






摘要:本試驗旨在研究林下“菊苣(Cichorium intybus L.)+多年生黑麥草(Lolium perenne L.)+一年生黑麥草(Lolium multiflorum L.)”混播草地放養對北京油雞肌肉營養品質及腸道菌群的影響。將體重相近的9周齡北京油雞母雞隨機分為3組:林下清耕地散養組(養殖密度90只·667 m-2,CK)、林下混播草地放養組(設置2個養殖密度,即90只·667 m-2(T1)和120只·667 m-2(T2)),采用劃區輪牧的方式飼養至21周齡。結果表明:與CK組相比,T1和T2組顯著提高了胸肌和腿肌的總氨基酸和必需氨基酸含量(Plt;0.05),T2組還顯著提高了腿肌的鮮味氨基酸含量(Plt;0.05)。此外,T1和T2組顯著降低了十二指腸菌群豐富度和多樣性(Plt;0.05),十二指腸菌群中益生菌Lactobacillus相對豐度也得到顯著提高(Plt;0.05),但對回腸和盲腸菌群結構無影響。綜上所述,林下混播草地放養顯著提升了肌肉氨基酸品質,這可能與十二指腸菌群結構發生改變有關。
關鍵詞:林下混播草地;北京油雞;肌肉營養品質;腸道菌群
中圖分類號:S352 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0435(2023)08-2352-09
Effects of Grazed in the Artificial Mixture under Forest on Muscle Nutritional
Quality and Intestinal Microflora of Beijing-you Chickens
ZHENG Ming-li, MAO Pei-chun, TIAN Xiao-xia, ZHANG Su-han, MENG Lin*
(Institute of Grassland, Flowers and Ecology, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China)
Abstract:This study was conducted to evaluate the effects of grazed in an artificial mixture under forest on muscle nutritional quality and intestinal microflora of Beijing-you chickens. The artificial mixture was established with a mixture of chicory (Cichorium intybus L.),perennial ryegrass (Lolium perenne L.) and annual ryegrass (Lolium multiflorum L.). Nine-week-old female Beijing-you chickens with similar body weight were randomly assigned to three free-grazing groups:bare land with a stocking density of 90 hens·667 m-2 (CK);grazed in an artificial mixture under forest with two stocking density of 90 hens·667 m-2 (T1) and 120 hens·667 m-2 (T2),respectively. All chickens of those three groups were raised to 21 weeks old to investigate their muscle nutritional quality and intestinal microflora. The results revealed that chickens in T1 and T2 had increased total amino acids and essential amino acids contents of breast and thigh muscle (Plt;0.05),chickens in T2 also had increased delicious amino acids contents of thigh muscle (Plt;0.05). In addition,T1 and T2 decreased microbial community richness and diversity in duodenum (Plt;0.05),increased the relative abundance of beneficial bacteria (Plt;0.05),such