动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 12: 8427 - 8440

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.687

研究论文

复合微生态氨同化菌剂对泌乳奶牛产奶性能、血清生化指标及瘤胃微生物区系的影响

  • 崔可 , 1 ,
  • 韩兆玉 , 1, * ,
  • 郭亭 , 2, *
展开
  • 1 南京农业大学动物科学技术学院, 南京 210095
  • 2 江苏省农业科学院畜牧研究所, 农业农村部种养结合重点实验室, 南京 210014
* 韩兆玉,教授,博士生导师,E-mail: ;
郭 亭,研究员,E-mail:

崔 可(2004—),女,上海人,学士,动物科学专业。E-mail:

收稿日期: 2025-06-20

  网络出版日期: 2025-12-13

基金资助

江苏省农业科技自主创新项目(CX(23)1003)

江苏省创新训练项目（复合微生态氨同化菌剂对泌乳奶牛产奶性能、血液代谢组及瘤胃微生物区系影响）(202410307171Y)

收起

Effects of Composite Microecological Ammonia-Assimilating Bacterial Agent on Milk Production Performance, Serum Biochemical Indicators, and Rumen Microbial Flora in Lactating Dairy Cows

  • CUI Ke , 1 ,
  • HAN Zhaoyu , 1, * ,
  • GUO Ting , 2, *
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
  • 2 Key Laboratory of Integrated Livestock and Crop Production, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Institute of Animal Husbandry, Nanjing 210014, China
* HAN Zhaoyu, professor, E-mail: ;
GUO Ting, professor, E-mail:

Received date: 2025-06-20

  Online published: 2025-12-13

Fold

摘要

本试验旨在研究复合微生态氨同化菌剂对泌乳奶牛产奶性能、血清生化指标及瘤胃微生物区系的影响。选取72头泌乳奶牛,根据胎次(2胎)、泌乳天数[(90.0±2.0) d]、产奶量[(47.3±0.9) kg/d]将其随机分成4组(每组18头),对照组饲喂基础饲粮,试验组在饲喂基础饲粮的同时分别添加100、200和300 mL/d复合微生态氨同化菌剂(同时添加20 g微生物发酵代谢物干粉)。试验期3个月。结果表明:1)与对照组相比,添加100 mL/d复合微生态氨同化菌剂能提高奶牛日均产奶量,添加300 mL/d复合微生态氨同化菌剂能提高乳蛋白率(P<0.05)。2)与对照组相比,添加200、300 mL/d复合微生态氨同化菌剂能显著降低血清丙二醛含量(P<0.05),增强奶牛抗氧化能力。3)与对照组相比,添加100、300 mL/d复合微生态氨同化菌剂显著提升了瘤胃丙酸含量(P<0.05),同时,各组瘤胃内容物微生物群在门水平的组成基本相似,主要由厚壁菌门和拟杆菌门构成,但各组在不同的菌群的组成与占比上仍存在独特性。在微生物功能方面,添加100和200 mL/d复合微生态氨同化菌剂显著提高了溶酶体通路丰度(P<0.05),添加300 mL/d复合微生态氨同化菌剂则显著增强青霉素和头孢菌素生物合成、氯代环己烷和氯代苯降解等多种代谢通路(P<0.05),表明高剂量可更广泛地调节微生物功能活性。综上所述,复合微生态氨同化菌剂能显著提高泌乳奶牛产奶性能,提高奶牛日均产奶量和乳蛋白率,同时能增强奶牛抗氧化能力,改善瘤胃发酵和微生物区系结构,维持瘤胃内环境稳态。

关键词： 复合微生态氨同化菌剂; 泌乳奶牛; 产奶性能; 血清生化指标; 瘤胃微生物

本文引用格式

崔可 , 韩兆玉 , 郭亭 . 复合微生态氨同化菌剂对泌乳奶牛产奶性能、血清生化指标及瘤胃微生物区系的影响[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(12) : 8427 -8440 . DOI: 10.12418/CJAN2025.687

