试验目的

 研究XOS对生长肥育猪肠道微生物组成和代谢产物含量的影响，强调其抗生素替代效应，并确认其在生长肥育猪饲粮中的最佳添加剂量和添加阶段。

试验设计

 试验选取杜×长×大三元杂交猪80头（体重为30 kg左右），公、母各半，随机分为8组，每组10头（10个重复），每栏饲养1头。1）对照组饲喂基础饲粮（CN组）；2）抗生素组在基础饲粮中添加0.04 kg/t速大肥和0.2 kg/t抗敌素（AB组）；3）30~65 kg体重阶段100、250和500 g/t的XOS添加组：于30~65 kg体重阶段，分别在基础饲粮中添加100、250和500 g/t的XOS，在66~100 kg体重阶段均饲喂基础饲粮（GP组）；4）30~100 kg体重阶段100、250和500 g/t的XOS添加组：于30~100 kg体重阶段分别在基础饲粮中添加100、250和500 g/t的XOS（GFP组）。约170日龄，试验猪体重达100 kg左右时屠宰采样。各试验组使用的基础饲粮，均参照美国NRC（2012）猪营养需求标准进行配制，不添加抗生素，其组成及营养水平见表1。试验所用XOS含量≥35%。试验期间按商业养猪场规范进行饲养管理。试验结束时（平均体重达到 100 kg，约170天）空腹称重，每组随机选取8头试猪（公、母各半），心脏放血处死，屠宰后取中段结肠内容物样品，-20℃保存备用。

试验结果

（1）XOS对肥育猪结肠内容物中肠道菌群组成的影响

 从46份肠道内容物样本中共测得2487651个原始序列。经过滤和质量控制，获得了1805687个清洁序列数据。在97%序列一致性阈值下，所有有效读取序列都被聚集到OTU中。所有样本的稀疏曲线均达到接近平台期，表明采样深度和测序覆盖度适合进行进一步数据分析。

 在门水平上，从猪肠道内容物样品中共鉴定出24个门，其中厚壁菌门、变形菌门、拟杆菌门和软壁菌门是所有组别中的优势菌门（平均相对丰度>1%）。如图1所示，在饲粮中添加抗生素可增加变形菌门的相对丰度、降低厚壁菌门的相对丰度，而在生长育肥期添加XOS则可引起厚壁菌门相对丰度的增加和变形菌门相对丰度的降低。此外，抗生素组和生长育肥期添加100 g/t XOS组之间厚壁菌门的相对丰度存在显著差异。在属水平上，共鉴定出320个菌属，以乳杆菌、枸橼酸杆菌、普雷沃菌、不动杆菌和Turicibacter为主。如表2所示，所有组别中最丰富的菌属为乳杆菌属，在生长育肥期添加100 g/t的XOS有增加乳杆菌相对丰度的趋势，但在抗生素组表现出降低趋势（图2)。相反，抗生素组中柠檬酸杆菌的相对丰度增加，但生长育肥期添加100 g/t的XOS组中柠檬酸杆菌的相对丰度降低。

（2）XOS对肥育猪结肠内容物中微生物菌群多样性的影响

 为了评估结肠内容物中细菌群落的多样性、丰富度和系统发育多样性，计算了所有样本的几种 α 多样性指标。结果表明，对照组和XOS添加组之间的 α 多样性指标（包括观察到的物种数、Chao 1、优势度、PD全树、Shannon和Simpson等指数）均无显著差异（表3），而生长育肥期250 g/t的XOS添加组与抗生素组的Shannon指数差异显著（P<0.05）（图3A）。基于未加权UniFrac距离矩阵的PCoA将所有重复的肠道内容物样本聚集在同一热图内，它们与其他处理组相比表现出更明显的差异（图3B）。在生长育肥猪添加组中，虽然三个剂量组之间存在样本重叠，但观察到了聚集趋势，提示100 g/t的XOS添加组和250 g/t的XOS组之间肠道菌群结构具有更明显的相似性。在生长期添加组中，100 g/t的XOS添加组和500 g/t的XOS添加组均有明显的聚集趋势，不同处理组之间可见相互远离的趋势。在相同的XOS添加剂量下，聚类发生在XOS添加的不同阶段，并且不同阶段添加的差异较大。总之，在生长期添加XOS可能是改变肠道菌群结构的主要因素，而添加剂量发挥的作用不显著。

