家禽日粮纤维的研究进展

1、1日粮纤维的研究进展 1.1 粗纤维的作用对于日粮纤维的研究已有近百年历史，从Hipsley1(1953)提出DF(diet fiber)，到Van Soest2（1967)和Burkitt等3(1972)、Trowell4(1974）提出的纤维分类及计算公式，再到Schweizer等5（1979）、Cuoming6(1981)等众多学者的后继研究，人们对纤维的理解日渐全面。日粮纤维的主要成分是：Annison7(1993)将DF的成分划分为结构性多糖(纤维素、果胶物质、半纤维素、抗性淀粉)、非结构性多糖(勤质、胶质)、果聚糖(葡搪、小多聚糖)、寡聚搪(不可消化的低分子量碳水化合物)、木质素(

2、结构性非碳水化合物)和其他结构性非碳水化合物(如几丁质、蜡质、木栓质、矿物质)。卢德勋8(1998)认为日粮DF是具有特殊营养生理作用的复合成分，而不是一种化学组成相当一致的饲料或日粮成分，日粮中组成纤维的单个成分的营养作用并不等于是DF的核体营养生理作用。总的来说日粮纤维对动物具有正面和负面2种效应。正面在于日粮纤维除了可以供能、控制动物的采食量、防止动物形成异食癖，还有维持肠道正常结构与功能、改善动物胴体品质和降低血脂Anderson（1990）等作用周世霞。日粮纤维能够刺激消化道豁膜，促进肠胃的蠕动，同时，纤维素能减少禽肠绒毛上皮中的杯状细胞的数量，杯状细胞的减少可使分泌的戮蛋白量变少，

3、从而减轻钻蛋白的屏障作用，有利于某些饲料养分通过肠壁被机体吸收利用（61-63）(符金华，1999;卢智文，1998:强莉，2002)。周世霞(2006)研究显示，适当增加日粮CF水平，腿肌率显著增加，腹脂率极显著降低。日粮纤维具有营养屏蔽作用和改变食糜理化性质等负面效应。日粮纤维是细胞壁的主要成分，由于结构特殊，在胃肠道中通过的时间短，不能被肠道消化酶水解，大分子消化酶也不能通过细胞壁进入细胞内，因而对细胞内容物形成了一种包被作用(刘强，1998)。Chesson(1995)的试验证明由于DF对消化液的稀释作用，酶对底物的作用受到限制，从而降低了淀粉的消化率。杨曙明等（1995）认为DF对于

4、肠道短的家禽来说，负营养作用明显，能降低能量的利用效率和生产性能，特别是谷物中水溶性纤维造成食糜黏度加大造成的对养分吸收的影响。因为小肠内容物黏度的增加，会降低消化酶及其底物的扩散速率，同时阻止它们在勃膜表面上有效的相互作用。1.2 家禽对纤维的利用1.2.1鹅对饲粮纤维的消化有关鹅消化利用粗纤维的报道很多，但结果各异。Mattocks指出，鹅盲肠中没有纤维素酶活性，因此不能消化纤维素36。Jamroz等发现鹅能够不同程度地消化不同的饲粮纤维成分:0.2%一0.4%的纤维素，0.18%一0.38%的酸性洗涤纤维，0.4%一0.57%的半纤维素36。麻艳群Lin和Young(1976)测得鹅对苜

5、蓿草粉和紫狼尾草中纤维素的消化率分别为24%和4%。Timme:(1995)报道指出，鹅对红三叶、白三叶、首蓓草纤维类的消化率:NDF为21.44%一4.086%，ADF为5.5%-31.72%，半纤维素为27.48%-90.54%，纤维素为10.07%-31.95%40。日粮中纤维的利用受诸多因素的影响，除植物的来源、成熟度以外，还受日粮中的添加比例、对纤维的处理、动物的年龄、种类等的影响。王健（2002)研究发现，扬州鹅能利用一定量的纤维，且利用部分主要是半纤维素，基础日粮组的半纤维素消化率为79.55%，15%苜蓿草粉组和15%大木草粉组分别为66.79%和59.07%，发现饲料日粮纤维

