Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 1: 340 - 351

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.031

RESEARCH PAPER

Effects of Allium mongolicum Regel Ethanol Extract on Performance, Rumen Fermentation Parameters and Rumen Microflora Structure of Dairy Cows

  • DUAN Jiayu ,
  • BAI Chen ,
  • LI Huabei ,
  • ZHAO Yabo ,
  • AO Changjin , *
Expand
  • Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science of Colleges and Universities of Inner Mongolia, College of Animal Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China
* professor, E-mail:

Received date: 2023-08-11

  Online published: 2024-01-12

Fold

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on performance, rumen fermentation parameters and rumen microflora structure of dairy cows. Twelve Holstein cows with similar body condition, parity, lactation period and milk yield were randomly divided into the control group (CON group) and Allium mongolicum Regel ethanol extract group (AEE group) with 6 replicates per group and 1 cow per replicate. The pre-trial period lasted for 14 days, and the experimental period lasted for 35 days. The results showed as follows: 1) compared with CON group, dietary Allium mongolicum Regel ethanol extract significantly increased the milk fat percentage of dairy cows on day 21 (P<0.05), but had no significant effects on milk yield and other milk components (P>0.05). 2) Compared with CON group, dietary Allium mongolicum Regel ethanol extract significantly increased the pH in rumen of dairy cows (P<0.05), significantly decreased the contents of total volatile fatty acids, acetic acid, propionic acid and valeric acid in rumen (P<0.05), and had a tendency to decrease the ammonia nitrogen content in rumen (P=0.061). 3) Compared with CON group, the relative abundances of ruminal Firmicutes and Succiniclasticum in rumen of dairy cows in AEE group was increased, the Succinivibrionaceae_UCG-001 relative abundance in rumen was decreased, but the differences were not significant (P>0.05); dietary Allium mongolicum Regel ethanol extract significantly decreased the Lachnospira relative abundance in rumen (P<0.05). Correlation analysis showed that the relative abundances of Succinivibrionaceae_UCG-001 and Latilactobacillus in rumen were positively correlated with milk fat percentage. In conclusion, dietary Allium mongolicum Regel ethanol extract can increase the milk fat percentage, increase the pH in rumen, and improve the rumen microflora structure of dairy cows.

Key words： Allium mongolicum Regel ethanol extract; dairy cows; performance; rumen fermentation; rumen microflora structure

Cite this article

DUAN Jiayu , BAI Chen , LI Huabei , ZHAO Yabo , AO Changjin . Effects of Allium mongolicum Regel Ethanol Extract on Performance, Rumen Fermentation Parameters and Rumen Microflora Structure of Dairy Cows[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(1) : 340 -351 . DOI: 10.12418/CJAN2024.031

瘤胃对于反刍动物营养物质的消化吸收至关重要。瘤胃微生物会将饲粮中的营养成分降解发酵为挥发性脂肪酸、肽类、氨基酸及维生素等物质[1-2],这些物质被瘤胃上皮吸收为机体供能[3]。因此,通过营养手段调控瘤胃菌群结构,有利于改善瘤胃发酵,进而提高生长性能。研究发现,植物提取物可以用来改善瘤胃发酵,对其进行开发利用对于提升牛奶质量、提高奶牛健康水平及促进奶牛产业高质量发展具有重要意义。肖训军等[4]报道,毛茛科植物提取物(生物碱类)能提高黄牛体外瘤胃液pH,提高总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acid,TVFA)产量。王小凤等[5]研究指出,单宁不仅可以与湖羊瘤胃中的蛋白质结合,缓减蛋白质在瘤胃中的降解速度,还可以抑制瘤胃细菌生长,显著降低厚壁菌门(Firmicutes)和纤维杆菌门的相对丰度。沙葱(Allium mongolicum Regel)作为北方地区广泛分布的牧草,被牛羊喜食,可改善畜产品品质。Du等[6]研究发现,沙葱粉及其提取物会影响绵羊瘤胃微生物群落,提高其平均日增重。赵国芬[7]研究表明,沙葱可以提高绵羊瘤胃pH和细菌脂酶活性,降低瘤胃纤毛虫数量和氨氮(NH3-N)含量,提高菌体蛋白(bacterial protein,BCP)含量。Zhao等[8]研究发现,沙葱醇提物(Allium mongolicum Regel ethanol extract,AEE)能够提高绵羊瘤胃戊酸和异戊酸含量,降低瘤胃丙酸含量;提高瘤胃拟杆菌门(Bacteroidota)和厚壁菌门相对丰度。然而,目前关于沙葱及其提取物的研究主要集中在肉羊上,对奶牛的瘤胃发酵及生产性能的影响鲜有报道,因此,本试验在课题组前期通过奶牛瘤胃体外批次培养法确定的沙葱醇提物的最适添加量(3 g/kg DM)的基础上开展动物饲养试验,旨在探究饲粮中添加沙葱醇提物对奶牛产奶性能、瘤胃发酵参数和瘤胃菌群结构的影响,为沙葱提取物在奶牛生产中的进一步开发应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 沙葱醇提物的制备

