不同精粗比对牦牛粪便菌群结构的影响

doi:10.11686/cyxb2023091

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (12): 189-197.DOI: 10.11686/cyxb2023091

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不同精粗比对牦牛粪便菌群结构的影响

聂洪辛¹^,²^,³(), 李毓敏¹^,²^,³, 庞凯悦¹^,²^,³, 柴沙驼¹^,²^,³^,⁴, 申迪¹^,²^,³, 曾子铭¹^,²^,³, 廖扬¹^,²^,³, 王迅¹^,²^,³, 薛斌¹, 刘书杰¹^,²^,³, 王书祥¹^,²^,³^,⁴(), 杨英魁¹^,²^,³^,⁴()

^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动物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
^4.农业农村部青藏高原放牧牦牛藏羊动物营养与饲草料重点实验室，青海西宁 810016

收稿日期:2023-04-02 修回日期:2023-04-19 出版日期:2023-12-20 发布日期:2023-10-18
通讯作者: 王书祥,杨英魁
作者简介:yykui@qhu.edu.cn
E-mail： 15850594890@163.com
聂洪辛（1998-），女，河北石家庄人，在读硕士。E-mail： hongxinnie@126.com
基金资助:
国家重点研发计划课题(2018YFD0502301)

Effect of different concentrate to forage ratios on the structure of microflora in yak manure

Hong-xin NIE¹^,²^,³(), Yu-min LI¹^,²^,³, Kai-yue PANG¹^,²^,³, Sha-tuo CHAI¹^,²^,³^,⁴, Di SHEN¹^,²^,³, Zi-ming ZENG¹^,²^,³, Yang LIAO¹^,²^,³, Xun WANG¹^,²^,³, Bin XUE¹, Shu-jie LIU¹^,²^,³, Shu-xiang WANG¹^,²^,³^,⁴(), Ying-kui YANG¹^,²^,³^,⁴()

^1.Qinghai 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 Centre of Qinghai Province，Xining 810016，China
^4.Key Laboratory of Animal Nutrition and Forage for Plateau Grazing Yak and Tibetan Sheep，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Xining 810016，China

Received:2023-04-02 Revised:2023-04-19 Online:2023-12-20 Published:2023-10-18
Contact: Shu-xiang WANG,Ying-kui YANG

摘要/Abstract

摘要：

本试验旨在研究不同精粗比对牦牛粪便菌群结构的影响。选取24头体重相近、健康的3岁公牦牛，随机分成2组，分别饲喂低精粗比饲粮（35∶65， C₃₅组）和高精粗比饲粮（65∶35， C₆₅组）。预试期为15 d，试验期为90 d。运用16S rDNA高通量测序技术对粪便菌群结构变化进行分析。结果表明：1）2组共检测出1702个操作分类单元（OTU），其中两组共有的OTU数目为1273个，占总OTU数目的74.79%；C₃₅组的物种数、Chao1指数与Shannon指数显著高于C₆₅组（P<0.05）。2）在门水平下，C₃₅组牦牛粪便中髌细菌门和蓝藻菌门极显著高于C₆₅组（P<0.01），放线菌门显著高于C₆₅组（P<0.05）；C₆₅组牦牛粪便中拟杆菌门、螺旋体门显著高于C₃₅组（P<0.05）。3） C₃₅组牦牛粪便中瘤胃球菌属极显著高于C₆₅组（P<0.01），毛螺菌科_NK3A20显著高于C₆₅组（P<0.05）；C₆₅组牦牛粪便中未培养的属极显著高于C₃₅组（P<0.01），未培养细菌属、拟普雷沃氏菌属、密螺旋体属显著高于C₃₅组（P<0.05）。4）利用PICRUSt预测粪便微生物的代谢途径和功能，在KEGG2水平，C₆₅组复制和修复、翻译、核苷酸代谢、其他次生代谢物的合成、细胞生长和死亡的基因家族相对丰度极显著高于C₃₅组（P<0.01）。综上，饲粮精粗比显著影响了牦牛粪便菌群的多样性与丰富度。且饲喂高精粗比饲粮（65∶35）促进了牦牛粪便中非纤维降解菌的增殖，提高了拟普雷沃氏菌属的丰度值，但抑制了毛螺菌科的生长，研究结果丰富了对牦牛粪便菌群结构的认识。

关键词: 精粗比, 牦牛, 16S rDNA, 粪便, 微生物菌群

Abstract:

