饲养密度对番鸭屠宰性能和肠道菌群结构的影响

2020-12-21 09:53:20肖英平吕文涛朱江群卢立志夏文锐
中国畜牧杂志 2020年12期
关键词:厚壁盲肠菌门

李 娜 ,肖英平,吕文涛,朱江群,卢立志,夏文锐,杨 华*

(1.浙江农林大学动物科技学院,浙江杭州 311300;2.浙江省农业科学院省部共建农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室,浙江杭州 310021;3.浙江省农业科学院农产品质量标准研究所,浙江杭州 310021;4.杭州余杭区余杭街道农业公共服务中心,浙江杭州 311100;5.浙江省农业科学院畜牧兽医研究所,浙江杭州 310021)

在生产实践中,高密度饲养会对家禽的生产性能、肉品质以及氧化应激产生影响。研究证明高密度养殖会降低家禽生产性能、降低运动能力以及增加氧化应激等[1-2]。但目前关于高密度养殖对畜禽肠道菌群的研究较少,肠道微生物组成与动物的能量代谢和健康高度相关[3]。畜禽肠道被认为是机体最大的“器官”,也是机体不可或缺的“代谢器官”和“免疫器官”,在阻止病原菌在机体定植、维持机体健康、为宿主提供营养和能量以及疾病控制等方面发挥着重要作用,包括消化吸收、能量代谢、免疫调节、抗病性能等[4-7]。

鸭子作为一种重要的经济动物,其独特的风味受广大消费者欢迎,鸭肉的需求量也逐年上升。肉鸭养殖由放养、大群饲养发展到笼养,实现集约化养殖,从经济利益的角度来讲,笼养提高了养殖空间的利用效率,从而减少饲养成本,但养殖密度不断加大的同时也会引起肉鸭应激。高密度养殖会下调北京鸭过氧化氢酶和钙调素等抗氧化蛋白的表达,同时与氧化反应相关的蛋白金属硫蛋白和DDRGK1 表达增强[8]。研究高密度养殖对鸭子生长性能和肠道健康的影响,对降低生产成本、保证禽肉产品质量安全和提高养殖效益有着重要意义,但目前关于养殖密度对肉鸭肠道菌群结构影响的报道较少。本研究利用高通量测序分析高低饲养密度下番鸭的盲肠菌群结构,探讨养殖密度对肠道菌群的影响,为肉鸭的集约化养殖提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计 选用28 日龄、体重(1.25±0.13)kg 的番鸭40 只,随机分为对照组和高密度养殖组。参照Wu 等[8]和Liu 等[9]的方法设计养殖密度,试验用饲养笼的长×宽×高为0.52 m×0.62 m×0.52 m,对照组2 只/笼,10个重复,高密度组4 只/笼,5 个重复。

1.2 饲养管理 将番鸭饲养在浙江省农业科学院实验动物房内。提前1 周对动物房及其他饲养设备进行消毒。采用笼养方式,自由采食番鸭商品料(表1)和饮水。整个试验过程中动物房温度及光照由空调和照明灯控制,室内温度控制在20~22℃,湿度控制在60%左右。

表1 商品料日粮组成及营养成分

1.3 样品采集 饲养14 d 后,每组随机抽取8 只番鸭,测定体重后屠宰,解剖后分离胸肌及腿肌、肝脏、腹部脂肪称重,并迅速分离肠道,取盲肠内容物立即冷冻至液氮,随后转移到 -80℃冰箱保存。

1.4 屠宰性能及肉品质测定 试验期结束后进行屠宰,记录宰前活体重,分离胸肌、腿肌、肝脏及腹部脂肪称取重量,参照农业行业标准《家禽生产性能名称术语和度量统计方法》(NY/T 823-2004)进行屠宰性能测定,计算公式:

