腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬生長的影響

姜春陽，董玉蘭

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京　100193；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京　100193）

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腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬生長的影響

姜春陽1，董玉蘭2*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，北京100193；2.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，北京100193）

摘要：腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬的生長及健康具有重要意義，仔豬斷奶引起的腸道環(huán)境變化及日糧改變對(duì)腸道的影響，均能導(dǎo)致仔豬腸道微生物區(qū)系發(fā)生很大程度的改變，影響仔豬生長。文章就腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬生長過程中的影響作以簡述。

關(guān)鍵詞：微生物區(qū)系；仔豬；生長

隨著早期斷奶技術(shù)的廣泛應(yīng)用，我國大中型豬場仔豬普遍的斷奶期為出生后3～4周。仔豬斷奶后，隨著日糧、環(huán)境的一系列改變，腸道內(nèi)的微生物區(qū)系也發(fā)生明顯變化，而這種腸道微生物區(qū)系的變化，對(duì)仔豬的生長及健康狀況影響顯著[1-3]。仔豬腸道微生物并非與生俱來，各種微生物區(qū)系的出現(xiàn)以及形成的完整平衡微生態(tài)系統(tǒng)，是仔豬出生后通過接觸母體、周圍環(huán)境、采食以及微生物與宿主之間相互適應(yīng)與選擇，逐漸在腸道內(nèi)形成的復(fù)雜系統(tǒng)[4]?；跓o菌動(dòng)物模型，腸道微生物對(duì)腸道黏膜形成及免疫系統(tǒng)功能建立均具有重要促進(jìn)作用[5]。本文從仔豬腸道微生物區(qū)系的形成特點(diǎn)，對(duì)仔豬腸道發(fā)育及免疫的影響及調(diào)控微生物區(qū)系的研究進(jìn)展方面作以概述，旨在為養(yǎng)豬業(yè)中健康飼養(yǎng)斷奶仔豬提供科學(xué)依據(jù)。

1　仔豬腸道微生物區(qū)系的形成及特點(diǎn)

仔豬腸道微生物區(qū)系的形成經(jīng)過了從無到有，從競爭到穩(wěn)定的一系列復(fù)雜過程。仔豬通過最初與母體產(chǎn)道、母體糞便以及周圍環(huán)境中各種微生物的接觸，使得其中一部分微生物成為了自身腸道內(nèi)最早的定植菌，腸道也從無菌狀態(tài)逐漸被各種細(xì)菌所寄生[6]。最初由于腸道內(nèi)環(huán)境中氧氣充足，更適合需氧菌的生存，仔豬腸道內(nèi)的定植菌最早多為需氧菌[7]。這些菌群并不能長時(shí)間存在于仔豬的腸道內(nèi)，隨著腸道內(nèi)氧氣不斷地被需氧菌消耗，需氧菌的增殖受到抑制，無法形成固定的微生物區(qū)系。同時(shí)，腸桿菌、腸球菌、葡萄球菌等兼性厭氧菌開始不斷進(jìn)入定植，使周圍環(huán)境中的氧氣進(jìn)一步被消耗，從而形成厭氧的環(huán)境，同時(shí)也影響了消化道pH，氧化還原電位，創(chuàng)造了更適合厭氧菌定植的條件[8]。最終使得厭氧菌成為優(yōu)勢(shì)菌群定植于初生仔豬的腸道內(nèi)，形成固定的微生物區(qū)系。研究表明，在仔豬出生后的48 h內(nèi)，這種以厭氧菌為核心菌群的微生物區(qū)系基本建立完成，此種腸道內(nèi)的菌群平衡直至斷奶時(shí)才會(huì)發(fā)生再次的改變[9]。

仔豬斷奶時(shí)，日糧由母乳到飼料的改變會(huì)顯著影響腸道內(nèi)微生物區(qū)系的平衡[1,10-11]。仔豬斷奶前形成的乳酸桿菌區(qū)系明顯下降。斷奶前仔豬腸道食糜中乳酸菌數(shù)量級(jí)可達(dá)到107～9cfu·g-1，而在斷奶后的兩周內(nèi)，腸道乳酸菌數(shù)量下降13％～18％，與此同時(shí)，芽孢桿菌、雙歧桿菌及鏈球菌等厭氧菌群也出現(xiàn)不同程度的下降[9,12]。當(dāng)這些維持健康平衡的微生物區(qū)系被破壞后，再加上飼糧中外源菌的進(jìn)入，使得大腸桿菌、沙門菌等致病菌數(shù)量增加。但隨著仔豬腸道的發(fā)育及對(duì)日糧的適應(yīng)，腸道內(nèi)的微生物區(qū)系會(huì)在斷奶后的1～3周內(nèi)重新排布，形成新的微生物區(qū)系平衡，此時(shí)腸道菌群區(qū)系類似于成年動(dòng)物，并隨生長時(shí)間的延長而逐漸穩(wěn)定。

