金釵石斛多糖對產蛋后期雞產蛋性能和盲腸微生物群落的影響

收稿日期：2023-11-20

基金項目：貴州省科技廳農業領域重點項目[黔科合支撐（2022）重點034]；貴州省教育廳項目[黔教技（2022）061號]；貴州省農業農村廳項目[黔農計財（2022）10號]

作者簡介：譚啟松（1998-），男，重慶開縣人，碩士研究生，主要研究方向為畜牧學。（E-mail）gzutqs@163.com

通訊作者：李 輝，（E-mail）ellenlihui@sina.cn

摘要： 為研究金釵石斛多糖對產蛋后期隱性白羽雞產蛋性能和腸道菌群的影響，飼喂白羽雞金釵石斛多糖，飼喂期間對白羽雞的產蛋指標進行記錄。飼養60 d后，采集白羽雞盲腸內容物用于細菌16S rRNA基因測序，并進行生物信息學分析。研究結果表明，與對照相比，金釵石斛多糖處理隱性白羽雞的總產蛋數、產蛋量、日產蛋量和產蛋率極顯著提高（P＜0.01）。白羽雞腸道微生物群落中，屬水平上，優勢菌屬為擬桿菌屬（Bacteroides）和里氏菌科Rc9腸道群（Rikenellaceae_ Rc9_gut group）；門水平上，優勢菌門為擬桿菌門（Bacteroidota）和厚壁菌門（Fimicutes）。與對照相比，金釵石斛多糖處理瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）、糞球菌屬（Faecalicoccus）與梅迪桿菌屬（Merdibacter）等有益菌的相對豐度顯著提升（P＜0.05），巴恩斯氏菌屬（Barnesiella）等致病菌的相對豐度顯著降低（P＜0.05）。表型預測結果顯示，對照白羽雞腸道微生物群落革蘭氏陽性菌相對豐度顯著低于金釵石斛多糖處理（P＜0.05），而革蘭氏陰性菌相對豐度顯著高于金釵石斛多糖處理（P＜0.05）。由此可以看出，金釵石斛多糖改善了隱性白羽雞的腸道微生態，提高了產蛋后期雞的生產性能。

關鍵詞： 金釵石斛多糖；產蛋性能；腸道微生物；16S rRNA；隱性白羽雞

中圖分類號： S831.5"" 文獻標識碼： A"" 文章編號： 1000-4440（2024）10-1891-13

Effects of Dendrobium nobile polysaccharides on laying performance and cecal microbial community of hens in late laying period

TAN Qisong， SHI Yushi， LI Hui， LONG Xia， ZHAO Depeng， YU Huan， CHEN Youbo

（Key Laboratory of Aninal Genetics， Breeding and Reproduction in the Plateau Mountainous Region， Ministry of Education/College of Animal Science，Guizhou University， Guiyang 550025， China）

Abstract： In order to study the effects of Dendrobium nobile polysaccharides on egg production performance and intestinal flora of recessive white feather chickens in late laying period， white feather chickens were fed with Dendrobium nobile polysaccharides， and the egg production indices of white feather chickens were recorded during feeding. After 60 days， the cecal contents of white feather chickens were collected for 16S rRNA gene sequencing and bioinformatics analysis. The results showed that compared with the control， the total number of eggs， egg production， daily egg production and egg production rate were significantly increased under Dendrobium nobile polysaccharide treatment（P＜0.01）. In the intestinal microbial community of white feather chickens， the dominant genera were Bacteroides and Rikenellaceae_Rc9_gut group at genus level， and the dominant phyla were Bacteroidota and Fimicutes at phylum level. Compared with the control， the relative abundance of Ruminococcus_torques_group， Faecalicoccus and Merdibacter in Dendrobium nobile polysaccharide treatment increased significantly（P＜0.05）， and the relative abundance of the pathogenic bacteria such as Barnesiella decreased significantly（P＜0.05）. The results of phenotypic prediction showed that the relative abundance of Gram positive bacteria in intestinal microbial community of white feather chickens in the control was significantly lower than that in Dendrobium nobile polysaccharide treatment（P＜0.05）， while the relative abundance of Gram negative bacteria was significantly higher than that in Dendrobium nobile polysaccharide treatment（P＜0.05）. It can be seed that Dendrobium nobile polysaccharides can improve the intestinal microecology of recessive white feather chickens and improve the production performance of hens in the late laying period.

