日粮添加米糠油对早期断奶仔猪生长性能、肠道屏障和肠道菌群的改善效果及其机制研究

在规模化和集约化养猪生产中,一般采取早期断奶策略将母猪利用效率最大化,这导致以厌食、肠道损伤以及氧化应激、肠道炎症和肠道菌群失衡等为主要症状的仔猪早期断奶应激。随着中国扩大禁止抗生素用于抗病促生长的范围以及对铜锌添加量的限制,寻找抗生素替代物用于缓解仔猪早期断奶应激导致的肠道损伤及肠道菌群紊乱已经迫在眉睫。米糠油(Rice bran oil,RBO)是一种富含多酚的大米加工副产品,在体内和体外都具有抗氧化和抗炎特性。本试验中的米糠油主要成份为生育三烯酚(7.56%)和生育酚(10.08%)。为了探究日粮添加RBO改善早期断奶仔猪生长性能、肠道屏障和肠道菌群的效果及其机制,本研究首先探究了不同添加剂量RBO改善早期断奶仔猪生长性能、肠道屏障和肠道菌群的效果及其机制;并研究了最佳日粮RBO添加水平对脂多糖(LPS)诱导的早期断奶仔猪肠道功能障碍的影响及其机制。主要试验及其研究结果如下:第一部分日粮添加RBO对早期断奶仔猪生长性能、肠道屏障和肠道菌群的改善效果168头仔猪(21±1日龄)随机分为4组(每组7个重复,每个重复6头仔猪,公母各半),分别接受基础日粮(Ctrl)、基础日粮+100 mg/kg RBO(RBO1)、基础日粮+200 mg/kg RBO(RBO2)或基础日粮+300 mg/kg RBO(RBO3)处理,试验周期21天。随后,每组随机处死7头仔猪以采集血清、空肠、回肠、结肠组织和粪便。研究结果如下:(1)日粮中添加不同比例RBO均能显著降低早期断奶仔猪第4天(P<0.05)、第8天(P<0.01)和第12天(P<0.05)的腹泻评分。日粮中添加200 mg/kg RBO和300 mg/kg RBO均能显著增加早期断奶仔猪ADFI(P<0.05)和ADG(P<0.01),但只有200 mg/kg RBO组能降低料肉比(P<0.05)。(2)空肠组织中,与对照组相比,200 mg/kg RBO显著升高了空肠组织绒毛长度(P<0.05),显著降低空肠组织隐窝深度(P<0.01),且升高绒毛长度/隐窝深度的比值(P<0.05)。在回肠组织中,与对照组相比,200 mg/kg RBO能显著升高回肠组织绒毛长度(P<0.05),但对回肠组织隐窝深度,绒毛长度/隐窝深度比值无显著影响。(3)在空肠组织中,与对照组相比,200 mg/kg RBO具有降低促炎因子TNFa、IL-1β、IL-6 m RNA的表达量趋势,但无显著差异,只有200 mg/kg RBO显著降低了促炎因子IL-1β(P<0.05,图2-3B)m RNA的表达量,和显著增加抗炎因子IL-10(P<0.05)m RNA的表达水平。在回肠和结肠组织中,200 mg/kg RBO能显著增加抗炎因子IL-10(P<0.05)m RNA的水平,对促炎因子TNF-a、IL-1β、IL-6 m RNA的表达量无显著影响。(4)RBO各处理组(P<0.01)能显著升高血清中T-AOC浓度,显著升高血清中SOD浓度。添加100 mg/kg RBO和200 mg/kg RBO显著降低早期断奶仔猪血清中MDA的浓度。添加200 mg/kg RBO显著升高特异性免疫指标Ig G,Ig A,Ig M和非特异性免疫指标PDB-1,LZM(P<0.01)浓度。(5)在空肠组织中,添加100 mg/kg RBO显著增加Claudin-1(P<0.05)m RNA的表达量,添加200 mg/kg RBO显著增加Claudin-1(P<0.001),ZO-1(P<0.01)的表达量,添加300 mg/kg RBO显著增加Occludin m RNA(P<0.05)的表达水平。在结肠组织中,添加200 mg/kg RBO显著增加Claudin-1(P<0.01),Occludin(P<0.01),ZO-1(P<0.05)m RNA的表达水平。添加200 mg/kg RBO显著升高空肠组织中Claudin-1(P<0.05)、结肠组织中Occludin(P<0.05)的蛋白表达水平。小结:日粮中添加不同剂量RBO可以提高早期断奶仔猪生长性能、降低腹泻率、降低促炎因子水平、增加抗炎因子水平,同时增加了空肠组织和结肠组织中紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1转录水平和蛋白水平的表达,提高肠道组织抗氧化能力,从而改善仔猪断奶应激导致的肠道损伤。第二部分日粮添加不同剂量RBO对早期断奶仔猪空肠和结肠菌群紊乱的缓解效果本部分动物试验同第一部分,采用16S r DNA测序对仔猪空肠和结肠内容物中菌群进行分析,并测定空肠和结肠内容物中短链脂肪酸浓度。研究结果如下:(1)早期断奶仔猪空肠和结肠内容物16S r DNA测序覆盖了大部分菌群,菌群β-多样性的PCo A分析结果表明:不同剂量RBO添加都能导致早期断奶仔猪空肠和结肠菌群发生改变,并与Ctrl组形成不同的簇,其中RBO2组处理结果最显著;均可不同程度改善空肠和结肠的内容物菌群多样性指数Feature,Chao 1,ACE,Shannon,Simpson,PD_whole_tree和Coverage,但都没达到显著性水平。