柴胡中草藥對奶牛瘤胃菌群多樣性及纖維分解菌的影響

潘 龍，卜登攀*，王加啟，程建波，孫先枝，王秀敏，秦俊杰，袁耀明，張幸開

（1．中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，動物營養學國家重點實驗室，北京100193；2．北京生泰爾生物科技有限公司，北京102206；3．上海光明荷斯坦牧業有限公司，上海200436）

柴胡中草藥對奶牛瘤胃菌群多樣性及纖維分解菌的影響

潘 龍1，卜登攀1*，王加啟1，程建波1，孫先枝1，王秀敏2，秦俊杰2，袁耀明3，張幸開3

（1．中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所，動物營養學國家重點實驗室，北京100193；2．北京生泰爾生物科技有限公司，北京102206；3．上海光明荷斯坦牧業有限公司，上海200436）

通過DGGE和RT—PCR技術研究日糧中添加不同劑量的柴胡中草藥對奶牛瘤胃細菌多樣性和主要纖維分解菌（琥珀酸絲狀桿菌、黃色瘤胃球菌和白色瘤胃球菌）的影響。根據產奶量（37．5±1．8）kg／d、泌乳天數（75±15）d以及胎次（1．7±0．4）等相近的原則，將40頭健康的中國荷斯坦泌乳奶牛隨機分為4組（n＝10），分別飼喂4種不同的處理日糧，即在基礎日糧中分別添加0，0．25，0．50和1．00 g／kg的柴胡中草藥（DM基礎）。試驗持續10周，并在第6周口腔采集瘤胃液，通過變性梯度凝膠電泳（DGGE）和實時定量PCR（RT—PCR）對瘤胃細菌進行分析。DGGE圖譜顯示，中草藥添加組和空白對照組并沒有顯著的差異條帶，但其指紋圖譜相似性并不高，均低于0．54，且1．00 g／kg的添加量顯著降低了瘤胃液細菌香農多樣性指數，而0．50和1．00 g／kg的添加量則提高了菌群優勢度指數（P＜0．05）；RT—PCR結果顯示，柴胡中草藥對奶牛瘤胃主要纖維分解菌并沒有顯著的影響。因此，柴胡中草藥在一定程度上影響了瘤胃細菌的多樣性，但差異并不顯著，可能由于瘤胃微生物適應了柴胡中草藥的添加。

柴胡中草藥；奶牛；細菌多樣性；纖維分解菌

日糧或營養因素是調控奶牛瘤胃發酵的有效措施［1］。然而，中草藥及其提取物調節瘤胃發酵越來越受到關注［2］。黃芪（Leguminosae）根和多糖的添加可以提高瘤胃丙酸含量，改變瘤胃發酵模式［3］；山楂（Crataegus pinnatifida）和黃芩（Scutellaria prostrata）等復方中草藥可以改善瘤胃發酵功能，并促進乳酸桿菌和淀粉分解菌數量增加［4］；藍薊（Echium vulgare）屬提取物可以提高瘤胃微生物蛋白合成及降低原蟲數量，從而調控瘤胃發酵［5］；鳳仙花（l mpatiens divaricata）明顯降低甲烷生成，促進氨態氮（NH3-N）向微生物蛋白（MCP）轉化，改變了瘤胃代謝模式［6］等。目前，雖然中草藥及其提取物逐漸被開發利用于調控奶牛的瘤胃發酵，但是可以代替飼料添加劑利用的中草藥并不是很多［7］；因此，尋求有效調節瘤胃微生態的新型中草藥備受期待［8］。

柴胡（Bupleurum chinensis）是傳統中藥，含有豐富的化學成分，包括柴胡皂苷、揮發油和多糖等［9-11］，具有解熱退燒、鎮靜安神、抗炎抗病毒、提高免疫力等多種生物活性［12-13］，因此，具有很高的營養和藥用雙重價值［14］。現代藥理學證明，柴胡對人工發熱的家兔有顯著的解熱作用［15］，其有效成分為揮發油和皂苷［16］，且柴胡皂苷不僅能使發燒的動物降溫，而且口服大劑量皂苷（200～800 mg／kg），也能使大鼠正常體溫下降［17］；此外，柴胡皂苷和揮發油也有顯著的抗炎作用和免疫調節功能［18］。臨床上，柴胡具有良好的降溫退燒效果，常用于治療感冒和發燒導致的體溫升高［19］。柴胡解熱是多方面綜合的原因，包括抗菌抗病毒，增強抵抗力；擴張皮膚血管增加散熱、促使血液流向體表加強蒸發散熱等［20］。目前，柴胡中草藥應用于畜牧生產不是很多，但從其藥用和營養的雙重作用來看，其應用于緩解畜禽熱應激和提高機體免疫力有著廣泛的應用前景［21］。