Key words： Dendrobium nobile polysaccharide；egg-laying performance；intestinal microbes；16S rRNA；recessive white feather chickens

產蛋后期，母雞的產蛋率、產蛋量明顯降低，主要原因是腸道菌群失調^[1]。將蒲公英多糖添加到蛋雞日糧中，可提高母雞盲腸短鏈脂肪酸（SCFA）水平，從而提高其產蛋性能^[2]。研究發現，枸杞多糖能減輕脂多糖引起的腸黏膜損傷，并能改善腸黏膜微生態^[3]。從猴頭菌發酵物中提取出的多糖具有改善腸道益生菌、減少有害菌群、保護腸道黏膜的功效^[4]。β-1，3-葡聚糖^[5]、巴戟天多糖^[6]和羅漢果多糖^[7]等也可改善腸道微生態。由此可見，多糖對腸道菌群具有重要的調節作用。金釵石斛為中國傳統中藥，有清熱解毒、養陰潤肺、明目強體的功效^[8]。金釵石斛多糖是金釵石斛的重要藥性物質，研究結果表明，金釵石斛多糖具有抗病毒^[9]、抗氧化^[10]、抑制細胞凋亡^[11]等作用。利用中草藥改善畜禽腸道微生物群落結構，提升畜禽養殖效益，是當前國際上的研究熱點。關于金釵石斛多糖對雞產蛋性能和腸道菌群影響的研究較為少見。本研究擬通過對16S rRNA基因進行高通量測序，研究金釵石斛多糖對產蛋后期白羽雞產蛋性能和腸道微生物的影響，分析金釵石斛多糖的作用機制，以期為中草藥飼料添加劑的開發和應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2023年3月至2023年8月在貴州大學高原山地動物遺傳育種與繁殖教育部重點實驗室進行。試驗所用隱性白羽雞來自貴州大學科研雞場。試驗設置對照（CK）和金釵石斛多糖處理（S），對照（CK）白羽雞飼喂基礎日糧，金釵石斛多糖處理（S）白羽雞在基礎日糧的基礎上灌喂金釵石斛多糖2 500 mg/kg。基礎日糧配方如表1所示，營養水平如表2所示。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品采集 選取84羽54周齡隱性白羽雞，隨機分為對照（CK）和金釵石斛多糖處理（S），每個處理6個重復，每個重復7羽隱性白羽雞。飼養60 d后，隨機從對照和金釵石斛多糖處理的每個重復中選取1羽白羽雞，采集其盲腸內容物，裝入5 mL無菌凍存管中，放入-80 ℃冰箱保存，用于菌群16S rRNA測定。

1.2.2 產蛋性能測定 試驗期間，每天記錄產蛋數、產蛋量（g），計算產蛋率、每羽雞日產蛋量（g）。產蛋率=產蛋數/雞總數×100%；每羽雞日產蛋量（g）=每日每個重復總蛋重/雞總數。

1.2.3 16S rRNA基因測序 利用QIAamPFast DNA Stool Mini Kit試劑盒對采集樣品進行DNA抽提，1%瓊脂糖凝膠電泳檢測所提DNA，符合要求的DNA用于后續試驗。PCR擴增引物為338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCAG-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′），PCR采用TransStart Fastpfu DNA聚合酶進行擴增，20 μL反應體系 95 ℃預變性3 min，1個循環；95 ℃變性，30 s； 55 ℃退火，40 s； 72 ℃延伸，45 s，27個循環；72 ℃終延伸，10 min。2%瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產物。利用AxyPrepDNA膠回收試劑盒（AXYGEN公司產品）回收擴增產物，用Tris_HCl洗脫，2%瓊脂糖凝膠電泳。建立Illumina基因文庫，然后進行測序。

1.2.4 生物信息學分析 利用fastp和FLASH軟件對Illumina測序得到的PE reads進行質控、過濾和拼接。首先，對reads尾部質量值＜20的堿基進行篩選，設置10 bp的窗口，如果窗口內的平均質量值低于20，從窗口開始截去后端堿基，過濾質控后50 bp以下的reads，去除含N堿基的reads；根據PE reads之間的重疊關系，將成對reads拼接成一條序列，最小重疊區長度為10 bp；拼接序列的重疊區允許的最大錯配比例為0.2，篩選不符合序列；根據序列首尾兩端的條形碼（Barcode）和引物區分樣品，并調整序列方向，Barcode允許的錯配數為0，最大引物錯配數為2。通過軟件Uparse對區分后的樣品進行操作分類單元（Operational taxonomic units，OTU）聚類分析。在 OTU聚類的基礎上，采用Mothur算法計算α-多樣性指數，稀釋曲線與Pan/Core物種曲線通過R語言繪制。利用R語言工具（Version 3.3.1）對物種組成分析結果進行統計并作圖，用R語言工具（Version 3.3.1）Vegan包（Vsesion2.4.3）繪制相對豐度熱圖。β多樣性距離矩陣通過Qiime計算。使用t檢驗對物種之間的差異進行分析，組間差異比較分析利用R語言包MetagenomeSeq完成。利用軟件Networkx（Vsesion1.11）進行共現性網絡分析。采用PICRUSt方法對OTU豐度進行歸一化，即去除16S rRNA marker在物種基因組中的基因拷貝數目的影響；根據各OTU的Greengene id，得到OTU所對應COG家族和KEGG Ortholog（KO）信息；同時，對每個COG和KO豐度進行計算。在上述基礎上，利用已建立的COG數據庫，對每個COG進行分析，并對它們的功能進行分析，得出它們的功能圖譜；利用KEGG數據庫中KO、Pathway等信息，結合OTU的豐度，推算各個功能性類群的豐度。采用BugBase法對腸道微生物進行表型分類。