Abstract

This study aimed to investigate the effects of a composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent on the milk production performance, serum biochemical indicators, and rumen microbial flora of lactating dairy cows. Seventy-two lactating dairy cows were selected and randomly divided into four groups (18 cows per group) based on parity (2nd parity), lactation days [(90.0±2.0) d], and milk yield [(47.3±0.9) kg/d]. The control group was fed a basal diet, while the experimental groups were supplemented with 100, 200, and 300 mL/d of composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent (along with 20 g of microbial fermentation metabolite powder), respectively. The trial period lasted for three months. The results showed as follows: 1) compared with the control group, supplementing 100 mL/d of composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent increased the average daily milk yield of dairy cows, and supplementing 300 mL/d of complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent increased the milk protein percentage (P<0.05). 2) Compared with the control group, supplementing 200 and 300 mL/d of the composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent significantly decreased the serum malondialdehyde (MDA) content (P<0.05) and enhanced the antioxidant capacity of dairy cows. 3) Compared with the control group, supplementing 100 and 300 mL/d of the composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent significantly increased the rumen propionic acid content in dairy cows (P<0.05). Meanwhile, the composition of the rumen content microbial community at the phylum level was basically similar among all groups, mainly consisting of Firmicutes and Bacteroidetes. However, there were still uniqueness in the composition and proportion of different microbial groups among the groups. In terms of microbial functions, supplementing 100 and 200 mL/d of the composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent significantly increased the mean abundance of the lysosome pathway (P<0.05), while supplementing 300 mL/d of the agent significantly enhanced multiple metabolic pathways such as penicillin and cephalosporin biosynthesis, and chlorocyclohexane and chlorobenzene degradation (P<0.05). This indicates that a high dose can regulate the functional activity of microorganisms more extensively. In conclusion, it can be concluded that the composite microecological ammonium assimilation agent significantly improves the milk production performance of lactating dairy cows, increasing daily milk yield and milk protein content. It also enhances the antioxidant capacity of dairy cows, improves rumen fermentation and microbial community structure, and maintains rumen internal environmental homeostasis.

Key words： composite microecological ammonia-assimilating bacterial agent; lactating dairy cows; milk production performance; serum biochemical indicators; rumen microorganisms

复合微生态制剂是一种近年来新兴的绿色添加剂,它基于微生态学的原理,从自然界或动物体内筛选出具有强大功能、良好共生性以及能够互补拮抗病原的有益微生物,通过一系列工艺流程制成一种含有活菌并广泛应用于养殖业的生物制剂[1-2]。此外,微生态制剂无残留、无毒副作用,能取得更好的经济效益和生态效益[3-6]。近年来随着农业农村部“禁抗”政策的实施,这类菌剂成为健康养殖中减抗、限抗的重要手段。李莹等[7]研究应用复合微生态制剂饲喂中国荷斯坦奶牛,结果显示可有效提高奶牛泌乳性能、改善乳品质、增强机体免疫功能。白雪等[8]研究发现,断奶犊牛饲喂复合微生态制剂和寡聚糖后,能有效改善抗氧化能力,提高血清中超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶活性,降低血清丙二醛(MDA)含量。陈情情[9]研究证明,在奶山羊饲粮中添加复合微生态制剂在一定程度上改善瘤胃发酵和瘤胃菌群结构,有益于维持瘤胃内环境的稳态。因此,笔者推断复合微生态制剂在提高奶牛产奶性能、增强机体抗氧化活性、维持瘤胃微生物区系的平衡方面有着很重大的优势。
反刍动物瘤胃内的大量厌氧微生物可通过降解与发酵饲料生成挥发性脂肪酸(VFA)及氨态氮等物质,能够为反刍动物提供能量来源和蛋白质前体,进而促进其生长发育[10-12]。前人大多关注复合微生态制剂在猪、蛋鸡、肉鸡等畜禽养殖中的研究应用[13-16],对奶牛养殖中的研究多数集中在奶牛的产奶量和乳品质方面,而对提高牛产奶性能和改善牛瘤胃菌群结构的探讨和应用仍有空缺。基于此,本试验旨在系统评估复合微生态氨同化菌剂对泌乳奶牛的产奶性能、瘤胃微生物区系及血清生化指标等的影响,并进一步确定优化其应用效果的最佳添加量,以期能够为复合微生态氨同化菌剂在奶牛养殖中的科学应用提供理论依据,同时为高效、绿色、可持续的奶牛营养调控策略提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用复合微生态氨同化菌剂由江苏省农业科学院畜牧所提供。液体菌剂主要成分包括植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、布氏乳杆菌(Lactobacillus buchneri)及酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae),3种菌的添加比例为2∶2∶1,三者活菌数均大于1.0×107 CFU/g。本研究以该菌剂液体为基础添加物,搭配其微生物代谢产物干粉使用。