as Lactobacillus,in duodenum. There were no differences in the structures of microbial communities in ileum and cecum among the three tested groups. In conclusion,grazed in an artificial mixture under forest significantly improved amino acid quality in muscle of chickens,which might be due to the change of the beneficial duodenal microflora of chickens.
Key words:Artificial mixture under forest;Beijing-you chicken;Muscle nutritional quality;Intestinal microflora
據《第三次全國國土調查主要數據公報》,我國現有林地28 412.59萬hm2、果園1 303.13萬hm2。大面積的林地和果園在帶來經濟和生態效益的同時,受傳統清耕管理模式的影響,隨著樹木生長年限的增長,林下水土流失、生物多樣性衰減、樹木病蟲害頻發、果品品質驟降等生產和生態問題不斷凸顯。研究表明,林草復合系統兼具提高土地生產力、改善生態環境、保護生物多樣性和高效利用自然資源等諸多優勢[1]。林-草-雞復合生態種養模式是林草復合產業鏈的有效延伸,已成為發展林下經濟、推動鄉村振興的重要抓手。草地作為雞的活動場地和重要的膳食營養來源,同時樹木等遮蔽物的存在可以幫助雞群建立安全感[2]。與集約化養殖相比,該模式在改善養殖福利、節約飼料成本、提升肉蛋品質、降低環境壓力、提升農業生態系統生物多樣性等方面具有明顯優勢[3-4]。
人和動物的腸道菌群在宿主整體健康和功能中發揮重要作用[5-6],腸道菌群的任何改變都可能對宿主的健康狀況和生長性能產生影響[7]。與哺乳動物不同的是,雞在胚胎時期整個腸道一直保持無菌狀態,孵化后才與環境中的各種微生物接觸,通過空氣、飼料、飲水等途徑部分微生物進入腸道內并定植。雞腸道菌群受飲食、日齡、抗生素給藥和病原微生物感染等諸多因素影響[8],尤其日糧和養殖系統是影響腸道菌群構成的重要因素[9-10]。Zheng等[11]和Zheng等[12]報道,日糧中添加苜蓿(Medicago sativa L.)草粉或菊苣(Cichorium intybus L.)鮮草草段均促進了北京油雞腸道菌群中Lactobacillus和Bacteroides等益生菌生長,抑制了Ruminococcus,Romboutsia,Phascolarctobacterium和Rikenella等病原菌增殖,進而顯著提升了生長性能、免疫性能和肉蛋營養品質。因此,基于腸道菌群-宿主相互作用有助于解析林-草-雞復合生態種養模式提高雞生產性能的機制。
然而,目前關于林-草-雞復合生態種養模式的研究報道較少,該模式下雞腸道菌群的演替規律及其與生產性能的相互關系尚不明確。因此,本研究利用高通量測序技術分析了林下混播草地生態放養對北京油雞十二指腸、回腸及盲腸菌群的影響,并結合生長性能、屠體性狀及肌肉營養品質等的測定分析結果,為林-草-雞復合生態種養模式的規模推廣應用提供科學依據。
1 材料與方法
1.1 試驗材料
于北京順義區某農莊楊樹林(株行距為6 m×8 m)建植菊苣(Cichorium intybus L.)+多年生黑麥草(Lolium perenne L.)+一年生黑麥草(Lolium multiflorum L.)混播草地,‘斯巴達’菊苣:‘麥迪’多年生黑麥草:‘絢彩’一年生黑麥草混播比例為45%:35%:20%,機械條播,行距20 cm,混合播種量為22.5 kg·hm-2。草種由北京百斯特草業有限公司提供,北京油雞雛雞由北京市農林科學院畜牧獸醫研究所提供。
1.2 試驗設計與飼養管理
北京油雞雛雞按照《北京油雞飼養管理技術規程》(DB 11/T 1378—2016)進行網床籠養至9周齡,于菊苣蓮座葉簇期和黑麥草分蘗期開始林下混播草地放養雞的試驗。選取體重相近、體況良好且健康的母雞900只,采用單因子完全隨機設計,將其分為3組:林下清耕地散養組(對照組,養殖密度90只·667 m-2,CK)、林下混播草地放養組(設置2個養殖密度即90只·667 m-2,T1和120只·667 m-2,T2),每組3次重復,飼養至21周齡時試驗結束。
試驗前對草地別墅式雞舍(圖1)進行徹底清理和消毒。采用林下草地劃區輪牧的方式進行放養,每個重復的放養草地面積為667 m2,平均劃分為3個輪換放養小區,每個小區放養10 d,30 d為1個輪牧周期。草地放養與舍飼相結合,T1和T2組每只雞日精料補飼量為CK組的85%,每天07:00和16:00各補飼1次。CK組早、晚補飼量均為日糧的50%,T1和T2組早、晚補飼量分別為日糧的30%和70%,補飼精料配方和營養成分見表1,試驗雞群自由采食和飲水。