1.2.5 數據統計 使用WPS Excel軟件對數據進行統計，使用SPSS18.0軟件進行t檢驗。

2 結果與分析

2.1 金釵石斛多糖對產蛋后期隱性白羽雞產蛋性能的影響

表3顯示，與對照相比，金釵石斛多糖處理隱性白羽雞的總產蛋數、產蛋量、日產蛋量和產蛋率極顯著提高（P＜0.01），說明飼料中添加金釵石斛多糖能夠提高產蛋后期隱性白羽雞的產蛋性能。

2.2 α多樣性與OTU分析

如表4所示，Chao指數為535.42～538.36，Shannon指數為4.39～4.66，Ace指數為528.06～538.36。

如圖1所示，Pan/Core物種曲線趨于平緩，說明本次測序樣本量足夠。

如圖2所示，稀釋曲線趨于平緩，表明測序數據量合理。

2.3 物種組成分析

利用物種聚類所得OTU數據表繪制Venn圖，由圖3可知，對照OTU有618個，金釵石斛多糖處理OTU有633個，共有的OUT有614個。由圖4、圖5、圖6可知，在屬水平上，相較于對照，金釵石斛多糖處理白羽雞腸道內未分類的擬桿菌目（unclassified_ o_Bacteroidales）、糞桿菌屬（Faecalibacterium）、瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_ group）、脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）、副擬桿菌屬（Parabacteroides）、未分類的梭狀芽孢桿菌UCG-014（norank_ f_norank_o_Clostridia_UCG-014）、瘤胃菌科UCG-005、克里斯滕森氏菌R-7群（Christensenellaceae_R-7_group）、未分類的鼠腸球菌科（norank_f_Muribaculaceae）、Lachnoclostridium、未分類的顫螺菌科（norank_f_Oscillospiraceae）、未分類的瘤胃球菌科（norank_f_Ruminococcaceae）、歐陸森氏菌屬（Olsenella）相對豐度上調。由圖7可知，在門水平上，與對照相比，金釵石斛多糖處理擬桿菌門（Bacteroidota）相對豐度降低9.0%，厚壁菌門（Fimicutes）相對豐度增加7.0%，脫硫桿菌門（Desulfobacterota）相對豐度增加1.0%，放線菌門（Actnobacteriota）相對豐度增加0.5%，螺旋體門（Spirochaetota）相對豐度增加0.5%。

圖8為屬水平上盲腸微生物群落相對豐度熱圖，對照和金釵石斛多糖處理白羽雞盲腸內大部分微生物物種豐度不相同，說明飼料中添加金釵石斛多糖改變了白羽雞盲腸菌群結構。

2.4 樣本比較分析

根據OTU，基于Bray_curtis距離對白羽雞腸道微生物進行主坐標分析（PCoA），用于研究不同分組間群落的相似性和差異性，該方法側重物種豐度。由圖9可知，對照和金釵石斛多糖處理白羽雞腸道內微生物群落分離程度一般，具有相似性。由圖10可知，偏最小二乘法判別分析（Partial least squares discriminant analysis，PLS-DA）結果表明，對照和金釵石斛多糖處理白羽雞腸道微生物可以明顯區分開來并聚成2個類群。

2.5 物種差異分析

對對照和金釵石斛多糖處理白羽雞腸道微生物群落中表現出豐度差異的物種，進行t檢驗。如圖11所示，在屬水平上，與對照相比，金釵石斛多糖處理白羽雞腸道中未分類的瘤胃球菌科（norank_f_Ruminococcaceae）、未分類的克羅斯特里迪亞群體004（UCG-004）、福尼氏菌屬（Fournierella）、糞球菌屬（Faecalicoccus）、梅迪桿菌屬（Merdibacter）和假黃酮屬（Pseudoflavonifractor）相對豐度顯著提高（P＜0.05），瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）相對豐度極顯著提高（P＜0.01）。

