家禽日糧纖維的研究進展

1、1日糧纖維的研究進展 1.1 粗纖維的作用對于日糧纖維的研究已有近百年歷史，從Hipsley1(1953)提出DF(diet fiber)，到Van Soest2（1967)和Burkitt等3(1972)、Trowell4(1974）提出的纖維分類及計算公式，再到Schweizer等5（1979）、Cuoming6(1981)等眾多學者的后繼研究，人們對纖維的理解日漸全面。日糧纖維的主要成分是：Annison7(1993)將DF的成分劃分為結構性多糖(纖維素、果膠物質、半纖維素、抗性淀粉)、非結構性多糖(勤質、膠質)、果聚糖(葡搪、小多聚糖)、寡聚搪(不可消化的低分子量碳水化合物)、木質素(

2、結構性非碳水化合物)和其他結構性非碳水化合物(如幾丁質、蠟質、木栓質、礦物質)。盧德勛8(1998)認為日糧DF是具有特殊營養(yǎng)生理作用的復合成分，而不是一種化學組成相當一致的飼料或日糧成分，日糧中組成纖維的單個成分的營養(yǎng)作用并不等于是DF的核體營養(yǎng)生理作用。總的來說日糧纖維對動物具有正面和負面2種效應。正面在于日糧纖維除了可以供能、控制動物的采食量、防止動物形成異食癖，還有維持腸道正常結構與功能、改善動物胴體品質和降低血脂Anderson（1990）等作用周世霞。日糧纖維能夠刺激消化道豁膜，促進腸胃的蠕動，同時，纖維素能減少禽腸絨毛上皮中的杯狀細胞的數量，杯狀細胞的減少可使分泌的戮蛋白量變少，

3、從而減輕鉆蛋白的屏障作用，有利于某些飼料養(yǎng)分通過腸壁被機體吸收利用（61-63）(符金華，1999;盧智文，1998:強莉，2002)。周世霞(2006)研究顯示，適當增加日糧CF水平，腿肌率顯著增加，腹脂率極顯著降低。日糧纖維具有營養(yǎng)屏蔽作用和改變食糜理化性質等負面效應。日糧纖維是細胞壁的主要成分，由于結構特殊，在胃腸道中通過的時間短，不能被腸道消化酶水解，大分子消化酶也不能通過細胞壁進入細胞內，因而對細胞內容物形成了一種包被作用(劉強，1998)。Chesson(1995)的試驗證明由于DF對消化液的稀釋作用，酶對底物的作用受到限制，從而降低了淀粉的消化率。楊曙明等（1995）認為DF對于

4、腸道短的家禽來說，負營養(yǎng)作用明顯，能降低能量的利用效率和生產性能，特別是谷物中水溶性纖維造成食糜黏度加大造成的對養(yǎng)分吸收的影響。因為小腸內容物黏度的增加，會降低消化酶及其底物的擴散速率，同時阻止它們在勃膜表面上有效的相互作用。1.2 家禽對纖維的利用1.2.1鵝對飼糧纖維的消化有關鵝消化利用粗纖維的報道很多，但結果各異。Mattocks指出，鵝盲腸中沒有纖維素酶活性，因此不能消化纖維素36。Jamroz等發(fā)現(xiàn)鵝能夠不同程度地消化不同的飼糧纖維成分:0.2%一0.4%的纖維素，0.18%一0.38%的酸性洗滌纖維，0.4%一0.57%的半纖維素36。麻艷群Lin和Young(1976)測得鵝對苜

5、蓿草粉和紫狼尾草中纖維素的消化率分別為24%和4%。Timme:(1995)報道指出，鵝對紅三葉、白三葉、首蓓草纖維類的消化率:NDF為21.44%一4.086%，ADF為5.5%-31.72%，半纖維素為27.48%-90.54%，纖維素為10.07%-31.95%40。日糧中纖維的利用受諸多因素的影響，除植物的來源、成熟度以外，還受日糧中的添加比例、對纖維的處理、動物的年齡、種類等的影響。王?。?002)研究發(fā)現(xiàn)，揚州鵝能利用一定量的纖維，且利用部分主要是半纖維素，基礎日糧組的半纖維素消化率為79.55%，15%苜蓿草粉組和15%大木草粉組分別為66.79%和59.07%，發(fā)現(xiàn)飼料日糧纖維

