文章信息
- 李雪莉, 虞徳夫, 王超, 丁立人, 朱伟云, 杭苏琴
- LI Xueli, YU Defu, WANG Chao, DING Liren, ZHU Weiyun, HANG Suqin
- 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪肠道黏膜功能和微生物菌群及短链脂肪酸的影响
- Effects of Lactobacillus plantarum on intestinal mucosa function, microbial community and short chain fatty acids in weaning piglets
- 南京农业大学学报, 2018, 41(3): 504-510
- Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(3): 504-510.
- http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201706034
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文章历史
- 收稿日期: 2017-06-21
引用本文
李雪莉, 虞徳夫, 王超, 等. 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪肠道黏膜功能和微生物菌群及短链脂肪酸的影响[J]. 南京农业大学学报, 2018, 41(3): 504-510.
LI Xueli,
YU Defu,
WANG Chao,
et al.
Effects of Lactobacillus plantarum on intestinal mucosa function, microbial community and short chain fatty acids in weaning piglets[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(3): 504-510. DOI: 10.7685/jnau.201706034
植物乳杆菌制剂对断奶仔猪肠道黏膜功能和微生物菌群及短链脂肪酸的影响
南京农业大学消化道微生物研究室, 江苏 南京 210095
摘要：[目的]本试验旨在研究植物乳杆菌制剂对苏淮断奶仔猪肠道黏膜营养素转运体、紧密连接蛋白相关基因表达量、微生物菌群数量、短链脂肪酸及乳酸含量的影响。[方法]选取胎次和体质量（9.34 kg）相近的28日龄健康苏淮断奶仔猪144头，按饲喂日粮随机分为对照组（基础日粮）、抗生素组（基础日粮+抗生素）、植物乳杆菌制剂组（基础日粮+植物乳杆菌制剂），每组6个重复，每个重复8头仔猪。预饲期3 d，仔猪32日龄开始试验，59日龄试验结束时屠宰采样。采集十二指肠、空肠、回肠组织及黏膜样品分别用于黏膜营养素转运体和紧密连接蛋白相关基因表达量分析；分别收集盲肠和结肠食糜，测定短链脂肪酸和乳酸含量，RT-qPCR分析微生物菌群数量。[结果]与对照组相比，植物乳杆菌制剂组可显著上调十二指肠PepT1、空肠SGLT-1和PepT1以及回肠SGLT-1基因的相对表达量（P < 0.05），与抗生素组相比，植物乳杆菌对各基因的相对表达量均无显著影响（P>0.05）；与对照组和抗生素组相比，植物乳杆菌制剂组可显著上调十二指肠Occludin、空肠和回肠Occludin和ZO-1基因的相对表达量（P < 0.05），而对十二指肠、空肠、回肠其他基因无明显影响（P>0.05）；与对照组相比，植物乳杆菌制剂组可显著增加盲肠丁酸、结肠丁酸和乳酸的含量（P < 0.05），而对乙酸和丙酸无显著影响（P>0.05）；显著减少大肠杆菌数量（P < 0.05），显著增加结肠乳酸杆菌和梭菌ⅩⅣa群的数量（P < 0.05）；相较于抗生素组，植物乳杆菌制剂可显著提高盲肠乳酸、结肠乳酸和丁酸含量以及盲肠和结肠中乳酸杆菌的数量（P < 0.05）。[结论]仔猪断奶时饲喂植物乳杆菌制剂可调节肠道黏膜营养素转运体及紧密连接蛋白相关基因表达量，提高短链脂肪酸和乳酸含量，促进肠道有益菌如乳酸杆菌、梭菌ⅩⅣa群的增殖，减少病原菌如大肠杆菌数量，从而促进肠道健康，缓解断奶应激。
关键词：植物乳杆菌制剂 断奶仔猪 营养素转运体 紧密连接蛋白 短链脂肪酸 微生物菌群
Effects of Lactobacillus plantarum on intestinal mucosa function, microbial community and short chain fatty acids in weaning piglets
Laboratory of Gastrointestinal Microbiology, Nanjing Agricultural University, Nanjing 210095, China
Abstract:
[Objectives]
The experiment aims to investigate the effects of Lactobacillus plantarum on genes expression of nutrient transporters, tight junction protein in small intestine mucosa, microbial populations, short chain fatty acids and lactic acid of Suhuai weaned piglets.