如表5所示，與對照相比，金釵石斛多糖處理白羽雞腸道微生物群落中有益菌福尼氏菌屬（Fournierella）、瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）、連芽孢桿菌屬（Catenibacillus）、糞球菌屬（Faecalicoccus）、未分類的丁酸球菌科（unclassified_f_Butyricicoccaceae）和未分類擬桿菌目（norank_f_norank_o_Bacteroidales）相對豐度顯著提高（P＜0.05），迷蹤菌屬（Elusimicrobium）相對豐度顯著降低（P＜0.05），巴恩斯氏菌屬（g_Barnesiella）相對豐度極顯著降低（P＜0.01），雞的腸道微生態顯著改善。

2.6 Network網絡分析

共線性網絡分析法通過分析各樣品間的物種豐度信息，得到樣品間的共線關系，揭示樣品間的共性與差異性。圖12分析結果顯示，在屬水平上，物種豐度≥50的物種中，瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）與對照和金釵石斛多糖處理的白羽雞腸道微生物群落具有共線關系，而未分類的瘤胃球菌科（norank_f_Ruminococcaceae）僅與金釵石斛多糖處理的白羽雞腸道微生物群落有共線關系。

2.7 功能富集分析

基于16S rRNA序列，由COG功能預測結果（圖13）可知，對照和金釵石斛多糖處理白羽雞腸道微生物群落基因功能以氨基酸運輸和代謝為主。

基于16S rRNA序列，KEGG功能預測一級、二級代謝通路注釋結果如圖14、圖15所示，對照和金釵石斛多糖處理的白羽雞腸道微生物群落基因功能主要集中在代謝、遺傳信息處理等6個通路中，其中在代謝通路上基因富集最多。通過KEGG二級代謝通路注釋可知，對照和金釵石斛多糖處理的白羽雞腸道微生物群落基因主要集中在碳水化合物代謝和氨基酸代謝通路中。

2.8 BugBase分析

圖16顯示，隱性白羽雞菌群表型主要以氧化脅迫耐受和厭氧等8個表型為主。如圖17所示，對照白羽雞腸道微生物群落革蘭氏陽性菌相對豐度顯著低于金釵石斛多糖處理（P＜0.05），革蘭氏陰性菌相對豐度顯著高于金釵石斛多糖處理（P＜0.05），表明金釵石斛多糖改變了雞盲腸內微生物組成。

3 討論

3.1 金釵石斛多糖對產蛋后期隱性白羽雞產蛋性能的影響

蛋雞總產蛋數、產蛋量、日產蛋量、產蛋率等是評價蛋雞產蛋能力的主要指標，然而，處于產蛋期的蛋雞由于受到高產蛋量積累的壓力，其產蛋性能會受到影響，從而影響其生產效率^[12-13]。大量研究結果表明，多糖物質具有抗衰老、抗氧化、提高免疫力和提高產蛋性能的作用。李振慧等^[14]在海蘭褐蛋雞產蛋后期的日糧中添加500 mg/kg、1 000 mg/kg、1 500 mg/kg的酵母多糖，結果表明，酵母多糖對海蘭褐蛋雞的產蛋性能有明顯的促進作用，同時也提高了機體的免疫力和抗氧化水平。有研究發現，將黃芪多糖添加到崇仁雞日糧中，可顯著改善其產蛋性能，改善腸道菌群結構，并增強機體的抗氧化功能^[15]。Guo等^[16]研究結果表明，海藻滸苔多糖能夠提高產蛋后期羅曼白蛋雞的產蛋性能及抗氧化能力，同時提高雞蛋品質。Liu^[17]等設置對照（CK）、PS處理（4.2 g/kg桑黃硒多糖）、Se處理（0.5 mg/kg硒）和PSSe處理（4.2 g/kg桑黃硒多糖，0.5 mg/kg硒），與對照相比，PS處理、Se處理和PSSe處理蛋雞的產蛋性能、抗氧化能力和免疫力均提高，其中PSSe處理蛋雞的產蛋性能、抗氧化能力和免疫力最高。本研究在飼糧中添加金釵石斛多糖，產蛋后期隱性白羽雞的總產蛋數、產蛋量、日產蛋量和產蛋率極顯著提高（P＜0.01），表明金釵石斛多糖可以提高產蛋后期隱性白羽的產蛋性能，這與前人研究結果基本一致。金釵石斛多糖具有抗氧化和抗衰老的功能^[18-19]，金釵石斛多糖可能通過增強隱性白羽雞的抗衰老與抗氧化能力來提高其產蛋性能，這一結論有待進一步驗證。

