低精料日粮和高精料日粮对牦牛生长性能和瘤胃菌群结构的影响

doi:10.11686/cyxb2023238

草业学报 ›› 2024, Vol. 33 ›› Issue (5): 155-165.DOI: 10.11686/cyxb2023238

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低精料日粮和高精料日粮对牦牛生长性能和瘤胃菌群结构的影响

申迪¹^,²^,³(), 曾子铭¹^,²^,³, 庞凯悦¹^,²^,³, 柴沙驼¹^,²^,³^,⁴, 聂洪辛¹^,²^,³, 李毓敏¹^,²^,³, 廖扬¹^,²^,³, 王迅¹^,²^,³, 黄伟华¹, 刘书杰¹^,²^,³^,⁴, 杨英魁¹^,²^,³^,⁴(), 王书祥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:2023-07-12 修回日期:2023-09-15 出版日期:2024-05-20 发布日期:2024-02-03
通讯作者: 杨英魁,王书祥
作者简介:yykui@qhu.edu.cn
E-mail： 15850594890@163.com
申迪（1998-），男，云南昭通人，在读硕士。E-mail： 2354932251@qq.com
基金资助:
青海省科技计划项目(2020-ZJ-974Q)

Effects of low-concentrate and high-concentrate diets on yak growth performance and rumen microbiota structure

Di SHEN¹^,²^,³(), Zi-ming ZENG¹^,²^,³, Kai-yue PANG¹^,²^,³, Sha-tuo CHAI¹^,²^,³^,⁴, Hong-xin NIE¹^,²^,³, Yu-min LI¹^,²^,³, Yang LIAO¹^,²^,³, Xun WANG¹^,²^,³, Wei-hua HUANG¹, Shu-jie LIU¹^,²^,³^,⁴, Ying-kui YANG¹^,²^,³^,⁴(), Shu-xiang WANG¹^,²^,³^,⁴()

^1.Academy of Animal Husbandry and Veterinary Sciences of Qinghai University，Xining 810016，China
^2.Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science of Plateau Grazing Livestock in Qinghai Province，Xining 810016，China
^3.Research Center of Yak Engineering and Technology in Qinghai Province，Xining 810016，China
^4.Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed for Tibetan Sheep Grazing Yak in Qinghai-Tibet Plateau，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Xining 810016，China

Received:2023-07-12 Revised:2023-09-15 Online:2024-05-20 Published:2024-02-03
Contact: Ying-kui YANG,Shu-xiang WANG

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在探究低精料日粮和高精料日粮对牦牛瘤胃微生物菌群的影响。本试验选取3周岁，体重相近的12头牦牛，平均分为两组。分别用低精料［精粗比30∶70（C₃₀组）］的日粮和高精料［精粗比70∶30（C₇₀组）］的日粮，饲喂2个月。结果表明：1）C₇₀组平均日增重极显著高于C₃₀组（P<0.01）。2）C₃₀组Chao1指数、Shannon指数和谱系多样性指数都极显著高于C₇₀组（P<0.01）。3）在门水平上，髌骨细菌门、脱硫杆菌门、疣微菌门、蓝藻菌门相对丰富度C₃₀组显著高于C₇₀组（P<0.05）。厚壁菌门相对丰富度C₃₀组极显著高于C₇₀组（P<0.01）。拟杆菌门相对丰富度C₇₀组极显著高于C₃₀组（P<0.01），变形菌门C₇₀组显著高于C₃₀组（P<0.05）。在属水平上C₃₀组牦牛的瘤胃微生物克里斯滕森菌科_R-7、未分类瘤胃细菌、NK4A214属、未培养菌（uncultured bacterium）和不确定的菌属（unidentified）的相对丰富度极显著高于C₇₀组牦牛瘤胃微生物丰富度（P<0.01）。理研菌属丰富度C₃₀组显著高于C₇₀组（P<0.05）。普雷沃氏菌属、毛螺菌科-NK3A20、瘤胃球菌属C₇₀组相对丰富度显著高于C₃₀组（P<0.05）。4）在KEGG2水平上，所有的牦牛瘤胃样本中有31个基因家族。C₇₀组运输和分解代谢（transport and catabolism）、辅因子和维生素代谢以及能量代谢显著高于C₃₀组（P<0.05）。C₇₀组的碳水化合物代谢（carbohydrate metabolism）极显著高于C₃₀组（P<0.01）。C₃₀组的免疫疾病（immune disease）极显著高于C₇₀组，C₇₀组的次级代谢产物的生物合成（biosynthesis of other secondary metabolites）极显著高于C₃₀组（P<0.01）。综上所述，与低精料组相比饲喂高精料日粮降低了牦牛瘤胃微生物菌群的多样性，并减少了不利于瘤胃菌群健康的菌群丰富度，同时提高了优势菌群的丰富度。在代谢功能上，高精料日粮增加了碳水化合物代谢和其他营养因子代谢，降低了免疫疾病代谢。