新鲜沙葱购买于内蒙古阿拉善左旗,沙葱醇提物的提取工艺为超声波提取法,制备方法如张巧娥[9]所述。沙葱醇提物的得率为28%,其活性成分主要包括黄酮类、有机酸及其衍生物、核苷酸及其衍生物、氨基酸、羟基肉桂酰衍生物、氨基酸类衍化物、酚胺、维生素、胆碱及脂类等[10]。

1.2 试验设计和饲养管理

本试验在内蒙古自治区巴彦淖尔市太平乳业牧场开展。采用单因素试验设计,选取12头体况相近的泌乳中期荷斯坦奶牛[体重(605.92±11.30) kg,胎次2~3胎,泌乳量(33.14±2.08) kg/d],随机分为对照组(CON组)和沙葱醇提物组(AEE组),每组6个重复,每个重复1头。CON组饲喂基础饲粮,AEE组饲喂在基础饲粮中添加3 g/kg沙葱醇提物的试验饲粮。预试期14 d,正试期35 d。
试验期间,2组饲养管理方式及环境条件一致,每天02:00和14:00进行投料,奶牛自由采食和饮水,每天01:30、09:00和16:00进行挤奶,试验所用奶牛在同一双列式牛舍内饲养。

1.3 饲粮组成及营养水平

基础饲粮参照NRC(2001)[11]奶牛饲养标准配制,其组成及营养水平见表1。饲粮中干物质、粗蛋白质、粗脂肪、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量依据GB/T 18868—2002[12]进行测定,粗灰分含量依据GB/T 6438—2007[13]进行测定,钙含量依据GB/T 6436—2018[14]采用高锰酸钾滴定法进行测定,磷含量依据GB/T 6437—2018[15]采用分光光度法进行测定,产奶净能(NEL)依据NRC(2001)[11]数据计算获得。
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
燕麦草Wild oat herb 1.14
苜蓿Alfalfa 7.28
全棉籽Whole cottonseed 3.41
甜菜丝Beet slices 4.55
玉米青贮Maize silage 51.19
糖蜜Molasses 1.37
玉米粉Corn starch 15.25
豆粕Soybean meal 7.27
棉籽粕Cottonseed meal 1.83
小麦Wheat 1.43
葡萄糖粉Powdered glucose 0.45
棉籽蛋白粉Cottonseed protein powder 1.58
脂肪粉Fatty powder 0.90
脱霉剂De-mold agent 0.12
小苏打NaHCO3 0.18
预混料Premix1) 1.75
酵母培养物Yeast culture 0.30
合计Total 100.00
营养水平Nutrient levels2)
干物质DM 51.93
粗蛋白质CP 17.84
粗脂肪EE 2.50
中性洗涤纤维NDF 29.87
酸性洗涤纤维ADF 16.10
粗灰分Ash 7.60
钙Ca 0.66
磷P 0.28
产奶净能NEL/(MJ/kg) 6.71

1)预混料为每千克饲粮提供 The premix provided the following per kg of the diet:VA 5 775 IU,VD3 1 400 IU,VE 14.80 IU,Cu 12.25 mg,Co 0.35 mg,Mn 28 mg,Se 0.17 mg,Zn 49 mg,I 0.87 mg。

2)产奶净能为计算值,其他营养水平为实测值。NEL was a calculated value, while the other nutrient levels were measured values.

