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A comparison of in vitro fermentation characteristics of eight fiber substrates
by faecal microbiota from Meishan and Landrace sows

梅山与长白母猪粪样微生物体外发酵八种纤维底物的特性比较



全 文 :书梅山与长白母猪粪样微生物体外发酵
八种纤维底物的特性比较
艾丽霞,苏勇,朱伟云
(南京农业大学动物科技学院消化道微生物研究室,江苏 南京210095)
摘要:本研究旨在比较不同品种母猪(梅山猪与长白猪)粪样中微生物对不同纤维底物的体外降解能力,同时分析
粪样中的主要纤维降解菌数量。采集梅山(狀=5)和长白(狀=5)母猪新鲜粪样作为发酵接种物,以果胶、纤维素、菊
粉、麦壳、麸皮、木聚糖、玉米芯渣及苜蓿作为纤维底物进行体外发酵,测定产气量和发酵液挥发性脂肪酸(volatile
fattyacid,VFA)浓度。粪样同时用于提取细菌总核酸,变性梯度凝胶电泳(denaturinggradientgelelectrophoresis,
DGGE)和realtimePCR对菌群区系进行分析。体外发酵结果表明,从发酵后9h至96h结束,长白猪接种物各组
的累积产气量、有机物校正产气量分别显著(犘<0.05)和极显著(犘<0.01)高于梅山猪,长白猪T1/2和犜max显著低
于梅山猪(犘<0.05),且发酵终产物中乙酸和总VFA浓度显著高于梅山猪接种物(犘<0.05),整个发酵过程中不
同底物间累积产气量差异显著(犘<0.05),累积产气量从高到低的组别依次为:菊粉>麸皮>果胶>苜蓿>麦壳>
玉米芯渣>木聚糖>纤维素。DGGE分析表明,梅山与长白母猪粪样菌群图谱中存在许多共同条带。Realtime
PCR定量分析表明,梅山母猪粪样中的总细菌的16SrRNA基因拷贝数显著高于长白母猪(犘<0.05),而拟杆菌、
产琥珀酸丝状杆菌、黄化瘤胃球菌和白化瘤胃球菌等纤维降解菌数量及其占总菌比例差异均不显著(犘>0.05)。
结果显示,尽管2个品种母猪粪样中纤维降解菌数量无显著差异,但是长白母猪粪样微生物体外发酵纤维底物的
能力高于梅山母猪。
关键词:梅山母猪;长白母猪;纤维降解菌;16SrRNA基因
中图分类号:S828  文献标识码:A  文章编号:10045759(2013)03009909
犇犗犐:10.11686/cyxb20130313  
  日粮纤维在母猪上有很多作用,不仅可以提供能量[1],还能提高机体健康和繁殖性能,改善动物福利[2,3]。
猪自身不能分泌消化纤维素的酶,纤维素的降解主要依赖于后肠中的数量庞大的微生物,其中细菌数量达到每g
内容物1010~1011个。
梅山猪是中国太湖猪的一个类群,具有早熟、产仔多、母性好和肉质鲜美等优点。长白猪产于丹麦,是世界著
名瘦肉型猪种,具有生长快、饲料利用率和瘦肉率高等特点。研究表明,相对于生长速度较快的西方外来品种(如
大白猪、长白猪),梅山猪对纤维有较高的消化能力[4],因此,普遍认为梅山猪较外来品种猪更能够耐受粗饲。但
也有研究发现,梅山猪纤维消化能力并没有优于杜洛克×大白二元杂交猪[5]。体外厌氧发酵技术已被广泛用于
反刍动物对不同饲草的纤维品质的评价,目前,该技术也被成功用于模拟猪后肠微生物降解纤维物质[6]、评定活
性物质对猪肠道微生态系统的影响[7]等方面研究,因此,利用该技术可能对梅山猪和长白猪肠道微生物降解纤维
底物的能力作出客观评价。
近10多年来,基于16SrRNA基因的分子技术已经广泛用于动物肠道微生物研究[8]。目前,在不同基因型
猪肠道菌群差异比较方面,特别是用分子技术分析主要纤维降解菌方面还未见报道。本研究在体外模拟比较梅
山与长白母猪利用不同纤维底物基础上,利用变性梯度凝胶电泳(denaturinggradientgelelectrophoresis,
DGGE)指纹图谱和realtimePCR技术进一步分析2种母猪粪样菌群区系及主要纤维降解菌的数量差异。
第22卷 第3期
Vol.22,No.3
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA   
99-107
2013年6月
收稿日期:20120702;改回日期:20120914
基金项目:国家“973”重点基础研究发展计划项目(2012CB124705),国家自然科学基金青年科学基金项目(30901036)和中央高校基本科研业务
费专项基金项目(KYZ201153)资助。
