Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 8: 5130 - 5140

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.437

RESEARCH PAPER

Effects of Baicalein Solid Dispersion on Growth Performance, Antioxidant Capacity and Intestinal Flora of Calves

  • SHI Xinchao ,
  • GAO Jianting ,
  • ZHANG Yu ,
  • LU Chenyue ,
  • CAO Hao ,
  • HE Xin , *
Expand
  • College of Veterinary Medicine, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, China
*professor, E-mail:

Received date: 2024-02-08

  Online published: 2024-08-12

Fold

Abstract

This experiment was conducted to investigate the effects of baicalein solid dispersion on growth performance, antioxidant capacity and intestinal flora of calves. Thirty-six healthy (7±5) days of age Holstein calves with body weight of (45.82±3.37) kg were randomly divided into 3 groups with 12 replicates per group and 1 calf per replicate. Calves in the control group (CON group) were fed a basal diet, and others in baicalein group (BAI group) and solid dispersion group (SD group) were fed the basal diet supplemented with 0.4% baicalein and baicalein solid dispersion containing 0.4% baicalin, respectively. The experiment lasted for 30 days. The results showed as follows: 1) compared with CON group, the body weight on day 30 of BAI group and SD group was significantly increased (P<0.05), and the average daily gain (ADG) of SD group was significantly increased (P<0.05). Compared with BAI group, the body weight on day 30 and ADG of SD group were significantly increased (P<0.05). 2) Compared with CON group, the serum glutathione peroxidase (GSH-Px), superoxide dismutase (SOD) activities and total antioxidant capacity (T-AOC) of BAI group and SD group were significantly increased (P<0.05), and the serum malondialdehyde (MDA) content was significantly decreased (P<0.05). Compared with BAI group, the serum GSH-Px, SOD activities and T-AOC of SD group were significantly increased (P<0.05), and the serum MDA content was significantly decreased (P<0.05). 3) Compared with CON group, the intestinal flora Chaol index and Shannon index of BAI group and SD group were significantly increased (P<0.05). Compared with BAI group, the intestinal flora Chaol index and Shannon index of SD group were significantly increased (P<0.05). At the phylum level, compared with CON group, the relative abundance of Firmicutes in intestine of BAI group and SD group was significantly increased (P<0.05), and the relative abundances of Bacteroidetes, Proteobacteria and Fusobacteria in intestine were significantly decreased (P<0.05). Compared with BAI group, the relative abundance of Firmicutes in intestine of SD group was significantly increased (P<0.05). At the genus level, compared with CON group, the relative abundance of Bacteroides in intestine of SD group was significantly decreased (P<0.05), and the relative abundances of Faecalibacterium and Subdoligranulum in intestine of BAI group and SD group were significantly increased (P<0.05). In conclusion, adding baicalein solid dispersion in basal diet can improve the growth performance and antioxidant capacity of calves, increase the relative abundance of beneficial bacteria and reduce the relative abundance of harmful bacteria, and thus improve the intestinal flora structure.

Key words： baicalein; solid dispersion; calves; growth performance; antioxidant; intestinal flora

Cite this article

SHI Xinchao , GAO Jianting , ZHANG Yu , LU Chenyue , CAO Hao , HE Xin . Effects of Baicalein Solid Dispersion on Growth Performance, Antioxidant Capacity and Intestinal Flora of Calves[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(8) : 5130 -5140 . DOI: 10.12418/CJAN2024.437