6、组成的不同，对半纤维素的代谢率不同。1.2.2日粮纤维源对家禽生长发育的影响纤维发挥的促进肠道蠕动，保持肠道功能，加大食糜黏度，阻挡养分的吸收利用等效应都与日粮纤维的结构有很大关系，而日粮纤维的结构又受纤维来源的影响，不同来源的纤维其组分组成比较复杂、差异大，结构多不同，对动物生长发育也有影响。已有试验研究表明，不同纤维源会显著影响十二指肠绒毛长度、回肠绒毛长度和肌肉层厚度；不同来源的DF对腺胃、肌胃和小肠相对重量影响均无显著差异，也为影响小肠和结肠直肠的长度；DF来源显著影响盲肠、结肠至直肠重量以及盲肠长度（党国华和王恬，2005）。Jamroz（1990）研究表明燕麦、甜菜渣、干草粉这类纤

7、维素、半纤维素含量高的纤维能增加额肠壁鹅厚度。李杰等18在饲料中分别添加5%的小麦麸、米糠、高粱糠和苜蓿粉作为纤维源来饲喂肉鸡发现，苜蓿粉对肉仔鸡消化道的影响最为明显，肌胃重比其它组高出63%-100%，食道和嗉囊重也大大高于其它组。Yu等5报道日粮纤维的来源对鹅盲肠重量和长度有影响，但对鹅小肠的重量和长度均无显著影响。赵立（）、Chen（）研究表明不同纤维源日粮显著或极显著影响仔鹅平均日增重。Chen14用苜蓿草粉、大麦糠作为主要日粮纤维源饲养仔鹅，对其采食量无影响，而影响日增重。陈五湖等7应用3种不同的纤维源日粮饲喂扬州鹅仔鹅，结果对其增重无显著影响。赵立等13研究表明，在3-6周日粮中粗

8、纤维含量在5%时可提高鹅的日增重，以籽粒苋对鹅增重的效果最为显著，而草木樨组增重下降。 由此可见，鹅对各种来源纤维的利用能力不一。不同纤维源的日粮对动物生长的影响也不一致。1.3 苜蓿草与稻壳资源的利用现状1.3.1苜蓿草资源利用现状苜蓿中含有丰富的蛋白质，初花期至花期蛋白质17%20%，粗脂肪2%3%。苜蓿中含有丰富的维生素和微量元素。微量元素中有畜禽必须的铁、铜、锰、锌、钴和硒，其中，铁、锰含量较多。紫花苜蓿维生素含量丰富，含胡萝卜素18.8161 毫克/千克、VC 210 毫克/千克、VB 56 毫克/千克、VK 150200 毫克/千克。苜蓿中含有动物需要的各种氨基酸，而且含量丰富，品

9、质良好，必需氨基酸含量比较均衡，是一种调和配合饲料适口性及理化特性的优良草粉类饲料。我国是畜牧业大国，不论养牛养羊，还是家禽方面的养鹅对优质牧草的需求量都极大，中国奶牛、肉牛及肉羊每年对草产品的需求量为3000万吨左右，猪鸡配合饲料中以4%5%的比例添加草粉，每年的草粉需求量超过250万吨，而供给量除了国内的400-500吨牧草加进口30吨，总供给约为500万吨，大致只能满足集约程度较高的奶牛场的高产奶牛（年7 吨以上）的需求。面对如此大的缺口，国内以苜蓿为主的优质牧草业的落后，已成为制约中国食草类畜禽业可持续健康发展的重要制约因素。目前发展苜蓿草依然存在政策不到位、产品供不应求及应用领域受限

10、等问题。在这种情况下关于替代纤维源原料的开发变得尤为重要。1.3.2稻壳资源利用现状稻壳的主要组成是纤维素类、木质素类和硅类，品种及产地不同，其组成有所差别，大致为：粗纤维 35.5%45%(缩聚戊糖 16%22%)、木质素 21%6%、灰分 11.4%22%、二氧化硅 10%21%1。稻壳具有良好的韧性、多孔性、表面坚硬、高热值以及质地粗糙等特点4。我国是世界上最大的水稻种植国家，据农业部的统计，我国稻谷产量2亿吨，稻壳通常占稻谷的20%，照此计算，稻壳4000多万吨， 稻壳资源十分丰富，是不可忽视的可再生资源。然而，稻壳表面坚硬， 硅含量高， 不易被细菌分解， 且堆积密度小， 废弃破坏环境

