仔豬腸道菌群的建立與影響因素

侍寶路， 王計偉， 劉春雪

（安佑生物科技集團股份有限公司，江蘇太倉215437）

仔豬腸道微生物生態系統的形成是一個動態的過程，新生仔豬從母體及分娩環境中獲得胃腸道菌系并形成相對穩定的微生態環境 （Chen等，2018）；但在斷奶階段，由于斷奶引起的一系列應激反應及日糧成分改變，使腸道內微生態環境發生劇烈變化（Gresse等，2017）。本文從仔豬腸道菌群的形成規律、影響因素和調控措施等方面，闡述仔豬腸道微生物與仔豬健康或疾病的關系，旨在為綠色健康養殖研究提供幫助。

1 仔豬腸道菌群的定植過程

仔豬剛出生便有微生物進入胃腸道中，在消化道內的定植順序首先是需氧菌，然后是兼性厭氧菌，最后才是專性厭氧菌；而仔豬不同生長階段，其腸道內菌群也會隨之發生變化。

1.1 哺乳期仔豬腸道菌群的定植 初生仔豬腸道定植菌群最先來源于母豬陰道和胃腸道。在不被干擾的情況下，首先定植的是大腸桿菌（E.coli）和鏈球菌（Streptococcus）等需氧性菌群，消耗腸道中氧氣，為隨后而來的擬桿菌（Bacteroides）、雙歧桿菌（Bifdobacterium）、梭菌（Clostridium）和乳桿菌（Lactobacillus）的定植創造厭氧條件（Petri等，2010；Konstantinov 等，2006）。 在出生 12 h 內，每克結腸內容物細菌數量可達109～1010，其中兼性厭氧菌以大腸菌群為主，但在48 h后被專性厭氧菌所取代，后者在結腸微生物菌落中占比達90%（Swords等，1993）。從出生到4日齡期間，仔豬腸道中首先存在的菌群主要包括大腸桿菌（E.coli）、梭菌（Clostridium）、梭桿菌（Fusobacterium）、鏈球菌（Streptococcus）和腸球菌（Enterococcus）等需氧性微生物，隨著菌群定植過程進行，乳桿菌（Lactobacillus）、擬桿菌（Bacteroides）、普雷沃氏菌（Prevotella）和瘤胃球菌（Ruminococcus）等厭氧菌的豐度增加（Kubasova，2017）。菌群在胃中及小腸前段的停留時間比在大腸段較短，難以附著和增殖，而在大腸中消化運輸較慢，故大腸中菌群數量和種類更多 （Hao等，2004）。大腸中厭氧菌為優勢菌群，主要包括擬桿菌門（Bacteroides）、真菌（Eubacterium）、雙歧桿菌 （Bifidobacterium）、丙酸桿菌（Propionibacterium）、梭桿菌和（Fusobacterium）和梭菌（Clostridium）（Gaskins，2001）。 出生第 1 周，厭氧菌逐漸成為優勢菌群，且這種菌群優勢會一直保持在哺乳期 （Swords等，1993）。由于哺乳期攝入較為穩定的母乳，腸道內菌群的發酵底物較為穩定，沒有強烈因子干擾，此階段仔豬腸道菌群逐漸穩定下來（Konstantinov 等，2006）。

