李俊霞

（聊城大學(xué)，山東聊城 252000）

瘤胃是一個(gè)多樣、復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，可以將植物生物量轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)、揮發(fā)性脂肪酸和宿主動(dòng)物所需的維生素。研究瘤胃微生物之間的的關(guān)系相互作用是一項(xiàng)困難的工作，因?yàn)椴煌奈⑸镉胁煌牡孜?、需求和消化作用。但了解微生物之間的關(guān)系和相互作用對評估其對環(huán)境或所棲息群落的影響很重要，因?yàn)樗鼈冊趧?dòng)物健康、生產(chǎn)性能、泌乳和肉類質(zhì)量和組成中起關(guān)鍵作用。因此，本文綜述了近年來國內(nèi)外在提高奶山羊瘤胃發(fā)酵技術(shù)方面的研究進(jìn)展和發(fā)展前景。

1 奶山羊瘤胃和微生物群落

奶山羊瘤胃pH、微生物組、發(fā)酵產(chǎn)物和代謝物隨日糧的不同而存在差異。在高水平牧草日糧（牧草與濃縮料9∶1）飼喂條件下，奶山羊瘤胃pH為6.25，在高谷物日糧飼喂條件下，其pH=5.90（Lee等，2019）。一般來說，瘤胃pH與揮發(fā)性脂肪酸濃度相關(guān)，在Kholif等（2018）的研究中發(fā)現(xiàn)，乙酸、丙酸和丁酸濃度分別為59.0、26.4和2.25 mmol/100 mmol總揮發(fā)性脂肪酸濃度情況下，泌乳努比亞奶山羊瘤胃中有26.9～29.2 g/L的氨氮和82.0 mmol/L的揮發(fā)性脂肪酸。高水平牧草和精料比日糧飼喂的韓國本土奶山羊的瘤胃中氨氮和總揮發(fā)性脂肪酸含量相當(dāng)，只有乙酸產(chǎn)量不同，而高牧草日糧的瘤胃中乙酸產(chǎn)量更高。奶山羊瘤胃微生物區(qū)系組成通常以擬桿菌門菌為主，其次為厚壁菌門菌，纖維桿菌的豐度很低。Henderson等（2015）利用高通量測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，瘤胃原生動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的寄主個(gè)體性，其中以內(nèi)毛蟲和前毛蟲屬為主。Wang等（2016）研究11個(gè)不同年齡組的55只雄性雜交奶山羊瘤胃微生物群落發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌群落主要由擬桿菌門、厚壁菌門和變形桿菌門組成，古生菌中有古埃及古菌，采用實(shí)時(shí)定量聚合酶鏈反應(yīng)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，高牧草日糧飼喂的奶山羊瘤胃中琥珀酸纖維桿菌基因的相對豐度最高，為2.187。

利用宏基因組學(xué)對斷奶前奶山羊的網(wǎng)狀菌、瓣胃和真胃菌群動(dòng)態(tài)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)變形桿菌是兼性厭氧菌，變形桿菌可能是通過胎兒在子宮內(nèi)吞咽羊水從母體胎盤中獲得的。在早期生活中，反芻動(dòng)物胃室的初級(jí)成熟階段、次級(jí)成熟階段和第三成熟階段分別為網(wǎng)狀、瓣胃和真胃。第一階段發(fā)生在出生后的前兩周，第二階段（出生后第14～28 d）是微生物過渡時(shí)期。第三個(gè)階段（出生后第28天及以后）是外源性和內(nèi)源性微生物定植階段（Lei等，2018）。

