梅花鹿粪便微生物对单宁富集饮食的响应机制：从饲喂实验到野外调查的生态适应研究

本研究通过饲喂实验和野外调查相结合，首次系统揭示了梅花鹿(Cervus nippon)粪便细菌和真菌对单宁(tannin)富集饮食的响应规律。研究发现单宁饮食显著改变粪便微生物组成，提升单宁降解菌(Bacillus/Solibacillus)和真菌(Penicillium)丰度，其中低浓度单宁组富集更多降解菌种。野外种群春季高单宁饮食时呈现类似响应模式，但真菌响应存在差异，为理解大型草食动物(LMHs)适应植物化学防御的微生物机制提供了新视角。

　　

梅花鹿粪便微生物对单宁富集饮食的响应机制

1 引言

植物次级代谢产物单宁(tannin)作为最丰富的防御性化合物，通过抑制营养物质吸收或直接毒性影响大型草食动物(LMHs)的生存策略。梅花鹿作为典型的浏览性食草动物，其适应高单宁饮食的机制尚未完全阐明。传统研究多聚焦于反刍动物瘤胃微生物的降解作用，而粪便微生物在此过程中的功能长期被忽视。近期研究发现粪便微生物在营养代谢和免疫调节中具有重要作用，且能从粪便中分离出单宁降解菌株，这为探索粪便微生物的生态功能提供了新思路。

2 材料与方法

研究团队在东北虎豹国家公园毗邻的梨花实验站开展控制实验，选取4只成年雌性梅花鹿，分别饲喂无单宁(对照组)、低单宁(3g/kg)和高单宁(15g/kg)饲料，采集粪便样本进行16S/ITS rRNA测序。同步测定公园内野生梅花鹿春、秋季采食植物的单宁含量，发现春季饮食单宁含量(12.80%-17.87%)显著高于秋季(11.70%-14.43%)。通过PLS-DA分析和LEfSe等方法，系统比较了不同处理组微生物群落差异。

3 结果

3.1 微生物群落特征

粪便细菌以厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidota)为主，其中低单宁组和高单宁组共享55个菌属，Lysinibacillus在高单宁组相对丰度最高。真菌优势门为子囊菌门(Ascomycota)，青霉菌属(Penicillium)在单宁处理组丰度显著提升。野外种群春季粪便中芽孢杆菌属(Bacillus)和土芽孢杆菌属(Solibacillus)显著富集，与饲喂实验模式相似。

3.2 多样性差异

单宁处理显著改变微生物β多样性，在ASV水平差异最显著。低单宁组富集更多单宁降解菌种，如变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteriota)相关菌属。功能预测显示低单宁组萜类代谢、异生物质降解等通路显著激活，而高单宁组信号转导和排泄系统功能增强。

3.3 关键功能菌群

LEfSe分析鉴定出芽孢杆菌属(Bacillus)、土芽孢杆菌属(Solibacillus)和青霉菌属(Penicillium)等核心降解菌群。其中青霉菌能分泌单宁酶(tannase)分解单宁为没食子酸。野外种群春季富集的Podospora等真菌与低单宁组响应菌种同属粪壳菌纲(Sordariomycetes)，暗示其在复杂单宁降解中的特殊作用。

4 讨论

4.1 微生物的浓度依赖性响应

低浓度单宁引发更广泛的微生物响应，富集Arthrobacter等典型降解菌；而高浓度组仅耐受性强的Bacillus和耐极端环境真菌Wallemia能存活。这与动物行为学研究一致——梅花鹿在自助实验中优先选择0.3%低单宁饲料，规避1.5%高单宁食物。

4.2 野外与实验室结果的异同

尽管栖息环境和饮食组成造成微生物群落差异，但春季野生种群与饲喂实验均显示：单宁降解菌丰度提升、碳水化合物活性酶增加。值得注意的是，真菌响应在野外更复杂，可能与其降解结构复杂单宁的优势相关，如子囊菌通过氧化降解将单宁转化为细菌可代谢的中间产物。

4.3 生态适应意义

研究揭示了粪便微生物作为"第二消化系统"的重要功能：通过富集降解菌群，梅花鹿可拓展高单宁植物的利用范围。春季食物短缺时，这种适应策略尤为关键。研究为理解植物-草食动物协同进化提供了微生物视角，对野生动物保护及家畜单宁耐受性育种具有启示意义。

5 结论

该研究通过多维度证据链证实：粪便微生物是梅花鹿适应单宁防御的关键要素，其响应模式具有浓度依赖性和季节动态特征。后续研究需结合宏基因组学进一步解析降解通路，并关注真菌-细菌互作在复杂单宁转化中的作用机制。