1.2 斷奶階段仔豬腸道菌群的定植 仔豬斷奶是其生長過程中的重要階段，日糧改變、生活方式和環境的變化及由斷奶引起的一系列應激反應，引起斷奶腹瀉（PWD），而引起PWD的關鍵因素之一即仔豬腸道菌群失衡。造成PWD最常見的因素是產腸毒素型（ETEC）大腸桿菌（E.coli）感染致病（Lalles等，2007b）。仔豬斷奶后，盲腸中腸桿菌（Enterobacteria）與乳桿菌（Lactobacilli）的比例上升 （Castillo等，2007）；豬腸道乳桿菌（Lactobacillus sobrius）、嗜酸乳酸菌（Lactobacillus acidophilus）和羅伊氏乳桿菌 （Lactobacillus reuteri）數量降低（Konstantinov 等，2006），梭菌（Clostridium）、普雷沃氏菌（Prevotella）和大腸桿菌（E.coli）等兼性厭氧菌數量增加（Gresse等，2017），腸道菌群多樣性降低，且抗生素生長促進劑（AGP）的使用會進一步降低菌群多樣性（Zhang等，2016），增加病原微生物在仔豬腸道中定植的幾率并引發疾病（Fouhse等，2016）。有研究發現，易受ETEC型大腸桿菌感染的豬腸道菌群多樣性要低于不易感染的豬（Messori等，2013）。因此，多數研究將哺乳期仔豬腸道菌群組成和多樣性作為PWD感染系數指標，但是能夠準確預測到感染PDW的菌群基本特征還未清楚。有研究報道，與發生斷奶腹瀉的仔豬相比，未發生斷奶腹瀉的仔豬在出生第7天時，其腸道菌群均勻性較低，普雷沃氏菌（Prevotellaceae）、瘤胃球菌（Ruminocacaceae）和乳桿菌（Lactobacillaceae）的菌群豐度較高；通過回歸分析發現，這些細菌，與未腹瀉仔豬發生腹瀉前一周腸道中的高豐度擬桿菌（Bacteroidetes）有很強的關系（Dou 等，2017）。

雖然目前將哺乳動物腸道微生物失衡定義為專性厭氧菌如梭菌 （Clostridia）和擬桿菌（Bacteroidia）豐度明顯降低，兼性厭氧菌如腸桿菌（Enterobacteriaceae）的相對豐度增加（Winter等，2013），但是仔豬腸道微生態平衡的特征卻不完全清楚。不過某些益生菌在腸道中有益作用已為學者所共識，如腸道中乳桿菌（Lactobacillus）是仔豬疾病預防的主要參與者，其在斷奶過渡期間數量下降可導致疾病風險的增加 （Konstantinov等，2006）。因此，在哺乳期和斷奶階段，降低大腸桿菌（E.coli）和梭菌（Clostridium）等致病菌的數量，促進乳桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifdobacterium）等益生菌在腸道內的定植，可提高腸道免疫力，減少腹瀉發生，從而減少抗生素使用。

2 仔豬腸道菌群定植的影響因素

仔豬腸道菌群處于動態變化之中，且未達到穩定狀態前，易受到各種因素影響，其中來自母豬的因素和分娩環境決定了仔豬出生后最先接觸的微生態環境，對整個哺乳期仔豬腸道菌群形成有著重要影響，仔豬日糧的組成、抗生素的使用、營養調控等也是影響仔豬腸道菌群建立的重要因素。

2.1 母豬和環境因素 微生物伴隨著仔豬出生由口腔進入仔豬消化道中生長繁殖。來自于母豬陰道、乳汁、乳頭和糞便的微生物最早進入仔豬消化道中，但來自乳汁和乳頭的菌群在哺乳期并未長期定植，母豬陰道和糞便中的菌群則更加容易定植（Chen 等，2018；Inman 等，2010）。 母豬可通過乳汁和糞便將雙歧桿菌（Bifidobacterium）、乳桿菌（Lactobacillus）、擬桿菌（Bacteroides）、副擬桿菌（Parabacteroides）和丁酸梭菌 （Clostridium Butyricum）等腸道厭氧菌傳遞給初生仔豬（Jost等，2014）。仔豬在哺乳期的營養來自于母乳，較為穩定，母乳中的寡糖可促進仔豬腸道擬桿菌（Bacteroides）、乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的增殖，并在哺乳期結束時，形成母子相似的腸道微生態系統（Chen等，2018），但母乳成分的改變會造成仔豬腸道菌群的變化（Bian等，2016），在分娩前和哺乳期階段，可通過營養手段調節母豬的腸道微生態達到改善仔豬腸道菌群的目的（Starke 等，2013）。