1.4 样品采集

1.4.1 奶牛乳采集

于正试期第0(开始前1天)、7、14、21、28和35天采集乳样,每头奶牛在早、中、晚按4∶3∶3取样后制成混合乳样,置于-20 ℃保存备用。

1.4.2 瘤胃液采集

于正试期第35天晨饲前1 h使用牛瘤胃液口腔采集器采集瘤胃液50 mL,经4层纱布过滤后分装到2个15 mL离心管中,立即用台式pH计测定其pH后将滤液放入-20 ℃冰箱中用于瘤胃发酵参数的测定;剩余的瘤胃液移入5 mL冻存管中,放入液氮保存,用于瘤胃菌群结构的测定。

1.5 指标测定及方法

1.5.1 产奶量和乳成分的测定

产奶量通过24位全自动挤奶机记录;乳脂率、乳蛋白率、乳糖率、乳总固体物率和非脂乳固体物率利用乳成分分析仪(MickroFT-120,FOSS公司,丹麦)测定。

1.5.2 瘤胃发酵参数的测定

瘤胃NH3-N含量参考冯宗慈等[16]的比色法,采用酶标仪(SYNERGY-H1,BioTek公司,美国)测定;瘤胃挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)含量参照李敏[17]的气相色谱法,采用气相色谱仪(GC-2014,日本岛津株式会社,日本)进行测定;瘤胃BCP含量采用考马斯亮蓝法[18]对破碎细胞壁中的蛋白质进行染色,采用酶标仪(SYNERGY-H1,BioTek公司,美国)进行比色测定。

1.5.3 瘤胃菌群结构的测定

瘤胃16S rRNA测序委托北京百迈客生物科技有限公司进行处理与分析。提取样品总DNA后,根据全长引物序列合成带有Barcode的特异引物,然后进行PCR扩增并对其产物进行纯化、定量和均一化形成测序文库(SMRT Bell),建好的文库先进行文库质检,质检合格的文库用PacBio Sequel Ⅱ系统进行测序。通过SMRT Link软件导出CCS文件,根据Barcode序列识别不同样品的数据并转化为fastq格式数据。将PacBio下机数据导出为CCS文件(CCS序列使用PacBio提供的SMRT Link工具获取)后,使用lima 1.7.0软件通过Barcode对CCS进行识别,得到raw-CCS序列数据;使用cutadapt 1.9.1软件进行引物序列的识别与去除并且进行长度过滤,得到不包含引物序列的clean-CCS序列;使用UCHIME 4.2软件,鉴定并去除嵌合体序列,得到effective-CCS序列。之后划分feature[操作分类单元(operational taxonomic unit,OTU)和扩增子序列变异(amplicon sequence variation,ASV)],进行多样性分析、差异分析、相关性分析及功能预测分析。

1.6 数据统计分析

试验数据先通过Excel 2019进行初步整理,再使用SAS 9.2软件进行t检验,P<0.05表示差异显著,0.05<P<0.10表示差异有显著趋势,结果以平均值和均值标准误(SEM)表示。

2 结果与分析

2.1 沙葱醇提物对奶牛产奶量和乳成分的影响

由表2可知,从第14天开始,AEE组奶牛第14、21和28天产奶量分别比CON组提高了4.16%、4.47%和3.03%,但在第35天有所下降。在整个试验期,2个组的产奶量差异不显著(P>0.05)。
表2 沙葱醇提物对奶牛产奶量的影响

Table 2 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on milk yield of dairy cowskg/d

