家禽胚胎發(fā)育中腸道微生物早期定植的研究進展

摘要：早期腸道發(fā)育是家禽腸道健康的重要決定因素，而胚胎期早期定植的微生物群可促進腸上皮細胞的分化、增殖和成熟，在促進家禽腸道發(fā)育及維護家禽健康中起著重要作用。鑒于此，首先介紹了家禽胚胎發(fā)育過程中胎膜的形成和生理作用以及物質(zhì)代謝模式，并探討腸道微生物早期定植對家禽腸道發(fā)育及腸道屏障功能的影響，旨在深入認識家禽胚胎發(fā)育的規(guī)律以優(yōu)化孵化條件，提高孵化效率，并為胚胎期腸道微生物的定植與禽胚腸道發(fā)育的互作機制提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：家禽；胚胎；腸道微生物；定植

禽類胚胎發(fā)育是一個極其復(fù)雜并在內(nèi)外環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控下完成的生物過程，而掌握家禽早期胚胎發(fā)育的規(guī)律和特點是做好孵化工作的前提和基礎(chǔ)，進而有效提高孵化成績，有助于家禽生產(chǎn)性能的提高。在家禽胚胎發(fā)育中腸道微生物不斷定植并建立，促進了腸道的早期發(fā)育及腸道黏膜屏障功能的完善，進而促進機體免疫系統(tǒng)發(fā)育及成熟。

一、家禽胚胎發(fā)育的一般過程

（一） 母體內(nèi)胚胎發(fā)育

母體內(nèi)胚胎發(fā)育主要指受精卵發(fā)育至種蛋產(chǎn)出體外，即成熟的卵子在母禽的輸卵管喇叭部受精后不久就開始胚胎發(fā)育，直到蛋產(chǎn)出后，其胚胎發(fā)育暫停。受精卵在母禽的輸卵管內(nèi)停留24-26h，經(jīng)過連續(xù)的細胞分裂，進而形成多細胞的胚盤，而胚盤是胚胎發(fā)育的基礎(chǔ)。胚胎在胚盤的透明區(qū)域開始胚胎發(fā)育歷程，胚盤發(fā)生一系列的形態(tài)學(xué)變化，包括細胞分裂（減數(shù)分裂和有絲分裂）、細胞分化，分別形成兩層不同的細胞層，其外層稱為外胚層，內(nèi)層稱為內(nèi)胚層，其內(nèi)、外胚層形成之后蛋即產(chǎn)出，遇冷（低于23.9℃） 時胚胎發(fā)育暫時停止。

（二） 母體外的胚胎發(fā)育

母體外的胚胎發(fā)育，一般指種蛋入孵開始至孵化出殼。受精蛋入孵后，胚胎進入第二階段的發(fā)育過程，其家禽胚胎發(fā)育可分為三個階段，即胚胎發(fā)育的早期、中期和后期。其中，胚胎發(fā)育的早期胚胎外膜血管形成，并運輸營養(yǎng)物質(zhì)；胚胎發(fā)育中期則機體形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育形成，尿囊供養(yǎng)能力達到極限；胚胎發(fā)育的后期則是胚胎組織器官的生長和系統(tǒng)的成熟階段。

1、胎膜形成及其功能。在家禽胚胎發(fā)育的早期，胎膜逐步形成，而胎膜是胚胎攝取營養(yǎng)和代謝的重要媒介和場所，對胚胎發(fā)育和存活至關(guān)重要。它包括羊膜、絨毛膜、卵黃囊和尿囊。卵黃囊、羊膜、絨毛膜和尿囊分別負責(zé)對胚胎代謝產(chǎn)生的代謝物進行營養(yǎng)、保護、呼吸和儲存[1]。

