料进食之前的移植,是更为合适的。

有了这样一个基础,我们就扩大了我们的样本量,进行了瘤胃微生物移植到底对瘤胃发育有多大的作用的研究。

在这个实验当中,我们尽量去控制避免瘤胃微生物以外的其他因素的干扰,我们主要做了几个事情。

第一个,我们将瘤胃液的移植,改为瘤胃微生物的移植。那这一块的话,我们通过瘤胃冻干粉的制作,减少了瘤胃液当中挥发性脂肪酸的量,同时我们保证,我们的厌氧菌的数量在6.8×108 CFU/g。

那我们两组小羔羊,我们都给它吃这种含有20%苜蓿草的固体饲料。另外一点,采食量会对胃的发育,起到一个至关重要的作用,所以我们严格控制两组的断奶规程。也就是说在两组当中,小羔羊连续三天固体饲料进食量大于200克的时候,我们这个点开始计时,计时一周,一周后完成它的断奶。

我们在断奶的时候、断奶后一周,以及断奶后两周,去取瘤胃微生物的样本和瘤胃上皮的样本,去分析微生物和上皮的变化。

这个实验做下来,我们确实看到,我们通过瘤胃微生物移植,可以在瘤胃里面增加新的功能类群。这个图中主要的新的功能类群,我已经圈出来是红色的这些点点。在我们的实验中,它主要体现的是一些产丙酸――就是丙酸生成菌的数量的增加。

另外的话,从基因层面上面我们也观察到,补饲了苜蓿之后,会在断奶前出现一些跟碳水化合物水解相关基因的上调,我的蓝色框框出来了一些。大家可以看到,有起到纤维粘附作用的基因,也有SusC、SusD这些现在最备受大家关注的PUL(多糖利用位点)的组成成分。这说明瘤胃微生物移植,确实对瘤胃的微生物的功能,起到了一个强化作用。

在上皮上面,我们也看到,跟发育相关的一些信号途径的上调。也就是说,我们通过瘤胃微生物移植,将成年的微生物、成熟的微生物移植给小宝宝们之后,确实可以加速瘤胃上皮的细胞周转进程,促进瘤胃上皮的发育,这些是微观层面的。

那表观层面上面,我们看到的情况又是如何的呢?

我们确实可以看到,通过移植之后,瘤胃里的这些相应的酶活,主要是一些淀粉酶酶活力的增加,会使丙酸的生成量增加。

但是当我们去看胃的重量的时候,我们看红色是移植的组,白色是没有移植的,那两组之间,不管是瘤胃、网胃、瓣胃还是皱胃,之间的差异都是不显著的。

我们移植的表观的作用是什么呢?我们只看到了我们移植之后,使断奶的日龄提前了2.23天。

也就是说从微观和表观层面上,我们跟第一个补饲苜蓿的实验进行对比,我们说,我们的实验确实可以证实,微生物介导日粮调控瘤胃的发育,但是微生物的作用要弱于日粮的作用。

上述研究获得了国家自然科学基金委、国家重点研发计划项目和国家留学基金委基金的资助,这里一并表示感谢。上面介绍的内容,主要是杨斌博士和俞少博博士的工作内容,也感谢他们的辛苦付出。感谢我所属的浙江大学奶业科学研究所的团队的所有老师和同学们。也欢迎关注肠道的朋友们,莅临我们奶科所交流指导。

谢谢大家!