动物营养学报 >

2026 , Vol. 38 >Issue 3: 2056 - 2067

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2026.165

研究论文

饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能及粪便菌群结构的影响

  • 李秋月 , 1, 2, 3, 4 ,
  • 程晨旭 1, 2, 3, 4 ,
  • 张曼 1, 2, 3, 4 ,
  • 戴东文 1, 2, 3, 4 ,
  • 申迪 1, 2, 3 ,
  • 杨英魁 1, 2, 3, 4 ,
  • 柴沙驼 1, 2, 3, 4 ,
  • 吕佳颖 1, 2, 3, 4 ,
  • 王迅 1, 2, 3, 4 ,
  • 王书祥 , 1, 2, 3, 4, * ,
  • 刘书杰 , 1, 2, 3, 4, *
展开
  • 1 青海大学, 西宁 810016
  • 2 青海省高原放牧家畜动物营养与饲料科学重点实验室, 西宁 810016
  • 3 青海省牦牛工程技术研究中心, 西宁 810016
  • 4 国家牦牛技术创新中心(筹), 西宁 810016
*王书祥,副研究员,硕士生导师,E-mail: ;
刘书杰,研究员,博士生导师,E-mail:

李秋月(2001—),女,四川南充人,硕士研究生,研究方向为反刍动物营养与饲料科学。E-mail:

收稿日期: 2025-08-14

  网络出版日期: 2026-03-16

基金资助

舍饲牦牛健康高效养殖与牦牛肉品质调控技术研究与示范(2025-NK-128)

收起

Effects of Dietary Different Starch Levels on Growth Performance and Fecal Microbiota Structure of Yaks

  • LI Qiuyue , 1, 2, 3, 4 ,
  • CHENG Chenxu 1, 2, 3, 4 ,
  • ZHANG Man 1, 2, 3, 4 ,
  • DAI Dongwen 1, 2, 3, 4 ,
  • SHEN Di 1, 2, 3 ,
  • YANG Yingkui 1, 2, 3, 4 ,
  • CHAI Shatuo 1, 2, 3, 4 ,
  • LYU Jiaying 1, 2, 3, 4 ,
  • WANG Xun 1, 2, 3, 4 ,
  • WANG Shuxiang , 1, 2, 3, 4, * ,
  • LIU Shujie , 1, 2, 3, 4, *
Expand
  • 1 Qinghai University, Xining 810016, China
  • 2 Qinghai Provincial Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science in Plateau Herding, Xining 810016, China
  • 3 Qinghai Provincial Yak Engineering and Technology Research Center, Xining 810016, China
  • 4 National Yak Technology Innovation Center (in Preparation), Xining 810016, China
*WANG Shuxiang, associate professor, E-mail: ;
LIU Shujie, professor, E-mail:

Received date: 2025-08-14

  Online published: 2026-03-16

Fold

摘要

本试验旨在研究饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能及粪便菌群结构的影响。选取3岁且体重[(138±12) kg]相近的健康公牦牛30头,随机分为3组,每组10头牛。3组饲粮淀粉水平分别为24%(LL组)、27%(ML组)和30%(HL组)。预试期10 d,正试期60 d。结果表明:1)各组牦牛的末重和平均日增重无显著差异(P>0.05),但ML组的末重和平均日增重均最高。2)LL组Chao1指数、Observed_features指数、Shannon指数、Simpson指数均极显著高于ML组和HL组(P<0.01)。3)在门水平上,ML组粪便中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)相对丰度最高,分别为63.76%、32.04%;ML组粪便中厚壁菌门相对丰度显著高于HL组(P<0.05),HL组粪便中变形菌门(Proteobacteria)相对丰度极显著高于LL组和ML组(P<0.01)。在属水平上,ML组粪便中UCG-005相对丰度较高,为31.75%;LL组、HL组粪便中UCG-005相对丰度分别为28.83%、7.91%;HL组粪便中大肠杆菌-志贺氏菌属(Escherichia_Shigella)等致病菌相对丰度较高。综上所述,饲粮淀粉水平通过调控肠道菌群结构,影响牦牛粪便菌群多样性。与24%、30%淀粉水平相比,27%淀粉水平有助于提高牦牛的生长性能,牦牛粪便中菌群多样性适中,有益菌相对丰度较高,且未出现致病菌,更适配牦牛肠道。

