改善猪只抗病力是目前养猪业面临的重大课题,宿主肠道发育特征是决定猪只抗病力的关键因素。肠道微生物作为动物的“第二基因组”,其结构与宿主肠道特征密切相关。然而,不同品种猪肠道发育模式的差异与肠道微生物关系未见报道。肠道微生物发酵饲粮碳水化合物产生的SCFAs对宿主肠道屏障的改善起着重要作用,但SCFAs在肠道微生物与宿主对话机制中的作用和地位尚不完全清楚。本研究设计了六个试验,采用菌群移植与回肠末端造瘘技术,通过16SrRNA测序、GC和RT-PCR技术研究了不同品种和饲粮纤维对猪肠道菌群结构及其代谢产物SCFAs组成、肠道发育与功能相关基因表达规律的影响并进一步探讨了直接引入SCFAs的作用,以揭示肠道微生物与宿主肠道特征的关系及这一过程中SCFAs的作用,进而为深入认识营养-微生物-宿主互作规律及SCFAs的调节作用提供试验依据。试验一不同品种猪肠道菌群结构和肠道发育模式的差异及其通过粪便移植在无菌小鼠上的传递性本试验旨在研究不同品种猪肠道微生物组成和肠道发育模式的差异,并通过粪便移植技术考察其在无菌小鼠上的传递性。按公母各半、生理阶段相近(100日龄左右)的原则从相应保种猪场选取健康的纯种大白猪(YP)、荣昌猪(RP)和藏猪(TP)各6头,饲喂不含抗生素的相同饲粮60 d,收集粪便并制备粪便悬液。并选取健康状况良好24只1日龄无菌BALB/C小鼠随机分为3个处理(n = 8),分别接种大白猪(YFM)、荣昌猪(RFM)和藏猪(TFM)的粪便悬液,试验期28d。结果表明:1)16S高通量测序结果显示,YP粪便中厚壁菌门显著高于TP和RP,而拟杆菌门显著低于TP和RP(P<0.05);TP粪便中螺旋体门的数量显著高于RP和YP(P<0.05);且无菌小鼠接种粪便悬液后能复制供体猪的肠道菌群组成。2)与YP猪相比,TP和RP肠道相对重量和回肠尾型同源盒转录因子(CDX2)mRNA相对表达量显著增加(P<0.05);TP肠道相对长度、十二指肠和回肠绒毛高度显著高于YP和RP(P<0.05);与RP相比,TP十二指肠和空肠胰高血糖素样肽2(GLP-2)mRNA相对表达量显著增加(P<0.05)。与YFM相比,TFM和RFM肠道相对重量和回肠CDX2mRNA相对表达量显著增加(P<0.05);与RFM相比,TFM肠道相对长度显著增加(P<0.05);TFM十二指肠和空肠绒毛高度及回肠GLP-2 mRNA相对表达量显著高于YFM和RFM(P<0.05)。3)YP空肠乳糖酶和麦芽糖酶活性显著高于TP和RP(P<0.05);TP空肠Na+,K+ATP酶和γ谷氨酰转移酶(γ-GT)活性以及十二指肠和空肠葡萄糖转运载体1(SGLT1)mRNA相对表达量显著高于RP和YP(P<0.05);TP回肠蛋白1紧密连接蛋白(ZO-1)mRNA相对表达量显著高于YP(P<0.05)。与TFM和RFM相比,YFM空肠蔗糖酶和麦芽糖酶活性显著增加(P<0.05);TFM空肠γ-GT活性和SGLT1mRNA相对表达量显著高于YFM和RFM(P<0.05);TFM十二指肠和回肠ZO-1 mRNA相对表达量显著高于YFM(P<0.05)。由此可见,不同品种猪肠道微生物组成和肠道发育模式各不相同,肠道微生物可以携带宿主部分特征传递给无菌小鼠。试验二早期粪便移植对哺乳仔猪肠道发育的影响本试验旨在研究移植不同品种猪的粪便微生物对哺乳仔猪肠道发育的影响。选择24头平均体重为(2.11 ± 0.15)kg的3日龄哺乳DLY仔猪随机分为4个处理(n=6),分别为接种大白猪(YMP)、荣昌猪(RMP)和藏猪(TMP)的粪便悬液以及不接种的对照组(C),试验期共56 d。结果表明:1)与YMP和RMP相比,TMP和CON断奶后腹泻指数显著降低(P<0.05)。2)与RMP和YMP相比,TMP空肠绒隐比和结肠GLP-2 mRNA相对表达量显著提高(P<0.05),TMP和CON回肠GLP-2和血管生成素样蛋白4(ANG4)mRNA相对表达量显著提高(P<0.05)。3)与YMP和RMP相比,TMP和CON空肠乳糖酶活性以及十二指肠锌离子转运载体(ZNT-1)和空肠二价金属离子转运载体(DMT-1)mRNA相对表达量显著提高(P<0.05),CON空肠γ-GT活性显著增加(P<0.05),TMP十二指肠DMT-1 mRNA相对表达量显著提高(P<0.05)。