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
第0天Day 0 36.12 34.28 1.87 0.651
第7天Day 7 36.56 32.80 1.40 0.216
第14天Day 14 34.34 35.77 1.04 0.547
第21天Day 21 35.54 37.13 2.00 0.730
第28天Day 28 37.30 38.43 1.47 0.740
第35天Day 35 37.86 35.83 1.71 0.607
平均日产奶量Average daily milk yield 36.29 36.04 0.88 0.904
由表3可知,与CON组相比,AEE组奶牛乳脂率和乳总固体物率呈有所提高,在试验第21天乳脂率显著提高(P<0.05)。在整个试验期中,2组间乳蛋白率、乳糖率和非脂乳固体物率均无显著差异(P>0.05)。
表3 沙葱醇提物对奶牛乳成分的影响

Table 3 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on milk composition of dairy cows%

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
乳脂率
Milk fat percentage		 第0天Day 0 3.34 3.39 0.20 0.908
第7天Day 7 3.54 3.33 0.26 0.729
第14天Day 14 3.32 3.47 0.09 0.468
第21天Day 21 3.08 3.66 0.13 0.019
第28天Day 28 4.60 4.66 0.28 0.927
第35天Day 35 3.62 5.06 0.39 0.069
平均值Mean 3.58 3.88 0.11 0.228
乳蛋白率
Milk protein percentage		 第0天Day 0 3.67 3.85 0.16 0.613
第7天Day 7 3.82 3.66 0.11 0.509
第14天Day 14 3.55 3.54 0.11 0.948
第21天Day 21 3.59 3.45 0.13 0.610
第28天Day 28 3.69 3.63 0.13 0.832
第35天Day 35 3.74 3.65 0.13 0.729
平均值Mean 3.68 3.63 0.05 0.645
乳糖率
Milk lactose percentage		 第0天Day 0 5.19 5.28 0.06 0.532
第7天Day 7 5.45 5.09 0.14 0.218
第14天Day 14 5.07 4.95 0.05 0.198
第21天Day 21 5.03 5.04 0.05 0.924
第28天Day 28 5.20 5.21 0.03 0.904
第35天Day 35 5.30 5.20 0.03 0.194
平均值Mean 5.21 5.13 0.03 0.206
非脂乳固体物率
Nonfat milk solid percentage		 第0天Day 0 9.53 9.91 0.21 0.399
第7天Day 7 9.96 9.52 0.22 0.333
第14天Day 14 9.26 9.17 0.14 0.770
第21天Day 21 9.23 9.19 0.16 0.927
第28天Day 28 9.59 9.58 0.13 0.954
第35天Day 35 9.72 9.59 0.14 0.638
平均值Mean 9.55 9.49 0.07 0.698
乳总固体物率
Milk total solid percentage		 第0天Day 0 13.38 13.86 0.33 0.492
第7天Day 7 13.98 13.42 0.41 0.550
第14天Day 14 12.18 12.38 0.19 0.661
第21天Day 21 11.81 12.39 0.26 0.323
第28天Day 28 14.51 14.75 0.30 0.739
第35天Day 35 13.75 15.05 0.45 0.186
平均值Mean 13.27 13.53 0.17 0.441

2.2 沙葱醇提物对奶牛瘤胃发酵的影响

由表4可知,与CON组相比,AEE组奶牛瘤胃pH显著提高(P<0.05);AEE组瘤胃NH3-N含量有降低趋势(P=0.061),瘤胃BCP含量有所提高,但差异均不显著(P>0.05)。与CON组相比,AEE组瘤胃TVFA、乙酸、丙酸和戊酸含量显著降低(P<0.05);2组间瘤胃丁酸、异丁酸和异戊酸含量差异均不显著(P>0.05);AEE组瘤胃乙酸/丙酸值高于CON组,但无显著差异(P>0.05)。
表4 沙葱醇提物对奶牛瘤胃发酵参数的影响

Table 4 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on rumen fermentation parameters of dairy cows