[Methods]
A total of 144 Suhuai weaned piglets(9.34 kg)at age of 28 days were randomly divided into 3 groups, including control group(basal diet), antibiotics group(basal diet supplemented with antibiotics)and L.plantarum group(basal diet supplemented with L.plantarum). Each group had 6 replicates and 8 piglets per replicate. The experiment started on day 32 and ended on day 59 after birth. On day 59, one piglet from each replicate was slaughtered for sampling. On the day of slaughter, the tissue and mucosa samples of duodenum, jejunum and ileum, and digesta samples of cecum and colon were collected, respectively.
[Results]
Compared with the control group, L.plantarum treatment increased mRNA expression of PepT1 in duodenum(P < 0.05), SGLT-1, PepT1 in jejunum and SGLT-1 in ileum(P < 0.05). Further, L.plantarum increased mRNA relative expression of Occludin in duodenum, and Occludin, ZO-1 in jejunum and ileum in comparison with the control and antibiotics group(P < 0.05). Results also showed that L.plantarum presented a higher concentration of buyrate in cecum, buyrate and lactic acid in colon than that in the control group(P < 0.05), while no significant effect was observed on the concentration of acetate and propionate. In terms of bacteria population, L.plantarum decreased the population of Escherichia coli in cecum and colon, increased the population of Lactobacillus and Clostridium cluster ⅩⅣa in colon(P < 0.05). In contrast with the antibiotics group, L.plantarum elevated lactic acid concentration in cecum, butyrate and lactic acid concentration in colon, Lactobacillus population in cecum and colon(P < 0.05).
[Conclusions]
Our findings suggest that the administration of L.plantarum could maintain the intestine healthy and relive weaning stress of piglets by regulating gene expression of nutrient transporters and tight junction protein in small intestine mucosa, increasing the short chain fatty acids and lactic acid concentration, promoting the proliferation of Lactobacillus and C.cluster ⅩⅣa and decreasing E.coli population in intestine.