作者简介:艾丽霞(1987),女,江西东乡人,硕士。Email:ai.lixia@yahoo.cn
通讯作者。Email:yong.su@njau.edu.cn
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 实验动物与粪样采集 随机选取南京某猪场胎次相近、生理状态相似、采食相同饲粮的梅山和长白母猪
各5头。于2011年5月采用直肠采样法收集母猪粪样,置于充有CO2 的冰盒中立即带回实验室用作体外发酵
接种物,同时一份样品于-20℃冷冻保存,用于提取细菌总核酸。
1.1.2 纤维底物 试验共采用8种纤维类底物,分别是:果胶(Sigma,美国),微晶纤维素(MFC,美国),菊粉
(Ruibio,德国),木聚糖(Sigma,美国),麸皮,麦壳,苜蓿和玉米芯渣。各底物在实验前烘干,粉碎过1mm 筛。
1.2 方法
1.2.1 体外发酵实验设计 体外发酵实验分为试验组(基础培养基+接种物+底物)和对照组(基础培养基+接
种物),每个发酵组设3个重复,于37℃恒温培养箱中发酵96h。接种物分别为梅山母猪和长白母猪粪样,底物
添加量为1%(W/V)。
1.2.2 基础培养基成分及配制 体外发酵实验所用基础培养基参照 Menke等[9]配方配制,每1000mL培养基
含:蛋白胨0.2g、NH4HCO30.4g、NaHCO335g、Na2HPO4·12H2O9.45g、K2HPO46.2g、MgSO4·7H2O
0.6g、CaCl2·2H2O13.2mg、MnCl2·4H2O10mg、CoCl2·6H2O1mg、FeCl3·6H2O8mg、半胱氨酸盐酸盐
1g,加0.1%刃天青1mL指示培养基厌氧状况。
1.2.3 接种物的稀释和接种 厌氧环境下以无菌0.9%生理盐水对所采集粪样进行5倍稀释,过4层纱布过
滤,然后按每瓶10mL接种于含上述培养基的、已高压灭菌的培养瓶中。接种完毕后迅速将发酵瓶置于37℃恒
温培养箱中,发酵96h。
1.2.4 底物常规养分测定 参照张丽英[10]的方法对本研究中使用的4种纤维底物苜蓿、麸皮、麦壳及玉米渣进
行饲料常规养分分析。
1.2.5 产气量的测定 总产气量的测定参照Theodorou等[11]和崔占鸿等[12]的方法,用气压转换仪(IGER,
UK)测定瓶中产气量,发酵后12h内每3h测定1次,而后每6h测定1次。本实验中累积产气量要与各底物的
有机物含量进行校正,累积产气量单位为:mL/g有机物。根据Groot等[13]的方法建立发酵产气动力模型,犌=
犃/[1+(犆/狋)犅]。其中,犌为总产气量(mL/g有机物),犃为渐进产气量,犅为曲线的转换特性,犆为达到总产气
量一半的时间(T1/2),狋为发酵时间(h),最大产气速率 (犚max)与达最大产气速率的时间(犜max)根据以下公式即
可求得:
犚max={犃×(犆犅)×犅×[犜max(-犅-1)]}/{1+(犆犅)×[犜max(-犅)]}2
犜max=犆×{[(犅-1)/(犅+1)](1/犅)}
1.2.6 挥发性脂肪酸的测定 发酵结束时,每瓶抽取发酵液3mL,取其中1mL进行预处理,即取1mL发酵液
至2mL离心管中,随后加入0.2mL的25%(w/v)偏磷酸巴豆酸混合溶液(巴豆酸做为内标),-20℃保存过夜,
12000r/min离心10min,取上清液测定。利用毛细管气相色谱(GC14B型岛津气相色谱仪,日本岛津)检
测[14],色谱条件为:色谱柱采用毛细吸管柱,柱温110℃,汽化温度180℃,采用氢离子火焰检测器,检测温度
180℃,载气为氮气,压力为0.06MPa,氢气压力为0.05MPa,氧气压力为0.05MPa,灵敏度(档)为10-1,衰减
3.0。
1.2.7 总细菌DNA提取和16SrRNA基因片段扩增 称取约0.1g解冻后的粪样至灭菌后的Eppendorf管
中,加入1.5mL的磷酸盐缓冲液(phosphatebuffersolution,PBS)溶液(pH=7.0),涡旋混合,13000r/min离
心5min,除去上清,参照Zoetendal等[15]的方法,先用珠磨法机械破碎样品,而后用酚和氯仿/异戊醇提取其总
DNA。以粪样中总细菌DNA作为模板,对细菌的16SrRNA基因序列的V6~V8区片段进行PCR反应,PCR
引物为带有GC夹子的 U968GC和L1401[16]。PCR产物经1.2%(w/v)琼脂糖凝胶电泳检测。
1.2.8 变性梯度凝胶电泳技术(denaturinggradientgelelectrophoresis,DGGE)及图谱分析 参照Su等[8]的方