6、組成的不同，對半纖維素的代謝率不同。1.2.2日糧纖維源對家禽生長發(fā)育的影響纖維發(fā)揮的促進腸道蠕動，保持腸道功能，加大食糜黏度，阻擋養(yǎng)分的吸收利用等效應都與日糧纖維的結構有很大關系，而日糧纖維的結構又受纖維來源的影響，不同來源的纖維其組分組成比較復雜、差異大，結構多不同，對動物生長發(fā)育也有影響。已有試驗研究表明，不同纖維源會顯著影響十二指腸絨毛長度、回腸絨毛長度和肌肉層厚度；不同來源的DF對腺胃、肌胃和小腸相對重量影響均無顯著差異，也為影響小腸和結腸直腸的長度；DF來源顯著影響盲腸、結腸至直腸重量以及盲腸長度（黨國華和王恬，2005）。Jamroz（1990）研究表明燕麥、甜菜渣、干草粉這類纖

7、維素、半纖維素含量高的纖維能增加額腸壁鵝厚度。李杰等18在飼料中分別添加5%的小麥麩、米糠、高粱糠和苜蓿粉作為纖維源來飼喂肉雞發(fā)現(xiàn)，苜蓿粉對肉仔雞消化道的影響最為明顯，肌胃重比其它組高出63%-100%，食道和嗉囊重也大大高于其它組。Yu等5報道日糧纖維的來源對鵝盲腸重量和長度有影響，但對鵝小腸的重量和長度均無顯著影響。趙立（）、Chen（）研究表明不同纖維源日糧顯著或極顯著影響仔鵝平均日增重。Chen14用苜蓿草粉、大麥糠作為主要日糧纖維源飼養(yǎng)仔鵝，對其采食量無影響，而影響日增重。陳五湖等7應用3種不同的纖維源日糧飼喂揚州鵝仔鵝，結果對其增重無顯著影響。趙立等13研究表明，在3-6周日糧中粗

8、纖維含量在5%時可提高鵝的日增重，以籽粒莧對鵝增重的效果最為顯著，而草木樨組增重下降。 由此可見，鵝對各種來源纖維的利用能力不一。不同纖維源的日糧對動物生長的影響也不一致。1.3 苜蓿草與稻殼資源的利用現(xiàn)狀1.3.1苜蓿草資源利用現(xiàn)狀苜蓿中含有豐富的蛋白質，初花期至花期蛋白質17%20%，粗脂肪2%3%。苜蓿中含有豐富的維生素和微量元素。微量元素中有畜禽必須的鐵、銅、錳、鋅、鈷和硒，其中，鐵、錳含量較多。紫花苜蓿維生素含量豐富，含胡蘿卜素18.8161 毫克/千克、VC 210 毫克/千克、VB 56 毫克/千克、VK 150200 毫克/千克。苜蓿中含有動物需要的各種氨基酸，而且含量豐富，品

9、質良好，必需氨基酸含量比較均衡，是一種調和配合飼料適口性及理化特性的優(yōu)良草粉類飼料。我國是畜牧業(yè)大國，不論養(yǎng)牛養(yǎng)羊，還是家禽方面的養(yǎng)鵝對優(yōu)質牧草的需求量都極大，中國奶牛、肉牛及肉羊每年對草產品的需求量為3000萬噸左右，豬雞配合飼料中以4%5%的比例添加草粉，每年的草粉需求量超過250萬噸，而供給量除了國內的400-500噸牧草加進口30噸，總供給約為500萬噸，大致只能滿足集約程度較高的奶牛場的高產奶牛（年7 噸以上）的需求。面對如此大的缺口，國內以苜蓿為主的優(yōu)質牧草業(yè)的落后，已成為制約中國食草類畜禽業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重要制約因素。目前發(fā)展苜蓿草依然存在政策不到位、產品供不應求及應用領域受限

