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本研究使用气质联用、液质联用、高通量测序等现代技术手段,研究了添加水平为5%,基础日粮为玉米豆粕型的情况下,不同日粮纤维对生长猪养分物质全肠道表观消化率、肠道上皮结构、血浆代谢组学、不同肠段微生物区系组成功能及代谢产物的影响。从血浆小分子代谢物和肠道微生态4角度阐释了日粮纤维对生长猪的生理代谢的影响以及日粮纤维、肠道微生物菌群和宿主三者之间的联系。试验采用单因素完全随机设计,18头生长情况良好、体重一致的生长猪随机分为3个处理组,六个重复一个处理组,每个重复包括1头试验猪。三个试验组分别为95%基础日粮+5%玉米淀粉(对照组),95%基础日粮+5%菊粉(菊粉组)和95%基础日粮+5%微晶纤维素(微晶纤维素组),试验期为60天。结果显示:1、与对照组相比,粗灰分消化率在菊粉组中有升高的趋势(P=0.08),而微晶纤维素组干物质、能量等消化率与对照组相比并无显著差异,添加日粮纤维有降低料肉比的趋势(P=0.09);与添加微晶纤维素的处理组相比,添加菊粉的处理组试验猪体重在第40天(P=0.04),第50天(P=0.04)和第60天(P=0.05)显著增加;料肉比也有降低的趋势(P=0.08)。与微晶纤维素组相比,菊粉组显著提高了能量消化率(P<0.05)而干物质与碳水化合物消化率极显著的提高(P<0.01)。菊粉的添加显著提高了生长猪回肠绒毛高度、回肠绒毛高度与隐窝深度的比值(P<0.05),对十二指肠部位绒毛高度与隐窝深度的比值有提高的趋势(P=0.06);对照组的十二指肠隐窝深度显著高于微晶纤维素组(P<0.05)。菊粉组与微晶纤维素组的回肠麦芽糖酶酶活差异显著(P=0.03)。菊粉组试验猪空肠乳糖酶(P=0.02)、麦芽糖酶(P=0.04)和回肠麦芽糖酶酶活(P=0.04)显著高于微晶纤维素组。与对照组相比,两个日粮纤维处理组的空肠绒毛杯状细胞数目(P=0.05)和结肠隐窝杯状细胞的数量(P<0.05)均显著提高。且两组间差异也显著(P<0.05)。2、微晶纤维素的添加显著降低了血清总胆固醇(TC)和低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)的水平(P<0.05)。菊粉组和微晶纤维素组生长猪空腹血清胰高血糖素水平均显著下降(P<0.05)。但空腹胰岛素水平和瘦素水平并未受到影响(P>0.05)。通过GC-TOF/MS平台在血浆中共鉴定出54种代谢物,其中包括9种糖,14种氨基酸,12种脂肪酸,其他代谢物19种。对照组、菊粉组、微晶纤维素组血浆代谢物表型存在显著差异。与对照组相比,生长猪采食日粮纤维后主要引起了碳水化合物代谢、氨基酸代谢和脂肪代谢的变化,涉及代谢物共16种。参与碳水化合物代谢的主要有3种(柠檬酸、赤藓糖和半乳糖);参与氨基酸代谢的差异物质有8种(脯氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、羟基脯氨酸、氨基丙二酸、鸟氨酸和5-MIAA);参与脂质代谢的共有5种(十七烷酸、胆固醇、油酸、亚油酸、棕榈酸)。鸟氨酸只在对照组血浆中检测出。微晶纤维素组与菊粉组比较中,涉及氨基酸代谢的5种代谢物和碳水化合物代谢1种代谢物。菊粉的添加改变了血液中长链脂肪酸的组成,提高了多不饱和脂肪酸的比例。与对照组相比,菊粉的添加影响了精氨酸和脯氨酸代谢通路,而微晶纤维素的添加则主要影响了4个代谢通路:1.精氨酸和脯氨酸代谢通路;2.半乳糖代谢通路;3.乳酸代谢通路;4苯基丙氨酸代谢通路。菊粉组与微晶纤维素组的比较中,差异主要集中在精氨酸和脯氨酸通路,半乳糖代谢通路以及亚油酸代谢通路。血浆中LDL-C水平与鸟氨酸与赤藓糖的含量呈显著负相关关系(P<0.05),而与脯氨酸水平呈显著正相关关系(P<0.05)。甘油三酯与羟基脯氨酸和脯氨酸水平呈显著正相关关系(P<0.05);TC水平与异亮氨酸、脯氨酸和羟基脯氨酸水平呈正相关(P<0.05);单不饱和脂肪酸含量与TC水平有显著正相关关系(P<0.05),多不饱和脂肪酸含量与高密度脂蛋白胆固醇和胰岛素水平呈正相关(P<0.05)。3、在回肠、盲肠、结肠微生物群落的比较中发现,27个属的菌群相对丰度在肠段之间发生了变化。而15个COG功能和25条KEGG代谢通路存在肠段效应。菌群结构和功能的组成存在肠道效应。添加菊粉和微晶纤维素两种发酵性能不同的日粮纤维对生长猪不同肠段微生物区系的结构和组成的影响存在肠段之间的差异,形成了不同的后肠微生态环境。与对照组相比,两种日粮纤维通过提高不同微生物种群的比例都达到了优化微生物群落的目的,并且影响了微生物群落的功能。日粮纤维影响下生长猪不同肠段微生物群落的关键OTU(Operational Taxonomic Unit)不同。不同OTU可能与日粮纤维影响宿主代谢免疫有关。基于COG分类系统注释结果表明,日粮纤维组防御机制相关功能基因在盲肠部位比例增高,无机离子运输和代谢的基因相对丰度在菊粉组盲肠和结肠部位均有所提高。而涉及到代谢和疾病免疫的多条代谢通路受到日粮纤维摄入的影响。4、两种日粮纤维的添加均提高了生长猪盲肠和结肠挥发性脂肪酸中丁酸的百分比,而菊粉的添加改变了盲肠和结肠丙酸的百分比,乙酸和丙酸的比例。在胆汁酸方面,菊粉提高了盲肠中初级胆汁酸、总胆汁酸的含量,改变了盲肠和结肠中总胆汁酸的组成比例。对胆汁酸组成及含量造成影响的原因有可能是微生物发酵不同日粮纤维生成的挥发性脂肪酸不同。Lactobacillaceae、Lachnospiraceae、Ruminococcaceae等几个科的微生物被发现与挥发性脂肪酸和初级胆汁酸存在联系。5、利用多元统计方法将反映肠道微生物结构变化的高通量测序数据与反映生长猪代谢变化的血浆代谢组学数据加以联系,寻找两者之间的内在关系。经多变量统计方法分别在回肠、盲肠、结肠内鉴定出5种、7种和6种OTU与血浆代谢组存在数学上的关联关系。其中重要的细菌种类如Faecalibacterium prausnitzii和Lactobacillus amylovorus的种群变化与多种血浆代谢物浓度变化相关,提示了该细菌可能是肠道菌群中参与宿主多个代谢通路的重要的功能成员。而存在联系的代谢物也多为肠道微生物与宿主共代谢的产物。其背后的生物学意义有待于进一步探究。