法,对PCR扩增产物进行DGGE分析。DGGE采用8%聚丙烯酰胺凝胶(含丙酰胺、二丙酰胺、尿素、甲酰胺和甘
油),尿素浓度梯度为38%~52%。电泳采用DcodeDGGE系统(BioRad):首先在200V电压下电泳10min,随
001 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
后在85V的固定电压下电泳12h。电泳结束后,聚丙烯酰胺凝胶进行硝酸银染色,凝胶显色定影后采用GS800
灰度扫描仪(BioRad)扫描。DGGE图谱用GelComparⅡ软件进行相似性分析。通过计算条带间的相似性指数
(dicecoefficientofsimilarity,SD)得到图谱相似性[犛犇=2狀AB/(狀A+狀B),狀A代表泳道A的条带数,狀B代表泳
道B的条带数,狀AB代表泳道A和B共有的条带数][17]。
1.2.9 RealtimePCR定量分析 使用ABI7500RealtimePCR仪(AppliedBiosysterm)对粪样中总细菌、拟
杆菌门(Bacteroidetes)、琥珀酸丝状杆菌(犉犻犫狉狅犫犪犮狋犲狉狊狌犮犮犻狀狅犵犲狀)、黄化瘤胃球菌(犚狌犿犻狀狅犮狅犮犮狌狊犳犾犪狏犲犳犪犮犻犲狀狊)、
白化瘤胃球菌(犚狌犿犻狀狅犮狅犮犮狌狊犪犾犫狌狊)和溶纤维丁酸弧菌(犅狌狋狔狉犻狏犻犫狉犻狅犳犻犫狉犻狊狅犾狏犲狀)进行定量分析。分别以大肠杆
菌(犈狊犮犺犲狉犻犮犺犻犪犮狅犾犻)、化脓拟杆菌(犅犪犮狋犲狉狅犻犱犲狊狆狔狅犵犲狀狌狊)、琥珀酸丝状杆菌、黄化瘤胃球菌、白化瘤胃球菌和溶
纤维丁酸弧菌的16SrRNA基因作为模板制作相应细菌定量的标准曲线。RealtimePCR反应体系为20μL:
10.4μLSYBRGreenSupermix(TOYOBO),10μmol/L的上、下游引物各0.4μL,2μL样品DNA以及6.8μL
无菌水。本实验定量PCR分析所用引物及反应程序见表1,引物Bact1369/Prok1492[18]用于测定猪粪样中大肠
杆菌16SrRNA基因的拷贝数,PCR反应程序为:95℃10min,而后95℃30s,56℃1min,40个循环。引物
Bact934F/Bact1060R[19]、RflaF/RflaR[20]、RalbF/RflaR[21]、FsucF/FsucR[21]和BfibF/BfibR[20]分别用于定量猪
粪样中拟杆菌门、产琥珀酸丝状杆菌、黄化瘤胃球菌、白化瘤胃球菌和溶纤维丁酸弧菌,PCR反应程序为:95℃10
min,而后95℃30s,60℃下退火及延伸1min,40个循环。
表1 本研究所用引物序列
犜犪犫犾犲1 犔犻狊狋狅犳狆狉犻犿犲狉狊狌狊犲犱犻狀狋犺犻狊狊狋狌犱狔
目标菌Targetgroups 引物Primers 序列5′3′Sequence5′3′ 参考文献References
总细菌
Totalbacteria
U968GC CGCCCGGGGCGCGCCCCGGGCGGGGCGGG
GGCACGGGGGGAACGCGAAGAACCTTAC
[16]
L1401 CGGTGTGTACAAGACCC [16]
Bact1369 CGGTGAATACGTTCYCGG [18]
Prok1492 GGWTACCTTGTTACGACTT [18]
拟杆菌门
Bacteroidetes
Bact934F GGARCATGTGGTTTAATTCGATGAT [19]
Bact1060R AGCTGACGACAACCATGCAG [19]
黄化瘤胃球菌
犚.犳犻犪狏犲犳犪犮犻犲狀狊
RflaF CGAACGGAGATAATTTGAGTTTACTTA [20]
RflaR CGGTCTCTGTATGTTATGAGGTATTACC [20]
白化瘤胃球菌
犚.犪犾犫狌狊
RalbF CAAGTCGAACGAGCGAAAGAG [21]
RalbR CCCGTCCGCCACTAGCTA [21]
琥珀酸丝状杆菌
犉.狊狌犮犮犻狀狅犵犲狀
FsucF GTTCGGAATTACTGGGCGTAAA [20]
FsucR CGCCTGCCCCTGAACTATC [20]
溶纤维丁酸弧菌
犅.犳犻犫狉犻狊狅犾狏犲狀
BfibF TAACATGAGAGTTTGATCCTGGCTC [21]
BfibR CGTTACTCACCCGTCCGC [21]
1.3 数据分析
试验取得的数据经Excel2003初步统计处理后,采用SPSS17.0统计软件对梅山和长白母猪粪样中纤维降
解菌数量进行独立样品狋检验,对体外发酵试验样品进行二因素(接种物来源和底物种类)方差分析。数据以平
均数±标准差(means±SEM)表示,犘<0.05表示差异显著。
