• 中文核心期刊
  • CSCD来源期刊
  • 中国科技核心期刊
  • CA、CABI、ZR收录期刊

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

日粮添加玉米粉与油脂对奶牛乳品质及瘤胃细菌菌群变化的影响

郭成 吉武龙 李娜 付子琳 张力莉 徐晓锋

引用本文:
Citation:

日粮添加玉米粉与油脂对奶牛乳品质及瘤胃细菌菌群变化的影响

    作者简介: 郭成(1994-), 男, 硕士研究生, 主要从事反刍动物营养与饲料科学研究(E-mail:guochenghn@126.com)
    通讯作者: 徐晓锋(1978-), 男, 硕士, 副教授, 主要从事奶牛瘤胃微生物发酵调控与消化生理研究(E-mail:xuxiaofengnd@126.com)
  • 基金项目:

    国家自然科学基金项目(31460619)

  • 中图分类号: S823

Effects of Corn Meal and Flaxseed Oil Dietary Supplements on Fat Content in Milk and Rumen Microbial Flora of Dairy Cows

  • 摘要:   目的  阐释日粮添加玉米粉与油脂诱导奶牛低乳脂情况下,奶牛瘤胃细菌菌群的变化情况。  方法  采用自身对照试验设计,选取4头体况相近、健康的泌乳期中国荷斯坦奶牛。试验开始前先以基础日粮预饲并以自身作对照。试验期奶牛日粮中添加玉米粉1.5 kg·头-1·d-1,添加胡麻油150 mL·头-1·d-1。预饲期为7 d,试验期为15 d,分析奶牛乳脂率及瘤胃细菌菌群变化情况。  结果  在饲料淀粉营养水平达到27%左右水平上额外添加胡麻油150 mL·头-1·d-1,连续添加15 d使奶牛的乳脂率极显著降低(P < 0.01),乳糖显著升高(P < 0.05),成功诱导奶牛乳脂降低。瘤胃细菌研究表明,在门水平上共检测到29个菌门,与对照组相比,玉米粉和油脂诱导乳脂降低后奶牛瘤胃导软壁菌门丰度显著降低(P < 0.05),放线菌门与浮霉菌门丰度极显著增加(P < 0.01);螺旋菌门丰度显著增加(P < 0.05)。在属水平上检测到389个菌属,其中110个菌属有显著差异(P < 0.05)。与对照组相比,试验组奶牛瘤胃乳酸菌杆菌属丰度极显著增加(P < 0.01),肠球菌属丰度极显著降低(P < 0.01),克里斯滕森菌属显著降低(P < 0.05),普雷沃菌属丰度显著增加(P < 0.05),毛螺旋菌极显著降低(P < 0.01),未注释毛螺旋菌属丰度显著增加,丁酸弧菌属-2(Butyrivibrio-2)丰度显著降低(P < 0.05),瘤胃球菌属-1丰度显著提高。  结论  日粮添加玉米粉与油脂诱导奶牛乳脂降低,瘤胃细菌菌群多样性未产生显著影响,但菌群结构及丰度发生了较大改变,产酸菌属与淀粉利用菌属增加显著。
  • 图 1  牛奶乳脂变化

    Fig. 1  Changes on fat content in cow milk

    图 2  添加玉米粉和油脂对瘤胃细菌菌群Shannon指数的影响

    Fig. 2  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on Shannon index of rumen microbial flora

    表 1  奶牛干物质基础日粮组成及营养成分

    Table 1  Composition and nutrients of diet for dairy cows on dry matter base

    (单位/%)
    原料
    Ingredient
    含量
    Content
    日粮营养水平
    Dietary nutrition level
    含量
    Content
    豆粕 Soybean meal 11.30 粗蛋白 CP 17.14
    菜籽粕 Rapeseed meal 3.20 钙 Ca 0.76
    全棉籽 Whole cottonseed 3.50 磷 P 0.46
    麸皮 Wheat bran 3.18 中性洗涤纤维 NDF 35.78
    压片玉米 Tablet corn 11.06 淀粉 Corn 24.25
    甜菜颗粒 Beet granule 2.49 产奶净能 NEL/(MJ·kg-1) 6.00
    啤酒糟 Brewer's grains 3.16
    苜蓿青贮 Alfalfa silage 4.12
    苜蓿 Alfalfa 10.32
    玉米青贮 Corn silage 45.06
    碳酸氢钙
    Dicalcium phosphate 0.62
    石粉 Limestone 0.39
    小苏打 Baking soda 0.30
    氧化镁
    Magnesium oxide 0.50
    食盐 Salt 0.30
    脱霉素 Demycin 0.10
    预混料 Premix 0.40
    合计 Total 100.00
    注:营养水平中产奶净能为计算值,其他为实测值。
    Note: NEL is calculated value; others, measured.
    下载: 导出CSV

    表 2  添加玉米粉和油脂粮对奶牛乳成分的影响

    Table 2  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on chemical composition of cow milk

    (单位/%)
    项目
    Item
    对照组
    CK
    试验组
    CO
    乳脂率 Milk fat 4.05±0.16A 2.10±0.06B
    乳蛋白 Milk protein 3.25±0.10a 3.45±0.11a
    乳糖 Lactose 4.95±0.21b 5.27±0.08a
    注:同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),表 4~5同。
    Note: Different lowercase letters of the peer data shoulders indicate significant difference (P<0.05), and different uppercase letters indicate that the difference is extremely significant (P<0.01).The same as Table 4-5.
    下载: 导出CSV

    表 3  样品在0.03距离下的Alpha丰富程度

    Table 3  Alpha richness of specimens at distance 0.03

    项目
    Item
    Chao1指数
    Chao1 index
    Ace指数
    Ace index
    Shannon指数
    Shannon index
    Simpson指数
    Simpson index
    覆盖率
    Coverage/%
    对照组 CK 3866.47 3780.21 7.96 0.98 99.29
    试验组 CO 3713.57 3642.19 8.35 0.99 99.29
    P-value 0.22 0.26 0.16 0.10 -
    下载: 导出CSV