本課題已研究表明柴胡中草藥可以緩解奶牛熱應激，提高夏季奶牛的產奶量［22］；但柴胡中草藥能否通過影響瘤胃菌群的變化而調控瘤胃發酵，目前暫沒有報道。因此，該試驗研究柴胡中草藥對奶牛瘤胃細菌多樣性及纖維分解菌的影響，為柴胡中草藥進一步應用于緩解奶牛熱應激提供參考依據。

1 材料與方法

1．1 試驗地點與材料

2012年6—9月在上海光明荷斯坦牧業有限公司—胡橋奶牛場進行飼養試驗；2013年5—8月在實驗室進行樣品分析。柴胡中草藥為柴胡根，主要成分為皂苷和揮發油等，來源于北京生態爾生物科技有限公司。

1．2 試驗設計與管理

根據產奶量（37．5±1．8）kg／d、泌乳天數（75±15）d以及胎次（1．7±0．4）等相近的原則將40頭健康的荷斯坦奶牛隨機分為4組（n＝10），分別飼喂4種不同處理日糧，即在基礎日糧中分別添加0，0．25，0．50，1．00 g／kg的柴胡中草藥（DM基礎），試驗基礎日糧的組成參照奶牛營養需要（2001）推薦標準，滿足奶牛營養需要（表1）。試驗牛只飼喂基礎日糧1周（預飼期），然后飼喂相應處理日糧9周（正飼期），共持續10周。試驗牛群采用傳統的先粗料后精料的栓系式飼養，每天飼喂3次，自由飲水，擠奶3次。

1．3 樣品采集與制備

1．3．1 瘤胃液樣品采集與制備 在試驗第6周奶牛飼喂后2 h左右，通過口腔采樣器采集瘤胃液200 m L，采集時棄掉最先采集的200 m L瘤胃液，采集樣品后用4層紗布過濾，然后分裝至10 m L離心管，—20℃凍存備用。

1．3．2 DNA提取與16S r DNA V3區域PCR擴增 采用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）結合珠磨法提取DNA［23］；16S r DNA V3區域PCR擴增體系50μL：1μL模板DNA，25μL 2×HiFi Taq Star Mix（GenStar），1μL 533r／GC-338f（GC-338f：CGCCCGCCGCGCGCGGCGGGCGGGGCGGGGGCACGGGGGGACTCCTACGGGAG GCAGCA；533r：TTACCGCGGCTGCTGGCAC），剩余體積用dd H2O補齊。

1．3．3 變性梯度凝膠電泳（DGGE） DGGE采用Dcode突變檢測系統（Bio-Rad）進行［24］，其中聚丙烯酰胺濃度為8%，尿素濃度范圍為50%～65%；恒定電壓85 V，60℃條件下電泳14 h；采用銀染法染色，用Umax掃描儀（GS-800，Bio-Rad）掃描凝膠；掃描圖譜用Quantity-One（Bio-Rad）軟件進行聚類分析。

1．3．4 RT—PCR引物與擴增程序 標準品與引物均為本實驗室課題組先前制備的凍存樣品［25］；利用引物和標準品在ABI 7500 Real-Time PCR System上進行qPCR絕對定量。

1．4 數據處理與統計分析

基于DGGE圖譜分析結果［26］，根據公式H＝—∑［Piln（Pi）］；C＝∑（Pi）2。其中，H代表香濃指數（Shannon—Weiner Index），Pi＝ni／n，ni代表第i個條帶的光密度峰值，n代表泳道中所有條帶的光密度峰值之和，C代表優勢度指數。分別計算處理組樣品的香濃多樣性指數和優勢度指數；絕對定量的數據通過對數轉換后，采用廣義線性（GLM）模型（SAS 9．2）進行方差分析。

2 結果與分析

2．1 細菌多樣性研究

2．1．1 DGGE指紋圖譜 DGGE圖譜中每一個條帶代表一種細菌且各泳道相同位置的條帶代表同一種細菌，條帶的亮度越大反應該細菌的數量越多。從DGGE圖譜（圖1）可以看出每個處理組均含有豐富的電泳條帶，直觀反映了瘤胃細菌的多樣性；條帶數量雖然沒有顯著的變化，但是顏色深淺卻稍有差異，如：條帶a和b在空白對照組清晰明顯，但在柴胡添加組卻模糊不清；條帶c和d在空白對照組顏色暗淡，但在柴胡添加組，尤其是0．5和1．0 g／kg的劑量組卻清晰明顯。因此，柴胡中草藥沒有顯著導致條帶的差異，但是在某種程度上卻引起了菌群的變化。