关键词： 牦牛; 淀粉水平; 生长性能; 粪便菌群; 16S rDNA

本文引用格式

李秋月 , 程晨旭 , 张曼 , 戴东文 , 申迪 , 杨英魁 , 柴沙驼 , 吕佳颖 , 王迅 , 王书祥 , 刘书杰 . 饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能及粪便菌群结构的影响[J]. 动物营养学报, 2026 , 38(3) : 2056 -2067 . DOI: 10.12418/CJAN2026.165

Abstract

This experiment aimed to investigate the effects of dietary different starch levels on growth performance and fecal microbiota structure of yaks. Thirty healthy 3-year-old male yaks with similar body weight [(138±12) kg] were randomly divided into 3 groups with 10 yaks in each group. The dietary starch levels of 3 groups were 24% (LL group), 27% (ML group) and 30% (HL group), respectively. The pre-experimental period lasted for 10 days, and the experimental period lasted for 60 days. The results showed as follows: 1) there were no significant differences in the final body weight and average daily gain of yaks among all groups (P>0.05), but the final body weight and average daily gain of ML group were the highest. 2) The Chao1 index, Observed_features index, Shannon index and Simpson index of LL group were extremely significantly higher than those of ML group and HL group (P<0.01). 3) At the phylum level, the relative abundances of Firmicutes and Bacteroidota in feces of ML group were the highest, which were 63.76% and 32.04%, respectively; the fecal Firmicutes relative abundance of ML group was significantly higher than that of HL group (P<0.05), and the fecal Proteobacteria relative abundance of HL group was extremely significantly higher than of LL group and ML group (P<0.01). At the genus level, the fecal UCG-005 relative abundance of ML group was the highest, which was 31.75%; the fecal UCG-005 relative abundances of LL group and HL group were 28.83% and 7.91%, respectively; the fecal potential pathogens such as Escherichia_Shigella relative abundance of HL group was higher. In conclusion, the dietary starch level influences the fecal microbiota diversity of yak by regulating the gut microbiota structure. Compare with the 24% and 30% starch levels, the 27% starch level is conducive to improving the growth performance of yaks, and the fecal microbiota diversity of yaks is moderate, with a higher relative abundance of beneficial bacteria, and no pathogenic bacteria present, making it more suitable for the intestinal tract of yaks.

Key words： yaks; starch level; growth performance; fecal microbiota; 16S rDNA

牦牛(Bos grunniens)作为青藏高原的特有物种,能够适应高海拔、低温、强紫外线的严峻环境,主要分布在青海、西藏、甘肃、四川等地,在维持高寒草地生态系统平衡和牧区经济发展中发挥着重要作用[1-4],其独特的反刍生理结构,高度依赖肠道微生物实现纤维降解、营养代谢和免疫调节等[5]。研究表明,牦牛肠道微生物的多样性显著高于普通黄牛,这与其长期适应高纤维、低营养牧草的饮食结构密切相关[6]。随着养殖模式从传统放牧向放牧+补饲和舍饲转变,饲粮结构的改变显著影响了牦牛的消化代谢和肠道菌群,其中精粗比、碳水化合物类型直接调控肠道菌群结构和功能[7-8]。在传统放牧模式下,牦牛主要采食高纤维、低淀粉的天然牧草;而放牧+补饲和舍饲模式下,饲粮中精料比例增加,淀粉含量提高,这种变化可能导致牦牛肠道微生物群落发生适应性调整,进而影响营养利用效率和生长性能[9-10]。淀粉作为高精料饲粮的核心组分,在瘤胃和后肠的差异发酵特性可改变微生物区系平衡。淀粉在瘤胃内快速发酵,导致pH下降,抑制纤维降解菌的生长[11];未消化淀粉则富集在后肠,促进兼性厌氧菌增殖[12-13]。因此,饲粮淀粉水平可能通过重塑牦牛肠道菌群,间接调控宿主的营养代谢和生长性能。
尽管现有研究已探讨了不同精粗比饲粮对牦牛瘤胃菌群的影响[14-16],但针对牦牛后肠道系统解析饲粮不同淀粉水平对粪便菌群作用机制的研究仍然较少。后肠道作为纤维和未消化淀粉的重要发酵场所,其菌群组成的变化可能直接影响牦牛的肠道健康、能量获取和免疫功能[17-18]。因此,本研究旨在通过16S rDNA测序,探究饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能及粪便菌群结构的影响,为优化牦牛饲养策略、提高饲料利用效率提供依据。