10、等問題。在這種情況下關于替代纖維源原料的開發(fā)變得尤為重要。1.3.2稻殼資源利用現(xiàn)狀稻殼的主要組成是纖維素類、木質素類和硅類，品種及產地不同，其組成有所差別，大致為：粗纖維 35.5%45%(縮聚戊糖 16%22%)、木質素 21%6%、灰分 11.4%22%、二氧化硅 10%21%1。稻殼具有良好的韌性、多孔性、表面堅硬、高熱值以及質地粗糙等特點4。我國是世界上最大的水稻種植國家，據農業(yè)部的統(tǒng)計，我國稻谷產量2億噸，稻殼通常占稻谷的20%，照此計算，稻殼4000多萬噸， 稻殼資源十分豐富，是不可忽視的可再生資源。然而，稻殼表面堅硬， 硅含量高， 不易被細菌分解， 且堆積密度小， 廢棄破壞環(huán)境

11、， 成為米業(yè)企業(yè)的包袱， 稻殼的開發(fā)利用意義重大。作為米業(yè)的工業(yè)副產品，稻殼在工業(yè)上的利用以及比較多，主要是根據稻殼的化學組成，可將它的利用分為三大類：利用它的纖維素類物質，采用水解的方法生產如糠醛、木糖、乙酰丙酸等化工產品; 利用它的硅資源生產如泡花堿、白炭黑、二氧化硅等含硅化合物; 利用它的碳、氫元素，通過熱解(氣化、燃燒等)獲得能源。為了充分開發(fā)稻殼資源，支撐畜牧業(yè)健康發(fā)展，實現(xiàn)稻殼在畜牧業(yè)上的利用價值，稻殼作為一種纖維飼料原料得到了國家的關注，提上了非常規(guī)飼料開發(fā)利用的征程。1.4鵝對粗纖維利用的機理的研究 鵝對粗纖維的利用率高，有研究者認為在13%-17.3%18，也有認為在15%-

12、30%19、20，變化的原因是纖維水平和纖維源會影響鵝對粗纖維的利用率。多數學者認為鵝利用的主要是纖維中的半纖維素21、22，邵彩梅（1991）認為鵝能很好的利用半纖維素，利用率為41.45%，NDF的消化率為37.4%23。王?。?002）的研究這個觀點，不過發(fā)現(xiàn)揚州鵝對半纖維素的消化率為79.55%，15%苜蓿草粉組和15%大木草粉組分別為66.79%、59.07%，日糧纖維組成不同消化率也不同11。關于鵝對纖維利用機理的研究，學者們做了很多努力。鵝肌胃的作用必不可少，Marrocks等（1971）、Duck（1972）、邵彩梅（1992）研究認為鵝有發(fā)達的肌胃，其重量占胃腸道一半以上，肌

13、胃強大的壓力和適宜的酸性環(huán)境比起其他家禽更能崩解、破碎植物細胞被，從而便于消化細胞內容物23、24、25。家禽自身不能分泌消化纖維素的酶，但其腸道內的微生物如同一個發(fā)酵罐，能夠消化日糧中的部分纖維物質。一般認為鵝的盲腸存在大量的微生物，如同瘤胃一樣，因而鵝可以消化大量的纖維物質，與其他家禽相比，鵝能通過大量的漫長微生物來消化更多的纖維素26。陳五湖（2006）的研究表明鵝的空腸、回腸、盲腸、直腸微生物都可以利用一定比例的纖維組分，其中盲腸對NDF、ADF、ADS的累積消化率為93.16%、87.13%和96.03%27。徐敏娟等（2006）接種鵝盲腸食糜濾液進行體外培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)額盲腸微生物對不同

