精料补饲水平对暖季放牧牦牛瘤胃发酵和菌群结构的影响

doi:10.11686/cyxb2021091

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (5): 169-177.DOI: 10.11686/cyxb2021091

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精料补饲水平对暖季放牧牦牛瘤胃发酵和菌群结构的影响

戴东文¹^,²^,³(), 庞凯悦¹^,²^,³(), 王迅¹^,²^,³, 杨英魁¹^,²^,³, 柴沙驼¹^,²^,³(), 王书祥¹^,²^,³()

^1.青海大学畜牧兽医科学院，青海西宁 810016
^2.青海省高原放牧家畜营养与饲料科学重点实验室，青海西宁 810016
^3.青海省牦牛工程技术研究中心，青海西宁 810016

收稿日期:2021-03-15 修回日期:2021-07-12 出版日期:2022-05-20 发布日期:2022-03-30
通讯作者: 柴沙驼,王书祥
作者简介:Corresponding author. E-mail： chaishatuo@163.com， 841271640@qq.com
戴东文（1994-），男，江西吉安人，硕士。E-mail： 1218720529@qq.com
庞凯悦（1997-），女，山东东营人，在读硕士。E-mail： 1547970042@qq.com。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
国家重点研发计划课题(2018YFD0502301);青海省科技厅项目(2020-ZJ-974Q)

Effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and microbial community structure of grazing yaks in the warm season

Dong-wen DAI¹^,²^,³(), Kai-yue Pang¹^,²^,³(), xun WANG¹^,²^,³, Ying-kui YANG¹^,²^,³, Sha-tuo CHAI¹^,²^,³(), Shu-xiang WANG¹^,²^,³()

^1.Academy of Animal Husbandry and Veterinary Sciences，Qinghai University，Xining 810016，China
^2.Key Laboratory of Plateau Grazing Animal Nutrition and Feed Science of Qinghai Province，Xining 810016，China
^3.Yak Engineering Technology Research Center of Qinghai Province，Xining 810016，China

Received:2021-03-15 Revised:2021-07-12 Online:2022-05-20 Published:2022-03-30
Contact: Sha-tuo CHAI,Shu-xiang WANG

摘要/Abstract

摘要：

为了研究精料补饲水平对暖季放牧牦牛瘤胃发酵和菌群结构的影响，试验选取体重相近、体况良好的公牦牛48头，随机分为4组，每组12头，以放牧为对照组，3个补饲组分别补饲0.5（Ⅰ）、1.5（Ⅱ）和2.5 kg·d^-1（Ⅲ）精料。预试期10 d，正式期60 d。结果表明：1）随着精料补饲水平的提高，瘤胃液pH值，乙酸浓度和乙酸/丙酸值呈线性和二次降低（P<0.05）；瘤胃总挥发性脂肪酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度呈线性和二次提高（P<0.05）；其中补饲Ⅱ和Ⅲ组的微生物蛋白浓度显著高于其他两组（P<0.05）。2）4组共产生3138个OTU，其中共有OTU为1337个，占总OTU数目的42.61%，对照组与补饲Ⅲ组独有OTU分别为183和106个；瘤胃液细菌的物种数、Chao1指数和香农（Shannon）指数随精料补饲的提高呈线性和二次降低（P<0.05）。3）在门水平上，瘤胃拟杆菌门（Bacteroidetes）相对丰度呈线性和二次提高（P<0.05）；而厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度随精料补饲水平提高呈线性和二次降低（P<0.05）；放线菌门（Actinobacteria）相对丰度随精料补饲水平的提高呈线性提高（P<0.05）。在属水平上，随精料补饲水平的提高，瘤胃普雷沃菌属_1（Prevotella_1）、克里斯滕森菌科_R-7（Christensenellaceae_R-7）及普雷沃氏菌科_UCG-001（Prevotellaceae_UCG-001）相对丰度呈线性和二次提高（P<0.05）；而解琥珀酸菌属（Succiniclasticum）和瘤胃球菌科_UCG-005（Ruminococcaceae_UCG-005）相对丰度随着精料补饲水平的提高呈线性和二次降低（P<0.05）。综上所述，适宜提高精料补饲水平能够促进暖季放牧牦牛瘤胃发酵，提高瘤胃部分淀粉相关降解菌的丰度。

