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中图分类号：S811.6 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）06-0054-02
摘 要：自发现了可以研究动物肠道微生物的技术以来，家禽消化道的微生物菌落一直是人们研究的对象。对于肠道微生物菌群的营养和生理需求，我们所掌握的知识很有限，仅限于了解可以在实验室条件下轻易培养的那些菌种。在分子技术得到运用之前，这些结果掩盖了鸡肠道微生物菌群的真实组成及其行为，这些分子技术包括聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）、末端限制性片段长度多态性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism，T-RFLP）分析、克隆和测序等方法。当DNA测序技术变得更为廉价且耗时更少时，人们对肠道微生物菌群實际组成的研究取得了重大进展。研究人员揭示了肠道微生物菌群（包括未经培养的微生物）的真实组成，并提出了其在鸡生理学中作用的新见解。本文我们将讨论家禽肠道微生物菌群组成及其对肠道内环境稳定以及肠道发育、分化和成熟的影响。此外，我们还将介绍改变肠道微生物菌群组成会怎样改善营养物质的吸收和怎样改变可以影响肠道功能的黏蛋白层组成。学术界在这方面已经取得了重大研究进展，未来的研究是要阐明肠道微生物对家禽生理的影响机制。未来家禽生产上的发展将包括专为获得特定作用设计的微生物调节剂。
关键词：微生物菌群；微生物区系；微生物组；肠道；全息生物；体内平衡；分化；黏蛋白；益生素
4 肠道菌群组成的肠段差异
鸡的消化道可分为许多段，每一段都有各自的特点。鸡口腔后的三个近端消化器官分别为嗉囊、腺胃和肌胃。鸡采食日粮后，日粮会直接进入嗉囊，并在其中停留数分钟至数小时（Savory，1999）。嗉囊是一个储存食物并发酵食物的组织，腺胃的作用主要是酸化食物，而肌胃则负责研磨食物（Sekelja等，2012）。稍后的肠道由小肠、结肠和两个大型盲肠发酵室组成（Sekelja等，2012）。盲肠是一种一端封闭的结构，相比于小肠中的快速运输环境，盲肠能够对其内容物储存更长的时间（Clench和Mathias，1992）。因此，这些肠段在所含气体的复杂程度、pH、食糜营养价值、盐分和水分的含量上均存在差异。这些差异为不同微生物在不同肠段中的定植提供了选择。成年鸡的肠道菌群至少含有17种不同的微生物家族，这包含了约500种不同的微生物种类，它们沿着肠道分布（Lakhan和Kirchgessner，2010）。微生物的多样性和复杂性从肠道近端到远端逐步增加（Yan和Polk，2004）。
4.1 嗉囊、腺胃、肌胃
鸡的嗉囊、腺胃和肌胃中的微生物菌群多样性较低，而肠道末端中的微生物菌群较之更为复杂。嗉囊、腺胃和肌胃中的微生物菌群组成非常相似，以乳酸杆菌属的细菌为主（Janczyk等，2009；Sekelja等，2012）。无论鸡采食何种类型的日粮，鸡嗉囊内通常都含有乳酸杆菌、唾液乳杆菌、约氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、瑞士乳杆菌、黑色乳杆菌、ingluviei乳酸菌和阴道乳杆菌（Hammons等，2010）。鸡喂给小麦、玉米和豆粕，其嗉囊会含有大量的鸟乳杆菌、唾液乳杆菌和一小部分与梭状芽孢杆菌相关的细菌（包括分节丝状菌——一种分段的丝状细菌）（Gong等，2007）。