猪肠道微生物群落组成变化及其影响因素

杨伟平,王建刚,曹斌云

（1.洛阳师范学院生命科学学院,河南洛阳 471934；2.西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌 712100）

猪肠道微生物群落组成变化及其影响因素

杨伟平1,王建刚2,曹斌云2

（1.洛阳师范学院生命科学学院,河南洛阳 471934；2.西北农林科技大学动物科技学院,陕西杨凌 712100）

肠道微生物群不仅为宿主提供营养，也有利于维持其肠道微生态的平衡，保证肠道的健康和发育，因此，维持动物肠道微生态平衡在动物生产中具有重要的意义。动物肠道微生物容易受各种因素的影响，但通过日粮调控以及微生物调控均能得到一定的改善。本文综述了猪肠道微生物组成变化及其影响因素，旨在使人们在养猪生产中能够了解和控制这些因素，从而为肠道微生物与猪的消化代谢、肠道健康维持以及疾病预防等的研究提供帮助。

猪；肠道；微生物群落；影响因素

动物消化道的微生物群通常说可以看作是其体内的一个器官，且与宿主之间保持着互惠共生的关系，但在机体代谢的过程中，这些微生物具有宿主本身器官没有的功能，它可以消耗、储存并重新分配能量，从而保持机体的动态平衡[1]。猪是单胃动物，但和其他非反刍单胃动物一样具有发达的大肠，采食的难消化的纤维类物质、高熔点脂肪、不溶性蛋白质，以及内源性分泌物均依靠大肠中大量的复杂的微生物来进行发酵，从而产生单糖、短链脂肪酸和其他营养物质给机体提供营养[2]。而猪肠道中的微生物往往受环境和饮食等因素的影响，从而影响其肠道健康及消化吸收。本文综述了猪肠道微生物的组成变化以及影响因素，旨在为肠道微生物与猪的消化代谢、肠道健康维持以及疾病预防等的研究提供帮助。

1 猪肠道微生物的定植及组成

1.1 猪肠道微生物的定植 哺乳动物胃肠道在出生前是无菌的。从一出生，来自母体和周围环境中的微生物就开始迅速在胎儿体内定植，随着动物的年龄增长、饲养环境、采食方式以及食物形态等的变化影响其肠道微生物从一个简单的、不稳定的区系逐步发展形成一个稠密的、复杂的微生物区系[3]。Swords等[4]研究仔猪从出生到出生后120 d粪便中菌群的变化指出，仔猪在出生后12 h，结肠中细菌的数目达到109～1010CFU/g内容物，其中兼性厌氧菌，尤其是大肠杆菌菌群在微生物区系中处于优势地位；但在出生后48 h，迅速被专型厌氧菌所替代，并且其组成超过细菌总数90%，其中乳酸菌和链球菌逐渐成为肠道中的优势菌群。仔猪断奶后，其肠道菌群发生了很大的变化，可培养的细菌种类减少，拟杆菌属细菌则逐渐成为成年猪结肠中的主要的厌氧菌群，由此说明，猪肠道中的微生物的确立是逐步的，有一定顺序的，并且在胃、小肠和大肠中演替变化有一定的相似性[5]。

1.2 猪肠道微生物的组成 细菌、真菌、古菌、病毒等多种类型的微生物在单胃动物消化道内均有存在，其中细菌在消化道中占绝对优势，且主要是厌氧细菌[6]。对猪胃肠道不同区段的菌群变化研究中发现，其末端部分的细菌密度通常增加，每克肠道内容物中微生物细胞的数目高达1011～1012个，大致有400～500种微生物组成[7]。这些微生物群不仅包括革兰氏阳性菌，如耐氧的链球菌属、微需氧菌或专性厌氧的乳酸杆菌、双歧杆菌、专性厌氧的消化链球菌属、梭菌属和瘤胃球菌属、兼性厌氧的大肠杆菌属，而且还包括专性厌氧的革兰氏阴性菌，如梭杆菌属、拟杆菌属、月型单胞菌属、丁酸弧菌属、普氏菌属[8]。然而和人类相比，猪肠道微生物中可利用的信息是有限的，80%以上的细菌种类被鉴定为未知种类[9]。近年来，随着细菌非培养技术的发展，猪肠道微生物表现出更复杂和多样化。如对藏猪和瘦肉型猪盲肠中细菌群落组成的研究发现，2个不同品种猪盲肠中的细菌种类分别高达660、668种，且这些细菌均被分为15个门，分别包括70、74个属，肠道中核心菌群均表现为拟杆菌门＞厚壁菌门[8]，但猪肠道中优势菌群的分布规律在不同的研究中表现不一致[10]。