关键词: 放牧牦牛, 精料补饲水平, 瘤胃发酵, 菌群结构

Abstract:

The aim of this research was to investigate the effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and the rumen microbial community structure of grazing yaks in the warm season. Forty-eight male yaks with good body condition and similar body weight were randomly assigned to four groups （n=12）. Yaks in the control group were only grazed， while the three supplement groups received 0.5 （Ⅰ）， 1.5 （Ⅱ）， and 2.5 kg·d^-1 （Ⅲ） of concentrate， respectively. There was a 10-day pre-test period and the experimental period lasted 60 days. The experiment results showed that： 1） As concentrate supplementation level increased， the concentration of ruminal fluid total volatile fatty acids， propionic acid， butyric acid， isobutyric acid， valeric acid and isovaleric acid increased quadratically （P<0.05）， while ruminal pH， concentration of acetic acid and the acetic∶propionic acid ratio decreased quadratically （P<0.05） and the concentration of microbial protein in supplement groups Ⅱ and Ⅲ were significantly higher than those in the other two groups. 2） In total， 3138 operational taxonomic units （OTUs） were detected， and 1337 of those OTUs （42.61% of the total OTUs） were shared by all four treatment groups. The control treatment had 183 unique OTUs， while group Ⅲ had 106 unique OTUs. The number of microbial species， Chao1 index and Shannon index decreased with increasing concentrate supplementation level （P<0.05）. 3） At the phylum level， with increasing concentrate supplementation level， the relative abundance of Bacteroidetes increased quadratically （P<0.05）， while the relative abundance of Firmicutes decreased quadratically （P<0.05） and the relative abundance of Actinobacteria increased linearly （P<0.05）. At the genus level， with increased concentrate supplementation level， the relative abundances of Prevotella_1， Christensenellaceae_R-7 and Prevotellaceae_UCG-001 increased quadratically （P<0.05）， while relative abundance of Succiniclasticum andRuminococcaceae_UCG-005 decreased quadratically （P<0.05）. In conclusion， increasing the level of concentrate supplementation promoted rumen fermentation and increased the abundance of the some starch-degrading bacteria of grazing yaks in the warm season.

Key words: grazing yaks, concentrate supplementation level, rumen fermentation, rumen microbial community structure

戴东文, 庞凯悦, 王迅, 杨英魁, 柴沙驼, 王书祥. 精料补饲水平对暖季放牧牦牛瘤胃发酵和菌群结构的影响[J]. 草业学报, 2022, 31(5): 169-177.

Dong-wen DAI, Kai-yue Pang, xun WANG, Ying-kui YANG, Sha-tuo CHAI, Shu-xiang WANG. Effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and microbial community structure of grazing yaks in the warm season[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(5): 169-177.

图/表 8

参考文献 32

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原料 Ingredients	精料 Concentrate supplement
玉米Zea mays	44.27
麸皮Wheat bran	12.06
菜籽粕Rapeseed meal	12.88
小麦Triticum aestivum	4.98
豆粕Soybean meal	12.28
棉籽粕Cottonseed meal	8.57
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	1.22
小苏打NaHCO₃	0.87
氯化钠NaCl	0.87
预混料Premix¹	2.00
合计Total	100.00
营养水平 Nutrient levels²	牧草 Pasture	精料 Concentrate supplement
粗蛋白质Crude protein （CP）	11.35	18.76
粗脂肪Crude fat （EE）	2.53	2.63
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF）	54.16	16.03
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF）	26.74	7.83
钙Calcium （Ca）	2.15	0.60
磷Phosphorus （P）	0.08	0.73

