不同玉米青贮水平对荷斯坦后备牛瘤胃液微生物组及其代谢组的影响

发布时间：2017-12-11 15:31

本文关键词：不同玉米青贮水平对荷斯坦后备牛瘤胃液微生物组及其代谢组的影响

【摘要】：在优质粗饲料短缺、环保压力持续增加和农作物秸秆资源大量浪费的背景下,本试验在保持相似日增重、限饲条件下系统分析了不同玉米青贮水平日粮处理对荷斯坦后备母牛瘤胃液微生物组及其代谢组的影响,为提高饲料利用效率、降低养殖成本、促进我国奶牛养殖业提质增效等方面提供理论指导和数据支持。根据日龄和体重相近原则选取了 24头8-10月龄、253±29 kg、同一父本(公牛号:11106002)的半同胞荷斯坦后备母牛作为研究对象,为减少粗饲料种类和来源对试验结果的潜在影响,本试验以全株玉米青贮作为唯一粗饲料来源,提供四个玉米青贮水平(20%、40%、60%、80%干物质基础,即S20、S40、S60、S80)的试验日粮,保持相似的代谢能和粗蛋白质摄入量,预饲期(50%玉米青贮水平)和正试期各28天;将24头试验牛按照完全随机区组试验设计要求等额分配到四个处理组,在正试期最后一天晨饲后3-4小时采集瘤胃液样品。利用MiSeq测序平台对24个样品进行16S rRNA基因和18S rRNA基因的V3-V4区、ITS1区测序,利用GC-TOF/MS系统对24个样品进行代谢物检测分析。根据瘤胃液细菌区系测序结果分析,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门为优势菌门(其相对丰度之和超过94%),丝状杆菌门、螺旋菌门、黏胶球形菌门等四个菌门为次优势菌门;在已知属水平分类中,普雷沃氏菌属和琥珀酸菌属为优势菌属(相对丰度之和约为34%),丁酸弧菌属、瘤胃球菌属、丝状杆菌属和新月形单胞杆菌属等为次优势菌属。随着玉米青贮水平的升高,瘤胃液细菌区系的多样性和物种丰富度显著增加;丝状杆菌属、琥珀酸单胞菌属、厌氧孢杆菌属和产乙酸糖发酵菌属等具有纤维降解活性菌属的相对丰度呈显著线性增加(q0.05);其他具有纤维分解活性的菌属如产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌等虽有检出,但各处理组之间差异不显著。根据瘤胃液原虫区系测序结果分析,优势菌门为囊泡虫门(其相对丰度超过99.99%);在属水平瘤胃液原虫区系分类上,内毛虫属、硬甲属和等毛虫属为优势菌属(相对丰度之和为93.78%),双甲属、厚毛虫属和假内毛虫属等为次优势菌属。随着玉米青贮水平的升高,瘤胃液原虫区系的物种多样性显著增加;物种丰富度等其它多样性指数在不同处理组之间虽有逐渐增加的趋势,但各处理组之间差异不显著(P0.05);对淀粉刺激敏感的内毛虫属的相对丰度呈显著线性下降趋势(q0.05);在纤维降解过程中发挥重要作用的硬甲属和多甲属呈显著线性增加趋势(q0.05)。根据瘤胃液真菌区系测序结果分析,优势菌门为新丽鞭毛菌门和子囊菌门(相对丰度之和占真菌区系序列总数的94%以上);在属水平分类上,瘤胃壶菌属、瘤胃真菌属、新丽鞭毛菌属和枝梗鞭菌属等为已知种类的优势菌属(相对丰度之和为51.55%),厌氧鞭菌属、被孢霉属、根囊鞭菌属等10个菌属为次优势菌属。随着玉米青贮水平的升高,瘤胃液真菌区系的α-多样性指数呈先升后降的变化规律(S40组或S60组最高),但四个处理组间的差异均不显著(P0.1);新丽鞭毛菌门的相对丰度显著线性升高(q = 0.03)、担子菌门和壶菌门的相对丰度呈显著线性降低(q0.05),而子囊菌门处理组间的相对丰度差异显著(P0.01)且线性降低(q0.01);新丽鞭毛菌属、闭小囊菌属和假散囊菌属均显著线性降低(= 0.01),但新丽鞭毛菌属处理组差异不显著(P= 0.05)、而后两个菌属的处理组间差异显著(P= 0.03);枝梗鞭毛菌属四个处理组间差异显著(P= 0.01)且呈显著线性升高(q = 0.01)。结果表明,过低水平的玉米青贮对瘤胃真菌有抑制作用,适当的精粗比有助于瘤胃真菌生长,S40组为瘤胃液真菌区系发酵提供的条件最为充分。根据GC-TOF/MS代谢物检测系统分析结果,四个处理水平24个瘤胃液样品共检出558个代谢物特征峰,通过与代谢数据库对比和鉴定,共有243个代谢物被鉴定和量化。以OPLS-DA分析模型第一组成分的VIP值(VIP1.5)结合T检验的FDR值(q0.05)作为差异代谢物判定标准对不同玉米青贮水平处理组进行两两比较,共获取了 16个差异代谢物。随着日粮玉米青贮水平的升高,六个代谢物线性显著降低(q∈(0.001,0.032])、五个代谢物线性显著升高(q∈(0.001,0.019]),丙酮酸呈先升后降的显著二次曲线变化(q0.01)。通过对瘤胃液微生物组与其代谢组进行相关分析,结果表明6个随日粮玉米青贮水平显著变化的微生物菌属和8个组间差异代谢物之间存在显著的正/负相关关系。将瘤胃液微生物组和代谢组进行关联分析,通过研究不同玉米青贮水平日粮处理对瘤胃液微生物组变化显著菌群及一些与之高度相关代谢产物的影响,旨在建立奶牛瘤胃微生态调控机制模型。在低粗料限饲模式下,以瘤胃液微生物区系多样性和丰富度作为判定依据,具有最佳日粮瘤胃能氮平衡的40%玉米青贮水平处理组既可为瘤胃液微生物提供最充分的发酵条件又能保证荷斯坦后备牛瘤胃液微生物菌群的组成结构和代谢产物不发生显著改变。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S823.5

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