1 材料与方法

1.1 伦理声明

本试验已由青海大学科学研究伦理审查委员会批准(审批编号:SL-2021014)。

1.2 试验设计与饲养管理

选取3岁、体重(138±12) kg的健康公牦牛30头,随机分为3组,每组10头牛。通过增加高淀粉原料玉米的比例并减少低淀粉原料麸皮的比例,保持其他原料的比例基本一致,调整精粗比为65∶35,设定低(24%)、中(27%)、高(30%)3个淀粉水平(干物质基础)的试验饲粮[19-20]。3组分别饲喂低(LL组)、中(ML组)、高淀粉水平(HL组)的试验饲粮。
试验在青海省泽库县和日镇国家牦牛产业园区进行。试验期共70 d,其中预试期10 d,正试期60 d。每天08:00和16:50进行饲喂,自由饮水。试验饲粮组成及营养水平见表1。
表1 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis)

原料
Ingredients		 组别 Groups 营养水平
Nutrient levels2)		 组别 Groups
LL ML HL LL ML HL
玉米 Corn 34.58 38.99 40.46 代谢能 ME/(MJ/kg) 12.34 12.51 12.72
小麦 Wheat 3.29 3.33 3.33 淀粉 Starch 24.00 27.00 30.00
麸皮 Wheat bran 6.34 1.89 0.42 粗蛋白质 CP 16.20 15.80 15.50
菜籽粕 Rapeseed meal 11.04 11.04 11.04 酸性洗涤纤维 ADF 22.50 22.40 21.60
豆粕 Soybean meal 6.50 6.50 6.50 中性洗涤纤维 NDF 36.90 37.76 34.51
苜蓿干草 Alfalfa hay 17.65 17.65 17.65 钙 Ca 0.92 0.76 0.96
小麦秸秆 Wheat straw 17.35 17.35 17.35 磷 P 0.51 0.46 0.44
食盐 NaCl 0.65 0.65 0.65
预混料 Premix1) 2.60 2.60 2.60
合计 Total 100.00 100.00 100.00

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of diets:Cu 10 mg,Fe 65 mg,Mn 30 mg,Zn 25 mg,I 0.5 mg,Se 0.1 mg,Co 0.1 mg,VA 4 000 IU,VD 500 IU,VE 40 IU。

2)代谢能为计算值,其余均为实测值。ME was a calculated value, while the others were measured values.

1.3 样品采集及指标测定

1.3.1 饲粮营养水平测定

淀粉含量参照GB/T 20194—2018的方法进行测定,粗蛋白质含量参照GB/T 6432—2018的方法进行测定,酸性洗涤纤维含量参照NY/T 1459—2022的方法进行测定,中性洗涤纤维含量参照GB/T 20806—2022的方法进行测定,钙含量参照GB/T 6436—2018的方法进行测定,磷含量参照GB/T 6437—2018的方法进行测定。代谢能根据《中国饲料成分及营养价值表(2022年第33版)》计算得出。