分娩環境中的微生物同樣影響著仔豬腸道菌群的形成，最先進入仔豬腸道的菌群來自于分娩欄中的條形地板，雖然在哺乳期并未長期定植（Chen等，2018），但減少分娩欄病原菌的來源對初生仔豬腸道健康十分重要。生活在同一欄的仔豬菌群相似度，要高于來自于同一胎但分開飼養的仔豬腸道菌群相似度，這種同居環境效應在3～4周齡時十分顯著 （Thompson等，2008）。仔豬階段的環境因素，對其在育肥階段腸道菌群結構和免疫發育產生重大影響，且戶外田園的環境讓豬只獲得以乳桿菌（Lactobacilli）為主的健康腸道菌群（Mulder等，2009）。但是，關于母豬和環境因素對仔豬腸道菌群的影響卻不盡一致，Gerzova等（2015）通過統計研究發現，與生活在傳統室內農場的成年豬相比，生活在室外有機農場的成年豬腸道中雙歧桿菌（Bifidobacterium）數量明顯增加，但兩者腸道微生物組成無顯著差異；Kubasova等（2017）研究發現，1日齡和4日齡仔豬的腸道菌群結構與母體不同，說明仔豬在剛出生短時間內，腸道內菌群變化劇烈，來自于母體和環境的影響因素較為復雜，需要進一步深入研究。

2.2 日糧營養成分 仔豬斷奶階段，日糧由易消化的液體乳汁轉變為不易消化、成分復雜的固態飼料，其可引起腸道菌群劇烈變化。而不同來源和水平的蛋白質和碳水化合物（尤其是膳食纖維）對斷奶仔豬腸道菌群的影響不同（Pieper等，2015）。可發酵碳水化合物能夠促進腸道乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌 （Bifidobacteria）的增長，從而增強對病原菌的定植抗性，增加腸道短鏈脂肪酸（SCFA）含量，有利于腸上皮細胞生長發育（Rist等，2013）。日糧中添加可溶性果膠和豆粕，仔豬回腸中乳桿菌（Lactobacillus）和普氏菌（Prevotella）豐度增加（Tian 等，2017）；而普氏菌（Prevotella）能夠增強機體糖代謝，促進糖原儲存，與日糧中纖維的消化有關 （Kovatcheva-Datchary等，2015；Wu等，2011；De Filippo 等，2010）。在斷奶仔豬日糧中添加不可溶纖維，能夠促進纖維分解菌增殖，阻斷病原菌對腸黏膜的黏附（Molist等，2014），但要注意添加量，當不可溶纖維（稻草、燕麥皮、甜菜渣、麥麩）添加量達到5%時，會降低仔豬回腸營養物質表觀消化率，腹瀉率增加（Berrocoso等，2015）。

在日糧氨基酸平衡的基礎上，需要一定的蛋白質濃度保證仔豬的生長發育。腸道微生物對蛋白質的發酵是通過氧化還原反應實現，即對氨基酸（AA）的脫氨和脫羧作用，這類腸道微生物包括大腸桿菌（E.coli）、鏈球菌（Streptococcus）、產氣莢膜梭菌（C.perfringens）、艱難梭菌（C.difficile）、脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）等。支鏈AA經脫氨反應后形成NH3、SCFA、和支鏈脂肪酸。而NH3與腸道毒素有關，可對小腸上皮細胞造成損傷（Davila等，2013），干擾結腸細胞對SCFA的氧化代謝作用（Blachier等，2007）。AA經腸道微生物脫羧反應產生一些如尸胺、組胺酪胺、色胺、甲胺、乙胺或丁胺等生物胺，高濃度生物胺造成仔豬腹瀉（Kroger等，2013）。 梭菌（Clostridiales）、擬桿菌（Bacteroides）、普氏菌（Prevotella）、腸桿菌（Enterobacteriaceae）和鏈球菌（Streptococcaceae）對蛋氨酸、半胱氨酸、牛磺酸等含硫氨基酸代謝產生苯酚、吲哚和對甲酚等物質；H2S脫硫弧菌（Desulfovibrio）代謝產生H2S。蛋白質來源方面，與豆粕和棉籽粕相比，魚粉會使斷奶仔豬小腸內容物中埃希氏菌-志賀菌（Escherichia-Shigella）的數量明顯增加（Cao等，2016）。低蛋白質日糧可提高腸道細菌中乳酸菌比例，降低斷奶仔豬腹瀉率 （Heo等，2013），這可能是由于可發酵纖維相關的菌群成為優勢菌群，增殖代謝產生丁酸，增強了腸道免疫力（Opapeju 等，2009）。

