农作物秸秆是丰富的生物质资源,其所含的纤维物质可被反刍动物瘤胃微生物消化,用于动物的能源供给。同时,适宜的纤维物质能刺激瘤胃中木质纤维素分解菌的生长,提高瘤胃整体纤维降解能力。农作物秸秆富含木质纤维物质,饲喂动物时会对瘤胃微生物菌群、纤维物质降解产生较大影响,但这种效果是否可作为日粮干预手段,有待深入研究。因此,本研究的目的是通过短期低质粗饲料干预方法,探究其对瘤胃微生物菌群特别是纤维分解菌生长、瘤胃纤维消化能力的效果。研究分为两部分:第一部分分别以苜蓿干草(AH)和玉米秸(CS)为材料,在采食以AH或CS为主要粗饲料日粮的湖羊瘤胃环境中,测定AH和CS的降解速率,检测降解过程中瘤胃微生物在粗饲料表面的动态黏附过程,探究日粮介导的瘤胃环境对饲料降解率和微生物黏附的影响。第二部分中,将CS作为日粮干预手段,研究饲喂AH的湖羊在日粮干预前后的消化能力、瘤胃发酵参数以及瘤胃微生物的波动与适应过程。1.瘤胃环境对粗饲料降解率和微生物定植的影响为了研究日粮介导下的瘤胃微生态环境对粗饲料降解和微生物黏附的影响,本研究采用3头瘘管湖羊,分别饲喂基于AH或CS的日粮各4周。在每个饲喂周期的倒数第二天晨饲前,将装有AH和CS的尼龙袋通过瘘管置于湖羊瘤胃中,分别于发酵后0.5、2、4、8、16、24、48 h采集尼龙袋样品和瘤胃内容物样品,用于分析各个时间点的粗饲料降解率、微生物黏附菌群以及瘤胃发酵参数。1.1.瘤胃环境对粗饲料动态降解率的影响在饲喂不同粗饲料日粮下,湖羊瘤胃的发酵参数存在显著差异。饲喂AH的湖羊,其瘤胃pH在发酵最初半个小时中显著降低(P<0.05),8 h后达到最低值,显著低于饲喂CS的湖羊(P<0.05);与饲喂AH的湖羊相比,饲喂CS的湖羊瘤胃pH波动相对平缓。总挥发性脂肪酸(VFA)浓度,乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸的摩尔浓度以及乙酸丙酸浓度比值均受粗饲料类型、采样时间及其交互作用的共同影响(P<0.05);饲喂AH湖羊瘤胃的VFA含量,均显著高于饲喂CS的湖羊(P<0.05)。分析两种粗饲料的降解速率发现,在饲喂CS的湖羊瘤胃环境中,AH的DM降解速率,特别是NDF和ADF的降解速率显著高于CS(P<0.05),而CP降解速率则没有受到显著影响;CS的降解速率,在饲喂AH时显著慢于CS的瘤胃环境(P<0.05)。同时发现,在发酵前0.5h,30%的饲料干物质(DM)被快速降解,而2 h-4h之间降解出现降解停滞,其中CS在AH瘤胃环境中的降解停滞甚至持续到8 h。1.2.瘤胃环境对粗饲料微生物动态定植的影响为了探究瘤胃微生物降解粗饲料颗粒时的定植过程,对微生物的16SrRNA基因进行了 Illumina 高通量测序。发酵 0.5 h 后,Prevotella、Succinivibrio、Succinivibrionaceae UCG-002快速地黏附于粗饲料表面;发酵4h后,上述微生物的相对丰度逐渐下降,Fibrobacter、Treponema 2、Rikenellacea RC9 gut group、Prevotellaceae NK3B31 group 和Ruminococcus 1的相对丰度随之上升。具有甲烷生成能力的Euryarchaeota相对丰度在发酵0.5h到2h之间显著上升(P<0.05),而与此同时,粗饲料在瘤胃中的降解停滞,因此Euryarchaetoa的上升很有可能与粗饲料降解初期生成H的大量累积有关。粗饲料在不同瘤胃环境中发酵时,其黏附的微生物也存在显著差异(P<0.05)。粗饲料表面黏附的微生物,更显著地受到瘤胃环境影响,表明瘤胃环境的调控对改善粗饲料降解具有重要作用。