    表 4  添加玉米粉与油脂对瘤胃细菌菌群在门水平上结构的影响

    Table 4  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on makeup of microbial phyla in rumen

    (单位/%)

    Phylum
    对照组
    Mean(CK)
    试验组
    Mean(CO)
    拟杆菌门 Bacteroidetes 51.91±5.56 54.90±2.18
    厚壁菌门 Firmicutes 35.52±2.92 37.85±1.91
    变形菌门 Proteobacteria 7.58±4.04 1.34±0.07
      Saccharibacteria 0.81±0.15 0.48±0.10
    螺旋菌门 Spirochaetae 0.81±0.12b 1.08±0.03a
    浮霉菌门 Planctomycetes 0.66±0.10B 1.23±0.18A
    软壁菌门 Tenericutes 0.60±0.10a 0.34±0.06b
    放线菌门 Actinobacteria 0.44±0.08B 0.99±0.17A
    广古菌门 Euryarchaeota 0.18±0.04 0.09±0.03
    下载: 导出CSV

    表 5  添加玉米粉与油脂对瘤胃在属水平上菌群结构的影响

    Table 5  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on makeup of microbial genera in rumen

    (单位/%)

    Genus
    对照组
    Mean(CK)
    试验组
    Mean(CO)
    肠球菌属 Enterococcus 4.88±1.41A 0.24±0.08B
    乳酸杆菌属 Lactobacillus 0.38±0.09B 4.56±0.58A
    韦荣球菌属 Veillonellaceae-UCG-001 0.11±0.02A 0.04±0.01B
    普雷沃氏菌属 Prevotellaceae-UCG-001 0.70±0.08B 1.21±0.12A
    毛螺旋菌属 Lachnospiraceae-UCG-006 0.10±0.01A 0.05±0.01B
    瘤胃球菌属-1 Ruminococcus-1 0.12±0.01b 0.26±0.05a
    丁酸弧菌属-2 Butyrivibrio-2 0.71±0.09a 0.45±0.07b
    克里斯滕森菌属 Christensenellaceae-R-7-group 4.35±0.60a 3.01±0.23b
    未注释毛螺旋菌属 Lachnospiraceae-NA 0.55±0.05b 0.91±0.16a
    下载: 导出CSV
  • [1] 赵勐, 卜登攀, 张养东, 等.奶牛乳脂降低综合征理论及其分子调节机制[J].动物营养学报, 2014, 26(2):287-294. doi: 10.3969/j.issn.1006-267x.2014.02.001

    ZHAO M, BU D P, ZHANG Y D, et al.Milk fat depression in dairy cows:Theories and molecular regulation mechanism[J].Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(2):287-294.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-267x.2014.02.001
    [2] 边四辈.奶牛低乳脂率的原因及解决方法探讨[J].中国奶牛, 2018(6):63-67.

    BIAN S B. The reasons and solutions of Low-Fat-Concentration milk[J].China Dairy Cattle, 2018(6):63-67.(in Chinese)
    [3] 王建平, 王加启, 卜登攀.精料和饱和脂肪酸对奶牛生产性能和乳中脂肪酸组成的影响[J].中国粮油学报, 2015(1):92-96.

    WANG J P, WANG J Q, BU D P.Effects of concentrate and supplemental saturated fatty acid on milk production and milk fatty acid profile of dairy cow[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2015(1):92-96.(in Chinese)
    [4]

    MA L, COOK K L, BAUMAN D E, et al. Short communication:Milk fat depression induced by conjugated linoleic acid and a high-oil and low-fiber diet occurs equally across the day in Holstein cows[J]. Journal of Dairy Science, 2015, 98(3):1851-1855.
    [5]

    FRUTOS P, TORAL P G, HERVÁS, G. Individual variation of the extent of milk fat depression in dairy ewes fed fish oil:Milk fatty acid profile and mRNA abundance of candidate genes involved in mammary lipogenesis[J]. Journal of Dairy Science, 2017, 100(12):1-12.
    [6]

    RAMIREZ RAMIREZ H A, CASTILLO LOPEZ E, HARVATINE K J, et al. Fat and starch as additive risk factors for milk fat depression in dairy diets containing corn dried distillers grains with soluble[J]. Journal of Dairy Science, 2015, 98(3):1903-1914.
    [7]

    BELANCHE A, FUENTE G D L, PINLOCHE E, et al. Effect of diet and absence of protozoa on the rumen microbial community and on the representativeness of bacterial fractions used in the determination of microbial protein synthesis[J]. Journal of Animal Science, 2012, 90(11):3924-3936.
    [8]

    GRUBB J A. Effects of an abrupt change in ration from all roughage to high concentrate upon rumen microbial numbers in sheep[J]. Appl Microbiol, 1975, 30(3):404-412.
    [9]

    HUWS S A, LEE M R F, MUETZEL S M, et al. Forage type and fish oil cause shifts in rumen bacterial diversity[J]. Fems Microbiology Ecology, 2010, 73(2):396-407.
    [10]

    NETO A J, MESSANA J D, GRANJA-SALCEDO Y T, et al. Effect of starch level in supplement with or without oil source on diet and apparent digestibility, rumen fermentation and microbial population of Nellore steers grazing tropical grass[J]. Livestock Science, 2017, 202:171-179.
    [11]

    WANAPAT M, MAPATO C, PILAJUN R, et al. Effects of vegetable oil supplementation on feed intake, rumen fermentation, growth performance, and carcass characteristic of growing swamp buffaloes[J]. Livestock Science, 2011, 135(1):32-37.
    [12]

    WEIMER P J, STEVENSON D M, MERTENS D R. Shifts in bacterial community composition in the rumen of lactating dairy cows under milk fat-depressing conditions[J]. Journal of Dairy Science, 2010, 93(1):265-278. doi: 10.3168/jds.2009-2206
    [13]

