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围产期饲粮添加发酵中药渣对母猪粪便微生物及其代谢产物的影响
  

摘 要:为了探讨中药渣在妊娠母猪饲粮中添加的可行性,试验选用 2 ~4 胎次、预产期相近的二元妊娠母猪 60头,随机分为对照组、中药渣组和发酵中药渣组,比较研究发酵前和发酵后中药渣对母猪粪便微生物及其代谢产物的影响。结果表明:与对照组相比,中药渣组和发酵中药渣组母猪产前粪便中乙酸、丙酸、丁酸、直链脂肪酸和总短链脂肪酸含量均显著增加(P<0.05),支链/直链脂肪酸比值显著降低(P<0.05);中药渣组母猪产前粪便中苯乙胺和产后色胺含量均显著降低(P<0.05);发酵中药渣组母猪产后粪便中亚精胺、精胺和乳酸菌含量均显著增加(P<0.05),大肠杆菌含量显著降低(P<0.05)。由此可见,饲粮添加发酵中药渣可改善妊娠母猪肠道微生物菌群平衡、增加短链脂肪酸含量,从而有利于妊娠母猪繁殖性能的提高。

中药渣是中药材提取后的残渣,由于受提取工艺的限制,其中不仅含有糖类、蛋白质和微量元素等营养成分以及纤维素和鞣质等抗营养因子,还富含多糖、黄酮和皂苷等多种功能成分。对中药渣进行微生物发酵处理,不仅可以降低其中纤维素等抗营养因子的含量、提高其利用率,在发酵过程中还可以产生低聚寡糖等功能性次级代谢产物,使中药渣的利用更加高效、环保。现有研究表明,在动物饲粮中添加中药渣制剂可以提高机体抗氧化能力、增强免疫力、促进生长发育及改善肉品 质等。笔者的前期研究表明,饲粮中添加中药渣可提高母猪的繁殖性能和仔猪的生长性能。中药渣作为饲料添加剂应用于养殖生产中,不仅可以提升中药材种植与加工业的附加值,而且还可以改善生态环境、促进养殖业的健康发展。因此,发酵中药渣有望作为一种新型的绿色饲料添加剂用于动物生产。结肠中栖息着的大量微生物参与了多种物质的代谢,其代谢产物短链脂肪酸(SCFA)、吲哚、粪臭素、氨氮和生物胺等会影响宿主整体代谢和机体健康。例如,SCFA 可降低肠道 pH 值,有效抑制有害菌生长,为乳酸菌生长创造有利条件;吲哚、粪臭素、氨氮和生物胺可影响宿主的代谢与健康。

目前关于中药渣影响母猪结肠微生物数量及其代谢方面的研究较少。因此,本试验研究了发酵中药渣对母猪粪便微生物数量及其代谢产物的影响,为其在母猪饲粮中的应用提供依据。

1、材料与方法

1.1 发酵中药渣制备

试验所用的中药渣由湖南圣雅凯生物科技有限公司提供。取水提后的中药渣,按黄芪 4、当归 2、益母草 2、金银花 2 配比(以干品计),中药渣含水量控制在 40% ~ 60%。按 0.4% 的比例接种复合菌种(含枯草芽孢杆菌、酵母菌、乳酸菌和丁酸梭菌等,活菌量≥2 ×10 10 cfu/g),置于 25 ℃以上条件下发酵1 周,每天翻动 1 ~ 2 次,发酵后减压真空干燥、粉碎、包装。经测定,中药渣制剂含 DM 95.63%、CP10.03%、CF 8.00% 和 EE 6.8%,发酵中药渣制剂含 DM 95.02%、CP 14.92%、CF 2.22% 和 EE5.29%。

1.2 试验动物、分组与饲养管理

本研究动物饲养试验于 2015 年 9 月 ~11 月在位于湖南新五丰永安分公司的中国科学院亚热带农业生态研究所动物实验基地进行。试验选用 2 ~ 4胎次、预产期相近的妊娠 85 d 的健康二元母猪 60头,随机分为 3 组,每组 20 头,单栏饲养。在基础饲粮中分别添加3 kg/T 米糠(对照组)、3 kg/T 中药渣(中药渣组) 和 3 kg/T 发酵中药渣(发酵中药渣组)。基础饲粮的组成及营养水平见表 1。从产前21 d 开始饲喂,到产后 28 d 结束。试验期间按猪场日常管理程序,给试验猪喂料、饮水和免疫。