Key words:
Lactobacillus plantarum
weaned piglets
nutrient transporter
tight junction protein
short chain fatty acids(SCFA)
microbial community
近年来, 抗生素滥用造成细菌耐药性、药物残留等问题日益严峻, 寻找抗生素替代品已成为养殖业广泛共识。植物乳杆菌作为益生菌的主要代表菌株, 受到广泛关注[1]。研究表明, 植物乳杆菌可提高仔猪日增重和饲料转化率, 抑制大肠杆菌等条件性致病菌的生长, 降低腹泻率; 可增加仔猪肠道紧密连接蛋白的表达量, 改善肠道屏障功能; 能够促进断奶仔猪肠道有益菌增殖, 调节菌群结构, 维持机体健康[2]。然而, 有报道指出, 植物乳杆菌菌种不同其特性也不尽相同, 相同菌种的不同菌株其作用也不完全相同[3]。
小肠黏膜细胞可参与营养物质的消化吸收、屏障保护及应激反应, 是重要的功能细胞[4]。钠葡萄糖转运体1(sodium cotransporters-1, SGLT-1)是单胃动物小肠黏膜上参与葡萄糖转运的主要载体, 在肠道黏膜细胞刷状缘上单糖与SGLT-1结合后, 再通过SGLT-1转运进入细胞, 在膜细胞Na+-K+-ATP酶的作用下完成葡萄糖的运输[5]。寡肽转运载体1(oligopeptide transporter 1, PepT1)是一种表达于小肠上皮细胞刷状缘膜上, 对H+依赖、低亲和力、高容量寡肽转运体, PepT 1 基因多表达于消化道中, 对寡肽的吸收起关键作用[6]。然而, 植物乳杆菌对上述营养素转运体影响的研究还鲜见报道。
本项目组前期研究了植物乳杆菌制剂对断奶仔猪生长性能的影响, 发现植物乳杆菌可显著增加断奶仔猪平均日增重和日采食量, 显著降低料重比和腹泻率[7], 然而, 植物乳杆菌对断奶仔猪肠道功能及健康的影响及提高生产性能的机制尚不清楚。因此, 我们在前期生产性能分析的基础上, 从仔猪肠道黏膜屏障功能基因与营养素转运体相关基因表达量、短链脂肪酸和乳酸浓度及菌群数量等方面, 进一步探讨植物乳杆菌制剂对断奶仔猪阶段肠道健康的影响, 分析其提高生产性能的原因, 以揭示植物乳杆菌制剂替代抗生素缓解断奶应激可能的机制。
1 材料与方法 1.1 试验动物和材料试验于2015年10-11月在江苏省淮安市淮阴种猪场进行。试验用自制的植物乳杆菌制剂添加量为200 mg·kg-1, 有效活菌数1×109CFU·g-1。试验所用抗生素为硫酸黏杆菌素和恩拉霉素, 纯度均为10%(质量分数), 添加量均为200 mg·kg-1。
1.2 试验设计与日粮组成选取体质量为(9.34±0.33)kg的28日龄苏淮断奶仔猪144头, 随机分为3组:基础日粮组, 即对照组; 抗生素组, 即基础日粮中添加200 mg·kg-1硫酸黏杆菌素和200 mg·kg-1恩拉霉素; 植物乳杆菌制剂组, 即基础日粮添加200 mg·kg-1植物乳杆菌制剂。每组6个重复, 每个重复8头仔猪。试验于仔猪32日龄开始, 59日龄结束, 共28 d。每组每个重复挑选1头共18头仔猪屠宰, 采集器官、组织、食糜等样品。仔猪断奶后的日粮组成及营养水平见表 1。试验期间仔猪自由饮水、采食。按照猪场常规免疫、消毒程序饲养管理。
表 1 基础日粮组成及营养水平
Table 1
Composition and nutrient levels of the basal die
| 原料组成Ingredients | 含量/% Content | 营养水平2 Nutrition levels | 含量/% Content | |
| 玉米Corn | 65 | 干物质Dry matter | 87.90 | |
| 麸皮Wheat bran | 8 | 粗蛋白Crude protein | 17.90 | |
| 豆粕Soybean meal | 20 | 钙Ca | 0.63 | |
| 鱼粉Fish meal | 2 | 磷P | 0.50 | |
| 预混料1 Premix | 5 | 可利用磷Available phosphorus | 0.25 | |
| 盐Salt | 0.38 | |||
| 粗纤维Crude fiber | 2.46 | |||
| 蛋氨酸+胱氨酸Met+Cys | 0.65 | |||