2 影响猪肠道微生物的因素

2.1 品种与年龄 猪的基因型也可能会影响猪的肠道微生物。研究发现，肥胖猪的肠道中有高丰度的厚壁菌门和低丰度的拟杆菌门[10]，并且一些特定菌群的数量会因猪的品种不同而有差异，随着猪日龄增加，优势菌的数量和丰度会发生变化。杨柳等[11]研究指出，不同年龄阶段、不同品种猪肠道中微生物的种类有高的相似性，但细菌类群的分布和数量在不同品种猪间存在较大的差异。Su等[12]研究证实，不同品种猪以及猪在不同生长阶段对其肠道微生物均有影响，但在不同品种猪之间肠道微生物差异不显著，而不同生长阶段对其肠道微生物有一定的影响。Yang等[13]对8个品种猪肠道微生物组成的差异进行研究表明，不同品种猪肠道微生物存在差异，其中外来品种大白猪、约克夏和杜洛克猪的肠道微生物具有高的相似性，而来自中国地方品种的巴马猪、二花脸和小梅山猪之间的微生物相似性高，在中国地方品种猪巴马猪肠道中，存在一些独特的微生物。研究团队采用PCR-DggE和高通量测序技术对藏猪和商品型瘦肉型猪肠道微生物组成和多样性研究指出，2个品种猪肠道中细菌群落组成相似性高，但藏猪肠道中具有更稳定的细菌群落和高丰度的核心菌群[8]。

2.2 日粮纤维 在生长猪日粮中，纤维含量是改变肠道细菌结构的一个潜在工具。膳食纤维是猪饮食中的一个重要组成部分，它能够促进猪肠道的发育和肠道的健康[2]。Castillo等[7]研究不同物理结构的玉米和不同类型的膳食纤维对猪肠道微生物的影响指出，不同类型纤维日粮对肠道微生物影响不显著，但随着动物的生长，每组动物肠道中肠杆菌数目均有减少，而乳酸菌的数目均有增加。Chen等[14]研究不同纤维日粮对不同生理阶段育肥猪肠道细菌、发酵产物和肠道结构的影响表明，不同饮食来源对肠道微生物和挥发性脂肪酸的影响与其纤维的组成有关。此外，麸皮纤维和豌豆纤维不仅能够增加肠道中乳酸杆菌和双歧杆数目，而且还能够增加小肠绒毛的高度，从而间接的增加猪的生长性能。

2.3 抗生素 抗生素是20世纪最重要的医学发现，在治疗和预防人类和动物感染性疾病中发挥了重大的作用。美国国家动物健康监测系统在1989-1991年对全国猪生产行业调查显示，41%饲料中添加有一种或更多种单一的抗生素，有19%的饲料添加抗生素复合制剂。在家畜和家禽生产中，几乎90%的抗生素以亚治疗水平添加在饲料中用于动物疾病的预防和控制，促进畜禽生长，提高饲料转化率等[15]。由于抗生素的不恰当使用和长期滥用，从而导致了动物机体耐药性菌株的增加。Looft等[16]使用APS250抗生素饲料添加剂来研究其对18周龄猪肠道微生物的影响指出，试验猪使用该抗生素14 d后，肠道中的变形菌门细菌从1%增加到了11%，其中大肠杆菌数目在用药组和未用药组之间差异显著，且用药组猪肠道中大肠杆菌数目占到了变形菌门细菌数目的62%。同时宏基因组分析表明，在猪饲料中添加抗生素，不仅能够增加与能量生产和转换的相关微生物功能基因的表达，而且抗生素抗性基因的表达也会增加。耐药性菌株的产生使其通过直接和间接的方式在人和动物之间进行传播[17]，从而对人类的健康和食品安全也造成了严重的威胁。因此，近年来，随着一些国家为了克服由于限用或禁用抗生素在饲料中的应用而造成的既动物发病率和死亡率增加，新型无残留无毒副作用的、不仅能够增加动物生产性能能够对人畜疾病起到一定作用的抗生素替代品又成为研究的焦点。

