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为探究瘤胃环境对纤维消化和瘤胃细菌定植的影响，研究人员用苜蓿干草（AH）和玉米秸秆（CS）构建不同瘤胃环境（AHR、CSR）开展研究。结果发现 CSR 促进牧草降解，影响微生物群落。该研究为优化瘤胃发酵、提升动物性能提供依据。
在反刍动物的世界里，瘤胃就像是一个神奇的 “发酵工厂”，里面居住着各种各样的微生物，它们齐心协力地帮助动物消化食物。然而，这个 “工厂” 的运作效率却受到诸多因素的影响。牧草作为反刍动物饮食的重要组成部分，其较高的纤维含量使得动物从其中获取营养和能量的效率并不高。而且，目前对于如何提高牧草在瘤胃中的降解效率，以及瘤胃环境究竟如何影响微生物在牧草上的定植过程，人们还知之甚少。为了解开这些谜团，来自宁波大学、浙江大学、加拿大阿尔伯塔大学以及丹麦哥本哈根大学的研究人员展开了一项深入研究，相关成果发表在《Animal Microbiome》上。
研究人员用到的主要关键技术方法包括：动物实验与样本采集，选用 3 只健康的瘤胃插管湖羊，分别用 AH 和 CS 为主要饲粮构建瘤胃环境（AHR 和 CSR），并在不同时间点采集样本；对饲料和样本进行营养成分分析，检测干物质（DM）、粗蛋白（CP）、酸性洗涤纤维（ADF）和中性洗涤纤维（NDF）等；采用 16S rRNA 基因测序和生物信息学分析技术，探究微生物群落结构和多样性变化；运用多种统计分析方法，分析瘤胃参数、牧草降解率和微生物群落之间的关系。
瘤胃参数和牧草降解率的动态变化
研究人员发现，羊食用 AH - 或 CS - 基础日粮时，平均干物质采食量（DMI）不同。瘤胃 pH 在喂食后迅速下降，分别在 4 小时（AHR，pH = 5.67）和 8 小时（CSR，pH = 5.71）达到最低值，24 小时后恢复。总挥发性脂肪酸（VFAs）和各脂肪酸摩尔比例受饲粮类型、采样时间及其相互作用的显著影响。AHR 中总 VFAs 浓度更高，丙酸、丁酸等比例更大；CSR 中乙酸比例更大。牧草降解可分为三个阶段，0 - 0.5 小时内，DM 快速降解，CP 也有较高程度降解，NDF 和 ADF 降解较慢；2 - 4 小时，多数牧草降解停滞；4 小时后，生物量降解呈线性但速率低于 0 - 0.5 小时，NDF 和 ADF 降解加快。AHR 或 CSR 对 AH 的 DM 和 CP 降解影响不显著，但 CSR 在 24 小时前促进 AH 的 ADF 和 NDF 降解，48 小时时 AHR 中 AH 的 ADF 和 NDF 降解更快。CS 在 AHR 中，其 DM、CP、NDF 和 ADF 降解率均显著降低。CSR 能显著提高牧草的有效瘤胃降解率（ERD）。
微生物多样性的时间动态变化
经质量控制后，每个样本平均产生 68,124 ± 101 条读数，聚类得到 9,383 个不同的细菌变异体。不同瘤胃环境中培养的牧草，其微生物群落的观察和 Chao1 指数存在显著差异。在 0.5 和 2 小时，CSR 中培养的牧草微生物多样性和丰富度更高。AHR 和 CSR 处理中，α - 多样性指数分别在 4 小时和 8 小时达到最低值，4 - 48 小时有所增加。当牧草在与自身类型不同的瘤胃环境中培养时，细菌多样性显著增加。主坐标分析表明，细菌分类群受饲粮类型、瘤胃环境和个体差异影响，瘤胃环境影响最大。同一瘤胃环境中的样本相似性高，时间对微生物组成变化的影响被个体差异掩盖。
瘤胃环境条件对尼龙袋中牧草定植细菌微生物群的影响
研究共鉴定出 13 个细菌门、24 个类、45 个目、85 个科和 187 个属。饲粮类型和瘤胃环境显著影响 2 个门、3 个类、6 个目、14 个科和 36 个属。不同瘤胃环境下，AH 和 CS 上定植的微生物群落存在差异，一些属的相对丰度发生变化。例如，Butyrivibrio 2 和 Fibrobacter 在 CS 上更丰富，Roseburia 等在 AH 上更丰富。同一瘤胃环境中，AH 和 CS 上定植的微生物群落也不同，Prevotella 1 受饲粮类型影响显著，在不同瘤胃环境下，其在 AH 和 CS 上的丰度表现不同。此外，CSR 中 Methanobrevibacter 相对丰度更高，Methanosphaera 相对丰度更低。
细菌和古菌微生物群的动态定植
研究发现 25 个细菌属受培养时间影响，Prevotella 1 等在 0.5 小时达到峰值后逐渐下降，随后被 Fibrobacter 等取代。古菌属包括 Methanobrevibacter 和 Methanosphaera，古菌与细菌的比例在培养 0.5 小时后增加，2 小时达到峰值，之后逐渐下降。
瘤胃发酵、牧草降解和细菌之间的相关性
通过典范对应分析（CCA）和 Spearman 秩相关分析发现，DM、CP、NDF、ADF 的降解，pH，总 VFAs，乙酸、丙酸、丁酸、异戊酸和戊酸等变量可解释微生物群落的变化。总 VFAs、pH、乙酸、丁酸和戊酸对微生物群落变化影响显著。戊酸与 Roseburia 等呈正相关，Roseburia 与乙酸呈负相关。细菌可分为两个主要簇，分别与牧草降解的不同参数相关。
在讨论部分，研究人员指出，瘤胃环境的代谢特征受发酵终产物影响，AH 比 CS 含有更多可发酵成分。牧草降解的整体定植过程可分为三个阶段，不同阶段主导的微生物不同。本研究中 α - 多样性指数在 4 - 8 小时下降，可能是 pH 降低抑制了敏感微生物的活性。CSR 更有利于牧草降解，可能是因为其 pH 波动小、细菌多样性高、纤维分解菌定植快。但目前牧草降解初期仍存在限制因素，可通过调整饲料配方、添加饲料添加剂等方式优化瘤胃环境。同时，研究也存在一定局限性，如引物可能对古菌序列扩增有偏差，原位培养无法模拟真实消化过程等。
这项研究意义重大，它揭示了瘤胃环境条件对微生物定植和牧草降解动态的显著影响。CSR 能加速牧草中 NDF 和 ADF 的降解，主要得益于其丰富的游离悬浮纤维分解菌、多样的细菌组成和稳定的瘤胃 pH。这为优化瘤胃发酵、提高反刍动物对牧草的利用效率提供了理论依据，有助于推动反刍动物养殖行业的发展。同时，研究也为后续进一步探究瘤胃微生物与牧草降解的关系指明了方向，如延长培养时间、使用更精确的微生物分类数据库等，有望更深入地了解瘤胃生态系统，为实现更高效、可持续的反刍动物养殖提供更多科学支持。