1.3.2 生长性能测定

在正试期第1天早晨对所有牦牛进行空腹称重,记为初重;在正试期最后1天早晨再次对所有牦牛进行空腹称重,记为末重;计算平均日增重(ADG),计算公式如下:
平均日增重=(末重-初重)/正试期天数。

1.3.3 粪便样品采集

在正试期最后1天,采用直肠粪便采样法采集粪便,将其分装于2个5 mL无菌冻存管中,放入液氮中暂存。

1.3.4 粪便菌群16S rDNA测序和分析

每组随机选取5份样品,采用粪便DNA提取试剂盒(D5625-02,Omega Bio-Tek公司,美国)对粪便DNA进行提取,检测合格后送至北京诺禾致源科技股份有限公司,进行16S rDNA扩增子测序。对16S rDNA基因V3~V4区引物341F(5'-CCTAYGGGRBGCASCAG-3')、806R(5'-GGACTACNNGGGTATCTAAT-3')进行PCR扩增,所有PCR混合液加入15 μL Phusion High-Fidelity PCR Master Mix、0.2 μmol/L引物和10 ng基因组DNA模板,在98 ℃下进行1 min的第1次变性,然后在98 ℃ 10 s、50 ℃ 30 s和72 ℃ 30 s下进行30次循环,最后在72 ℃下保持5 min。根据所扩增的区域构建文库,基于Illumina MiSeq测序平台对文库进行双端测序。截去Barcode和引物序列,使用FLASH软件对每个样本的reads进行拼接,并使用fastp软件对拼接得到的原始Tags数据经过严格的过滤得到有效数据,然后使用UPARSE(v7.1)对质控后的序列进行操作分类单元(OTU)聚类[21],通过QIIME2软件计算Alpha多样性(Chao1指数、Observed_features指数、Shannon指数、Simpson指数)、Beta多样性[主要是主坐标分析(PCoA)]等。采用线性判别分析效应大小(LEfSe)分析寻找组间差异显著的微生物标志物。统计显著性通过Kruskal-Wallis检验(P<0.05)进行筛选,随后利用线性判别分析(LDA)来估算效应大小,LDA得分>4.0的物种被认定为具有显著生物学意义的差异物种。

1.4 统计分析

使用Excel 2021对数据进行整理,采用SPSS 25.0对数据进行正态和方差齐性检验,进行单因素方差分析和Duncan氏法多重比较,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能的影响

由表2可知,饲粮不同淀粉水平对牦牛的末重和平均日增重均无显著影响(P>0.05)。但各组牦牛的生长性能表现出一定的差异,具体而言,ML组的牦牛末重和平均日增重均最高,分别达到176.56 kg和0.77 kg/d;LL组和HL组的牦牛末重和平均日增重相对较低。
表2 饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能的影响

Table 2 Effects of dietary different starch levels on growth performance of yaks

项目
Items		 组别 Groups P值
P-value
LL ML HL
初重 IBW/kg 129.63±21.48 130.38±13.21 121.38±22.15 0.595
末重 FBW/kg 169.94±24.09 176.56±16.81 160.75±32.58 0.468
平均日增重 ADG/(kg/d) 0.67±0.14 0.77±0.11 0.66±0.21 0.322

同行数据肩标无字母表示差异不显著(P>0.05)。

In the same row, values with no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05).

2.2 饲粮不同淀粉水平对牦牛粪便细菌丰富度和多样性的影响

2.2.1 OTU分析

由图1可知,3组共产生5 579个OTU,其中HL组共产生2 182个OTU,ML组共产生2 007个OTU,LL组共产生2 337个OTU,3组共有的OTU数目为262个,占总OTU数目的4.70%。
图1 韦恩图

Fig.1 Venn diagram

由图2可知,随着测序深度的增加,HL组、ML组、LL组的粪便细菌稀释曲线呈逐渐平缓的趋势,说明当前的测序量已经能够较好地覆盖样本中的物种。
图2 粪便细菌稀释曲线

Fig.2 Fecal bacterial dilution curve

2.2.2 Alpha多样性分析

由图3可知,LL组Chao1指数、Observed_features指数、Shannon指数、Simpson指数均极显著高于ML组和HL组(P<0.01),HL组Shannon指数显著高于ML组(P<0.05),HL组Simpson指数极显著高于ML组(P<0.01),HL组与ML组之间Chao1指数、Observed_features指数均无显著差异(P>0.05)。
图3 Alpha多样性

*代表差异显著(P<0.05),**代表差异极显著(P<0.01)。

Fig.3 Alpha diversity

* indicated significant difference (P<0.05), and ** indicated extremely significant difference (P<0.01).