11、， 成为米业企业的包袱， 稻壳的开发利用意义重大。作为米业的工业副产品，稻壳在工业上的利用以及比较多，主要是根据稻壳的化学组成，可将它的利用分为三大类：利用它的纤维素类物质，采用水解的方法生产如糠醛、木糖、乙酰丙酸等化工产品; 利用它的硅资源生产如泡花碱、白炭黑、二氧化硅等含硅化合物; 利用它的碳、氢元素，通过热解(气化、燃烧等)获得能源。为了充分开发稻壳资源，支撑畜牧业健康发展，实现稻壳在畜牧业上的利用价值，稻壳作为一种纤维饲料原料得到了国家的关注，提上了非常规饲料开发利用的征程。1.4鹅对粗纤维利用的机理的研究 鹅对粗纤维的利用率高，有研究者认为在13%-17.3%18，也有认为在15%-

12、30%19、20，变化的原因是纤维水平和纤维源会影响鹅对粗纤维的利用率。多数学者认为鹅利用的主要是纤维中的半纤维素21、22，邵彩梅（1991）认为鹅能很好的利用半纤维素，利用率为41.45%，NDF的消化率为37.4%23。王健（2002）的研究这个观点，不过发现扬州鹅对半纤维素的消化率为79.55%，15%苜蓿草粉组和15%大木草粉组分别为66.79%、59.07%，日粮纤维组成不同消化率也不同11。关于鹅对纤维利用机理的研究，学者们做了很多努力。鹅肌胃的作用必不可少，Marrocks等（1971）、Duck（1972）、邵彩梅（1992）研究认为鹅有发达的肌胃，其重量占胃肠道一半以上，肌

13、胃强大的压力和适宜的酸性环境比起其他家禽更能崩解、破碎植物细胞被，从而便于消化细胞内容物23、24、25。家禽自身不能分泌消化纤维素的酶，但其肠道内的微生物如同一个发酵罐，能够消化日粮中的部分纤维物质。一般认为鹅的盲肠存在大量的微生物，如同瘤胃一样，因而鹅可以消化大量的纤维物质，与其他家禽相比，鹅能通过大量的漫长微生物来消化更多的纤维素26。陈五湖（2006）的研究表明鹅的空肠、回肠、盲肠、直肠微生物都可以利用一定比例的纤维组分，其中盲肠对NDF、ADF、ADS的累积消化率为93.16%、87.13%和96.03%27。徐敏娟等（2006）接种鹅盲肠食糜滤液进行体外培养，发现额盲肠微生物对不同

14、来源的ADF、NDF和半纤维素有一定的利用能力，且对混合草粉ADF、NDF和半纤维素的利用能力强于单一草粉28。张桂山等（2008）从吉林白鹅盲肠中分离筛选了3株纤维素分解菌，模拟鹅盲肠条件，将单株及复合系菌株分别接种到苜蓿、玉米秸及羊草中，发现有一株的苜蓿粗纤维降解率达7.87%29。Chiou（1998）指出鹅盲肠内容物中有淀粉酶和纤维素水解酶30。Yu等（1998）指出鹅后肠发酵的模式类似于兔，盲肠并不分泌消化酶，盲肠中的消化过程是通过微生物发酵或通过来自小肠的剩余消化酶而进行的，盲肠发酵的主要基质是未消化的淀粉和非淀粉多糖，而鹅盲肠中的纤维素水解酶活性最高31。Garcia等（2006

15、）采用盲肠切除术来研采食高纤维日粮后对野生鹅真代谢能的影响，研究发现没有去盲肠的鹅的真代谢能是去除盲肠组的两倍32。所以说鹅对纤维的消化离不开肠道内的微生物，更体现出了研究肠道微生物的重要性。2鹅肠道微生物多样性的研究进展 2.1家禽胃肠道营养与微生物区系的相互关系肠道是动物体最大的消化器官，动物获取营养的重要手段。动物对食物的消化是酶的消化，除了某些小分子物质可直接吸收外，动物必须分泌相对于底物的酶，才能分解出其中的营养物质。如果动物不能分泌相应的酶，如分泌纤维素分解酶，动物体就不能对纤维素进行消化利用。家禽能利用一定比例的纤维素1，但自身并不能分泌半纤维素分解酶与纤维素分解酶，有趣的是家禽