据推测，近端肠道含有较高水平的乳酸杆菌可能是由于那些无法从头合成的氨基酸供应量较多所致（Bringel和Hubert，2003）。然而，有研究表明，卷曲乳杆菌可以黏附于鸡嗉囊的组织截面（Edelman等，2012），并且嗜酸乳杆菌可以结合纤连蛋白（Kapczynski等，2000）——一种细胞间基质蛋白，这揭示了乳酸杆菌能够大量存活于消化道前端的另一种机制。通过这种机制，乳酸杆菌可以在小肠中占据主导地位。其他研究表明，嗉囊中的微生物菌群主要为乳酸杆菌，其次为肠杆菌（巴氏杆菌科家族），包括韦荣氏球菌属和肠球菌属在内的菌种含量较少（Videnska等，2013）。此外，奇异菌属、双歧杆菌属以及与直肠真杆菌和球形梭菌有关的梭菌属已被证明可黏附于鸡嗉囊的表面（Collado和Sanz，2007），这表明嗉囊腔内可形成厌氧环境。类似地，人们也可从腺胃中检测到厌氧菌（柔嫩梭菌属和拟杆菌属）（Videnska等，2013）。
4.2 小肠
小肠微生物菌群很少出现在十二指肠内，而空肠和回肠会含有大量的微生物。小肠中含有大量与乳杆菌属有关的菌种。一项研究发现，鸡小肠中的微生物大约有90%为乳酸杆菌（Dumonceaux等，2006）。另一项研究发现，鸡回肠中70%的微生物为乳酸杆菌，其余微生物为梭菌（11%）、链球菌（6.5%）和肠球菌（6.5%）（Lu等，2003）。研究人员对从空肠中采集到的细菌样本进行检测，发现99%的16S细菌序列与乳酸杆菌相关（Stanley等，2012）。然而，小肠微生物菌群组成会因动物日粮成分的不同而发生变化。
例如，研究人员给肉鸡喂给含羽毛粉的日粮后，用角蛋白琼脂平板法培养其肠道微生物菌群，结果发现屎肠球菌、卷曲乳杆菌、罗伊氏乳杆菌和唾液乳杆菌的含量高于对照组鸡肠道中的含量（Meyer等，2012）。乳酸杆菌不是典型的产角蛋白酶的菌种，因此鸡小肠微生物表达的角蛋白分解活性足以促进产非角蛋白酶的菌种的生长。小肠是营养物质消化和吸收的主要区域，其微生物菌群的组成对这些过程有积极的作用。
4.3 盲肠
盲肠中的菌群主要包括厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门中的细菌（Qu等，2008），其中绝大多数菌种是严格的厌氧菌。虽然小肠微生物菌群以乳酸杆菌为主，但鸡盲肠菌群主要由梭状芽孢杆菌组成。16S rDNA分析显示鸡盲肠中的细菌大部分为柔嫩梭菌、鼠孢菌、拟球梭菌和肠溶菌。而与拟杆菌、婴儿双歧杆菌和假单胞菌相关的基因序列含量不到2%（Zhu等，2002）。
我们对从公共数据库中获得的972个盲肠细菌基因序列进行分析后发现，92.8%的序列属于10个细菌门，其中最主要的细菌门包括厚壁菌门和拟杆菌门，分别占盲肠细菌总基因序列的78%和11%左右。鸡盲肠细菌基因序列可归属于59个细菌属，其中厚壁菌门含有31个属，瘤胃球菌属、梭菌属和真杆菌属所占的比例均不低于5%（Wei等，2013）。类似地，在一项使用16S rRNA克隆文库的研究中，从盲肠细菌样本中提取的细菌基因序列大部分也与梭菌属相关（Cressman等，2010；Gong等，2007）。在盲肠微生物菌群中，梭菌属的细菌似乎占主导地位，其中许多细菌很难鉴定。
大多数关于家禽肠道微生物菌群组成的研究用肉鸡作为研究模型，然而最近研究人员在对蛋鸡的研究中发现，从盲肠菌群样本中提取的微生物菌群基因序列大多为梭状芽孢杆菌（疣微菌科和毛螺菌科）和乳酸杆菌的基因序列，我们有必要进一步了解蛋鸡肠道微生物菌群组成（Janczyk等，2009）。18周龄产蛋母鸡的盲肠微生物菌群由拟杆菌门和厚壁菌门中的细菌组成，另外还有变形菌门、梭杆菌门、放线杆菌门和脱铁杆菌门中的细菌，但其丰度较低。丁酸弧菌和柔嫩梭菌的丰度最高（Nordentoft等，2011）。