1.3 測定指標與方法
1.3.1 生長性能 試驗期每天觀察雞群健康狀況,記錄各重復的死淘雞只數和耗料量,計算死淘率和平均日采食量。各組分別在試驗第1和13周時,以重復為單位對禁食12 h(自由飲水)的試驗雞進行稱重,計算平均日增重。
1.3.2 屠體性狀 飼養試驗結束時,從各重復隨機選取3只試驗雞進行屠宰。依據《家禽生產性能名詞術語和度量計算方法(NY/T 823—2020)》測定屠體重、全凈膛重、胸肌重、腿肌重和腹脂重,由此計算全凈膛率、胸肌率、腿肌率和腹脂率。
1.3.3 肌肉營養品質 胸肌和腿肌樣品經真空冷凍干燥后,測定干物質含量。凍干樣品粉碎并過40目篩后,用于肌肉營養品質測定。粗灰分、粗蛋白、粗脂肪、氨基酸含量分別依據《食品中灰分的測定(GB 5009.4—2016)》、《食品中蛋白質的測定(GB 5009.5—2016)》、《食品中脂肪的測定(GB 5009.6—2016)》和《食品中氨基酸的測定(GB 5009.124—2016)》進行測定,肌苷酸含量按照Jung等[13]的方法進行測定。
1.3.4 腸道菌群 采集十二指腸、回腸和盲腸內容物樣本于無菌凍存管中,置于液氮中保存,用于腸道菌群多樣性分析。利用QIAamp DNA提取試劑盒(Qiagen公司,美國)提取腸道微生物基因組DNA,使用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA的提取質量,使用NanoDrop2000超微量分光光度計(NanoDrop公司,美國)測定DNA濃度和純度;使用通用引物338F(5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′)和806R(5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′)對16S rRNA基因V3-V4區進行PCR擴增。將同一樣本的PCR產物混合后使用2%瓊脂糖凝膠回收PCR產物,利用AxyPrep DNA凝膠回收試劑盒(Axygen公司,美國)進行回收產物純化,2%瓊脂糖凝膠電泳檢測,并用QuantusTM熒光計(Promega公司,美國)對回收產物進行檢測、定量。使用NEXTflex建庫試劑盒(Bioo Scientific公司,美國)進行建庫。利用Illumina Miseq PE300平臺(Illumina公司,美國)進行測序。使用Fastp軟件(version 0.19.6,https://github.com/OpenGene/fastp)對原始測序序列進行質控,使用Flash軟件(version 1.2.11,https://ccb.jhu.edu/software/FLASH/index.shtml)進行拼接。使用Uparse軟件(version 7.0 http://drive5.com/uparse/),根據97%的相似度對序列進行操作分類單元(OTUs)聚類并剔除嵌合體。利用RDP classifier(version 2.13,https://sourceforge.net/projects/rdp-classifier/)對每條序列與Silva數據庫(Release 138,https://www.arb-silva.de/)進行比對,設置比對閾值為70%,得到物種分類注釋結果。本試驗測序工作委托上海美吉生物醫藥科技有限公司完成,測序數據在美吉生信云平臺(https://cloud.majorbio.com/)進行在線分析。
1.4 數據統計與分析
生長性能、屠體性狀、肌肉營養品質及腸道菌群數據采用SPSS 21.0軟件(IBM公司,美國)進行單因素方差分析,根據Tukey檢驗對均值進行多重比較,差異顯著性水平設置為Plt;0.05。
2 結果與分析
2.1 林下混播草地放養對北京油雞生長性能的影響
與CK組相比,T1和T2組雞群的平均日采食量分別降低8.84%和7.06%,活體重分別提高13.36%和12.00%,平均日增重分別提高15.61%和13.80%,T2組雞群的死淘率降低22.38%,但差異均不顯著(表2)。
2.2 林下混播草地放養對北京油雞屠體性狀的影響
與CK組相比,T1組雞的全凈膛率、胸肌率和腿肌率分別降低3.27%,6.58%和3.63%(表3),差異均不顯著;T2組雞的全凈膛率降低3.02%,而胸肌率和腿肌率則分別提高0.24%和8.72%,差異均不顯著。
2.3 林下混播草地放養對北京油雞肌肉營養品質的影響
T1組雞的胸肌總氨基酸、胸肌必需氨基酸、腿肌總氨基酸和腿肌必需氨基酸含量分別為74.89%,21.18%,66.88%和19.98%,與CK組相比,分別顯著提高8.41%,30.50%,6.21%和21.24%(Plt;0.05);T2組雞的胸肌總氨基酸、胸肌必需氨基酸、腿肌總氨基酸和腿肌必需氨基酸含量分別為71.97%,21.14%,76.14%和20.54%,與CK組相比,分別顯著提高4.18%,30.25%,20.91%和24.64%(Plt;0.05)。此外,T2組雞的腿肌鮮味氨基酸含量為48.99%,較CK組顯著提高19.69%(Plt;0.05)。
