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山羊胃肠道是一个复杂的微生态系统,其稳定与否决定着机体的健康,影响山羊的生产性能。从出生到成年整个生长阶段,羊胃肠道发育与微生物建植是一个相互影响、相互协调的过程。可是,关于羊“出生—断奶—成年”整个阶段胃肠道微生物区系的建植过程的系统研究仍显不足,尤其是荒漠、半荒漠生态脆弱区舍饲绒山羊的相关研究更是不系统、不完整。本研究以陕北白绒山羊为研究对象,旨在研究其断奶前胃肠道各部位菌群的建植规律;研究其从出生到成年整个发育时期瘤胃、盲肠和结肠消化物及黏膜中菌群的建植规律,比较其时空特异性;研究日粮不同营养水平下瘤胃内微生态系统的响应,揭示微生物与宿主的互作,为绒山羊的舍饲健康养殖,特别是为早期日粮干预或早期断奶提供依据。本研究采用高通量测序技术和实时荧光定量技术,以日龄或日粮营养水平为因素,比较了胃肠道各部位微生物区系的变化,研究了羊场周边土壤中微生物种类变化,获得的主要研究结果如下:1.绒山羊在0-56日龄阶段,除空肠和回肠外,其他各部位中菌群的组成表现出相应的日龄特异性。瘤胃中菌群组成从28日龄起开始相对稳定,而网胃、瓣胃、皱胃、十二指肠、盲肠和结肠中菌群从42日龄开始进入相对稳定期。随着日龄的增长,胃、小肠与后肠之间菌群的组成逐渐明显区分。2.在胃肠道消化物中共发现41个门,1049个菌属。在胃中第一优势菌类是Bacteroidetes,而在肠道中Firmicutes居于优势地位。从0到56日龄,瘤胃内的主要优势菌类由Firmicutes转为Bacteroidetes,而肠道中则由Proteobacteria转为Firmicutes。在测定的9个部位中,主要的优势菌属有26种,这些菌属在定植过程中表现出明显的时空变化。3.在绒山羊0-18月龄整个生长阶段,瘤胃、盲肠和结肠消化物和黏膜中菌群的丰度和多样性在14日龄时略有下降,之后随着日龄的增长而显著升高(P<0.05);不论在消化物中或是在黏膜,随着绒山羊日龄的增长,各日龄组内或组间的相似性增高,细菌的组成逐渐稳定。消化物与黏膜中菌群有明显差异,且表现出特定的空间特异性。瘤胃中,消化物与黏膜菌群组成差异明显;而在后肠中,断奶前消化物与黏膜中菌群相似性较高,断奶后两者菌群结构差异明显。4.在胃肠道消化物中,Bacteroidetes主要存在于瘤胃中,Firmicutes和Proteobacteria主要存在于盲肠和结肠中。随着绒山羊的生长发育,瘤胃内的第一优势菌类由Firmicute转为Bacteroidetes;而盲肠和结肠的第一优势菌类则由Proteobacteria转为Firmicute。随着绒山羊的成长,在胃肠道黏膜上优势菌类由Proteobacteria转为Firmicutes或Bacteroidetes。在瘤胃、盲肠和结肠消化物中共发现有25个核心菌属。三个部位的黏膜上共发现有21种核心菌属。胃肠道消化物和黏膜上的核心菌属均可分为先锋菌属、过渡菌属和稳定菌属3类。且在消化物中核心菌属主要是Prevotella 1、Rikenellaceae RC9、Bacillus、Lactobacillus、Butyricicoccus、Faecalibacterium、unclassified Ruminococcaceae、Ruminococcaceae UCG-005等,而在黏膜上的核心菌属主要是Butyrivibrio 2、Prevotellaceae UCG-001、norank＿f＿Neisseriaceae、Treponema 2等。5.在功能代谢通路中,主要的功能通路相关基因表现出明显的时间和空间特异性。如氨基酸代谢、能量代谢、翻译和维生素辅因子代谢通路相关基因主要在瘤胃中,而碳水化合物代谢和膜转运相关基因则主要存在于后肠黏膜中。