16、的肠道中却可以检测出这种酶。研究发现这种酶来自动物肠道中能分解纤维素类物质的细菌，细菌分解纤维素得到的营养物质部分被家禽吸收利用。另外，肠道还是动物体重要的免疫器官，家禽胃肠道的健康得益于家禽胃肠道微生物区系的存在与平衡。微生物菌群在肠道内定植，与宿主形成共生的营养关系，定植后的正常的微生物菌群对其他细菌会有有效的抑制作用。肠道内的各类菌在一起形成一个平衡共同占据肠粘膜形成一个生物学屏障，是主要防止家禽受细菌感染的原因。由此可见动物的胃肠道营养离不开肠道微生物。2.1.1家禽肠道微生物区系家禽的肠道微生物系统是由细菌组成的多种群的有机整体2。家禽肠道微生物区系的形成是个发展的过程，家禽出壳的第

17、1天，肠道几乎没有微生物，出生后不久就有微生物不断侵入，受到母体与外环境的影响直到形成复杂而稳定的微生物区系。Mead（1975）在0-4日龄的鸡盲肠中检测到以大肠杆菌、肠球菌为主的菌群3。崔秀艳等（2008）研究发现雏鹅出生肠道是无菌的，6小时后腺胃中检测出细菌，随后大量需氧和兼性厌氧菌繁殖，然后出现厌氧菌的繁殖高峰，并46日龄是细菌完成定植过程，在盲肠中检测出优势菌有葡萄球菌、真杆菌、消化球菌、双歧杆菌等4。小肠中微生物群落大约需要2周建立起来，盲肠微生物群落的建立则要6-7周。40天以后，肠道微生物群落开始稳定下来，主要由粪链球菌、大肠埃希氏菌、拟杆菌和乳酸菌组成。2.1.2胃肠道微生物

18、区系和宿主之间的关系Hooper等8将微生物与寄主的关系分为互利共生(symbiosis)、同食共生(commensal)及致病(pathogenic)3种。互利共生就是微生物寄宿在寄主内，双方都不会危害对方，且双方受益。同食共生是指仅共生而对宿主无营养作用，还会与宿主竞争营养。致病关系是指具有致病性的细菌导致宿主生病，但是正常微生态失衡也会使宿主致病。胃肠道微生物区系的关键性生理功能包括保护粘膜上皮损伤，调节脂肪的储存，刺激肠道血管生成和竞争拮抗致病菌的定植。肠道菌群对动物的营养作用主要体现在肠道菌群能提高机体免疫机能，能建立起屏障作用。正常的肠道菌群在肠粘膜表面形成一个生物学屏障，阻止了致

19、病菌的定殖和入侵，对胃肠道起重要的保护作用。王世荣等（1989)试验得出，无菌鸡回盲部的淋巴结比普通鸡小4/5，发现无菌动物的体液免疫、细胞免疫功能均低于普通动物14。胃肠道微生物区系还可以促进营养物质的消化，能通过分泌营养素提供营养给宿主，为宿主提供维生素、氨基酸和短链脂肪酸。王志跃等(2004)认为鹅对植物纤维的消化和利用多依靠消化道中寄生的微生物完成。肠道菌群的负营养作用主要是它能诱发感染、对肠道有腐烂和产生毒素作用，但致病性细菌数量少，不会致病，是保持微生物生态平衡中不可缺少的部分，在数量超过一定水平时即会致病，还有些菌群具有潜在致病性。另外，肠道微生物会利用损耗掉一部分的饲粮营养物质

20、。2.2影响畜禽肠道微生物的因素畜禽肠道微生物群组成虽然比较稳定，但是受饲料、饲养环境和饲养方式等因素的影响而发生变化5。由于不同种类的细菌所需要的底物和生长条件不同，所以饲料日粮的化学成分在很大程度上决定了肠道微生物菌群的种类。因此，日粮成分和营养浓度的变化对肠道微生物菌群的的组成和数量产生影响(Gibson等，199615；Hillman，199916；Reid和Hillman，199917)。在饲料中添加抗生素、益生素、益生元、合生元、铜锌以及改变日粮组成和饲喂方式等6，对肠道微生物区系的结构和多样性产生直接影响。另外，日粮成分和肠道菌群以及它们的相互作用会影响肠道发育、粘膜结构以及肠道