    RICO D E, PRESTON S H, RISSER J M, et al. Rapid changes in key ruminal microbial populations during the induction of and recovery from diet-induced milk fat depression in dairy cows[J]. British Journal of Nutrition, 2015, 114(3):358-367.
    [14] 朱河水, 王艳玲, 杨国宇, 等.大豆黄酮对奶牛相关产奶性能的影响[J].华北农学报, 2006, 21(6):127-129. doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2006.06.031

    ZHU H S, WANG Y L, YANG G Y, et al.Effect of daidzein on related lactational performance of dairy cows[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2006, 21(6):127-129.(in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1000-7091.2006.06.031
    [15]

    SINGH K M, JISHA T K, REDDY B, et al. Microbial profiles of liquid and solid fraction associated biomaterial in buffalo rumen fed green and dry roughage diets by tagged 16S rRNA gene pyrosequencing[J]. Molecular Biology Reports, 2015, 42(1):95-103. doi: 10.1007/s11033-014-3746-9
    [16] 刘荣昌, 李英, 孙凤莉, 等.生鲜乳乳糖含量偏高问题的分析与启示[J].中国奶牛, 2014(Z1):42-44.

    LIU R C, LI Y, SUN F L, et al.Analysis and enlightenment of the problem of high lactose content in raw milk[J]. China Dairy Cattle, , 2014(Z1):42-44.(in Chinese)
    [17] 刘峰, 杜瑞平, 高民.不同粗饲料品质(GI)与不同精料给量水平对奶牛生产性能影响的研究[J].畜牧与饲料科学, 2012, 33(5-6):13-16.

    LIU F, DU R P, GAO M.Effects of different quality of roughage(GI) and different concentrate supply level on the production performance of dairy cows[J].Animal Husbandry and Feed Science, 2012, 33(5-6):13-16.(in Chinese)
    [18]

    RICO D E, HARVATINE K J. Induction of and recovery from milk fat depression occurs progressively in dairy cows switched between diets that differ in fiber and oil concentration[J]. Journal of Dairy Science, 2013, 96(10):6621-6630.
    [19]

    THANH L P, SUKSOMBAT W. Milk Yield, Composition, and Fatty Acid Profile in Dairy Cows Fed a High-concentrate Diet Blended with Oil Mixtures Rich in Polyunsaturated Fatty Acids[J].Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2015, 28(6):796-806.
    [20]

    STERK A, JOHANSSON B E O, TAWEEL H Z H, et al. Effects of forage type, forage to concentrate ratio, and crushed linseed supplementation on milk fatty acid profile in lactating dairy cows[J]. Journal of Dairy Science, 2011, 94(12):6078-6091.
    [21]

    GAYNOR P J, WALDO D R, CAPUCO A V, et al. Milk fat depression, the glucogenic theory, and trans-C18:1 fatty acids[J]. Journal of Dairy Science, 1995, 78(9):2008-2015.
    [22]

    DHIMAN T R, NAM S H, URE A L. Factors Affecting Conjugated Linoleic Acid Content in Milk and Meat[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2005, 45(6):463-482.
    [23]

    MAIA M R G, CHAUDHARY L C, FIGUERES L, et al. Metabolism of polyunsaturated fatty acids and their toxicity to the microflora of the rumen[J]. Antonie van Leeuwenhoek, 2007, 91(4):303-314.
    [24]

    DEVENDRA C, LEWIS D. The interaction between dietary lipids and fibre in the sheep 2. Digestibility studies[J]. Animal Production, 1974, 19(1):67-76.
    [25]

    HENDERSON C. The effects of fatty acids on pure cultures of rumen bacteria[J]. The Journal of Agricultural Science, 1973, 81(1):107-112. doi: 10.1017/S0021859600058378
    [26] 李旦.肉牛瘤胃纤维分解菌Real Time PCR定量方法的建立与应用[D].乌鲁木齐: 新疆农业大学, 2007.

    LI D. Development of application of a Real Time PCR approach for quantification of rumen cellulytic bacateria of cattle[D].Urumchi: Xinjiang Agricultural University, 2007.(in Chinese)
    [27]

    HENDERSON C. A Study of the Lipase Produced by Anaerovibrio lipolytica, a Rumen Bacterium[J]. Journal of General Microbiology, 1971, 65(1):81-89.
    [28] 李旦, 王加启, 卜登攀, 等.运用Real-time PCR方法研究日粮添加豆油与胡麻油对肉牛瘤胃纤维分解菌数量的影响[J].动物营养学报, 2008(3):256-260. doi: 10.3969/j.issn.1006-267X.2008.03.003

    LI D, WANG J Q, BU D P, et al.Determination of the effects of soybean oil and linseed oil in diets on the quantities of rumen cellulytic bacteria in beef cattle by Real-time PCR[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2008(3):256-260.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-267X.2008.03.003
    [29] 张迪.慢性瘤胃酸中毒对瘤胃发酵功能及乳酸代谢菌的影响[D].呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2008.

    ZHANG D. Effect of subacute rumen acidosis on rumen fermentation and populations of lactate metabolism bacteria[D].Hohhot: Inner Mongolia Agricultural University, 2008.(in Chinese)
    [30]

    KREHBIEL C R, STOCK R A, HEROLD D W, et al. Feeding wet corn gluten feed to reduce subacute acidosis in cattle[J]. Journal of Animal Science, 1995, 73(10):2931. doi: 10.2527/1995.73102931x
    [31]

    LETTAT A, NOZIōRE, P, SILBERBERG M, et al. Experimental feed induction of ruminal lactic, propionic, or butyric acidosis in sheep1[J]. Journal of Animal Science, 2010, 88(9):3041-3046.
    [32]

    GRIINARI J M, CORL B A, LACY S H. Conjugated linoleic acid is synthesized endogenously in lactating dairy cows by delta(9)-desaturase[J]. Journal of Nutrition, 2000, 130(9):2285.
    [33] 马涛, 刁其玉.瘤胃微生物与饲粮脂肪酸间的相互作用[J].动物营养学报, 2018, 30(5):1611-1618. doi: 10.3969/j.issn.1006-267x.2018.05.001

    MA T, DIAO Q Y.Interaction between ruminal microbes and dietary fatty acids[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2018, 30(5):1611-1618.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1006-267x.2018.05.001
    [34]

    HENDERSON G, COX F, GANESH S, et al. Rumen microbial community composition varies with diet and host, but a core microbiome is found across a wide geographical range[J]. Scientific Reports, 2015, 5(1):14567.
    [35]

    TORAL P G, BELENGUER A, SHINGFIELD K J, et al. Fatty acid composition and bacterial community changes in the rumen fluid of lactating sheep fed sunflower oil plus incremental levels of marine algae[J]. Journal of Dairy Science, 2012, 95(2):794-806.
    [36] 杨舒黎.日粮添加豆油和胡麻油对奶牛瘤胃细菌及发酵参数的影响[D].北京: 中国农业科学院, 2007.