关键词: 精粗比, 生长性能, 瘤胃微生物多样性, 瘤胃微生物丰富度

Abstract:

The objective of this study was to determine the effects of low- and high-concentrate diets on the rumen microbiota in yaks. Twelve 3-year-old yaks with similar body weight were selected and divided into two groups of six. One group was fed with a low-concentrate diet ［30∶70 fine-to-rough ratio （C₃₀ group）］ and the other was fed with a high-concentrate diet ［70∶30 （C₇₀ group）］ for 2 months. It was found that： 1） The average daily weight gain of the C₇₀ group was significantly higher than that of the C₃₀ group （P<0.01）. 2） The Chao1 index， Shannon index， and phylogenetic diversity index were significantly higher for the C₃₀ group than for the C₇₀ group （P<0.01）. 3） At the phylum level， the relative richness of Patescibacteria， Desulfobacterota， Verrucomicrobia， and Cyanobacteria in the rumen was significantly higher in the C₃₀ group than in the C₇₀ group （P<0.05）. The relative richness of Firmicutes in the rumen was significantly higher in the C₃₀ group than in the C₇₀ group （P<0.01）. The relative richness of Bacteroides in the rumen was significantly higher in the C₇₀ group than in the C₃₀ group （P<0.01）， and that of Proteobacteria was significantly higher in the C₇₀ group than in the C₃₀ group （P<0.05）. At the genus level， the relative richness of Christensenellaceae_R-7， unclassified_rumen_bacterium， NK4A214_group， uncultured bacteria， and unidentified bacteria in the rumen was significantly higher in the C₃₀ group than in the C₇₀ group （P<0.01）. The Rikenellaceae_RC9_gut_group in the C₃₀ group was significantly higher than that in the C₇₀ group （P<0.05）. The relative richness of Prevotella， Lachnospiraceae_NK3A20_group and Ruminococcus in the C₇₀ group was significantly higher than that in the C₃₀ group （P<0.05）. 4） There were 31 gene families identified across all yak rumen samples. At KEGG level 2， pathways of transport and catabolism， cofactor and vitamin metabolism， and energy metabolism were significantly enriched in the C₇₀ group compared with the C₃₀ group （P<0.05）. The carbohydrate metabolism pathway was highly significantly enriched in the C₇₀ group compared with the C₃₀ group （P<0.01）. The immune disease pathway was enriched in the C₃₀ group compared with the C₇₀ group， and the biosynthesis of other secondary metabolites pathway was also very highly enriched in the C₇₀ group compared with the C₃₀ group （P<0.01）. In summary， high concentrate was fed compared to the low concentrate group the diet reduced the diversity of rumen microbiota in yak and reduced the richness of microflora that was not conducive to rumen microbiota health， while increasing the abundance of dominant microflora Richness. In terms of metabolic function， the high-concentrate diet increased the metabolism of carbohydrates and other nutrients， and decreased the metabolism of immune diseases.

Key words: fine-to-rough ratio, growth performance, rumen microbial diversity, rumen microbial richness

申迪, 曾子铭, 庞凯悦, 柴沙驼, 聂洪辛, 李毓敏, 廖扬, 王迅, 黄伟华, 刘书杰, 杨英魁, 王书祥. 低精料日粮和高精料日粮对牦牛生长性能和瘤胃菌群结构的影响[J]. 草业学报, 2024, 33(5): 155-165.