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
pH 6.17 6.90 0.16 0.017
氨态氮NH3-N/(mg/dL) 10.92 7.27 0.99 0.061
菌体蛋白BCP/(mg/dL) 19.75 23.89 1.55 0.197
总挥发性脂肪酸TVFA/(mmol/L) 107.98 80.26 6.74 0.029
乙酸Acetic acid/(mmol/L) 64.66 48.17 4.19 0.040
丙酸Propionic acid/(mmol/L) 30.56 21.75 2.01 0.016
丁酸Butyric acid/(mmol/L) 9.66 7.86 0.58 0.123
异丁酸Isobutyric acid/(mmol/L) 0.67 0.60 0.06 0.552
戊酸Valeric acid/(mmol/L) 1.32 1.06 0.07 0.040
异戊酸Isovaleric acid/(mmol/L) 1.10 0.84 0.10 0.226
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid 2.11 2.26 0.10 0.501

2.3 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群结构的影响

2.3.1 奶牛瘤胃菌群OTU数量

使用USEARCH软件对2组奶牛瘤胃菌群序列在97.0%的相似度水平下进行聚类获得OTU。如图1所示,2组瘤胃菌群共产生210个OTU,其中共有的OTU数量是191个,AEE组产生了201个OTU,特有10个OTU,占总数的4.76%;CON组产生了200个OTU,特有9个OTU,占总数的4.29%。
图1 奶牛瘤胃菌群OTU分布韦恩图

A代表AEE组,C代表CON组。下图同。

Fig.1 Venn graph of OTU distribution of rumen microflora of dairy cows

A represented AEE group, and C represented CON group. The same as below.

2.3.2 奶牛瘤胃菌群多样性分析

采用QIIME软件进行瘤胃菌群β多样性分析,比较不同样本在物种多样性方面存在的相似程度。采用主成分分析(principal component analysis,PCA)进行方差分解,将2组数据的差异反映在二维坐标图上,坐标轴取能够最大反映方差的2个特征值。样本距离越近,则表示这样本间的组成越相似,如图2所示,2组在群落组成上具有明显差异。
图2 奶牛瘤胃菌群PCA图

Fig.2 PCA graph of rumen microflora of dairy cows

由表5可知,本试验中,2组奶牛瘤胃菌群测序覆盖率都为0.99,说明测序结果已经基本覆盖了绝大多数的菌群。2组之间瘤胃菌群Shannon指数、ACE指数、Chao1指数和Simpson指数均无显著差异(P>0.05)。
表5 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群α多样性的影响

Table 5 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on α diversity of rumen microflora of dairy cows

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
OTU数量OTU number 109.67 126.83 8.87 0.358
ACE指数ACE index 147.68 158.54 9.38 0.587
Chao1指数Chao1 index 139.78 162.26 11.32 0.344
Shannon指数Shannon index 1.87 2.01 0.38 0.865
Simpson指数Simpson index 0.40 0.48 0.08 0.648
覆盖率Coverage 0.99 0.99 <0.01 0.739

2.3.3 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群组成的影响

沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群组成的影响见表6和表7。在门水平上(表6),本试验共检测到12个差异菌门,其中变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门和拟杆菌门等10个菌门相对丰度占到总菌群比例的99%,2组瘤胃各菌门相对丰度差异均不显著(P>0.05)。
表6 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群在门水平组成的影响

Table 6 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on rumen microflora composition at phylum level of dairy cows %

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
变形菌门Proteobacteria 69.21 61.89 8.52 0.689
厚壁菌门Firmicutes 21.43 31.42 7.10 0.508
拟杆菌门Bacteroidota 8.04 5.62 1.41 0.418
疣微菌门Verrucomicrobiota 0.41 0.45 0.23 0.938
脱硫杆菌门Desulfobacterota 0.43 0.13 0.20 0.466
髌骨细菌门Patescibacteria 0.23 0.20 0.06 0.780
螺旋体门Spirochaetota 0.12 0.19 0.04 0.455
蓝藻门Cyanobacteria 0.04 0.07 0.01 0.309
浮霉菌门Planctomycetota 0.04 0.02 0.01 0.571
弯曲菌门Campylobacterota 0.00 0.01 0.00 0.138
表7 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群在属水平上组成的影响

Table 7 Effects of Allium mongolicum Regel ethanol extract on rumen microflora composition at genus level of dairy cows %