2 结果与分析
2.1 梅山母猪与长白母猪粪样微生物体外发酵8种底物体外产气模式
发酵96h有机物校正产气量(organicmattercumulativevolume,OMCV)、发酵产气量达最大产气量一半的
101第22卷第3期 草业学报2013年
时间(T1/2)、最大发酵速率(犚max)和达到最大发酵速率的时间(犜max)均极显著受底物来源影响(犘<0.01),各底
物间除木聚糖与玉米芯渣差异不显著(犘>0.05),其余各组间OMCV均差异显著(犘<0.05)(表2)。OMCV和
犜max受接种物母猪品种极显著影响(犘<0.01),T1/2受母猪品种影响差异显著(犘<0.05),而犚max在两品种间无显
著差异(犘>0.05),T1/2和犜max存在极显著的品种与底物互作效应 (犘<0.01)。以同一纤维底物比较梅山和长白
母猪接种物发现,长白母猪粪样微生物发酵麸皮、木聚糖和苜蓿的OMCV显著高于梅山猪。
表2 梅山母猪与长白母猪粪样微生物体外发酵8种底物体外产气模式
犜犪犫犾犲2 犐狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀犵犪狊狆狉狅犱狌犮狋犻狅狀犽犻狀犲狋犻犮狊狅犳犲犻犵犺狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犻犫犲狉狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊
犫狔犳犲犮犪犾犻狀狅犮狌犾犪犳狅狉犿犕犲犻狊犺犪狀犪狀犱犔犪狀犱狉犪犮犲狊狅狑狊
底物Substrates 品种Pigbreeds OMCV(mL/g) T1/2(h) 犜max(h) 犚max(mL/h)
麸皮 Wheatbran 长白Landrace 202.658a 21.764a 9.411A 6.256a
梅山 Meishan 177.576b 23.524b 16.047B 5.582a
果胶Pectin 长白Landrace 182.314a 47.141A 13.744a 2.993A
梅山 Meishan 160.338a 64.732B 21.643b 2.505B
菊粉Inilin 长白Landrace 248.015a 46.991a 31.996A 3.993a
梅山 Meishan 227.647a 48.483a 35.994B 4.496a
麦壳 Wheathul 长白Landrace 93.440a 36.993a 2.129a 2.739a
梅山 Meishan 76.806a 22.025a 5.951a 2.554a
木聚糖Xylan 长白Landrace 59.441a 77.625a 1.177a 1.207a
梅山 Meishan 47.606b 88.982a 2.403a 0.962b
苜蓿Alfalfa 长白Landrace 115.755a 31.802A 6.027a 3.016a
梅山 Meishan 91.732b 28.329B 11.560b 2.322a
纤维素Celulose 长白Landrace 30.990a 40.136a 0.656A 0.912A
梅山 Meishan 24.839a 35.104a 3.476B 0.753B
玉米芯渣 Maizepulp 长白Landrace 61.117b 34.270a 8.851a 2.774a
梅山 Meishan 58.020b 62.234b 6.625a 1.086a
平均值标准误SEM 10.395 2.961 1.521 0.252
犘值犘value 品种Breed 0.000 0.044 0.000 0.057
底物Substrate 0.000 0.000 0.000 0.000
互作Interaction 0.548 0.001 0.003 0.497
 OMCV:有机物校正产气量 Organicmattercumulativevolume;T1/2:产气量达到总产气量一半的时间 Halftimeofasymptoticgasproduction;
犚max:最大产气速率 Maximalrateofgasproduction;犜max:达到最大产气速率的时间Timeofoccurrenceof犚max。同一底物不同品种数据含不同小写
字母表示差异显著(犘<0.05);含不同大写字母表示差异极显著(犘<0.01)。Thedifferentsmallettersmeansignificantdifferenceat犘<0.05,the
