仔猪早期肠道微生物变化特点及饲养管理措施

■刘作华 杜 蕾 齐仁立*

（1.重庆市畜牧科学院，重庆402460；2.农业农村部养猪科学重点实验室，重庆402460；3.中国农业大学动物科学技术学院，北京100094）

1 猪的肠道微生物及其生理功能

动物肠道中寄生着大量的微生物，包括细菌、病毒和真菌等，它们与宿主形成稳定的共生关系。作为最主要的消化道微生物，细菌在宿主肠道中发挥着重要的生理调控作用，很大程度上决定了宿主的消化能力、肠道免疫和健康水平[1]。

近年来，随着宏基因组等高通量组学分析技术的普及，我们对于猪肠道微生物的认识有了长足的进步。通常认为胚胎期的仔猪是无菌状态，仔猪出生后消化道内立即定植了大量细菌。不同生长阶段的猪肠道菌群组成存在明显差异[2]。新生仔猪消化道中拟杆菌门占主要地位，随着猪的生长厚壁菌门比例增加，拟杆菌门比例减少[3]。成年后，猪的肠道微生物数量达到1012CFU/g 以上，90%以上的细菌来自厚壁菌门（Firmicutes），拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门（Proteobacteria）[4-5]。在猪的消化道不同部位微生物的数量和种类也有明显区别。猪大肠（结肠、直肠和盲肠）中微生物的绝对数量、丰富度和多样性都显著高于小肠（十二指肠、空肠和回肠），并且小肠的微生物组成更易波动和变化[6]。通常，大肠中优势菌是厚壁菌门和变形菌门，而小肠中厚壁菌门和拟杆菌门占绝对优势[4-5]。不同品种的猪肠道菌群也有差异，研究发现金华猪肠道中特有Roseburiaintestinali与Eubacteriummoniliforme两种产丁酸菌，而长白猪独有加氏乳杆菌NCC 533（Lactobacillus johnsoniiNCC 533）和罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）两株乳酸菌[7]。

肠道菌群可以为宿主动物提供许多有益的功能，包括：降解宿主不可消化的纤维和多糖、产生挥发性脂肪酸、回收胆盐，合成维生素K 和外源性碱性磷酸酶，刺激肠道黏膜免疫系统的发育和成熟等[8-9]。肠道微生物的组成与猪生理稳态和代谢平衡密切相关。肠道菌通过“微生物-肠-脑”的交流直接或间接地影响宿主食欲（采食量）、能量周转平衡、器官发育（肌肉和脂肪等）和疾病的发生[10-12]，决定了猪的饲料转换率、体重、体脂、肉品质等生长和生产性能。一些研究报道了体重较大的猪体内厚壁菌门的相对丰度较高，可能是由于厚壁菌与营养吸收相关。人上的研究发现胖人的厚壁菌门比例较瘦人增加20%，其能量吸收能力可增加约150 kcal[13-14]。而拟杆菌门在体重较轻的猪中丰度较高，其中普雷沃氏菌属（Prevotella）和猪的体重增长正相关。肠道中的Christensenellaceae、Oscillibacter、losilyticum等微生物类群可能与猪的饲料转换率、体脂沉积有关[15]。

随着人们对肠道微生物组成和功能认识的不断深入，科学家们根据肠道菌群组成特点提出“肠型”的概念。肠型分为拟杆菌型（Bacteroidetes）、普雷沃氏菌型（Prevotella）和瘤胃球菌型（Ruminococcus）3 种。在猪上，肠型主要分为两类：有的研究分析仔猪断奶过程中会出现普雷沃氏菌型和大肠杆菌型两种不同肠型，以普雷沃氏菌、乳酸菌和链球菌为主的普雷沃氏菌型与猪的日增重和背脂厚度显著相关[16]，大肠杆菌型的存在可能表明断奶时肠道健康可能受到破坏[17]。也有研究阐述，断奶早期仔猪的肠型主要分为普雷沃氏菌型和瘤胃球菌型[18]。不同肠型的微生物类群对于肠道中的食物消化和代谢有明显的倾向性。拟杆菌型的微生物主要从碳水化合物和蛋白质中获取能量，与猪的生长、健康、能量周转和饲料利用效率等相关[12]；普雷沃氏菌型和瘤胃球菌型的微生物可以降解肠道中的糖蛋白物质[19]，有利于降解植物性饲料中的半乳糖[4，20]。不同试验中仔猪肠型的差异可能是由于宿主遗传背景的不同，具体如何还有待深入研究。基于上述研究，专家们提出在生产中可以根据猪的不同肠道微生物组成特征（肠型）来制定更为精细的营养和饲养管理方案[21-22]。