项目
Items		 对照组
CON group		 AEE组
AEE group		 SEM P值
P-value
琥珀酸弧菌科UCG-001 Succinivibrionaceae_UCG-001 68.98 59.34 9.10 0.620
解琥珀酸菌属Succiniclasticum 14.07 24.36 5.51 0.376
未培养瘤胃细菌Uncultured_rumen_bacterium 3.27 3.32 0.76 0.977
普雷沃氏菌属7 Prevotella_7 3.44 1.55 0.84 0.282
普雷沃氏菌属Prevotella 2.33 1.64 0.44 0.458
琥珀酸弧菌科_UCG-002 Succinivibrionaceae_UCG-002 0.00 2.50 1.19 0.316
小杆菌属Dialister 1.69 0.41 0.70 0.389
广泛乳杆菌Latilactobacillus 0.06 1.22 0.51 0.275
理研菌科RC9肠道群Rikenellaceae_RC9_gut_group 0.37 0.81 0.19 0.270
未分类毛螺菌科Unclassified_Lachnospiraceae 0.75 0.27 0.19 0.226
在属水平上,2组共产生77个差异菌属,其中相对丰度前10的菌属见表7,相对丰度较高的前2个菌属为琥珀酸弧菌科UCG-001(Succinivibrionaceae_UCG-001)和解琥珀酸菌属(Succiniclasticum)。与CON组相比,AEE组奶牛瘤胃琥珀酸弧菌科UCG-001相对丰度有所降低,瘤胃解琥珀酸菌属相对丰度有所提高,但差异均不显著(P>0.05)。如图3所示,AEE组瘤胃毛螺菌属(Lachnospira)相对丰度显著低于CON组(P<0.05)。
图3 奶牛瘤胃菌群在属水平上的Metastats分析柱状图

Fig.3 Metastats analysis histogram of rumen microflora at genus level of dairy cows

选择2组间具有显著性差异的乳脂率和瘤胃pH与瘤胃菌群进行相关性分析,结果如图4所示。瘤胃琥珀酸弧菌科UCG-001和广泛乳杆菌(Latilactobacillus)相对丰度与乳脂率呈正相关,普雷沃氏菌属7(Prevotella_7)、黏液乳杆菌属(Limosilactobacillus)、解琥珀酸菌属、小杆菌属(Dialister)和理研菌科RC9肠道群(Rikenellaceae_RC9_gut_group)相对丰度与pH呈正相关。
图4 乳脂率和瘤胃pH与瘤胃菌群相关性分析

Limosilactobacillus:黏液乳杆菌属;Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科RC9肠道群;Dialister:小杆菌属;Prevotella_7:普雷沃氏菌属7;Succinivibrionaceae_UCG-002:琥珀酸弧菌科_UCG-002;Prevotella:普雷沃氏菌属;Unclassified_Lachnospiraceae:未分类毛螺菌科;Succinivibrionaceae_UCG-001:琥珀酸弧菌科UCG-001;Succiniclasticum:解琥珀酸菌属;Latilactobacillus:广泛乳杆菌;MilkF:乳脂率 milk fat percentage。

Fig.4 Correlation analysis of rumen microflora with milk fat percentage and rumen pH

3 讨论

3.1 沙葱醇提物对奶牛产奶量和乳成分的影响

产奶量是衡量奶牛生产效益最直观的因素,对于特定品种的奶牛而言,其产奶量的高低主要取决于饲粮的种类、品质和采食量。宋洁等[19]研究发现,在饲粮中添加复合植物提取物缓解了由热应激造成的患乳腺炎奶牛产奶量的下降趋势。在本试验中,2组奶牛的产奶量无显著差异,试验结果的不同可能与植物提取物的种类、奶牛泌乳期等的不同有关。
乳脂、乳蛋白和乳糖等作为牛奶的营养指标,是评价牛奶品质的关键因素。乳脂是由脂肪酸通过相关脂肪合成酶合成,脂肪酸可通过乙酸和β-羟丁酸产生(40%~45%),也可以直接从血液中获得(55%~60%)[20]。李晶晶[21]研究发现,饲粮中添加染料木黄酮能显著提高牛奶的乳脂率。本试验中,饲粮中添加沙葱醇提物提高了乳脂率,推测与沙葱醇提物中的黄酮类物质对瘤胃微生物的作用,使得乙酸菌等微生物活性提高有关。乳蛋白率是决定乳品质的重要指标。本试验中,乳蛋白率在2组之间没有差异,这与郭晨阳[22]的研究结果一致。本试验中,2组间乳糖率没有显著差异,但因乳糖率与产奶量之间呈正相关,所以2组间乳糖率与产奶量变化的趋势基本相似。

