試驗目的

 研究XOS對生長(cháng)肥育豬腸道微生物組成和代謝產(chǎn)物含量的影響，強調其抗生素替代效應，并確認其在生長(cháng)肥育豬飼糧中的最佳添加劑量和添加階段。

試驗設計

 試驗選取杜×長(cháng)×大三元雜交豬80頭（體重為30 kg左右），公、母各半，隨機分為8組，每組10頭（10個(gè)重復），每欄飼養1頭。1）對照組飼喂基礎飼糧（CN組）；2）抗生素組在基礎飼糧中添加0.04 kg/t速大肥和0.2 kg/t抗敵素（AB組）；3）30~65 kg體重階段100、250和500 g/t的XOS添加組：于30~65 kg體重階段，分別在基礎飼糧中添加100、250和500 g/t的XOS，在66~100 kg體重階段均飼喂基礎飼糧（GP組）；4）30~100 kg體重階段100、250和500 g/t的XOS添加組：于30~100 kg體重階段分別在基礎飼糧中添加100、250和500 g/t的XOS（GFP組）。約170日齡，試驗豬體重達100 kg左右時(shí)屠宰采樣。各試驗組使用的基礎飼糧，均參照美國NRC（2012）豬營(yíng)養需求標準進(jìn)行配制，不添加抗生素，其組成及營(yíng)養水平見(jiàn)表1。試驗所用XOS含量≥35%。試驗期間按商業(yè)養豬場(chǎng)規范進(jìn)行飼養管理。試驗結束時(shí)（平均體重達到 100 kg，約170天）空腹稱(chēng)重，每組隨機選取8頭試豬（公、母各半），心臟放血處死，屠宰后取中段結腸內容物樣品，-20℃保存備用。

試驗結果

（1）XOS對肥育豬結腸內容物中腸道菌群組成的影響

 從46份腸道內容物樣本中共測得2487651個(gè)原始序列。經(jīng)過(guò)濾和質(zhì)量控制，獲得了1805687個(gè)清潔序列數據。在97%序列一致性閾值下，所有有效讀取序列都被聚集到OTU中。所有樣本的稀疏曲線(xiàn)均達到接近平臺期，表明采樣深度和測序覆蓋度適合進(jìn)行進(jìn)一步數據分析。

 在門(mén)水平上，從豬腸道內容物樣品中共鑒定出24個(gè)門(mén)，其中厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和軟壁菌門(mén)是所有組別中的優(yōu)勢菌門(mén)（平均相對豐度>1%）。如圖1所示，在飼糧中添加抗生素可增加變形菌門(mén)的相對豐度、降低厚壁菌門(mén)的相對豐度，而在生長(cháng)育肥期添加XOS則可引起厚壁菌門(mén)相對豐度的增加和變形菌門(mén)相對豐度的降低。此外，抗生素組和生長(cháng)育肥期添加100 g/t XOS組之間厚壁菌門(mén)的相對豐度存在顯著(zhù)差異。在屬水平上，共鑒定出320個(gè)菌屬，以乳桿菌、枸櫞酸桿菌、普雷沃菌、不動(dòng)桿菌和Turicibacter為主。如表2所示，所有組別中最豐富的菌屬為乳桿菌屬，在生長(cháng)育肥期添加100 g/t的XOS有增加乳桿菌相對豐度的趨勢，但在抗生素組表現出降低趨勢（圖2)。相反，抗生素組中檸檬酸桿菌的相對豐度增加，但生長(cháng)育肥期添加100 g/t的XOS組中檸檬酸桿菌的相對豐度降低。

（2）XOS對肥育豬結腸內容物中微生物菌群多樣性的影響

 為了評估結腸內容物中細菌群落的多樣性、豐富度和系統發(fā)育多樣性，計算了所有樣本的幾種 α 多樣性指標。結果表明，對照組和XOS添加組之間的 α 多樣性指標（包括觀(guān)察到的物種數、Chao 1、優(yōu)勢度、PD全樹(shù)、Shannon和Simpson等指數）均無(wú)顯著(zhù)差異（表3），而生長(cháng)育肥期250 g/t的XOS添加組與抗生素組的Shannon指數差異顯著(zhù)（P<0.05）（圖3A）?；谖醇訖?/span>UniFrac距離矩陣的PCoA將所有重復的腸道內容物樣本聚集在同一熱圖內，它們與其他處理組相比表現出更明顯的差異（圖3B）。在生長(cháng)育肥豬添加組中，雖然三個(gè)劑量組之間存在樣本重疊，但觀(guān)察到了聚集趨勢，提示100 g/t的XOS添加組和250 g/t的XOS組之間腸道菌群結構具有更明顯的相似性。在生長(cháng)期添加組中，100 g/t的XOS添加組和500 g/t的XOS添加組均有明顯的聚集趨勢，不同處理組之間可見(jiàn)相互遠離的趨勢。在相同的XOS添加劑量下，聚類(lèi)發(fā)生在XOS添加的不同階段，并且不同階段添加的差異較大?？傊?，在生長(cháng)期添加XOS可能是改變腸道菌群結構的主要因素，而添加劑量發(fā)揮的作用不顯著(zhù)。