    YANG S L. Effect of soybean oil and linseed oil supplementation on population of ruminal bacteria and fermentation parameters in dairy cows[D].Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2007.(in Chinese)
    [37] 姜雅慧, 卜登攀, 杨红建, 等.不饱和脂肪酸在瘤胃氢化的微生物学机制研究进展[J].华北农学报, 2015, 30(S1):376-382. doi: 10.7668/hbnxb.2015.S1.068

    JIANG Y H, BU D P, YANG H J, et al.The advance research of the microbial biohydrogenation mechanism of unsaturated fatty acid in rumen[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2015, 30(S1):376-382.(in Chinese) doi: 10.7668/hbnxb.2015.S1.068
    [38] 周敏, 叶子弘, 蒋林树.瘤胃氢化多不饱和脂肪酸的影响因素[J].中国农学通报, 2010, 26(8):38-44.

    ZHOU M, YE Z H, JIANG L S.Study of the influencing factor of PUFA living things hydrogenation in rumen[J].Chinese Agricultural Science Bulletin, 2010, 26(8):38-44.(in Chinese)
  • [1] 孙大光, 郑雪芳, 刘波, 阮传清, 夏育陆, 段永平. 柑橘黄龙病病原菌的鉴定及16S rDNA序列分析[J]. 福建农业学报, 2011, 26(6): 1027-1033.
    [2] 姚锦爱, 谢荔岩, 郑璐平, 胡奇勇. 柑桔黄龙病亚洲种病原(Candidatus Liberobacter asiaticus)16S rDNA的PCR-SSCP分析[J]. 福建农业学报, 2008, 23(3): 331-333.
    [3] 管凤贞, 钟少杰, 邱宏端, 林戎斌, 张 辉, 陈济琛, 林新坚. 紫云英根瘤菌的分离与鉴定[J]. 福建农业学报, 2012, 27(5): 524-532.
    [4] 翁志铿, 叶树珠, 陈海水, 张建华, 张洪光. 奶牛浓缩配合料及添加剂的应用研究[J]. 福建农业学报, 1995, 10(4): 29-32.
    [5] 张龙涛, 梁学武, 韩国林, 冯玉兰, 李双飞, 刘庆华. 奶牛非应激期日粮添加酵母铬的效果研究[J]. 福建农业学报, 2005, 20(3): 142-145.
    [6] 刘云浩, 蓝江林, 刘波, 朱昌雄, 郭萍, 陈燕萍. 微生物发酵床垫料微生物总DNA提取方法的研究[J]. 福建农业学报, 2011, 26(2): 153-158.
    [7] 龙云川, 周娟, 周少奇, 万合锋, 刘峙嵘, 任春光. 贵州矿区放线菌多样性及对汞的抗性[J]. 福建农业学报, 2017, 32(2): 212-216. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.02.021
    [8] 郑学立, 谢鑫鑫, 林峰, 邵贵荣. 福建地区不结球白菜黑腐病病原菌的分离与初步鉴定[J]. 福建农业学报, 2017, 32(12): 1335-1340. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.012.012
    [9] 郑雪芳, 葛慈斌, 林营志, 刘建, 刘波. 瓜类作物枯萎病生防菌BS-2000和JK-2的分子鉴定[J]. 福建农业学报, 2006, 21(2): 154-157.
    [10] 白泽方, 潘大仁, 霍煜璟, 李清. 睾丸酮降解菌的分离鉴定及降解特性[J]. 福建农业学报, 2014, 29(7): 698-701.
    [11] 陈婷, 周平, 刘鑫铭, 蔡盛华, 雷龑. 基于高通量测序的福安刺葡萄基因组初步研究[J]. 福建农业学报, 2017, 32(2): 134-137. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.02.006
    [12] 邹毅辉, 刘昌勇, 林泽燕, 李珍. 半枝莲转录组高通量测序及黄酮类相关基因解析[J]. 福建农业学报, 2018, 33(12): 1242-1250. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.12.003
    [13] 潘志针, 刘波, 陈峥, 朱育菁. 基于LC-MS技术高通量筛选产Cardiogenol C的芽胞杆菌[J]. 福建农业学报, 2017, 32(5): 550-554. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2017.05.016
    [14] 宋铁英, 包晓东, 宋亚娜, 林智敏, 郑伟文. 生防菌BC2000、BC2001的16S rRNA PCR-RFLP图谱分析[J]. 福建农业学报, 2003, 18(4): 264-267.
    [15] 何丽斌, 陈芳, 朱志煌, 马敏宁, 张河长, 吴孙龙, 周宸. 基于线粒体16S rRNACOX1和Cytb基因探讨11种小丑鱼的系统发育关系[J]. 福建农业学报, 2018, 33(3): 230-235. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2018.03.003
    [16] 方志坚. 人工湿地构建及其在奶牛场污水处理中的应用[J]. 福建农业学报, 2007, 22(4): 465-468.
    [17] 陈志彤, 郑伟文, 肖华山. 泽泻26S rDNA的扩增及酶切反应条件优化[J]. 福建农业学报, 2004, 19(2): 117-120.
    [18] 刘庆华, 梁学武. 娟姗和荷斯坦奶牛HSPA1A基因SSCP多态性与耐热性能的相关分析[J]. 福建农业学报, 2006, 21(4): 321-324.
    [19] 刘朋虎, 林冬梅, 林占熺, 李晶. DNA测序技术及其应用研究进展[J]. 福建农业学报, 2012, 27(10): 1130-1133.
    [20] 吕新, 刘兰英, 陈丽华, 李玥仁, 林碧娇. 应用PCR-DGGE技术分析福州左海湖的细菌群落组成[J]. 福建农业学报, 2016, 31(9): 986-992. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2016.09.017
  • 加载中
图(2) / 表(5)
计量
  • 文章访问数:  29
  • HTML全文浏览量:  15
  • PDF下载量:  2
  • 被引次数: 0
出版历程
    收稿日期: 
  • 初稿:  2019-06-07
  • 修改稿:  2019-08-03

