β-胡萝卜素调节肠道菌群影响母猪繁殖性能的作用研究

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维生素A与动物繁殖密切相关,全反式视黄酸(ATRA)是维生素A的主要活性形式,对雄性和雌性动物的繁殖功能均有重要影响。β-胡萝卜素是维生素A的前体物质,具有抗氧化、抗炎症和提高繁殖性能的功能,而肠道菌群对母猪繁殖性能具有重要调节作用,β-胡萝卜素是否通过调控肠道菌群影响母猪繁殖性能尚未可知。鉴于此,本研究通过在母猪和小鼠日粮中添加不同浓度的β-胡萝卜素研究其对繁殖性能相关指标和肠道菌群的影响,并分析二者之间的相关性,旨在探究β-胡萝卜素调控肠道菌群影响繁殖性能的作用机理。主要研究内容和结果如下:1β-胡萝卜素对怀孕后期母猪繁殖性能、血清指标、乳成分和肠道菌群的影响选取具有相似胎次(3~7胎)、体况相似的妊娠后期(90d)健康二元母猪(长白×大白)33头,随机分为3个处理,每个处理11个重复,每个重复1头母猪。3个处理分别为:基础日粮组、基础日粮+低剂量β-胡萝卜素(30mg/kg)组和基础日粮+高剂量β-胡萝卜素(90mg/kg)组,试验期为怀孕90d至分娩后14天。结果表明:(1)日粮添加β-胡萝卜素对母猪总产仔数(P=0.233)和总活仔数(P=0.201)无显著影响,但有一定的改善;对仔猪出生窝重无显著影响(P>0.05);(2)日粮添加β-胡萝卜素显著提高了血清抗氧化酶(GSH-Px)活性(P<0.05)和一氧化氮(NO)含量(P<0.05),但对血清糖脂代谢相关生化指标(Glu、Tp、Tg、HDL-c和LDL-c)和免疫球蛋白(Ig M、Ig G)水平无显著影响(P>0.05);(3)日粮添加30mg/kgβ-胡萝卜素显著提高了常乳中乳蛋白和尿素氮含量(P<0.05),添加90mg/kgβ-胡萝卜素显著提高了常乳中总固体物含量(P<0.05),但β-胡萝卜素对常乳中乳脂和去脂干物质均无显著影响(P>0.05);此外,日粮添加β-胡萝卜素对初乳中免疫球蛋白(Ig M、Ig G)含量无显著影响(P>0.05);(4)母猪妊娠90d和分娩时肠道微生物区系有显著差异(P<0.05),Shannon指数显著上升(P<0.05),但Chao1指数无显著变化(P>0.05);门水平上,母猪肠道微生物主要由厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和螺旋菌门(Spirochaetae)构成,占盲肠微生物菌群的97%以上;科水平上,占比前10的菌群为:疣微菌科(Ruminococcaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、克里斯滕森菌科(Christensenellaceae)、乳酸杆菌科(Lactobacillaceae)、普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)、螺旋体科(Spirochaetaceae)、甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)、消化链球菌科(Peptostreptococcaceae)和理研菌科(Rikenellaceae);在妊娠90d时,10种优势菌占比为54.3%,而到分娩时,这10种优势菌在肠道内占比提升到73.8%;其中疣微菌科(Ruminococcaceae)、毛螺菌科(Lachnospiraceae)、克里斯滕森菌科(Christensenellaceae)、甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae)和理研菌科(Rikenellaceae)的相对丰度显著上升(P<0.05),而消化链球菌科(Peptostreptococcaceae)的相对丰度显著下降(P<0.05);(5)日粮添加90mg/kgβ-胡萝卜素显著提高了母猪肠道微生物Shannon指数(P<0.05);科水平上,β-胡萝卜素主要降低了毛螺菌科(Lachnospiraceae)的相对丰度,提高了肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的相对丰度;属水平上,添加90mg/kgβ-胡萝卜素降低了厚壁菌门中毛螺菌(Lachnospiraceae AC2044 group、Lachnospiraceae NK4B4group和Ruminococcaceae