1.2 试验设计

所有动物试验方案均经南京农业大学动物实验伦理委员会批准(许可编号:SYXK 2011—0036),并严格按照相关动物福利和伦理规范执行。试验选取72头健康泌乳期荷斯坦奶牛,根据胎次(2胎)、泌乳天数[(90.0±2.0) d]、产奶量[(47.3±0.9) kg/d]将其随机分成4组,包括对照组与3个试验组,每组18个重复,每头奶牛为1个重复。对照组饲喂基础饲粮,3个试验组在饲喂基础饲粮的同时添加100、200、300 mL/d的复合微生态氨同化菌剂,另配合添加每天每头20 g的微生物代谢产物干粉。所有奶牛均饲养于同一栋牛舍,试验期为3个月,其中预试期5 d。试验期间,每日于早晨、傍晚各进行1次饲喂,每次均将菌剂混入基础饲粮后投喂。整个试验期间采用栓系饲养方式,奶牛自由采食与饮水。基础饲粮参照NRC(2001)牛营养需要标准配制,其组成及营养水平见表1。
表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis) %

项目Items 含量Content
原料Ingredients
玉米Corn 23.94
全棉籽Whole cottonseed 4.84
膨化大豆Expand soybean 3.68
青贮玉米Corn silage 20.18
苜蓿Alfalfa hay 15.76
燕麦草Oat grass 5.04
啤酒糟Brewers grain 2.91
焦糖Caramel 0.89
甜菜粕Sugar beet meal 3.52
豆粕Soybean meal 12.91
菜籽粕Rapeseed meal 1.15
玉米干酒糟及其可溶物Corn DDGS 2.32
脂肪酸钙Fatty acid calcium 0.41
预混料Premix1) 0.91
磷酸氢钙CaHPO4 0.42
小苏打NaHCO3 0.64
食盐NaCl 0.42
石粉Limestone 0.06
合计Total 100.00
营养水平Nutrient levels2)
代谢能ME/(MJ/kg) 11.35
泌乳净能NEL/(MJ/kg) 7.31
粗蛋白质CP 17.10
中性洗涤纤维NDF 34.00
酸性洗涤纤维ADF 19.59
粗脂肪EE 5.56
粗灰分Ash 7.73
钙Ca 0.65
磷P 0.45

1)预混料为每千克饲粮提供 Premix provided the following per kg of the diet: VA 5 130 IU, VD3 1 283 IU, VE 26 mg, 生物素 biotin 0.05 mg, β-胡萝卜素 β-carotene 0.10 mg, Mn 12 mg, S 0.85 mg, Zn 64 mg, Se 0.4 mg, Co 0.19 mg。

2) 代谢能和产奶净能根据NRC(2001)计算得出,其余为测量值。粗蛋白质含量参照GB/T 6432—2018中方法测定,中性洗涤纤维含量参照GB/T 20806—2022中方法测定,酸性洗涤纤维含量参照NY/T 1459—2022中方法测定,粗脂肪含量参照GB/T 6433—2025中方法测定,粗灰分含量参照GB/T 6438—2025中方法测定,钙含量参照GB/T 6436—2018中方法测定,磷含量参照GB/T 6437—2018中方法测定。ME and NEL were calculated according to NRC (2001), while the others were measured. CP content was determined according to the method specified in GB/T 6432—2018, NDF content was determined according to the method specified in GB/T 20806—2022, ADF content was determined according to the method specified in NY/T 1459—2022, EE content was determined according to the method specified in GB/T 6433—2025, Ash content was determined according to the method specified in GB/T 6438—2025, Ca content was determined according to the method specified in GB/T 6436—2018, P content was determined according to the method specified in GB/T 6437—2018.

