嗜酸乳桿菌對不同羽毛損傷程度太行雞生產性能、啄羽行為和血漿中5-羥色胺水平的影響

史 萌 孫二東 陳一凡 郝二英 石 雷 王德賀 黃晨軒 劉雪露 陳 輝*

(1.河北農業大學動物科技學院,保定 071001;2.桃木疙瘩農業科技股份有限公司,保定 074305)

在家禽養殖業中,集約化生產導致的啄羽行為是目前存在的最為普遍和嚴重的問題[1]。啄羽會導致家禽羽毛和皮膚損傷增加,生產性能降低[2],對養殖業造成一定的經濟損失。研究表明,不同遺傳下蛋雞的盲腸微生物組成具有顯著差異,相較于高啄羽蛋雞,低啄羽蛋雞的總體微生物β多樣性增加,梭菌的相對豐度較低,乳桿菌的相對豐度較高[3]。而且,Mindus等[4]研究發現,補充乳酸菌可以通過恢復高攻擊性蛋雞體內低水平的乳酸菌來預防啄羽行為。Huang等[5]研究表明,飼糧添加鼠李糖乳桿菌可以通過改變腸道微生物的組成,減輕蛋雞的啄羽行為。5-羥色胺(5-HT)是一種介導啄羽等攻擊行為適應性和病理性變化的神經遞質[6],在微生物-腸-腦軸的信號通路中具有重要地位。Bolhuis等[7]研究發現,羽毛損傷嚴重的蛋雞血漿中5-HT水平較低,啄羽頻率較高。Van der Eijk等[8]同樣發現,蛋雞啄羽頻率與血漿5-HT水平存在顯著負相關。但是益生菌是否通過調節腸道微生物來調控5-HT代謝進而改善蛋雞啄羽行為尚不清楚[9]。因此,本試驗擬通過在飼糧中添加嗜酸乳桿菌(Lactobacillusacidophilus)來探究益生菌對不同羽毛損傷程度太行雞生產性能、啄羽行為和5-HT代謝的影響,以期為家禽維持良好的健康福利狀態提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用產品嗜酸乳桿菌NCFM為白色粉末狀,主要成分為嗜酸乳桿菌及麥芽糊精,嗜酸乳桿菌活菌數為5×109CFU/kg。

1.2 試驗設計

采用雙因素試驗設計,因素1為羽毛損傷程度(正常、損傷),因素2為嗜酸乳桿菌添加水平(0、0.1%、0.2%、0.3%)。以體重、生產性能相近的42周齡太行雞為試驗動物,選取羽毛正常和羽毛損傷的太行雞各240只(正常組和損傷組),羽毛損傷判定標準:皮膚沒有損傷的判定為正常;皮膚出現裸露或出血現象判定為損傷[10]。在此基礎上,將羽毛正常和羽毛損傷試驗雞分別隨機分為4個組,分別飼喂在基礎飼糧中添加0(基礎飼糧組)、0.1%、0.2%、0.3%嗜酸乳桿菌的飼糧,每組6個重復,每個重復10只雞。預試期7 d,正試期56 d。

1.3 飼養管理

試驗雞飼養模式為3層階梯籠養,每籠2只。分別于每天08:00和15:00飼喂,16:00撿蛋并觀察試驗雞的精神狀況。試驗期間雞舍光照強度為15 lx,光照周期為16 h光明(每天06:00—22:00)+8 h黑暗,雞舍平均溫度在5 ℃左右,自由采食和飲水。基礎飼糧配制參照《雞飼養標準》(NY/T 33—2004),其組成及營養水平見表1。

表1 基礎飼糧組成及營養水平(風干基礎)

1.4 測定指標與方法

1.4.1 生產性能

從正試期第1天開始,以重復為單位觀察并記錄試驗雞的日產蛋總數和總重量,計算產蛋率和平均蛋重;每14 d結料1次,記錄試驗雞的采食量,計算平均日采食量,具體方法參照陳祥宇等[11]的研究。

1.4.2 啄羽及其相關行為觀察

采用紅外攝像進行啄羽及其相關行為觀察。觀察方法:每7 d分別于09:00—12:00、13:00—15:00(避免喂料應激),觀察每個重復內的2只目標動物,記錄員每次都以相同的服飾進入雞舍,將紅外攝像頭放置于距離飼養籠1 m的支架上,在觀察點停留10 min后進行攝像。在設定的10 min內觀察啄羽及其相關行為,只記錄行為發生次數。參考張斯荷[12]的觀察標準并進行適當修改,蛋雞主要行為類別及其定義見表2。

表2 蛋雞主要行為類別及其定義

1.4.3 盲腸菌群結構

試驗期結束后,從各組的每個重復隨機選擇2只試驗雞進行屠宰解剖,取盲腸內容物置于凍存管中,液氮速凍后-80 ℃保存。之后將盲腸內容物樣品送至北京百邁克生物科技有限公司進行菌群結構測定。