原料 Ingredients	精料 Concentrate supplement
玉米Zea mays	44.27
麸皮Wheat bran	12.06
菜籽粕Rapeseed meal	12.88
小麦Triticum aestivum	4.98
豆粕Soybean meal	12.28
棉籽粕Cottonseed meal	8.57
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	1.22
小苏打NaHCO₃	0.87
氯化钠NaCl	0.87
预混料Premix¹	2.00
合计Total	100.00
营养水平 Nutrient levels²	牧草 Pasture	精料 Concentrate supplement
粗蛋白质Crude protein （CP）	11.35	18.76
粗脂肪Crude fat （EE）	2.53	2.63
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF）	54.16	16.03
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF）	26.74	7.83
钙Calcium （Ca）	2.15	0.60
磷Phosphorus （P）	0.08	0.73

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
pH	7.32a	7.23ab	6.95b	6.89b	0.07	0.002	<0.001	<0.001
微生物蛋白MCP （mg·mL^-1）	2.16c	2.23c	2.38b	2.47a	0.08	0.017	0.090	0.239
氨态氮NH₃-N （mg·dL^-1）	11.32a	10.87ab	10.65bc	10.09c	0.16	0.013	0.042	0.124
总挥发性脂肪酸TVFA （mmoL·L^-1）	69.41b	70.80b	73.07a	76.88a	1.45	0.031	<0.001	<0.001
乙酸Acetic acid （mmoL·L^-1）	51.76a	49.38a	44.76b	42.84c	1.15	<0.001	<0.001	<0.001
丙酸Propionic acid （mmoL·L^-1）	9.73d	11.89c	15.46b	19.91a	0.51	<0.001	<0.001	<0.001
丁酸Butyric acid （mmoL·L^-1）	4.48b	5.24b	7.87a	8.92a	0.35	0.036	<0.001	<0.001
异丁酸Isobutyric acid （mmoL·L^-1）	0.45b	0.72b	0.99a	1.03a	0.06	<0.001	<0.001	<0.001
戊酸Valeric acid （mmoL·L^-1）	1.35b	1.71ab	1.93a	2.05a	0.02	0.039	<0.001	<0.001
异戊酸Isovaleric acid （mmoL·L^-1）	1.64c	1.86b	2.06a	2.13a	0.03	0.021	<0.001	<0.001
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid	5.32a	4.15b	2.90c	2.15d	0.08	<0.001	<0.001	<0.001

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
pH	7.32a	7.23ab	6.95b	6.89b	0.07	0.002	<0.001	<0.001
微生物蛋白MCP （mg·mL^-1）	2.16c	2.23c	2.38b	2.47a	0.08	0.017	0.090	0.239
氨态氮NH₃-N （mg·dL^-1）	11.32a	10.87ab	10.65bc	10.09c	0.16	0.013	0.042	0.124
总挥发性脂肪酸TVFA （mmoL·L^-1）	69.41b	70.80b	73.07a	76.88a	1.45	0.031	<0.001	<0.001
乙酸Acetic acid （mmoL·L^-1）	51.76a	49.38a	44.76b	42.84c	1.15	<0.001	<0.001	<0.001
丙酸Propionic acid （mmoL·L^-1）	9.73d	11.89c	15.46b	19.91a	0.51	<0.001	<0.001	<0.001
丁酸Butyric acid （mmoL·L^-1）	4.48b	5.24b	7.87a	8.92a	0.35	0.036	<0.001	<0.001
异丁酸Isobutyric acid （mmoL·L^-1）	0.45b	0.72b	0.99a	1.03a	0.06	<0.001	<0.001	<0.001
戊酸Valeric acid （mmoL·L^-1）	1.35b	1.71ab	1.93a	2.05a	0.02	0.039	<0.001	<0.001
异戊酸Isovaleric acid （mmoL·L^-1）	1.64c	1.86b	2.06a	2.13a	0.03	0.021	<0.001	<0.001
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid	5.32a	4.15b	2.90c	2.15d	0.08	<0.001	<0.001	<0.001