1.3 样品采集及测定方法

1.3.1 产奶量及乳品质测定

每月随机选取2 d,通过量奶杯当场读取产奶量后,收集奶样并加入防腐剂,送至南京农业大学DHI检测中心进行乳成分测定,具体指标包括乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、总固形物含量、尿素氮含量和体细胞数。

1.3.2 血清生化及抗氧化指标测定

试验开始和结束阶段分别对每组所有奶牛进行一次尾静脉采血,在晨饲前1 h采集尾静脉血液10 mL后制备血清,将分离出的血清置于-80 ℃保存。血清总蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLB)、葡萄糖(GLU)、丙二醛(MDA)含量及谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性均通过江苏艾迪生生物科技有限公司试剂盒测定。

1.3.3 瘤胃发酵参数和16S rRNA检测

试验结束前,每组随机选取6头奶牛,采集瘤胃液样本,经4层纱布过滤去除杂质后分装保存。一部分用于测定瘤胃发酵参数,另一部分用于瘤胃微生物多样性分析。其中,VFA含量的测定主要采用气相色谱法。瘤胃液样品经过偏磷酸巴豆酸混合溶液处理,离心后取上清液,并通过气相色谱仪(GC-14B,Agilent DB-FFAP,日本)进行分析。通过与标准样品的比较,测定各VFA(如乙酸、丙酸、丁酸等)的保留时间,并利用峰面积比和内标法计算其含量。
微生物测序采用16S rRNA高通量测序技术,由广州基迪奥生物科技有限公司完成,具体操作如下:瘤胃液样品首先经过冷冻干燥、研磨和提取液处理,并在低温下孵育以充分提取DNA。提取的DNA作为模板,使用带有barcode的特异性引物对16S rRNA基因目标区域进行PCR扩增。扩增产物经纯化定量后,等量混合并构建测序文库,最终在Illumina平台进行PE250策略的上机测序。数据分析流程包括对原始测序数据进行质量过滤、拼接及聚类以获得操作分类单元(OTU)。在此基础上,可开展微生物多样性(alpha/beta多样性)、物种组成、指示物种、功能预测以及与环境因子关联分析等七大部分的研究。

1.4 数据统计与分析

数据在Excel 2016进行整理,然后采用SPSS 26.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),有显著差异时采用Duncan氏法进行多重比较。采用正交多项式对比法分析复合微生态氨同化菌剂的一次线性效应和二次曲线效应。数据均以平均值±标准误表示,P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 复合微生态氨同化菌剂对奶牛产奶性能的影响

由表2可知,随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加,奶牛日产奶量呈显著线性提高(PL<0.05),其中,100 mL/d组的日产奶量显著高于对照组(P<0.05)。添加复合微生态氮同化菌剂对乳蛋白率有显著影响(P<0.05),其中300 mL/d组显著高于其他3组(P<0.05)。添加复合微生态氮同化菌剂对乳脂率、乳糖率、总固形物及尿素氮含量未产生显著影响(P>0.05)。组间体细胞数差异不显著(P>0.05),但随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加,呈显著线性下降(PL<0.05)。
表2 复合微生态氨同化菌剂对奶牛产奶性能的影响

Table 2 Effects of a complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent on milk production performance of dairy cows

项目
Items		 复合微生态氨同化菌剂添加量
Dosage of complex microecological ammonia-assimilating
bacterial agent/(mL/d)		 P值P-value
0(对照
Control)		 100 200 300 PT PL PQ
日产奶量
Daily milk yield/kg		 41.80±0.42b 45.17±0.48a 42.93±0.41b 42.67±0.33b 0.013 0.004 0.524
乳脂率
Milk fat percentage/%		 3.86±0.07 3.90±0.05 3.77±0.07 3.80±0.03 0.834 0.909 0.545
乳蛋白率
Milk protein percentage/%		 3.12±0.01b 3.11±0.01b 3.11±0.01b 3.19±0.01a 0.022 0.004 0.685
乳糖率
Lactose percentage/%		 5.00±0.05 4.95±0.05 4.95±0.04 4.98±0.05 0.832 0.970 0.599
总固形物含量
Total solid content/(mg/L)		 11.93±0.17 11.87±0.10 11.80±0.21 11.87±0.19 0.918 0.843 0.968
尿素氮含量
Urea nitrogen
content/(mmol/mL)		 11.91±0.19 11.64±0.35 12.10±0.33 13.51±3.50 0.764 0.440 0.990
体细胞数
Somatic cell count/
(×103个/mL)		 193.88±79.68 128.18±16.02 186.90±55.83 87.92± 21.38 0.119 0.039 0.447

同行数据肩标不同字母表示差异显著(P<0.05)。PT、PL和PQ分别表示单因素方差分析、一次线性效应和二次曲线效应的P值。下表同。

In the same row, values with different letter superscripts mean significant difference (P<0.05). PT, PL, and PQ represented the P-values for one-way ANOVA, linear effect, and quadratic effect, respectively. The same as below.