在犊牛培育阶段,犊牛的消化系统和免疫系统尚未发育完全,抵抗力弱,当发生应激或外界病原微生物入侵时,常会引发腹泻,影响犊牛生长发育,甚至导致死亡,极大影响了牛群的健康和牧场的效益[1]。抗生素类药物经常被用来治疗犊牛腹泻,但是抗生素治疗后会增加细菌耐药性[2],破坏肠道菌群结构,增加机体对其他疾病的易感性,抗生素药物的过量使用还会导致药物抗性基因的富集,影响生态环境[3]。近年来,很多学者都在研究抗生素替代产品,中药及其活性成分具有毒副作用少、不易产生耐药性等优点而备受关注[4]。
黄芩素(baicalein,BAI)是一种黄酮类化合物,又称为黄芩黄素、黄芩苷元,主要来源于唇形科植物黄芩,具有抗菌[5]、抗炎[6]、抗氧化应激[7]、提高动物生长性能[8]等作用。但黄芩素溶解度差、稳定性差、生物利用度低等问题,极大地限制了其临床应用[9]。张博[10]研究表明,饲粮中添加100~200 mg/kg黄芩素可提高肉鸡的生长性能、免疫应答、血脂代谢和抗氧化能力。许鹏飞等[11]研究表明,给小鼠灌胃400 mg/kg黄芩素可降低血清中肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-8(IL-8)和白细胞介素-6(IL-6)含量,从而减轻小鼠肺脏组织水肿和病理损伤情况。固体分散体(solid dispersion,SD)技术可改善难溶性药物口服生物利用度,其具有增溶效果好、安全性高、稳定性高、适口性好、血药浓度波动小等优势[12]。因此,本试验通过在犊牛饲粮中添加黄芩素固体分散体,考察其对荷斯坦犊牛生长性能、抗氧化能力及肠道菌群的影响,为其在反刍动物生产中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

黄芩素纯度≥98%。黄芩素固体分散体为课题组自制。酶联免疫吸附测定(ELISA)试剂盒购自上海江莱生物科技有限公司。

1.2 黄芩素固体分散体的制备

精密称取黄芩素0.2 g,加入50 mL无水乙醇中,磁力搅拌至完全溶解;精密称取0.8 g聚乙烯己内酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物(Soluplus),加入50 mL无水乙醇中,磁力搅拌至完全溶解,将上述2种乙醇溶液混合,磁力搅拌器搅拌15 min后倒入圆底烧瓶中,利用旋转蒸发仪40 ℃减压回收无水乙醇,残留固体放入烘箱45 ℃干燥过夜,研磨过100目筛,即得黄芩素固体分散体(2∶8)样品。

1.3 黄芩素固体分散体的表征

1.3.1 粉末X射线衍射(powder X-raydiffractio,PXRD)

分别对黄芩素、Soluplus和黄芩素固体分散体样品进行PXRD分析。测定条件:CuKα辐射1.540 56 Å,管流40 mA,管电压45 kV,样品扫描范围3~35°,扫描步进间距和扫描速度分别为0.02°和1 s/步。测得的数据使用OriginPro 2017软件作图分析。

1.3.2 差示扫描量热(differential scanning calorimetry,DSC)

分别称取适量黄芩素、Soluplus和黄芩素固体分散体样品,放置于DSC标准铝盘中,将铝盘盖扎2个小孔,盖到铝盘上压紧,对各样品进行DSC分析。测定温度范围为25~300 ℃,升温速度为10 K/min,氮气流速为50 mL/min。

1.4 试验设计与饲养管理

饲养试验于2023年7—9月在河北保定某牧场进行。选取自然分娩、生长发育良好、体重为(45.82±3.37) kg、(7±5)日龄的36头荷斯坦犊牛,采用单因素完全随机试验设计,随机分为3组,每组12个重复,每个重复1头。对照组(CON组)饲喂基础饲粮,黄芩素组(BAI组)和固体分散体组(SD组)在饲喂基础饲粮的基础上分别添加0.4%黄芩素和含有0.4%黄芩素的黄芩素固体分散体,添加剂量参考赵海宁[13]研究结果。试验期为30 d。基础饲粮包括开食料和牛场自产牛奶。饲养试验期间,根据牧场管理方法,所有犊牛自由采食开食料,开食料组成及营养水平见表1。
表1 开食料组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the starter (air-dry basis) %

项目Items 含量Content
原料Ingredients
苜蓿Alfalfa 38.0
玉米Corn 30.0
豆粕Soybean meal 15.0
麸皮Wheat bran 12.0
石粉Limestone 0.5
碳酸钙CaCO3 0.5
食盐NaCl 0.6
磷酸氢钙CaHPO4 1.0
赖氨酸Lys 0.2
蛋氨酸Met 0.2
预混料Premix1) 2.0
合计Total 100.0
营养水平Nutrient levels2)
代谢能ME/(MJ/kg) 12.60
干物质DM 86.80
粗蛋白质CP 20.22
粗脂肪EE 7.85
粗灰分Ash 6.90
中性洗涤纤维NDF 30.91
酸性洗涤纤维ADF 16.97
钙Ca 0.99
磷P 0.57