（3）结肠内容物中微生物生物标志物的筛选

 利用LefSe分析来鉴定与不同剂量XOS处理相关的结肠细菌生物标志物（图4）。在本研究中，纲水平上，对照组梭状芽孢杆菌和拟杆菌的相对丰度增加；相反，抗生素组变形菌门中γ-变形菌和Deltaproteobacteria、厚壁菌门中梭状芽孢杆菌和丹毒杆菌、放线菌门中Coriobacteriia以及拟杆菌门中Bacteroidia相对丰度升高。生长期100 g/t的XOS添加组厚壁菌门中丹毒杆菌和放线菌门中棒状杆菌的相对丰度增加。另外，对生长期250 g/t的XOS添加组中这些细菌纲的微生物生物标志物也进行了鉴定，发现放线菌、γ-变形菌和Deltaproteobacteria的丰度显著高于其他组，而500 g/t的XOS添加组中的优势菌主要为噬细胞菌属、水霉属、疣孢霉属、杆菌属、放线菌属和Deltaproteobacteria。而厚壁菌门中的梭菌（P=0.021）、Planctomycetes门中的Planctomyces（P=0.018）和Proteobacteria门中的Betaproteobacteria（P=0.005）在生长育肥期100 g/t的XOS添加组中具有较高的丰度，而250 g/t的XOS添加组中有显著变化的微生物生物标志物均来源于Proteobacteria门，包括杆菌纲和 α-变形杆菌纲。生长育肥期500 g/t的XOS添加组的优势菌种为 β-变形菌纲、α-变形菌纲、γ-变形菌纲、放线菌纲、梭状芽孢杆菌纲和疣微菌纲。

（4）环境因子对结肠内容物中微生物群落的影响

 用置换试验进行RDA分析，确定不同因子与肠道微生物群落结构的相关性。RDA分析前进行的DCA分析结果显示，第一轴的轴长小于3（图3-5）。RDA分析结果显示，XOS剂量（包括无添加、低剂量、中剂量和高剂量4个水平）（r²=0.5789，P<0.001）和添加方式（包括无抗生素添加、持续添加抗生素、生长期添加、生长育肥期添加4 种方式）（r²=0.5153，P<0.001）显著改变了肠道微生物群落的结构。在所有检测的特定环境因子中，无抗生素添加、高剂量XOS添加和生长期XOS添加与微生物群落结构显著相关，其次是中剂量XOS添加、持续添加抗生素和无添加。关于各因子之间的相关性，XOS的中、低剂量与高剂量呈负相关，而生长育肥期XOS的添加与生长期XOS的添加呈负相关。

（5）XOS对肥育猪结肠内容物中代谢产物含量的影响

 通过测定SCFA来评估XOS添加是否改变了某些肠道微生物的发酵和代谢特性。结果表明，与基础饲粮组相比，生长育肥期添加100 g/t的XOS显著增加了乙酸（P=0.031）和总直链脂肪酸含量（P=0.049）（图6A），而对其他直链脂肪酸和支链脂肪酸含量的影响不大（P>0.05）。另外，未发现XOS添加剂量与各种SCFAs产生之间存在相关性（P>0.05）。

 生物胺（如1，7-庚基二胺、尸胺、腐胺、色胺、酪胺、亚精胺和精胺）是潜在有害代谢途径的生物标志物。通过检测生物胺含量，评价了机体的氨基酸代谢情况。在抗生素组、GP250组、GP500组和GFP100组中，观察到1，7-庚烷二胺的浓度显著降低（P<0.05）（图6B），尤其是GFP100组中1，7-庚烷二胺浓度达到最低水平，表明XOS具有抑制氨基酸脱羧的能力。

结论

 30~100 kg体重阶段在饲粮中添加100 g/t的XOS可显著降低结肠微生物群落的 α 多样性、大肠杆菌等致病菌的相对丰度和1，7-庚二胺含量，并增加结肠中乙酸、直链脂肪酸和总SCFA的含量以及乳酸杆菌等有益菌的相对丰度；其添加剂量和添加时间均影响结肠微生物的群落构成。

参考文献：

潘杰.低聚木糖对猪生产性能的调控作用及机制研究[D].湖南农业大学,2020.