2.2 复合微生态氨同化菌剂对奶牛血清生化指标的影响

由表3可知,随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加,血清总蛋白含量表现出显著的线性效应(PL<0.05),其中100 mL/d组显著高于对照组和其余3组(P<0.05)。随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加,血清白蛋白含量同样呈现显著的线性效应(PL<0.05),且对照组显著低于各试验组(P<0.05)。随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加,血清球蛋白含量具有显著的线性效应(PL<0.05)和二次曲线效应(PQ<0.05),其中,100 mL/d组显著高于200和300 mL/d组(P<0.05);白球比也呈现显著的线性效应(PL<0.05),其中200和300mL/d组显著高于对照组和100 mL/d组(P<0.05)。各组间血清GLU含量差异不显著(P>0.05)
表3 复合微生态氨同化菌剂对奶牛血清生化指标的影响

Table 3 Effects of a complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent on serum biochemical indices of dairy cows

项目
Items		 复合微生态氨同化菌剂添加量
Dosage of complex microecological ammonia-assimilating
bacterial agent/(mL/d)		 P值P-value
0(对照
Control)		 100 200 300 PT PL PQ
总蛋白TP/(g/L) 78.36±1.98b 88.46±2.15a 80.12±1.67b 78.61±1.69b 0.001 <0.001 0.832
白蛋白ALB/(g/L) 28.66±0.73b 32.09±0.59a 30.59±0.65a 30.85±0.53a <0.001 <0.001 0.890
球蛋白GLB/(g/L) 50.49±1.88ab 55.22±1.91a 47.88±1.62b 45.39±1.32b 0.001 0.004 0.037
白球比White globule ratio 0.56±0.02b 0.57±0.02b 0.66±0.02a 0.64±0.02a 0.006 0.009 0.763
葡萄糖GLU/(mmol/L) 3.51±0.10 3.66±0.08 3.63±0.08 3.62±0.06 0.552 0.348 0.960

2.3 复合微生态氨同化菌剂对奶牛血清抗氧化指标的影响

由表4可知,血清MDA含量在各组间存在显著差异(P<0.05),且随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加呈显著线性降低(PL<0.05),各试验组的MDA含量均显著低于对照组(P<0.05)。各组间血清GSH-Px活性差异不显著(P>0.05)。
表4 复合微生态氨同化菌剂对奶牛血清抗氧化指标的影响

Table 4 Effects of a complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent on serum antioxidant indices of dairy cows

项目
Items		 复合微生态氨同化菌剂添加量
Dosage of complex microecological ammonia-assimilating
bacterial agent/(mL/d)		 P值P-value
0(对照
Control)		 100 200 300 PT PL PQ
丙二醛MDA/(nmol/mL) 2.75±0.08a 2.64±0.07a 2.30±0.08b 2.44±0.05b <0.001 <0.001 0.231
谷胱甘肽过氧化物酶
GSH-Px/(U/mL)		 244.65±5.86 232.28±7.09 238.56±5.89 225.09±7.91 0.160 0.052 0.774

2.4 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃发酵参数的影响

由表5可知,各组间瘤胃丙酸、丁酸含量及乙丙比差异显著(P<0.05),随着复合微生态氮同化菌剂添加量的增加呈现显著的线性效应(PL<0.05)。各组间乙酸、异丁酸、异戊酸、戊酸含量差异不显著(P>0.05)。
表5 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃发酵参数的影响

Table 5 Effects of a complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent on rumen fermentation parameters of dairy cows

项目
Items		 复合微生态氨同化菌剂添加量
Dosage of complex microecological ammonia-assimilating
bacterial agent/(mL/d)		 P值P-value
0(对照
Control)		 100 200 300 PT PL PQ
乙酸Acetic acid/% 59.97±1.41 56.86±1.40 59.49±1.53 56.77±3.35 0.167 0.128 0.875
丙酸Propionic acid/% 19.17±0.41b 23.24±1.30a 19.79±1.40ab 23.73±2.38a 0.031 0.008 0.642
异丁酸Isobutyric acid/% 8.16±0.45 7.92±0.14 8.21±0.24 7.30±0.72 0.377 0.201 0.897
丁酸Butyric acid/% 1.27±0.04a 0.99±0.09b 1.33±0.21a 1.01±0.07b 0.014 0.003 0.595
异戊酸Isovaleric acid/% 1.04±0.05 1.13±0.07 1.03±0.07 1.21±0.20 0.487 0.207 0.979
戊酸Pentanoic acid/% 10.38±1.47 10.28±1.26 10.15±0.53 9.99±1.51 0.986 0.854 0.950
乙丙比
Acetic acid/propionic acid		 3.14±0.12a 2.33±0.11b 3.06±0.30a 2.48±0.43ab 0.017 0.003 0.241