1)预混料为每千克开食料提供 The premix provided the following per kg of the starter:VA 9 000 IU,VD3 3 000 IU,VK3 2.5 mg,VB1 3 mg,VB2 5 mg,VB5 20 mg,VB12 0.02 mg,VE 35 IU,生物素 biotin 0.12 mg,烟酸 nicotinic acid 20 mg,Cu (as copper sulfate) 8 mg,Zn (as zinc sulfate) 75 mg,Fe (as ferrous sulfate) 80 mg,Mn (as manganese sulfate) 100 mg,Se (as sodium selenite) 0.15 mg,I (as potassium iodide) 0.35 mg。

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

1.5 样品采集与指标检测

1.5.1 饲粮营养水平测定

干物质(DM)含量根据GB/T 6435—2006测定,粗蛋白质(CP)含量根据GB/T 6432—2018测定,粗脂肪(EE)含量根据GB/T 6433—2006测定,粗灰分(Ash)含量根据GB/T 6438—2007测定,中性洗涤纤维(NDF)含量根据GB/T 20806—2006测定,酸性洗涤纤维(ADF)含量根据NY/T 1459—2007测定,钙(Ca)含量根据GB/T 6436—2018测定,磷(P)含量根据GB/T 6437—2018测定。代谢能(ME)为所有饲料原料的代谢能与其占饲粮的百分比的乘积之和,计算公式如下:
代谢能(MJ/kg)=∑(A×B)。
式中:A为某种饲料原料的代谢能(MJ/kg);B为该饲料原料占饲粮的百分比(%)。

1.5.2 生长性能测定

试验第1、30天,空腹称重,计算第1、30天体重及平均日增重(ADG)。ADG计算公式如下:
ADG=(第30天体重-第1天体重)/试验天数。

1.5.3 血清抗氧化指标测定

于试验第30天空腹称重后,试验犊牛颈静脉采血5 mL,静置3 h,于4 000 r/min离心15 min,取上清液,-20 °C储存。按照ELISA试剂盒说明书检测犊牛血清过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPH-Px)活性和丙二醛(MDA)含量及总抗氧化能力(T-AOC)。

1.5.4 粪样采集及肠道菌群的检测

于试验第30天空腹称重后,每组选择6头犊牛,使用粪便采集器在犊牛直肠收集粪样,-80 ℃保存,用于肠道菌群检测。使用NovaSeq 6 000(Illumina公司,美国)进行上机测序,采用十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)方法对样本的基因组DNA进行提取,根据Barcode序列和PCR扩增引物序列从下机数据中拆分出各样本数据,正向引物为515F:5'-CCTAYGGGRB GCASCAG-3',反向引物为806R:5'-GGACTACNNG GGTATCTAAT-3',扩增微生物16S rDNA基因的V4区域。在DNA样品扩增检测合格后,进行PCR产物的混合和纯化,再经末端修复、加A尾、加测序接头、纯化等步骤完成整个文库制备工作。样本由天津诺禾致源科技有限公司检测测序。

1.5.5 肠道菌群测序数据分析

测序得到原始数据后,进行拼接、过滤,得到有效数据;然后基于有效数据通过DADA2或deblur进行降噪,从而获得最终的扩增子序列变体(ASVs)。对于得到的ASVs的代表序列做物种注释,得到对应的物种信息和基于物种的相对丰度分布情况。同时,对ASVs进行相对丰度、Alpha多样性计算、Venn图和花瓣图等分析,以得到样本内物种丰富度和均匀度信息、不同样本或分组间的共有和特有ASVs信息等。对ASVs进行多序列比对并构建系统发育树,通过主坐标分析(PCoA)、主成分分析(PCA)等降维分析,探究不同样本或组别间群落结构的差异。选用MetagenomeSeq、线性判别分析(LEfSe)等统计分析方法对分组样本的物种组成和群落结构进行差异显著性检验。