日粮添加玉米粉与油脂对奶牛乳品质及瘤胃细菌菌群变化的影响

    通讯作者: 徐晓锋, xuxiaofengnd@126.com
    作者简介: 郭成(1994-), 男, 硕士研究生, 主要从事反刍动物营养与饲料科学研究(E-mail:guochenghn@126.com)
  • 宁夏大学农学院, 宁夏 银川 750021
基金项目:  国家自然科学基金项目 31460619

摘要:   目的  阐释日粮添加玉米粉与油脂诱导奶牛低乳脂情况下,奶牛瘤胃细菌菌群的变化情况。  方法  采用自身对照试验设计,选取4头体况相近、健康的泌乳期中国荷斯坦奶牛。试验开始前先以基础日粮预饲并以自身作对照。试验期奶牛日粮中添加玉米粉1.5 kg·头-1·d-1,添加胡麻油150 mL·头-1·d-1。预饲期为7 d,试验期为15 d,分析奶牛乳脂率及瘤胃细菌菌群变化情况。  结果  在饲料淀粉营养水平达到27%左右水平上额外添加胡麻油150 mL·头-1·d-1,连续添加15 d使奶牛的乳脂率极显著降低(P < 0.01),乳糖显著升高(P < 0.05),成功诱导奶牛乳脂降低。瘤胃细菌研究表明,在门水平上共检测到29个菌门,与对照组相比,玉米粉和油脂诱导乳脂降低后奶牛瘤胃导软壁菌门丰度显著降低(P < 0.05),放线菌门与浮霉菌门丰度极显著增加(P < 0.01);螺旋菌门丰度显著增加(P < 0.05)。在属水平上检测到389个菌属,其中110个菌属有显著差异(P < 0.05)。与对照组相比,试验组奶牛瘤胃乳酸菌杆菌属丰度极显著增加(P < 0.01),肠球菌属丰度极显著降低(P < 0.01),克里斯滕森菌属显著降低(P < 0.05),普雷沃菌属丰度显著增加(P < 0.05),毛螺旋菌极显著降低(P < 0.01),未注释毛螺旋菌属丰度显著增加,丁酸弧菌属-2(Butyrivibrio-2)丰度显著降低(P < 0.05),瘤胃球菌属-1丰度显著提高。  结论  日粮添加玉米粉与油脂诱导奶牛乳脂降低,瘤胃细菌菌群多样性未产生显著影响,但菌群结构及丰度发生了较大改变,产酸菌属与淀粉利用菌属增加显著。

English Abstract

    • 【研究意义】乳脂降低综合征是指由营养因素引起的牛奶乳脂率降低的一种现象,降低幅度有时可达50%,但是乳蛋白、乳糖含量以及产奶量等并未受到显著影响[1]。乳脂降低综合征的奶牛日粮大多都有纤维素含量低、瘤胃易发酵碳水化合物含量高的特点[2]。利用高精高脂肪酸日粮连续饲喂奶牛,研究其对奶牛瘤胃中细菌菌群以及乳品质的影响,对进一步阐明乳脂下降机制、指导生产中日粮调控具有重要参考价值。【前人研究进展】王建平等[3]研究表明,饲喂高精料日粮虽然可以提高产奶量,但是乳脂率显著降低。国外研究发现,在日粮中添加大量快速发酵碳水化合物,或者添加植物油或鱼油均可诱导奶牛甚至奶山羊的乳脂明显降低,即诱导产生乳脂降低综合征[4-5]。高淀粉和高脂肪是有风险的添加剂,不仅会导致乳脂下降[6],还会对瘤胃菌群产生影响。Belanche等[7]对比了粗饲和高精饲喂的羔羊,结果发现粗饲羔羊瘤胃中有更多的产琥珀酸丝状杆菌,瘤胃厌氧真菌和瘤胃细菌菌群的多样性也更高。国外研究表明[8],随着日粮精粗比的增加,瘤胃纤维降解菌的生长会受到抑制。Huws等[9]在反刍动物饲料中添加鱼油,通过QPCR技术,发现瘤胃解脂厌氧弧菌、丁酸弧菌属、产琥珀酸丝状杆菌等的DNA发生改变,表明鱼油改变了反刍动物瘤胃的生物氢化。Neto等[10]对比了在放牧水平下,是否添加全大豆添加剂(油源)条件对阉牛的影响,结果表明添加油脂抑制了瘤胃纤维溶解菌的数量。Wanapat等[11]研究表明,随着日粮植物油的添加,水牛瘤胃微生物种群随之降低。研究表明,乳脂降低综合征与瘤胃中微生物群落的大规模转变之间存在关联[12]。【本研究切入点】研究发现在诱导奶牛乳脂降低综合征期间,奶牛瘤胃淀粉菌Prevotella bryantii、产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌会减少,表明瘤胃微生物种群变化与乳脂降低综合征之间存在很强的相关性[13]。虽然前人了解奶牛乳脂降低与瘤胃微生物有关,但鲜少对比奶牛乳脂降低前后瘤胃菌群的变化。【拟解决的关键问题】本试验利用16S高通量测序技术分析玉米粉与油脂混合诱导奶牛乳脂下降情况下,奶牛瘤胃细菌菌群结构的变化,为探明二者的作用机制提供理论参考。

