直接饲喂微生物(DFMs)优化三河奶牛瘤胃发酵与微生物组提升泌乳性能的机制研究

本研究针对全球乳制品需求增长背景下如何提升奶牛泌乳性能的关键问题，由中国科学院亚热带农业生态研究所团队开展了一项创新性研究。通过在三河奶牛日粮中添加含Buchneri乳杆菌(Lentilactobacillus buchneri)、长双歧杆菌(Bifidobacterium longum)和戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)的DFMs复合制剂，发现其能显著提高粗蛋白(CP)和中性洗涤纤维(NDF)表观消化率(P<0.05)，并通过重塑瘤胃微生物群落（提升普雷沃菌属Prevotella等有益菌丰度）和激活碳水化合物活性酶(GH家族)基因表达，最终使乳蛋白率显著提升(P<0.05)。该研究为无抗养殖条件下通过微生物调控提高奶牛生产性能提供了新策略。

　　

随着全球人口增长和生活水平提高，乳制品需求持续攀升，奶牛作为最重要的乳源动物，其生产性能提升成为研究热点。然而传统抗生素添加剂因耐药性问题已被禁用，而单一益生菌的作用机制研究尚不完善。特别是对于我国特色畜种——以耐寒性和优质乳品著称的内蒙古三河奶牛，其瘤胃微生物组与泌乳性能的关系仍存在大量认知空白。在此背景下，中国科学院亚热带农业生态研究所国家牧草育种设计与利用重点实验室的研究团队在《Animal Microbiome》发表重要成果，揭示了复合直接饲喂微生物(Direct-fed microbials, DFMs)通过调控瘤胃微生态提升三河奶牛泌乳性能的多维机制。

研究人员采用包含Buchneri乳杆菌(2×10⁸ CFU/g)、长双歧杆菌(2×10⁸ CFU/g)和戊糖片球菌(2×10⁸ CFU/g)的DFMs制剂，对12头生理状态相近的三河奶牛进行60天喂养实验。通过多组学技术联用，包括瘤胃液挥发性脂肪酸气相色谱检测、16S rRNA基因全长测序、宏基因组测序和噬菌体宿主预测等关键技术，系统解析了DFMs对奶牛营养代谢的影响路径。

DFMs增强乳蛋白和瘤胃/血清氨基酸水平
实验数据显示，DFMs组粗蛋白(CP)和中性洗涤纤维(NDF)表观消化率分别显著提高(P<0.05)，虽然产奶量无显著差异，但乳蛋白率显著提升(P<0.05)。进一步分析发现，DFMs组瘤胃中精氨酸(Arg)、谷氨酰胺(Gln)等游离氨基酸(FAAs)浓度显著增加(P<0.05)，血清中色氨酸(Trp)、缬氨酸(Val)等支链氨基酸(BCAA)水平也明显升高，为乳蛋白合成提供了丰富前体物质。

DFMs通过促进瘤胃发酵提升泌乳性能
瘤胃发酵参数显示，DFMs组微生物蛋白(MCP)、乙酸和总挥发性脂肪酸(TVFAs)产量分别提高6.98%、8.83%和6.70%(P<0.05)，同时pH显著降低(P<0.05)。血清生化指标中总蛋白和白蛋白(ALB)浓度显著增加(P<0.05)，表明DFMs改善了肝脏代谢功能。这些变化共同构成了支持高产乳蛋白的能量和物质基础。

DFMs塑造利于营养发酵的瘤胃微生物群落
宏基因组分析揭示，DFMs组瘤胃细菌OTUs数量增加43.90%，普雷沃菌属(Prevotella)、假梭菌属(Pseudoclostridium)和粪杆菌属(Faecalibacterium)相对丰度显著升高(P<0.05)。特别值得注意的是，Prevotella bryantii和Prevotella maculosa两种菌株与差异氨基酸呈强正相关，其丰度在DFMs组显著增加(P<0.05)。

DFMs调控微生物基因促进代谢通路
功能基因分析显示，DFMs组显著富集了降解半纤维素的关键糖苷水解酶(GH10、GH30和GH67)编码基因(P<0.05)。在氮代谢方面，DFMs增强了谷氨酸脱氢酶等氨同化相关基因表达，促进了微生物蛋白合成。这些变化从分子层面解释了DFMs提升养分利用率的机制。

噬菌体谱揭示DFMs调控瘤胃发酵的潜在途径
噬菌体组学研究发现，DFMs组中感染普雷沃菌属的噬菌体相对丰度显著增加，且这些噬菌体主要呈现溶原性特征。这种噬菌体-宿主细菌的协同进化关系，可能是DFMs维持普雷沃菌属生态优势的重要机制。

该研究首次在三河奶牛中证实，DFMs通过"微生物-噬菌体"多维互作网络重塑瘤胃微生态，具体表现为：(1)促进普雷沃菌属等有益菌增殖；(2)激活碳水化合物和氮代谢相关功能基因；(3)优化噬菌体群落结构。这种多层次的调控作用最终提高了养分转化效率，为乳蛋白合成提供了充足的氨基酸前体和能量供应。研究成果不仅为开发新型微生态制剂提供了理论依据，也为实现畜牧业减抗养殖提供了可行路径。未来研究可结合代谢组学和转录组学，进一步揭示DFMs影响乳腺氨基酸转运信号通路的分子细节。