UCG-008)的相对丰度(P<0.05),以及拟杆菌门中普雷沃氏菌(Prevotellaceae UCG-001)的相对丰度(P<0.05);另一方面,β-胡萝卜素增加了厚壁菌门中沉积菌(Sedimentibacter)、变形菌门中嗜胆菌(Bilophila)和萨特氏菌(Sutterella)以及放线菌门中棒状杆菌(Corynebacterium 1和Corynebacterium)的相对丰度(P<0.05);(6)基于微生物属水平的相关性分析表明,棒状杆菌(Corynebacterium 1和Corynebacterium)与NO水平呈正相关(P<0.01),普雷沃氏菌(Prevotellaceae UCG-001)和毛螺菌(Lachnospiraceae AC2044 group)与GSH-Px水平呈负相关(P<0.01),Candidatus Soleaferrea与常乳中乳脂含量呈负相关(P<0.05),Family XIII UCG001和Ruminiclostridium 9与常乳尿素氮含量呈负相关(P<0.05),纤维杆菌(Fibrobacter)与初乳中Ig G和Ig M水平均呈正相关(P<0.05),Papillibacter和Ruminococcaceae UCG009与初乳中Ig G水平呈负相关(P<0.05),Papillibacter和Alistipes与初乳中Ig M水平呈负相关(P<0.05),脱硫弧菌(Desulfovibrio)与常乳中乳蛋白、去脂干物质和总固体含量呈正相关(P<0.05),但与常乳中乳糖含量呈负相关(P<0.05)。2β-胡萝卜素对小鼠子宫指数、繁殖激素和肠道菌群的影响选取6周龄雌性昆明小鼠27只,随机分为3个处理,每个处理9个重复,每个重复1只雌鼠。3个处理分别为:基础日粮组、基础日粮+低剂量β-胡萝卜素(30mg/kg)组和基础日粮+高剂量β-胡萝卜素(90mg/kg)组,试验期为怀孕至分娩。结果表明:(1)日粮添加β-胡萝卜素对小鼠产仔数(P=0.367)和产仔窝重(P=0.179)无显著影响;(2)日粮添加30mg/kgβ-胡萝卜素显著降低了小鼠血清中促黄体生成素水平(P<0.05);日粮添加30mg/kg或90mg/kgβ-胡萝卜素均显著提高了小鼠血清中雌二醇和孕酮水平(P<0.05);(3)日粮添加β-胡萝卜素显著降低了子宫指数(P<0.05),改善了产后子宫充血状况,显著降低了血清中TNF-α和IL-4水平(P<0.05),改善了肠道形态结构;(4)日粮添加β-胡萝卜素对小鼠肠道菌群的组成有显著影响(P<0.05),添加90mg/kgβ-胡萝卜素能显著提高Chao1指数(P<0.05);门水平上,添加30mg/kg或90mg/kgβ-胡萝卜素均显著下调了变形菌门(Proteobacteria)丰度(P<0.05);科水平上,30mg/kg和90 mg/kgβ-胡萝卜素分别显著下调了螺杆菌科(Helicobacteraceae)和消化球菌科(Peptococcaceae)的相对丰度(P<0.05);属水平上,30mg/kgβ-胡萝卜素能显著上调Candidatus Stoquefichus的相对丰度(P<0.05);添加90mg/kgβ-胡萝卜素显著上调了Akkermansia和Faecalibaculum的相对丰度(P<0.05);添加30mg/kgβ-胡萝卜素显著下调了Alloprevotella和瘤胃梭菌(Ruminiclostridium 9)的相对丰度(P<0.05);30mg/kg或90mg/kgβ-胡萝卜素均显著下调了螺杆菌(Helicobacer)的相对丰度(P<0.05)。(5)基于属水平的相关性分析表明,血清TNF-α水平分别与Alloprevotella、Candidatus Arthromitus、螺杆菌(Helicobacter)以及瘤胃梭菌(Lachnospiraceae UCG 006)的相对丰度呈显著正相关(P<0.05),与Candidatus Stoquefichus和Faecalibaculum的相对丰度呈显著负相关(P<0.05);血清IL-4水平与螺杆菌(Helicobacter)的相对丰度呈显著正相关(P<0.05),与Akkermansia、Candidatus Stoquefichus和Faecalibaculum的相对丰度呈显著负相关(P<0.05);综上所述,β-胡萝卜素可潜在通过调节肠道菌群的多样性和结构组成,降低炎症因子,调节NO生成和激素分泌来影响母猪的繁殖性能。
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