2．1．2 聚類分析 將DGGE電泳圖譜通過Quantity-One軟件進行處理并比較各個泳道之間的相似性，進行非加權組平均法（UPGAMA）聚類分析。每個處理組內相似性較高，均達到50%以上；而柴胡添加組，尤其是0．5和1．0 g／kg的劑量組與對照組相似性較差，相似性低于42%（圖2）。因此，聚類分析進一步說明柴胡中草藥對瘤胃微生物具有一定的影響。

2．1．3 瘤胃細菌多樣性分析 通過Quantity One軟件輸出的光強度數據計算細菌多樣性指數和優勢度指數，并通過SAS 9．2進行單因素方差統計分析。柴胡的添加有降低細菌多樣性指數的趨勢，且1．00 g／kg的添加量顯著降低了細菌多樣性指數（P＜0．05）；但是0．5和1．0 g／kg的添加量顯著提高了菌群優勢度指數（P＜0．05）。因此，1．0 g／kg的柴胡中草藥降低了細菌多樣性指數，卻增加菌群優勢度指數，即細菌的種類可能減少，但是優勢菌的數量卻增加（圖3）。

2．2 纖維分解菌分析

柴胡中草藥并沒有顯著增加（P＞0．05）單位瘤胃液中主要纖維降解菌的拷貝數（表2）。因此，柴胡中草藥對瘤胃液中主要的3種纖維降解菌沒有顯著的影響。

3 討論

植物次級代謝產物可以通過改變細胞膜的通透性，從而引起細胞質中離子流失，導致細胞死亡［27］；這主要取決于植物的種類及其主要的活性次級代謝產物［2］。柴胡根含有豐富的次級代謝產物，其中最主要的就是皂苷，約占干物質的7%［18］。皂苷在瘤胃中被水解成皂苷元，氧化后，在十二指腸和空腸等被吸收，然后通過膽汁以結合或者游離的皂苷元分泌出去［28］。然而，由于皂苷在瘤胃中與微生物相互作用，因此皂苷作用較為復雜［6］。一方面，皂苷可以選擇性影響瘤胃微生物［29］；另一方面，皂苷可以被微生物降解成皂苷元［30］。研究表明，瘤胃中的皂苷生物活性比皂苷元高，因此瘤胃微生物將皂苷去糖基化將降低皂苷的抗微生物活性［31］。

低劑量皂苷（0．2 g／L）可以選擇性刺激細菌生長，可能由于增加了細胞膜的通透性，從而增加了細菌細胞的營養吸收；而高劑量皂苷（0．6 g／L）可以抑制細菌的生長，這可能與抑制原蟲的數量與活力有關［32］。關于皂苷對瘤胃微生物的研究效果也報道各異，茶皂苷（0．4 g／L）顯著降低了瘤胃真菌的數量，但并沒有影響黃色瘤胃球菌［33］；皂樹苷和絲蘭皂苷（0～0．6 g／L）對白色瘤胃球菌的豐富度沒有顯著影響，但皂樹苷降低了黃色瘤胃球菌，而絲蘭皂苷卻增加了黃色瘤胃球菌的豐富度［31］；無患子皂苷對瘤胃纖維降解菌的影響卻不相一致，或降低［34］、或升高［35］、或沒有顯著影響［36］。然而，該試驗中，柴胡中草藥的添加并沒有顯著改變瘤胃微生物的種類，對主要的纖維分解菌也沒有顯著影響，但是較高劑量（0．5和1．0 g／kg）的中草藥提高了優勢菌的數量，這與其他研究結果不甚一致，可能與皂苷的種類及其微生物降解有關。進一步研究表明，無患子皂苷對綿羊和山羊瘤胃中白色瘤胃球菌和黃色瘤胃球菌的負面效應并不是長久有效，當飼喂到105 d時抑制效應消失，也許由于微生物適應了皂苷的添加［35］。因此，這也從側面反映了為什么皂苷對微生物的影響結論不盡一致。

體外研究苜蓿皂苷對纖維菌的影響，持續作用14 h后白色瘤胃球菌和黃色瘤胃球菌的數量并沒有減少，但是活性顯著降低［37］；因此，并不能根據某些纖維菌的數量簡單判斷皂苷對微生物的影響，因為纖維菌的活性與數量相關性并不是很高［38］。因而，本試驗只能表明柴胡對3種主要纖維降解菌的數量沒有顯著影響，但是否影響其活性仍有待進一步研究。

揮發油可以短時間抑制原蟲和真菌的生長［8］，也可以通過選擇性作用于特定瘤胃微生物，尤其是蛋白質和淀粉分解菌［7］，從而調控瘤胃發酵。揮發油可以短期抑制細菌的生長［27］，改變瘤胃菌群的多樣性［39］，但對總菌活性沒有顯著影響［40］。然而，揮發油作用時間過長也容易導致微生物的適用，降低應用效果［7］。因此，不管是揮發油還是皂苷作用時間過長，均會引起瘤胃微生物的適應，從而導致試驗效果不盡一致，從而也增加了提取物開發利用的難度。