1.6 数据分析

利用Excel软件整理试验数据,利用SPSS 25.0软件对试验数据进行单因素方差分析(one-way-ANOVA),再用LSD法进行多重比较,结果以“平均值±标准差”表示,P<0.05表示差异显著,P>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 黄芩素固体分散体表征

2.1.1 PXRD结果

如图1-a所示,黄芩素在衍射角度2θ为10.05°、11.27°、13.15°、15.25°、26.22°和33.93°时具有明显的晶体衍射峰;Soluplus未存在明显的晶体衍射峰。黄芩素与Soluplus制备的旋转蒸发(XZ)样品中黄芩素的特征晶体衍射峰消失,表明以药载比2∶8比例成功制备了黄芩素固体分散体。
图1 BAI、Soluplus和旋转蒸发样品的PXRD(a)和DSC(b)结果

BAI:黄芩素 baicalein;Soluplus:聚乙烯己内酰胺-聚醋酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物 polyethylene caprolactam-polyvinyl acetate-polyethylene glycol graft copolymer;XZ样品:旋转蒸发样品 rotary evaporator samples。

Fig.1 PXRD (a) and DSC (b) results of BAI, Soluplus and rotary evaporator samples

2.1.2 DSC结果

如图1-b所示,黄芩素在271.8 ℃处出现尖锐的晶体吸热峰;黄芩素固体分散体和Soluplus制备的XZ样品中未出现明显的晶体吸热峰。

2.2 黄芩素固体分散体对犊牛生长性能的影响

由表2可知,与CON组相比,BAI组、SD组的第30天体重显著提高(P<0.05),SD组的ADG显著提高(P<0.05)。与BAI组相比,SD组的第30天体重和ADG显著提高(P<0.05)。
表2 黄芩素固体分散体对犊牛生长性能的影响

Table 2 Effects of baicalein solid dispersion on growth performance of calves

项目
Items		 组别Groups P值
P-value
CON BAI SD

体重BW/kg		 第1天Day 1 44.44±1.99 46.20±1.60 46.82±2.03 0.159
第30天Day 30 70.84±2.86c 74.40±2.69b 79.27±1.97a 0.001
平均日增重ADG/(kg/d) 0.88±0.09b 0.94±0.07b 1.08±0.12a 0.017

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

2.3 黄芩素固体分散体对犊牛血清抗氧化指标的影响

由表3可知,与CON组相比,BAI组和SD组的血清GSH-Px、SOD活性和T-AOC显著提高(P<0.05),血清MDA含量显著降低(P<0.05)。与BAI组相比,SD组的血清GSH-Px、SOD活性和T-AOC显著提高(P<0.05),血清MDA含量显著降低(P<0.05)。各组之间血清CAT活性无显著差异(P>0.05)。
表3 黄芩素固体分散体对犊牛血清抗氧化指标的影响

Table 3 Effects of baicalein solid dispersion on serum antioxidant indexes of calves

项目
Items		 组别Groups P值
P-value
CON BAI SD
总抗氧化能力T-AOC/(U/mL) 6.04±0.80c 8.66±0.42b 11.37±0.91a <0.001
过氧化物酶CAT/(U/mL) 6.37±0.38 6.39±0.36 6.54±0.30 0.701
丙二醛MDA/(nmol/mL) 6.69±0.33a 5.49±0.25b 4.44±0.24c <0.001
超氧化物歧化酶SOD/(U/mL) 10.46±0.69c 15.36±0.82b 17.71±0.65a <0.001
谷胱甘肽过氧化物酶GSH-Px/(U/mL) 127.27±12.53c 166.15±5.23b 261.82±45.31a <0.001

2.4 黄芩素固体分散体对犊牛肠道菌群的影响

2.4.1 操作分类单元(OTUs)分析

如图2所示,CON组包含1 092个OTUs,BAI组包含1 385个OTUs,SD组包含1 480个OTUs;其中3组之间的共有OTUs为515个,CON组独有OTUs为419个,BAI组独有OTUs为566个,SD组独有OTUs为655个。
图2 样品OTUs韦恩图

