家禽胚胎发育中肠道微生物早期定植的研究进展

河南农业职业学院 陈功义 郝振芳 张丁华

禽类胚胎发育是一个极其复杂并在内外环境精准调控下完成的生物过程，而掌握家禽早期胚胎发育的规律和特点是做好孵化工作的前提和基础，进而有效提高孵化成绩，有助于家禽生产性能的提高。在家禽胚胎发育中肠道微生物不断定植并建立，促进了肠道的早期发育及肠道黏膜屏障功能的完善，进而促进机体免疫系统发育及成熟。

一、家禽胚胎发育的一般过程

（一）母体内胚胎发育

母体内胚胎发育主要指受精卵发育至种蛋产出体外，即成熟的卵子在母禽的输卵管喇叭部受精后不久就开始胚胎发育，直到蛋产出后，其胚胎发育暂停。受精卵在母禽的输卵管内停留24-26h，经过连续的细胞分裂，进而形成多细胞的胚盘，而胚盘是胚胎发育的基础。胚胎在胚盘的透明区域开始胚胎发育历程，胚盘发生一系列的形态学变化，包括细胞分裂（减数分裂和有丝分裂）、细胞分化，分别形成两层不同的细胞层，其外层称为外胚层，内层称为内胚层，其内、外胚层形成之后蛋即产出，遇冷（低于23.9℃）时胚胎发育暂时停止。

（二）母体外的胚胎发育

母体外的胚胎发育，一般指种蛋入孵开始至孵化出壳。受精蛋入孵后，胚胎进入第二阶段的发育过程，其家禽胚胎发育可分为三个阶段，即胚胎发育的早期、中期和后期。其中，胚胎发育的早期胚胎外膜血管形成，并运输营养物质；胚胎发育中期则机体形态结构发育形成，尿囊供养能力达到极限；胚胎发育的后期则是胚胎组织器官的生长和系统的成熟阶段。

1、胎膜形成及其功能。在家禽胚胎发育的早期，胎膜逐步形成，而胎膜是胚胎摄取营养和代谢的重要媒介和场所，对胚胎发育和存活至关重要。它包括羊膜、绒毛膜、卵黄囊和尿囊。卵黄囊、羊膜、绒毛膜和尿囊分别负责对胚胎代谢产生的代谢物进行营养、保护、呼吸和储存[1]。

卵黄囊含有少量的蛋白和蛋黄，并含有胚胎发育所需的所有营养物质，包括蛋白质、脂质、碳水化合物和矿物质。此外，卵黄囊是血细胞合成的重要部位。高度血管化的卵黄囊在孵化早期从胚胎的肠区发育，其大约在胚胎孵化的第10d完全封闭，并被一层内皮细胞覆盖，而内皮细胞负责向胚胎输送营养。卵黄内容物通过内吞作用或者营养转运体转移到胚胎循环。在孵化阶段，卵黄囊向胚胎输送的糖原比肝脏多10 倍，其可能在葡萄糖的合成和储存以及向雏禽胚胎孵化提供能量方面起着重要作用。卵黄囊在胚胎孵化的第19d左右内化进入腹腔，约占幼雏体重的15%-20%。在雏禽获得外源营养之前，卵黄囊是雏禽出壳后唯一的营养来源，对雏禽的生存至关重要。它还通过将母体抗体转移到胚胎中，有助于防御病原体机制的建立。胚胎发育过程中，羊膜包裹着胚胎，其内细胞层分泌羊水，保护胚胎免受机械和热冲击，防止脱水。在孵化后第17d左右，胚胎吞食蛋白羊水作为水和营养的来源。在孵化阶段，鸡的消化和吸收营养的能力还没有发育好，故蛋白羊水的吞食对肠黏膜的发育和维持胚胎发育至关重要。绒毛膜包围着所有其他结构，保护胚胎和胚胎外膜。尿囊包裹在羊膜囊、卵黄囊和蛋白周围，在孵化后第13d达到最大体积。随着尿囊膜细胞对水、钠和氯化物的再吸收而减小。随后，尿囊与绒毛膜融合形成绒毛膜尿囊膜。绒毛膜作为呼吸器官，通过从尿囊液中重新吸收水分和电解质，在酸碱平衡中起关键作用。