本試驗中的結果與研究報道不完全相同，這種差異可能由于皂苷在瘤胃中被微生物降解產生的皂苷元類型和劑量等不同導致，同時發揮生物活性的有效成分也仍不確定，是否具有皂苷和皂苷元協同作用仍舊是個未知數［32］。然而，這些因素在瘤胃灰箱中無法控制，這也許就是中草藥及提取物的一大綜合治理的特色。當然，中草藥及其提取物的藥效也與植物自身生長因素有關，比如光周期、植物生理、環境因素以及加工等過程有關；另一方面也可能是試驗周期過長，瘤胃微生物已經適應了皂苷和揮發油等次級代謝產物的環境，從而使應用效果不顯著［41］。因此，中草藥調節瘤胃微生態環境是多種因素的結果，不但與中草藥的植物化學有關，而且與瘤胃中微生物有關，并且它們之間也存在著復雜的相互關系；這也就是為什么中草藥調節瘤胃微生物代謝的結果不盡一致，同時也因此增加了中草藥的研究難度。

4 結論

柴胡中草藥并沒有影響主要纖維分解菌的數量，也沒有導致條帶的差異性變化，但是其指紋圖譜與對照組相似性并不高，且1．0 g／kg的添加量顯著降低了瘤胃液香農多樣性指數，而0．5和1．0 g／kg的添加量則提高了菌群優勢度指數。因此，柴胡中草藥在一定程度上影響了瘤胃細菌的多樣性，但差異并不十分顯著，可能由于瘤胃微生物適應了外源性柴胡中草藥的添加。

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Effects of radix bupleuri herbal supplementation on bacterial community diversity in the rumen of lactating dairy cows

PAN Long1，BU Dengpan1*，WANG Jiaqi1，CHENG Jianbo1，SUN Xianzhi1，WANG Xiumin2，QIN Junjie2，YUAN Yaoming3，ZHANG Xingkai3
1．State Key Laboratory of Animal Nutrition，lnstitute of Animal Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100193，China；2．Beijing Centre Biology Co．，Ltd．，Beijing 102206，China；3．Shanghai Bright Hostan Co．，Ltd．，Shanghai 200436，China

This experiment was conducted to investigate the effect of radix bupleuri（Bupleurum chinensis）herbal supplementation（RBH）on the diversity of cellulolytic bacteria including Fibrobacter fuccinogene，Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens in the rumen of lactating dairy cows．Forty Holstein cows were randomly assigned to 4 diet groups（n＝10）according to milk yield（37．5±1．8）kg／d and lactation length（75±15）days．Four treatment diets consisted of 0，0．25，0．50 or 1．00 g／kg of RHB dry matter，respectively．The experiment lasted for 10 weeks；rumen fluid samples were collected using a stomach-tube during week 6 ofthe trial．The diversity of the bacterial community in the rumen was assessed using denaturing gradient gel electrophoresis（DGGE）and real-time quantitative polymerase chain reaction（RT—PCR）analysis．The DGGE analysis indicated that there were no differences among the treatment groups．Compared with the control group，the Shannon—Weiner index was significantly reduced（P＜0．05）in the 1．0 g／kg RBH group，while the dominance index was significantly increased（P＜0．05）in the 0．50 and 1．00 g／kg treatments．RT—PCR analysis also showed that RBH had no effect on cellulolytic bacteria．It was concluded that RBH supplementation had little effect on diversity of the bacterial community in the rumen of lactating dairy cows，possibly due to gradual adaptation to the RBH supplementation by rumen bacteria．

radix bupleuri（Bupleurum chinensis）herbal；dairy cow；bacterial diversity；cellulolytic bacteria

10.11686／cyxb20150323 http：／／cyxb.lzu.edu.cn

潘龍，卜登攀，王加啟，程建波，孫先枝，王秀敏，秦俊杰，袁耀明，張幸開．柴胡中草藥對奶牛瘤胃菌群多樣性及纖維分解菌的影響．草業學報，2015，24（3）：219-225．

Pan L，Bu D P，Wang J Q，Cheng J B，Sun X Z，Wang X M，Qiu J J，Yuan Y M，Zhang X K．Effects of radix bupleuri herbal supplementation on bacterial community diversity in the rumen of lactating dairy cows．Acta Prataculturae Sinica，2015，24（3）：219-225．

2014-02-28；改回日期：2014-04-21

“十二五”科技支撐計劃（2012BAD12B02-5）和中國農業科學院科技創新工程（ASTIP-IAS07）資助。

潘龍（1988-），男，江蘇邳州人，在讀碩士。E-mail：panlong8809＠163．com

*通訊作者Corresponding author．E-mail：burdenpan＠gmail．com