2.2.3 Beta多样性与群落结构差异

由图4可知,HL组、ML组、LL组在第1主成分上解释了20.86%的变异,第2主成分上解释了15.1%的变异,3组牦牛粪便群落结构具有明显差异。
图4 主坐标分析

Fig.4 Principal coordinate analysis

由表3可知,相似性分析(analysis of similarities,Anosim)组间差异分析结果进一步证实了3组之间群落结构差异具有高度统计学显著性(R=1.000,P<0.01)。
表3 Anosim组间差异分析

Table 3 Anosim between-group difference analysis

项目 Items R值 R-value P值 P-value
HL组vs ML组 HL group vs ML group 1.000 0.007
HL组vs LL组 HL group vs LL group 1.000 0.008
ML组vs LL组 ML group vs LL group 1.000 0.008

2.3 不同淀粉水平对牦牛粪便细菌组成的影响

2.3.1 门水平上细菌组成

由图5可知,在HL组、ML组、LL组粪便细菌门水平上,最丰富的门包括厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)、变形菌门(Proteobacteria)、广古菌门(Euryarchaeota)、放线菌门(Actinobacteriota)等。其中,HL组、ML组、LL组粪便中厚壁菌门相对丰度分别为55.42%、63.76%、63.35%,拟杆菌门相对丰度分别为28.40%、32.04%、28.28%,变形菌门相对丰度分别为9.04%、2.48%、2.29%,广古菌门相对丰度分别为5.42%、0.99%、4.93%。
图5 牦牛粪便细菌门水平相对丰度图

Others:其他;Planctomycetota:浮霉菌门;Cyanobacteria:蓝藻菌门;Spirochaetota:螺旋体门;Verrucomicrobiota:疣微菌门;Patesclibacteria:帕特斯奇菌门;Actinobacteriota:放线菌门;Euryarchaeota:广古菌门;Proteobacteria:变形菌门;Bacteroidota:拟杆菌门;Firmicutes:厚壁菌门。图6同 the same as Fig.6。

Fig.5 Relative abundance diagram of fecal bacterial at phylum level of yaks

由图6可知,ML组粪便中厚壁菌门相对丰度显著高于HL组(P<0.05),变形菌门和广古菌门相对丰度极显著低于HL组(P<0.01);LL组粪便中广古菌门相对丰度极显著高于ML组(P<0.01);HL组粪便中厚壁菌门相对丰度显著低于LL组(P<0.05),变形菌门和放线菌门相对丰度极显著高于LL组(P<0.01)。
图6 牦牛粪便细菌门水平差异分析

A:HL组和ML组差异分析图;B:ML组和LL组差异分析图;C:HL组和LL组差异分析图。A: differential analysis diagram between HL group and ML group; B: differential analysis diagram between ML group and LL group; C: differential analysis diagram between HL group and LL group.