TMP空肠Ca2+,Mg2+-ATP酶活性显著高于CON(P<0.05),而Na+,K+-ATP酶活性显著高于其他三个处理(P<0.05)。4)与YMP和RMP相比,TMP空肠MDA含量显著降低(P<0.05),TMP空肠MUC1 mRNA相对表达量提高(P<0.05);CON空肠超氧化物气化酶(SOD)活性显著增加(P<0.05);TMP和CON结肠食糜丁酸含量显著增加,血清中LPS浓度显著降低(P<0.05)。与TMP相比,CON盲肠和结肠乳酸杆菌数量显著降低(P<0.05),YMP和CON盲肠大肠杆菌数量显著增加(P<0.05),RMP结肠食糜总挥发性脂肪酸含量显著降低(P<0.05),CON、YMP和RMP结肠白细胞介素-10(IL-10)mRNA相对表达量显著降低(P<0.05)。以上结果表明,哺乳DLY仔猪早期移植大白猪和荣昌猪粪便打破仔猪肠道正常的微生物平衡,不利于肠道正常发育,但移植藏猪粪便并未损害哺乳仔猪的肠道健康。试验三早期移植藏猪粪便对葡聚糖硫酸钠(DSS)攻毒仔猪肠道的保护效应本试验旨在研究移植藏猪粪便是否对DSS攻毒仔猪的肠道功能具有保护效应。选择24头平均体重为(2.08 ±0.12)kg的3日龄DLY哺乳仔猪随机分为4个处理(n = 6),处理效应包括移植藏猪粪便(接种或不接种)和DSS攻毒(灌服或不灌服),试验期56 d。结果表明:1)DSS攻毒提高仔猪疾病活跃指数(DAI),移植藏猪粪便增加仔猪对DSS的抵抗能力,表现为DSS诱导后第3-5天DAI显著降低(P<0.05)。2)DSS攻毒显著提高仔猪大肠密度、空肠与回肠绒毛高度和隐窝深度(P<0.05),降低空肠绒隐比以及空肠ANG4和结肠表皮生长因子(EGF)、GLP-2、ANG4、胰岛素样生长因子1(IGF-1)mRNA相对表达量(P<0.05);移植藏猪粪便显著提高仔猪肠道相对长度、空肠GLP-2和ANG4及结肠GLP-2 mRNA相对表达量和含量(P<0.05),降低大肠相对密度及空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对大肠密度、空肠和回肠绒毛高度和隐窝深度及结肠GLP-2含量的影响(P<0.05)。3)DSS攻毒显著降低空肠Na+,K+-ATP酶和肌酸激酶(CK)的活性以及十二指肠ZNT1和二价金属离子转运载体(DMT1)mRNA相对表达量;移植藏猪粪便显著降低仔猪空肠食糜pH值(P<0.05),显著提高空肠Na+,K+-ATP酶、Ca2+,Mg2+-ATP酶和CK活性及空肠SGLT-1和回肠DMT1 mRNA相对表达量(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对空肠CK活性的影响(P<0.05)。4)DSS攻毒显著增加仔猪血清二胺氧化酶(DAO)活性、空肠和结肠丙二醛(MDA)含量、结肠食糜中大肠杆菌的数量及结肠食糜丙酸和总挥发性脂肪酸的含量(P<0.05),降低结肠杯状细胞数量、结肠食糜乳酸杆菌的数量和丁酸的含量、空肠MUC1、MUC2与结肠闭锁蛋白(Occludin)、黏蛋白2(MUC2)、胰岛β细胞生长因子(RegⅢγ)和IL-10 mRNA相对表达量以及结肠T-AOC和SOD活性(P<0.05);移植藏猪粪便显著增加仔猪空肠总抗氧化能力(T-AOC)和SOD活性、结肠RegⅢγ和IL-10mRNA相对表达量及盲肠和结肠中乳酸杆菌的数量(P<0.05),降低结肠MDA含量、白细胞介素1β(IL-1β)mRNA相对表达量、血清DAO活性、盲肠和结肠食糜大肠杆菌的数量及结肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸的含量(P<0.05);且移植藏猪粪便可显著缓解DSS攻毒对血清DAO活性、结肠MDA含量、结肠食糜大肠杆菌数量与乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸含量以及结肠SOD活性的影响(P<0.05)。由此可见,DSS攻毒能使DLY仔猪肠道健康受损,移植藏猪粪便能明显缓解DSS攻毒对仔猪肠道健康的不利影响。试验四高纤饲粮对猪肠道发育与菌群结构及其代谢产物SCFAs的影响本试验旨在研究饲粮纤维水平对生长猪肠道发育、菌群结构和SCFAs组成的影响。