2.4 微生态制剂

2.4.1 益生元 益生元是指一类不易被机体消化的食品配料，市场上作为益生元的低聚糖主要包括菊糖、甘露寡聚糖、半乳寡聚糖、大豆寡聚糖、低聚果糖、异麦芽三糖和木寡聚糖等，其作用是间接的，通过选择性的刺激肠道中有菌益的增殖而改善肠道菌群、增强机体免疫功能和显示抗病毒活性[18]。Murphy等[19]研究指出，猪饮食中添加不同来源的低聚糖类均能刺其肠道中有益菌的增殖，同时通过降低肠道中的pH值，抑制肠道中有害菌如大肠杆菌的生长。Zhou等[20]研究显示，在环江猪的饮食中增补大豆低聚糖，能够增加其肠道微生物的多样性和肠道中有益菌的数目（如双歧杆菌、柔嫩梭菌群、梭菌属和罗氏菌属），同时也能够增加肠腔中短链脂肪酸的浓度、减少一些致病菌的数目（如大肠杆菌、梭状芽孢杆菌和链球菌）和一些蛋白分解产物的浓度（异丁酸盐、异戊酸盐和氨）。此外，大豆低聚糖还能增加紧密连接I、减少肿瘤坏死因子、白介素I、白介素8基因在回肠和结肠的表达。以上研究看出，作为益生元的低聚糖不仅可以改善猪的肠道生态系统，而且对仔猪肠道的健康也有益。

2.4.2 益生菌 在欧盟，被作为微生物饲料添加剂而应用的益生菌主要包括芽孢杆菌属（蜡状芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌）、肠球菌属（屎肠球菌）、乳酸杆菌属（干酪乳酸菌、嗜酸乳酸菌、香肠乳杆菌、植物乳杆菌、鼠李糖乳杆菌）、小球菌属（嗜酸小球菌）、链球菌属和一些真菌如酿酒酵母和克鲁维酵母等[21]，并且对动物的生长和疾病的预防大都有积极的作用。Lee等[22]研究指出，随着饮食中枯草芽孢杆菌lS1-2发酵菌体量的增加，不同阶段断奶猪的平均日增重、平均日采食量以及对营养物质的消化率也逐渐增大；在14～28 d，IgG 和 IgA的浓度变化与饮食中的菌体浓度的变化呈线性关系。在28 d，猪十二指肠、空肠和回肠绒毛的高度以及绒毛高度和隐窝深度比也与饮食中菌体量浓度呈线性关系，而盲肠中的梭状芽孢杆菌和大肠杆菌群数目则随着饮食中菌体量浓度增大而减少。胡远亮[23]研究显示，在断奶仔猪饲料中添加不同种类和不同水平的益生菌，均能提高断奶仔猪的生长性能、减少腹泻、增加肠道微生物的多样性，但是对于不同的益生菌菌种，它们对猪的作用效果和肠道中的稳定菌群的群落形成也有所不同。此外，岳晓敬等[24]采用复合益生菌发酵豆粕饲喂断奶仔猪后发现，复合益生菌发酵豆粕能显著提高断奶仔猪日增重和饲料利用率、降低腹泻率，提高消化道的消化酶活性，促进仔猪肠道发育。但益生菌在使用过程中，也出现了对人类和动物的肠道微生物也有不利影响的一面，如乳酸杆菌和芽孢杆菌可以破坏动物体内正常菌群的平衡[18]。

2.4.3 合生元 合生元是指益生菌和益生元的混合制品。目前，合生元作为饲料添加剂在猪的生产中也进行了研究应用。Mair等[25]将菊粉与多种益生菌（肠球菌、乳酸杆菌和双歧杆菌）组成的合生元来饲喂断奶仔猪，指出两者组合降低了胃、空肠和回肠中的pH，对仔猪肠道微生物形成有独特的作用，对整个胃肠道起到一定的调节作用。孙晓磊[26]研究了不同组合的合生元对断奶仔猪的生长性能和体液免疫功能、肠道发育等的影响指出，合生元能够显著降低仔猪腹泻率的发生，而在生长性能方面、体液免疫、肠道发育方面，不同的组合作用的效果不一样。此外，梁恒之等[27]还研究指出，合生元能够完全取代抗生素应用于断奶仔猪保育后期饲料中。