Means in group:组内均值;differences between groups:组间差异;95% confidence interval:95%置信区间。

Fig.6 Analysis of differences of fecal bacterial at phylum level of yaks

2.3.2 属水平上细菌组成

由图7可知,对属水平上相对丰度前10的菌属进行分析,在HL组中,粪便中UCG-005(7.91%)、拟杆菌属(Bacteroides)(14.02%)、大肠杆菌-志贺氏菌属(Escherichia_Shigella)(8.79%)、狭义梭菌属1(Clostridium_sensu_stricto_1)(7.63%)、副拟杆菌属(Parabacteroides)(5.96%)、丰腹真杆菌群([Eubacterium]_ventriosum_group)(6.17%)、普雷沃氏菌属9(Prevotella_9)(5.01%)、罗姆布茨菌属(Romboutsia)(5.77%)、甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)(5.25%)最为丰富。在ML组中,粪便中UCG-005(31.75%)、拟杆菌属(2.14%)、狭义梭菌属1(2.48%)、罗姆布茨菌属(1.88%)最为丰富。在LL组中,粪便中UCG-005(28.83%)、拟杆菌属(3.10%)、理研菌科RC9肠道群(Rikenellaceae_RC9_gut_group)(11.58%)、狭义梭菌属1(5.87%)、罗姆布茨菌属(3.02%)、甲烷短杆菌属(4.88%)最为丰富。
图7 牦牛粪便细菌属水平相对丰度图

Others:其他;Methanobrevibacter:甲烷短杆菌属;Romboutsia:罗姆布茨菌属;Prevotella_9:普雷沃氏菌属9;[Eubacterium]_ventriosum_group:丰腹真杆菌群;Parabacteroides:副拟杆菌属;Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭菌属1;Escherichia_Shigella:大肠杆菌-志贺氏菌属;Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科RC9肠道群;Bacteroides:拟杆菌属。

Fig.7 Relative abundance diagram of fecal bacterial at genus level of yaks

2.4 饲粮不同淀粉水平对牦牛粪便细菌组间差异的影响

LEfSe进一步筛选具有统计学差异的细菌标志物,LDA阈值为4.0。由图8和图9可知,HL组、ML组和LL组之间LDA得分>4.0的细菌有49种。其中,ML组粪便中鼠杆菌科(Muribaculaceae)、颤螺菌科(Oscillospiraceae)、UCG-005、厚壁菌门、拟杆菌门、琥珀酸菌属(Succinivibrio)等11种相对丰度较高;LL组粪便中颤螺菌目(Oscillospirales)、理研菌科(Rikenellaceae)、理研菌科RC9肠道群、普雷沃氏菌属、拟杆菌科RF16群(Bacteroidales_RF16_group)5种相对丰度较高;HL组粪便中拟杆菌属、拟杆菌科(Bacteroidaceae)、大肠杆菌-志贺氏菌属、变形菌门、副拟杆菌属、普雷沃氏菌属9等33种相对丰度较高。
图8 LEfSe进化分支图

f_Methanobacteriaceae:甲烷杆菌科;o_Methanobacteriales:甲烷杆菌目;c_Methanobacteria:甲烷杆菌纲;f_Bacteroidaceae:拟杆菌科;f_Bacteroidales_RF16_group:拟杆菌目RF16群;f_Muribaculaceae:鼠杆菌科;f_Prevotellaceae:普雷沃氏菌科;f_Rikenellaceae:理研菌科;f_Tannerellaceae:坦纳菌科;o_Bacteroidales:拟杆菌目;c_Bacteroidia:拟杆菌纲;f_Erysipelotrichaceae:丹毒丝菌科;o_Erysipelotrichales:丹毒丝菌科;c_Bacilli:芽孢杆菌纲;Erysipelotrichaceaef_Clotridiaceae:梭菌科;o_Clotridiales:梭菌目;f_Lachnospiraceae:毛螺菌科;o_Lachnospirales:毛螺菌目;f_Oscillospiraceae:颤螺菌科;o_Oscillospirales:颤螺菌目;f_Peptostreptococcaceae:肽链球菌科;o_Peptostreptococcales_Tissierellales:肽链球菌-毛螺旋菌目;c_Clotridia:梭菌纲;f_Enterobacteriaceae:肠杆菌科;f_Succinivibrionaceae:琥珀酸菌科;o_Enterobacterales:肠杆菌目;c_Gammaproteobacteria:伽马变形菌纲。图9同 the same as Fig.9。