| 苏氨酸Thr | 0.68 | |||
| 1)每千克预混料中含:维生素A 120 kIU, 维生素D3 10 kIU, 维生素E 400 IU, 维生素K3 40 mg, 维生素B1 50 mg, 维生素B2 50 mg, 维生素B6 30 mg, 烟酸500 mg, 叶酸15 mg, 泛酸250 mg, 水分100 g, 氯化钠80~130 g, 氯化胆碱5 000 mg, 铁1 500 mg, 铜900 mg, 锰300 mg, 锌1 600 mg, 碘3.5 mg, 硒2.5 mg, 钙100~180 g, 总磷20 g, 赖氨酸5.6 g; 2)营养水平为计算值, 消化能为12.54 MJ·kg-1。 1) Per kilogram of premix contains:vitamin A 120 kIU, vitamin D3 10 kIU, vitamin E 400 IU, vitamin K3 40 mg, vitamin B1 50 mg, vitamin B2 50 mg, vitamin B6 30 mg, nicotinic acid 500 mg, folic acid 15 mg, pantothenic acid 250 mg, water 100 g, NaCl 80-130 mg, choline chloride 5 000 mg, Fe 1 500 mg, Cu 900 mg, Mn 300 mg, Zn 1 600 mg, I 3.5 mg, Se 2.5 mg, Ca 100-180 g, total P 20 g, lysine 5.6 g; 2)Nutirent levels were calculated values, digestible energy was 12.54 MJ·kg-1。 | ||||
参照Chomczynski等[8]的方法提取小肠组织总RNA, 反转录体系和反应程序严格按照试剂盒(TaKaRa)说明书进行操作, 所得cDNA模板保存于-20 ℃备用。
以β-actin作为内参基因, 对相关基因进行实时荧光定量PCR(qPCR)分析(ABI公司7300实时荧光定量PCR仪), 反应体系和反应程序按照SYBR Premix Ex Taq试剂盒(TaKaRa)说明书进行操作。引物序列如表 2所示。每个样本重复测定3次, 取CT的平均值, 根据公式2-ΔΔCT计算相关基因的相对表达量。
表 2 RT-qPCR测定肠道黏膜功能相关基因的引物序列
Table 2
Primer pairs of related microbiota genes used in the RT-qPCR
| 基因名称 Genes name | 登录号 Accession No. | 引物对序列(5′→3′) Primer pairs sequences | 退火温度/℃ Annealing temperature | 片段长度/bp Amplicon size |
| Claudin-1 | NM_001244539.1 | GCCCTACTTTGCTGCTCCTG/TTTCTGGTTGTTCCCACACG | 60 | 141 |
| Occludin | NM_001163647.2 | CAGTGGCTTTGGTGGCTATG/AGAATCCCTTTGCTGCTCGT | 60 | 101 |
| ZO-1 | XM_005659811.1 | AGCCATCCACTCCTGCCTAT/GGGACCTGCTCATAACTTCG | 60 | 133 |
| SGLT-1 | M34044.1 | TCATCATCGTCCTGGTCGTCTC/CTTCTGGGGCTTCTTGAATGTC | 60 | 144 |
| PepT1 | U13173 | TCCACCGCCATCTACCATAC/GGACAAACACAATCAGGGCT | 60 | 499 |
| AQP10 | NM_001128454 | TGTCTGCTTTCTGTGCCTCTG/GGATGCCATTGCTCAAGGATAGATAA | 60 | 156 |
| AQP3 | HQ 888860.1 | AAGCTGTCCCAAGTAAAGCACAA/GCCCTACTTCCTGTTTCACCAC | 60 | 251 |
| β-actin | XM_003357928 | ATGCTTCTAGACGGACTGCG/GTTTCAGGAGGCTGGCATGA | 60 | 109 |