2 仔猪早期肠道菌的定植与变化

早期生长阶段（出生到断奶后两周）是仔猪器官发育和免疫机能成熟的关键时期，肠道菌群的定植与初步成熟也主要在这个时间段。早期阶段肠道菌的定植和固化很大程度上影响了猪后期的生长和生产性能[23-25]。在生长早期，猪肠道菌群的定植和变化十分剧烈，菌群组成受到内外复杂因素的共同影响，例如，饲养环境、食物类型、与同伴的接触互动、断奶应激[26-27]。

图1 仔猪生长早期的肠道黏膜菌群变化[29]

仔猪在出生过程中和出生后会随机接触并获取母猪产道、皮肤、粪便、母乳以及环境中的微生物，并迅速在自身肠道内定植[18，28]。仔猪出生后12 h，肠道内的细菌数量就增加了上万倍。仔猪肠道最早定植的微生物有链球菌（Streptococcus）和葡萄球菌（Staphylococcus）等兼性厌氧菌，氧气消耗后迅速被双歧杆（Bifidobacterium）、棒状杆菌（Corynebacterium）、乳酸杆菌（Lactobacillus），以及瘤胃球菌（Ruminococcus）等厌氧菌替代[29]，一周后基本建立了以厚壁菌门为主的肠道微生物群落[10]。小肠中的微生物在仔猪出生后3～35 d内逐渐稳定，而大肠微生物要在出生35 d后才被母体粪便微生物大量替代。在仔猪出生后的前30 d，肠道内27.7%的微生物来源于母乳，10.4%来自于母体乳房表面微生物。出生35 d后，仔猪肠道内微生物逐渐稳定后，90%来自母乳的微生物定植下来[30-31]。哺乳期内仔猪肠道中乳酸菌属（Lactobacillus）占相当大的比例，它们有利于维持肠道内环境，刺激肠黏膜的形成，断奶后乳酸菌的比例迅速降低，以普氏菌属为代表的拟杆菌门丰度明显增[4，20，25]（见图1）。。

重庆市畜牧科学院建成了国内唯一的无菌猪培育和应用基地，为研究猪的肠道微生物定植提供了十分便利的条件。我们研究团队利用无菌猪模型，研究了仔猪早期肠道微生物定植及其对免疫和肌肉发育的影响。我们的研究发现肠道菌的早期定植有合适的窗口期，出生一周内的细菌定植显著影响了仔猪的肠道微生物区系的形成和早期发育[32]。我们利用转录组测序技术比较了无菌猪和普通猪多个组织的基因表达差异，发现微生物的缺失对肠道组织中转录因子的表达影响最大；与普通仔猪相比，无菌仔猪免疫相关基因表达水平显著下调，说明肠道菌群会影响免疫系统功能和发育相关基因的表达[33]。此外，无菌猪的肌肉和脂肪发育迟缓，功能失调；给无菌猪定植肠道微生物后可以部分修复这些器官的生长和功能。

3 对于仔猪早期肠道菌群的管理和干预

在仔猪生命早期肠道微生物的定植和演替至少有两个关键时间节点：出生后第一周和断奶后几天[34]。断奶后随着生长，猪的肠道菌群迅速趋于稳定。目前，在仔猪早期阶段，主要通过母体营养调控、益生菌、菌群移植等技术改善肠道菌群[35]。