14、來源的ADF、NDF和半纖維素有一定的利用能力，且對混合草粉ADF、NDF和半纖維素的利用能力強于單一草粉28。張桂山等（2008）從吉林白鵝盲腸中分離篩選了3株纖維素分解菌，模擬鵝盲腸條件，將單株及復合系菌株分別接種到苜蓿、玉米秸及羊草中，發(fā)現(xiàn)有一株的苜蓿粗纖維降解率達7.87%29。Chiou（1998）指出鵝盲腸內容物中有淀粉酶和纖維素水解酶30。Yu等（1998）指出鵝后腸發(fā)酵的模式類似于兔，盲腸并不分泌消化酶，盲腸中的消化過程是通過微生物發(fā)酵或通過來自小腸的剩余消化酶而進行的，盲腸發(fā)酵的主要基質是未消化的淀粉和非淀粉多糖，而鵝盲腸中的纖維素水解酶活性最高31。Garcia等（2006

15、）采用盲腸切除術來研采食高纖維日糧后對野生鵝真代謝能的影響，研究發(fā)現(xiàn)沒有去盲腸的鵝的真代謝能是去除盲腸組的兩倍32。所以說鵝對纖維的消化離不開腸道內的微生物，更體現(xiàn)出了研究腸道微生物的重要性。2鵝腸道微生物多樣性的研究進展 2.1家禽胃腸道營養(yǎng)與微生物區(qū)系的相互關系腸道是動物體最大的消化器官，動物獲取營養(yǎng)的重要手段。動物對食物的消化是酶的消化，除了某些小分子物質可直接吸收外，動物必須分泌相對于底物的酶，才能分解出其中的營養(yǎng)物質。如果動物不能分泌相應的酶，如分泌纖維素分解酶，動物體就不能對纖維素進行消化利用。家禽能利用一定比例的纖維素1，但自身并不能分泌半纖維素分解酶與纖維素分解酶，有趣的是家禽

16、的腸道中卻可以檢測出這種酶。研究發(fā)現(xiàn)這種酶來自動物腸道中能分解纖維素類物質的細菌，細菌分解纖維素得到的營養(yǎng)物質部分被家禽吸收利用。另外，腸道還是動物體重要的免疫器官，家禽胃腸道的健康得益于家禽胃腸道微生物區(qū)系的存在與平衡。微生物菌群在腸道內定植，與宿主形成共生的營養(yǎng)關系，定植后的正常的微生物菌群對其他細菌會有有效的抑制作用。腸道內的各類菌在一起形成一個平衡共同占據腸粘膜形成一個生物學屏障，是主要防止家禽受細菌感染的原因。由此可見動物的胃腸道營養(yǎng)離不開腸道微生物。2.1.1家禽腸道微生物區(qū)系家禽的腸道微生物系統(tǒng)是由細菌組成的多種群的有機整體2。家禽腸道微生物區(qū)系的形成是個發(fā)展的過程，家禽出殼的第

17、1天，腸道幾乎沒有微生物，出生后不久就有微生物不斷侵入，受到母體與外環(huán)境的影響直到形成復雜而穩(wěn)定的微生物區(qū)系。Mead（1975）在0-4日齡的雞盲腸中檢測到以大腸桿菌、腸球菌為主的菌群3。崔秀艷等（2008）研究發(fā)現(xiàn)雛鵝出生腸道是無菌的，6小時后腺胃中檢測出細菌，隨后大量需氧和兼性厭氧菌繁殖，然后出現(xiàn)厭氧菌的繁殖高峰，并46日齡是細菌完成定植過程，在盲腸中檢測出優(yōu)勢菌有葡萄球菌、真桿菌、消化球菌、雙歧桿菌等4。小腸中微生物群落大約需要2周建立起來，盲腸微生物群落的建立則要6-7周。40天以后，腸道微生物群落開始穩(wěn)定下來，主要由糞鏈球菌、大腸埃希氏菌、擬桿菌和乳酸菌組成。2.1.2胃腸道微生物