3.2 沙葱醇提物对奶牛瘤胃发酵参数的影响

瘤胃pH是瘤胃发酵的基本指标,主要受到唾液分泌、瘤胃内VFA和乳酸积累以及饲粮种类和营养水平的影响,同时也是衡量瘤胃酸中毒的重要指标,反映了瘤胃内环境的稳定性。瘤胃细菌生长的最适pH为6.0~7.0[23]。本试验中,各组奶牛瘤胃pH均处在瘤胃细菌生长繁殖的正常范围之内,表明沙葱醇提物不会影响奶牛瘤胃内环境的稳态,有利于瘤胃微生物发酵。
瘤胃中的NH3-N是饲粮中含氮物质的降解产物,NH3-N的来源也包括血浆中的尿素,大部分血浆中的尿素是由唾液分泌进入的,唾液内高水平的内源尿素氮,通过分泌或扩散进入瘤胃,被微生物分解生成NH3-N,NH3-N又被微生物分解形成BCP。瘤胃中的NH3-N是80%瘤胃细菌的唯一氮源,瘤胃原虫不能产生BCP,但会吞噬细菌,增加氮在瘤胃中的周转和消耗;研究表明,瘤胃原虫虽然不能利用NH3-N合成所需的蛋白质,但会产生大量的NH3-N[24],因此NH3-N和BCP含量主要取决于微生物对饲粮中含氮物质的降解速度和利用速度。据报道,高效消化的瘤胃NH3-N含量为6.3~27.5 mg/dL[25]。本试验中,2组瘤胃NH3-N含量均在有效范围之内,AEE组瘤胃NH3-N含量低于CON组,差异有显著趋势,说明饲粮中添加沙葱醇提物有降低瘤胃NH3-N含量的趋势,进而提高瘤胃微生物的合成速度及内源含氮物质的周转。严淑红[18]研究表明,不同浓度茶皂素可以降低奶牛瘤胃NH3-N含量,这与本试验研究结果一致,可能的原因是沙葱醇提物抑制了原虫的活性,提高了瘤胃细菌对NH3-N的分解效率,进而提高了BCP的合成速度。
饲粮中的碳水化合物被宿主酶的直接消化和瘤胃微生物发酵分解为短链脂肪酸和葡萄糖,然后被吸收。反刍动物所需总能量的70%~80%来自于碳水化合物在瘤胃发酵产生的VFA。因此,反刍动物瘤胃中VFA的含量及组成比例是反映瘤胃消化代谢水平的重要指标[26]。本研究中,与对照组相比,AEE组瘤胃TVFA含量显著降低,这与其pH升高相吻合。瘤胃乙酸含量主要受瘤胃纤维类物质分解的影响[27]。本试验中,饲粮中添加沙葱醇提物后瘤胃乙酸含量显著降低,可能是因为瘤胃微生物对纤维素的分解水平下降;并且,支链脂肪酸作为瘤胃纤维素分解菌的生长因子,也影响瘤胃中纤维素和半纤维素的降解,本试验中AEE组瘤胃异戊酸含量降低,导致瘤胃纤维分解菌的相对丰度降低,进而使瘤胃乙酸含量下降。瘤胃乙酸/丙酸值可反映瘤胃的发酵类型,瘤胃乙酸/丙酸值≤2.5时为丙酸型发酵[28];此外,乙酸和丁酸也是反刍动物合成乳脂的重要前体物质[29]。本试验中,AEE组瘤胃乙酸和丁酸含量均显著低于CON组,瘤胃乙酸/丙酸值高于CON组,说明饲粮中添加沙葱醇提物可以影响瘤胃发酵产生的VFA组成,从而改变瘤胃发酵模式,但AEE提高了牛奶乳脂率的原因还需要进一步的研究。乔林慧等[30]也有相同的研究结果,饲粮中添加芦丁可降低奶牛瘤胃TVFA及各组分含量,芦丁与沙葱醇提物同属黄酮类化合物,能够减轻高精料饲粮对机体产生的负面影响。