The aim of this experiment was to study the effects of different ratios of concentrate to forage on the structure of the microflora in yak feces. Twenty-four healthy 3-year-old male yaks with similar body weight were randomly divided into two groups： One group was fed with a diet with a low concentrate to forage ratio （35∶65， C₃₅ group）， and the other group was fed with a diet with a high concentrate to forage ratio （65∶35， C₆₅ group）. The pretest lasted for 15 days and the experiment lasted for 90 days. Then， 16S rDNA high throughput sequencing technology was used to analyze the structural changes in fecal microflora. The main results were as follows： 1） A total of 1702 operational taxonomic units （OTUs） were detected in the feces of the two groups， among which 1273 OTUs （74.79%） were common to the two groups. The number of species， Chao1 index， and Shannon’s index were significantly higher in the C₃₅ group than in the C₆₅ group （P<0.05）. 2） In terms of species composition of the microflora in yak feces， at the phylum level， Patescibacteria and Cyanobacteria were significantly more abundant in the C₃₅ group than in the C₆₅ group （P<0.01）， and Actinobacteriota were significantly more abundant in the C₃₅ group than in the C₆₅ group （P<0.05）. Bacteroidota and Spirochaetota were more abundant in the C₆₅ group than in the C₃₅ group （P<0.05）. 3） Ruminococcus were significantly more abundant in the C₃₅ group than in the C₆₅ group （P<0.01）， and Lachnospiraceae_NK3A20_group were significantly more abundant in the C₃₅ group than in the C₆₅ group （P<0.05）. The number of uncultured was significantly higher in the C₆₅ group than in the C₃₅ group （P<0.01）. The numbers of uncultured_bacterium， Alloprevotella， and Treponema were significantly higher in the C₆₅ group than in the C₃₅ group （P<0.05）. 4）Prediction of the metabolic pathways and functions of fecal microorganisms at the KEGG2 level using PICRUSt revealed a much higher relative abundance of gene families involved in replication and repair， translation， nucleotide metabolism， biosynthesis of other secondary metabolites， and cell growth and death in the C₆₅ group than in the C₃₅ group （P<0.01）. In conclusion， the dietary concentrate to forage ratio significantly affected the diversity and richness of yak fecal microflora. A diet with a high concentrate to forage ratio （65∶35） promoted the proliferation of non-fiber-degrading bacteria and increased the abundance of Alloprevotella， but inhibited the growth of Lachnospiraceae. These results enrich our understanding of the composition and functions of bacterial communities in yak feces.

Key words: concentrate to forage, yak, 16S rDNA, manure, microflora

聂洪辛, 李毓敏, 庞凯悦, 柴沙驼, 申迪, 曾子铭, 廖扬, 王迅, 薛斌, 刘书杰, 王书祥, 杨英魁. 不同精粗比对牦牛粪便菌群结构的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(12): 189-197.

Hong-xin NIE, Yu-min LI, Kai-yue PANG, Sha-tuo CHAI, Di SHEN, Zi-ming ZENG, Yang LIAO, Xun WANG, Bin XUE, Shu-jie LIU, Shu-xiang WANG, Ying-kui YANG. Effect of different concentrate to forage ratios on the structure of microflora in yak manure[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(12): 189-197.

图/表 8

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原料Ingredients	C₃₅	C₆₅
燕麦干草Oats hay （%）	65.00	35.00
玉米Corn （%）	15.19	29.75
小麦Wheat （%）	4.23	8.39
麸皮Wheat bran （%）	4.35	8.56
菜籽粕Rapeseed meal （%）	4.32	8.55
豆粕Soybean meal （%）	1.47	2.91
棕榈油脂肪粉Palm oil powder （%）	1.44	2.84
CaHPO₄（%）	1.00	1.00
食盐NaCl （%）	1.00	1.00
预混料Premix^1）（%）	2.00	2.00
合计Total （%）	100.00	100.00
营养水平Nutrient levels^2）
代谢能Metabolic energy （ME，MJ·kg^-1）	10.08	11.89
粗蛋白质Crude protein （CP，%）	11.72	13.18
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF，%）	43.53	31.36
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF，%）	27.88	18.36
钙Ca （%）	0.44	0.48
磷 P （%）	0.43	0.56

原料Ingredients	C₃₅	C₆₅
燕麦干草Oats hay （%）	65.00	35.00
玉米Corn （%）	15.19	29.75
小麦Wheat （%）	4.23	8.39
麸皮Wheat bran （%）	4.35	8.56
菜籽粕Rapeseed meal （%）	4.32	8.55
豆粕Soybean meal （%）	1.47	2.91
棕榈油脂肪粉Palm oil powder （%）	1.44	2.84
CaHPO₄（%）	1.00	1.00
食盐NaCl （%）	1.00	1.00
预混料Premix^1）（%）	2.00	2.00
合计Total （%）	100.00	100.00
营养水平Nutrient levels^2）
代谢能Metabolic energy （ME，MJ·kg^-1）	10.08	11.89
粗蛋白质Crude protein （CP，%）	11.72	13.18
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF，%）	43.53	31.36
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF，%）	27.88	18.36
钙Ca （%）	0.44	0.48
磷 P （%）	0.43	0.56

项目 Item	C₃₅	C₆₅	SEM	P值 P-value
观测到的物种Observed species	1097.15a	912.33b	37.56	0.01
Chao1指数Chao1 index	1236.56a	1068.56b	37.02	0.01
Shannon指数Shannon index	7.51a	7.00b	0.11	0.01
Simpson指数Simpson index	0.98a	0.97a	0.01	0.21

