荷斯坦奶牛胃腸道細菌菌群組成與功能的研究.pdf

1、荷斯坦奶牛是目前世界奶產(chǎn)量最高的奶牛品種，其產(chǎn)奶量與機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收密切相關(guān)，而奶牛的胃腸道微生物在機體對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收過程中起到重要作用，因此，深入研究奶牛胃腸道內(nèi)各區(qū)段的微生物茵群組成與功能，對于探明奶牛的微生物消化機制有重要意義。為進一步闡明奶牛胃腸道微生物組成結(jié)構(gòu)，本文探究了荷斯坦奶牛全胃腸道內(nèi)容物以及黏膜上細菌菌群的組成、結(jié)構(gòu)及功能，并進一步運用代謝組學技術(shù)探究瘤胃、空腸和結(jié)腸內(nèi)化合物組成上的差異，研究內(nèi)容包括以下四個方面

2、。
　　1荷斯坦奶牛胃腸道內(nèi)容物細菌菌群組成與功能的研究
　　本章旨在研究荷斯坦奶牛胃腸道（瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結(jié)腸和直腸）內(nèi)容物內(nèi)細菌菌群的組成、結(jié)構(gòu)及功能。試驗選用6頭健康的荷斯坦奶牛，進行為期83天的飼養(yǎng)，在第84天屠宰并采集胃腸道內(nèi)容物樣品，進行DNA提取及高通量測序。結(jié)果顯示:瓣胃內(nèi)容物的pH值顯著低于其它部位(P＜0.05);小腸內(nèi)容物的VFA濃度顯著低于胃和大腸(P＜0.05);

3、胃內(nèi)細菌菌群的多樣性指數(shù)Shannon及豐度指數(shù)Chao1顯著高于腸道(P＜0.05);在門水平上，厚壁菌門、擬桿菌門及變形菌門的相對豐度顯著高于其它菌門(P＜0.05);屬水平上，胃內(nèi)普雷沃氏菌屬、unclassified Ruminococcaceae，unclassified Bacteroidales和unclassifiedRikenellaceae的相對豐度顯著高于其它部位(P＜0.05);胃內(nèi)細菌菌群具有碳水化合物代謝功能

4、基因的相對豐度顯著高于其它部位(P＜0.05)。結(jié)果說明，荷斯坦奶牛不同區(qū)段胃腸道內(nèi)容物內(nèi)細菌菌群的組成、結(jié)構(gòu)、多樣性及功能存在顯著性差異。
　　2荷斯坦奶牛胃腸道黏膜細菌菌群組成與功能的研究
　　本章旨在研究附著在荷斯坦奶牛胃腸道（瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結(jié)腸和直腸）黏膜上細菌菌群的組成、結(jié)構(gòu)及功能。試驗采集第一章試驗動物的全胃腸道黏膜樣品，進行DNA提取以及高通量測序。結(jié)果顯示:胃內(nèi)容物中細菌

5、菌群Chao1指數(shù)和OTU數(shù)顯著高于小腸(P＜0.05)，除瓣胃和盲腸外，各部位的Shannon指數(shù)沒有顯著差異(P＜0.05);在門水平上，厚壁菌門、擬桿菌門及變形菌門的相對豐度顯著高于其它菌門(P＜0.05);在屬水平上，小腸樣品中不動桿菌屬的相對豐度顯著高于胃(FDR＜0.05)，密螺旋體屬是盲腸和結(jié)腸黏膜中的優(yōu)勢菌屬，普氏菌屬在瓣胃和皺胃黏膜中相對豐度更大;附著在十二指腸黏膜上的細菌菌群內(nèi)具有氨基酸代謝功能基因的相對量顯著高于胃

6、和大腸(FDR＜0.001)，且皺胃和瓣胃中細菌菌群內(nèi)有關(guān)碳水化合物代謝功能基因的相對豐度明顯更高。結(jié)果說明，附著在荷斯坦奶牛各胃腸道黏膜上細菌菌群的組成、結(jié)構(gòu)及功能存在顯著性差異，而大部分胃腸道區(qū)段細菌菌群的多樣性差異不顯著。
　　3荷斯坦奶牛胃腸道內(nèi)容物和黏膜細菌茵群組成與功能的比較
　　本章旨在比較荷斯坦奶牛胃腸道（瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃、皺胃、十二指腸、空腸、回腸、盲腸、結(jié)腸和直腸）內(nèi)容物和黏膜菌群的組成、結(jié)構(gòu)和功能的差異

7、。結(jié)果顯示:瘤胃、網(wǎng)胃和腸道內(nèi)容物內(nèi)細菌苗群的多樣性顯著高于其黏膜樣品(P＜0.05);內(nèi)容物和黏膜的優(yōu)勢菌門均為厚壁菌門、擬桿菌門及變形菌門;小腸中內(nèi)容物內(nèi)unclassified Enterobacteriaceae的相對豐度顯著高于其黏膜(FDR＜0.001)，然而黏膜中不動桿菌屬的相對豐度則顯著高于其內(nèi)容物(FDR＜0.001);大腸內(nèi)容物中unclassified Peptostreptococcaceae，Turicibac

8、ter和梭菌屬的相對豐度顯著高于黏膜(FDR＜0.001)，而密螺旋體屬和unclassified Ruminococcaceae的相對豐度卻顯著低于黏膜(FDR＜0.001);除皺胃和十二指腸外，其余部位內(nèi)容物中總菌數(shù)量均顯著高于黏膜(P＜0.001);黏膜菌群內(nèi)具有氨基酸代謝功能基因的相對豐度顯著高于內(nèi)容物菌群(FDR＜0.001)，而內(nèi)容物細菌菌群具有碳水化合物代謝功能基因的相對豐度較黏膜更高(FDR＜0.001)。結(jié)果表明，奶牛

9、胃腸道各區(qū)段中內(nèi)容物和黏膜附著菌群的組成、結(jié)構(gòu)、多樣性及功能存在一定差異。
　　4荷斯坦奶牛瘤胃、空腸和結(jié)腸內(nèi)化合物組成的研究
　　本章旨在運用GC-MS代謝組學技術(shù)，比較了荷斯坦奶牛瘤胃、空腸和結(jié)腸內(nèi)化合物組成上的差異。試驗動物同上，在第84天屠宰時采集瘤胃、空腸和結(jié)腸的內(nèi)容物樣品，立即測定pH，同時分析瘤胃、空腸和結(jié)腸內(nèi)容物中化合物組成上的差異。結(jié)果顯示，試驗共檢測到132種化合物，包括氨基酸類、有機酸類、胺類、糖類、脂

10、肪酸類、嘌呤類、嘧啶類及糖醇類等;瘤胃pH值和氨基酸類化合物的種類均顯著低于腸道(P＜0.001);對三組樣本內(nèi)共有化合物的通路富集分析結(jié)果顯示，這些化合物主要涉及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸生物合成;對差異化合物的分析結(jié)果顯示，差異化合物主要涉及精氨酸和脯氨酸代謝;苯丙氨酸代謝，亞油酸代謝，酪氨酸代謝，β-丙氨酸代謝，纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成以及淀粉和蔗糖代謝。結(jié)果說明，瘤胃和腸道內(nèi)主要化合物的種類存在差異，三部位食糜內(nèi)共有化合物