摘 要：自发现了可以研究动物肠道微生物的技术以来，家禽消化道的微生物菌落一直是人们研究的对象。对于肠道微生物菌群的营养和生理需求，我们所掌握的知识很有限，仅限于了解可以在实验室条件下轻易培养的那些菌种。在分子技术得到运用之前，这些结果掩盖了鸡肠道微生物菌群的真实组成及其行为，这些分子技术包括聚合酶链式反应（Polymerase Chain Reaction，PCR）、变性梯度凝胶电泳（Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE）、末端限制性片段长度多态性（Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism，T-RFLP）分析、克隆和测序等方法。当DNA测序技术变得更为廉价且耗时更少时，人们对肠道微生物菌群實际组成的研究取得了重大进展。研究人员揭示了肠道微生物菌群（包括未经培养的微生物）的真实组成，并提出了其在鸡生理学中作用的新见解。本文我们将讨论家禽肠道微生物菌群组成及其对肠道内环境稳定以及肠道发育、分化和成熟的影响。此外，我们还将介绍改变肠道微生物菌群组成会怎样改善营养物质的吸收和怎样改变可以影响肠道功能的黏蛋白层组成。学术界在这方面已经取得了重大研究进展，未来的研究是要阐明肠道微生物对家禽生理的影响机制。未来家禽生产上的发展将包括专为获得特定作用设计的微生物调节剂。
关键词：微生物菌群；微生物区系；微生物组；肠道；全息生物；体内平衡；分化；黏蛋白；益生素
4 肠道菌群组成的肠段差异
鸡的消化道可分为许多段，每一段都有各自的特点。鸡口腔后的三个近端消化器官分别为嗉囊、腺胃和肌胃。鸡采食日粮后，日粮会直接进入嗉囊，并在其中停留数分钟至数小时（Savory，1999）。嗉囊是一个储存食物并发酵食物的组织，腺胃的作用主要是酸化食物，而肌胃则负责研磨食物（Sekelja等，2012）。稍后的肠道由小肠、结肠和两个大型盲肠发酵室组成（Sekelja等，2012）。盲肠是一种一端封闭的结构，相比于小肠中的快速运输环境，盲肠能够对其内容物储存更长的时间（Clench和Mathias，1992）。因此，这些肠段在所含气体的复杂程度、pH、食糜营养价值、盐分和水分的含量上均存在差异。这些差异为不同微生物在不同肠段中的定植提供了选择。成年鸡的肠道菌群至少含有17种不同的微生物家族，这包含了约500种不同的微生物种类，它们沿着肠道分布（Lakhan和Kirchgessner，2010）。微生物的多样性和复杂性从肠道近端到远端逐步增加（Yan和Polk，2004）。
4.1 嗉囊、腺胃、肌胃
鸡的嗉囊、腺胃和肌胃中的微生物菌群多样性较低，而肠道末端中的微生物菌群较之更为复杂。嗉囊、腺胃和肌胃中的微生物菌群组成非常相似，以乳酸杆菌属的细菌为主（Janczyk等，2009；Sekelja等，2012）。无论鸡采食何种类型的日粮，鸡嗉囊内通常都含有乳酸杆菌、唾液乳杆菌、约氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、瑞士乳杆菌、黑色乳杆菌、ingluviei乳酸菌和阴道乳杆菌（Hammons等，2010）。鸡喂给小麦、玉米和豆粕，其嗉囊会含有大量的鸟乳杆菌、唾液乳杆菌和一小部分与梭状芽孢杆菌相关的细菌（包括分节丝状菌——一种分段的丝状细菌）（Gong等，2007）。据推测，近端肠道含有较高水平的乳酸杆菌可能是由于那些无法从头合成的氨基酸供应量较多所致（Bringel和Hubert，2003）。