differentcapitallettersmeansignificantdifferenceat犘<0.01.下同。Thesamebelow.
2.2 发酵96h终末产物中挥发性脂肪酸(VFA)浓度
纤维底物类型极显著影响体外发酵96h终末产物中乙酸、丙酸、丁酸和总VFA浓度(犘<0.01)(表3)。乙
酸和总VFA极显著受接种物母猪品种影响(犘<0.01),而丙酸和丁酸无显著差异(犘>0.05)。乙酸和总VFA
存在品种与底物互作效应(犘<0.05)。以同一纤维底物比较梅山和长白母猪接种物发现,长白母猪粪样微生物
发酵麸皮、果胶、麦壳和苜蓿所产乙酸和总VFA均显著高于梅山猪。
2.3 梅山和长白母猪粪样细菌DGGE分析
利用DGGE技术对梅山与长白母猪粪样细菌区系进行分析,2个品种母猪粪样的图谱中有很多共有条带,
未发现图谱中存在品种特有的条带(图1A)。进一步对DGGE图谱进行相似性分析,梅山母猪粪样菌群和长白
母猪的相似性较高,超过65%,聚类分析未将两品种猪样品归于不同簇(图1B)。
201 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
表3 梅山猪与长白猪母猪粪样微生物体外发酵8种底物的96犺终末犞犉犃浓度
犜犪犫犾犲3 犞犉犃犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊犻狀犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀犲狀犱狆狉狅犱狌犮狋狊狅犳犲犻犵犺狋犱犻犳犳犲狉犲狀狋狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊
犫狔犳犲犮犪犾犻狀狅犮狌犾犪犳狉狅犿犕犲犻狊犺犪狀犪狀犱犔犪狀犱狉犪犮犲狊狅狑狊
底物
Substrates
品种
Pigbreeds
乙酸
Acetate(mmol/L)
丙酸
Propionate(mmol/L)
丁酸
Butyrate(mmol/L)
总VFA
TotalVFA(mmol/L)
麸皮 Wheatbran 长白Landrace 30.811A 3.822a 9.663a 44.296A
梅山 Meishan 20.779B 3.621a 10.128a 34.527B
果胶Pectin 长白Landrace 69.039a 5.334a 5.408a 79.782a
梅山 Meishan 51.197b 5.533a 4.174a 60.894b
菊粉Inilin 长白Landrace 60.831a 10.381a 12.665a 83.878a
梅山 Meishan 55.629a 6.005a 9.975a 71.609a
麦壳 Wheathul 长白Landrace 24.607a 2.799a 3.479a 30.886a
梅山 Meishan 18.228a 2.836a 3.468a 24.518b
木聚糖Xylan 长白Landrace 24.206a 2.097a 1.859a 28.162a
梅山 Meishan 19.058a 3.077a 2.127a 24.262a
苜蓿Alfalfa 长白Landrace 33.437a 4.544a 2.905a 40.885a
梅山 Meishan 25.546b 5.596a 3.268a 34.441b
纤维素Celulose 长白Landrace 13.159a 1.279a 0.769a 15.207a
梅山 Meishan 8.324a 1.018a 0.544a 9.882a
玉米芯渣 Maizepulp 长白Landrace 14.467a 1.793a 1.792a 18.050a
梅山 Meishan 10.286a 1.708a 1.241a 13.236a
平均值标准误SEM 1.833 1.081 0.825 0.242
犘值犘value 品种Breed 0.000 0.543 0.280 0.000
底物Substrate 0.000 0.000 0.000 0.000
互作Interaction 0.014 0.305 0.572 0.035
图1 梅山与长白母猪粪样细菌菌群犇犌犌犈图谱(犃)和相似性聚类图(犅)
犉犻犵.1 犇犌犌犈狆狉狅犳犻犾犲狊(犃)犳狉狅犿犫犪犮狋犲狉犻犪犻狀犳犲犮犲狊狅犳犕犲犻狊犺犪狀犪狀犱犔犪狀犱狉犪犮犲狊狅狑狊犪狀犱狊犻犿犻犾犪狉犻狋狔犪狀犪犾狔狊犻狊(犅)
M:标准DNAMarker;M1~M5:梅山母猪 Meishansows;L1~L5:长白母猪Landracesows.