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
物种数Observed species	1693.82a	1499.76ab	1488.15b	1294.37c	26.50	0.021	<0.001	0.003
Chao1指数Chao1 index	2091.67a	1798.12b	1858.96b	1650.29b	55.81	0.010	0.009	0.035
Shannon指数Shannon index	8.61a	8.53a	8.37a	7.80b	0.10	<0.001	<0.001	<0.001
谱系多样性PD whole tree	137.83a	128.35a	125.34a	113.93a	2.78	0.275	<0.001	0.001
覆盖率Coverage （%）	98.36a	98.53a	98.51a	98.45a	0.16	0.314	0.063	0.111

精料补饲水平对暖季放牧牦牛瘤胃发酵和菌群结构的影响

Effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and microbial community structure of grazing yaks in the warm season

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项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析 ANOVA	线性 Line	二次 Quadratic
普雷沃菌属_1 Prevotella_1	23.81c	28.84b	31.96a	33.97a	1.19	<0.001	<0.001	<0.001
克里斯滕森菌科_R-7 Christensenellaceae_R-7	10.83b	16.78ab	16.25ab	18.67a	1.15	0.032	0.001	0.002
理研菌科_RC9 Gikenellaceae_RC9	8.30a	8.56a	8.01a	9.22a	0.61	0.435	0.689	0.901
产粪甾醇真细菌Eubacterium_coprostanoligenes	3.42a	3.50a	3.97a	4.43a	0.17	0.052	0.210	0.329
解琥珀酸菌属Succiniclasticum	5.29a	2.26b	2.16b	1.15c	0.59	0.046	0.004	0.005
普雷沃氏菌科_UCG-003 Prevotellaceae_UCG-003	1.26a	1.20a	1.71a	1.08a	0.34	0.058	0.699	0.327
瘤胃球菌科_NK4A214 Ruminococcaceae_NK4A214	2.95a	3.08a	3.39a	3.24a	0.32	0.087	0.134	0.295
瘤胃球菌科_UCG-005 Ruminococcaceae_UCG-005	2.43a	2.32a	1.24b	0.85b	0.22	0.006	<0.001	<0.001
帕匹杆菌属Papillibacter	1.07a	0.74a	0.80a	0.91a	0.11	0.381	0.401	0.769
普雷沃氏菌科_UCG-001 Prevotellaceae_UCG-001	0.90b	0.99b	1.77a	2.15a	0.17	0.002	0.027	0.038