小腸前段主要定植乳酸桿菌、鏈球菌、雙歧桿菌及腸桿菌等兼性厭氧的微生物區(qū)系；盲腸則主要定植以革蘭氏陰性菌為主的轉(zhuǎn)型厭氧菌；大腸內(nèi)則出現(xiàn)以乳桿菌屬、鏈球菌屬、梭菌屬等為主的多種微生物區(qū)系共存的狀態(tài)[13]。

2　腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬生長的影響

2.1腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬腸道發(fā)育的影響

仔豬腸道微生物區(qū)系是維持腸道穩(wěn)定的必要條件之一，隨著仔豬斷奶后微生物區(qū)系的變化，腸道的結(jié)構(gòu)和功能都會(huì)發(fā)生顯著變化[12,14]。具體表現(xiàn)為仔豬斷奶前，空腸在其原有的乳酸菌區(qū)系保護(hù)下，具有更高的絨毛、更淺的隱窩和更大的絨毛高度與隱窩深度比，而在斷奶后，隨著腸道微生物區(qū)系的變化，腸道完整性也受到一定程度的影響，造成腸道絨毛萎縮，隱窩增生，絨毛高度與隱窩深度比降低，原有的腸上皮屏障受損[15]。自仔豬出生至斷奶前，其十二指腸、空腸以及回腸發(fā)育迅速，適宜的腸道微生物菌群可保護(hù)并促進(jìn)腸黏膜下層螺旋及環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成以及小腸的吸收面積[16]。此外，各種腸道微生物也會(huì)在仔豬的大腸內(nèi)形成特定的區(qū)系，增加大腸容重量及黏膜重量。與小腸內(nèi)微生物區(qū)系不同的是，大腸內(nèi)的微生物區(qū)系更傾向于發(fā)酵利用日糧中的纖維成分。

2.2腸道微生物區(qū)系對(duì)仔豬免疫功能的影響

在仔豬腸道的不同區(qū)域分布的多種微生物區(qū)系，不僅具有保護(hù)腸黏膜、抑制有害菌定植的作用，同時(shí)也會(huì)調(diào)整仔豬自身的免疫機(jī)能，預(yù)防疾病的發(fā)生。腸道內(nèi)分布適宜的腸道微生物區(qū)系，可促進(jìn)宿主的免疫應(yīng)答，誘導(dǎo)T細(xì)胞、B細(xì)胞及巨噬細(xì)胞活化，從而增強(qiáng)仔豬的特異性及非特異性免疫，促使腸道內(nèi)淋巴細(xì)胞活化，增強(qiáng)機(jī)體的體液免疫和細(xì)胞免疫能力[17]。與正常動(dòng)物相比，無菌模式下飼養(yǎng)的動(dòng)物，其免疫細(xì)胞產(chǎn)物及細(xì)胞類型均出現(xiàn)異常，IgG和IgA水平顯著降低（P<0.05）[18]。與此同時(shí)，局部淋巴結(jié)構(gòu)及相應(yīng)功能也出現(xiàn)不同程度的缺陷，淋巴濾泡成熟率顯著下降（P<0.05）[19]。腸道微生物被腸上皮細(xì)胞抗原傳遞給免疫細(xì)胞，為仔豬免疫系統(tǒng)提供其免疫耐受范圍內(nèi)的刺激，同時(shí)仔豬的免疫系統(tǒng)則“反饋性”的控制腸道內(nèi)的微生物區(qū)系，防止其過度增殖或遷移。研究表明，腸道內(nèi)的乳酸菌區(qū)系可以調(diào)控CD4+細(xì)胞因子的生物活性，進(jìn)而影響T細(xì)胞的分化[20]。此外，乳酸菌還可特異性調(diào)控樹突狀細(xì)胞的識(shí)別功能，影響免疫細(xì)胞因子平衡及自然殺傷性細(xì)胞的活性[21]。腸球菌區(qū)系則可調(diào)控CD4+、CD8+細(xì)胞因子及IgG水平，從而影響仔豬免疫[22]。雙歧桿菌區(qū)系同樣可通過增強(qiáng)細(xì)胞因子和抗體的產(chǎn)生提高自然殺傷細(xì)胞及巨噬細(xì)胞活性[24]。