腸道菌群對碳水化合物的發酵可能會減少對氨基酸的發酵（Lange等，2010），在斷奶仔豬日糧中添加甜菜渣、谷物纖維、抗性淀粉等，可以減少腸道菌群對蛋白質的有害發酵（Pieper等，2014）；但日糧中粗蛋白質含量、纖維的來源及腸道菌群對其發酵程度，決定了抑制蛋白質發酵程度（Tudela等，2015）。因此，關于腸道微生態相關的可發酵蛋白質與可發酵碳水化合物的最佳比例還不清楚，包括不同來源蛋白質與纖維原料的物理特性（黏度和持水力等）和發酵特性，需要進一步深入研究（Pieper等，2015；Rist等，2013）。

2.3 抗生素 由于不同抗生素的抑菌譜不同，在使用過程對仔豬腸道菌群的影響也不同（Holman等，2014）。雖然健康腸道微生態系統的基本特征還不清楚，但長期使用AGP使具有抗性基因的致病菌在仔豬腸道內富集，包括志賀氏菌（Shigella）、大腸桿菌（E.coli）和沙門氏菌（Salmonella），增加其定植和致病的幾率（Schokker等，2014）；對動物機體先天性免疫系統的長期抑制作用，使仔豬對疾病的敏感性增加（Menendez等，2013），動物生長后期抗生素使用幾率增加。因此，可通過調節腸道微生態系統，增加機體共生菌群尤其是益生菌活力，為動物胃腸道提供保護，增強腸道免疫力，以減少抗生素的使用。

2.4 益生元和益生菌添加劑 益生元是一種不易被消化，易被腸道益生菌特別是雙歧桿菌（Bifdobacterium）和乳桿菌（Lactobacillus）代謝利用，調節腸道微生物組成和活性，對宿主產生有益生理效應的化合物（Bindels等，2015）。益生元主要是指非淀粉低聚糖，常見的低聚果糖（FOS）和反式低聚半乳糖（tGOS），能夠促進短鏈脂肪酸（SCFA）產生菌的增殖，尤其是能夠產丁酸的乳酸菌，增加腸道丁酸濃度，降低腸道pH，抑制梭菌（Clostridiales）和腸桿菌（Enterobacteriaceae）生長（Ducatelle 等，2015）。目前已經被確定的益生元包括：菊粉、FOS、tGOS、人乳寡糖（HMOs）；而具有益生元潛力的包括：抗性淀粉、果膠、阿拉伯木聚糖、全谷物、日糧中纖維和可以通過調節腸道菌群來發揮益生作用的不易消化的碳水化合物（Bindels等，2015）。益生元作為腸道菌群特有的“食物”，不同的益生元來源，其在腸道中發揮作用的位置，對腸道菌群的選擇性，可被發酵程度以及在仔豬日糧中的最適添加量等值得系統性地研究。