    • 试验动物由宁夏回族自治区某牧场提供。试验用玉米粉由宁夏某牧场提供,胡麻油为内蒙古赛星食品有限公司生产。

    • 本试验采用自身对照试验设计,参考朱河水等[14]的试验方法。试验动物为泌乳期荷斯坦奶牛。在同一个圈舍,根据体况良好、体重相近、胎次相同、产奶量接近的原则,选取4头泌乳期中国荷斯坦奶牛。试验开始以基础日粮进行预饲,预饲期为7 d,以减少奶牛应激。预饲期后3 d开始采集瘤胃液并混合均匀,作为对照组(CK)。根据NRC (2001)奶牛饲养标准配制基础日粮,基础干物质日粮组成和营养成分见表 1。采用TMR饲喂方式,全天自由饮水。试验预饲喂期为7 d。

      表 1  奶牛干物质基础日粮组成及营养成分

      Table 1.  Composition and nutrients of diet for dairy cows on dry matter base

      (单位/%)
      原料
      Ingredient
      含量
      Content
      日粮营养水平
      Dietary nutrition level
      含量
      Content
      豆粕 Soybean meal 11.30 粗蛋白 CP 17.14
      菜籽粕 Rapeseed meal 3.20 钙 Ca 0.76
      全棉籽 Whole cottonseed 3.50 磷 P 0.46
      麸皮 Wheat bran 3.18 中性洗涤纤维 NDF 35.78
      压片玉米 Tablet corn 11.06 淀粉 Corn 24.25
      甜菜颗粒 Beet granule 2.49 产奶净能 NEL/(MJ·kg-1) 6.00
      啤酒糟 Brewer's grains 3.16
      苜蓿青贮 Alfalfa silage 4.12
      苜蓿 Alfalfa 10.32
      玉米青贮 Corn silage 45.06
      碳酸氢钙
      Dicalcium phosphate 0.62
      石粉 Limestone 0.39
      小苏打 Baking soda 0.30
      氧化镁
      Magnesium oxide 0.50
      食盐 Salt 0.30
      脱霉素 Demycin 0.10
      预混料 Premix 0.40
      合计 Total 100.00
      注:营养水平中产奶净能为计算值,其他为实测值。
      Note: NEL is calculated value; others, measured.
    • 玉米粉和油脂奶牛组(CO)日粮中额外添加玉米粉(200目),含量为1.5 kg·头-1·d-1,参考Weimer等[12],使饲料淀粉营养水平达到27%左右;额外添加胡麻油150 mL·头-1·d-1。玉米粉每日添加两次,每次添加750 g;油脂每日添加两次,每次添加75 mL,油脂和玉米粉均以灌服方式一同添加,保证奶牛每日添加的油脂和玉米粉完全采食,试验为期15 d。

    • 使用负压吸取装置(自行设计),通过奶牛口腔釆集瘤胃液。采集时间分别为饲喂前(0 h)及饲喂后2、4,6 h取样,每次取瘤胃液50 mL。分别在预饲期和试验期的后3 d采集瘤胃液,采集后立即放入冻存管放液氮临时保存,并转移到试验室放-80℃冰箱保存。为获得具有代表性的样品,化冻后将每天4个时间点所取的瘤胃内容物样品各取5 mL,充分混匀后备用。

    • 试验牛每日清晨7:30采奶,每次挤奶取两个奶样,每个牛奶样品采50 mL,分别在弃去头3把乳后,手工挤奶的方法采奶。奶样来自4个乳区,4个乳区的奶样混合后直接测定牛奶成分。

    • 取2 mL瘤胃液提取瘤胃微生物DNA,采用试剂盒法,试剂盒购于南京建成生物研究所。每头牛每个时间段瘤胃液取3管样品,即3个重复。

    • PCR扩增前用琼脂糖凝胶电泳检测DNA样品的纯度和浓度,于离心管中取适量的样品进行稀释。将稀释后的基因组DNA作为模板。瘤胃液DNA扩增目的片段为V3+V4区,引物序列为:V3+V4:341F-806R[15]

          341F:CCTACGGGNGGCWGCAG;

          806R:GGACTACHVGGGTATCTAAT

    • PCR产物使用2%的琼脂糖凝胶进行电泳检测;依照PCR产物浓度的检测结果进行等浓度混样,充分混匀后使用2%的琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,使用南京建成生物研究所提供的回收试剂盒回收产物。

    • 将样品送至广州基迪奥生物科技有限公司进行Hiseq测序,其测序采用Hiseq2500 PE 250平台。

    • 数据采用Excel 2016进行初步处理,采用SAS 8.2统计软件中的随机区组设计进行数据处理。数据由平均值±标准误表示,P<0.05为差异显著,P<0.01为差异极显著。

    • 图 1为日粮添加玉米粉和油脂后,牛奶乳脂变化曲线。表 2为添加玉米粉和油脂对牛奶乳成分的影响。在添加玉米粉和油脂后,乳糖有显著提高(P<0.05),而乳脂率极显著降低;乳脂开始2 d有小幅度的上升,从第4 d开始迅速降低。约1周后,乳脂率开始稳定。可以发现乳脂稳定阶段与开始饲喂阶段,乳脂率降低超过48%,表明乳脂降低综合征诱导成功。

      图  1  牛奶乳脂变化

      Figure 1.  Changes on fat content in cow milk

      表 2  添加玉米粉和油脂粮对奶牛乳成分的影响

      Table 2.  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on chemical composition of cow milk