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1.3 粪便微生物数量及其代谢产物测定

分别于母猪妊娠 110 d 和产后 28 d,每组随机收集 8 头母猪的新鲜粪便,装入 10 mL 无菌离心管中-80 ℃冻存,粪便微生物数量测定参考焦金真等所述方法,结果均以每克粪便中含有的微生物拷贝数的对数值[lg(copies/g)]表示;粪便冷冻干燥后,采用气相色谱法测定其中的 SCFA 含量,采用高效液相色谱法检测其中吲哚和粪臭素以及生物胺含量。

1.4 数据处理与分析

试验数据用 Excel 2010 进行初步处理后,用SPSS 22.0 软件进行方差分析和 t 检验。数据以“平均值 ± 标准误”表示。P <0.05 表示差异显著,0.05≤P <0.1 表示有变化趋势。

2、结果与分析

2.1 饲粮添加中药渣制剂对母猪粪便中微生物数量的影响

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由表 2 可知,与对照组相比,发酵中药渣组母猪粪便乳酸菌数量显著增加(P < 0.05)、大肠杆菌数量显著降低(P <0.05);与产前相比,产后各试验组母猪粪便双歧杆菌数量均显著降低(P <0.05)。

2.2  饲粮添加中药渣制剂对母猪粪便中 SCFA 含量的影响

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由表3可知,与对照组相比,中药渣组和发酵中药渣组母猪产前粪便中乙酸、丙酸、丁酸、直链脂肪酸和总脂肪酸含量均显著增加(P<0.05),支链/直链脂肪酸比值显著减小(P< 0.05)。与产前相比,产后对照组母猪粪便中乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、直链脂肪酸、异丁酸、支链脂肪酸和总脂肪酸含量均显著增加(P <0.05),支链/直链脂肪酸比值显著减小(P<0. 05);中药渣组丙酸含量(P = 0.051)以及发酵中药渣组丙酸(P = 0.088) 和直链脂肪酸(P =0.094)含量均呈增加趋势。

2.3 饲粮添加中药渣制剂对母猪粪便中吲哚和粪臭素含量的影响

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由表 4 可知,与对照组相比,中药渣组和发酵中药渣组粪便中吲哚和粪臭素含量差异均不显著(P>0.05);产后与产前相比,中药渣组粪便中吲哚含量显著降低(P <0.05)。

2.4 饲粮添加中药渣制剂对母猪粪便中生物胺含量的影响

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由表 5 可知,与对照组相比,中药渣组母猪产前粪便中苯乙胺含量和产后粪便中色胺含量均显著降低(P <0.05)、产前粪便中亚精胺含量呈降低趋势(P =0.078),发酵中药渣组母猪产后粪便中亚精胺和精胺含量均显著升高(P <0.05);与产前相比,产后对照组母猪粪便中亚精胺和精胺含量均显著降低(P<0.05),中药渣组母猪粪便中1,7-庚二胺含量呈升高趋势(P =0.089)、精胺含量呈降低趋势(P =0.076),发酵中药渣组母猪粪便中亚精胺含量呈降低趋势(P =0.096)、1,7-庚二胺含量呈升高趋势(P =0.053)。

3、讨论与结论

乳酸菌是动物肠道中重要的有益菌,具有增强免疫和提高生长性能的作用。有研究报道,乳酸菌生长可竞争性地抑制大肠杆菌增殖,进而改善仔猪肠道微生物菌群结构,促进肠道微生态平衡。

本研究表明,饲粮添加发酵中药渣可显著增加母猪粪便中乳酸菌含量、显著降低大肠杆菌含量,可能是由于发酵中药渣中含有大量的乳酸菌和益生元,因此乳酸菌增加的同时竞争性地抑制大肠杆菌的繁殖。另外,发酵中药渣可增加结肠中 SCFA 的产量,降低肠道 pH 值,从而抑制大肠杆菌的繁殖。