样品预处理:称取食糜0.5 g于离心管中, 加入1.5 mL双蒸水, 混匀, 取1 mL上清液于离心管中。加入0.2 mL偏巴酸混合溶液(0.646 4 g巴豆酸溶于250 g·L-1偏磷酸), -20 ℃保存过夜。待样品解冻后离心(12 000 r·min-1, 10 min), 取0.5 μL上清液, 用进样针瞬时注入气相色谱仪(GC-2014, 日本岛津), 参照文献[9-10]的方法测定。
1.3.3 肠道微生物菌群数量分析于仔猪59日龄, 每组每个重复随机选择1头仔猪屠宰, 分离肠道, 采集盲肠、结肠食糜, 于-20 ℃保存。采用珠磨CTAB法[11]提取细菌总DNA, NanoDrop 2000(Thermo, USA)检测提取DNA的纯度和浓度, 将纯度和浓度合适的DNA样品保存于-20 ℃, 用于微生物菌群qPCR分析, 利用各自代表性菌株的基因作为模板制作标准曲线, 测定样品DNA, 3个重复, 计算平均值, 具体方法参照文献[12]。引物序列如表 3所示。qPCR反应体系和反应程序按照试剂盒(TaKaRa)说明书操作。
表 3 qPCR测定菌群相关基因的引物序列[12]
Table 3
Primer pairs of related microbiota genes used in the qPCR
| 菌群 Microbiota | 引物对序列(5′→3′) Primer pairs sequences | 退火温度/℃ Annealing temperature | 片段长度/bp Amplicon size |
| 总菌Total bacteria | GTGSTGCAYGGYYGTCGTCA/ACGTCRTCCMCNCCTTCCTC | 60 | 123 |
| 乳酸杆菌属Lactobacillus | AGCAGTAGGGAATCTTCCA/ATTCCACCGCTACACATG | 60 | 345 |
| 大肠杆菌E.coli | CATGCCGCGTGTATGAAGAA/CGGGTAACGTCAATGAGCAAA | 60 | 96 |
| 梭菌Ⅳ群Clostridium cluster Ⅳ | GCACAAGCAGTGGAGT/CTTCCTCCGTTTTGTCAA | 60 | 239 |
| 梭菌ⅩⅣa群C.cluster ⅩⅣa | CGGTACCTGACTAAGAAGC/AGTTTYATTCTTGCGAACG | 60 | 440 |
试验数据经Excel 2007处理后, 采用SPSS 20.0软件中的单因素方差分析(one-way ANOVA)模型进行分析, Tukey S-B测验比较差异显著性。
2 结果与分析 2.1 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪小肠黏膜转运通道相关基因相对表达量的影响从表 4可见:与对照组相比, 植物乳杆菌制剂组可显著上调十二指肠PepT 1、空肠SGLT-1和PepT1以及回肠SGLT-1的相对表达量(P < 0.05);与抗生素组相比, 植物乳杆菌制剂对各基因的相对表达量均无显著影响(P>0.05)。
表 4 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪小肠黏膜转运通道相关基因相对表达量的影响
Table 4
Effects of Lactobacillus plantarum on relative expression of transport channels genes in small intestine mucosa of piglets
| 项目 Items | 基因 Genes | 对照组 Control group | 抗生素组 Antibiotic group | 植物乳杆菌组 L.plantarum group |
| 十二指肠 | AQP3 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 | 1.00±0.00 |
| Duodenum | AQP10 | 1.00±0.00 | 1.02±0.01 | 1.01±0.00 |
| SGLT-1 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 | 1.01±0.00 | |
| PepT1 | 1.00±0.00b | 1.42±0.01a | 1.44±0.01a | |
| 空肠 | AQP3 | 1.00±0.01 | 1.02±0.00 | 1.01±0.00 |