301第22卷第3期 草业学报2013年
2.4 RealtimePCR定量分析粪样中各细菌数
梅山母猪粪样中的总细菌数量显著高于长白母猪(犘=0.045),梅山母猪粪样中溶纤维丁酸弧菌的拷贝数有
高于长白母猪的趋势(犘=0.091)(表4)。而2个品种母猪间拟杆菌门、产琥珀酸丝状杆菌、黄化瘤胃球菌和白化
瘤胃球菌拷贝数差异均不显著(犘>0.05)。对各菌群在总菌比例进行分析显示,除梅山母猪粪样中溶纤维丁酸
弧菌占总菌比例有高于长白母猪的趋势(犘=0.091),其他所测菌群占总菌比例在2个品种母猪间差异均不显著
(犘>0.05)。
表4 梅山与长白母猪粪样中总细菌和主要纤维降解菌16犛狉犚犖犃基因拷贝数及占总细菌比例
犜犪犫犾犲4 犙狌犪狀狋犻狋犪狋犻狏犲狉犲犪犾狋犻犿犲犘犆犚犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳16犛狉犚犖犃犵犲狀犲犮狅狆犻犲狊狅犳狋狅狋犪犾犫犪犮狋犲狉犻犪犪狀犱犿犪犻狀犳犻犫犲狉犱犲犵狉犪犱犻狀犵犫犪犮狋犲狉犻犪
犻狀狋犺犲犳犲犮犪犾狊犪犿狆犾犲狊狅犳犕犲犻狊犺犪狀犪狀犱犔犪狀犱狉犪犮犲狊狅狑狊犪狀犱狋犺犲犻狉狆狉狅狆狅狉狋犻狅狀狊犻狀狋狅狋犪犾犫犪犮狋犲狉犻犪
菌群Bacterialgroups
16S核糖体RNA基因拷贝数
16SrRNAgene(Log10copies/g)
梅山 Meishan 长白Landrace
犘 值
犘value
占总菌比例
Proportionintotalbacteria(%)
梅山 Meishan 长白Landrace
犘 值
犘value
总细菌Totalbacteria 11.12±0.17 10.83±0.15 0.045 - - -
拟杆菌门Bacteroidetes 10.16±0.37 9.92±0.33 0.350 12.170±5.314 13.350±6.219 0.783
琥珀酸丝状杆菌犉.狊狌犮犮犻狀狅犵犲狀犲狊 9.22±0.42 8.43±0.97 0.253 1.587±1.258 2.065±3.539 0.835
黄化瘤胃球菌犚.犳犾犪狏犲犳犪犮犻犲狀狊 8.61±0.54 9.01±1.24 0.576 0.516±0.350 4.364±3.786 0.783
白化瘤胃球菌犚.犪犾犫狌狊 6.49±0.37 6.20±0.09 0.176 0.003±0.002 0.003±0.001 0.818
溶纤维丁酸弧菌犅.犳犻犫狉犻狊狅犾狏犲狀 9.96±0.28 9.56±0.29 0.091 8.678±5.670 7.513±7.895 0.091
3 讨论
利用体外发酵产气量方法研究的基础是微生物降解利用纤维底物会产生气体,这个气体可能包括微生物直
接利用降解纤维产生的气体和生成VFA时伴随的CO2 气体的释放[22],所以产气量的数值与纤维被降解的数量
及生成VFA的摩尔比例有关,但是这两者很难区分开。基于这2种气体释放都是直接与纤维降解利用有关,一