(2)在空肠内容物中,添加200 mg/kg RBO显著增加丙酸浓度,但对乙酸和丁酸无显著影响。在结肠粪便内容物中,添加不同剂量RBO均显著增加结肠粪样中乙酸,丙酸和丁酸的浓度。(3)种水平上的优势菌Collinsella aerofaciens与Claudin-1和绒毛高度呈显著正相关,与MDA呈显著负相关。乙酸与MDA呈显著负相关;丙酸与T-AOC和SOD呈显著正相关,丁酸与T-AOC和绒毛高度/隐窝深度呈显著正相关,与MDA呈显著负相关。小结:日粮添加不同剂量RBO可能通过改变属和种水平上的肠道菌群结构,促进肠道菌群代谢产物SCFAs的产生,进而改善肠道屏障功能和仔猪抗氧化能力。第三部分日粮添加RBO对LPS诱导的仔猪肠道损伤和肠道菌群紊乱缓解效果及其机制本部分动物试验同第一部分,来自Ctrl和RBO2组的每组7头仔猪用脂多糖(LPS)(100μg/kg BW)处理(分别为LPS组和RBO+LPS组),同时,Ctrl组的7头仔猪用载体盐水处理(Ctrl组)。四小时后,处死所有处理过的仔猪用于采集血清、空肠组织和粪便。研究结果如下:(1)与对照组相比,LPS组能显著升高空肠组织中促炎因子TNF-a(P<0.01),IL-1β(P<0.01),IL-6(P<0.05)m RNA的表达量,补充200 mg/kg RBO可以显著降低促炎因子TNF-a(P<0.05),IL-1β(P<0.05),IL-6(P<0.01)基因表达水平,显著增加抗炎因子IL-10 m RNA(P<0.01)的表达量。(2)与对照组相比,LPS组能显著升高早期断奶仔猪血清中DAO(P<0.05)和MDA(P<0.05)含量,显著降低CAT(P<0.05),SOD(P<0.05),T-AOC(P<0.001)的浓度。与LPS组相比,补充200 mg/kg RBO可以显著降低早期断奶仔猪血清中DAO(P<0.05)和MDA(P<0.05)含量,显著升高CAT(P<0.05),SOD(P<0.05),T-AOC(P<0.001)的浓度。(3)与对照组相比,LPS组显著降低早期断奶仔猪血清中Ig M(P<0.05)含量,显著降低仔猪血清中LZM(P<0.05)浓度;与LPS组相比,补充200 mg/kg RBO可以显著升高血清中Ig A(P<0.05)和Ig M(P<0.05)的含量,显著升高β-defensin-1(P<0.05)和LZM(P<0.05)浓度。(4)β-PCo A多样性表明,LPS组和RBO+LPS组与对照组形成明显的聚类。Alpha多样性结果分析显示,与对照组相比,LPS降低了指标Observed species,Chao1,ACE,但对Shannselleck Dibutyryl-cAMPon,Simpson和Coverage无显著影响;与LPS组相比,补充200mg/kg RBO能显著增加Chao1指数,但对Observed species,ACE,Shannon,Simpson和Coverage指数无显著影响。(5)与对照组相比,LPS组刺激可增加早期断奶仔猪的肠道菌群功能氨基酸代谢的功能,细胞功能、消化系统、脂质代谢、萜类和寻找更多多酮类的代谢、转运和分解代谢,外源性物质生物降解和代谢,但降低碳水化合物代谢能力。与LPS组相比,日粮补充RBO能显著增加碳水化合物代谢功能、排泄系统、外源性物质生物降解与代谢,但降低其他次生代谢产物的生物合成、能量代谢、环境适应和聚糖的生物合成与代谢。同时,与对照组相比,LPS组显著降低粪便中短链脂肪酸丙酸和丁酸的浓度。与LPS组相比,日粮中补充RBO可以显著增加粪便中短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸的浓度。(7)种水平上的优势菌Collinsella aerofaciens与Claudin-1和绒毛高度呈显著正相关,与MDA呈显著负相关。属水平上的优势菌Clostridiaceae与空肠组织绒毛高度呈显著正相关,Komeda diabetes-prone (KDP) rat与MDA呈显著负相关。代表菌群Alpha多样性指标的ACE与Claudin-1呈正相关。乙酸与空肠肠道组织绒毛长度及绒毛长度与隐窝深度的比值呈显著正相关,与DAO呈显著负相关。丙酸与T-AOC,绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度的比值呈显著正相关,与DAO呈显著负相关。丁酸与Occludin,Claudin-1,绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度呈显著正相关,与DAO和MDA呈显著负相关。小结:日粮添加200mg/kg RBO可以有效防止LPS诱导的猪肠道损伤、氧化应激和空肠菌群失调。综上所述,仔猪日粮添加不同剂量RBO通过降低仔猪肠道内促炎因子水平,增加肠道内抗炎因子水平,增加空肠组织和结肠组织中紧密连接蛋白Occludin和Claudin-1转录水平和蛋白水平的表达,改变属和种水平上的肠道菌群结构,促进肠道菌群代谢产物SCFAs的产生,进而改善肠道屏障功能,提高猪肠道组织抗氧化能力,最终降低早期断奶仔猪腹泻,提高早期断奶仔猪生长性能。试验结果表明,仔猪日粮中添加200 mg/kg的RBO为最优剂量。