[1]	邹诗雨, 陈思葵, 唐启源, 陈东, 陈元伟, 邓攀, 黄胥莱, 李付强. 青贮剂对再生稻头季全株青贮品质和体外瘤胃发酵特性的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(7): 122-132.
[2]	霍俊宏, 詹康, 黄秋生, 钟小军, 占今舜, 严学兵. 不同精粗比日粮对山羊生产性能、血清生化指标和瘤胃发酵的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(6): 151-161.
[3]	李晨, Ahmad Anum Ali, 张剑搏, 梁泽毅, 丁学智, 阎萍. 冷季牦牛和黄牛采食行为、血清生化指标与瘤胃发酵参数的比较研究[J]. 草业学报, 2021, 30(6): 162-169.
[4]	董利锋, 杨修竹, 高彦华, 李斌昌, 王贝, 刁其玉. 日粮不同NDF/NFC水平对周岁后荷斯坦奶牛生产性能、营养物质消化率、瘤胃发酵特征和甲烷排放的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(2): 156-165.
[5]	李雄雄, 焦婷, 赵生国, 秦伟娜, 高雪梅, 王正文, 吴建平, 雷赵民. 牛至精油与有机钴协同对青贮玉米秸秆降解及绵羊瘤胃发酵特性的影响[J]. 草业学报, 2021, 30(11): 191-202.
[6]	占今舜, 杨群, 胡耀, 武艳平, 霍俊宏. 日粮精粗比对湖羊瘤胃发酵和菌群结构的影响[J]. 草业学报, 2020, 29(7): 122-130.
[7]	刘永嘉, 王聪, 刘强, 郭刚, 霍文婕, 张静, 裴彩霞, 张延利. 日粮补充异丁酸对犊牛生长性能、瘤胃发酵和纤维分解菌菌群的影响[J]. 草业学报, 2019, 28(7): 151-158.
[8]	杜子银, 蔡延江, 王小丹, 张斌. 放牧牦牛行为及其对高寒草地土壤特性的影响研究进展[J]. 草业学报, 2019, 28(7): 186-197.
[9]	陈雅坤,王建平,卜登攀,刘宁,刘威. 复合酶制剂对瘤胃发酵及泌乳早期奶牛生产性能的影响[J]. 草业学报, 2018, 27(4): 170-177.
[10]	张毕阳, 赵桂琴, 焦婷, 柴继宽, 苟智强, 许兴泽, 闫车太. 饲粮中添加燕麦干草对绵羊体外发酵的影响[J]. 草业学报, 2018, 27(2): 182-191.
[11]	邓凯平, 王锋, 马铁伟, 王震, 于晓青, 丁立人, 陶晓强, 樊懿萱. 日粮中添加不同水平紫苏籽对湖羊生长性能、瘤胃发酵及养分表观消化率的影响[J]. 草业学报, 2017, 26(5): 205-212.
[12]	陈志远, 马婷婷, 方伟, 左晓昕, 林淼, 赵国琦. 日粮硝酸盐水平对湖羊瘤胃硝态氮动态消失率、发酵参数及血液高铁血红蛋白含量的影响[J]. 草业学报, 2016, 25(2): 95-104.
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项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
拟杆菌门Bacteroidetes	53.38c	59.70b	65.59a	68.24a	1.76	<0.001	<0.001	<0.001
厚壁菌门Firmicutes	39.50a	33.95b	25.94c	25.96c	1.80	<0.001	<0.001	<0.001
放线菌门Actinobacteria	1.13b	1.28b	1.61b	2.16a	0.20	0.007	0.009	0.996
变形菌门Proteobacteria	0.55a	0.86a	0.61a	0.57a	0.07	0.431	0.455	0.479
软壁菌门Tenericutes	1.25a	1.20a	0.91a	0.65a	0.11	0.205	0.732	0.586
疣微菌门Verrucomicrobia	0.87a	0.83a	0.81a	0.63a	0.13	0.962	0.361	0.945
螺旋体门Spirochaete	0.53a	0.45a	0.19a	0.21a	0.06	0.091	0.231	0.068
蓝藻菌门Cyanobacteria	0.51a	0.43a	0.39a	0.36a	0.07	0.079	0.133	0.317
糖细菌门Saccharibacteria	0.12a	0.16a	0.20a	0.21a	0.03	0.136	0.416	0.547
黏胶球形菌门Lentisphaerae	0.07a	0.05a	0.03a	0.02a	0.01	0.181	0.328	0.861

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
拟杆菌门Bacteroidetes	53.38c	59.70b	65.59a	68.24a	1.76	<0.001	<0.001	<0.001
厚壁菌门Firmicutes	39.50a	33.95b	25.94c	25.96c	1.80	<0.001	<0.001	<0.001
放线菌门Actinobacteria	1.13b	1.28b	1.61b	2.16a	0.20	0.007	0.009	0.996
变形菌门Proteobacteria	0.55a	0.86a	0.61a	0.57a	0.07	0.431	0.455	0.479
软壁菌门Tenericutes	1.25a	1.20a	0.91a	0.65a	0.11	0.205	0.732	0.586
疣微菌门Verrucomicrobia	0.87a	0.83a	0.81a	0.63a	0.13	0.962	0.361	0.945
螺旋体门Spirochaete	0.53a	0.45a	0.19a	0.21a	0.06	0.091	0.231	0.068
蓝藻菌门Cyanobacteria	0.51a	0.43a	0.39a	0.36a	0.07	0.079	0.133	0.317
糖细菌门Saccharibacteria	0.12a	0.16a	0.20a	0.21a	0.03	0.136	0.416	0.547
黏胶球形菌门Lentisphaerae	0.07a	0.05a	0.03a	0.02a	0.01	0.181	0.328	0.861