| Jejunum | AQP10 | 1.00±0.00 | 1.00±0.00 | 1.02±0.00 |
| SGLT-1 | 1.00±0.01b | 1.29±0.00a | 1.19±0.00a | |
| PepT1 | 1.00±0.01b | 1.47±0.01a | 1.51±0.01a | |
| 回肠 | AQP3 | 1.00±0.00 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 |
| Ileum | AQP10 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 | 1.01±0.00 |
| SGLT-1 | 1.00±0.00b | 1.19±0.00a | 1.30±0.00a | |
| PepT1 | 1.00±0.00 | 1.03±0.00 | 1.05±0.00 | |
| 注:同行数据后不同字母表示差异显著(P < 0.05)。下同。 Note: Different letters in the same row mean significant difference between the treatments(P < 0.05). The same as follows. | ||||
从表 5可见:与对照组和抗生素组相比, 植物乳杆菌制剂组可显著上调十二指肠的Occludin基因以及空肠和回肠的Occludin和ZO-1基因的表达量(P < 0.05), 对十二指肠、空肠、回肠其他基因表达量无显著影响(P>0.05)。
表 5 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪小肠黏膜紧密连接蛋白相关基因相对表达量的影响
Table 5
Effects of L.plantarum on relative gene expression of tight junction protein in small intestine mucosa of piglets
| 项目 Items | 基因 Genes | 对照组 Control group | 抗生素组 Antibiotic group | 植物乳杆菌组 L.plantarum group |
| 十二指肠 | Claudin-1 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 | 1.01±0.00 |
| Duodenum | Occludin | 1.00±0.00b | 1.01±0.00b | 1.21±0.00a |
| ZO-1 | 1.00±0.00 | 1.08±0.00 | 1.07±0.12 | |
| 空肠 | Claudin-1 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 | 1.02±0.00 |
| Jejunum | Occludin | 1.00±0.00b | 1.01±0.00b | 1.21±0.00a |
| ZO-1 | 1.00±0.00b | 1.00±0.01b | 1.20±0.01a | |
| 回肠 | Claudin-1 | 1.00±0.00 | 1.00±0.00 | 1.01±0.00 |
| Ileum | Occludin | 1.00±0.00b | 1.01±0.00b | 1.21±0.00a |
| ZO-1 | 1.00±0.00b | 1.00±0.01b | 1.20±0.00a |
从表 6可见:在盲肠食糜中, 相较于对照组, 植物乳杆菌制剂组能够显著增加丁酸的含量(P < 0.05), 但对乙酸、丙酸的含量影响不显著(P>0.05);在结肠食糜中, 相较于对照组, 植物乳杆菌制剂能够显著增加丁酸和乳酸的含量, 但对乙酸和丙酸影响不显著; 相较于抗生素组, 植物乳杆菌制剂能够显著增加盲肠乳酸和结肠乳酸、丁酸的含量。
表 6 植物乳杆菌制剂对仔猪盲肠、结肠短链脂肪酸及乳酸含量的影响
Table 6
Effects of L.plantarum on the concentration of short chain fatty acids(SCFA)VFA and lactic acid in cecum and colon of piglets
| 项目 Item | 对照组 Control group | 抗生素组 Antibiotic group | 植物乳杆菌组 L.plantarum group |
| 盲肠Cecum | |||