胸肌率=胸肌重/全净膛重×100%

腿肌率=腿肌重/全净膛重×100%

肝脏比率=肝脏重/活体重×100%

腹脂率=腹脂重/(全净膛重+腹脂重)×100%

采用胴体pH 直测仪(德国 Matthäus)测定胸肌pH。并立即剥离左半侧胸肌肉样,用SP 64 分光测色仪(美国 Xrite)测量肉色红度(a*)、黄度(b*)及亮度(L*)。胸肌失水率采用压力法测定,取2 块厚约 1 cm 的肉块,将肉块放置于2 层纱布之间,上下各垫18 层滤纸与一块塑料板,随后放置在压缩仪平台上,加压35 kg 并保持5 min,记录压前和压后重。失水率计算公式:

失水率=(肉样压前重-肉样压后重)/ 肉样压前重×100%

1.5 DNA 提取与16S rDNA 高通量测序分析 用QIAamp DNA Stool Mini Kit(QIAGEN,CA)试剂盒抽提番鸭盲肠内容物总基因组DNA,使用Thermo Qubit 进行总DNA 质检;使用引物Forward primer(5'→3'):CTAC GGGNGGCWGCAG (F)和Reverse primer(5'→3'):GACTACHVGGGTWTCTAAT(R)对细菌16S rDNA 的V3~V4 区进行扩增。利用Fragment Analyzer 进行PCR产物文库质检,以确保扩增的准确性和高效性。使用Illumina MiSeq PE300 进行上机测序。基于97%的16S rDNA 测序结果进行 OUT 聚类分析、α多样性分析、β多样性分析、菌群差异分析等。

1.6 统计分析 采用SPSS 19 软件进行单因子方差分析,采用独立样本T 检验进行差异性显著分析,以P<0.05表示差异显著、P<0.01 表示差异极显著。数据用平均值±标准误表示。

2 结果

2.1 不同密度饲养对番鸭屠宰性能的影响 由表2 可以看出,与对照组相比,高密度组的体重、全净膛重、胸肌重、腿肌重、肝重分别降低了22.61%、22.62%、40.24%、24.45% 和26.25%(P<0.05),腹脂重降低43.81%(P<0.01),说明高密度饲养对番鸭的生长和屠宰性能有显著影响。

2.2 不同密度饲养对番鸭肉品质的影响 如表3 所见,高密度组的pH、失水率、肉色中的L*值和a*值与对照组均差异不显著,而b*值显著增加。

2.3 盲肠微生物物种丰度及多样性 每组8 个样本用于高通量测序,采用抽平原则,每个样本随机抽取38 076条序列。根据2 组每个样品的操作分类单元(Operational Taxonomic Units,OTU)在每个样品中的丰度,计算出2 组共有和特有的OTU。如图1 所示,2 组共有OTU 数目为466,对照组特有的OTU 数目为12,高密度组特有OTU 数目为22。如表4 所示,2 组盲肠菌群的覆盖指数均大于0.99,测序结果基本覆盖微生物群落的多样性;其中2 组群落丰富度指数和 Chao1、物种多样性指数Shannon、PD_whole_tree 指数无显著性差异,而高密度组Simpson 指数极显著降低。说明高密度饲养对番鸭盲肠微生物多样性产生一定影响。

表2 两种饲养密度对番鸭屠宰性能的影响

表3 两种饲养密度对番鸭肉品质的影响

图1 OTU Venn 图分析

2.4 番鸭盲肠菌群结构分析 2 组样品在门和属水平上的菌群结构如图2-A 所示,厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)是优势菌门,这3 个优势菌门在2 组间存在显著差异(表5),与对照组相比,高密度组厚壁菌门菌门丰度显著增加、拟杆菌门丰度极显著降低、变形菌门丰度显著增加。

为了更清晰地反映2 组番鸭盲肠微生物区系的变化,从属水平分析可知,其中拟杆菌属(Bactericides)、别样杆菌属(Alistipes)、粪栖杆菌属(Faecalibacterium)和丁酸菌属(Butyricicoccus)为优势菌属(图2-B)。选取相对丰度均大于0.5%的菌属进行显著性差异分析表明(表6),与对照组相比,高密度组拟杆菌属、丁酸菌属和毛螺菌属丰度分别降低了53.56%、67.39%、183.33%(P<0.05),别样杆菌属和罕见小球菌属丰度分别降低了39.24%和73.91%(P<0.01),粪栖杆菌属丰度增加了48.25%(P<0.05),Parabacteroides 丰度增加了155.88%(P<0.01)。