般仍把某个时间的累积产气量当作微生物活性的指标[12]。本试验研究发现,至96h体外发酵结束,长白猪粪样
微生物发酵大多数纤维底物的累积产气量均显著高于梅山猪,且发酵产生乙酸和总VFA浓度也显著高于梅山
猪,这些结果提示,长白母猪肠道微生物降解利用纤维的能力不一定低于梅山母猪,这和Yen等[5]研究发现的梅
山猪对粗纤维的降解也未比杜洛克×大白猪高结果相似。
本研究所用底物中麦壳、苜蓿、麸皮、玉米芯渣为常见的纤维饲料原料,由各组不同纤维类型组成。产气量从
高到低依次为麸皮>苜蓿>麦壳>玉米芯渣,通过分析底物的营养成分发现(表5),麸皮的粗纤维含量在4种底
物中最低,而无氮浸出物最高,因此,麸皮组的OMCV最高,产气速度最快。尽管苜蓿中也有较高的粗纤维素含
量,但粗蛋白和无氮浸出物含量明显高于麦壳和玉米芯渣,所以微生物利用发酵产气也较麦壳和玉米芯渣高。玉
米芯渣的中性洗涤纤维含量最高,粗蛋白和无氮浸出物等易发酵有机物含量低,因此,微生物利用发酵产气量最
低。本研究发现,2个品种母猪粪样微生物发酵麸皮和苜蓿产生气体量、产气速度以及产生乙酸和总挥发性脂肪
酸存在显著差异,然而发酵麦壳和玉米芯渣时差异则较小,这可能是因为2个品种母猪微生物在利用易发酵有机
物上存在差异,而非利用纤维物质上,这也与本研究发现的2个品种母猪粪样中主要纤维降解菌无显著差异相吻
合。在4种纯底物中,产气量从高到低依次为菊粉>果胶>木聚糖>纤维素,符合可溶性纤维>半纤维素>纤维
素的规律,这与Sunvold等[23]和Awati等[24]报道结果一致。
微生物利用不同底物发酵产生的VFA主要包括乙酸、丙酸和丁酸。本研究中,8种底物发酵产生的VFA中
均以乙酸产生量最大,这与Schneider等[25]报道的结果一致,纤维类有机物更趋向于乙酸发酵,并且,对于不同底
物的发酵产生VFA,2个品种母猪间差异也主要表现在乙酸方面。
401 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
表5 纤维底物的成分
犜犪犫犾犲5 犖狌狋狉犻犲狀狋犮狅犿狆狅狊犻狋犻狅狀狊狅犳狋犺犲犱犻犳犳犲狉犲狀狋犳犻犫犲狉狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊 %
纤维底物Fibersubstrates 粗蛋白CP 乙醚浸提物EE 粗灰分Ash 粗纤维CF 中性洗涤纤维NDF 酸性洗涤纤维ADF
麦壳 Wheathul 4.54 0.67 11.73 33.15 55.07 27.12
苜蓿Alfalfa 18.07 1.60 7.54 26.38 35.75 25.31
麸皮 Wheatbran 15.48 2.54 7.53 13.02 29.39 9.07
玉米芯渣 Maizepulp 2.32 0.44 2.92 30.98 75.35 36.42
 CP:Crudeprotein;EE:Etherextract;CF:Crudefiber;NDF:Neutraldetergentfiber;ADF:Aciddetergentfiber.