3.1 动物管理

在仔猪早期阶段需要重点关注几个方面的管理：①仔猪出生后，母乳饲喂以及与同伴的密切接触对新生仔猪肠道菌群定植至关重要[36-37]。初生仔猪免疫系统不成熟，所以及时摄取初乳对于获得来自母体的免疫球蛋白和足够的营养至关重要[38]。并且饲喂母乳比饲喂牛乳或其他代乳品的仔猪体内肠道菌群丰度更高。②哺乳期，仔猪肠道微生态环境不稳定，免疫系统不成熟，易受到病原体（伤寒沙门氏菌和大肠杆菌）的感染，因此在断奶以前仔猪感染腹泻的风险较大[39-40]。肠道菌群紊乱是引起仔猪腹泻甚至死亡的重要原因之一[17]，新生腹泻仔猪肠道内大部分属于厚壁菌门的有益菌(如肠球菌、链球菌、乳酸菌、梭菌和白菌)数量减少[41]。母体营养是保障新生仔猪健康的关键，直接影响子代免疫系统、健康水平和肠道菌群组成[18，42-43]。通过优化母猪营养可以提高仔猪的生产性能和健康水平。母猪妊娠后期到泌乳期间可以添加短链低聚果糖等益生元物质，有助于增加仔猪肠道内SCFAs 含量，改善菌群结构和增强仔猪肠道免疫防御能力[44]。③仔猪断奶过程中从采食液体饲料向固体饲料过渡，这些变化均会引起肠道菌群改变和降低小肠吸收能力，导致饲料消化率和生长性能降低。所以，仔猪断奶前应尽早接触和适应固态开口料[45-46]，并在饲料中适量加入日粮成分（如纤维素、氨基酸等）或添加剂(如有机酸、锌、益生元、益生菌、其他动植物源物质)以减少断奶造成的应激反应[47]。

3.2 环境管理

新生儿出生后最早接触的环境微生物来自母体，所以母猪的饲养管理是影响新生仔猪肠道菌群的重要因素[48-49]。母体微生物如母乳中的双歧杆菌、乳酸菌和葡萄球菌，通过生殖系统传播的大肠杆菌/志贺菌、长双歧杆菌和脆弱拟杆菌等都能垂直传递给下一代，共同构成子代新生期的肠道微生物[50-51]。保证母猪清洁和健康，减少母子间的病毒传播对于仔猪的生长十分重要。

给仔猪提供一个洁净的生活环境，减少病原菌的携带和传播是保障健康生长的关键。通过精准控制圈舍内的温湿度变化，减少环境刺激产生的应激[52]。及时彻底清理粪污，减少仔猪与污染物的接触机会和腹泻的发生，这对于建立和优化肠道菌群也是十分必要的。

不同的饲养环境对猪肠道菌群同样具有较大的影响。随着国内对福利养殖的日益重视，户外养猪模式在很多地区得到了较广泛的应用。研究显示户外散养猪的肠道菌群比水泥地圈养猪的肠道菌群更为丰富多样，拟杆菌门在散养的猪体内相对丰度高达62%，而在圈养的猪体内仅为33%[53]。研究者们发现土壤中微生物种类丰富，让哺乳仔猪早期持续暴露在土壤环境中，可让与饮食转换（从母乳到植物为主的饮食）相关的肠道菌群更快定植[54]。也有学者提出通过发酵床饲养的模式更有利于动物的肠道健康。不同于水泥地饲养，发酵床采用干法分层制作技术，将垫料以及菌种等材料按照比例依次投放到发酵池内。有助于提高断奶仔猪日增重，降低饲料增重比和腹泻率，改善猪的肠道微生态平衡[55]。