益生菌是指飼喂足夠的量，能夠給宿主帶來好處的活性微生物（Hill等，2014）。這種“好處”表現為促進腸道內益生菌的生長，形成競爭性優勢，酸化腸道，抑制病原體生長和定植，提高腸黏膜免疫，乳酸菌如乳桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）、 腸球菌 （Enterococcus）、 鏈球菌（Streptococcus）、益生芽孢桿菌（Bacillus）和酵母菌（Saccharomyces）已被廣泛應用于斷奶仔豬日糧中。豬源乳桿菌（Lactobacillus）能夠降低斷奶仔豬腸道中腸桿菌（Enterobacteriaceae）的豐度（Pieper等，2010）；羅伊氏乳桿菌（Lactobacillus reuteri）可促進哺乳仔豬腸道雙歧桿菌的增殖，降低腸道pH，降低大腸桿菌（E.coli）的豐度（Hou 等，2015）；枯草芽孢桿菌和解淀粉芽孢桿菌通過對病原菌的競爭排除，分泌抗菌化合物，抑制病原菌的生長，同時生長代謝過程中消耗腸道中氧氣，促進腸道乳桿菌（Lactobacillus）和雙歧桿菌（Bifidobacterium）的增殖（Li等，2018），芽孢桿菌在實際飼料生產中應用更強。但是有研究報道，鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus）并沒有對遭受ETEC型大腸桿菌（E.coli）感染的斷奶仔豬發揮益生作用（Li等，2012c）；而且不同來源的腸道微生物會破壞哺乳仔豬自身菌群生態平衡，損害腸道健康（Diao等，2018）。因此，未來關于益生菌的應用研究應更多聚焦在使用階段、作用機理、有效劑量和應用方式方面。

2.5 其他添加劑 畜牧業實際生產中，氧化鋅能夠預防仔豬斷奶腹瀉已被證實并廣泛使用，但過高的使用量會造成環境污染。低劑量的納米ZnO與高劑量普通ZnO相比，養殖效果相似或更好（Wang等，2017）。高劑量ZnO可降低腸道中腸桿菌（Enterobacteriaceae）、埃希氏桿菌（Escherichia）和部分乳桿菌（Lactobacillus）（Starke 等，2014），但有不盡一致的研究結果，其中乳酸菌影響存在種屬特性（Vahjen 等，2011；Hojberg 等，2005），這可能與研究的腸道部位不同有關。

植物精油作為一種綠色添加劑具有良好的抗菌和抗病毒效果，能夠增加仔豬腸道中乳桿菌（Lactobacillus）數量，降低大腸桿菌（E.coli）和腸球菌（Enterococcus）的數量（Zeng 等，2015），但某些植物精油的長期使用會有利于高抗性大腸桿菌菌株的出現（Chueca等，2016），而且其抗菌活性與精油的成分和來源有關，不同成分和來源的精油，其對益生菌和病原菌表現出的抑菌程度不同（Ambrosio等，2017）。除常見的ZnO和植物精油外，有機酸、酶制劑和中草藥添加劑在腸道菌群中也發揮著重要作用，但實際生產中需要更加深入地研究，如有機酸的包被，中草藥毒性等。

3 展望

自然界的微生物與動物進化至今，形成一種復雜的互利共生關系。目前，對于豬腸道微生物的應用研究更多是聚焦在如何減少豬腸道中病原菌的數量，而忽略了動物本身腸道微生物與動物健康相關的功能。目前許多應用問題值得我們深入研究，如關于人的腸-腦軸對機體內分泌和微生態的影響已經有很多研究，豬的應激反應是否對腸道微生態有影響；豬腸道微生態平衡所具備的菌群基本特征是什么；腸道微生物組分間的共生機制等。

飼用抗生素和ZnO能夠有效預防仔豬腹瀉，但濫用會造成環境污染和食品安全等問題。隨著環保要求的嚴格，尋找綠色無污染的添加劑，如何設計合適的日糧配方，改善飼養衛生條件，提高腸道天然免疫力，減少抗生素的使用，是畜牧業面對的重要研究課題，所以，腸道菌群初始定植和斷奶階段是一個很好的調節窗口。

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