3　調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道微生物區(qū)系的研究進(jìn)展

斷奶前仔豬主要通過母乳維持生長，日糧來源固定且單一，故采食對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響不大。斷奶仔豬由于日糧變化及斷奶應(yīng)激會(huì)顯著影響腸道的微生物區(qū)系。目前，通過日糧調(diào)控?cái)嗄套胸i腸道內(nèi)微生物區(qū)系的方法主要包括：調(diào)控日糧蛋白、調(diào)控日糧淀粉、調(diào)控日糧脂肪酸、調(diào)控日糧微量元素及添加酶制劑或益生菌等。

3.1日糧蛋白源對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響

日糧中不同蛋白源組成可影響斷奶仔豬的腸道微生物數(shù)量及組成，調(diào)節(jié)日糧中氨基酸組成也可影響腸道微生物區(qū)系[4]。研究表明，日糧中添加酪蛋白可顯著改善腸道內(nèi)乳酸桿菌、雙歧桿菌以及芽孢桿菌區(qū)系，增加腸道菌群的活性；在分別以發(fā)酵豆粕與魚粉作為斷奶仔豬日糧蛋白源的研究中發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬采食發(fā)酵豆粕組的腹瀉率顯著地低于魚粉組（P<0.05）[24]。其原因可能在于斷奶仔豬的消化能力較弱，不能完全利用魚粉中的蛋白質(zhì)，使之進(jìn)入仔豬腸道中大腸桿菌較多的區(qū)段，同時(shí)，魚粉的氨基酸組成與大腸桿菌等致病菌所需的更接近，從而造成了大腸桿菌的增加，引起仔豬腹瀉。

3.2日糧淀粉源對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響

單胃動(dòng)物所需能量主要來源于飼料中的淀粉等多糖。不同飼糧源的淀粉組成也具有不同的特點(diǎn)，腸道及腸道微生物可利用的淀粉主要有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種形式。仔豬腸道各區(qū)段中分布的不同微生物區(qū)系對(duì)兩種形式的淀粉有著不同的利用特點(diǎn)。定植在小腸前段的微生物區(qū)系更易利用支鏈淀粉，而小腸后段的微生物區(qū)系則較易利用飼糧中的直鏈淀粉。因此，日糧淀粉源中直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例不同，可導(dǎo)致仔豬腸道微生物改變。

相振田研究表明，斷奶仔豬飼喂豌豆淀粉日糧（直鏈淀粉的比例較高）可使其十二指腸、空腸、回腸及盲腸中的乳酸桿菌、雙歧桿菌和芽孢桿菌數(shù)顯著增加（P<0.05），盲腸和結(jié)腸食糜中有害菌總數(shù)顯著降低（P<0.05），而飼喂木薯淀粉源日糧（高支鏈淀粉比例）仔豬腸道內(nèi)各區(qū)段菌群的變化則剛好相反[25]。

3.3日糧脂肪酸源對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響

研究表明，日糧不同脂肪酸的組成可影響動(dòng)物的腸道微生物數(shù)量及組成，劉忠臣在對(duì)比椰子油、豬油和魚油對(duì)盲腸的微生物數(shù)量影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，與豬油相比，椰子油和魚油可降低盲腸內(nèi)容物中的大腸桿菌數(shù)量，提高乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)量，且椰子油組效果最優(yōu)，分析其脂肪酸組成后，得出椰子油脂肪酸組成中，富含中鏈脂肪酸及部分長鏈脂肪酸，推測(cè)這些脂肪酸中的某些特定脂肪酸可能對(duì)大腸桿菌的增值存在阻斷機(jī)制，進(jìn)而減少腸道中大腸桿菌的數(shù)量，影響腸道微生物組成[26]。

3.4日糧高鋅、高銅及微生態(tài)制劑對(duì)腸道微生物區(qū)系的影響

大量研究表明，仔豬腸道微生物區(qū)系不僅受日糧蛋白、淀粉及脂肪酸等主要營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控，鋅、銅等微量元素及微生態(tài)制劑也會(huì)對(duì)仔豬腸道微生物區(qū)系產(chǎn)生顯著影響。其中，仔豬飼糧中添加高鋅會(huì)抑制仔豬胃腸道前段的乳酸菌區(qū)系的菌數(shù)，而提高腸球菌和大腸桿菌的數(shù)量[27-28]。這是由于仔豬腸道中各種微生物區(qū)系對(duì)鋅的細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)效率不同，且乳酸菌相對(duì)敏感，因此，日糧高鋅會(huì)抑制仔豬腸道前段乳酸菌的增殖數(shù)量[29]。Amacha?wadi等通過仔豬攝食高銅日糧試驗(yàn)研究表明，其腸道中含T細(xì)胞抗原受體-B抗性的腸球菌的種群數(shù)量顯著高于對(duì)照組（P<0.05）[30]。日糧中添加乳酸桿菌和芽孢桿菌也可以改善斷奶后仔豬腸道內(nèi)的微生物區(qū)系組成[31-33]。