在CS瘤胃环境中发酵的粗饲料,其表面在发酵初期更快的黏附了 Butyrivibrio和Fibrobacter等与纤维分解相关的微生物;而在AH瘤胃环境中,粗饲料颗粒上黏附了更多的Succiniclasticum、Atopobium、Desuloibrio等与可溶性糖和易降解碳水化合物代谢相关的微生物。这些结果表明,湖羊饲喂AH时,瘤胃发酵生成更多的可供微生物生长所需的物质。但是,瘤胃微生物在粗饲料表面的定植更多地受到瘤胃环境影响而非粗饲料本身养分组成,饲喂CS后形成的瘤胃环境可以加速Fibrobacter和Butyrivibrio等纤维降解菌黏附于饲料表面并加速AH的瘤胃降解速度,反之AH瘤胃环境则抑制了 CS的降解。结果提示,使用高纤维的低质粗饲料可作为日粮干预手段调节瘤胃环境,改善粗饲料的瘤胃降解效率。2.低质粗饲料日粮干预对养分消化率、瘤胃发酵与微生物菌群的影响为了研究利用低质粗饲料日粮干预对瘤胃发酵和养分消化率的影响,本试验使用10头瘘管湖羊,将它们随机分为两组(每组5头)后开展两个饲喂顺序:从AH日粮到CS日粮再回到AH日粮(ACA顺序),从CS到AH再回到CS日粮(CAC顺序),每种日粮饲喂时间持续2周。除第一期外,在每期第1、2、4、6、9、14天采集瘤胃内容物样品,检测瘤胃发酵参数和微生物菌群,分析变化趋势;每期最后5天采用全收粪法,测定饲料消化率。2.1.对湖羊消化率和瘤胃发酵的影响在日粮转换过程中,无论从AH到CS还是CS到AH,在转换后的d6微生物蛋白浓度急剧下降,并且伴随着NH3-N浓度的急剧上升;在日粮转换回到初始状态后,瘤胃发酵参数在随后2周内恢复到最初水平。在ACA饲喂顺序组中比较了CS干预前、后的养分消化率和瘤胃发酵参数,发现NDF和ADF的消化率和瘤胃VFA浓度略有提高,但差异并不显著。2.2.对湖羊瘤胃徽生物菌群的影响为了探究日粮干预过程中瘤胃菌群的变化情况,选取ACA饲喂顺序组,进行16S rRNA测序。当日粮从AH转换到CS(低质粗饲料干预)后,Saccharofermentans、Pseudobutyrivibrio、Rhodococcus、Mycobacterium、Fibrobacter、Pantoea和Treponema等菌群相对丰度显著增加(P<0.05);当日粮从CS转换回AH之后,瘤胃菌群并没有恢复到原本结构,在日粮干预期间显著上升的Fibrobacter和Treponema的相对丰度并没有随着日粮换回AH而下降。与此同时,瘤胃微生物菌群多样性在CS干预时显著上升(P<0.05),但在日粮换回到AH后并没有下降,仍然显著高于日粮干预前(P<0.05)。使用Tax4Fun对瘤胃菌群的代谢功能进行预测,结果发现CS日粮干预后瘤胃微生物碳水化合物代谢途径相关基因显著上升,而能量代谢途径相关基因显著下降(P<0.05)。试验还发现,日粮转换后d 6显著上升的NH3-N浓度与瘤胃中Prevotella数量的变化存在显著正相关,这可能与Prevotella在日粮转换时对瘤胃环境波动有较强适应能力有关,其相对丰度的上升可促进蛋白质在瘤胃内的降解。综上所述,饲喂低质粗饲料可通过影响瘤胃环境和微生物在粗饲料上的定植,加速粗饲料的瘤胃降解速率。使用低质粗饲料进行日粮干预,可以显著提高瘤胃内木质纤维素降解菌丰度,特别是Fibrobacter和Treponema的相对丰度,并在干预结束后仍可持续影响整个瘤胃菌群。这些结果表明,人们可借助日粮方法调控瘤胃微生物菌群,改善代谢功能。在饲养实践中,或许可通过间歇性饲喂低质粗饲料增强反刍动物的纤维消化能力,改善动物的生产性能。