本研究利用DGGE技术比较梅山母猪和长白母猪粪样菌群图谱发现,2种基因型母猪间并没有显著差异,
同时realtimePCR分析也表明梅山母猪和长白母猪粪样中拟杆菌门数量没有显著差异,这与在小鼠、猪和人方
面的研究报道的肥胖型宿主肠道内拟杆菌门数量和占总菌比例均低于普通宿主不一致[19]。其可能原因是2种
猪生长在相同的环境中,饲喂同样的日粮,而很多研究已表明,日粮和环境是决定菌群结构差异的最重要因
素[26]。另一可能原因是DGGE技术只能对样品中的优势菌群进行分析,占总菌比例低于1%的菌群通常被忽
略[14]。本研究发现,梅山和长白母猪粪样中的拟杆菌、产琥珀酸丝状杆菌、黄化瘤胃球菌、白化瘤胃球菌和溶纤
维丁酸弧菌等主要纤维降解菌差异均不显著。Yen等[5]利用最大可能计数法分析也发现,梅山猪粪样中纤维降
解菌与杜洛克×大白猪差异不显著,其数量为每g粪样106,而本研究利用定量PCR检测的数量显著高于这一结
果,这表明,利用传统培养手段会低估纤维降解菌的数量。
本研究结果说明,我国的地方猪种较外来品种猪耐受粗饲的原因并不是有更多的纤维降解菌从而具备更高
的纤维降解能力。当前,纤维在单胃动物肠道健康方面的作用已经受到重视,猪肠道纤维降解菌群研究近年来也
逐渐受到关注。尽管本研究发现梅山母猪和长白母猪粪样中主要纤维降解菌数量并没有显著差异,但在不同品
种猪肠道微生物降解纤维产物对宿主代谢作用的深层机制还有待进一步探索。
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601 ACTAPRATACULTURAESINICA(2013) Vol.22,No.3
犃犮狅犿狆犪狉犻狊狅狀狅犳犻狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊狅犳犲犻犵犺狋犳犻犫犲狉狊狌犫狊狋狉犪狋犲狊
犫狔犳犪犲犮犪犾犿犻犮狉狅犫犻狅狋犪犳狉狅犿犕犲犻狊犺犪狀犪狀犱犔犪狀犱狉犪犮犲狊狅狑狊
AILixia,SUYong,ZHU Weiyun
(LaboratoryofGastrointestinalMicrobiology,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210095,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:犐狀狏犻狋狉狅fermentationcharacteristicsofdifferentfibersubstratesbyfaecalmicrobiotaandfiberde
gradingbaceriainfaecesfrom MeishanandLandracesowswerecompared.Freshfaecesfrom Meishanand
Landracesowswerecolectedandusedasinoculuminan犻狀狏犻狋狉狅fermentationtest.Eightdifferentsubstrates,
(pectin,celulose,xylan,inilin,wheathul,wheatbran,maizepulp,andalfalfa)wereusedinthetest.After
96hfermentation,gasproductionwasrecorded,andgassamplescolectedtodetermineVFAconcentrations.
TotalbacterialDNAwasextractedandusedforDGGEandrealtimePCRtoanalysemicrobiotacomposition
andthemainfiberdegradingbacteria.Cumulativegasproduction,concentrationofacetateandoftotalVFAs
weresignificantlyhigher(犘<0.05)whenthefaecesfromLandracesowswereusedasinoculumascompared
withthosefromMeishansows.Therewasnosignificant(犘>0.05)differenceintheconcentrationsofpropio
nateandbutyratebetweenthetwobreeds.T1/2andTmaxweresignificantlylower(犘<0.05)inLandracesows
thaninMeishansows.Theorderofdegradabilityofalsubstrateswas:inulin>wheatbran>pectin>alfafa>
wheathul>maizepulp>xylan>celulose.DGGEanlysisoftotalbacterialcommunitiesshowedthatthere
werenopigbreedspecificbandsintheprofilesfromthefaecesofthetwobreeds.RealtimePCRanalysis
showedthatthe16SrRNAgenecopiesoftotalbacteriainfaecesofMeishansowsweresignificantly(犘<0.05)
higherthanthoseinLandracesows,whiletherewasnosignificant(犘>0.05)differenceinthe16SrRNAgene
copiesofBacteroidetes,犉犻犫狉狅犫犪犮狋犲狉狊狌犮犮犻狀狅犵犲狀犲狊,犚狌犿犻狀狅犮狅犮犮狌狊犳犾犪狏犲犳犪犮犻犲狀狊and犚狌犿犻狀狅犮狅犮犮狌狊犪犾犫狌狊andtheir
proportionswithinthetotalbacterialpopulation.Althoughtherewasnosignificantdifferenceinthenumbers
ofmainfiberdegradingbacteriabetweenMeishanandLandracesows,theLandracesowsmayhaveastronger
abilitytodegradefiberascomparedtoMeishansows.
犓犲狔狑狅狉犱狊:Meishansow;Landracesow;fiberdegradingbacteria;16SrRNAgene
701第22卷第3期 草业学报2013年