18、區(qū)系和宿主之間的關系Hooper等8將微生物與寄主的關系分為互利共生(symbiosis)、同食共生(commensal)及致病(pathogenic)3種?；ダ采褪俏⑸锛乃拊诩闹鲀?，雙方都不會危害對方，且雙方受益。同食共生是指僅共生而對宿主無營養(yǎng)作用，還會與宿主競爭營養(yǎng)。致病關系是指具有致病性的細菌導致宿主生病，但是正常微生態(tài)失衡也會使宿主致病。胃腸道微生物區(qū)系的關鍵性生理功能包括保護粘膜上皮損傷，調節(jié)脂肪的儲存，刺激腸道血管生成和競爭拮抗致病菌的定植。腸道菌群對動物的營養(yǎng)作用主要體現(xiàn)在腸道菌群能提高機體免疫機能，能建立起屏障作用。正常的腸道菌群在腸粘膜表面形成一個生物學屏障，阻止了致

19、病菌的定殖和入侵，對胃腸道起重要的保護作用。王世榮等（1989)試驗得出，無菌雞回盲部的淋巴結比普通雞小4/5，發(fā)現(xiàn)無菌動物的體液免疫、細胞免疫功能均低于普通動物14。胃腸道微生物區(qū)系還可以促進營養(yǎng)物質的消化，能通過分泌營養(yǎng)素提供營養(yǎng)給宿主，為宿主提供維生素、氨基酸和短鏈脂肪酸。王志躍等(2004)認為鵝對植物纖維的消化和利用多依靠消化道中寄生的微生物完成。腸道菌群的負營養(yǎng)作用主要是它能誘發(fā)感染、對腸道有腐爛和產生毒素作用，但致病性細菌數量少，不會致病，是保持微生物生態(tài)平衡中不可缺少的部分，在數量超過一定水平時即會致病，還有些菌群具有潛在致病性。另外，腸道微生物會利用損耗掉一部分的飼糧營養(yǎng)物質

20、。2.2影響畜禽腸道微生物的因素畜禽腸道微生物群組成雖然比較穩(wěn)定，但是受飼料、飼養(yǎng)環(huán)境和飼養(yǎng)方式等因素的影響而發(fā)生變化5。由于不同種類的細菌所需要的底物和生長條件不同，所以飼料日糧的化學成分在很大程度上決定了腸道微生物菌群的種類。因此，日糧成分和營養(yǎng)濃度的變化對腸道微生物菌群的的組成和數量產生影響(Gibson等，199615；Hillman，199916；Reid和Hillman，199917)。在飼料中添加抗生素、益生素、益生元、合生元、銅鋅以及改變日糧組成和飼喂方式等6，對腸道微生物區(qū)系的結構和多樣性產生直接影響。另外，日糧成分和腸道菌群以及它們的相互作用會影響腸道發(fā)育、粘膜結構以及腸道

21、分泌粘液的成分。所以說腸道微生物的演化與動物腸道微環(huán)境的變化是一致的，是生物與環(huán)境共同進化的結果。Lan等（2005)也指出日糧纖維水平的改變，會導致腸道微生物菌群的變化劉備以。劉記強（2009)與劉蓓一（2012）研究都指出，纖維水平的不同對鵝的盲腸菌群起主要的作用，對其他腸道沒有影響，且隨著纖維水平的提高，盲腸中微生物的種類也增加。Dunkley等（2007)證明飼喂苜宿這種高纖維、低能量的飼料可以給雞盲腸提供更充分的微生物發(fā)酵作用,形成揮發(fā)性脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸，從而抑制沙門氏菌的增殖59。Varel等用不同纖維素來源和不同水平纖維日糧飼喂生長豬和成年豬98天，測定了糞樣中纖維分解菌