2、胚胎发育过程中的物质代谢。卵泡形成（卵泡发育）是营养物质的沉积、运输及储备的重要生理过程，其在卵泡发育过程中沉积了大量氨基酸、有机酸、核苷酸及其代谢物，为胚胎发育提供了物质支持。同时，在卵泡发育过程中摄入一些维生素和碳水化合物，以维持正常的胚胎发育过程[2]。

家禽胚胎和幼雏依赖于营养物质沉积，其营养物质主要包括水、脂质和蛋白质。在孵化过程中，胚胎所需的营养全部来自蛋白和蛋黄。蛋白约占种蛋总含量的65%-75%，由约88%的水和12%的蛋白质组成，也是矿物质钠和钾的主要来源，其在孵化过程中全部消耗。蛋黄由大约50%的水，15%的蛋白质，33%的脂肪和不到1%的碳水化合物组成。除了蛋白质和脂质外，蛋黄还含有丰富的维生素和小分子代谢产物，如叶黄素、视黄醇等。这些维生素和分子代谢物是禽胚发育所必需的，也是人类饮食所需的重要营养素[3]。

禽类卵黄囊是一种血管良好的膜，包裹着胚胎卵黄，功能类似胎盘。在孵化过程中，营养物质通过卵黄囊膜及其周围的血管系统从卵黄内容物传递到胚胎。这些营养物质被用于胚胎组织生长、胚胎外组织发育，并作为能量来源。从卵黄囊吸收营养物质有两条途径，第一种是通过卵黄囊膜的内吞作用直接进入血液。卵黄囊膜和肠道的结构相似，比如绒毛，它们增加了功能细胞的数量，增加了消化和吸收的表面积，增加了向胚胎输送营养物质的血管数量。第二种途径是直接从蛋黄进入小肠。在禽胚孵化后，更大一部分蛋黄通过蛋黄柄进入小肠。在孵化期间，胚蛋中低水平的葡萄糖为胚胎发育初期提供了所需的能量。随后由于胚胎外膜的形成及脂质作为主要的能量底物，确保了正常的胚胎发育。此后，直至孵化中后期，蛋白质被胚胎大量吸收利用，并作为胚胎发育的能量来源。在孵化后期，因胚胎内部环境发生很大变化，导致胚胎代谢发生重大变化，而脂肪酸的β-氧化为胚胎发育提供了主要的能量来源。在孵化的最后三天，由于孵化过程中的高能量需求和相对较低的氧气利用率，脂肪酸不能为胚胎提供必要的能量。因此，代谢转向葡萄糖的厌氧分解，而这取决于肝脏、肾脏和肌肉中糖原储备中葡萄糖的量，以及氨基酸、甘油和乳酸的糖异生产生的葡萄糖的程度。在孵化期间，蛋黄是胚胎的主要矿物来源，为胚胎提供了大部分的磷、锌、铜、锰和铁。在孵化早期，胚胎主要利用蛋白和蛋黄中的钙，孵化中期，胚胎大量吸收利用钙、磷、铁、锌、铜和锰等矿物质元素。到孵化中后期，这些矿物质大部分被消耗。在孵化的最后几天，胚胎中的磷、铁、锌、铜和锰储量很低。而在孵化过程中，蛋黄在任何时候都不缺乏钙，可能是因为钙从蛋壳流入胚胎，这说明了蛋壳对胚胎期钙代谢的重要性[4]。