3.3 沙葱醇提物对奶牛瘤胃菌群结构的影响

本试验通过16S rRNA测序对2组瘤胃液进行α多样性分析得出,2组菌群的多样性和丰富度差异并不显著,但AEE组瘤胃菌群的α多样性指数高于CON组,说明其具有更高的物种丰富度和多样性;利用PCA对2组瘤胃菌群进行β多样性分析也表明,2组菌群在组成上具有明显差异。Wongwilaiwalin等[31]研究报道,厚壁菌门和拟杆菌门是瘤胃内最为丰富的菌门,这与本试验结论不一致,可能的原因是动物品种、饲粮结构及环境差异等不同。Kim等[32]研究发现,反刍动物瘤胃优势菌群相对丰度由大到小依次为厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门,本试验得出优势菌群相对丰度由大到小依次为变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门,与上述研究得出的结果不一致,说明饲粮中添加沙葱醇提物改变了瘤胃优势菌群的地位。厚壁菌门和拟杆菌门分别主要参与纤维类物质与碳水化合物的降解,与CON组相比,AEE组奶牛瘤胃厚壁菌门的相对丰度高于CON组,这可能与添加沙葱醇提物提高了瘤胃内纤维物质的分解效率,产生更多的乙酸有关。在属水平上,Kong等[33]在探讨单氯甲酸甘油对脂多糖诱导的肉鸡免疫应激的影响中发现,血清免疫球蛋白A和免疫球蛋白含量以及抗氧化水平与毛螺菌属的相对丰度丰度呈正相关。本研究中,AEE组瘤胃毛螺菌属的相对丰度显著低于CON组,但由于试验动物的不同,在奶牛饲粮中添加沙葱醇提物是否降低了奶牛的免疫和抗氧化能力,还有待进一步研究。从本试验结果看,2组间相对丰度前2位的瘤胃菌属相同,琥珀酸弧菌科UCG-001与瘤胃内琥珀酸的含量呈正相关,而琥珀酸是合成丙酸和戊酸的前体物质[34],AEE组瘤胃琥珀酸弧菌科UCG-001相对丰度低于CON组,这与AEE组丙酸和戊酸含量低于CON组的结果相一致。解琥珀酸菌属以淀粉为发酵底物,也可以发酵纤维或纤维二糖,主要代谢产物是琥珀酸和乙酸[35]。AEE组瘤胃解琥珀酸菌属相对丰度高于CON组,这与饲粮中添加沙葱醇提物导致奶牛瘤胃向乙酸型发酵转变的结果相同。
研究表明,厚壁菌门的乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度与奶牛乳脂率呈显著正相关[36],这与本试验中瘤胃广泛乳杆菌相对丰度与乳脂率呈正相关的结果相似。此外,本试验中,AEE组瘤胃广泛乳杆菌相对丰度高于CON组,表明饲粮中添加沙葱醇提物提高了与乳脂合成相关的微生物丰度,进而提高了乳脂率。

4 结论

① 饲粮中添加沙葱醇提物显著提高了奶牛第21天的乳脂率,对奶牛产奶量和其他乳成分没有影响。
② 饲粮中添加沙葱醇提物显著提高了奶牛瘤胃pH,显著降低了瘤胃TVFA、乙酸、丙酸和戊酸含量,有降低瘤胃NH3-N含量的趋势。
③ 饲粮中添加沙葱醇提物具有调节奶牛瘤胃菌群结构的潜力。

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