结肠中微生物代谢产生的乙酸可作为不同类型上皮细胞和肠道细菌的能量来源;丙酸可参与三羧酸循环为机体提供能量;丁酸是结肠粘膜上皮细胞的主要能源物质,可以维持肠粘膜上皮细胞的完整性,并促进大肠生长,异丁酸和异戊酸等支链脂肪酸分别来自缬氨酸、异亮氨酸和亮氨酸的代谢,且只来源于蛋白质的分解代谢,是肠腔中蛋白质

分解代谢的理想标志物。本研究表明,饲粮添加发酵中药渣促进了母猪结肠微生物的发酵,增加了结肠中 SCFA 的含量,这有利于母体健康和胎儿发育;可是对产后母猪粪便中 SCFA 含量的影响不显著,可能是因为泌乳期间饲粮营养增加(妊娠饲粮含 CP 14.17%,EE 5.16%,Lys 0.98%,Thr 0.68%;泌乳饲粮含 CP 19.78%,EE 6.02%,Lys 1.53%,Thr 0.99%),微生物发酵产生的 SCFA 大幅度提高(产后粪便中 SCFA 含量显著高于产前),使得添加发酵中药渣对产后母猪粪便中 SCFA 影响不明显。盲肠和结肠菌群厌氧发酵色氨酸产生的吲哚和粪臭素,可存留在肠道内容物中,也可被肠黏膜吸收或分泌。一般认为,吲哚和粪臭素会引起猪肉的膻味,从而影响肉品质。也有研究表明,吲哚和粪臭素可作为结肠癌促进剂发挥作用。本研究表明,饲粮添加中药渣并不影响吲哚和粪臭素的含量,进一步说明中药渣不影响结肠微生物对色氨酸的分解代谢。

结肠中的色氨酸、精氨酸、赖氨酸、酪氨酸、组氨酸和鸟氨酸在微生物发酵作用下分别生成色胺、胍丁胺、尸胺、酪胺、组胺和腐胺等生物胺。生物胺可参与肠道黏膜屏障的发育与维持,进而影响宿主健康,过量的生物胺可与亚硝酸盐发生反应,导致致癌物挥发性亚硝酸胺的生成。腐胺、精胺和亚精胺是生物细胞所必需的活性成分,对不饱和脂肪酸的氧化具有抑制作用;酪氨酸也具有抗氧化作用。本研究表明,与中药渣组相比,饲粮添加发酵中药渣在一定程度上增加了生物胺的产生,这是因为发酵中药渣中蛋白质含量(CP 14.92%)高于中药渣(CP 10.03%),提高了结肠微生物对氨基酸的分解代谢;另外,与产前对比,产后粪便中生物胺的含量也相应增加。姬玉娇等的研究也发现,饲喂高营养水平饲粮时,母猪结肠中的生物胺含量有所增加。笔者前期研究发现,围产期母猪饲粮中添加发酵中药渣可增强机体抗氧化能力,可能与产后母猪粪便中精胺和亚精胺含量增加有关。

综上所述,围产期饲粮添加发酵中药渣可改善肠道微生物菌群平衡,增加母猪后肠中 SCFA 含量,从而有利于妊娠母猪繁殖性能的提高。

专家介绍
印遇龙 

作者介绍:现任中国科学院亚热带农业生态研究所畜牧健康养殖中心主任,学术委员会副主任,中国共产党湖南省第九次代表大会代表,湖南省直机关和中国科学院模范共产党党员,九三学社全国优秀社员,湖南省政协常委,湖南省海外联谊会常务理事,湖南省九三学社省委委员,动物营养学国家重点实验室、生物饲料安全与污染防控国家工程实验室和中国科学院亚热带农业生态系统过程重点实验室学术委员会委员,中国畜牧兽医学会科技专家动物营养学分会常务理事,中国微量元素与食物链研究会副理事长,兼任南昌大学博士和博士后导师家。

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