      (单位/%)
      项目
      Item
      对照组
      CK
      试验组
      CO
      乳脂率 Milk fat 4.05±0.16A 2.10±0.06B
      乳蛋白 Milk protein 3.25±0.10a 3.45±0.11a
      乳糖 Lactose 4.95±0.21b 5.27±0.08a
      注:同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),不同大写字母表示差异极显著(P<0.01),表 4~5同。
      Note: Different lowercase letters of the peer data shoulders indicate significant difference (P<0.05), and different uppercase letters indicate that the difference is extremely significant (P<0.01).The same as Table 4-5.
    • 本试验的瘤胃液样品的Shannon曲线见图 2。当测序深度超过10 000 reads时,曲线趋于平缓,各样品达到饱和状态,表明本试验的测序深度足以覆盖各样品中大多数细菌。

      图  2  添加玉米粉和油脂对瘤胃细菌菌群Shannon指数的影响

      Figure 2.  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on Shannon index of rumen microbial flora

    • 经Illumina Hiseq测序结束后,除去低质量序列,通过序列拼接,应用Mothur根据97%的序列相似度,对序列进行OTU聚类,对样品进行OTU的统计,剔除稀有OTU后对照组CK样品获得2 900个,试验组CO样品获得2 779个。样品间差异不显著(P>0.05),两个样品共享OTU为2 344个。

    • 基于OTU的结果,计算了Alpha多样性。由表 3可知饲喂玉米粉与胡麻油对奶牛瘤胃细菌菌群的Chao1值和Ace值与对照组比较,均有所减少,微生物数量有所减少,但差异不显著(P>0.05),说明饲喂乳脂下降后瘤胃细菌多样性无显著影响。与对照组比较瘤胃细菌菌群,试验组Shannon指数比对照组低,Simpson指数比对照组高,说明奶牛瘤胃菌群种类分布均匀度有降低,但是差异并不显著(P>0.05)。与对照组比较瘤胃细菌菌群的Shannon指数和Simpson指数均差异不显著。本试验覆盖率均大于99%,说明样品的采集足以反映瘤胃细菌菌群情况。

      表 3  样品在0.03距离下的Alpha丰富程度

      Table 3.  Alpha richness of specimens at distance 0.03

      项目
      Item
      Chao1指数
      Chao1 index
      Ace指数
      Ace index
      Shannon指数
      Shannon index
      Simpson指数
      Simpson index
      覆盖率
      Coverage/%
      对照组 CK 3866.47 3780.21 7.96 0.98 99.29
      试验组 CO 3713.57 3642.19 8.35 0.99 99.29
      P-value 0.22 0.26 0.16 0.10 -
    • 表 4为在玉米粉和油脂诱导乳脂降低后部分细菌在门水平上的菌群变化。本试验共涉及29个门,包括芽单胞菌门Gemmatimonadetes、软壁菌门Tenericutes、装甲菌门Armatimonadetes、厚壁菌门Firmicutes、广古菌门Euryarchaeota、拟杆菌门Bacteroidetes、变形杆菌门Proteobacteria,迷踪菌门Elusimicrobia,浮霉菌门Planctomycetes,未注释菌门Bacteria-NA等。奶牛瘤胃厚壁菌门、拟杆菌门、变形杆菌门占总菌群比例的90%。与对照组相比,玉米粉和油脂诱导乳脂降低后奶牛瘤胃导软壁菌门丰度显著降低(P<0.05),放线菌门、浮霉菌门丰度极显著增加(P<0.01);螺旋菌门丰度显著增加(P<0.05)。

      表 4  添加玉米粉与油脂对瘤胃细菌菌群在门水平上结构的影响

      Table 4.  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on makeup of microbial phyla in rumen

      (单位/%)

      Phylum
      对照组
      Mean(CK)
      试验组
      Mean(CO)
      拟杆菌门 Bacteroidetes 51.91±5.56 54.90±2.18
      厚壁菌门 Firmicutes 35.52±2.92 37.85±1.91
      变形菌门 Proteobacteria 7.58±4.04 1.34±0.07
        Saccharibacteria 0.81±0.15 0.48±0.10
      螺旋菌门 Spirochaetae 0.81±0.12b 1.08±0.03a
      浮霉菌门 Planctomycetes 0.66±0.10B 1.23±0.18A
      软壁菌门 Tenericutes 0.60±0.10a 0.34±0.06b
      放线菌门 Actinobacteria 0.44±0.08B 0.99±0.17A
      广古菌门 Euryarchaeota 0.18±0.04 0.09±0.03
    • 进一步细化分类到属,本试验奶牛瘤胃液菌群共涉及389个属种,其中110个菌属差异显著(P<0.05)。表 5只列出了占总菌群0.1%以上且差异显著的菌属。分析结果可知,10个菌属丰度较高,包括链球菌属 Streptococcus、克里斯滕森菌属 Christensenellaceae、肠球菌属 Enterococcus、魏斯氏菌属 Weissella、乳酸杆菌属 Lactobacillus、普雷沃氏菌属-1 Prevotella-1、瘤胃球菌属 Ruminococcus等。由表 5可以看出,与对照组相比,试验组奶牛瘤胃乳酸菌杆菌属丰度极显著增加(P<0.01);肠球菌属丰度极显著降低(P<0.01),克里斯滕森菌属显著降低(P<0.05),其他优势菌属变化不显著。除优势菌属外,其他菌属如普雷沃菌属丰度显著增加(P<0.05);毛螺旋菌属丰度极显著降低(P<0.01),未注释毛螺旋菌属丰度显著增加;丁酸弧菌属-2 Butyrivibrio-2丰度显著降低(P<0.05);瘤胃球菌属-1丰度显著提高。

      表 5  添加玉米粉与油脂对瘤胃在属水平上菌群结构的影响

      Table 5.  Effect of added corn meal and flaxseed oil in forage on makeup of microbial genera in rumen

      (单位/%)

