反芻動物瘤胃微生物區系組成與飼料利用率
摘要
瘤胃是反芻動物特有的消化器官，反芻動物依賴瘤胃中龐大的微生物群將木質纖維發酵為揮發性脂肪酸為機體供能。近年來，中草藥在反芻動物保健與疾病治療中的應用受到普遍關注。中草藥能夠通過影響瘤胃菌群代謝，調節機體整體代謝功能。但由于中草藥成分復雜且具有多靶點的特性，其對反芻動物瘤胃菌群代謝的調控機制相對復雜，一般技術手段很難全面揭示中草藥調控瘤胃菌群代謝的相關機制。代謝組學作為系統生物學的重要組成部分，具有整體性、動態性和系統性等特點，在揭示中草藥調控反芻動物瘤胃菌群代謝的機制方面顯示出了獨特優勢。因此，本文對瘤胃微生物區系組成與飼料利用率、影響瘤胃菌群組成和數量的因素及瘤胃代謝物的變化與代謝性疾病相關性進行了概述，并詳細綜述了中草藥及其提取物調控瘤胃菌群的代謝組學研究，旨在為未來中草藥與瘤胃菌群相關研究提供參考和借鑒。
近年來，由于獸藥殘留和抗生素耐藥問題，中草藥因其副作用小，不易產生耐藥性而受到關注。作為飼料添加劑，中草藥不僅富含營養物質，而且具備多種保健功效。現代研究顯示，中草藥中的免疫活性物質能增強動物免疫功能，提高抵抗力，改善動物的生產性能。中草藥還具有來源廣泛、無殘留和不易產生耐藥性等優點，因而成為近年來動物營養學研究的熱點之一。目前，已有利用中草藥非藥用部位飼喂動物的相關研究，但由于成分復雜和多靶點的特點，傳統藥理學方法很難闡明其作用機理。代謝組學(metabolomics)可通過高通量檢測和數據分析，對生物或細胞在特定條件下的代謝產物進行定性與定量分析。目前，常用的檢測技術包括核磁共振(NMR)、氣相色譜-質譜(GC-MS)、液相色譜-質譜(LC-MS)和高效液相色譜-質譜(HPLC-MS)等，這些技術有助于揭示中草藥在預防和治療畜禽疾病中的作用。瘤胃在反芻動物的消化中扮演著核心角色。瘤胃液代謝物的變化與反芻動物的健康和生產性能緊密相關，不僅可作為疾病診斷的標志物，而且能反映營養物質的利用效率。近年來，代謝組學技術在研究中草藥對瘤胃菌群代謝的影響中得到廣泛應用。本文回顧了這一領域的研究進展，旨在為未來深入研究中草藥調控反芻動物瘤胃菌群的機制提供參考。
1瘤胃微生物區系組成與飼料利用率
瘤胃微生物主要包括細菌、真菌、古菌和原蟲。每克瘤胃內容物中，細菌數量約1011個，有200余種;纖毛蟲數量在104~106個，分屬24個屬;厭氧真菌數量為102~104個，涵蓋5個屬。這些微生物群體共同維持瘤胃生態平衡，促進食物發酵和營養吸收。近年來，科學家還發現瘤胃中存在病毒，這些病毒可通過溶菌和基因轉移調控微生物種類和菌株數量。瘤胃微生物的互作維持了內環境的穩態和飼料的消化。瘤胃真菌、細菌和原生動物共同作用，分解飼料纖維，生成揮發性脂肪酸，作為宿主動物的營養來源。此外，瘤胃內纖毛蟲具有多種碳水化合物活性酶，能分解飼料和微生物中的碳水化合物，調節瘤胃pH，促進微生物蛋白合成。因此，瘤胃微生物的組成和數量與飼料利用率密切相關，瘤胃內纖維桿菌科(Fibrobacteraceae)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和普雷沃氏菌科(Prevotellaceae)等優勢菌群豐度與飼料利用率呈負相關，而毛螺菌科(Lachnospiraceae)豐度則與飼料利用率呈正相關。另有研究表明，為綿羊灌服產酸能力較強的枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)、平腸球菌(Enterococcus hirae)、小芽孢桿菌(Bacillus pumillus)和屎腸球菌(Enterococcus faecium)混合液，能顯著提高綿羊體重和飼料利用率。