（3）結腸內容物中微生物生物標志物的篩選

 利用LefSe分析來(lái)鑒定與不同劑量XOS處理相關(guān)的結腸細菌生物標志物（圖4）。在本研究中，綱水平上，對照組梭狀芽孢桿菌和擬桿菌的相對豐度增加；相反，抗生素組變形菌門(mén)中γ-變形菌和Deltaproteobacteria、厚壁菌門(mén)中梭狀芽孢桿菌和丹毒桿菌、放線(xiàn)菌門(mén)中Coriobacteriia以及擬桿菌門(mén)中Bacteroidia相對豐度升高。生長(cháng)期100 g/t的XOS添加組厚壁菌門(mén)中丹毒桿菌和放線(xiàn)菌門(mén)中棒狀桿菌的相對豐度增加。另外，對生長(cháng)期250 g/t的XOS添加組中這些細菌綱的微生物生物標志物也進(jìn)行了鑒定，發(fā)現放線(xiàn)菌、γ-變形菌和Deltaproteobacteria的豐度顯著(zhù)高于其他組，而500 g/t的XOS添加組中的優(yōu)勢菌主要為噬細胞菌屬、水霉屬、疣孢霉屬、桿菌屬、放線(xiàn)菌屬和Deltaproteobacteria。而厚壁菌門(mén)中的梭菌（P=0.021）、Planctomycetes門(mén)中的Planctomyces（P=0.018）和Proteobacteria門(mén)中的Betaproteobacteria（P=0.005）在生長(cháng)育肥期100 g/t的XOS添加組中具有較高的豐度，而250 g/t的XOS添加組中有顯著(zhù)變化的微生物生物標志物均來(lái)源于Proteobacteria門(mén)，包括桿菌綱和 α-變形桿菌綱。生長(cháng)育肥期500 g/t的XOS添加組的優(yōu)勢菌種為 β-變形菌綱、α-變形菌綱、γ-變形菌綱、放線(xiàn)菌綱、梭狀芽孢桿菌綱和疣微菌綱。

（4）環(huán)境因子對結腸內容物中微生物群落的影響

 用置換試驗進(jìn)行RDA分析，確定不同因子與腸道微生物群落結構的相關(guān)性。RDA分析前進(jìn)行的DCA分析結果顯示，第一軸的軸長(cháng)小于3（圖3-5）。RDA分析結果顯示，XOS劑量（包括無(wú)添加、低劑量、中劑量和高劑量4個(gè)水平）（r²=0.5789，P<0.001）和添加方式（包括無(wú)抗生素添加、持續添加抗生素、生長(cháng)期添加、生長(cháng)育肥期添加4 種方式）（r²=0.5153，P<0.001）顯著(zhù)改變了腸道微生物群落的結構。在所有檢測的特定環(huán)境因子中，無(wú)抗生素添加、高劑量XOS添加和生長(cháng)期XOS添加與微生物群落結構顯著(zhù)相關(guān)，其次是中劑量XOS添加、持續添加抗生素和無(wú)添加。關(guān)于各因子之間的相關(guān)性，XOS的中、低劑量與高劑量呈負相關(guān)，而生長(cháng)育肥期XOS的添加與生長(cháng)期XOS的添加呈負相關(guān)。

（5）XOS對肥育豬結腸內容物中代謝產(chǎn)物含量的影響

 通過(guò)測定SCFA來(lái)評估XOS添加是否改變了某些腸道微生物的發(fā)酵和代謝特性。結果表明，與基礎飼糧組相比，生長(cháng)育肥期添加100 g/t的XOS顯著(zhù)增加了乙酸（P=0.031）和總直鏈脂肪酸含量（P=0.049）（圖6A），而對其他直鏈脂肪酸和支鏈脂肪酸含量的影響不大（P>0.05）。另外，未發(fā)現XOS添加劑量與各種SCFAs產(chǎn)生之間存在相關(guān)性（P>0.05）。

 生物胺（如1，7-庚基二胺、尸胺、腐胺、色胺、酪胺、亞精胺和精胺）是潛在有害代謝途徑的生物標志物。通過(guò)檢測生物胺含量，評價(jià)了機體的氨基酸代謝情況。在抗生素組、GP250組、GP500組和GFP100組中，觀(guān)察到1，7-庚烷二胺的濃度顯著(zhù)降低（P<0.05）（圖6B），尤其是GFP100組中1，7-庚烷二胺濃度達到最低水平，表明XOS具有抑制氨基酸脫羧的能力。

結論

 30~100 kg體重階段在飼糧中添加100 g/t的XOS可顯著(zhù)降低結腸微生物群落的 α 多樣性、大腸桿菌等致病菌的相對豐度和1，7-庚二胺含量，并增加結腸中乙酸、直鏈脂肪酸和總SCFA的含量以及乳酸桿菌等有益菌的相對豐度；其添加劑量和添加時(shí)間均影響結腸微生物的群落構成。

參考文獻：

潘杰.低聚木糖對豬生產(chǎn)性能的調控作用及機制研究[D].湖南農業(yè)大學(xué),2020.