用田菁干草替代苜蓿对育肥羔羊生长性能、瘤胃发酵及瘤胃微生态的影响

《Animals》：Effects of Replacing Alfalfa with Sesbania cannabina Hay on Growth Performance, Rumen Fermentation, and Rumen Microecology in Fattening Lambs

　　

本研究评估了用田菁（Sesbania cannabina）干草替代苜蓿（Medicago sativa）对育肥羔羊生长性能、养分消化率及瘤胃微生态的影响。四十只3月龄敖汉杂交公羔羊（初始体重22.08±0.31 kg）在60 d试验中接受5种等能等氮日粮，田菁干草分别替代苜蓿0%（CON）、25%、50%、75%或100%。研究人员评价了生长性状、养分消化率、瘤胃发酵、酶活性、血清生化参数、瘤胃微生物群及代谢组学特征。替代未影响终末体重、平均日增重（ADG）或料重比（F/G）（p>0.05），但各替代组养分利用率与瘤胃发酵存在差异。50–100%替代组粗蛋白（CP）、乙醚提取物（EE）及纤维消化率更高，同时瘤胃蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶及α-淀粉酶活力更高（p<0.05）。50–100%替代组总挥发性脂肪酸（TVFA）浓度更高，而所有替代组乙酸/丙酸比更低。血清生化参数显示蛋白质代谢相关变化且无不良健康证据。多组学分析揭示各替代组瘤胃细菌群落与代谢谱存在显著差异。25%替代组微生物与代谢变化较有限；75%替代组细菌多样性更高，Prevotellaceae_NK3B31_group与Streptococcus富集，微生物–代谢物关联协调，胆汁酸与胆固醇代谢发生改变；完全替代伴随更广泛微生物重塑及多种功能代谢物丰度降低，但未带来生长性能额外收益。

研究背景与立项依据：全球农业面临土壤盐渍化、淡水短缺与气候不稳定，常规优质牧草苜蓿在旱区受限于盐碱地与耕地竞争。田菁（Sesbania cannabina）为耐盐抗旱豆科牧草，可生于盐碱边际土地，粗蛋白约22–24%，具固氮改土潜力，但含单宁、酚类次生代谢物，高比例替代可行性未知。已有研究多仅测生产性能与基础发酵指标，缺乏梯度替代下瘤胃微生态、微生物–代谢物关联及适宜比例的系统多组学证据。因此研究人员以敖汉杂交育肥羔羊为模型，设苜蓿0%、25%、50%、75%、100%被田菁干草替代的5组等能等氮日粮（精粗比50:50，DM基础），进行60 d饲养试验，旨在明确田菁替代苜蓿对生长、消化、瘤胃发酵、上皮形态、微生物群与代谢组的影响，为盐碱地替代牧草利用提供生物学依据。论文发表于《Animals》。

主要关键技术方法：研究人员在新疆阿克苏某生态养殖场采用完全随机设计，纳入40只3月龄雄性敖汉杂交羔羊（初始BW 22.08±0.40 kg级），单笼饲养，10 d适应后60 d正试，自由采食记录采食量并定期称重；于第40天用全粪收集法测表观消化率；终期禁食24 h屠宰取瘤胃内容物和腹囊组织，测pH、挥发性脂肪酸（VFA）、氨氮（NH₃-N）、蛋白酶/α-淀粉酶/纤维素酶/半纤维素酶活力及乳头形态；血样用ANCOVA校正基线测总蛋白（TP）等生化；瘤胃微生物用16S rRNA V3–V4区测序（Illumina NextSeq 2000，SILVA v138.2注释，PCoA/LEfSe）；瘤胃代谢组用UHPLC-Orbitrap非靶向LC-MS（正/负离子，HMDB/METLIN注释，PLS-DA/VIP>1且q<0.05筛差异代谢物，KEGG富集）；表型–微生物–代谢物三者用Spearman相关网络整合。

研究结果

3.1 采食与生长性能：SC75组平均日干物质采食量（ADFI）显著高于CON/SC25/SC50/SC100（p<0.05），但终末体重（FBW）、ADG、F/G各组无差异（p>0.05），表明田菁替代不损害增重效率。