1.4.4 血漿中5-HT及其相關物質水平

正試期第56天,從每個重復隨機選2只試驗雞,翅下靜脈采血3 mL于抗凝管中,4 ℃條件下3 000 r/min離心15 min分離血漿,-20 ℃保存。血漿中5-HT、色氨酸(Trp)、5-羥吲哚乙酸(5-HIAA)以及皮質酮(CORT)水平采用酶聯免疫吸附測定(ELISA)試劑盒(北京博銳長遠科技有限公司)測定。

1.5 數據處理與分析

采用Excel 2010對數據進行整理,并采用SPSS 2.0中的一般線性模型(GLM)對數據進行雙因素方差分析(two-way ANOVA),統計模型為羽毛損傷程度、嗜酸乳桿菌添加水平及二者的交互作用。結果以平均值和均值標準誤(SEM)表示,以P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞生產性能的影響

由表3可知,與正常組相比,損傷組的平均日采食量顯著提高(P<0.05)。與基礎飼糧組相比,添加0.2%嗜酸乳桿菌組的產蛋率顯著提高(P<0.05),添加0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌組的平均蛋重均顯著提高(P<0.05),且這2組間無顯著差異(P>0.05)。羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平在產蛋率方面存在顯著的交互作用(P<0.05)。

表3 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞生產性能的影響

2.2 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞啄羽行為的影響

由表4可知,與正常組相比,損傷組的啄地和盯物次數均顯著降低(P<0.05),而啄羽次數顯著增加(P<0.05)。與基礎飼糧組相比,添加0.1%、0.2%、0.3%的嗜酸乳桿菌均顯著降低了啄羽次數(P<0.05),且這3個添加水平間沒有顯著差異(P>0.05)。嗜酸乳桿菌添加水平對啄地和盯物次數沒有產生顯著影響(P>0.05)。添加0.2%嗜酸乳桿菌組的啄物次數顯著低于其他各組(P<0.05)。羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平的交互作用對啄羽、啄地次數存在顯著影響(P<0.05)。

表4 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞啄羽行為的影響

2.3 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞盲腸菌群結構的影響

2.3.1 盲腸內容物有效操作分類單元(OTU)數統計

由圖1可知,各組間共有的OTU數為194個。

Q為正常組,T為損傷組;數字0、1、2、3分別為添加0、0.1%、0.2%、0.3%嗜酸乳桿菌組。下圖同。

2.3.2 物種稀釋曲線

物種稀釋曲線是通過對樣品序列隨機抽樣,并按OTU數建構形成的。由圖2可知,隨著測序深度的增加,所有樣品曲線逐漸趨于平緩,說明測序數據量足夠,可以進行數據分析。

圖2 物種稀釋曲線

2.3.3 盲腸菌群相對豐度

圖3顯示的是門水平上盲腸菌群組成,在各組盲腸內容物中共檢測出11個共有菌門,其中相對豐度超過1%的有厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidota)、脫硫菌門(Desulfobacterota)、變形菌門(Proteobacteria)、梭桿菌門(Fusobacteriota)及放線菌門(Actinobacteriota)。由表5可知,正常組脫硫菌門的相對豐度顯著低于損傷組(P<0.05)。與基礎飼糧組相比,添加0.1%、0.2%、0.3%的嗜酸乳桿菌均顯著降低了脫硫菌門的相對豐度(P<0.05),且添加0.2%嗜酸乳桿菌組脫硫菌門的相對豐度還顯著高于其他添加嗜酸乳桿菌組(P<0.05)。羽毛損傷程度與嗜酸乳桿菌添加水平在降低脫硫菌門相對豐度上存在顯著的交互作用(P<0.05)。

Firmicutes:厚壁菌門;Bacteroidota:擬桿菌門;Desulfobacterota:脫硫菌門;Proteobacteria:變形菌門;Fusobacteriota:梭桿菌門;Actinobacteriota:放線菌門;Synergistota:互養菌門;Deferribacterota:脫鐵桿菌門;Campylobacterota:彎曲菌門;Patescibacteria:髕骨細菌門;Others:其他。

表5 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞盲腸菌群門水平相對豐度的影響

圖4顯示的是屬水平上盲腸菌群組成,在各組盲腸內容物中共檢測出12個菌屬。由表6可知,與正常組相比,損傷組有提高乳桿菌屬相對豐度的趨勢(P=0.07)。與基礎飼糧組相比,添加0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌組乳桿菌屬的相對豐度顯著提高(P<0.05),巨單胞菌屬的相對豐度顯著降低(P<0.05)。