Fig.8 LEfSe evolutionary clade diagram

图9 LEfSe柱状图

p_Firmicutes厚壁菌门;k_Bacteria:细菌;p_Bacteroidota:拟杆菌门;g_Succinivibrio琥珀酸菌属;g_Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科RC9肠道群;g_Alloprevotella:拟普雷沃菌属;g_Bacteroides:拟杆菌属;s_Bacteroides coprophilus:嗜粪拟杆菌;g_Escherichia_Shigella:大肠杆菌-志贺氏菌属;p_Proteobacteria:变形菌门;g_Eubacterium_ventriosum_group:丰腹真杆菌群;g_Parabacteroides:副拟杆菌属;s_swine_fecal_bacterium_sD_Pec10:猪粪便细菌sD Pec10;g_Clostridium_sensu_stricto_1:狭义梭菌属1;g_Prevotella_9:普雷沃氏菌属9;k_Archaea:古菌;p_Euryarchaeota:广古菌门;g_Romboutsia:罗姆布茨菌属;g_Turicibacter:苏黎世杆菌属;g_Blautia:布劳特氏菌属。

Fig.9 LEfSe histogram

3 讨论

3.1 饲粮不同淀粉水平对牦牛生长性能的影响

本试验中,虽然各组之间的末重和平均日增重未达到统计学上的显著水平,但ML组在数值上表现出最佳的生长性能。这一现象可能与牦牛作为反刍动物其瘤胃发酵与能量代谢的独特生理特性密切相关。ML组获得了最高的末重和平均日增重,可能该组饲粮淀粉水平在牦牛瘤胃中创造了最佳的发酵环境。一方面,适宜的饲粮淀粉水平为瘤胃微生物提供了充足的可发酵碳水化合物,促进了微生物蛋白的合成,从而为宿主提供了更多优质的蛋白质来源[22];另一方面,它避免了因淀粉水平过低导致的能量供应不足,也防止了因淀粉水平过高可能引发的瘤胃发酵模式紊乱。过高的饲粮淀粉水平(如HL组)可能会导致瘤胃pH急剧下降,产生亚临床甚至临床性瘤胃酸中毒[23]。这不仅会抑制纤维分解菌的活性,降低粗饲料的消化利用率,还可能引发全身性的炎症反应,消耗额外的能量用于应对应激,从而不利于动物的增重[24]。本研究中,HL组平均日增重ADG最低,可能与上述原因有关。相反,LL组可能由于有效能量摄入相对不足,限制了生长的最大潜力。

3.2 不同淀粉水平对牦牛粪便细菌多样性的影响

通过16S rDNA基因测序结果发现,饲粮不同淀粉水平对牦牛粪便菌群α多样性有显著影响,β多样性结果显示3组牦牛粪便菌群明显分开。有研究表明,富含淀粉的饲粮会降低微生物群落的丰富度和多样性[25-27]。Kumar等[28]研究发现,将产犊奶牛饲粮由20%精料增加至50%精料时,高精料饲粮显著降低了奶牛瘤胃细菌的丰富度和多样性。Pang等[29]研究发现,随着饲粮精粗比的提高,牦牛粪便细菌群落的丰富度和多样性降低。聂洪辛[30]研究了不同精粗比饲粮对牦牛粪便微生物区系的影响,结果表明饲粮精粗比显著影响了牦牛粪便菌群的多样性和丰富度,进一步验证了高淀粉饲粮对微生物多样性的抑制作用。本试验中,LL组在Chao1指数、Observed_features指数、Shannon指数和Simpson指数上均极显著高于ML组和HL组,与上述结果相似。这可能与pH有关,低淀粉饲粮通常富含纤维,在瘤胃中发酵较为缓慢且持续,能维持相对稳定的瘤胃pH。
稳定的pH环境有利于多种纤维分解菌如瘤胃球菌属和纤维杆菌属以及其他共生微生物的生长和繁殖。而高淀粉饲粮则在瘤胃中快速发酵,产生大量乳酸,可能导致瘤胃pH下降,抑制了部分对酸性环境敏感的微生物生长。PCoA和Anosim表明,3组牦牛粪便菌群结构差异具有高度统计学显著性,说明不同淀粉水平显著重塑了牦牛粪便菌群结构。Zhang等[31]研究放牧和舍饲2种不同饲养方式对山羊肠道菌群结构的影响时发现,不同饲养条件会显著影响后肠菌群结构。本研究中,通过改变纤维与淀粉比例,不同微生物会利用不同的底物,影响菌群结构多样化发展,提示低、中淀粉水平饲粮或许更适配牦牛肠道生态,为优化饲粮配方提供依据。高淀粉水平饲粮底物相对单一,以淀粉为主,使得能够利用淀粉的微生物大量繁殖,而其他微生物的生长受到限制,降低了菌群多样性。

