开食料NDF来源调控断奶前后及育肥期羔羊瘤胃功能与微生物互作的机理研究

Neutral detergent fiber (NDF) is a critical parameter to assess the quality of fibrous carbohydrate in starter. It improves the development of rumen, however, it may lead to different effect if it comes from different feedstuff, and there is a deficiency of the mechanism of this difference as well. As a result, we propose the hypothesis that the development of rumen and microbe planting will be different when lambs ingest NDF from different feedstuff. Then, we design this experiment based on the previous achievements about research of early weaning and supplementary feeding on the development of rumen of lambs, using the anatomy, ruminal nutrition and high throughput sequencing technique to analyze the effect of NDF from different feedstuff on ruminal histomorphology, fermentation function and microbial diversity of lambs. In addition, the transcriptome of ruminal epithelium and macro transcriptome of ruminal microbe are adopted to analyze the different genes of ruminal metabolism and developmental pathway and the regulation of function and metabolic characteristics of ruminal microbe. We also design fatting experiment to reveal the last effect of NDF from different feedstuff on ruminal function and microflora of lambs during fatting period. The achievements of this experiment will illuminate the mechanism of NDF from different feedstuff regulating ruminal function and microbial correlation of lambs from pre- and pro-weaning to fatting period, and it will provide the theoretical basis for early weaning and nutritional regulation on small ruminants.

中性洗涤纤维（NDF）是衡量开食料中纤维类碳水化物的重要指标，能够促进羔羊瘤胃发育，其不同来源作用效果存在差异，但导致这种差异的机制并不清楚。研究发现，早期开食料碳水化合物组成调控瘤胃功能-微生物互作可能对瘤胃功能有长期的影响。因此，项目以开食料中不同NDF来源对瘤胃发育和微生物定植存在差异的角度为切入点，以前期开展的早期断奶和补饲影响羔羊瘤胃发育的研究为基础，运用解剖学、反刍动物营养学和高通量测序技术分析开食料中NDF来源对羔羊瘤胃组织形态、发酵功能和微生物多样性的影响，并整合瘤胃组织转录组和瘤胃微生物宏转录组数据，分析瘤胃代谢和发育通路相关差异基因及其对瘤胃微生物功能和代谢特征的调控；并通过育肥试验，揭示对育肥期羔羊瘤胃功能和微生物区系的持续影响。阐明开食料NDF来源调控哺乳期到育肥期羔羊瘤胃功能与微生物互作的机理，旨在为幼龄反刍动物营养调控和早期断奶技术提供理论依据。

本项目旨在阐述开食料NDF来源调控哺乳期到育肥期羔羊瘤胃功能与微生物互作的机理。因此，本项目整合羔羊生产试验、瘤胃微生物宏基因组和瘤胃组织转录组数据分析开食料NDF来源对哺乳期到育肥期羔羊瘤胃功能与微生物的影响。试验1-2：研究四种不同NDF开食料对羔羊断奶前后生产性能和瘤胃发育的影响。结果表明：在断奶前期间，苜蓿干草（AH）组羔羊平均日增重(ADG,P<0.05)和开食料平均日采食量(ADFI, P<0.05)显着高于其他处理组羔羊。在整个试验期，AH和燕麦干草（OH）组的羔羊ADG(P<0.05)和ADFI (P<0.05)显着高于大豆皮（SH）组羔羊。纤维来源显著影响瘤胃古菌群落(P<0.05)。甜菜粕（BP）组中广古菌的丰度值最低。通过瘤胃组织差异表达基因（DEGs）分析，非饲草作为开食料纤维来源可改善免疫功能并提高氮的利用率，而饲草来源能够促进瘤胃形态发育。试验3-4：研究补饲开食料对早期断奶羔羊育肥期生产性能和瘤胃功能的延续性影响。结果表明：早期补饲显著提高羔羊断奶前ADG和ADFI以及断奶后ADFI(P<0.05)，早期补饲（ES）组采食量和体重始终高于对照（CON）组，但这种优势在22周后消失。98日龄与200日龄具有明显区别的瘤胃菌群结构。且早期补饲引起的菌群功能尤其是参与氨基酸代谢的差异菌群基因会延续到羔羊育肥期。通过瘤胃组织DEGs分析，DEGs主要富集于脂肪代谢和离子转运相关的通路，且这些差异能够持续到羔羊育肥期。试验5-6：研究不同纤维素开食料对早期断奶羔羊育肥期生产性能和瘤胃发育的延续性影响。结果表明：AH组羔羊断奶前后和全期ADG显著高于SH组羔羊(P<0.05)，AH组羔羊断奶前后、育肥期和全期ADFI显著高于SH组羔羊(P<0.05)。采用宏基因组学技术对瘤胃微生物功能分类发现，98和200日龄，AH组参与碳水化合物生成的糖基转移酶（GT）显著低于SH组(P<0.05)，而参与寡糖降解和纤维素降解的碳水化合物酯酶（CE）显著高于SH组(P<0.05)。通过瘤胃组织DEGs分析，DEGs主要富集于丙酮酸代谢、脂肪代谢和细胞增殖、凋亡和分化相关的通路，且这些差异能够持续到羔羊育肥期。