纤维素酶增强滩羊瘤胃微生物群，揭示典型草原中饮食季节性变化的适应性反应

为探究瘤胃微生物群对饮食和季节变化的响应，研究人员对滩羊展开研究，发现其瘤胃微生物群可适应季节变化，且纤维素酶有积极作用。

　　在广袤的草原上，生活着一群可爱的滩羊。它们的饮食会随着季节的变化而改变，就像我们在不同季节会选择不同的食物一样。然而，这种饮食的变化对滩羊的健康和生长有着怎样的影响呢？这背后又涉及到哪些复杂的生物学机制呢？这些问题一直困扰着科研人员。而且，在干旱的季节，滩羊的食物营养质量下降，如何帮助它们更好地消化这些低质量的食物，提高生长性能，也是亟待解决的难题。为了弄清楚这些问题，兰州大学的研究人员展开了一项关于滩羊瘤胃微生物群的研究，相关成果发表在《BMC Microbiology》上。

研究人员采用了多种技术方法。首先，他们从兰州大学环县草原农业研究站选取了 20 只 6 个月大、平均体重为 23.17±0.24 kg 的滩羊，随机分为两组，一组为纤维素酶处理组（CL），每天给每只羊口服 1g 纤维素酶干粉（10,000 U/g）；另一组为对照组（CK），每天口服 30 mL 生理盐水。在夏季（6 月初 - 9 月中旬）和冬季（11 月初 - 1 月中旬）进行放牧实验。实验结束时，采集瘤胃液样本，利用便携式 pH 计测量 pH 值，通过气相色谱法测定挥发性脂肪酸（VFAs），用比色分光光度计检测瘤胃铵氮（NH₃-N）浓度。同时，提取瘤胃液中的总 DNA，进行 16S rRNA 或 ITS 基因的扩增、测序，再利用生物信息学分析和统计分析来研究瘤胃微生物群的组成、多样性等。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 瘤胃发酵参数：季节对 VFAs 浓度影响显著，冬季丁酸浓度低于夏季，而纤维素酶补充可增加丁酸水平。冬季乙酸与丙酸的比例较高，纤维素酶补充可改变这一比例，夏季使其升高，冬季使其降低。此外，纤维素酶补充增加了瘤胃 NH₃-N 浓度，且夏季增加更明显，还使瘤胃 pH 向酸性环境转变。
2. 细菌物种多样性：冬季补充纤维素酶组（W_CL）的细菌和真菌的 α 多样性指数最高，夏季对照组（S_CK）最低。
3. 细菌群落组成和 OTUs 比较：W_CL 组独特的细菌 OTUs 数量最多。冬季条件下独特的真菌 OTUs 数量增加，但纤维素酶的引入似乎减少了其数量。主坐标分析（PCoA）显示，季节对微生物群落影响更大。
4. 瘤胃细菌和真菌群落组成：在细菌方面，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）是主要菌门，纤维素酶补充使厚壁菌门相对丰度增加，拟杆菌门减少。在真菌方面，子囊菌门（Ascomycota）是最丰富的门，纤维素酶补充和冬季会使其相对丰度增加。
5. 细菌群落与瘤胃发酵参数的相关性：瘤胃细菌属的相对丰度与发酵参数有显著关联。例如，pH 值与念珠菌属（Candidatus_Saccharimonas）相对丰度正相关，与普雷沃氏菌属（Prevotella）和奎氏菌属（Quinella）负相关；NH₃-N 浓度与多个菌属存在正相关或负相关关系；VFAs 浓度也与多个菌属有显著相关性。
6. 细菌和真菌的共现模式、网络复杂性以及稳定性和协同作用：冬季细菌和真菌的相互作用网络最复杂，纤维素酶的引入增加了这种复杂性。夏季细菌和真菌群落的稳定性最高。
7. 瘤胃发酵参数与微生物组成：瘤胃中的细菌和真菌群落与各种发酵参数存在相关性。与 VFAs 和丙酸呈负相关，与乙酸、异丁酸、乙酸 / 丙酸比值、pH 值和 NH₃-N 呈正相关，其中与乙酸 / 丙酸比值的相关性最强。
8. PICRUSt2 基因功能估计：通过 PICRUSt2 对瘤胃微生物群进行功能预测，发现缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的生物合成是最主要的功能途径，不同处理之间有 43 条 KEGG 3 级通路中的 27 条存在显著差异。

研究结论和讨论部分表明，滩羊瘤胃微生物群在冬季干旱时多样性更高，可能更擅长处理高纤维饲料，满足能量需求。纤维素酶的添加有助于提高瘤胃微生物多样性，但对微生物多样性的影响存在争议。瘤胃真菌在冬季饲料纤维含量增加时比例上升，有助于分解饲料。瘤胃细菌中，厚壁菌门和拟杆菌门等对能量转换、碳水化合物降解等至关重要，其丰度变化与季节和纤维素酶添加有关。不同细菌和真菌在瘤胃发酵、营养物质消化吸收中发挥着不同作用。此外，瘤胃微生物群与 VFAs 等发酵产物相互关联，影响宿主的能量平衡和健康。这项研究为深入了解瘤胃微生物群的生态功能，以及如何通过营养干预提高动物在不同环境下的生产性能提供了重要依据，有助于优化动物养殖策略，促进畜牧业的可持续发展。