2.5 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物丰富度和多样性的影响

图1显示了复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物alpha多样性和beta多样性的影响。由图1-A、图1-B可知,对照组和不同剂量的试验组间Chao1、ACE、Shannon、Simpson指数均没有显著差异(P>0.05)。图1-C的主坐标分析(PCoA)显示,对照组和各试验组存在一定程度的分离趋势。
图1 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物alpha多样性(A、B)和beta多样性(C)的影响

数据柱标注无字母表示差异不显著(P>0.05)。The absence of letters in the data column labels indicated an insignificant difference (P>0.05).

Fig.1 Effects of a complex microecological ammonia-assimilating bacterial agent on alpha diversity (A, B) and beta diversity (C) of rumen microorganisms of dairy cows

2.6 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物组成的影响

由图2可知,对照组、100、200和300 mL/d组共有的OTU数量为819个。对照组特有OTU为369个,100 mL/d组特有OTU为332个,200 mL/d组特有OTU为390个,300 mL/d组特有OTU为375个。
图2 基于OTU的物种韦恩图

Fig.2 Species Venn diagram based on OUT

在门水平上,所有组的瘤胃微生物均以厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)为优势菌门,同时包含变形菌门(Proteobacteria)、袖珍菌门(Patescibacteria)、广古菌门(Euryarchaeota)等其他菌门(图3)。在属水平上,普雷沃氏菌属(Prevotella)和琥珀酸弧菌属(Succiniclasticum)在各组中均有较高相对丰度(图4)。
图3 门水平微生物组成柱形图(相对丰度>1%)

Unclassified:未分类;Other:其他;Desulfobacterota:脱硫杆菌门;Spirochaetota:螺旋体门;Planctomycetota:浮霉菌门;Actinobacteriota:放线菌门;Cyanobacteria:蓝藻门;Euryarchaeota:广古菌门;Patescibacteria:袖珍菌门;Proteobacteria:变形菌门;Bacteroidota:拟杆菌门;Firmicutes:厚壁菌门。

Fig.3 Histogram of microbial composition at phylum level (relative abundance>1%)

图4 属水平微生物组成柱形图(相对丰度>1%)

Unclassified:未分类;Other:其他;Methanobrevibacter:短甲烷杆菌属;Ruminococcus:瘤胃球菌属;Acinetobacter:不动杆菌属;Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科RC9肠道群;Staphylococcus:葡萄球菌属;Streptococcus:链球菌属;Succinivibrionaceae_UCG-001:琥珀振动杆菌科UCG-001;Kurthia:库尔特氏菌属;Succiniclasticum:琥珀酸分解菌属;Prevotella:普雷沃氏菌属。

Fig.4 Histogram of microbial composition at genus level (relative abundance>1%)

LEfSe分析(图5)显示,添加不同剂量的复合微生态氨同化菌剂显著改变了奶牛瘤胃微生物区系的组成结构。在LDA 评分(log10)>2的筛选标准下,各组均存在特征菌群。其中,对照组富集的菌群主要包括假单胞菌目(Pseudomonadales)、不动杆菌属(Acinetobacter)、谷氨酸杆菌属(Glutamicibacter)、短杆菌属(Brevibacillus)、厌氧弯菌属(Anaerovibrio)和类芽孢杆菌科(Paenibacillales)等;100 mL/d组富集根瘤菌目未定属(Rhizobiales_Incertae_Sedis)和 埃希氏菌-志贺氏菌属(Escherichia_Shigella);200 mL/d组富集hoa5_07d05肠道群(hoa5_07d05_gut_group)和丹毒丝菌科UCG_009(Erysipelotrichaceae_UCG_009);300 mL/d组富集振荡螺旋菌属(Oscillospira)、蓝藻门(Cyanobacteria)、叶绿体(Chloroplast)和埃格特氏菌科(Eggerthellaceae)等。
图5 奶牛瘤胃LEfSe分析的进化分支图(A)和差异物种柱状图(B)