CON:对照组 control group;BAI:黄芩素组 baicalein group;SD:固体分散体组 solid dispersion group。下图同 the same as below。

Fig.2 Sample OTUs Venn diagram

2.4.2 Alpha多样性分析

由表4可知,与CON组相比,BAI组和SD组的肠道菌群Chaol指数和Shannon指数显著提高(P<0.05)。与BAI组相比,SD组的肠道菌群Chaol指数和Shannon指数显著提高(P<0.05)。各组之间肠道菌群Simpson指数无显著差异(P>0.05)。
表4 肠道菌群Alpha多样性

Table 4 Alpha diversity of intestinal flora

项目
Items		 组别Groups P值
P-value
CON BAI SD
Chaol指数Chaol index 359.67±30.00c 442.17±27.58b 558.33±40.31a <0.001
Shannon指数Shannon index 5.91±0.07c 6.45±0.31b 7.01±0.32a <0.001
Simpson指数Simpson index 0.96±0.02 0.97±0.03 0.98±0.02 0.077

2.4.3 Beta多样性分析

如图3所示,各组微生物菌落分别形成聚类簇,横坐标代表第一主成分,纵坐标代表第二主成分,BAI组和SD组之间存在重叠,与BAI组和SD组相比,CON组形成了明显分离的聚类簇。这说明黄芩素和黄芩素固体分散体改变了犊牛肠道菌群的群落组成。
图3 Beta多样性分析

Fig.3 Beta diversity analysis

2.4.4 肠道菌群物种组成分析

如图4所示,各组肠道优势菌门为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidotes)、变形菌门(Proteobacteria)和梭杆菌门(Fusobacteria)。
图4 门水平物种相对丰度柱形图

Firmicutes:厚壁菌门;Bacteroidota:拟杆菌门;Proteobacteria:变形菌门;Fusobacteriota:梭杆菌门;Actinobacteriota:放线菌门;Desulfobacterota:脱硫杆菌门;Cyanobacteria:蓝菌门;Spirochaetota:螺旋体门;Patescibacteria:髌骨细菌门;Campylobacterota:弯曲菌门;Others:其他。

Fig.4 Species relative abundance histogram at phylum level

由表5可知,与CON组相比,BAI组和SD组的肠道厚壁菌门相对丰度显著提高(P<0.05),肠道拟杆菌门、变形菌门和梭杆菌门相对丰度显著降低(P<0.05)。与BAI组相比,SD组的肠道厚壁菌门相对丰度显著提高(P<0.05)。
表5 肠道菌群门水平分析

Table 5 Analysis of intestinal flora at phylum level

项目
Items		 组别Groups P值
P-value
CON BAI SD
厚壁菌门Firmicutes 38.43±6.52c 53.92±1.82b 57.18±4.47a 0.028
拟杆菌门Bacteroidotes 47.44±5.28a 40.35±4.96b 38.19±3.61b 0.009
变形菌门Proteobacteria 8.09±3.31a 2.76±1.20b 2.16±0.71b <0.001
梭杆菌门Fusobacteria 2.42±1.13a 0.85±0.71b 0.44±0.25b 0.001
如图5所示,各组排名前5的肠道优势菌属为拟杆菌属(Bacteroides)、普雷沃氏菌属(Prevotella)、粪杆菌属(Faecalibacterium)、罕见小球菌属(Subdoligranulum)和拟普雷沃菌属(Alloprevotella)。
图5 属水平物种相对丰度柱形图

Bacteroide:拟杆菌属;Prevotella:普雷沃氏菌属;Faecalibacterium:粪杆菌属;Subdoligranulum:罕见小球菌属;Alloprevotella:拟普雷沃菌属;Streptococcus:链球菌属;Prevotella_9:普雷沃氏菌属_9;Anaerovibrio:厌氧弧菌属;Pelistega:居鸽菌属;Phascolarctobacterium:考拉杆菌属;Others:其他。

Fig.5 Species relative abundance histogram at genus level

由表6可知,与CON组相比,SD组的肠道拟杆菌属相对丰度显著降低(P<0.05);BAI组和SD组的肠道粪杆菌属和罕见小球菌属相对丰度显著提高(P<0.05)。
表6 肠道菌群属水平分析