2 奶山羊瘤胃微生物群及其在乳成分中的關(guān)鍵作用

日糧組成在反芻動(dòng)物瘤胃微生物群組成中起至關(guān)重要的作用。牛奶中的共軛亞油酸來源于兩種物質(zhì)：一種是牛痘酸在乳腺內(nèi)的內(nèi)源性合成，另一種是亞油酸經(jīng)瘤胃生物氫化產(chǎn)生的中間產(chǎn)物。此外，亞麻籽誘導(dǎo)的脂肪酸濃度隨生物氫化反應(yīng)的進(jìn)行而改變。亞麻酸的生物氫化途徑涉及的脂肪酸與纖維桿菌科具有高度顯著相關(guān)性，其中，纖維桿菌琥珀酸基因是最豐富的飽和脂肪酸之一，是產(chǎn)生C18：0（硬脂酸）的主要物種。纖維桿菌的琥珀酸基因通過代謝和產(chǎn)生C18：0在瘤胃環(huán)境解毒中發(fā)揮作用。補(bǔ)充亞麻籽油可以使琥珀弧菌的相對豐度增加50%，使纖維桿菌的相對豐度增加75%。因此，亞麻籽的補(bǔ)充降低了普氏菌屬和二甲縮醛的水平，而這兩種物質(zhì)被認(rèn)為在原生質(zhì)體中起重要作用。原生質(zhì)是一類重要的瘤胃脂質(zhì)，大量存在于厭氧細(xì)菌的細(xì)胞膜中，與細(xì)菌代謝密切相關(guān)。瘤胃微生物對不同環(huán)境刺激和微生物多樣性的響應(yīng)不同，可以改變瘤胃微生物的質(zhì)粒含量和組成（Cremonesi等，2018）。

3 瘤胃微生物菌群和腸道甲烷生成

甲烷是瘤胃內(nèi)飼料正常發(fā)酵產(chǎn)物之一，生產(chǎn)甲烷會(huì)使反芻動(dòng)物損失約2%～12%的飼料源能量。甲烷由產(chǎn)甲烷菌通過腸內(nèi)發(fā)酵或產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生。產(chǎn)甲烷菌在古瘤胃中占主導(dǎo)地位，屬于廣古動(dòng)物門，其種群數(shù)量因反芻動(dòng)物的種類而異。甲烷桿菌和甲烷細(xì)菌中的假脲菌素、甲烷藻中的雜多糖、微生物菌中的蛋白質(zhì)構(gòu)成了產(chǎn)甲烷菌細(xì)胞壁。產(chǎn)甲烷菌利用二氧化碳、氫、甲酸鹽、甲胺、甲醇或乙酸鹽作為底物，根據(jù)其種類和細(xì)胞壁組成產(chǎn)生甲烷（Henderson等，2015）。Pragna等（2018）報(bào)道，可以通過3種機(jī)制緩解腸道甲烷：以丙酸鹽為最終消化產(chǎn)物；提供替代氫；選擇性滅活瘤胃產(chǎn)甲烷菌。這些機(jī)制通過以下幾種策略來減少甲烷的產(chǎn)生：日糧成分（通過增加淀粉、減少細(xì)胞壁成分）、脂類（脂肪酸、油、種子和牛脂）、飼料添加劑、甲烷菌素疫苗、莫能菌素、植物化合物（濃縮單寧酸、皂苷和精油）或有機(jī)酸（富馬酸或蘋果酸）。

采食量是影響奶山羊等反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)量的主要因素，當(dāng)g/d和g/kg體重為0.75時(shí)，在飼糧水平為1.5%、2.0%和2.5%時(shí)，奶山羊甲烷產(chǎn)量隨飼糧水平的增加呈線性增加，分別為8.5 g/d、10.3 g/d和11.2 g/d。但當(dāng)甲烷產(chǎn)量以g/kg干物質(zhì)攝取量、g/kg有機(jī)質(zhì)攝取量和%總能量攝取量表示時(shí)情況正好相反（Zhou等，2009）。補(bǔ)充富馬酸和單寧酸也可以減少甲烷的產(chǎn)生，單寧酸可以干擾瘤胃細(xì)菌的膜，減少甲烷的產(chǎn)生，而富馬酸刺激富馬酸利用細(xì)菌增加丙酸產(chǎn)量，導(dǎo)致甲烷產(chǎn)量下降。

4 日糧干預(yù)

日糧干預(yù)可以是植物性的、真菌性的、脂肪、酶或酸。這些日糧干預(yù)可以單獨(dú)使用，也可以組合使用。

4.1 日糧干預(yù)提高產(chǎn)奶量和乳品質(zhì) 豐富的亞油酸和丙烯對提高牛奶健康性能至關(guān)重要，因?yàn)樗鼈冇欣诠曹梺営退岬姆e累。共軛亞油酸對動(dòng)物和人類有積極作用，Kholif等（2018）發(fā)現(xiàn)，共軛亞油酸的攝入對免疫系統(tǒng)、動(dòng)脈粥樣硬化和骨骼健康有影響。最近有研究報(bào)道，日糧干預(yù)可有效增加牛奶產(chǎn)量，干預(yù)因素包括粗甘油、外源纖維素酶、亞麻子油、胡敏酸、檸檬草、精油等（Morsy等，2015）。奶山羊日糧添加橄欖油副產(chǎn)品+向日葵油，番茄青貯飼料+向日葵油等可以提高奶山羊乳品質(zhì)。在奶山羊日糧中添加魚油和植物油可以調(diào)節(jié)乳脂組成，且不會(huì)降低乳脂含量。Thoh等（2017）報(bào)告稱，添加5%粗甘油的奶山羊日糧通過將粗甘油發(fā)酵成丙酸來增加乳脂肪，增加脂類的每日攝取量和消化率。