二、家禽胚胎发育过程中肠道微生物早期定植研究

（一）家禽肠道微生物的生理功能

家禽肠道中定植着数量庞大的微生物，可参与宿主营养代谢，促进肠道发育，增强肠道完整性，竞争性排斥病原体，调节宿主免疫系统，其不仅在饲料消化率、饲料摄取、蛋白质发酵等生长相关性状中发挥关键作用，而且在免疫能力和免疫耐受等相关性状中也发挥关键作用[5]。正常生理状态下，肠道正常菌群对致病菌的定植和增殖具有生物拮抗作用，其可通过占位性保护、营养物质竞争和产生抑菌物质（细菌素、过氧化氢、乳酸等）等抵御或杀死病原菌，发挥其生物化学屏障保护作用，维护肠道健康。除了肠道菌群的直接调节外，肠道菌群的代谢产物（乳酸、短链脂肪酸、醋酸等）可降低肠道微环境pH 值，抑制病原菌生长繁殖。其次，肠道菌群在肠黏膜机械屏障中也发挥着重要的保护作用。肠道菌群不仅可以刺激肠黏膜上皮细胞分化、增殖，维护肠道上皮组织的完整性，而且肠道微生物可通过调控黏蛋白的产生，促进黏液分泌，增强黏液层[6]。再者，肠道菌群对增强肠黏膜免疫功能也起到了重要作用。肠道微生物及其代谢产物能够刺激肠道相关淋巴组织发育和调控各种免疫细胞的增殖、分化以及通过控制肠道炎症反应，维护肠道健康。短链脂肪酸作为肠道细菌的主要代谢产物，其包括乙酸、丙酸和丁酸，可促进肠道免疫细胞的分化、成熟。由此可见，肠道菌群可通过多种途径维护肠黏膜屏障功能，保障肠道健康[7]。

（二）家禽早期肠道微生物的定植及生理功能

家禽肠道微生物群在孵化后立即定植，其微生物主要来自于蛋壳和环境中的微生物群。胚胎期早期定植的最初微生物菌群可影响宿主肠道微生物群的建立，同时也影响肠道的早期发育及肠组织在屏障功能和免疫程序方面的功能发育，进而影响机体的新陈代谢和健康。肠道微生物群落的定植在胃肠道的发育和功能中起着关键作用，并被认为在早期生命规划中起着关键作用。肠道菌群通过不同的代谢途径降解底物产生短链脂肪酸，短链脂肪酸可直接为肠上皮细胞提供能量，还可刺激肠上皮细胞增殖分化，利于肠道上皮细胞的更新，进而促进肠道上皮的发育。最近的研究表明，短链脂肪酸可以增加肠道发育相关基因的表达，包括胰岛素样生长因子1（IGF-1）、胰岛素样生长因子-1受体、胰高血糖素样肽2（GLP-2）和胰高血糖素样肽2 受体，缩短肠细胞分裂期，降低促凋亡基因的丰度，进而促进家禽早期的肠道发育[8-9]。

众所周知，在孵化时，家禽的先天免疫系统和适应性免疫系统尚不成熟，其功能成熟主要发生在出雏后的前两周，而胃肠道中早期定植的微生物在免疫系统的形成和肠道屏障功能的发育中起着重要作用。先天性免疫系统是防止病原体入侵的第一道防线，其包括屏障功能（上皮层）、补体和凝血级联、吞噬细胞（如巨噬细胞）、自然杀伤细胞和树突状细胞。粘蛋白覆盖于肠道单层柱状细胞表面，可有效阻碍致病菌在肠上皮细胞的黏附和定植，捕捉并清除入侵的致病菌，是构成屏障功能（上皮层）的关键成分。研究表明，在生命早期限制微生物定植将抑制其对粘蛋白的产生，表明肠道菌群的早期定植与肠道（免疫）稳态和屏障功能密切相关[10-11]。此外，对不同饲养环境影响的研究表明，早期生活中更“干净卫生”的环境对免疫发育有负面影响。在生命早期使用抗生素将干扰肠道菌群的定植并影响机体的免疫发育。

三、结论

综上所述，禽类胚胎发育是一个极其复杂并在内外环境精准调控下完成的生物过程，其涉及复杂的生理学、生物化学和形态学变化，并具有高度协调性。在禽胚发育过程中各组织器官和系统发育，并逐步完善各类功能。与此同时，在禽胚发育过程中，肠道微生物定植并建立，促进了肠道的早期发育及肠道黏膜屏障功能的完善，并促进机体免疫系统发育及成熟，进而提高了出雏后家禽的健康水平。