22、的數量。結果表明纖維分解菌的數量隨飼喂時間的延長而增加，但也與纖維來源有關。胡平（200）研究發(fā)現(xiàn)，日糧形態(tài)顯著影響腸道菌群的種類與數量，導致空腸菌群種類的下降和回腸細菌種類的增加，同時影響菌群在腸道內的分布情況，對空腸和回腸影響較大。王長文等采用稀釋滴種法對056日齡雛鵝消化道6個部位細菌進行分離、培養(yǎng)、鑒定、計數，發(fā)現(xiàn)雛鵝消化道細菌定植過程約46日齡完成，羊草組細菌數量比玉米秸稈組少，但乳酸桿菌和雙歧桿菌的相對含量比玉米秸稈組高，日齡、消化道部位和纖維源顯著影響各種菌的定植規(guī)律。2.3胃腸道微生物群體的研究方法 2.3.1傳統(tǒng)培養(yǎng)方法 傳統(tǒng)研究腸道微生物的方法是在顯微鏡下直接觀察或是進行微

23、生物培養(yǎng)計數。對腸道微生物的培養(yǎng)使用不同營養(yǎng)成分的固體培養(yǎng)基對其進行分離培養(yǎng)，然后根據微生物的菌落形態(tài)及其菌落數來計測微生物的數量和種類。稀釋涂布平板法、稀釋混合平板法或平板劃線法師分離和純化微生物的常規(guī)方法。純培養(yǎng)方法簡單易行，但是也存在不少的缺陷，主要表現(xiàn)在固體培養(yǎng)基的選擇和實驗室培養(yǎng)條件等方面的限制上。利用平板培養(yǎng)法不可能全面地獲得環(huán)境或腸道中所有或者絕大多數微生物的全部信息，只能獲得環(huán)境或腸道中1%-10%的微生物36。平板培養(yǎng)法只能得到微生物類群的數量信息，若要知其種類信息，必須進一步地分離、純化和鑒定。2.3.2分子生物學方法 近年來，分子生物學技術的應用使得能夠從遺傳水平上研究微

24、生物的多樣性。尤其是細菌16SrRNA分子技術的發(fā)展，使得腸道微生態(tài)學的研究取得了新的進展。目前應用于腸道菌群多樣性研究的技術主要有16S rRNA基因序列分析技術、遺傳指紋技術（PCR-DGGE技術和T-RFLP技術）、核酸分子雜交技術（熒光原位雜交技術和基因芯片技術）、實時熒光定量PCR技術（RT-PCR技術）和DNA測序技術（第一代、第二代、第三代測序技術）。其中DGGE技術、RT-PCR技術是近年來國內外研究菌群遺傳多樣性的重要技術。變性梯度凝膠電泳(Denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE)是由Fischer和Lerman37于1983

25、年創(chuàng)立。1993年最先由德國的Muyzers等應用于環(huán)境微生態(tài)學的研究38。DGGE技術的特點是可重復性強、可靠性高、速度快，最大優(yōu)點是能夠顯示群落中的優(yōu)勢種類，但也是其缺點，導致小于1%的種群難以檢測到。RT-PCR技術補充了DDGE技術只能對腸道微生物定性的這一缺點，實現(xiàn)了PCR從定性到定量的飛躍，而且與常規(guī)PCR相比，它具有特異性更強、有效解決PCR污染問題、自動化程度高等特點，目前該技術已經成功與動物腸道菌群方面的研究中。實時熒光定量PCR包括探針類和染料類，探針類特異性更高，但需要探針的識別，染料類簡便易行，成本較低?；谶@些技術，第二代測序技術已經取得廣泛應用，但是其必須基于PCR擴增，成本、準確性等關鍵問題仍然存在，科學家正在致力于新的測序解決方案。目前，以單分子測序為主要特征的第三代測序技術，也稱為next-next-generation sequencing，已經初現(xiàn)端倪。2.3.3分子生物學方法在微生物上的應用自1993年Muyzer首次將DGGE技術用于微生態(tài)研究以來，DGGE/TGGE技術得到了越來越廣泛的應用，已被廣泛應用于各種環(huán)境微生物生態(tài)的研究，利用該技術對家禽腸道菌群進行分析研究也越來越多。王金全等（2004）7用PCR-DGGE法研究小麥NSP和木聚糖酶對肉雞腸道微生物區(qū)系的影響，結果表