2.4 林下混播草地放養對北京油雞腸道菌群的影響
由表5可知,CK組十二指腸菌群測序覆蓋度為94%,其余各組不同腸道部位菌群的覆蓋度均達99%以上,說明抽樣深度可以覆蓋絕大部分的腸道菌群以確保數據分析的可靠性。與CK組相比,T1和T2組顯著降低了十二指腸菌群Chao1和Observed species兩個物種豐富度指數(Plt;0.05),顯著降低了Shannon指數(Plt;0.05)。T1和T2組提高了回腸和盲腸菌群Shannon指數,但差異不顯著。
從門水平分析,十二指腸、回腸及盲腸菌群主要包括厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)及軟壁菌門(Tenericutes)(圖2)。Firmicutes在十二指腸及回腸中占據優勢地位,其相對豐度變化范圍分別為56.10%~87.89%及45.49%~67.29%;盲腸中的優勢菌為Bacteroidetes,其相對豐度變化范圍為50.49%~55.21%。與CK組相比,T1和T2組十二指腸菌群中Firmicutes相對豐度顯著提高(Plt;0.05),而Proteobacteria和Tenericutes相對豐度顯著降低(Plt;0.05)。與CK組相比,T1和T2組回腸和盲腸優勢菌群相對豐度無顯著差異。
從屬水平分析,乳桿菌屬(Lactobacillus)為十二指腸菌群中優勢菌,其相對豐度為13.03%~83.50%;擬桿菌屬(Bacteroides)(13.45%~21.65%)和Lactobacillus(2.37%~38.44%)在回腸菌群中占優勢地位;Bacteroides(24.29%~29.43%)為盲腸中優勢菌。與CK組相比,T1和T2組十二指腸菌群中Lactobacillus相對豐度顯著提高(Plt;0.05),未鑒定菌屬(unidentified genus)、扭鏈瘤胃球菌組菌屬(Ruminococcus_torques_group)、瘤胃球菌科UCG_014菌屬(Ruminococcaceae_UCG_014)、糞桿菌屬(Faecalibacterium)、脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)及巨單胞菌屬(Megamonas)相對豐度顯著降低(Plt;0.05)。隨著放養密度增加,上述菌群相對豐度對應的變化幅度有提高趨勢。與CK組相比,T1和T2組回腸菌群中Lactobacillus相對豐度有提高趨勢,而Ruminococcus_torques_group、歐陸森氏菌屬(Olsenella)、Faecalibacterium及Megamonas相對豐度有降低趨勢。與CK組相比,T1和T2組盲腸菌群中理研菌科_RC9菌屬(Rikenellaceae_RC9_gut_group)、Ruminococcaceae_UCG_014和unidentified genus相對豐度有提高趨勢,而Bacteroides相對豐度有降低趨勢。
3 討論
家禽日糧通常以玉米-豆粕為基礎,隨著人類對動物蛋白尤其是禽類產品需求的持續增長,家禽飼料消耗量和成本逐年激增。飼草營養豐富且來源廣泛,大食物觀背景下,使用飼草作為常規飼料的替代品有助于改善農業系統內家禽養殖業的可持續性[14-15]。本研究中,與CK組相比,T1和T2組在節約精料7.06%~8.84%的條件下雞群的活體重和平均日增重均有提高的趨勢。Dal Bosco等[2]報道,節約精料15%條件下對草地放養雞的產蛋量沒有不利影響,而飼草消耗量增加了30 g·d-1(干物質基礎)。林草是重要的生態屏障,草資源更是一種農業生產資料,林下草地畜牧業已成為國際上最主要的林下經濟發展模式之一。有研究表明,林下優質草地一方面為雞提供了良好的生活環境以及廣闊的自由活動空間有助于刺激免疫系統發育,另一方面菊苣等飼草通常含有生物堿、不飽和甾醇、黃酮等重要藥用化合物亦有助于提高雞的免疫力[16]。本研究中林下草地放養降低了北京油雞的死淘率,這可能是由于林下草地放養改善了養殖環境同時提供了藥食同源的優質飼草,進而提高了雞的免疫性能。
盡管遺傳因素對廣泛環境的適應性在很大程度上決定了家禽的動物福利、屠體性狀和肉品質[17],近年來的研究表明,林下草地放養模式為雞群提供了充足的自由活動空間和豐富的營養,有助于提高雞的屠體性狀[18]。本研究中,與CK組相比,T1和T2組雞的屠體性狀各指標間無明顯差異,甚至T1組的全凈膛率、胸肌率和腿肌率以及T2組的全凈膛率等指標還有降低趨勢。這可能與林下飼草產量和營養狀況、放養密度和雞采食行為等因素相關,林木與飼草間會在一定程度上競爭光照、水、肥料等自然資源,從而降低林下飼草的產量和飼用品質[19]。
