食物质地如何影响大型食肉动物的肠道菌群与粪便特征？——以亚洲狮为例探讨带骨肉块与全尸饲喂的差异

《PLOS One》：Cuts or carcasses? Diet form affects fecal microbial and animal fiber fractions in a large carnivore, the Asiatic lion

本研究通过比较带骨肉块与全尸（去皮或带皮）两种食物质地对圈养亚洲狮（Panthera leo persica）粪便微生物组成、动物纤维（animal fiber）含量及粪便理化特性的影响，揭示了食物质地通过改变骨骼、皮肤等纤维成分的摄入量，显著调控肠道菌群结构（如 Proteobacteria、Fusobacteria 和 Actinobacteria 的丰度变化）及粪便特性（如颗粒大小、灰分含量）。研究提出“动物纤维”作为关键指标，为动物园大型猫科动物的营养管理及肠道健康评估提供了新视角。

　　

引言

动物园中大型猫科动物的饲养管理涉及多种因素，其中营养管理尤为关键。当前欧洲动物园的调查显示，带骨肉块和小型动物全尸（如兔或鸡）是主要食物，但大型动物全尸较少使用。研究表明，全尸饲喂可通过提供骨骼、肌腱、皮肤等“动物纤维”成分，影响动物的口腔健康、行为模式及肠道菌群。例如，野生狮虎因啃食全尸而牙结石发生率较低，而圈养个体易出现刻板行为。全尸饲喂还能延长取食时间，促进自然行为表达。然而，不同食物质地（如带骨肉块 vs. 带皮全尸）对肠道微生物和粪便特性的具体影响尚不明确。本研究以荷兰鹿特丹动物园的4只雌性亚洲狮为对象，通过交替投喂四种饮食（带骨牛肉、去皮牛全尸、带皮鬣羚全尸），探究食物质地对粪便微生物组和动物纤维排泄的影响。

材料与方法

动物与饮食设计

研究对象为1只母狮及其3只成年雌性后代，均健康无疾病。实验分为四个阶段：第一阶段（BM01）投喂带骨牛肉（每周两次，共4周）；第二阶段（CC）投喂去皮牛全尸（每周一次，共4周）；第三阶段（BC）投喂带皮鬣羚全尸（每周一次，共2周）；第四阶段（BM02）恢复带骨牛肉饮食（4周）。全尸以整块形式投喂，狮子需共享食物。

样本采集与处理

在每阶段末期（第28、56、70、98天）收集狮群全部粪便，代表一周内的总排泄物。共获34份样本，记录重量、粪便评分（1-5分），并分离可见的骨骼、皮肤/毛发成分，冷冻保存用于后续分析。粪便干物质（DM）、动物纤维、灰分（TA）及矿物质（钙、磷）含量通过加权计算获得。

微生物组分析

提取粪便DNA后，对16S rRNA基因V3-V4区进行扩增子测序，使用DADA2流程处理数据，基于Silva数据库进行物种注释。通过α多样性（如Shannon指数）和β多样性（Bray-Curtis距离）评估微生物群落差异。

动物纤维与灰分分析

采用淀粉酶处理的中性洗涤纤维法（aNDRa）量化动物纤维含量，并通过马弗炉燃烧（600°C）测定总灰分（TA）、中性洗涤不溶性灰分（NDIA）和酸不溶性灰分（AIA）。钙磷含量通过ICP-OES分析。

粪便颗粒大小测定

湿筛法分析粪便颗粒分布，计算平均颗粒大小（MPS），以反映咀嚼和消化效率。

统计分析

使用PERMANOVA比较微生物组差异，ANOVA和Tukey检验分析粪便参数，Spearman相关性探讨微生物与粪便特性的关联。

结果

微生物组成与多样性

门水平上，厚壁菌门（Firmicutes）在所有饮食中均占主导（49.3–59.8%）。与CC饮食相比，BC饮食显著降低变形菌门（Proteobacteria）丰度（从33.0%降至4.4%），同时增加放线菌门（Actinobacteria）和梭杆菌门（Fusobacteria）。属水平上，BC饮食下Solobacterium和Fusobacterium丰度上升，而CC饮食中Kurthia和Acinetobacter富集。β多样性显示饮食间微生物群落显著分离（PERMANOVA, R2=0.205, p<0.001），但α多样性无显著变化。

粪便特性变化

BC饮食导致粪便体积加倍，可见皮肤/毛发残留量最高（252 g/周），但可见骨骼比例最低。粪便干物质含量在BC饮食中显著低于BM02（p=0.0034）。BC组的灰分、钙、磷浓度显著降低（p<0.001），支持“皮肤成分稀释骨骼残留”的假设。动物纤维含量（aNDRa）在各饮食间无差异，但灰分校正后（NDIA）显著影响纤维估值（p<0.001）。粪便颗粒大小在BC饮食中最大，与皮肤比例呈正相关（r=0.47）。

相关性分析

皮肤比例与粪便干物质、钙磷含量负相关，而与颗粒大小正相关。灰分参数（TA、NDIA）与钙磷总和高度相关（r=0.98），但酸不溶性灰分（AIA）主要反映土壤污染，与骨骼指标无关联。

讨论

食物质地通过改变动物纤维的物理特性（如骨骼碎片大小、皮肤韧性），直接影响肠道发酵环境与粪便形态。带皮全尸（BC）引入的皮肤和毛发增加了不可消化成分，稀释了粪便中骨骼来源的灰分与矿物质，同时可能通过延长胃排空时间改变微生物代谢底物的可利用性。本研究中，Proteobacteria的减少与Fusobacteria的富集，可能与纤维颗粒对肠道蠕动和发酵模式的调节有关。此外，全尸饲喂带来的土壤（AIA升高）可能间接影响粪便一致性。尽管动物纤维（aNDRa）与可见骨骼或皮肤无直接相关性，但其灰分组分（NDIA）反映了饮食中不可消化物质的整体负荷，建议在评估食肉动物纤维摄入时保留灰分校正。未来需结合行为观察与短链脂肪酸测定，进一步揭示动物纤维对肠道健康的机制。

结论

食物质地是调控圈养亚洲狮肠道菌群和粪便特性的关键因素。带皮全尸饲喂通过增加动物纤维排泄和粪便颗粒大小，显著改变微生物群落结构（如降低Proteobacteria）及矿物质代谢模式。骨骼与皮肤成分对粪便特性呈现拮抗效应，提示全尸饲喂需根据具体组织成分优化设计。本研究为动物园大型食肉动物的精准营养管理提供了理论与实践依据。