项目 Item	C₃₅	C₆₅	SEM	P值 P-value
观测到的物种Observed species	1097.15a	912.33b	37.56	0.01
Chao1指数Chao1 index	1236.56a	1068.56b	37.02	0.01
Shannon指数Shannon index	7.51a	7.00b	0.11	0.01
Simpson指数Simpson index	0.98a	0.97a	0.01	0.21

门水平 Phylum level	C₃₅	C₆₅	SEM	P值 P-value
厚壁菌门Firmicutes	0.745a	0.696a	0.017	0.15
拟杆菌门Bacteroidota	0.176b	0.252a	0.020	0.04
放线菌门Actinobacteriota	0.027a	0.013b	0.003	0.04
螺旋体门Spirochaetota	0.006b	0.020a	0.004	0.04
疣微菌门Verrucomicrobiota	0.014a	0.006a	0.003	0.20
髌细菌门Patescibacteria	0.014a	0.005b	0.001	<0.01
变形菌门Proteobacteria	0.008a	0.004a	0.002	0.34
蓝藻菌门Cyanobacteria	0.009a	0.003b	0.001	<0.01
迷踪菌门Elusimicrobiota	0.001a	0.001a	0.001	0.08
酸杆菌门Acidobacteriota	0.001a	0.001a	0.001	0.32

不同精粗比对牦牛粪便菌群结构的影响

Effect of different concentrate to forage ratios on the structure of microflora in yak manure

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图/表 8

参考文献 42

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属水平 Genus level	C₃₅	C₆₅	SEM	P值 P-value
UCG-005	0.200a	0.214a	0.009	0.48
未培养细菌属Uncultured_bacterium	0.082b	0.132a	0.012	0.03
未识别属Unidentified	0.074a	0.099a	0.010	0.21
理研菌科_RC9 Rikenellaceae_RC9	0.057a	0.064a	0.006	0.62
克里斯滕森菌科_R_7群 Christensenellaceae_R_7 group	0.051a	0.040a	0.003	0.11
未培养的属Uncultured	0.046a	0.030b	0.003	<0.01
毛螺菌科_NK3A20群 Lachnospiraceae_NK3A20 group	0.043a	0.018b	0.005	0.02
狭义梭菌属1 Clostridium_sensu_stricto_1	0.025a	0.035a	0.006	0.40
拟杆菌属Bacteroides	0.034a	0.021a	0.005	0.24
罗姆布茨菌属Romboutsia	0.027a	0.018a	0.003	0.15
单核球蛋白属Monoglobus	0.024a	0.018a	0.002	0.07
拟普雷沃氏菌属Alloprevotella	0.005b	0.032a	0.006	0.02
罗氏菌属Roseburia	0.017a	0.020a	0.004	0.67
帕氏菌属Paeniclostridium	0.021a	0.010a	0.003	0.07
苏黎士杆菌属Turicibacter	0.011a	0.017a	0.003	0.37
密螺旋体属Treponema	0.005b	0.020a	0.004	0.03
奥尔塞内拉属Olsenella	0.015a	0.007a	0.003	0.16
泰泽雷拉菌属Tyzzerella	0.009a	0.013a	0.002	0.36
黄斑菌属Acetitomaculum	0.016a	0.006a	0.004	0.18
瘤胃球菌属Ruminococcus	0.050a	0.017b	0.002	<0.01

项目Item	C₃₅	C₆₅	SEM	P值P-value
碳水化合物代谢Carbohydrate metabolism	13.445a	13.491a	0.041	0.60
氨基酸代谢Amino acid metabolism	12.961a	12.971a	0.032	0.89
辅助因子和维生素代谢Metabolism of cofactors and vitamins	12.308a	12.213a	0.088	0.61
萜类和多酮类代谢Metabolism of terpenoids and polyketides	10.461a	10.157a	0.094	0.11
其他氨基酸代谢Metabolism of other amino acids	6.585a	6.525a	0.085	0.74
复制和修复Replication and repair	6.368b	6.524a	0.028	<0.01
脂类代谢Lipid metabolism	5.572a	5.682a	0.044	0.22
能量代谢Energy metabolism	5.506a	5.566a	0.023	0.22
翻译Translation	3.578b	3.645a	0.014	<0.01
聚糖生物合成和代谢Glycan biosynthesis and metabolism	3.439a	3.555a	0.099	0.59
折叠、分拣和降解Folding， sorting and degradation	3.420a	3.411a	0.001	0.57
细胞运动性Cell motility	3.404a	3.180a	0.072	0.12
外来生物的生物降解和代谢Xenobiotics biodegradation and metabolism	2.637a	2.562a	0.063	0.57
核苷酸代谢Nucleotide metabolism	2.068b	2.111a	0.008	<0.01
其他次生代谢物的合成Biosynthesis of other secondary metabolites	1.993b	2.055a	0.013	<0.01
膜运输Membrane transport	1.712a	1.740a	0.022	0.55
细胞生长和死亡Cell growth and death	1.524b	1.560a	0.006	<0.01
转录Transcription	1.345a	1.361a	0.010	0.41
信号转导Signal transduction	0.396a	0.385a	0.006	0.39
耐药性∶抗菌素Drug resistance∶antimicrobial	0.253a	0.266a	0.010	0.52

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