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温湿度指数(THI)介导山羊瘤胃细菌群落的变化

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第一章 文献综述

1.1 波尔山羊概况

1.2 瘤胃微生物概况

1.3 热应激概述

1.4 热应激对反刍动物的影响

1.5 缓解热应激的策略

1.6 研究的主要目的和意义

第二章 温湿度指数(THI)对山羊瘤胃pH、VFA和微生物数量的影响

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 讨论

2.4 小结

第三章 扩增子测序分析温湿度指数(THI)对山羊瘤胃细菌群落的影响

3.1 材料与方法

3.2 结果与分析

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 结论与创新点

4.1研究结论

4.2 研究创新点

4.3 需进一步研究的问题

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

气候变化是全世界生态系统和畜牧业生产可持续生存的主要威胁之一，而热中性区被认为是反刍动物将新陈代谢和生理调节至正常水平的适当温度范围。温度和湿度过高都将引起动物的细胞和线粒体氧化损伤，温湿度指数（Temperature and Humidity Index，THI）是反映牲畜热应激强度的主要指标。近年来，大多数关于热应激的研究都集中在单胃动物和奶牛身上，而波尔山羊作为一种理想的肉用山羊品种，其生产性能与繁殖性能的发挥与所处环境温湿度直接相关，因此研究热应激对其的影响具有重要的现实意义。瘤胃是反刍动物独有的器官，其中含有大量的微生物，在维持宿主正常消化和吸收方面发挥重要作用。高通量测序是近年新兴的检测技术，深度测序可以通过有效的空间和时间视图获得微生物群落的生物信息，且PICRUSt可以仅基于16S扩增子测序数据，而不需要全部的基因组来预测微生物功能。因此，本研究旨在利用16S扩增子测序等技术检测热应激对山羊瘤胃pH、挥发性脂肪酸（Volatile Fatty Acid，VFA）和微生物组的不利影响。 本研究选择健康状况良好的8只雌性山羊（波尔×关中奶山羊，18月龄，32.8±3.4kg），随机分为2组，分配至2个代谢仓A和B（代谢仓位于陕西杨凌的西北农林科技大学试验站，室内温度和湿度可精确控制，精确度偏差为±0.5℃和±5%，4只山羊/仓）。以23℃，50%为初始温湿度（预饲30天），在第30天时将A仓设为对照组（CK），之后设定4组温度（26℃，30℃，34℃，38℃）和4组相对湿度（35%，50%，65%，80%），采用完全随机设计计算出16个温湿度指数（THIs），每个处理进行5天，各处理之间无时间间隔。通过口腔插管收集瘤胃液样品，测定pH后分离5mL样品储存于-20?C以备后续VFA检测，其余样品提取DNA后，部分采用实时荧光定量PCR（Quantitative Real-time Polymerase Chain Reaction，qPCR）检测瘤胃微生物含量，部分在16个逐渐增加的温湿度指数（TH1~TH16）下利用高通量测序技术检测瘤胃细菌群落的动态变化。结果表明： （1）热应激显著提高了pH、乙酸比例、乙丙比（P<0.05），降低了总挥发性脂肪酸含量与丁酸、戊酸比例（P<0.05），但对丙酸、异丁酸、异戊酸比例影响不显著。 （2）通过qPCR检测，发现热应激显著改变了原虫、产甲烷菌、Fibrobacter succinogenes和Ruminococcus flavefaciens的数量，但对总细菌含量无显著影响。 （3）外界温湿环境变化对山羊瘤胃菌群α多样性（Ace、Chao1、Shannon、Simpson等）没有显著影响，但显著改变了山羊瘤胃微生物群的主要门和属结构。随着THI增大，Firmicutes丰度降低（从67.09%至27.21%），Bacteroidetes丰度增加（从19.41%至65.55%），两个门之间呈负相关。在属水平上，Prevotella_1丰度均最丰富，且高TH组含量更多。随着THI的增加，部分益生菌含量下降，致病菌丰度增加。同时，TH组与CK组之间聚类不同，高TH组与低TH组分别聚类，且从TH7到TH9时（THI从80.61到82.92）瘤胃细菌群落改变明显。 （4）利用PICRUSt来预测细菌功能，预测结果显示，随THI升高，碳水化合物和能量代谢显著改变（P<0.05）。通过对菌门与代谢途径进行相关分析发现，菌群中Firmicutes丰度与氨基糖和核苷酸糖代谢呈负相关（r=-0.432，P<0.01）。Bacteroidetes丰度与嘌呤代谢呈正相关（r=0.412，P<0.01），但与ABC转运蛋白（r=-0.455，P<0.01）和氨酰-tRNA生物合成呈负相关（r=-0.417，P<0.01）。 综上所述，环境THI的改变能显著影响山羊pH、VFA和瘤胃微生物的种类和多样性，不同指标之间也存在一定的关联。THI增大时会增加山羊瘤胃的致病菌而减少益生菌，且当THI从80.61增大到82.92时细菌组成变化大。

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