Table 6 Analysis of intestinal flora at genus level

项目
Items		 组别Groups P值
P-value
CON BAI SD
拟杆菌属Bacteroides 20.45±5.29a 16.39±4.40ab 13.55±3.62b 0.054
普雷沃氏菌属Prevotella 3.98±2.49 3.64±1.48 2.41±1.29 0.173
粪杆菌属Faecalibacterium 5.79±1.44b 8.69±1.56a 8.81±2.32a 0.018
罕见小球菌属Subdoligranulum 1.76±1.96b 7.70±2.63a 5.76±1.38a <0.001
拟普雷沃菌菌属Alloprevotella 10.43±3.09 8.40±3.01 11.34±3.29 0.281

3 讨论

3.1 黄芩素固体分散体对犊牛生长性能的影响

犊牛的体重和增重是评判其生长性能的重要指标,在乳品和开食料的营养得到充分保障的前提下,犊牛的生长潜力可以得到最大的发挥[14]。中药及其活性成分能够提高犊牛的生长性能。郭建新[15]研究表明,在100 kg饲粮中添加600 g的金银花,可提高肉牛干物质采食量和ADG,降低料重比,提高肉牛的生长性能,并使每头牛纯收入提高17.3%。Wei等[16]研究表明,在饲粮中添加8%黄芪提取物,可提高早期断奶耗犊牛瘤胃微生物多样性和ADG,降低料重比,从而提高耗犊牛的生长性能。Zhou等[17]研究表明,在基础饲粮中添加200 mg/kg黄芩素可提高7~42日龄肉鸡的平均体重、增重、平均增重和饲料转化率,提高肉鸡的生长性能。在本研究中,BAI组和SD组相较于CON组第30天体重分别提高了4.78%和10.63%,ADG分别提高了6.38%和18.52%;SD组相较于BAI组第30天体重提高了6.14%,ADG提高了12.96%。以上结果表明,饲粮中添加黄芩素固体分散体可提高犊牛ADG和体重,且效果优于黄芩素,说明在饲粮中添加黄芩素固体分散体可提高犊牛生长性能。

3.2 黄芩素固体分散体对犊牛血清抗氧化指标的影响

在犊牛饲养早期,机体氧化还原平衡系统尚未完全建立,容易引起氧化应激反应,导致机体机能受损[18]。机体抗氧化能力可通过血清中各种抗氧化指标来反映,血清T-AOC可反映机体总体抗氧化能力和细胞损伤情况。CAT、SOD、GSH-Px是机体内重要的抗氧化酶,是自由基的清除剂,可通过催化超氧化物、消除自由基,进而缓解或修复机体的氧化损伤[19]。MDA是机体过氧化反应的最终产物,血清MDA含量可反映机体脂质过氧化的程度,从而反映机体受损伤的情况[20]。研究发现,黄芩素是良好的抗氧化剂,具有清除自由基、修复氧化损伤的能力。Hu等[7]研究表明,持续给大鼠按体重注射100 mg/kg黄芩素,可通过降低大鼠血清和晶状体中MDA含量,提高总超氧化物歧化酶(T-SOD)和GSH-Px活性,提高大鼠抗氧化能力,改善亚硒酸钠(Na2SeO3)诱导的大鼠白内障。吴萌等[21]研究表明,大鼠按体重腹腔注射含100 mg/kg的载黄芩素脂质聚合物纳米粒,可降低血清MDA含量,提高血清SOD活性,从而改善心肌缺血模型大鼠的心肌能量代谢和氧化损伤。在本研究中,BAI组和SD组的血清T-AOC和GSH-Px、SOD活性相较于CON组提高,血清MDA含量降低,且黄芩素固体分散体效果要优于黄芩素,表明在犊牛饲粮中添加黄芩素固体分散体能够更好地提高犊牛机体抗氧化能力。