表4 2 种饲养密度对番鸭盲肠菌群丰富度及多样性的影响

表5 2 种饲养密度对番鸭菌群结构的影响(门水平)

表6 2 种饲养密度对番鸭盲肠菌群结构的影响(属水平)

2.5 番鸭盲肠菌群结构聚类分析 根据样品中物种注释信息及丰度,从物种和样品2 个层面进行物种丰度聚类。非加权配对平均法对各组样品的层次聚类分析表明(图3-A),对照组聚成1 树状,高密度组聚成1 树状,2组表现出了不同的聚类趋势。分支越短,表明2 个样本的物种组成越相似,样本越接近。在主坐标分析(PCoA)图上(图3-B)可以看出,2 组盲肠菌群结构也表现出明显分离,菌群结构组成差异较大,说明高密度饲养对盲肠菌群结构的组成造成了显著影响。

图2 番鸭盲肠微生物在门(A)和属(B)水平上物种丰度分析

图3 番鸭盲肠微生物聚类分析与主坐标分析图

3 讨 论

已有研究表明,高密度饲养严重影响畜禽生产性能和机体健康[1,10],与本研究结果一致。高密度养殖限制了畜禽活动空间、增加了畜禽氧化应激等问题,影响畜禽机体健康。本试验中,与对照组相比,高密度组番鸭的体重、胸肌重、腿肌重、肝重显著降低,腹脂重极显著降低。番鸭生长到一定日龄后其肠道菌群也趋于稳定。2 组番鸭肠道菌群丰富度无显著差异,而高密度组Simpson 指数极显著降低,说明高密度组与对照组相比其肠道菌群多样性较低,这也预示着高密度养殖会降低肠道菌群多样性。

越来越多的研究表明,肠道菌群平衡在维持机体代谢和生理功能发挥着重要作用,并且在机体疾病的发展中也发挥重要作用[11-12]。本研究中,在门水平上,厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门为番鸭盲肠菌群的优势菌门,与前人研究结果一致[13-14]。厚壁菌门为动物肠道内的正常菌群,但是当机体免疫功能紊乱或产生炎症反应时,厚壁菌门的丰度在疾病机体肠道中显著升高[15]。高密度组厚壁菌门丰度较对照组显著增加。同时厚壁菌门与拟杆菌门比值增高,提示肠道菌群失衡,并且厚壁菌门与拟杆菌门比率不平衡在很大程度上与能量代谢有关[8,16-17]。另外Shin 提出变形菌门丰度显著增加可作为菌群失衡及潜在疾病风险的判断依据[18]。

本研究中,高密度组的拟杆菌属、丁酸菌属和毛螺菌属丰度显著降低,别样杆菌属和罕见小球菌属丰度极显著降低。丁酸菌属和毛螺菌属的丰度与短链脂肪酸的产量呈正相关,短链脂肪酸浓度升高使肠道pH 下降,从而抑制肠道有害菌的定植,有益于肠道健康,进而改善肌体健康[19]。丁酸菌减少与炎症基因表达增加有关[20-21]。Lloyd-Price 等[22]研究发现,罕见小球菌属丰度在炎症性肠病患者肠道内显著减少,且该菌属通常被认为是有益丁酸盐的生产者。Parabacteroides 被证明是与肥胖有关的重要菌属,能够显著降低高脂饮食小鼠的体重,在抑制肥胖方面起重要作用[23]。

4 结 论

本试验结果表明,高密度饲养应激会对番鸭的肠道菌群产生显著性影响,显著降低盲肠中丁酸梭菌和毛螺菌属等有益菌群的丰度,同时也显著降低了番鸭屠宰性能。

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