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饲粮不同来源淀粉对断奶仔猪肠道功能和健康的影响及机理研究

相振田  
【摘要】:肠道健康水平决定动物整体健康和生产性能的发挥。营养和肠道健康关系研究一直是传统营养学和现代临床营养学研究的重点内容之一。目前对营养与肠道健康关系的研究主要集中在功能性营养物质,如氨基酸、维生素及可发酵碳水化合物等。淀粉是谷物饲料主要的碳水化合物成分,也是畜禽所需能量的重要来源。然而关于日粮不同来源淀粉与断奶仔猪肠道健康关系的研究目前相对缺乏,需要进一步研究。此外,在哺乳动物中,肠道微生物在营养物质的摄取、上皮细胞的生长发育、免疫方面起着重要作用。在猪的肠道中寄存着大量的微生物,复杂的肠道微生物区系对于肠道健康有着重要的贡献。到目前为止,对于肠道微生物中关键功能菌与断奶仔猪肠道发育的生理过程的相关分子机制知之甚少。本研究旨在比较饲粮不同来源淀粉对断奶仔猪肠道功能和健康的影响,初步探索仔猪肠道健康生理过程的相关分子机制。本试验首先选择玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和豌豆淀粉配制半纯合日粮,用5-10Kg断奶仔猪作为对象研究饲粮不同淀粉对断奶仔猪肠道微生物区系及肠道结构和功能的影响,在此基础上通过体外细胞培养试验探讨肠道微生物中主要生理菌(大肠杆菌、乳酸杆菌和双歧杆菌)及体外淀粉酶解产物对肠道发育相关基因(GLP-2、IGF-1、IGF-1R及EGF)及葡萄糖转运载体(SGLT-1和GLUT-2)基因mRNA表达的影响,以揭示淀粉的作用方式和分子机制。 本研究包括以下三个试验: 试验一饲粮不同来源淀粉对断奶仔猪肠道内环境及肠道形态结构功能的影响 为了研究饲粮不同来源淀粉对断奶仔猪肠道内环境及肠道形态结构和功能的影响。试验选择21日龄断奶、体重约6.5-7kg健康的DLY猪(产期相近、胎次相似、相同饲养环境)28头,采用单因子试验设计,按体重随机分为4个处理,每个处理7个重复,每个重复1头猪,分别饲喂典型的玉米淀粉、木薯淀粉、小麦淀粉和豌豆淀粉作为淀粉来源配合的4种半纯合日粮,进行为期21天的饲养试验。 结果表明: 1.不同来源淀粉在仔猪小肠不同部位的消化率明显不同。木薯淀粉(低直链淀粉与支链淀粉比例)的消化率最高,消化速度最快,其次是玉米淀粉和小麦淀粉,玉米淀粉和小麦淀粉(直链淀粉与支链淀粉比例基本一致)各肠段消化率没有明显差异,豌豆淀粉(高直链淀粉与支链淀粉比例)的消化率最低,消化速度最慢。 2.饲粮不同来源淀粉对断奶仔猪(0-21d)日采食量、日增重及料肉比没有明显影响。 3.饲粮不同来源淀粉显著影响断奶仔猪肠道形态结构及肠道酶活。豌豆淀粉日粮与其他三组淀粉日粮相比,显著提高了小肠(十二指肠、空肠以及回肠)绒毛高度、隐窝深度及二者比值,提高了仔猪肠道淀粉酶和麦芽糖酶的活性。 4.饲粮不同来源淀粉显著影响断奶仔猪肠道微生物组成及数量。豌豆淀粉与其他三种淀粉日粮相比,显著提高了仔猪肠道(十二指肠、空肠、回肠、盲肠及结肠)食糜中乳酸杆菌属、双歧杆菌属、芽孢杆菌属的数量及比例,显著降低大肠杆菌属的数量及比例,与之相反的是木薯淀粉日粮组。 5.饲粮不同来源淀粉显著影响盲肠及结肠食糜中总短链脂肪酸(SCFA)的浓度及各短链脂肪酸的摩尔浓度(特别是丁酸浓度及摩尔比)。豌豆淀粉显著提高盲肠及结肠内容物中总SCFA的浓度、丁酸浓度及摩尔比,与之相反的是木薯淀粉组。 6.木薯淀粉日粮显著提高断奶仔猪血清胰岛素含量,豌豆淀粉与之相反;玉米淀粉与小麦淀粉之间无显著差异。 7.