卵黃囊含有少量的蛋白和蛋黃，并含有胚胎發(fā)育所需的所有營養(yǎng)物質(zhì)，包括蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物和礦物質(zhì)。此外，卵黃囊是血細胞合成的重要部位。高度血管化的卵黃囊在孵化早期從胚胎的腸區(qū)發(fā)育，其大約在胚胎孵化的第10d完全封閉，并被一層內(nèi)皮細胞覆蓋，而內(nèi)皮細胞負責(zé)向胚胎輸送營養(yǎng)。卵黃內(nèi)容物通過內(nèi)吞作用或者營養(yǎng)轉(zhuǎn)運體轉(zhuǎn)移到胚胎循環(huán)。在孵化階段，卵黃囊向胚胎輸送的糖原比肝臟多10倍，其可能在葡萄糖的合成和儲存以及向雛禽胚胎孵化提供能量方面起著重要作用。卵黃囊在胚胎孵化的第19d左右內(nèi)化進入腹腔，約占幼雛體重的15%-20%。在雛禽獲得外源營養(yǎng)之前，卵黃囊是雛禽出殼后唯一的營養(yǎng)來源，對雛禽的生存至關(guān)重要。它還通過將母體抗體轉(zhuǎn)移到胚胎中，有助于防御病原體機制的建立。胚胎發(fā)育過程中，羊膜包裹著胚胎，其內(nèi)細胞層分泌羊水，保護胚胎免受機械和熱沖擊，防止脫水。在孵化后第17d左右，胚胎吞食蛋白羊水作為水和營養(yǎng)的來源。在孵化階段，雞的消化和吸收營養(yǎng)的能力還沒有發(fā)育好，故蛋白羊水的吞食對腸黏膜的發(fā)育和維持胚胎發(fā)育至關(guān)重要。絨毛膜包圍著所有其他結(jié)構(gòu)，保護胚胎和胚胎外膜。尿囊包裹在羊膜囊、卵黃囊和蛋白周圍，在孵化后第13d達到最大體積。隨著尿囊膜細胞對水、鈉和氯化物的再吸收而減小。隨后，尿囊與絨毛膜融合形成絨毛膜尿囊膜。絨毛膜作為呼吸器官，通過從尿囊液中重新吸收水分和電解質(zhì)，在酸堿平衡中起關(guān)鍵作用。

2、胚胎發(fā)育過程中的物質(zhì)代謝。卵泡形成（卵泡發(fā)育） 是營養(yǎng)物質(zhì)的沉積、運輸及儲備的重要生理過程，其在卵泡發(fā)育過程中沉積了大量氨基酸、有機酸、核苷酸及其代謝物，為胚胎發(fā)育提供了物質(zhì)支持。同時，在卵泡發(fā)育過程中攝入一些維生素和碳水化合物，以維持正常的胚胎發(fā)育過程[2]。

家禽胚胎和幼雛依賴于營養(yǎng)物質(zhì)沉積，其營養(yǎng)物質(zhì)主要包括水、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)。在孵化過程中，胚胎所需的營養(yǎng)全部來自蛋白和蛋黃。蛋白約占種蛋總含量的65%-75%，由約88%的水和12%的蛋白質(zhì)組成，也是礦物質(zhì)鈉和鉀的主要來源，其在孵化過程中全部消耗。蛋黃由大約50%的水，15%的蛋白質(zhì)，33%的脂肪和不到1%的碳水化合物組成。除了蛋白質(zhì)和脂質(zhì)外，蛋黃還含有豐富的維生素和小分子代謝產(chǎn)物，如葉黃素、視黃醇等。這些維生素和分子代謝物是禽胚發(fā)育所必需的，也是人類飲食所需的重要營養(yǎng)素[3]。

