不同饲粮微量元素来源对肉种鸡生产性能及肠道微生物群的影响

《Poultry Science》：Effects of Dietary Trace Mineral Sources on Production Parameters and Intestinal Microbiota in Broiler Breeder Hens

　　

微量元素是维持家禽生理功能所必需的营养物质，包括抗氧化防御、免疫调节和繁殖性能等方面。然而，传统无机微量元素（Inorganic Trace Elements, ITE）的生物利用度相对较低，且其对肉种鸡肠道微生物群及生殖生理的影响尚缺乏深入认识。本研究探究了无机微量元素（ITE）、蛋氨酸羟基类似物螯合微量元素（Methionine Hydroxyl Analog Chelated Trace Minerals, MTE）和蛋白盐微量元素（Proteinate Trace Minerals, PTE）对肉种鸡生产性能、蛋品质、抗氧化状态、免疫应答、生殖激素及盲肠微生物群的影响。将432只50周龄的哈伯德母肉种鸡随机分为3个处理组，每组6个重复，每个重复24只，试验期为56天。各处理组间的产蛋性能和蛋品质无显著差异（P > 0.05）。但饲粮有机微量元素显著提高了血浆和鸡蛋中总超氧化物歧化酶（T-SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，并降低了丙二醛（MDA）浓度（P < 0.05）。MTE和PTE还提高了血浆雌二醇（E₂）、孕酮（PROG）和促卵泡生成素（FSH）水平，而PTE则提高了血浆IgA和IgM水平（P < 0.05）。盲肠微生物群的α-多样性指数在各组间无显著差异（P > 0.05），但β-多样性分析显示各处理组存在明显的聚类分离。LEfSe分析鉴定了差异微生物分类群，其中PTE组表现出更高的乳酸杆菌（Lactobacillus）和肠球菌（Enterococcus）相对丰度，而ITE组则表现出更高的拟杆菌（Bacteroides）相对丰度。总体而言，饲粮有机微量元素，特别是蛋白盐微量元素，改善了母肉种鸡的抗氧化状态、免疫功能、激素水平和肠道微生物结构，表明其相对于无机微量元素补充具有潜在优势。

## 研究背景与问题提出

微量元素（Trace Minerals）是参与家禽多种生理过程所必需的营养物质，包括生长发育、繁殖、免疫调节和抗氧化防御等。传统上，无机微量元素如氧化物、氯化物和硫酸盐等形式已广泛应用于家禽饲粮中以满足矿物元素需求。然而，无机微量元素的生物利用度受到限制，因其在胃肠道不同pH条件下可能形成不溶性复合物，从而降低吸收效率。此外，过量补充无机矿物元素会增加矿物排泄，造成环境污染问题。为克服这些局限，有机微量元素（包括氨基酸螯合物和蛋白盐矿物元素）因具有更好的稳定性、生物利用度和吸收效率而在家禽营养中应用日益广泛。既往研究表明，有机微量元素可改善蛋鸡的蛋壳品质、抗氧化能力和免疫应答。然而，不同类型有机微量元素因其化学结构、螯合稳定性和代谢途径的差异，可能表现出不同的生物学效应。

尽管有机微量元素受到越来越多的关注，但目前关于无机微量元素、蛋氨酸羟基类似物螯合微量元素和蛋白盐微量元素在肉种鸡中比较效应的研究信息有限。此外，以往研究多集中于生产性能和蛋品质方面，缺乏对其盲肠微生物群结构差异影响及其与宿主抗氧化状态、免疫和生殖内分泌潜在机制联系的 scarce 数据。因此，本研究旨在评估三种矿物源在等价补充水平下对肉种鸡后期饲养阶段的影响，通过整合16S rRNA测序、β-多样性分析和LEfSe分析等全面的微生物组分析，深入探讨不同有机配体的化学结构和稳定性如何不仅影响矿物生物利用度，还调控肠道微生物生态及后续生理结果。

本研究由湖南文理学院合成生物产业研究所的Hao Cheng、WuXiong Liu、Kun Tian、XiangYong Qu、Youming Zhang和Qiang Tu完成，发表于《Poultry Science》。

## 主要技术方法

本研究采用单因素试验设计，以432只50周龄、体重相近（3.05±0.2 kg）的哈伯德母肉种鸡为试验对象，随机分为3个饲粮处理组（ITE、MTE、PTE），每组6个重复，每个重复24只，试验期56天。样本队列来源于湖南新广农业畜牧有限公司平江分公司。试验结束后，每重复随机选取2只鸡（n=12/处理）进行样本采集。主要关键技术方法包括：（1）生产性能与蛋品质常规测定；（2）电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）检测鸡蛋中Cu、Zn、Mn、Fe的沉积量；（3）放射免疫分析法和ELISA法检测血浆及鸡蛋中的抗氧化指标（GSH-PX、CAT、T-AOC、SOD、MDA）和免疫指标（IgA、IgG、IgM、IL-11）；（4）16S rRNA基因测序（V3-V4区）分析盲肠微生物群，基于SILVA数据库进行物种注释，采用QIIME2进行ASV分析，并通过α-多样性（ACE、Chao1、Simpson、Shannon）、β-多样性（PCoA）及LEfSe分析评估微生物群落特征。数据分析采用SPSS 26进行单因素方差分析和Duncan's多重比较。