3.2 表观消化率：SC25的CP消化率低于SC50/SC75；SC50–SC100的EE消化率高于SC25；SC50/SC100的NDF消化率高于SC25；SC100的ADF消化率高于CON/SC25；DM消化率无差异。中高替代改善蛋白、脂肪与纤维利用。

3.3 瘤胃酶活与组织形态：总蛋白酶CON与SC75最高；α-淀粉酶SC75最高；纤维素酶SC50/SC100最高；半纤维素酶SC75/SC100最高（均p<0.001）。瘤胃肌层厚度SC75/SC100大于CON（p=0.046），乳头长/宽无差异，提示高替代诱导肌层适应性重塑而非损伤。

3.4 瘤胃发酵：SC75 pH最低（p<0.001）；TVFA、乙酸、丙酸、丁酸在SC50/SC75/SC100高于CON/SC25且SC75最高；乙酸/丙酸比CON最高；NH₃-N SC50最高、SC100最低。表明中高替代推动丙酸型发酵、能氮同步性在SC75较佳。

3.5 血清生化：第60天SC组血糖（GLU）低于CON；β-羟丁酸（BHBA）SC25最低；ALT在CON最高，AST无差异；TP在SC50/SC100高于CON，ALB在SC50/SC75/SC100高于CON。提示蛋白合成相关指标改善且无肝损伤信号。

3.6 细菌群落：SC75 Shannon多样性高于SC25/SC50（p=0.005），Chao1略高；PCoA/ANOSIM显示组间显著分离（R=0.6297）。门水平Bacteroidota随替代下降、Bacillota上升，SC75/SC100的Bacillota/Bacteroidota比高于CON。属水平LEfSe（LDA>3）示SC75富集Prevotellaceae_NK3B31_group、norank_f_UCG-011、Lachnospiraceae类；SC50富集Christensenellaceae_R-7_group、Acetitomaculum；SC100富集norank_f_F082、Erysipelotrichaceae_UCG-009等。

3.7 代谢组：鉴定1733代谢物，SC100差异数最多（415，下调为主），SC75具独特模式。VIP前20含人参皂苷Rk3、Pe-Cer/Cer脂质、28-葡糖基-3-甲基齐墩果酸等。KEGG富集在SC75/SC100偏向初级胆汁酸生物合成、胆固醇代谢、胆分泌、氨基酸-tRNA生物合成；三萜类（Emmolic acid、Ursolic acid）与DGDG(O-26:7/2:0)在中高替代显著变化。

3.8 相关网络：Streptococcus与Aminipila正关乙酸/丙酸/丁酸/TVFA；Streptococcus正关肌层厚与EE消化率；Christensenellaceae_R-7_group正关蛋白酶、负关NDF消化率；norank_f_F082负关pH与乙酸/丁酸。代谢物侧Acetolein、Hovenolactone、Emmolic Acid正关VFA与半纤维素酶；寡肽类正关NH₃-N与蛋白酶。SC75呈现微生物–代谢物–表型协调关联。

讨论与结论翻译：讨论指出生长性能未变而消化率与发酵改变，说明养分吸收分配未完全转为增重；中高替代提升纤维/蛋白水解酶活与丙酸型发酵，SC75因多样性高、Prevotellaceae_NK3B31_group与Streptococcus协同、胆汁酸/胆固醇通路重塑而呈最佳微生态协调态；SC100微生物剧烈重构但代谢物广泛下调、无生长增益，提示完全替代非最优。血清GLU未随丙酸升而升，反映全身糖稳态多因素调控；ALT低无肝细胞损伤证据。门级Bacillota/Bacteroidota比升高应视为适应而非效率标志。结论部分：用田菁干草替代苜蓿在育肥羔羊日粮中未损害生长性能与饲料效率，同时改善养分消化率、瘤胃酶活与发酵，并改变瘤胃微生物群落及代谢谱；75%替代级伴发瘤胃发酵与微生物–代谢物响应的协调变化，提示该比例可作为兼顾生产与微生态平衡的推荐替代水平，田菁适于作为盐碱地苜蓿部分替代资源。