禽類卵黃囊是一種血管良好的膜，包裹著胚胎卵黃，功能類似胎盤。在孵化過程中，營養(yǎng)物質(zhì)通過卵黃囊膜及其周圍的血管系統(tǒng)從卵黃內(nèi)容物傳遞到胚胎。這些營養(yǎng)物質(zhì)被用于胚胎組織生長、胚胎外組織發(fā)育，并作為能量來源。從卵黃囊吸收營養(yǎng)物質(zhì)有兩條途徑，第一種是通過卵黃囊膜的內(nèi)吞作用直接進入血液。卵黃囊膜和腸道的結(jié)構(gòu)相似，比如絨毛，它們增加了功能細胞的數(shù)量，增加了消化和吸收的表面積，增加了向胚胎輸送營養(yǎng)物質(zhì)的血管數(shù)量。第二種途徑是直接從蛋黃進入小腸。在禽胚孵化后，更大一部分蛋黃通過蛋黃柄進入小腸。在孵化期間，胚蛋中低水平的葡萄糖為胚胎發(fā)育初期提供了所需的能量。隨后由于胚胎外膜的形成及脂質(zhì)作為主要的能量底物，確保了正常的胚胎發(fā)育。此后，直至孵化中后期，蛋白質(zhì)被胚胎大量吸收利用，并作為胚胎發(fā)育的能量來源。在孵化后期，因胚胎內(nèi)部環(huán)境發(fā)生很大變化，導(dǎo)致胚胎代謝發(fā)生重大變化，而脂肪酸的β-氧化為胚胎發(fā)育提供了主要的能量來源。在孵化的最后三天，由于孵化過程中的高能量需求和相對較低的氧氣利用率，脂肪酸不能為胚胎提供必要的能量。因此，代謝轉(zhuǎn)向葡萄糖的厭氧分解，而這取決于肝臟、腎臟和肌肉中糖原儲備中葡萄糖的量，以及氨基酸、甘油和乳酸的糖異生產(chǎn)生的葡萄糖的程度。在孵化期間，蛋黃是胚胎的主要礦物來源，為胚胎提供了大部分的磷、鋅、銅、錳和鐵。在孵化早期，胚胎主要利用蛋白和蛋黃中的鈣，孵化中期，胚胎大量吸收利用鈣、磷、鐵、鋅、銅和錳等礦物質(zhì)元素。到孵化中后期，這些礦物質(zhì)大部分被消耗。在孵化的最后幾天，胚胎中的磷、鐵、鋅、銅和錳儲量很低。而在孵化過程中，蛋黃在任何時候都不缺乏鈣，可能是因為鈣從蛋殼流入胚胎，這說明了蛋殼對胚胎期鈣代謝的重要性[4]。

二、家禽胚胎發(fā)育過程中腸道微生物早期定植研究

（一） 家禽腸道微生物的生理功能

家禽腸道中定植著數(shù)量龐大的微生物，可參與宿主營養(yǎng)代謝，促進腸道發(fā)育，增強腸道完整性，競爭性排斥病原體，調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)，其不僅在飼料消化率、飼料攝取、蛋白質(zhì)發(fā)酵等生長相關(guān)性狀中發(fā)揮關(guān)鍵作用，而且在免疫能力和免疫耐受等相關(guān)性狀中也發(fā)揮關(guān)鍵作用[5]。正常生理狀態(tài)下，腸道正常菌群對致病菌的定植和增殖具有生物拮抗作用，其可通過占位性保護、營養(yǎng)物質(zhì)競爭和產(chǎn)生抑菌物質(zhì)（細菌素、過氧化氫、乳酸等） 等抵御或殺死病原菌，發(fā)揮其生物化學(xué)屏障保護作用，維護腸道健康。除了腸道菌群的直接調(diào)節(jié)外，腸道菌群的代謝產(chǎn)物（乳酸、短鏈脂肪酸、醋酸等） 可降低腸道微環(huán)境pH值，抑制病原菌生長繁殖。其次，腸道菌群在腸黏膜機械屏障中也發(fā)揮著重要的保護作用。腸道菌群不僅可以刺激腸黏膜上皮細胞分化、增殖，維護腸道上皮組織的完整性，而且腸道微生物可通過調(diào)控黏蛋白的產(chǎn)生，促進黏液分泌，增強黏液層[6]。再者，腸道菌群對增強腸黏膜免疫功能也起到了重要作用。腸道微生物及其代謝產(chǎn)物能夠刺激腸道相關(guān)淋巴組織發(fā)育和調(diào)控各種免疫細胞的增殖、分化以及通過控制腸道炎癥反應(yīng)，維護腸道健康。短鏈脂肪酸作為腸道細菌的主要代謝產(chǎn)物，其包括乙酸、丙酸和丁酸，可促進腸道免疫細胞的分化、成熟。由此可見，腸道菌群可通過多種途徑維護腸黏膜屏障功能，保障腸道健康[7]。