2.5 其他物质 除了上述一些因素对猪肠道微生物有影响以外，其他物质如酶制剂、植物提取物、酸化剂等对猪的肠道微生物也有影响。如Yi等[28]研究指出，饮食中添加由淀粉酶、蛋白酶和木聚糖酶组成的复合酶制剂能提高仔猪的增重、饲料转化率和总能量的消化率、能够显著增加胃中食糜的粘度以及盲肠和结肠中乙酸、丙酸和丁酸的浓度，同时复合酶制剂也显著增加了盲肠中乳酸菌的数目以及减少了结肠中大肠杆菌的数目。郭华等[29]也研究表明，复合酶制剂不仅能够提高断奶仔猪的平均日增重和饲料消化率，实验组仔猪的腹泻率和对照组相比降低了90%。由此可见，饲用酶制剂对猪的生长和肠道菌群等均有一定的影响，但酶制剂在动物饲用时也存在着一些问题，如酶制剂本身的稳定性、饲料加工过程中的高压、高温、高湿及消化道内环境对其效果的影响等。Ahmed等[30]研究单一酸化剂柠檬酸和混合酸化剂对断奶仔猪影响结果显示，2种类型的酸化剂均能提高断奶仔猪的生长性能、降低肠道中的沙门氏菌和大肠杆菌增殖，有利于肠道中乳酸菌的增殖，并且能够提高断奶仔猪的免疫力，但是作为抗生素的替代品还需要进一步的研究，由于不同的酸化剂对断奶仔猪的生产性能、肠道微生物、以及机体的免疫能力等表现出不一致的实验结果。

目前，植物提取物作为添加剂在猪健康调控中也起到了一定的作用。吴超等[31]研究了由金银花、黄芪、茯苓、枸杞、马齿苋等组成的复方中草药添加剂对仔猪生长和肠道微生物的影响表明，复方中药添加剂对断奶仔猪的生长性能影响不显著，但能降低仔猪的腹泻率，并且能够增加肠道微生物的多样性，在对抗仔猪腹泻率方面，其作用效果与抗生素组无差异。此外，Li等[32]在断奶猪的日粮中添加主要活性成分为麝香草酚、肉桂醛的香精油的研究结果发现，香精油能够显著增加断奶仔猪的日增重和饲料转化率，显著减少腹泻的发生和肠道中大肠杆菌的数目，同时也能够增加淋巴细胞的转化和白细胞的吞噬作用以及血液中IgA、IgM、C3和C4的水平。由此可见，酶制剂、植物提取物、酸化剂等对猪的生长、肠道微生物的形成和机体的免疫机制有着重要的作用，但目前国内相关的研究都还处于应用阶段，因此，将其作为绿色饲料添加剂而广泛地在动物养殖和饲料工业中应用，还需要对其作用机理进行深入的研究。

3 小 结

随着高通量测序技术及宏基因组技术在肠道微生物研究中的应用，将会更清晰地发现猪肠道微生物是由一个复杂、稠密和具有代谢活性的微生物群组成的，并且容易受各种因素的影响。因此，在生产实践中，通过营养调控、规范的饲养管理以及减少不良因素对各生长阶段猪的刺激等，维持猪肠道内的微生态平衡，从而保证其肠道的健康和发育，利于消化代谢的进行，促进养猪业的健康稳定发展。

L-型赖氨酸、D-型赖氨酸几乎不能被动物机体吸收利用。虽然大部分跨越细胞膜的氨基酸为L-型氨基酸，但某些氨基酸转运蛋白与在转运生物学相关。

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Composition and Infuence Factors of Pigs’ Gut Microbial Community

YANG Wei-ping1, WANG Jian-Gang2, CAO Bin-Yun2
(1.Life Sciences Department, Luoyang Normal University, Henan Luoyang 471934, China; 2.College of Animal Science and Technology, Northwest A&F University, Shaanxi Yangling 712100, China)

Maintaining the balance of gut micro-environment is important for the animal production, because gut microbes can not only provide nutrition to the host, but also keep the balance of the intestinal micro-environment and ensure the intestinal health and development. Animal intestinal microbes are easily afected by various factors, but it can be improved by the dietary and microbial control. Ⅰn this paper, the composition of the intestinal microbial and its infuencing factors were reviewed, the aim is to make people understand and control these factors in pig production. Ⅰn addition, information are provided for thestudy of the composition of pigs’gut microbial community , the metabolism and disease prevention in pigs.

Pig ; Gut; Microbial community; Ⅰmpact factors

S828.5

A

10.19556/j.0258-7033.2017-01-012

2016-07-10；

2016-08-06

河南省科技计划项目（162102310475）；河南省教育厅科学技术研究重点项目（12B550009）

杨伟平（1978-），女，河南三门峡人，讲师，博士，主要从事动物肠道微生物的研究及教学工作 ，E-mail:yangwei -ping1978@163.com