## 研究结果

**产蛋性能与蛋品质**

该部分研究通过记录各重复每日产蛋量和蛋重、每周耗料量计算产蛋率和料蛋比，并测定蛋壳厚度、蛋重、蛋形指数、蛋壳强度、哈夫单位、蛋黄颜色和蛋黄指数等蛋品质指标。结果显示，ITE、MTE和PTE三组间在产蛋率、料蛋比、蛋壳厚度、哈夫单位和蛋重方面均无显著差异（P > 0.05）。然而，矿物源显著影响了鸡蛋中的微量元素含量：与ITE组相比，PTE补充显著提高了鸡蛋中Cu、Zn和Mn的浓度，分别提升约187.8%、7.9%和127.0%（P < 0.05），且PTE组这些矿物元素的沉积水平显著高于MTE组（P < 0.05），而Fe含量不受矿物源影响（P = 0.827）。

**繁殖性能与激素水平**

该部分研究对5400枚受精卵进行孵化，记录受精率和孵化率，并采用ELISA试剂盒检测血浆中E₂、FSH、PROG、LH和PTH的浓度。结果表明，不同形式微量元素补充对肉种鸡繁殖性能参数无显著影响（P > 0.05）。但在内分泌特征方面，有机矿物补充显著调节了生殖激素分泌：与ITE组相比，MTE和PTE组的血清E₂、FSH和PROG水平显著升高（P < 0.05），而LH和PTH浓度在各处理间无显著差异（P > 0.05）。

**血浆和鸡蛋中的抗氧化能力与免疫状态**

该部分研究采用商品化试剂盒检测了血浆和鸡蛋中的抗氧化指标和免疫指标。结果显示，与ITE组相比，MTE和PTE组的鸡蛋和血浆MDA浓度显著降低（P < 0.05），而CAT、T-SOD和GSH-PX活性在血浆和鸡蛋中均显著升高（P < 0.05）。此外，PTE组血浆IgA和IgM水平显著高于ITE组（P < 0.05）。

**盲肠微生物群多样性与群落结构**

该部分研究通过16S rRNA测序分析盲肠微生物群。α-多样性分析显示，ITE、MTE和PTE三组间的ACE、Chao1、Simpson和Shannon指数无显著差异（P > 0.05），表明整体微生物丰富度和均匀度保持稳定。但β-多样性分析通过PCoA揭示了微生物群落结构的明显转变：在门水平和OTU（Operational Taxonomic Unit，操作分类单元）水平上，三组样品均呈现分离聚类，PTE组尤其沿PC1轴与ITE组明显分离，表明矿物螯合程度显著影响了盲肠微生物组的整体组成。

**物种组成与差异生物标志物**

群落组成分析显示，各处理组的肠道微生物群均以厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidota）为优势菌门，优势门类无明显差异。LEfSe分析鉴定了特定的微生物生物标志物：PTE组显著富集有益属，包括乳酸杆菌属（Lactobacillus，LDA score > 2）和肠球菌属（Enterococcus）；MTE组表现出更高的Subdoligranulum丰度；而ITE组的特征为更高的拟杆菌属（Bacteroides）相对丰度。

## 讨论与结论

研究人员在讨论部分首先指出，Zn、Cu、Mn和Fe等微量元素在家禽生理学中扮演基础角色，特别是在维持抗氧化防御系统、调节免疫和支持生殖功能方面。有机矿物源相较于无机对应物具有更优的生物利用度和更低的拮抗作用。本研究中，尽管有机微量元素补充在统计学上未显著改善产蛋性能或蛋品质，但表现出数值上更优的产蛋率和料蛋比，同时伴随生理参数的显著增强。值得注意的是，尽管有机微量元素显著提高了抗氧化能力、免疫指标和生殖激素水平，这些改善并未转化为产蛋性能或孵化率的显著提升，这可能归因于试验鸡处于产蛋后期，此阶段繁殖性能自然下降且对营养干预的反应性减弱，加之基础饲粮已满足基本营养需求，可能掩盖了补充产品的额外效益。

研究的关键发现之一是有机矿物补充后鸡蛋中Cu、Mn和Zn沉积量的显著增加。这些矿物元素作为关键抗氧化酶（包括Cu/Zn-SOD和Mn-SOD）的辅因子，其可利用性的增加可能直接导致了血浆和鸡蛋中抗氧化酶活性的提升及脂质过氧化水平的降低。此外，增强的抗氧化能力与免疫功能的改善密切相关，因为氧化应激会损害免疫细胞功能和抗体合成。PTE组IgA和IgM浓度的提高表明蛋白盐微量元素在一定程度上可改善机体免疫能力。有机微量元素对生殖激素的积极调控作用也在本研究中得到证实，尽管未转化为繁殖性能的显著改善。

在肠道微生物调控方面，尽管α-多样性指数保持稳定，β-多样性分析揭示了不同矿物源处理的盲肠微生物群落存在明显聚类分离。PTE组以乳酸杆菌和肠球菌为特征生物标志物，这些有益菌可产生短链脂肪酸（SCFAs）和乳酸，降低肠道pH并抑制酸敏感病原菌定植，同时可激活Nrf2信号通路上调抗氧化酶表达，这与有机矿物组观察到的抗氧化状态改善相一致。此外，乳酸杆菌和肠球菌还能刺激黏膜免疫，促进分泌性IgA和IgM的产生，与PTE组血浆IgA和IgM水平升高相吻合。相比之下，ITE组以更高的拟杆菌属丰度为特征，可能反映了较不利的微生物环境。

研究结论指出：在肉种鸡饲粮中用有机微量元素替代无机微量元素，特别是蛋白盐微量元素，可显著改善抗氧化状态、免疫功能、生殖激素谱、鸡蛋矿物沉积，并将盲肠微生物群组成调节至更有益的 profile。尽管在当前试验条件下未观察到对产蛋性能或蛋品质的显著影响，但这些生理改善表明有机微量元素特别是PTE可能为肉种鸡带来健康效益。需要进一步开展长期研究以评估其对终生生产力和后代性能的影响。