Di SHEN, Zi-ming ZENG, Kai-yue PANG, Sha-tuo CHAI, Hong-xin NIE, Yu-min LI, Yang LIAO, Xun WANG, Wei-hua HUANG, Shu-jie LIU, Ying-kui YANG, Shu-xiang WANG. Effects of low-concentrate and high-concentrate diets on yak growth performance and rumen microbiota structure[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2024, 33(5): 155-165.

图/表 7

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项目 Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
原料Ingredients （%）
燕麦干草Oats hay	70.00	30.00
玉米Corn	13.16	38.37
小麦Wheat	3.72	0.00
麸皮Wheat bran	3.78	12.23
食盐NaCl	1.00	1.00
菜籽粕Rapeseed meal	3.75	12.64
豆粕Soybean meal	1.31	0.00
菜籽油Rapeseed oil	0.00	0.82
棕榈油脂肪粉Palm oil fat power^1）	1.28	0.94
磷酸氢钙CaHPO₄	1.00	0.00
预混料Premix^2）	2.00	4.00
合计Total	100.00	100.00
营养水平Nutrient levels^3）
干物质Dry matter （DM， %）	89.20	88.29
代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	9.79	12.61
粗蛋白质Crude protein （CP， %）	11.53	12.79
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	45.47	29.38
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	29.41	15.84
钙Ca （%）	0.43	0.22
磷P （%）	0.41	0.56

项目 Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
原料Ingredients （%）
燕麦干草Oats hay	70.00	30.00
玉米Corn	13.16	38.37
小麦Wheat	3.72	0.00
麸皮Wheat bran	3.78	12.23
食盐NaCl	1.00	1.00
菜籽粕Rapeseed meal	3.75	12.64
豆粕Soybean meal	1.31	0.00
菜籽油Rapeseed oil	0.00	0.82
棕榈油脂肪粉Palm oil fat power^1）	1.28	0.94
磷酸氢钙CaHPO₄	1.00	0.00
预混料Premix^2）	2.00	4.00
合计Total	100.00	100.00
营养水平Nutrient levels^3）
干物质Dry matter （DM， %）	89.20	88.29
代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	9.79	12.61
粗蛋白质Crude protein （CP， %）	11.53	12.79
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	45.47	29.38
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	29.41	15.84
钙Ca （%）	0.43	0.22
磷P （%）	0.41	0.56

项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
平均初重Average initial weight （kg）	164.90±16.90a	162.54±15.73a
平均末重Average end weight （kg）	186.04±13.72b	211.73±15.86a
平均增重Average weight gain （kg）	21.14±4.87B	49.19±6.51A
平均日增重Average daily gain in weight （kg）	0.35±0.06B	0.78±0.12A
干物质采食量Dry matter feed intake （DMI， kg·d^-1）	3.94b	4.88a
料重比Feed/gain （F/G）	11.27A	6.26B

项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
平均初重Average initial weight （kg）	164.90±16.90a	162.54±15.73a
平均末重Average end weight （kg）	186.04±13.72b	211.73±15.86a
平均增重Average weight gain （kg）	21.14±4.87B	49.19±6.51A
平均日增重Average daily gain in weight （kg）	0.35±0.06B	0.78±0.12A
干物质采食量Dry matter feed intake （DMI， kg·d^-1）	3.94b	4.88a
料重比Feed/gain （F/G）	11.27A	6.26B

项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
Chao1指数Chao1 index	1569.71±60.55A	1354.13±137.19B
Shannon指数Shannon index	7.63±0.29A	7.16±0.36B
谱系多样性Phylogenetic diversity	100.59±4.73A	91.64±7.72B
辛普森指数Simpson index	0.98±0.00	0.97±0.02

低精料日粮和高精料日粮对牦牛生长性能和瘤胃菌群结构的影响

Effects of low-concentrate and high-concentrate diets on yak growth performance and rumen microbiota structure