在瘤胃中,消化物中菌群可能更多参与碳水化合物的降解,黏膜中菌群更多参与能量代谢;而盲肠中,消化物中菌群在氨基酸代谢方面更多参与。6.在微生物区系对日粮响应的研究中,与85%、100%和115%日粮营养水平组相比,130%日粮营养水平显著降低了绒山羊瘤胃消化物中细菌的丰度值、多样性指数及瘤胃黏膜上细菌的丰度值。无论消化物或黏膜中,Bacteroidetes的比例随日粮营养水平的提高而下降。在消化物中,115%和130%日粮营养水平显著降低了Rikenellaceae RC9gut group、Ruminococcus 1、Ruminococcaceae UCG-014等菌属的比例,而Succiniclasticum、norank＿f＿Muribaculaceae、Selenomonas 1等显著升高;在黏膜,与标准日粮相比,日粮高营养水平显著降低了Prevotella 1的比例,而Butyrivibrio 2、Desulfovibrio和Mogibacterium等比例显著升高。日粮营养水平过低(85%)或过高(130%)都会抑制瘤胃消化物内古细菌的生长。相对于标准日粮组,130%日粮营养水平显著降低了瘤胃消化物内真菌的多样性及原虫的丰度。7.随着日粮营养水平的提高,乙酸浓度显著下降,丙酸、丁酸、异丁酸和戊酸浓度显著升高,显著降低了乙酸/丙酸比值。高营养水平日粮显著降低了瘤胃内p H值,提高了瘤胃内LPS的浓度,并诱发了IL-1β、TNF-α和IL-10等黏膜炎症因子m RNA表达的上调,也导致黏膜中Claudin-1、Claudin-4、Occludin和ZO-1蛋白的表达显著下降(P<0.05)。8.由Spearman相关性分析可知,Ruminococcaceae NK4A214 group与乙酸和丁酸呈正相关,与p H显著负相关;,Prevotellaceae NK3B31 group与LPS呈显著负相关(P<0.05);另外,黏膜中Desulfovibrio和Campylobacter分别与促炎症因子IL-1β和TNF-α基因表达呈显著正相关。另外,Desulfovibrio与紧密连接蛋白Claudin-1、Occluding和ZO-1基因的表达显著负相关(P<0.05)。9.在羊场周边自然放牧区土壤微生物累积效应研究中,PCo A结果表明羊粪(YF)中菌群组成与不同距离下自然放牧区(ZF)土壤中菌群均有明显差异,且ZF0与ZF500～2000之间菌群相似性较低,而ZF500～2000之间菌群组成相似性较高。结合Venn图和Adonis分析可知,相对其他距离,YF与羊场土壤中菌群(ZF0)相似性较高,即对绒山羊放牧对羊场内土壤微生物的影响最大,在500～2000 m距离内影响较小。综上所述,结合断奶前山羊胃肠道发育和细菌定植状态,本研究认为陕北白绒山羊可在42日龄后实行断奶。而在绒山羊在出生到成年整个生长阶段,无论在消化物还是在黏膜中,随着山羊日龄的增长,各日龄组内或组间菌群的相似性不断增高,细菌的组成逐渐稳定。各部位菌群均可分为先锋菌、过渡菌和稳定菌三类。消化物与黏膜核心菌群明显不同,但两者之间的差异性具有一定的时空特异性。在瘤胃,各日龄组内消化物与黏膜菌群组成均区分明显。而在后肠中,随着山羊日龄的增长,两者之间菌群差异逐渐明显并表现出不同的代谢功能。在微生物区系对日粮的响应研究中发现,日粮营养水平不仅显著改变了绒山羊瘤胃消化物内微生物区系的组成,对黏膜中菌群也有一定影响,改变了VFA种类的组成比例,降低了瘤胃内p H,进而影响了山羊瘤胃黏膜炎症因子和紧密连接蛋白的表达。绒山羊活动对羊场中土壤中菌群组成影响较大,而在500～2000 m距离内影响均较小。随着距离的增大,绒山羊对放牧区自然土壤中菌群的影响逐渐减小。