豌豆淀粉日粮显著提高仔猪小肠肠道发育基因GLP-2、IGF-1、IGF-1R mRNA的表达及葡萄糖转运载体SGLT-1和GLUT-2 mRNA的表达,木薯淀粉与之相反。 以上结果显示,豌豆淀粉能够提高仔猪肠道食糜中有益菌(乳酸杆菌属、双歧杆菌及芽孢杆菌属)的增殖,降低致病性大肠杆菌属的数量及比例,提高盲肠及结肠内容物总SCFA的浓度,特别是丁酸的浓度及摩尔比,从而有利于维持仔猪后肠肠细胞的完整性及功能;饲喂豌豆淀粉能够改善肠道形态及肠道酶活,提高小肠绒毛高度,增加隐窝深度,提高肠道发育基因GLP-2、IGF-1、IGF-1R基因的表达量及葡萄糖转运载体GLUT-2及SGLT-1的表达,从而能够促进仔猪小肠的生长发育,改善肠道形态结构。因此高直链淀粉与支链淀粉比例的淀粉作为日粮能量来源可能更有利于断奶仔猪的肠道健康。 试验二肠道主要菌群对IPEC-J2细胞系肠道生长发育及葡萄糖转运载体相关基因mRNA表达的影响 为了研究肠道中主要菌群对肠道发育及葡萄糖转运载体相关基因mRNA表达量的影响,本试验选用猪空肠上皮细胞系IPEC-J2为研究对象,首先研究不同浓度的大肠杆菌、双歧杆菌及乳酸杆菌对IPEC-J2细胞增殖的影响;其次在无血清DMEM/F12培养基上分别添加不同浓度的大肠杆菌、双歧杆菌及乳酸杆菌进行细胞培养,4小时后,分别提取细胞总RNA, Real-time PCR法测定GLP-2、EGF、IGF-1、IGF-1R及葡萄糖转运载体GLUT-2、SGLT-1基因mRNA表达水平。 结果表明: 1.IPEC-J2细胞系在接种乳酸杆菌及双歧杆菌48h后,随着细菌浓度的增加,细胞增殖OD值也随之增加,说明乳酸杆菌及双歧杆菌能够提高细胞增殖。 2.本研究发现乳酸杆菌和双歧杆菌显著增加了GLP-2、IGF-1、IGF-1R、GLUT-2及SGLT-1基因的表达量,大肠杆菌降低了肠道发育相关基因及葡萄糖转运载体mRNA的表达。 以上结果提示,肠道微生物可以明显影响肠细胞增殖和功能基因的表达,成为淀粉影响肠道结构和功能的重要间接作用机制。 试验三不同来源淀粉酶解产物对IPEC-J2细胞系肠道生长发育及葡萄糖转运载体相关基因mRNA表达的影响 为了研究不同来源淀粉体外酶解产物对断奶仔猪肠道发育的影响,本研究模拟肠道环境,采用胰淀粉酶及葡萄糖苷酶体外酶解玉米淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉及豌豆淀粉,所得淀粉酶解产物进行细胞培养试验。本试验以IPEC-J2细胞系为研究模型,考察不同淀粉酶解产物对肠道发育基因GLP-2、EGF、IGF-1、IGF-1R及葡萄糖转运载体mRNA表达水平。结果表明,豌豆淀粉酶解产物与其他三种淀粉酶解产物相比,可显著提高细胞GLP-2、GLUT-2及SGLT-1mRNA的表达量,木薯淀粉酶解产物则与之相反,玉米淀粉和小麦淀粉的酶解产物之间对肠道发育相关基因及葡萄糖转运载体(GLUT-2和SGLT-1) mRNA的表达量无显著差异。这个结果提示我们,淀粉来源不同,其体外酶解产物对肠细胞功能基因表达的影响不同,成为淀粉影响肠道结构和功能的重要直接作用机制。 综上所述,本研究结果表明: 不同来源淀粉对仔猪肠道具有不同的微生态调节效应,高直链与支链比的豌豆淀粉作为日粮能量来源能够改善仔猪肠道内环境及肠道形态结构,促进肠道的发育,可能更有利于断奶仔猪的肠道健康。淀粉对肠道结构和功能影响是通过淀粉本身水解产物的直接作用和改变肠道微生物菌群结构后的间接作用实现的,其分子机制与肠道结构和功能相关基因表达量变化有关。


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