      Genus
      对照组
      Mean(CK)
      试验组
      Mean(CO)
      肠球菌属 Enterococcus 4.88±1.41A 0.24±0.08B
      乳酸杆菌属 Lactobacillus 0.38±0.09B 4.56±0.58A
      韦荣球菌属 Veillonellaceae-UCG-001 0.11±0.02A 0.04±0.01B
      普雷沃氏菌属 Prevotellaceae-UCG-001 0.70±0.08B 1.21±0.12A
      毛螺旋菌属 Lachnospiraceae-UCG-006 0.10±0.01A 0.05±0.01B
      瘤胃球菌属-1 Ruminococcus-1 0.12±0.01b 0.26±0.05a
      丁酸弧菌属-2 Butyrivibrio-2 0.71±0.09a 0.45±0.07b
      克里斯滕森菌属 Christensenellaceae-R-7-group 4.35±0.60a 3.01±0.23b
      未注释毛螺旋菌属 Lachnospiraceae-NA 0.55±0.05b 0.91±0.16a
    • 试验结果表明,在饲料淀粉营养水平达27%左右的水平上额外添加胡麻油150 mL·头-1·d-1,连续添加15 d可以极显著降低奶牛的乳脂率,显著提高乳糖率。乳糖含量与饲料中淀粉和糖的含量有关[16]。刘峰等[17]研究表明,随着精料比例的增加,乳糖含量呈上升趋势,而乳脂率呈下降趋势,饲料的精粗饲料比对产奶量有显著影响。Rico等[18]对奶牛使用低纤维高脂肪日粮,结果成功诱导出乳脂下降综合症。国外研究表明,在日粮中添加植物油与鱼油混合,乳脂率会出现下降情况[19]。这都与本试验研究结果相似。研究表明当对奶牛添加含有大量精料或不饱和脂肪酸日粮后,瘤胃液和牛奶中的反-10-十八碳脂肪酸(trans-10 C18)含量增加[20]。Gaynor等[21]通过高精日粮诱导奶牛乳脂下降,证实了乳脂中的反式脂肪酸的增加与乳脂下降综合症存在联系。本试验中高精高脂肪酸的日粮条件可能是乳脂率降低的原因。

    • 饲料中的不饱和脂肪酸对瘤胃的发酵有着明显的抑制作用,能够显著降低反刍动物对纤维素的消化率[22]。由表 3可知,本试验导致瘤胃菌群种类分布均匀度有降低,瘤胃菌群种类与丰度减少。研究表明油脂会抑制瘤胃细菌的生长,甚至对瘤胃微生物的生长有毒性[23]。瘤胃内细菌有大部分黏附在饲料颗粒,饲料中添加油脂会使饲料颗粒表面润滑,使细菌难以附着也是瘤胃细菌菌群减少的原因之一[24]。还有研究认为脂肪酸可以吸附在细菌的细胞壁上,影响了营养物质通过,阻碍了细菌的生长[25]

      本试验表明,添加油脂并不一定能使瘤胃脂肪分解菌丰度提高。李旦[26]研究表明,日粮中添加豆油或者胡麻油会使瘤胃解脂厌氧弧菌丰度大幅度减少。研究表明,解脂厌氧弧菌的胞外脂肪酶最适pH为7.4[27],在本试验中产酸菌增多的情况下,脂肪在瘤胃也不能正常消化。丁酸弧菌属是纤维降解菌,其丰度显著降低,说明其生长得到抑制,这与李旦等[28]研究结果一致。

      乳脂降低与瘤胃中微生物群落的大规模转变之间存在关联。乳酸产生菌与乳酸利用菌之间的菌群平衡紊乱,瘤胃内乳酸积累,使瘤胃酸度降低[29-30]。研究表明,韦荣球菌属为乳酸利用菌[31],本试验韦荣球菌属丰度极显著降低(P<0.01),而乳酸杆菌丰度极显著增加(P<0.01),表明瘤胃菌群平衡已经紊乱。试验表明,油脂虽然不是瘤胃酸中毒的原因,但是在日粮中随着与高淀粉日粮一起添加会增加瘤胃酸中毒的风险。由于本试验瘤胃丰度变化的菌群数量很多,部分在瘤胃占菌群总比例较少的菌群没有一一进行分析,但玉米粉和胡麻油诱导奶牛乳脂下降后,瘤胃的菌群的丰度和平衡已经发生了很大变化,细菌之间的协同作用以及数据还有待进一步整理和发掘。

    • 反刍动物的乳脂及肌肉脂肪中的顺-9-反-11-共轭亚油酸(CLA)的来源之一就是在瘤胃细菌的作用下,亚油酸(C18:2)被异构化为CLA[32]。因此,反刍动物食品中的共轭亚油酸与日粮中不饱和脂肪酸在瘤胃中的氢化程度密切相关。瘤胃的生物氢化作用开始于微生物对酰基甘油的脂解,然后再释放出游离脂肪酸以及甘油。游离的脂肪酸吸附在饲料颗粒之上,另外有部分脂肪酸被吸附在固相食糜上的细菌所吸收[33]。研究表明,丁酸弧菌属[34]、韦荣球菌属[35]等都与瘤胃的生物氢化有关,在本试验中这些菌属丰度都显著降低(P<0.05)。玉米粉与油脂诱导抑制了大量氢化菌的丰度,这与杨舒黎等[36]研究一致。

      生物氢化涉及的细菌种类极其复杂,不同细菌之间的协同作用,同一微生物不同属间的相互作用非常复杂,很难具体说明每种菌在瘤胃中的作用,而且目前鉴定出参与瘤胃生物氢化的细菌还不多[37-38],本试验的结果还有待进一步验证。就本试验结果来看,玉米粉与油脂组合抑制了瘤胃细菌的生长,降低了部分生物氢化菌的丰度。

    • 在基本日粮基础上,添加玉米粉1.5 kg·头-1·d-1与油脂150 mL·头-1·d-1,连续添加15 d可以极显著降低奶牛的乳脂率,成功诱导奶牛乳脂降低。本试验条件下,日粮添加玉米粉与油脂对奶牛瘤胃细菌菌群多样性未产生显著影响,但菌群结构及丰度发生了较大改变,产酸菌属与淀粉利用菌属增加显著,部分瘤胃氢化菌属显著降低,瘤胃纤维降解菌属的影响结果不一,需要进一步研究。

参考文献 (38)

目录

    /

    返回文章
    返回