3.3 饲粮不同淀粉水平对牦牛粪便细菌组成的影响

研究发现,在反刍动物胃肠道微生物中厚壁菌门、拟杆菌门属于优势菌门[32-34]。在本试验中,中、低淀粉水平饲粮下牦牛粪便菌群中厚壁菌门、拟杆菌门的相对丰度较高,与以上研究结果一致。厚壁菌门作为纤维分解的核心功能群[35],其相对丰度提升可能与饲粮纤维-淀粉平衡相关,低、中淀粉水平饲粮纤维占比更高,为厚壁菌门提供了适配底物(如纤维素、半纤维素),促进纤维降解菌的增殖[36]。本试验中,LL组、ML组厚壁菌门相对丰度显著高于HL组,表明中、低淀粉饲粮更利于厚壁菌门的功能性富集,从而增强纤维消化效率。拟杆菌门相对丰度在ML组占32.04%,在LL组、HL组分别占28.28%、28.40%,拟杆菌门是复杂多糖降解的关键菌群[37-38],其相对丰度变化可能反映宿主对不同碳水化合物的代谢适应能力。HL组变形菌门相对丰度极显著高于ML组和LL组,值得注意的是,变形菌门包含部分潜在致病菌(如大肠杆菌),其过高的相对丰度可能提示肠道微生态失衡,甚至增加炎症性肠病的风险[39-40]。
属水平分析显示,在不同淀粉水平下牦牛粪便菌群优势菌属差异明显。HL组富集机会性致病菌大肠杆菌-志贺氏菌属和炎症相关菌副拟杆菌属,这与Litvak等[41]研究中提到的高淀粉水平饲粮诱导肠道低度炎症状态相似。与另外2组相比,HL组还富集甲烷短杆菌属,可能因高淀粉发酵产生更多氢气,促进甲烷生成,导致饲料能量损失。有研究表明,在反刍动物粪便菌群中最多的是瘤胃球菌科[42]。在本试验结果中,牦牛粪便菌群中主要属是UCG-005,在ML组、LL组相对丰度较高,分别占31.75%、28.83%,HL组UCG-005相对丰度仅占7.91%。UCG-005属于瘤胃球菌科[43],而瘤胃球菌属属于厚壁菌门,瘤胃球菌属是反刍动物瘤胃中纤维分解的主力军,能够附着在植物纤维表面,分泌一系列的胞外酶,如纤维素酶、木聚糖酶等。这些酶可以将植物细胞壁中的纤维素、半纤维素等复杂多糖逐步降解为寡糖、单糖,进而发酵产生挥发性脂肪酸,如乙酸、丙酸和丁酸。

4 结论

饲喂不同淀粉水平饲粮改变了牦牛粪便菌群结构。当饲粮淀粉水平为27%时,在促进牦牛生长性能和维持健康的肠道菌群结构方面均表现出积极的综合优势,能够优化牦牛肠道菌群结构,促进有益菌增殖,抑制潜在致病菌增殖。而过高的饲粮淀粉水平(30%)不仅抑制纤维分解菌的活性,还会富集某些致病菌,诱导炎症发生,不利于牦牛的健康。

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