（二） 家禽早期腸道微生物的定植及生理功能

家禽腸道微生物群在孵化后立即定植，其微生物主要來自于蛋殼和環(huán)境中的微生物群。胚胎期早期定植的最初微生物菌群可影響宿主腸道微生物群的建立，同時也影響腸道的早期發(fā)育及腸組織在屏障功能和免疫程序方面的功能發(fā)育，進而影響機體的新陳代謝和健康。腸道微生物群落的定植在胃腸道的發(fā)育和功能中起著關(guān)鍵作用，并被認為在早期生命規(guī)劃中起著關(guān)鍵作用。腸道菌群通過不同的代謝途徑降解底物產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸可直接為腸上皮細胞提供能量，還可刺激腸上皮細胞增殖分化，利于腸道上皮細胞的更新，進而促進腸道上皮的發(fā)育。最近的研究表明，短鏈脂肪酸可以增加腸道發(fā)育相關(guān)基因的表達，包括胰島素樣生長因子1（IGF-1）、胰島素樣生長因子-1受體、胰高血糖素樣肽2 （GLP-2） 和胰高血糖素樣肽2受體，縮短腸細胞分裂期，降低促凋亡基因的豐度，進而促進家禽早期的腸道發(fā)育[8-9]。

眾所周知，在孵化時，家禽的先天免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)尚不成熟，其功能成熟主要發(fā)生在出雛后的前兩周，而胃腸道中早期定植的微生物在免疫系統(tǒng)的形成和腸道屏障功能的發(fā)育中起著重要作用。先天性免疫系統(tǒng)是防止病原體入侵的第一道防線，其包括屏障功能（上皮層）、補體和凝血級聯(lián)、吞噬細胞（如巨噬細胞）、自然殺傷細胞和樹突狀細胞。粘蛋白覆蓋于腸道單層柱狀細胞表面，可有效阻礙致病菌在腸上皮細胞的黏附和定植，捕捉并清除入侵的致病菌，是構(gòu)成屏障功能（上皮層） 的關(guān)鍵成分。研究表明，在生命早期限制微生物定植將抑制其對粘蛋白的產(chǎn)生，表明腸道菌群的早期定植與腸道（免疫） 穩(wěn)態(tài)和屏障功能密切相關(guān)[10-11]。此外，對不同飼養(yǎng)環(huán)境影響的研究表明，早期生活中更“干凈衛(wèi)生”的環(huán)境對免疫發(fā)育有負面影響。在生命早期使用抗生素將干擾腸道菌群的定植并影響機體的免疫發(fā)育。

三、結(jié)論

綜上所述，禽類胚胎發(fā)育是一個極其復(fù)雜并在內(nèi)外環(huán)境精準(zhǔn)調(diào)控下完成的生物過程，其涉及復(fù)雜的生理學(xué)、生物化學(xué)和形態(tài)學(xué)變化，并具有高度協(xié)調(diào)性。在禽胚發(fā)育過程中各組織器官和系統(tǒng)發(fā)育，并逐步完善各類功能。與此同時，在禽胚發(fā)育過程中，腸道微生物定植并建立，促進了腸道的早期發(fā)育及腸道黏膜屏障功能的完善，并促進機體免疫系統(tǒng)發(fā)育及成熟，進而提高了出雛后家禽的健康水平。

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基金項目：2023年度河南省高等學(xué)校重點科研項目“鴨胚胎腸道微生物定植的初步研究”，項目編號：23A230016。

作者簡介：陳功義（1972-），男，河南信陽人，碩士，教授，研究方向：畜牧獸醫(yī)。

（責(zé)任編輯 馮會利）