Bacteroides:擬桿菌屬;Lactobacillus:乳桿菌屬;Rikenellaceae_RC9_gut_group:理研菌科RC9腸道群;Faecalibacterium:糞桿菌屬;Prevotellaceae_UCG-001:普雷沃氏菌科UCG-001;Megamonas:巨單胞菌屬;unclassified_Bacteroidales:未分類擬桿菌目;unclassified_Oscillospiraceae:未分類顫螺旋菌科;Desulfovibrio:脫硫弧菌屬;unclassified_Lachnospiraceae:未分類毛螺菌科;Others:其他;Unclassified:未分類。

表6 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞盲腸菌群屬水平相對豐度的影響

2.4 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞血漿中5-HT及其相關物質水平的影響

由表7可知,正常組血漿中5-HIAA、Trp水平和5-HIAA/5-HT比值顯著高于損傷組(P<0.05)。與基礎飼糧組相比,添加0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌組血漿中5-HT水平顯著提高(P<0.05),5-HIAA/5-HT比值顯著降低(P<0.05),且添加0.2%嗜酸乳桿菌組還顯著高于添加0.3%嗜酸乳桿菌組(P<0.05);添加0.2%嗜酸乳桿菌組血漿中5-HIAA水平顯著高于基礎飼糧組(P<0.05),而添加0.3%嗜酸乳桿菌組則顯著低于其他各組(P<0.05);與基礎飼糧組相比,添加0.1%、0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌均可以顯著降低血漿中CORT水平(P<0.05)。羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平在降低血漿中CORT水平上有顯著的交互作用(P<0.05)。

表7 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞血漿中5-HT及其相關物質水平的影響

3 討 論

3.1 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞生產性能的影響

家禽體表覆蓋的羽毛在雞群互啄及自身翻動、啄食羽毛過程中減少,由啄羽導致的羽毛覆蓋降低是籠養蛋雞中常見的問題,羽毛損傷會影響家禽的生長及生產,如飼料轉化率、平均日采食量等。本試驗結果顯示,正常組的平均日采食量顯著低于損傷組,這與李俊營等[13]的研究結果一致,可能是因為羽毛損傷使雞體皮膚裸露,散熱能力提高,在寒冷環境下需依靠采食來維持正常體溫[14]。Mindus等[4]研究發現,在蛋雞應激前連續攝入鼠李糖乳桿菌可以調節慢性應激誘導的羽毛損傷。Mindus等[15]研究還發現,在非應激條件下,添加鼠李糖乳桿菌改善了蛋雞的羽毛覆蓋度。因此推測飼糧中添加益生菌可能緩解羽毛損傷。本試驗中,羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平這2個因素在產蛋率方面交互作用顯著,表明嗜酸乳桿菌添加水平在一定程度上可以提高產蛋率,減少羽毛損傷,其中添加0.2%嗜酸乳桿菌可以顯著提高產蛋率。Lim等[16]研究發現,飼喂添加0.2%益生菌飼糧的母雞,腸道內大腸桿菌數降低,產蛋率提高。Chen等[17]研究發現,飼糧中添加嗜酸乳桿菌可以提高產蛋后期蛋雞的產蛋率。另有Obianwuna等[18]研究發現,益生菌顯著增加了蛋雞的平均蛋重。本試驗中,飼糧中添加0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌顯著提高了太行雞的平均蛋重,與上述研究結果一致。

3.2 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞啄羽行為的影響

蛋雞在啄、看、刨和走的過程中對熟悉和不熟悉的刺激會進行試探性反應。因籠養模式導致的活動空間受限,覓食、走動行為無法滿足,使蛋雞出現啄地、啄物、盯物等焦慮行為[19]。另外,單調的飼養環境使動物產生壓抑的心理,引起非正常的神經系統反應,攻擊性增強,導致啄羽[20]。啄羽及相關行為的產生因其會出現群體效仿而嚴重影響生產及福利問題[21]。劉萌等[10]研究表明,損傷嚴重組蛋種雞表現出較為頻繁的啄物和啄羽行為,羽毛損傷加重,與本試驗中損傷組太行雞啄羽更頻繁的結果一致。但本試驗中正常組啄地、盯物次數升高,可能是由于人工飼養環境條件與動物行為習性[22]和心理需求之間的矛盾而導致的[23],因此正常組雖未表現出強烈的啄羽行為,但表現出其他相關行為。Mindus等[4]研究發現,鼠李糖乳桿菌阻止了蛋雞啄羽行為的發生。Van Staaveren等[24]研究發現,飼糧中添加鼠李糖乳桿菌可以減少蛋雞盲腸收縮次數,降低啄羽頻率。本試驗同樣發現飼糧中添加0.2%嗜酸乳桿菌降低了太行雞的啄羽、啄物次數。另外,本試驗中,羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平在啄羽、啄地次數上交互作用顯著,表明添加嗜酸乳桿菌在一定程度上可以改善羽毛損傷導致的啄羽、啄地現象的發生。