3.2 金釵石斛多糖對隱性白羽雞腸道菌群的影響

作為一種益生元，金釵石斛多糖的主要功能是調節動物的腸道菌群，本研究主要對金釵石斛多糖處理白羽雞盲腸菌群的多樣性進行探討。α多樣性指標中的Chao指數、Ace指數和Shannon指數是衡量微生物群落多樣性的常用指標^[20]。在本研究中，與對照相比，金釵石斛多糖處理隱性白羽雞腸道菌群Chao指數、Ace指數和Shannon指數上升。PLS-DA分析結果表明，對照和金釵石斛多糖處理白羽雞腸道菌群可以明顯區分開并聚成2個類群。由此推測，金釵石斛多糖可能會引起腸道微生物群落結構的變化。從物種組成分析結果來看，門水平上，厚壁菌門和擬桿菌門是白羽雞腸道菌群中最主要的兩個門，這與前人研究結果^[21]相吻合。與對照相比，金釵石斛多糖處理增加了厚壁菌門的相對豐度。而厚壁菌門相對豐度的增加有利于肉雞適應環境應激，提高生長性能^[22-24]。這證明在飼糧中添加金釵石斛多糖可以促進雞腸道健康，提高生長性能。Wu等^[25]將葡萄糖氧化酶作為補充劑添加到肉雞飼料中，通過增加厚壁菌門的豐富度改善肉雞的生長性能和腸道功能，與本研究結果相似。

有研究發現，瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）是一種可以產生丁酸鹽的細菌^[26]。丁酸鹽是腸道上皮細胞的重要供能物質，具有保護腸道黏膜，抑制炎癥反應等作用^[27]。糞球菌屬（Faecalicoccus）主要代謝產物是丁酸和乳酸^[28]，為有益菌。梅迪桿菌屬（Merdibacter）是厚壁菌門丹毒科的一種，與磷酸戊糖途徑代謝有關^[29]，磷酸戊糖途徑可產生具有還原性的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH），NADPH能夠參與生物合成和抗氧化作用^[30]，屬于有益菌^[31]。假黃酮屬（Pseudoflavonifractor）可以產生短鏈脂肪酸^[32]，其豐度與宿主健康有關^[33]。連芽孢桿菌屬（Catenibacillus）屬于毛螺菌科，主要發酵產物是乙酸鹽和丁酸鹽^[34]，有助于維持腸道健康，減少腸道病原體的定殖。此外，有研究結果表明，迷蹤菌屬（Elusimicrobium）可能與氧脅迫有關^[35]。巴恩斯氏菌屬（Barnesiella）被認為是一種與自閉癥有關的致病菌^[36]。本研究結果表明，與對照相比，金釵石斛多糖處理瘤胃球菌群（Ruminococcus_torques_group）、糞球菌屬（Faecalicoccus）與梅迪桿菌屬（Merdibacter）等有益菌的相對豐度顯著提升（P＜0.05），巴恩斯氏菌屬（Barnesiella）等致病菌的相對豐度顯著降低（P＜0.05），表明在飼糧中添加金釵石斛多糖可以預防雞的腸道疾病、促進物質代謝。Xu等^[37]研究結果表明，在膳食中添加750 mg/kg單寧酸，可以增加瘤胃球菌等有益菌的豐度，有助于改善腸道屏障。Yang等^[38]研究結果表明，胡蘆巴種子提取物能夠增加黃羽肉雞腸道中瘤胃球菌等有益微生物，改善腸道屏障，與本研究結果相似。此外，本研究結果顯示，金釵石斛多糖提高了革蘭氏陽性菌的相對豐度，降低了革蘭氏陰性菌的相對豐度。有研究結果表明，革蘭氏陽性菌比革蘭氏陰性菌更能激發機體的免疫系統^[39]。Zhang等^[40]發現，高體重雞中革蘭氏陽性菌的豐度較高，低體重雞中革蘭氏陰性菌的豐度較高，低體重雞的血清脂多糖和相關炎癥因子水平顯著高于高體重雞，在仔雞體內接種高體重雞的腸道微生物，可減輕仔雞機體的炎癥反應。這表明金釵石斛多糖可以通過改變腸道中革蘭氏菌的組成進而提高宿主的抗病能力。

4 結論

金釵石斛多糖能夠提高產蛋后期隱性白羽雞的產蛋性能。金釵石斛多糖增加了隱性白羽雞腸道菌群中有益菌的相對豐度，降低了致病菌的相對豐度，可以改善隱性白羽雞的腸道微生態。

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（責任編輯：成紓寒）