| 乙酸含量/(μmol·g-1) Acetate content | 82.55±7.81 | 70.87±5.56 | 97.13±7.21 |
| 丙酸含量/(μmol·g-1) Propionate content | 21.15±3.81 | 36.09±4.10 | 29.59±5.46 |
| 丁酸含量/(μmol·g-1) Butyrate content | 12.58±0.89b | 13.46±3.60ab | 22.60±0.63a |
| 总短链脂肪酸含量/(μmol·g-1) Total SCFA content | 146.22±10.73 | 120.39±5.91 | 166.61±9.85 |
| 乳酸含量/(mmol·L-1) Lactic acid content | 1.25±0.12a | 0.90±0.07b | 1.70±0.11a |
| 结肠Colon | |||
| 乙酸含量/(μmol·g-1) Acetate content | 113.69±12.50 | 86.88±9.80 | 119.98±5.57 |
| 丙酸含量/(μmol·g-1) Propionate content | 31.25±4.38 | 28.63±1.67 | 34.68±0.05 |
| 丁酸含量/(μmol·g-1) Butyrate content | 14.10±1.82b | 11.92±0.88b | 18.35±0.10a |
| 总短链脂肪酸含量/(μmol·g-1) Total SCFA content | 160.42±4.81 | 152.77±13.31 | 167.71±7.48 |
| 乳酸含量/(mmol·L-1) Lactic acid content | 1.69±0.14b | 0.90±0.05c | 2.02±0.22a |
从表 7可见:在盲肠中, 与对照组相比, 植物乳杆菌制剂可显著降低大肠杆菌属的数量(P < 0.05), 而对总菌、乳酸杆菌属、梭菌Ⅳ群和梭菌ⅩⅣa群的数量无显著影响(P>0.05);与抗生素组相比, 植物乳杆菌制剂可显著增加乳酸杆菌属的数量(P < 0.05), 对总菌及其他菌群无显著影响(P>0.05)。在结肠中, 与对照组相比, 植物乳杆菌制剂可显著增加乳酸杆菌属和梭菌ⅩⅣa群的数量, 显著降低大肠杆菌属的数量(P < 0.05), 对总菌及其他菌群无显著影响。与抗生素组相比, 植物乳杆菌制剂可显著增加乳酸杆菌属和梭菌ⅩⅣa群的数量(P < 0.05), 但对总菌和其他菌群无显著影响。
表 7 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪盲肠和结肠微生物菌群的影响
Table 7
Effects of L.plantarum on microbial populations in the cecum and colon of piglets
| lg[c/(copies·g-1)] | |||
| 项目 Item | 对照组 Control group | 抗生素组 Antibiotic group | 植物乳杆菌组 L.plantarum group |
| 盲肠Cecum | |||
| 总菌Total bacteria | 9.92±0.02 | 9.81±0.04 | 9.90±0.05 |
| 乳酸杆菌属Lactobacillus | 6.82±0.02a | 6.59±0.02b | 6.91±0.03a |
| 大肠杆菌E.coli | 7.16±0.01a | 7.11±0.00b | 7.09±0.01b |
| 梭菌Ⅳ群C.cluster Ⅳ | 8.22±0.01 | 8.21±0.02 | 8.24±0.02 |
| 梭菌ⅩⅣa群C.cluster ⅩⅣa | 8.17±0.02 | 8.20±0.02 | 8.23±0.02 |
| 结肠Colon | |||
| 总菌Total bacteria | 9.86±0.01 | 9.84±0.04 | 9.90±0.01 |
| 乳酸杆菌属Lactobacillus | 7.65±0.05b | 7.48±0.03b | 7.98±0.06a |
| 大肠杆菌E.coli | 7.17±0.02a | 7.11±0.01b | 7.12±0.00b |
| 梭菌Ⅳ群C.cluster Ⅳ | 8.23±0.02 | 8.23±0.01 | 8.25±0.00 |