3.3 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞盲腸菌群結構的影響

動物啄羽行為會破壞腸道菌群的結構和功能。Chen等[25]研究發現,公雞的攻擊性與腸道微生物的組成和多樣性相關,高攻擊性的公雞腸道微生物中擬桿菌門的相對豐度降低,變形菌門的相對豐度升高。趙文昌[26]研究發現,羽毛生長完整組擁有更豐富的盲腸菌群多樣性,腸道菌群結構改變。本試驗發現,損傷組太行雞盲腸菌群中脫硫菌門的相對豐度較高。脫硫菌門會對腸道上皮細胞產生毒性,Zhu等[27]研究發現,脫硫菌門相對豐度與退型性自閉癥和焦慮樣行為呈正相關,因此損傷組腸道內有害菌數量較多。益生菌通過在動物體內定植,一定程度上可以控制有害菌的數量[28]。Wu等[29]研究發現,肉雞飼糧中添加嗜酸乳桿菌可以顯著降低大腸桿菌感染組鏈球菌屬、葡萄球菌屬的相對豐度,增加擬桿菌門的相對豐度。Sunu等[30]通過研究發現,飼糧中添加嗜酸乳桿菌可以改善肉雞腸道菌群。本試驗中,飼糧中添加嗜酸乳桿菌提高了太行雞盲腸菌群中乳桿菌屬的相對豐度,降低了脫硫菌門和巨單胞菌屬的相對豐度,其中添加0.2%嗜酸乳桿菌組顯著優于其他添加嗜酸乳桿菌組。研究發現,自閉癥和阿爾茲海默癥患者的糞便中巨單胞菌屬的相對豐度顯著低于健康人群[31],表明巨單胞菌屬與神經類疾病相關,因此推測蛋雞中巨單胞菌屬相對豐度降低可能會減少啄羽的產生。另外,在脫硫菌門相對豐度上,羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平交互作用顯著,表明嗜酸乳桿菌在一定程度上可以通過降低脫硫菌門的相對豐度減少羽毛損傷的危害。

3.4 羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平對太行雞血漿中5-HT及其相關物質水平的影響

蛋雞啄羽行為能夠破壞腸道微生物群及調節行為的單胺類神經遞質系統[32]。5-HT是與啄羽行為聯系最為緊密的單胺類物質,影響神經內分泌功能和生理狀態[33]。本試驗中正常組和損傷組間血漿中5-HT水平未發現顯著差異,但飼糧中添加0.2%和0.3%嗜酸乳桿菌可以顯著提高血漿5-HT水平。徐菊華等[34]發現,益生菌組合物能夠調節5-HT的釋放,進而改善焦慮行為,與本試驗結果一致。Trp是5-HT的前體物質[35],通過影響5-HT合成來實現對家禽攻擊性、采食和啄羽等行為的調控[36]。劉萌等[10]研究發現,與羽毛損傷組相比,羽毛完整組的血漿Trp水平更高,與本試驗結果一致。5-HIAA是5-HT經一系列酶促反應生成的代謝產物,本試驗發現正常組太行雞血漿中5-HIAA水平顯著高于損傷組,并且添加0.2%嗜酸乳桿菌可以顯著提高血漿中5-HIAA水平。5-HT周轉可由5-HIAA/5-HT比值表示[37],該比值低表明5-HT水平高。本試驗中,添加嗜酸乳桿菌使得血漿中5-HIAA/5-HT比值降低,表明5-HT水平增加,與本試驗得出的添加嗜酸乳桿菌使血漿中5-HT水平提高的結果一致;但正常組太行雞血漿中5-HIAA/5-HT比值高于損傷組,可能是由于正常組5-HT代謝速度快,導致血漿中5-HIAA水平升高,使得5-HIAA/5-HT比值增大。CORT是腎上腺皮質產生的參與認知、情緒等重要生理功能的激素[38]。Summers等[39]研究發現,動物體內5-HT水平與血漿CORT水平相關,如敲除5-HT轉運體的小鼠在受到應激時,攻擊行為和CORT水平增加[40]。本試驗發現,飼糧中添加0.2%嗜酸乳桿菌可以降低太行雞血漿中CORT水平,并且羽毛損傷程度和嗜酸乳桿菌添加水平在血漿CORT水平上交互作用顯著,表明嗜酸乳桿菌在一定程度上可以降低羽毛損傷導致的血漿中CORT水平升高。

4 結 論

飼糧中添加0.2%嗜酸乳桿菌能夠增加太行雞盲腸菌群中有益菌的相對豐度,減少有害菌的相對豐度,降低血漿中CORT水平并提高5-HT水平,從而改善因羽毛損傷造成的啄羽現象,提高產蛋率和平均蛋重。