Glutamicibacter:谷氨酸杆菌属;Micrococcaceae:微球菌科;Eggerthellaceae:埃格特氏菌科;hoa5_07d05_gut_group: hoa5_07d05肠道群;Empedobacter:埃姆佩多杆菌属;Weeksellaceae:维克氏菌科;Flavobacteriales:黄杆菌目;Chloroplast:叶绿体;Cyanobacteria:蓝藻门;Mailhella:马伊尔氏菌属;Lysinibacillus:溶杆菌属;Brevibacillus:短杆菌属;Brevibacillaceae:短杆菌科;Brevibacillales:短杆菌目;Erysipelotrichaceae_UCG_009:丹毒丝菌科UCG_009;Aerococcaceae:气球球菌科;Paenibacillaceae:类芽孢杆菌科;Paenibacillales:类芽孢杆菌目;Jeotgalicoccus:腌制球菌属;Eubacterium_eligens_group:真杆菌eligens群;Oscillospira:振荡螺旋菌属;Anaerovibrio:厌氧弯菌属;Phreatobacter:地下水杆菌属;Rhizobiales_Incertae_Sedis:根瘤菌目未定属;Escherichia_Shigella: 埃希氏菌-志贺氏菌属;Acinetobacter:不动杆菌属;Moraxellaceae:莫拉菌科;Pseudomonadales:假单胞菌目。

Fig.5 Cladogram (A) and differential species histogram (B) of rumen LEfSe analyses of dairy cows

2.7 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物功能代谢通路的影响

在KEGG Level 3水平上,代谢通路平均丰度的比较及其差异分析,对照组与各试验组在瘤胃微生物代谢通路上存在明显区别(图6)。与对照组相比,100与200 mL/d组仅溶酶体通路平均丰度显著高于对照组(P<0.05);而300 mL/d组则显示出更广泛的差异:NOD样受体信号通路、青霉素和头孢菌素生物合成、氯代环己烷和氯代苯降解、己内酰胺降解、视黄醇代谢、金黄色葡萄球菌感染和氟苯甲酸降解共7个通路平均丰度显著高于对照组(P<0.05);光合作用-天线蛋白和肾素-血管紧张素系统共2个通路平均丰度显著低于对照组(P<0.05)。
图6 KEGG Level 3差异代谢通路的平均丰度和差异代谢通路平均丰度的差异比较

Lysosome:溶酶体;NOD-like receptor signaling pathway:NOD样受体信号通路;Penicillin and cephalosporin biosynthesis:青霉素和头孢菌素生物合成;Chlorocyclohexane and chlorobenzene degradation:氯环己烷和氯苯降解;Caprolactam degradation:己内酰胺降解;Retinol metabolism:视黄醇代谢;Staphylococcus aureus infection:金黄色葡萄球菌感染;Fluorobenzoate degradation:氟苯甲酸降解;Photosynthesis-antenna proteins:光合作用-天线蛋白;Renin-angiotensin system:肾素-血管紧张素系统。

P<0.05表示该通路在对照组与试验组之间差异显著。P<0.05 indicated a significant difference in this pathway between the control group and the experimental group.

Fig.6 Comparison of mean abundance of KEGG Level 3 differential metabolic pathways and differences in mean abundance of differential metabolic pathways

3 讨论

3.1 复合微生态氨同化菌剂对奶牛产奶性能的影响

产奶量是衡量奶牛生产性能及经济效益最直接、最重要的指标。本研究发现,在饲粮中添加复合微生态氨同化菌剂提高了泌乳奶牛的日产奶量,其中100 mL/d组的效果尤为显著。这一结果与众多研究结果一致,这些研究表明,特定益生菌菌株或复合制剂能够提高奶牛的产奶量[17-18]。产奶量的提升可能归因于菌剂改善了瘤胃发酵模式,例如本研究中观察到的瘤胃丙酸含量升高,丙酸作为糖异生的主要前体物质,能为乳糖合成和产奶提供更多能量[19-20]。
然而,添加复合微生态氨同化菌剂对乳蛋白率有显著影响,其中300 mL/d组显著低于对照组和100 mL/d组。关于益生菌对乳成分影响的报道结果不尽一致,部分研究也观察到乳蛋白率可能不受影响或在特定条件下发生变化[21-22]。这提示高剂量的复合微生态氨同化菌剂可能对乳蛋白合成相关的瘤胃氮代谢或氨基酸供应产生了复杂影响,其具体机制有待进一步研究,可能与瘤胃微生物对蛋白质的降解与合成平衡有关[23]。体细胞数是评估奶牛乳房健康状况和牛奶品质的关键指标。体细胞数随着复合微生态氨同化菌剂添加量的增加呈线性减少趋势,表明菌剂可能有助于改善乳房健康,减少隐性乳房炎的发生,这与一些微生态制剂能够调节免疫功能、抑制病原菌生长,从而改善乳房健康的报道结果[24]相符。

