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高产奶牛肠道菌群典型特征鉴定及瘤胃代谢产物组成分析

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1前言

1.1我国反刍动物饲养现状

1.2奶牛产业碳水化合物营养研究进展

1.3瘤胃内环境

1.4瘤胃细菌的多样性及其建立、发展与变化

1.5肠道菌群与宿主间的相互作用关系

1.6崂山奶山羊、渤海黑牛和鲁西黄牛

1.7研究目的与意义

2材料与方法

2.1高产和低产奶牛瘤胃液、粪便微生物区系的差异及瘤胃液代谢物组成差异

2.2高产奶牛与崂山奶山羊、鲁西黄牛、渤海黑牛的瘤胃液菌群差异

3试验结果

3.1高产和低产奶牛瘤胃液、粪便微生物区系的差异及瘤胃液代谢物组成差异

3.2高产奶牛与崂山奶山羊、鲁西黄牛、渤海黑牛的瘤胃液菌群差异

4讨论

4.1高产和低产奶牛瘤胃、消化道微生物区系的差异

4.2高产奶牛与崂山奶山羊、鲁西黄牛、渤海黑牛的瘤胃液菌群差异

5结论与展望

5.1结论

5.2创新点

5.3展望

参考文献

致谢

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摘要

瘤胃菌群是反刍动物营养和健康的重要组成部分。研究表明肠道菌群作为机体的第二基因组，影响宿主的代谢表型和生产性状。本研究旨在通过比较高产奶牛和低产奶牛的肠道菌群差异和瘤胃代谢物组成差异，以及高产奶牛和崂山奶山羊、鲁西黄牛、渤海黑牛的瘤胃液菌群差异，试图确定高产奶牛的肠道菌群典型特征及瘤胃代谢物组成特点。 试验的第一部分，选取日粮相同、饲养环境一致的高产荷斯坦奶牛和低产荷斯坦奶牛共11对，每对奶牛的年龄、胎次相同，泌乳天数相近。对所有的瘤胃液样品和粪样进行16S rDNA基因组测序，以确定它们的瘤胃微生物组成差异。同时对瘤胃液样品进行LC-MS代谢组学分析。与低产奶牛相比，高产奶牛瘤胃液中变形菌门（Proteobacteria）的相对含量显著升高（P＜0.05)；拟杆菌门（Bacteroidetes) , SR1, 疣微菌门（Verrucomicrobia）, 广古菌门（Euryarchaeota）, 浮霉菌门（Planctomycetes）, 互养菌门（Synergistetes)和绿弯菌门（Chloroflexi）的相对含量显著下降（P＜0.05）。高产奶牛粪样和低产奶牛粪样之间不存在显著差异的门种类（P＞0.05）。在属水平上，与低产奶牛相比，高产奶牛瘤胃液中丁酸弧菌属（Butyrivibrio）, 毛螺菌属（Lachnospira）和小杆菌属（Dialister）的相对含量显著升高（P＜0.05）；而普氏菌属（Prevotella）, 琥珀酸菌属（Succiniclasticum）, 瘤胃球菌属（Ruminococcus）, 粪球菌属（Coprococcus）, YRC22 , CF231 , 02d06, 厌氧原体属（Anaeroplasma）, 月形单胞菌属（Selenomonas）和反刍杆菌属的相对含量显著下降（P＜0.05）。而相对于低产奶牛粪样，高产奶牛粪样中5-7N15, Dorea, 萨特氏菌属（Sutterella）和厌氧原体属（Anaeroplasma)的相对含量显著提高（P＜0.05）。 高产奶牛和低产奶牛间共检测到92个差异代谢物。与低产奶牛相比，高产奶牛瘤胃液中含量显著升高的代谢物有十种，包括6α-氟孕-4-烯-3,20-二酮;3-辛酰基-4-羟基苯甲酸酯; 吡啶酰胺; 化合物III（S）;1,2-二肉豆蔻基-sn-甘油;7,10,13,16-二十二碳四烯酸;乳酸亚铁;6-Deoxyerythronolide B; 维生素D2;L-橄榄酰 - 松树脂。除去这十种化合物，剩下的其它差异代谢产物都是在高产奶牛上显著下调的。代谢途径分析表明，高产奶牛显著上调的代谢途径主要包括不饱和脂肪酸的合成，类固醇合成，以及泛醌和其他萜类醌生物合成。而高产奶牛显著下调的代谢途径主要包括核苷酸代谢，能量代谢，脂类代谢和某些抗生素的合成。 在试验的第二部分，选择健康的崂山奶山羊和鲁西黄牛各六头，渤海黑牛五头。分别取其瘤胃液并进行16S rDNA测序。然后我们选择第一部分试验中，高产、低产奶牛六组，与奶山羊、黑牛和黄牛数据一起进行信息分析。以确定高产奶牛与奶山羊、黑牛和黄牛的瘤胃菌群差异。总的来说，高产奶牛与奶山羊、黑牛和黄牛的瘤胃菌群存在显著差异，但黑牛和黄牛的菌群组成基本相似。在门水平上，与崂山奶山羊、渤海黑牛和鲁西黄牛相比，高产奶牛瘤胃液中变形菌门（Proteobacteria），螺旋体门（Spirochaetes）和蓝藻门（Cyanobacteria）的含量显著升高（P＜0.05）；厚壁菌门（Firmicutes），柔膜菌门（Tenericutes），疣微菌门（Verrucomicrobia）, 广古菌门（Euryarchaeota）,绿弯菌门（Chloroflexi），放线菌门（Actinobacteria）和粘胶球形菌门（Lentisphaerae）的相对含量显著下降（P＜0.05）。在属水平，与崂山奶山羊、渤海黑牛和鲁西黄牛相比，高产奶牛均显著上调的属包括密螺旋体属（Treponema），丁酸弧菌属（Butyrivibrio），粪球菌属（Coprococcus) ， Shuttleworthia ，毛螺菌属（Lachnospira)和月形单胞菌属（Selenomonas）（P＜0.05）；均显著下调的属包括CF231，02d06，颤螺菌属（Oscillospira）， RFN20，脱硫弧菌属（Desulfovibrio），甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）和SHD-231 （P＜0.05）。高产奶牛和黑牛、黄牛相比，还存在某些显著差异的属，但这些属在奶山羊和高产奶牛之间并不存在显著差异。 结果表明，高产奶牛与低产奶牛、崂山奶山羊、渤海黑牛和鲁西黄牛相比，瘤胃液菌群存在显著差异，且这一差异主要体现在某些菌群的相对含量上。高产奶牛与低产奶牛相比，瘤胃液代谢产物存在显著差异，且这些差异的代谢物主要参与的代谢途径包括不饱和脂肪酸合成、类固醇合成、泛醌和其他萜类醌生物合成、核苷酸代谢、能量代谢、脂肪代谢和某些抗生素的合成。

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