反芻動(dòng)物瘤胃微生物區(qū)系組成與飼料利用率
摘要
瘤胃是反芻動(dòng)物特有的消化器官，反芻動(dòng)物依賴瘤胃中龐大的微生物群將木質(zhì)纖維發(fā)酵為揮發(fā)性脂肪酸為機(jī)體供能。近年來，中草藥在反芻動(dòng)物保健與疾病治療中的應(yīng)用受到普遍關(guān)注。中草藥能夠通過影響瘤胃菌群代謝，調(diào)節(jié)機(jī)體整體代謝功能。但由于中草藥成分復(fù)雜且具有多靶點(diǎn)的特性，其對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃菌群代謝的調(diào)控機(jī)制相對(duì)復(fù)雜，一般技術(shù)手段很難全面揭示中草藥調(diào)控瘤胃菌群代謝的相關(guān)機(jī)制。代謝組學(xué)作為系統(tǒng)生物學(xué)的重要組成部分，具有整體性、動(dòng)態(tài)性和系統(tǒng)性等特點(diǎn)，在揭示中草藥調(diào)控反芻動(dòng)物瘤胃菌群代謝的機(jī)制方面顯示出了獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。因此，本文對(duì)瘤胃微生物區(qū)系組成與飼料利用率、影響瘤胃菌群組成和數(shù)量的因素及瘤胃代謝物的變化與代謝性疾病相關(guān)性進(jìn)行了概述，并詳細(xì)綜述了中草藥及其提取物調(diào)控瘤胃菌群的代謝組學(xué)研究，旨在為未來中草藥與瘤胃菌群相關(guān)研究提供參考和借鑒。
近年來，由于獸藥殘留和抗生素耐藥問題，中草藥因其副作用小，不易產(chǎn)生耐藥性而受到關(guān)注。作為飼料添加劑，中草藥不僅富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且具備多種保健功效?，F(xiàn)代研究顯示，中草藥中的免疫活性物質(zhì)能增強(qiáng)動(dòng)物免疫功能，提高抵抗力，改善動(dòng)物的生產(chǎn)性能。中草藥還具有來源廣泛、無殘留和不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點(diǎn)，因而成為近年來動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。目前，已有利用中草藥非藥用部位飼喂動(dòng)物的相關(guān)研究，但由于成分復(fù)雜和多靶點(diǎn)的特點(diǎn)，傳統(tǒng)藥理學(xué)方法很難闡明其作用機(jī)理。代謝組學(xué)(metabolomics)可通過高通量檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，對(duì)生物或細(xì)胞在特定條件下的代謝產(chǎn)物進(jìn)行定性與定量分析。目前，常用的檢測(cè)技術(shù)包括核磁共振(NMR)、氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)、液相色譜-質(zhì)譜(LC-MS)和高效液相色譜-質(zhì)譜(HPLC-MS)等，這些技術(shù)有助于揭示中草藥在預(yù)防和治療畜禽疾病中的作用。瘤胃在反芻動(dòng)物的消化中扮演著核心角色。瘤胃液代謝物的變化與反芻動(dòng)物的健康和生產(chǎn)性能緊密相關(guān)，不僅可作為疾病診斷的標(biāo)志物，而且能反映營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率。近年來，代謝組學(xué)技術(shù)在研究中草藥對(duì)瘤胃菌群代謝的影響中得到廣泛應(yīng)用。本文回顧了這一領(lǐng)域的研究進(jìn)展，旨在為未來深入研究中草藥調(diào)控反芻動(dòng)物瘤胃菌群的機(jī)制提供參考。
1瘤胃微生物區(qū)系組成與飼料利用率
瘤胃微生物主要包括細(xì)菌、真菌、古菌和原蟲。每克瘤胃內(nèi)容物中，細(xì)菌數(shù)量約1011個(gè)，有200余種;纖毛蟲數(shù)量在104~106個(gè)，分屬24個(gè)屬;厭氧真菌數(shù)量為102~104個(gè)，涵蓋5個(gè)屬。這些微生物群體共同維持瘤胃生態(tài)平衡，促進(jìn)食物發(fā)酵和營(yíng)養(yǎng)吸收。近年來，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)瘤胃中存在病毒，這些病毒可通過溶菌和基因轉(zhuǎn)移調(diào)控微生物種類和菌株數(shù)量。瘤胃微生物的互作維持了內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和飼料的消化。瘤胃真菌、細(xì)菌和原生動(dòng)物共同作用，分解飼料纖維，生成揮發(fā)性脂肪酸，作為宿主動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)來源。此外，瘤胃內(nèi)纖毛蟲具有多種碳水化合物活性酶，能分解飼料和微生物中的碳水化合物，調(diào)節(jié)瘤胃pH，促進(jìn)微生物蛋白合成。因此，瘤胃微生物的組成和數(shù)量與飼料利用率密切相關(guān)，瘤胃內(nèi)纖維桿菌科(Fibrobacteraceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)等優(yōu)勢(shì)菌群豐度與飼料利用率呈負(fù)相關(guān)，而毛螺菌科(Lachnospiraceae)豐度則與飼料利用率呈正相關(guān)。另有研究表明，為綿羊灌服產(chǎn)酸能力較強(qiáng)的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、平腸球菌(Enterococcus hirae)、小芽孢桿菌(Bacillus pumillus)和屎腸球菌(Enterococcus faecium)混合液，能顯著提高綿羊體重和飼料利用率。
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