选取遗传背景相同、体重相近(45.8 ±2.78)kg的健康DLY生长猪30头,随机分为3个处理(n= 10),分别饲喂玉米豆粕饲粮(对照组,CF= 1.5%)、玉米豆粕-甜菜渣饲粮(甜菜渣组,CF = 5.74%)和玉米豆粕饲粮(采食量配对组,CF= 1.50%)。试验期28 d。结果表明:1)与对照组相比,甜菜渣组猪大肠密度、小肠相对重量、肠道相对重量及空肠和回肠绒毛高度显著升高(P<0.05),十二指肠CDX2、EGF、GLP-2和GLP-2R、空肠EGF和GLP-2、回肠EGF及结肠GLP-2mRNA相对表达量显著增加(P<0.05)。2)与对照组相比,甜菜渣组猪干物质、粗灰分、粗蛋白质和能量的表观消化率显著降低,粗纤维的表观消化率、空肠乳糖酶活性以及十二指肠GLUT-2 mRNA相对表达量显著升高(P<0.05)。3)与对照组相比,甜菜渣组猪结肠杯状细胞数量显著增加(P<0.05),十二指肠RegⅢγ、空肠MUC2和回肠G蛋白偶联受体43(GPR43)mRNA相对表达量显著升高(P<0.05),盲肠食糜双歧杆菌数量和乙酸含量、结肠食糜乙酸和总挥发性脂肪酸含量显著增加(P<0.05)。4)以上各项指标在对照组和采食量配对组间均无显著差异(P>0.05)。以上结果表明,高纤饲粮可调节肠道菌群结构,增加挥发性脂肪酸产量,改善肠道健康与功能,而这一效应与采食量无关。试验五回肠末端灌注不同浓度和比例SCFAs对生长猪肠道发育的影响本试验旨在研究回肠末端灌注不同浓度和比例SCFAs对生长猪肠道发育的影响。选取遗传背景相同、体重相近(30.72± 1.48)kg的DLY生长阉公猪24头,随机分为4个处理(n = 6),通过添加抗生素来抑制肠道内源性SCFAs的产生,SCFAs灌注水平及比例参照试验四实测值。4个处理分别为对照组、抗生素处理组(Ab)、抗生素+低纤组SCFAs(AS1)和抗生素+高纤组SCFAs(AS2)。试验期28d。结果显示:1)与对照组相比,抗生素处理均能显著降低猪第7、14和28 d粪便总需氧菌、总厌氧菌和总菌数量(P<0.05),Ab组猪血清和回肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸、回肠食糜丁酸含量及回肠GPR43和结肠GPR41mRNA相对表达量显著降低(P<0.05)。与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs均能显著增加猪血清和回肠食糜乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、盲肠食糜总挥发性脂肪酸和结肠食糜丁酸含量及回肠GPR43、结肠GPR43和GPR41 mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪血清丁酸和总挥发性脂肪酸含量及结肠GPR43mRNA相对表达量显著高于AS1组(P<0.05)。2)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs显著增加猪小肠相对长度、肠道相对长度和大肠相对重量、空肠绒隐比、回肠上皮S期和G2M期细胞比例、回肠和结肠上皮细胞增殖指数(PI)和隐窝细胞数量及回肠和结肠细胞周期蛋白D1(Cyclin D1)mRNA相对表达量(P<0.05),显著提高结肠粘膜蛋白浓度、回肠和结肠GLP-2的含量及回肠GLP-2和IGF-1R、结肠EGF、GLP-2和IGF-1mRNA相对表达量(P<0.05),显著降低回肠和结肠上皮细胞凋亡率、G0G1期细胞比例以及回肠和结肠Bcl-2相关X蛋白(Bax)、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3(Caspase-3)和细胞周期负调控蛋白蛋白(p21/Cip1)mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪回肠上皮G2M期细胞比例及B细胞淋巴瘤基因-2(Bcl-2)和IGF-1 mRNA相对表达量显著高于AS1组(P<0.05),而组结肠上皮G0G1期细胞比例显著低于AS1组(P<0.05)。3)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFAs显著降低猪结肠食糜pH值(P<0.05),提高粗脂肪、干物主和粗蛋白的表观消化率及回肠碱性氨基酸转运载体(SLC7A1)mRNA相对表达量(P<0.05)。