21、分泌粘液的成分。所以说肠道微生物的演化与动物肠道微环境的变化是一致的，是生物与环境共同进化的结果。Lan等（2005)也指出日粮纤维水平的改变，会导致肠道微生物菌群的变化刘备以。刘记强（2009)与刘蓓一（2012）研究都指出，纤维水平的不同对鹅的盲肠菌群起主要的作用，对其他肠道没有影响，且随着纤维水平的提高，盲肠中微生物的种类也增加。Dunkley等（2007)证明饲喂苜宿这种高纤维、低能量的饲料可以给鸡盲肠提供更充分的微生物发酵作用,形成挥发性脂肪酸如乙酸、丙酸、丁酸，从而抑制沙门氏菌的增殖59。Varel等用不同纤维素来源和不同水平纤维日粮饲喂生长猪和成年猪98天，测定了粪样中纤维分解菌

22、的数量。结果表明纤维分解菌的数量随饲喂时间的延长而增加，但也与纤维来源有关。胡平（200）研究发现，日粮形态显著影响肠道菌群的种类与数量，导致空肠菌群种类的下降和回肠细菌种类的增加，同时影响菌群在肠道内的分布情况，对空肠和回肠影响较大。王长文等采用稀释滴种法对056日龄雏鹅消化道6个部位细菌进行分离、培养、鉴定、计数，发现雏鹅消化道细菌定植过程约46日龄完成，羊草组细菌数量比玉米秸秆组少，但乳酸杆菌和双歧杆菌的相对含量比玉米秸秆组高，日龄、消化道部位和纤维源显著影响各种菌的定植规律。2.3胃肠道微生物群体的研究方法 2.3.1传统培养方法 传统研究肠道微生物的方法是在显微镜下直接观察或是进行微

23、生物培养计数。对肠道微生物的培养使用不同营养成分的固体培养基对其进行分离培养，然后根据微生物的菌落形态及其菌落数来计测微生物的数量和种类。稀释涂布平板法、稀释混合平板法或平板划线法师分离和纯化微生物的常规方法。纯培养方法简单易行，但是也存在不少的缺陷，主要表现在固体培养基的选择和实验室培养条件等方面的限制上。利用平板培养法不可能全面地获得环境或肠道中所有或者绝大多数微生物的全部信息，只能获得环境或肠道中1%-10%的微生物36。平板培养法只能得到微生物类群的数量信息，若要知其种类信息，必须进一步地分离、纯化和鉴定。2.3.2分子生物学方法 近年来，分子生物学技术的应用使得能够从遗传水平上研究微

24、生物的多样性。尤其是细菌16SrRNA分子技术的发展，使得肠道微生态学的研究取得了新的进展。目前应用于肠道菌群多样性研究的技术主要有16S rRNA基因序列分析技术、遗传指纹技术（PCR-DGGE技术和T-RFLP技术）、核酸分子杂交技术（荧光原位杂交技术和基因芯片技术）、实时荧光定量PCR技术（RT-PCR技术）和DNA测序技术（第一代、第二代、第三代测序技术）。其中DGGE技术、RT-PCR技术是近年来国内外研究菌群遗传多样性的重要技术。变性梯度凝胶电泳(Denaturing gradient gel electrophoresis，DGGE)是由Fischer和Lerman37于1983

25、年创立。1993年最先由德国的Muyzers等应用于环境微生态学的研究38。DGGE技术的特点是可重复性强、可靠性高、速度快，最大优点是能够显示群落中的优势种类，但也是其缺点，导致小于1%的种群难以检测到。RT-PCR技术补充了DDGE技术只能对肠道微生物定性的这一缺点，实现了PCR从定性到定量的飞跃，而且与常规PCR相比，它具有特异性更强、有效解决PCR污染问题、自动化程度高等特点，目前该技术已经成功与动物肠道菌群方面的研究中。实时荧光定量PCR包括探针类和染料类，探针类特异性更高，但需要探针的识别，染料类简便易行，成本较低。基于这些技术，第二代测序技术已经取得广泛应用，但是其必须基于PCR扩增，成本、准确性等关键问题仍然存在，科学家正在致力于新的测序解决方案。目前，以单分子测序为主要特征的第三代测序技术，也称为next-next-generation sequencing，已经初现端倪。2.3.3分子生物学方法在微生物上的应用自1993年Muyzer首次将DGGE技术用于微生态研究以来，DGGE/TGGE技术得到了越来越广泛的应用，已被广泛应用于各种环境微生物生态的研究，利用该技术对家禽肠道菌群进行分析研究也越来越多。王金全等（2004）7用PCR-DGGE法研究小麦NSP和木聚糖酶对肉鸡肠道微生物区系的影响，结果表