4　小結(jié)

仔豬腸道內(nèi)不同部位分布的微生物區(qū)系有著不同的作用及特點(diǎn)，其中很多區(qū)系并非獨(dú)立存在，而是共生并相互影響著。目前，就日糧對(duì)腸道微生物區(qū)系的研究尚停留于表觀現(xiàn)象，微生物區(qū)系的調(diào)控及機(jī)制還比較模糊，在新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法學(xué)的協(xié)助下，后續(xù)研究中可以更有針對(duì)性地探求日糧對(duì)各微生物區(qū)系的影響，以便在生產(chǎn)中通過調(diào)節(jié)日糧成分，更為準(zhǔn)確地增加對(duì)斷奶仔豬健康有利的腸道微生物區(qū)系。

[參考文獻(xiàn)]

[1]徐子偉.仔豬腸道損傷修復(fù)營養(yǎng)調(diào)控及其機(jī)制和應(yīng)用[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2014,26（10）:3 033-3 045.

[2]齊珂珂,許美芳,胡向東,等.β-甘露聚糖酶對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能和免疫指標(biāo)及腸道微生物菌群的影響[J]中國畜牧雜志,2014,50（1）:54-58.

[3]高增兵,余冰,鄭萍,等.苯甲酸對(duì)仔豬腸道微生物及代謝產(chǎn)物的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2014（4）:1 044-1 054.

[4]亓宏偉.不同來源蛋白對(duì)斷奶仔豬腸道微生態(tài)環(huán)境及腸道健康的影響[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[5]Maynard C L,Elson C O,Hatton R D,et al.Reciprocal interac?tions of the intestinal microbiota and immune system[J].Nature,2012,489（7 415）:231-241.

[6]Jensen A N,Mejer H,Milbak L.The effect of a diet with fructanrich chicory roots on intestinal helminths and microbiota with spe?cial focus on Bifid bacteria and Campylobacter in piglets around weaning[J].Animal,2011,5（6）:851-860.

[7]Collins S M,Croitoru K.Pathophysiology of inflammatory bowel disease:the effect of inflammation on intestinal function[J].In?flammatory Bowel Disease from Bench to Bedside,2003,2（2）:223-234.

[8]蘭青.仔豬主要腸道菌群分布的研究和益生菌對(duì)仔豬生長發(fā)育及免疫功能的影響[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2008.

[9]Mathew A G,Robbins C M,Chattin S E,et al.Influence of galacto?syl lactose on energy and protein digestibility,enteric flora,and performance of weanling pigs[J].Journal of Animal Science,1997,75（4）:1 009-1 016.

[10]陳清華,陳鳳鳴,肖晶,等.葡萄糖氧化酶對(duì)仔豬生長性能、養(yǎng)分消化率及腸道微生物和形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2015,27（10）:3 218-3 224.

[11]葉亞玲.Ala-Gln對(duì)斷奶仔豬體液免疫及腸黏膜細(xì)胞免疫的調(diào)控作用[D].南昌:江西農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[12]朱小翠.斷奶仔豬胃腸道乳酸菌與芽孢桿菌分離鑒定及其生物學(xué)特性研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[13]Sekirov I,Russell S L,Antunes L C,et al.Gut microbiota in health and disease[J].Physiological Reviews,2010,90（3）:859-904.

[14]李德發(fā).豬的營養(yǎng)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社,2003:18-21.

[15]任曼,霍應(yīng)峰,楊鳳娟,等.仔豬斷奶前后腸道形態(tài)和相關(guān)免疫蛋白基因表達(dá)的變化[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2014,26（3）:614-619.[16]房正國.不同脂肪來源的日糧對(duì)仔豬腸道發(fā)育及腸道微生物區(qū)系的影響[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[17]Sanders M E,Allison K H,Chen Y Y,et al.PIK3CA mutations are enriched in invasive lobular carcinomas and invasive mamma?ry carcinomas with lobular features:results from a TCGA subanalysis [J].Cancer Research,2013,73（24）:5-10.