| 梭菌ⅩⅣa群C.cluster ⅩⅣa | 8.18±0.01b | 8.17±0.01b | 8.23±0.01a |
有研究表明, 在生长育肥猪日粮中添加乳酸菌可提高小肠中SGLT-1基因的相对表达量[13], 显著上调猪十二指肠和空肠PepT 1 基因的相对表达量[14]。本研究结果显示, 断奶仔猪日粮中添加植物乳杆菌制剂可显著上调空肠和回肠SGLT-1基因的相对表达量及十二指肠、空肠PepT 1 基因的相对表达量, 对水通道转运载体APQ 3和APQ10 基因相对表达量无显著影响。这说明植物乳杆菌制剂在一定程度上上调小肠营养素转运体相关基因的表达, 而小肠营养素转运体相关基因表达量的上升与营养素吸收量的增加紧密相关[15]。植物乳杆菌能够显著提高绒毛高度, 促进杯状细胞的增殖和黏蛋白分泌, 加速受损伤的小肠上皮细胞修复[16]。结合本项目组李雪莉等[7]之前的研究, 植物乳杆菌制剂能够显著提高绒毛高度与隐窝深度的比值, 增加小肠对营养素的吸收面积, 又通过提高上皮细胞营养素转运体相关基因的表达, 进一步促进小肠对营养素的吸收, 进而显著提高仔猪平均日增重、平均日采食量, 显著降低料重比和腹泻率。
3.2 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪小肠黏膜紧密连接蛋白基因表达量的影响紧密连接蛋白(tight junction, TJ)主要由Claudin-1、Occludin和ZO-1几部分组成, 是肠道上皮细胞选择性通透的结构基础[17]。据报道, 植物乳杆菌MB452可上调紧密连接相关基因Occludin和细胞骨架基因的表达量[18]。本研究结果显示, 断奶仔猪日粮中添加植物乳杆菌制剂, 可显著上调十二指肠、空肠、回肠Occludin基因及空肠和回肠ZO-1 基因的表达量。有研究表明, 上皮细胞紧密连接蛋白的基因表达与肠道细菌的代谢产物有关[19]。因此, 植物乳杆菌制剂可能通过益生菌在体内产生代谢产物或改变肠道微生态环境, 上调肠上皮紧密连接蛋白表达, 降低肠道通透性, 减少腹泻发生。此外, 抗生素组紧密连接蛋白相关基因表达显著低于植物乳杆菌制剂组, 这可能与抗生素改变肠道通透性有关[20]。
3.3 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪盲肠、结肠短链脂肪酸和乳酸含量的影响益生菌可通过多种途径抑制肠道病原菌[21], 其中乳酸菌能够产生大量乳酸和短链脂肪酸等[22], 降低pH值, 维护肠道健康。本研究结果显示, 断奶仔猪日粮中添加植物乳杆菌制剂可显著增加结肠中乳酸的含量以及盲肠和结肠中丁酸的含量。其原因可能是植物乳杆菌促进了肠道中乳酸菌的增殖[23], 导致结肠中乳酸含量显著增加, 且为丁酸产生菌提供了底物来源[24], 从而促进丁酸含量的增加。此外, 丁酸是结肠上皮细胞的主要能量来源, 能够调节上皮细胞和免疫细胞的生长和凋亡, 并能抑制结肠炎症及癌变的发生, 可促进多种物质分泌, 从而增强结肠上皮细胞防御能力, 改善肠道黏膜形态结构, 促进肠道健康[16]。
而抗生素组中短链脂肪酸和乳酸浓度普遍低于植物乳杆菌制剂组, 尤其是盲肠和结肠中的乳酸浓度以及结肠中丁酸浓度显著低于植物乳杆菌组, 其原因可能是抗生素抑制了肠道内产短链脂肪酸菌和乳酸菌的增殖, 从而使短链脂肪酸和乳酸的含量下降[25]
3.4 植物乳杆菌制剂对断奶仔猪盲肠、结肠微生物菌群数量的影响仔猪断奶后, 肠道菌群发生显著变化, 某些致病菌如大肠杆菌比例上升, 乳酸菌等有益菌比例下降[26]。当在断奶仔猪日粮中添加一定量的乳酸杆菌时, 盲肠和结肠中乳酸杆菌数量显著升高, 而大肠杆菌和沙门氏杆菌数量显著降低[27]。同样地, 我们在断奶仔猪日粮中添加植物乳杆菌制剂可显著增加结肠中乳酸杆菌和梭菌ⅩⅣa群数量, 降低盲肠和结肠中大肠杆菌数量。其作用机制一方面可能是益生菌菌株通过竞争营养物质与肠道黏附位点及产生抗菌物质等方式从而抑制病原菌的定殖和生长, 维持肠道健康[21]; 另一方面可能是促进了动物肠道内丁酸产生菌梭菌ⅩⅣa群增殖, 从而提高丁酸等短链脂肪酸含量, 因梭菌ⅩⅣa群具有黏附黏蛋白的活性, 可减少肠道内致病菌对黏蛋白的利用[28]。
总之, 断奶仔猪饲喂植物乳杆菌制剂, 可上调小肠转运通道相关基因(SGLT-1和PepT1)及紧密连接蛋白相关基因(Occludin和ZO-1)的相对表达量, 提高盲肠与结肠丁酸和乳酸的含量, 促进乳酸杆菌和梭菌ⅩⅣa群的增殖, 降低大肠杆菌的数量, 改善肠道健康。
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