然而，有研究表明，卷曲乳杆菌可以黏附于鸡嗉囊的组织截面（Edelman等，2012），并且嗜酸乳杆菌可以结合纤连蛋白（Kapczynski等，2000）——一种细胞间基质蛋白，这揭示了乳酸杆菌能够大量存活于消化道前端的另一种机制。通过这种机制，乳酸杆菌可以在小肠中占据主导地位。其他研究表明，嗉囊中的微生物菌群主要为乳酸杆菌，其次为肠杆菌（巴氏杆菌科家族），包括韦荣氏球菌属和肠球菌属在内的菌种含量较少（Videnska等，2013）。此外，奇异菌属、双歧杆菌属以及与直肠真杆菌和球形梭菌有关的梭菌属已被证明可黏附于鸡嗉囊的表面（Collado和Sanz，2007），这表明嗉囊腔内可形成厌氧环境。类似地，人们也可从腺胃中检测到厌氧菌（柔嫩梭菌属和拟杆菌属）（Videnska等，2013）。
4.2 小肠
小肠微生物菌群很少出现在十二指肠内，而空肠和回肠会含有大量的微生物。小肠中含有大量与乳杆菌属有关的菌种。一项研究发现，鸡小肠中的微生物大约有90%为乳酸杆菌（Dumonceaux等，2006）。另一项研究发现，鸡回肠中70%的微生物为乳酸杆菌，其余微生物为梭菌（11%）、链球菌（6.5%）和肠球菌（6.5%）（Lu等，2003）。研究人员对从空肠中采集到的细菌样本进行检测，发现99%的16S细菌序列与乳酸杆菌相关（Stanley等，2012）。然而，小肠微生物菌群组成会因动物日粮成分的不同而发生变化。
例如，研究人员给肉鸡喂给含羽毛粉的日粮后，用角蛋白琼脂平板法培养其肠道微生物菌群，结果发现屎肠球菌、卷曲乳杆菌、罗伊氏乳杆菌和唾液乳杆菌的含量高于对照组鸡肠道中的含量（Meyer等，2012）。乳酸杆菌不是典型的产角蛋白酶的菌种，因此鸡小肠微生物表达的角蛋白分解活性足以促进产非角蛋白酶的菌种的生长。小肠是营养物质消化和吸收的主要区域，其微生物菌群的组成对这些过程有积极的作用。
4.3 盲肠
盲肠中的菌群主要包括厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门中的细菌（Qu等，2008），其中绝大多数菌种是严格的厌氧菌。虽然小肠微生物菌群以乳酸杆菌为主，但鸡盲肠菌群主要由梭状芽孢杆菌组成。16S rDNA分析显示鸡盲肠中的细菌大部分为柔嫩梭菌、鼠孢菌、拟球梭菌和肠溶菌。而与拟杆菌、婴儿双歧杆菌和假单胞菌相关的基因序列含量不到2%（Zhu等，2002）。
我们对从公共数据库中获得的972个盲肠细菌基因序列进行分析后发现，92.8%的序列属于10个细菌门，其中最主要的细菌门包括厚壁菌门和拟杆菌门，分别占盲肠细菌总基因序列的78%和11%左右。鸡盲肠细菌基因序列可归属于59个细菌属，其中厚壁菌门含有31个属，瘤胃球菌属、梭菌属和真杆菌属所占的比例均不低于5%（Wei等，2013）。类似地，在一项使用16S rRNA克隆文库的研究中，从盲肠细菌样本中提取的细菌基因序列大部分也与梭菌属相关（Cressman等，2010；Gong等，2007）。在盲肠微生物菌群中，梭菌属的细菌似乎占主导地位，其中许多细菌很难鉴定。
大多数关于家禽肠道微生物菌群组成的研究用肉鸡作为研究模型，然而最近研究人员在对蛋鸡的研究中发现，从盲肠菌群样本中提取的微生物菌群基因序列大多为梭状芽孢杆菌（疣微菌科和毛螺菌科）和乳酸杆菌的基因序列，我们有必要进一步了解蛋鸡肠道微生物菌群组成（Janczyk等，2009）。18周龄产蛋母鸡的盲肠微生物菌群由拟杆菌门和厚壁菌门中的细菌组成，另外还有变形菌门、梭杆菌门、放线杆菌门和脱铁杆菌门中的细菌，但其丰度较低。丁酸弧菌和柔嫩梭菌的丰度最高（Nordentoft等，2011）。