3.2 复合微生态氨同化菌剂对奶牛血清生化和抗氧化指标的影响

血清生化指标能反映奶牛机体内部的生理状态、营养状况、代谢水平以及健康状况,是评估动物整体健康和诊断潜在疾病的重要参考[25-27]。在本试验中,100 mL/d组血清总蛋白含量显著高于其他各组,表明该剂量可能更有利于改善奶牛的蛋白质营养状况和肝脏合成功能[28]。白球比在200和300 mL/d组显著升高,通常认为白球比升高与机体免疫功能增强有关,这可能反映了菌剂对宿主免疫的调节作用[29-31]。在抗氧化功能方面,本研究发现,200、300 mL/d组血清MDA含量均显著低于对照组,且随着复合微生态氨同化菌剂添加量的增加呈线性降低,印证了菌剂能够有效减轻奶牛机体的脂质过氧化损伤,增强抗氧化能力[32]。

3.3 复合微生态氨同化菌剂对奶牛瘤胃微生物区系的影响

瘤胃发酵是反刍动物营养代谢的核心。研究发现,菌剂对瘤胃VFA的组成产生了一定影响,特别是丙酸含量在100和300 mL/d组显著升高,而乙丙比则相应降低。
丙酸是生糖的主要前体,其增加有利于提高能量利用效率,这与许多酵母菌或特定细菌制剂能够优化瘤胃发酵、提高丙酸含量的报道结果[33-35]一致。丁酸含量在对照组和200 mL/d组较高,丁酸对瘤胃上皮细胞发育有益。这些变化反映了菌剂对瘤胃微生物代谢活动的调控作用,符合微生态制剂改善瘤胃功能的普遍认知[36-37]。
在瘤胃微生物多样性方面,本研究未发现各组间alpha多样性指数存在显著差异,这表明菌剂的添加并未显著改变瘤胃微生物区系的丰富度和均匀度。部分研究也得到了类似结果,即益生菌主要调节特定菌群的丰度而非整体多样性[38-39]。然而,PCoA显示对照组和各试验组在微生物区系结构beta多样性上存在一定的分离趋势,LEfSe分析进一步揭示了不同剂量菌剂处理下,特定菌属的相对丰度发生了变化。100 mL/d组富集根瘤菌目未定属和埃希氏-志贺氏菌属;200 mL/d组富集hoa5_07d05肠道群和丹毒丝菌科UCG_009;300 mL/d组富集振荡螺旋菌属、埃格特氏菌科等。这些差异菌属可能与观察到的瘤胃发酵参数和血清代谢指标的变化有关。例如,根瘤菌目未定属参与奶牛瘤胃氮代谢和抗氧化酶的生成,振荡螺旋菌属参与丁酸产生和纤维素多糖的分解有关,而埃格特氏菌科则参与氨基酸代谢,与抗氧化反应相关[40],这种对瘤胃微生物组成的靶向调节是益生菌发挥作用的重要机制[41-42]。功能代谢通路分析显示,100和200 mL/d组的溶酶体通路平均丰度显著高于对照组。300 mL/d组则表现出更广泛的代谢通路变化,如NOD样受体信号通路、青霉素和头孢菌素生物合成等通路的平均丰度升高。这些特定代谢通路的改变提示菌剂可能通过影响微生物的特定功能,如物质降解、免疫信号感知,来调节瘤胃微生态平衡和宿主生理[43-44]。

4 结论

饲粮中添加复合微生态氨同化菌剂能有效提高泌乳奶牛产奶性能,改善乳品质和血清生化指标,并对瘤胃发酵模式产生影响,显著调控瘤胃微生物组成和功能代谢通路。

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