[18]Macpherson A J,Harris N L.Interactions between commensal in?testinal bacteria and the immune system[J].Nature Reviews Im?munology,2004,4（6）:478-485.

[19]Djahida B,Christophe B,Marion B,et al.Lymphoid tissue genesis induced by commensals through NOD1 regulates intestinal homeo?stasis[J].Nature,2008,456:507-510.

[20]Mazmanian S K,Liu C H,Tzianabos AO.An immunomodulatory molecule of symbiotic bacteria directs maturation of the host im?mune system [J].Cell,2005,122（1）:107-118.

[21]Fink L N,Zeuthen LH,H R,et al.Christensen distinct gut-de?rived lactic acid bacteria elicit divergent dendritic cell-mediated NK cell responses[J].International Immunology,2007,19（12）:1 319-1 327.

[22]Kuritza LN,Louren?o MC,Miglino L,et al.Effects of enterococ?cus faecium on diet in the dynamics of CD4+and CD8+cell infil?tration in the intestinal mucosa of broilers challenged with salmo?nella minnesota[J].International Journal of Poultry Science,2013,12（9）:523-528.

[23]趙桂英,曾昭文,常華,等.不同劑量的雙歧桿菌對(duì)斷奶仔豬IgG、IgA、IgM水平的影響[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2007（5）:42-43.

[24]邊連全,張宏亮,劉顯軍.發(fā)酵豆粕替換魚粉對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能和血清指標(biāo)的影響[C].東北養(yǎng)豬研究會(huì)2010學(xué)術(shù)年會(huì)論文專集,2010.

[25]相振田.飼糧不同來源淀粉對(duì)斷奶仔豬腸道功能和健康的影響及機(jī)理研究[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[26]劉忠臣.不同來源脂肪對(duì)仔豬的營養(yǎng)效應(yīng)及對(duì)攻毒的保護(hù)作用研究[D].雅安:四川農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[27]H?jbejg O,Canibe N,Poulsen HD,et al.Influence of dietary zinc oxide and copper sulfate on the gastrointestinal ecosystem in new?ly weaned piglets[J].Applied and Environmental Microbiology,2005,71（5）:2 267-2 277.

[28]沈夢(mèng)城.高銅高鋅日糧對(duì)斷奶仔豬腸道形態(tài)、組織銅鋅沉積規(guī)律及腸道微生物區(qū)系的影響[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012.

[29]Lee LJ,Barrett JA,Poole RK.Genome-wide transcriptional re?sponse of chemostat-cultured to zinc[J].Journal of Bacteriology,2005,187（3）:1 124-1 134.

[30]Amachawadi RG,Shelton NW,Shi X,et al.Selection of fecal en?terococci exhibiting tcrb-mediated copper resistance in pigs fed diets supplemented with copper[J].Applied and Environmental Microbiology,2011,77（16）:5 597-5 603.

[31]竇茂鑫,吳濤.不同類型益生素對(duì)斷奶仔豬腸道微生物區(qū)系、pH和揮發(fā)性鹽基氮的影響[J].中國畜牧獸醫(yī),2013,40（2）:84-87.

[32]楊海英,楊在賓,楊維仁,等.益生素和低聚木糖對(duì)斷奶仔豬生產(chǎn)性能、消化酶活性、血液指標(biāo)和腸道微生物的影響[J].中國獸醫(yī)學(xué)報(bào),2009,29（7）:914-919.

[33]方桂友,劉景,邵良平,等.益生素和低聚木糖對(duì)仔豬生長性能和腸道菌群的影響[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2015（1）:9-13.

Research Progress of the Effects of Intestinal Microbiota on Growth Performance in Piglets

JIANG Chunyang1,DONG Yulan2*
（1.College of Animal Science and Technology,China Agricultural University,Beijing 100193 China; 2.College of Veterinary Medicine,China Agricultural University,Beijing 100193,China）

Abstract:The intestinal microbiota is important significance to the growth and health of piglets.The change of intestinal environment caused by weaning and dietary change effect on intestinal can lead to the occurrence of intesinal flora of piglets greatly changed.This article reviewed the effect of intestinal microbiota on growth performance in piglets.

Key words:microbiota; piglet; growth

*通訊作者：E-mail:ylbcdong@cau.edu.cn。

作者簡介：姜春陽（1995-），男，黑龍江哈爾濱人，研究方向?yàn)槟c道黏膜的發(fā)育。

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（31272483；31372332）。

收稿日期：2016-01-23

中圖分類號(hào)：Q939.121；S828

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-0084（2016）03-0015-04