论文部分内容阅读
反刍动物的瘤胃既是其最大的胃室,也是最主要的消化功能区域。瘤胃内的各类微生物组成了一个微生态系统,通过各种相互协同或是拮抗机制,将饲料中纤维素、半纤维素、木质素等宿主自身难以消化利用的物质,在各种酶的综合作用下,转化成为各种可供宿主吸收利用的营养物质,从而满足了反刍动物生产肉奶的营养需求。而瘤胃的发酵功能并不是反刍动物出生便即具备的,反刍动物出生后瘤胃功能未建立直至瘤胃功能完善的阶段被称作瘤胃发育过程,其大体可分为0~3周龄的非反刍阶段、3~8周龄的过渡阶段和8周龄以后的反刍阶段。在幼龄反刍动物的瘤胃发育的过程中,各类微生物相继在瘤胃之中进行定植并增殖,从而逐渐建立起全面的各类微生物群落并行使将饲料中物质进行分解转化的功能。然而迄今为止,人们对于反刍动物瘤胃发育过程中各类微生物的起始定植以及变化规律的了解极为有限。人们还希望能找到在幼龄反刍动物瘤胃发育的早期对瘤胃微生物进行有效的调控的手段与措施,并藉此实现提高反刍动物的生产性能以及机体健康的长期效果。 有鉴于以上问题,本论文首次利用提取自瘤胃中四类样品{瘤胃固相(RS)、瘤胃液相(RL)、瘤胃原虫(RP)、以及瘤胃上皮(RE)}的RNA,借助于分子生物学与生物信息学的先进技术,主要研究了浏阳黑山羊瘤胃发育过程中(第1、10、20、38、41、50、以及60天)具有实时代谢活性的瘤胃甲烷菌以及细菌群落在瘤胃中不同区位的定植以及多样性变化规律,并同时研究了以早期断奶(产后第40天)以及断奶后添加大黄作为调控手段对于瘤胃甲烷菌以及细菌群落在瘤胃中不同空间部位的组成以及多样性的影响。主要研究结果如下: (一)瘤胃发育过程中甲烷菌群落定植与多样性的变化以及大黄的影响研究 通过使用针对于甲烷菌的特异性引物,RT-qPCR实时荧光定量的结果显示在1日龄的RL与RE中就开始有具备代谢活性的甲烷菌定植,4个区位中甲烷菌的拷贝数前期随着日龄增加,而在对黑山羊开始补饲之后四个区位中甲烷菌的拷贝数均趋于稳定。RS中甲烷菌拷贝数是最多的,而RE中甲烷菌拷贝数则是最少的。而基于所提取RNA的16S rRNA扩增子测序结果表明,甲烷短杆菌(Methanobrevibacter)、Candidatus Methanomethylophilu、以及Methanosphaera在4个区位中均为主要的甲烷菌,这三个属的相对丰度总共占据了总甲烷菌的89.8%到98.3%。RE中甲烷菌群落的Chao1多样性随着日龄增长而增加。PCoA主坐标分析结果显示断奶前甲烷菌的结构组成明显不同于断奶后甲烷菌的结构组成,并且RE中甲烷菌群落结构也要不同于其他三个区位的甲烷菌群落结构。RP中甲烷短杆菌这一属的相对丰度比其他三个区位更高,而甲烷微菌属(Methanomicrobium)与Candidatus Methanomethylophilus这两个属在RP中的相对丰度则低于其他三个区位。RE中Methanosphaera的相对丰度在四个区位当中是最高的。添加大黄在50日龄时显著地(P<0.05)降低了甲烷微球菌属(Methanimicrococcus)在四个区位中的相对丰度。 (二)瘤胃发育过程中细菌菌群落组成与多样性的变化以及大黄的影响研究 通过基于从不同日龄四类样品中所提取RNA的16S rRNA扩增子测序结果发现,在1日龄的RL以及RE中已有具备代谢活性的细菌定植,而且不同日龄的四类区位中细菌群落门水平上的主要优势菌均为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、以及拟杆菌门(Bacteroidetes)三种。RL与RE中细菌群落的Chao1多样性随着日龄增长而增加。PCoA主坐标分析结果表明四类区位中的细菌群落结构按照日龄的不同而形成不同的聚类分布,并且RE中的细菌群落结构与其他三个区位存在明显差异。随着日龄增加,变形菌门的相对丰度表现出显著的(P<0.05)降低,而厚壁菌门与拟杆菌门的相对丰度则相应地增加。在属水平上,变形菌门中的优势菌曼海姆菌属(Mannheimia)的相对丰度自1日龄之后显著地(P<0.05)降低,而譬如Quinella、普雷沃菌属(Prevotella)、Fretibacterium、瘤胃球菌属(Ruminococcus)、Lanchnospiraceae NK3A20 group、以及Atopobium等属的相对丰度则各自表现出不同形式的增长并成为了四个区位中的优势菌。本研究揭示了某些特定细菌属在四个区位之间的分布差异,结果还表明大黄的添加对于放线杆菌属(Actinobacillus)、Suttonella、丁酸弧菌属(Butyrivibrio)、Christensenellaceae R-7 grou、Lanchnospiraceae NK3A20 group、Quinella、以及Ruminococcaceae NK4A214 group等属在四个区位当中的相对丰度有着显著的(P<0.05)影响。