从宏基因组学研究的新角度了解奶牛围产期间瘤胃微生物群的变化

2018年，一项有关奶牛围产期的突破性研究发表在《乳业科学学报》上，详细介绍了奶牛产犊前后瘤胃上皮细胞的变化¹。同时，这项研究通过宏基因组学数据的补充，进一步证实了产犊前后饲料效率的提高与瘤胃微生物菌群变化之间存在的关联，以及酿酒酵母CNCM I-1077对围产期奶牛瘤胃壁起到积极地保护作用²。

Blanca试验

奶牛的围产期为产前3周到产后3周，在这个关键时期，奶牛要经受代谢与生理双重改变的挑战。此外，围产期奶牛从高纤维日粮向高碳水化合物日粮的转变，会引起奶牛瘤胃上皮炎症反应的发生，也是对围产期奶牛瘤胃健康的挑战。由此，拉曼动物营养与Alex Bach教授团队合作，在西班牙Blanca牧场开展了一项试验，研究奶牛围产期对瘤胃健康和微生物菌群特征的影响，以及评估活酵母对围产期奶牛瘤胃上皮完整性的影响。

试验动物为21头荷斯坦奶牛，试验时间为产前21天到产后21天。日粮从分娩前的28%精补料（中性洗涤纤维51.2%，粗蛋白13.2%）转变为分娩后的64%精补料（中性洗涤纤维34.8%，粗蛋白15.2%）。

了解宏基因组学数据

宏基因组学是一项对微生物菌群宿主及其相对丰度遗传鉴定的新技术。通过应用这项技术，可以从样品中获取全部微生物的数百万个基因序列。再利用生物统计分析，根据菌属将这些数据汇总在一起 从而显示出百余种不同的菌群（图1）。这种分析可以帮助微生物学家更好地了解环境样品中微生物菌群的复杂组成，就像在瘤胃中发现的那样。

图1：乳牛瘤胃中检测到的属的相对丰度受时间的影响相对于产犊时间的操作分类单元²

在对围产期奶牛进行的研究中，试验目的是获取瘤胃中主要功能性菌群的相对丰度，主要包括两种菌群，降解复杂碳水化合物（如纤维）的菌群，以及迅速降解可发酵碳水化合物（如淀粉）的菌群（图2）。

图2：分娩对功能性微生物类别的影响²

数据显示：

• 分娩前：纤维分解菌群的相对比例高于快速降解可发酵碳水化合物的菌群。
• 分娩后：快速降解可发酵碳水化合物的菌群比例迅速提高。

活酵母对瘤胃的保护作用

试验的第一部分于2018年发表²，结果显示在围产奶牛分娩前三周的日粮中添加酿酒酵母CNCM I–1077，在以下方面改善了瘤胃的健康状况：

• 由于分娩应激前较强的上皮紧密连接基因表达，因此增强了瘤胃壁的完整性。
• 对脂多糖（LPS）的抵制能力增强，从而降低了分娩后瘤胃上皮的炎症反应。

此外，宏基因组学数据也进一步表明了活酵母对瘤胃的保护作用：

• 分娩前，纤维分解菌群相对比例显著更高（P＜05）
• 分娩后，活酵母试验组有较高的干物质摄入量，每天增加21kg的非纤维碳水化合物。这将对瘤胃的pH值和微生物平衡产生负面影响，从而导致较高比例的快速降解碳水化合物菌群的产生。相反，与消耗较少可发酵碳水化合物的对照组没有统计学差异。

Bach博士解释说：“因为在日粮中添加瘤胃康^®的奶牛消耗了更多的饲料，所以瘤胃显示出较低的pH值和较高相对丰度的普氏菌属（快速发酵的碳水化合物菌群）。瘤胃康^®对瘤胃的pH值产生着积极影响。”

综上所述， 日粮中添加活酵母产品瘤胃康^®通过增加非纤维摄入量来稳定瘤胃的pH值—抑制了快速发酵碳水化合物菌群的大量繁殖。