3.3 益生菌干预

益生菌通过产生SCFAs 或者降低肠道pH 值影响肠道菌群的数量和丰度，改善肠道微生物平衡，从而提高畜禽生产性能。研究发现在生长早期给仔猪补充适量的益生菌，可以优化肠道环境，对抗有害菌的入侵，减少腹泻的发生[56-57]。众多研究表明复合益生菌的作用优于单菌。Hanna 等[58]对11 项不同的益生菌（单菌和复合菌）对肠易激综合症的治疗效果进行分析，发现复合益生菌干预的有益效果比单株益生菌更加显著。长双歧杆菌婴儿亚种CECT 7210（Bifidobacterium longum subsp. infantisCECT 7210）和动物双歧杆菌乳亚种BPL6（Bifidobacterium animalis subsp. lactisBPL6）的益生菌组合可以降低鼠伤寒沙门氏菌感染的断奶仔猪的致病菌负载量，并改善猪肠道健康[59]。

虽然大量研究都表明外源补充乳酸菌、芽孢杆菌、双歧杆菌、酵母菌等益生菌对仔猪的健康和生长具有积极的影响[60-61]，但益生菌定植具有个体化差异，并且益生菌对肠道菌群重建具有延缓作用，益生菌的效果和安全性还有待进一步研究[62-63]。关于益生菌是否会阻碍菌群复原、是否影响健康，益生菌疗法是否更适合特定患者群体，还需要更多研究和实践应用[64]。生产中需要注意益生菌的来源、不同益生菌之间的协同和拮抗、益生菌的包被和保护[65]。了解益生菌的定植机制，将有助于开发个性化的益生菌疗法。

3.4 菌群移植

粪便微生物群移植（Fecal Microbiota Transplants，FMT）原指将健康个体的粪便菌悬液注入另一个人的胃肠道以治疗复发性艰难梭菌感染等特定疾病的方法，在此基础上发展成为一种快速有效调控干预肠道微生物的方法[66]。目前，多项基于猪肠道菌移植的研究都表明早期菌群移植可以帮助仔猪尽快建立稳定的肠道菌群，提高有益菌的丰度，加速肠道发育和刺激免疫功能的成熟[67-68]。菌群移植的途径有很多，供体选择也有不同。有学者对比了口服加直肠灌喂和单纯直肠灌喂后的效果，发现单独直肠灌喂可以增加胃到结肠的pH 值梯度，并增加黏膜对细菌定植的抗性；而口服加直肠移植促进细菌黏附及在器官中的定殖，但增加早产仔猪的死亡率[69]。晏向华教授实验室在断奶前给仔猪移植抗腹泻猪种（从江香猪）的粪菌，发现可显著减少其断奶腹泻的发生，并证实其中的加氏乳杆菌LA39 和谷物乳杆菌是发挥抗腹泻作用的关键微生物[70]。另有研究将母猪粪便菌液移植给仔猪，可以改善仔猪的生长性能，降低肠道通透性，刺激sIgA 分泌，调节肠道微生物群的组成和代谢[71]。

尽管菌群移植有良好的改善生产性能和免疫发育的作用，但它的安全性和有效性还需要更加深入的研究。所以在粪菌移植的时候，一定要注意供体动物的健康，粪菌的制备流程以及安全性评价，同时还要关注移植的方式、移植的窗口期和对应的饲养管理。

4 小结和展望

研究和揭示仔猪出生后早期肠道菌的定植和变化对于生猪养殖业具有重要的指导意义。早期肠道菌的接触、定植和演替影响了仔猪的消化、生长和发育进程，可能对猪后期的生产性能产生极大的影响。通过提高饲养管理水平和补充益生菌、菌群移植等方法改善仔猪肠道微生态环境，优化菌群结构，促进肠道免疫机能是切实可行的措施。未来，我们需要进一步加大猪源益生菌的开发力度，研究仔猪阶段益生元和益生菌联合应用的解决方案。建立更为完善、便捷和安全的猪菌群移植技术体系。此外，通过准确测定肠道菌群组成特点将猪分为不同“肠型”，并给予更具针对性的管理和营养策略，真正实现精准饲养和健康养殖。