AS2组猪空肠食糜pH值显著低于AS1组(P<0.05)。4)与Ab组相比,回肠末端灌注SCFA显著s提高猪回肠ZO-1和结肠MUC-2、紧密连接蛋白1(Claudin-1)mRNA相对表达量、回肠和结肠杯状细胞数量及结肠分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、血清和回肠IL-10的含量(P<0.05),显著增加回肠和盲肠食糜中乳酸杆菌、双歧杆菌和芽孢杆菌以及结肠乳酸杆菌和芽孢杆菌(P<0.05),显著降低回肠和盲肠白细胞介素8(IL-8)和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的含量(P<0.05)。此外,AS2组猪盲肠食糜大肠杆菌数量显著低于AS1组(P<0.05)。以上结果表明,抗生素处理降低了肠道总菌数量和食糜SCFAs含量,回肠末端灌注SCFAs增加肠道食糜SCFAs含量,抑制肠道上皮细胞凋亡,促进肠道生长,有利于改善肠道黏膜屏障。试验六胃内灌喂不同浓度的SCFAs对断奶仔猪肠道发育的影响本试验旨在研究胃内灌喂不同浓度的SCFAs对断奶仔猪肠道发育的影响。选取遗传背景相同、28日龄、体重相近(8.31 ±0.72)kg的DLY断奶仔猪1头随机分为3个处理(n = 7),分别为对照组、低浓度SCFAs灌喂组(S1)和高浓度SCFAs灌喂组(S2)。试验期共7 d。结果显示:1)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著增加仔猪回肠、盲肠和结肠食糜中乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、血清丁酸含量及回肠和结肠GPR43mRNA相对表达量。S2组猪血清乙酸、丙酸、丁酸和总挥发性脂肪酸、回肠食糜乙酸、丙酸和总挥发性脂肪酸及结肠食糜丁酸和总挥发性脂肪酸含量显著高于S1组(P<0.05)。2)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著增加仔猪空肠绒毛高度以及空肠和结肠上皮细胞增殖指数(P<0.05),显著提高断奶仔猪空肠粘膜DNA和蛋白浓度以及十二指肠IGF-1、空肠IGF-IR、回肠和结肠GLP-2RmRNA相对表达量(P<0.05),显著降低结肠上皮凋亡细胞、空肠和结肠上皮G0G1期细胞的比例及十二指肠Bax和Caspase-3 mRNA相对表达量(P<0.05)。S2组仔猪空肠上皮G0G1期细胞比例显著低于S1组,而空肠细胞增殖指数和回肠粘膜蛋白浓度显著高于S1组(P<0.05)。3)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著降低仔猪十二指肠和结肠食糜pH值(P<0.05),显著提高空肠SLC7A1和回肠DMT1mRNA相对表达量(P<0.05)。4)与对照组相比,灌喂不同浓度SCFAs显著提高十二指肠和回肠Occludin和Claudin-1、空肠Claudin-1和MUC1 mRNA相对表达量及回肠食糜乳酸杆菌数量(P<0.05),显著降低空肠IL-10、回肠IL-1β、结肠IL-1β和IL-8mRNA相对表达量及回肠食糜大肠杆菌数量(P<0.05)。以上结果表明,胃内灌喂SCFAs可增加仔猪血清和肠道食糜SCFAs含量,降低肠道食糜pH值,提高肠道粘膜总蛋白、DNA和GLP-2的含量,促进肠上皮细胞增殖,抑制凋亡,进而改善了肠道屏障,且以高浓度灌喂SCFAs效果更好。综上所述,我国地方猪种和外种猪在肠道微生物结构和肠道发育上存在明显差别,这一差别可通过粪便移植部分传递给无菌小鼠。常规饲养的DLY新生仔猪引入大白猪或荣昌猪菌群可打破仔猪自身的菌群平衡,损伤肠道健康。在DSS诱导仔猪肠炎模型下,移植藏猪菌群能有效缓解DSS攻毒引起的肠道损伤。饲粮纤维水平可通过调节肠道微生物显著影响宿主肠道健康,而这一过程可能源于纤维在后肠发酵产生SCFAs模式和浓度的差异。直接引入SCFAs对肠道结构和功能的影响与高水平纤维素相似。由此可见,肠道微生物与宿主的肠道发育和功能密切相关,微生物代谢产生的短链脂肪酸在营养—微生物—宿主的互作中起着重要介导作用。