谷物与草饲喂养系统对肉牛粪便微生物群及产志贺毒素大肠杆菌的影响研究

本研究针对谷物与草饲喂养系统对肉牛粪便微生物群及产志贺毒素大肠杆菌(STEC)的影响展开深入探究。研究人员通过对比四种不同喂养系统（常规谷物喂养、20月草饲、25月草饲及20月草饲后45天谷物喂养）发现，谷物喂养系统肉牛粪便中STEC数量显著高于草饲系统，而短期谷物喂养(GR45)可降低STEC检出率。该研究为优化肉牛饲养管理以提升食品安全提供了重要依据，相关成果发表于《BMC Microbiology》。

　　

产志贺毒素大肠杆菌(STEC)是牛肉生产中的重要公共卫生问题，其中O157:H7等致病菌株每年在美国造成超过26.5万例人类疾病。随着消费者对草饲牛肉需求的增长（预计2023-2028年复合年增长率达5.5%），关于不同饲养系统对STEC影响的争议日益突出。既往研究显示，谷物喂养可能增加胃肠道致病性大肠杆菌水平，而草饲系统则与更高的微生物多样性相关，但结论存在矛盾。这种不确定性源于饲料成分、动物年龄和环境因素等多重变量的交互作用，亟需在真实生产条件下进行系统评估。

美国加州大学戴维斯分校动物科学系的Sudipta Talukder等研究人员开展了一项创新性研究，通过对比四种典型饲养方案（常规谷物喂养CON、20月草饲20GF、25月草饲25GF及20月草饲后45天谷物喂养GR45），系统评估了不同饲养系统对68头肉牛粪便STEC流行率、数量及其与微生物组互作的影响。研究发现谷物喂养组（CON和GR45）粪便STEC数量显著高于草饲组（5.4 vs 1.06-1.79 log₁₀
CFU/g），但GR45组的STEC检出率却最低（46% vs 82-100%）。微生物组分析显示，GR45组在短期谷物喂养后仍保留草饲相关的菌群特征，且Bacteroidetes菌门丰度与STEC阴性样本显著相关。这些发现为通过饲养管理调控微生物组以降低食源性病原体风险提供了新见解，论文发表于《BMC Microbiology》。

研究采用的主要技术方法包括：1）将安格斯杂交肉牛随机分配至四种饲养系统，采集直肠粪便样本进行STEC计数和16S rRNA测序；2）使用CHROMagar STEC培养基结合PCR（检测stx₁
、stx₂
和eaeA基因）鉴定STEC；3）通过酸耐受试验（pH 3.5处理6小时）评估STEC菌株特性；4）采用QIIME 2平台进行微生物组生物信息学分析，包括DADA2降噪和SILVA数据库分类注释。

研究结果部分显示：
【STEC计数与流行率】谷物喂养显著提高了粪便STEC载量（CON组增加2.62 log₁₀
CFU/g），而草饲组则呈现下降趋势（20GF和25GF组分别降低1.69和2.04 log₁₀
）。GR45组虽STEC数量与谷物组相似，但流行率显著低于草饲组（46% vs 94-100%），提示短期谷物干预可能改变STEC定植动态。

【微生物组多样性】CON组表现出最高的α多样性（Chao1和Shannon指数），而GR45组是唯一呈现多样性显著降低的系统。β多样性分析显示，GR45组微生物组成与20GF组相似性（R=0.199）显著高于与CON组的差异（R=0.913），表明45天谷物喂养未能完全改变长期草饲塑造的菌群结构。

【菌群组成特征】所有组别均以厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为主导（>92%）。GR45组收获时Firmicutes丰度最高，其中Clostridiaceae和Erysipelotrichaceae科显著富集；而CON组Ruminococcaceae科更为突出。值得注意的是，STEC阴性样本中Prevotellaceae和Muribaculaceae等拟杆菌门菌科显著富集。

【讨论与结论】这项研究首次系统比较了不同饲养系统对肉牛STEC动力学和肠道菌群的综合影响。主要发现包括：1）草饲系统虽然降低STEC载量，但未能减少流行率；2）短期谷物干预（GR45）可显著降低STEC检出率，同时保留部分草饲相关的菌群特征；3）特定菌群（如Bacteroidetes）与STEC阴性状态相关，为微生物干预提供潜在靶点。这些发现对优化饲养策略具有重要指导意义：草饲系统可能通过维持菌群稳定性限制STEC增殖，而精心设计的谷物过渡方案（如GR45）或能兼顾食品安全与肉质要求。研究同时指出，莫能菌素和酒糟等饲料添加剂、环境温度波动等因素可能干扰STEC-菌群互作，未来需结合代谢组学等技术深入解析其机制。该成果为制定基于微生物组的食源性病原体防控策略提供了关键科学依据，对推动牛肉产业可持续发展具有重要意义。