肌肉氨基酸組分與含量是評價蛋白質營養價值的重要指標,也是影響肌肉風味品質的主要化學指標之一。周曉麗等[20]報道,與對照組相比,日糧中添加8%白三葉(Trifolium repens L.)和鴨茅(Dactylis glomerata L.)混合草漿組海蘭褐蛋雞的胸肌和腿肌總氨基酸含量分別顯著提高4.56%和10.58%、腿肌必需氨基酸含量顯著提高14.85%。與前人研究結果一致,本研究中T1和T2組顯著提高了胸肌和腿肌總氨基酸和必需氨基酸含量,T2組顯著提高了腿肌鮮味氨基酸含量,明顯改善了肌肉的營養品質和風味。飼草蛋白質含量高且氨基酸配比平衡,生物學價值高于谷物蛋白,采食飼草有助于提高家禽肌肉蛋白質營養價值。同時,生活在草地上的大型無脊椎動物,如地甲蟲、隱翅蟲、蜘蛛和蚯蚓等也可為雞群提供均衡的動物蛋白[2]。
腸道菌群在調節胃腸道運動、促進營養物質轉化吸收、拮抗致病菌及提高免疫力方面發揮著積極作用,是維持宿主正常生理功能的重要保障[21]。除遺傳因素外,日糧是塑造腸道微生態系統的主要驅動力,它們為特定種類的菌群提供選擇性生長優勢[22]。研究表明,適量采食飼草不僅可以有效調節腸道菌群結構與功能多樣性,還直接影響著動物機體健康和生長性能[23]。Borrelli等[24]報道,腸道菌群多樣性越豐富,其維持自身穩定及抵抗致病菌的能力越強,更有利于維持機體生產性能和健康狀況。本研究中,Shannon指數顯示T1和T2組回腸和盲腸菌群多樣性有提高的趨勢,卻顯著降低了十二指腸菌群多樣性。T1和T2組十二指腸菌群中Lactobacillus快速增殖成為優勢菌,可能是引起菌群多樣性顯著降低的原因,這與Li等[7]的研究結果一致。
小腸(包括十二指腸、空腸及回腸)是營養物質消化和吸收的重要場所,而盲腸主要是分解食糜中的纖維素及蛋白質等難消化底物,產生氨、胺類和有機酸[5]。與前人研究結果一致[25],本研究中不同處理組腸道菌群種類的變異主要源于采樣部位不同,Firmicutes是雞十二指腸和回腸中的優勢菌,而盲腸中主要定植的是Bacteroidetes。與CK組相比,T1和T2組十二指腸菌群中Lactobacillus相對豐度顯著提高,表明Lactobacillus在十二指腸營養物質消化吸收功能中起重要作用。Lactobacillus作為一種優良腸道益生菌,已被廣泛用作雞日糧微生態飼料添加劑,用于降低蛋黃膽固醇含量、增強蛋殼厚度、促進免疫系統發育,提高生長性能以及調節腸道菌群平衡等[11]。
Bacteroides是盲腸中的優勢菌,具有極高的水解活性,主要降解難消化碳水化合物產生短鏈脂肪酸[26]。本研究中,T1和T2組盲腸菌群中Bacteroides相對豐度有降低趨勢,而Rikenellaceae_RC9_gut_group,Ruminococcaceae_UCG_014和unidentified genus相對豐度有提高趨勢。Zened等[27]報道,Rikenellaceae和Ruminococcaceae在動物腸道中均具有降解纖維素的功能。因此,T1和T2組高纖維日糧可能同時促進了盲腸中Bacteroides、Rikenellaceae_RC9_gut_group和Ruminococcaceae_UCG_014等菌群增殖,但林下混播草地為Rikenellaceae_RC9_gut_group和Ruminococcaceae_UCG_014提供了選擇性生長優勢,導致其相對豐度增長幅度大于Bacteroides。動物腸道的消化代謝功能通常是由眾多微生物協同參與完成,未來需要在林下草地放養調節雞腸道菌群結構和功能多樣性的作用機制方面持續開展研究。
4 結論
T1和T2組對北京油雞的生長性能和屠體性狀無顯著影響,顯著提高了胸肌和腿肌總氨基酸和必需氨基酸含量,T2組還顯著提高了腿肌鮮味氨基酸含量。此外,T1和T2組顯著降低了十二指腸菌群豐富度和多樣性,顯著提高了十二指腸菌群中益生菌Lactobacillus相對豐度,對回腸和盲腸菌群結構亦有積極影響。綜合評估,推薦林下“菊苣+多年生黑麥草+一年生黑麥草”混播草地放養北京油雞的適宜密度為120只·667 m-2(T2)。
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(責任編輯 劉婷婷)
收稿日期:2023-02-14;修回日期:2023-03-08
基金項目:北京市鄉村振興科技項目(20220922-01);北京市農林科學院科技創新能力建設專項(KJCX20200801);北京市農林科學院農業科技示范推廣項目(2022211)資助
作者簡介:鄭明利(1989-),男,漢族,湖北麻城人,博士,助理研究員,主要從事飼草加工與利用、草地生態研究,E-mail:zhengml@cau.edu.cn;*通信作者Author for correspondence,E-mail:menglin9599@sina.com