4.2 瘤胃微生物群、機(jī)體功能和日糧干預(yù)的關(guān)系 Arco-Perez等（2017）用番茄青貯飼料和向日葵油部分替代傳統(tǒng)飼料，在不影響牛奶產(chǎn)量和成分的前提下，提高了泌乳中期奶山羊的體重，改善了奶山羊的機(jī)體性能。高通量測序和先進(jìn)的生物技術(shù)已被用來比較品種對瘤胃微生物群的影響及其與飼料效率的關(guān)系。Shabat等（2016）發(fā)現(xiàn)，瘤胃更高的效率與瘤胃微生物組基因含量和類群的豐富度較低密切相關(guān)。

瘤胃內(nèi)的厭氧微生物可以產(chǎn)生反芻動(dòng)物自身不能產(chǎn)生的酶。但這些酶不足以降解大多數(shù)復(fù)雜的植物多糖。因此，外源性纖維分解酶的補(bǔ)充增加了纖維素酶和木聚糖酶的活性，從而增加了纖維的降解。外源性的纖維分解酶有助于消除飼料在消化過程中的結(jié)構(gòu)性障礙，提高消化率，使纖維素分解細(xì)菌在植物纖維定殖方面戰(zhàn)勝真菌。此外，這一作用是由于能量物質(zhì)代謝的改善，有助于糖的生成（Shabat等，2016）。此外，精油是植物性揮發(fā)性芳香族化合物，具有抗菌、抗病毒、抗真菌、抗線蟲、殺蟲和抗氧化等特性。鈷是維生素B12的輔助因子，據(jù)報(bào)道，聯(lián)合補(bǔ)充精油和鈷可以提高揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量，這與擬桿菌屬和琥珀弧菌屬的豐度呈正相關(guān)。此外，在添加精油和鈷的微生物群中可以觀察到較高的氮利用、生物降解和代謝能力（Lei等，2018）。

5 瘤胃微生物、益生菌和益生元的共生關(guān)系

瘤胃微生物群在動(dòng)物營養(yǎng)物質(zhì)利用和合成中起重要作用。在瘤胃中，微生物之間既有協(xié)同作用也有拮抗作用。益生菌是刺激瘤胃有益微生物的活微生物，而益生元是不可消化的糖類，為有益微生物提供底物，誘導(dǎo)其生長和活動(dòng)。目前益生菌和益生元廣泛應(yīng)用于畜牧業(yè)，以促進(jìn)生產(chǎn)和發(fā)展，并解決抗生素、抗菌素和激素生長促進(jìn)劑方面的主要公共衛(wèi)生問題。益生菌已被證明可以通過增加體重、采食量，減少腹瀉來促進(jìn)生長和健康。益生菌產(chǎn)品包含一個(gè)或多個(gè)選定菌株，通常是革蘭氏陽性菌。反芻動(dòng)物廣泛使用的益生菌有芽孢桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、乳桿菌、片球菌、鏈球菌、酵母菌和厭氧真菌（米曲霉菌）。除了這些廣為人知的益生菌外，人們還在繼續(xù)研究能刺激瘤胃微生物的新微生物。如一些纖維素分解細(xì)菌，纖維素單胞菌纖維素酶、芽孢桿菌、絲孢熱單胞菌、醋酸桿菌、白瘤胃菌、纖維素梭菌和纖維溶菌酶或纖維溶酶（Abou等，2016）。

6 結(jié)論

“組學(xué)”等高通量技術(shù)與最新的日糧干預(yù)相結(jié)合對瘤胃微生物組、代謝物、基因、宿主健康、生產(chǎn)性能和效率之間的關(guān)系和相互作用有了更深入的了解。然而，還需要進(jìn)一步研究來改進(jìn)和了解奶山羊宿主、微生物組和飼料之間的功能和相互作用。