3.3 黄芩素固体分散体对犊牛肠道菌群的影响

奶牛的健康和生长与断奶前犊牛的粪便微生物和早期肠道微生物组成密切相关。出生后,新生犊牛从外部环境中获得大量微生物,这些微生物在胃肠道中定植。一旦肠道微生物屏障被突破,大量病原菌就会在肠道定植,从而引起炎症[22]。黄芩素可通过调节肠道菌群、修复结肠黏膜及抑制炎症因子表达,实现治疗化疗性肠黏膜炎的作用[23]。Wang等[24]研究表明,对鸡败血支原体诱导炎症损伤的家禽按体重灌胃450 mg/kg的黄芩苷,可通过提高有益菌相对丰度,降低有害菌相对丰度,改善肠道菌群结构,减轻鸡败血支原体诱导引发的炎症损伤。王睿等[25]研究表明,给小鼠按体重连续灌胃100 mg/kg的黄芩素8 d,可降低拟杆菌属、大肠杆菌属、志贺氏菌属、副杆菌属、肠球菌属、梭状芽孢杆菌属和乳球菌属的相对丰度,而显著升高穆氏杆菌属的相对丰度,治疗化膜性肠黏膜炎。OTUs韦恩图可反映不同组之间共有和单独的OTUs数量,可直观的反映出每组的物种丰富度[26]。Alpha多样性可以反映肠道菌群的多样性,通过Chao1指数反映物种总数,通过Shannon指数、Simpson指数等反映物种物种多样性。PCoA图可直观的反映出各组组内和组间的差异性[27]。本研究结果显示,BAI组和SD组的OTUs数量比CON组高,且SD组OTUs数量最多,说明SD组肠道菌群物种丰富度最大。,BAI组和SD组的肠道菌群Chao1指数和Shannon指数高于CON组,且SD组最高,说明SD组物种更具有多样性。BAI组和SD组形成了明显区分于CON组的聚类簇,说明BAI组和SD组之间差异性较小,而与CON组差异性较大。
厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门和梭杆菌门是新生犊牛肠道中的优势菌门,在门水平上反映了肠道菌群的情况,厚壁菌门中大多数成员都作为有益菌参与机体代谢。厚壁菌门在短链脂肪酸合成的营养代谢过程中起着关键性作用,可促进能量的吸收。拟杆菌门在参与糖代谢为机体提供能量的同时,也有改善肠道菌群的作用[28]。罕见小球菌属和粪杆菌属都是厚壁菌门的重要成员,罕见小球菌属可增加机体内线粒体的数量,降低机体糖分水平和体重的同时,还有较强的抗炎作用[29]。粪杆菌属可发酵碳水化合物,是丁酸的重要生产者之一[30]。本研究中,SD组的肠道厚壁菌门相对丰度显著高于BAI组和CON组,BAI组和SD组的肠道粪杆菌属和罕见小球菌属的相对丰度显著高CON组。
拟杆菌门可分解肠道中的多糖并获得能量,产生有机酸,降低肠道pH,但其中如拟杆菌属会对机体代谢和免疫系统产生负面作用,导致肠道菌群失衡,引发疾病[31]。而包括了大肠杆菌、沙门氏菌等在内的变形菌门则以有害菌为主,当肠道中变形菌门相对丰度升高时,说明肠道微生态失衡或不稳定的现象[32]。梭杆菌门多和其他细菌相互作用,能够促进机体对能量的转化,但梭杆菌门内大多数细菌为条件致病菌,在一定情况下可能促进病原菌的入侵,从而导致疾病的发生[33]。本研究中,CON组的肠道拟杆菌门、变形菌门和梭杆菌门相对丰度高于BAI组和SD组,且CON组的肠道拟杆菌属相对丰度高于SD组。以上结果表明,黄芩素和黄芩素固体分散体都能够增加有益菌厚壁菌门及粪杆菌属和罕见小球菌属的相对丰度,减少有害菌拟杆菌门、变形菌门和梭杆菌门的相对丰度;且与黄芩素相比,黄芩素固体分散体能够增加有益菌厚壁菌门的相对丰度,减少有害菌拟杆菌属的相对丰度,说明黄芩素固体分散体比黄芩素能更好改善肠道菌群结构。

4 结论

饲粮中添加黄芩素固体分散体可提高犊牛生长性能和抗氧化能力,增加肠道菌群多样性,提高肠道中有益菌的相对丰度,降低有害菌的相对丰度,改善肠道菌群结构。

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