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图/表 7

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项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
厚壁菌门Firmicutes	68.98±7.19A	64.19±5.92B
拟杆菌门Bacteroidota	20.86±2.65B	30.04±5.12A
放线菌门Actinobacteria	6.54±4.77A	2.78±1.98B
髌骨细菌门Patescibacteria	1.76±0.83a	1.64±0.75b
脱硫杆菌门Desulfobacterota	0.36±0.16a	0.24±0.07b
变形菌门Proteobacteria	0.24±0.15b	0.35±0.22a
疣微菌门Verrucomicrobia	0.49±0.13A	0.08±0.02B
螺旋体门Spirochaetota	0.16±0.10b	0.29±0.12a
蓝藻菌门Cyanobacteria	0.24±0.19a	0.08±0.05b
绿弯菌门Chloroflexi	0.10±0.06	0.08±0.04

项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
克里斯滕森菌科_R-7 Christensenellaceae_R-7	10.91±1.91A	7.91±2.51B
普雷沃氏菌属Prevotella	4.71±3.51b	13.31±5.85a
未分类瘤胃细菌Unclassified_rumen_bacterium	9.61±3.37A	6.98±2.10B
毛螺菌科-NK3A20 Lachnospiraceae_NK3A20_group	6.40±3.45b	8.54±3.30a
NK4A214属NK4A214_group	7.74±0.54A	5.95±2.43B
理研菌属Rikenellaceae_RC9_gut_group	7.06±2.12a	5.99±2.74b
瘤胃球菌属Ruminococcus	5.39±2.18b	7.19±2.67a
聚乙酸菌属Acetitomaculum	4.62±2.30B	7.02±3.67A
未培养菌Uncultured_bacterium	6.26±1.76A	5.17±1.33B
不确定的Unidentified	5.72±1.95A	4.25±1.42B

项目Items	C₃₀组Group C₃₀	C₇₀组Group C₇₀
碳水化合物代谢Carbohydrate metabolism	13.40±0.05B	13.63±0.06A
脂质代谢Lipid metabolism	4.87±0.10	4.90±0.05
辅因子和维生素代谢Metabolism of cofactors and vitamins	12.76±0.33b	12.93±0.10a
能量代谢Energy metabolism	5.60±0.06b	5.69±0.05a
核苷酸代谢Nucleotide metabolism	2.06±0.02	2.10±0.02
氨基酸代谢Amino acid metabolism	12.94±0.04	13.04±0.08
萜类化合物和聚酮类化合物的代谢Metabolism of terpenoids and polyketides	10.23±0.25	10.20±0.13
次级代谢产物的生物合成Biosynthesis of secondary metabolites	2.08±0.02B	2.29±0.01A
口服抗生素耐药性Drug resistance of antimicrobial	0.15±0.02	0.15±0.01
外源性物质的生物降解和代谢Xenobiotics biodegradation and metabolism	2.70±0.26	2.69±0.20
其他氨基酸代谢Metabolism of other amino acids	6.74±0.23	6.79±0.27
聚糖的生物合成和代谢Glycan biosynthesis and metabolism	3.81±0.25	4.12±0.08
翻译Translation	3.58±0.04	3.59±0.05
膜传输Membrane transport	1.59±0.01	1.54±0.01
信号转导Signal transduction	0.33±0.01	0.33±0.01
细胞运动Cell motility	2.56±0.20	2.51±0.05
折叠分类和降解Folding， sorting and degradation	3.28±0.06	3.25±0.03
转录Transcription	1.17±0.02	1.21±0.02
复制和修复Replication and repair	6.39±0.06	6.47±0.09
细胞生长与死亡Cell growth and death	1.59±0.02	1.59±0.02
运输和分解代谢Transport and catabolism	0.20±0.01b	0.42±0.03a
信号分子与相互作用Signaling molecules and interaction	0.00±0.00	0.00±0.00
内分泌系统Endocrine system	0.09±0.00	0.09±0.00
免疫系统Immune system	0.08±0.00	0.09±0.00
环境适应Environmental adaptation	0.08±0.00	0.09±0.00
排泄系统Excretory system	0.22±0.01	0.23±0.01
消化系统Digestive system	0.00±0.00	0.00±0.00
细菌传染病Infectious disease of bacterial	0.04±0.01	0.06±0.00
细胞群落原核生物Cellular community-prokaryotes	0.16±0.01	0.16±0.00
寄生虫传染病Infectious disease of parasitic	0.18±0.01	0.19±0.01
免疫疾病Immune disease	0.23±0.00A	0.03±0.00B

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