传统动物营养学主要关注营养物质在肠道中被直接消化、吸收和利用的部分，但忽视了肠道微生物的作用。肠道微生物在长期的进化过程中与机体相互作用形成一个复杂的相对稳定的生态系统，其总数约为1014-1015，被视为动物机体的另一个重要“器官”。日粮纤维是猪饲粮中一类重要的碳水化合物，虽然不能被前肠分泌的酶消化，但可被后肠微生物特异性地降解利用。目前，日粮纤维已被看作单胃动物的第七大营养物质，但纤维对猪的生长表型的影响因其添加水平、来源、类型或组成不同而存在差异，而在此过程中，肠道微生物的作用尚属未知。

我们探索了不同来源和类型的日粮纤维与猪小肠和后肠不同微生物群之间的互作关系，并初步揭示了其对猪肠道屏障和免疫功能的影响机制。主要研究进展包括：1)猪肠道微生物群落对日粮纤维类型的转变具有一种“实时动态”响应，菌群结构的适应性调整可明显改变后肠发酵模式，影响纤维的发酵利用效率，在此过程中，多糖利用菌群与氢利用菌群之间的互作是决定纤维在猪肠道中的发酵效率的关键因素;2)生长猪日粮中添加高水平(>15%)的混合纤维源有助于规避高水平的单一纤维源对生产性能造成的不利影响;3)日粮纤维的微生物代谢产物SCFAs是调控猪肠道发育和屏障功能的重要媒介。

不同纤维源可能通过TLR4或NOD相关信号通路调控猪肠道屏障和免疫功能，但对回肠免疫和屏障功能的调控途径与此无关。这种调控机理上的肠段差异与前肠和后肠微生物群落结构的差异有关。研究结果强调了日粮纤维源、肠道微生物不同类群、宿主代谢和健康之间的潜在联系，并发现除后肠微生物以外，前肠微生物对纤维的发酵利用至关重要。即使饲粮中日粮纤维的含量提高，通过优化纤维的来源和组成也不会影响猪的生长性能，同时可达到改善猪的肠道吸收、屏障和免疫功能的目的，其理论基础的关键点在于特定肠道菌群的作用。

在上述研究基础上已申报国家发明专利1项，发表相关学术论文18篇，培养研究生4名。下一步将聚焦于猪肠道中特定微生物群的互作对日粮纤维发酵效率和养分消化率的影响机理，最终目的是研发并优化针对生长猪的含纤维无抗饲粮配方。

研究论文1题目：Dietary pea fiber increases diversity of colonic methanogens of pigs with a shift from Methanobrevibacter to Methanomassiliicoccus-like genus and change in numbers of three hydrogenotrophs

中文题目：豌豆纤维增加猪结肠甲烷菌多样性并促使类Methanomassiliicoccus菌增殖，改变猪结肠三大氢营养菌的数量

中文摘要：豌豆纤维(PF)是具有较大应用潜力的一种日粮纤维。PF与猪结肠微生物组成的相互关系知之甚少。甲烷菌是单胃动物后肠中的主要微生物之一，由于其具有移除细菌代谢终产物(H2)的能力，其在猪后肠纤维降解中的作用非常重要。探索PF对猪结肠甲烷菌群落结构的影响，有助于阐明由微生物介导的日粮纤维生理功能的机制。本研究通过建立16S rRNA基因克隆库和qPCR方法，探讨了PF对仔猪和育肥猪结肠甲烷菌多样性、数量和/或活性的影响。结果表明，甲烷群落结构的改变可能导致其从利用H2/CO2为主转而利用H2/CO2和甲醇/CO2为主。对甲烷菌、硫酸盐还原菌(SRB)和产乙酸菌的三个功能基因(Mcra、Dsra和Fhs)的定量分析表明，日粮中高水平的PF导致猪结肠甲烷菌和SRB活性增加，可能与类Methanomassiliicoccus luminyensis菌比例的增加有关。因此，特定甲烷菌群与SRB的互作可能是揭示PF在猪后肠利用效率的关键突破点。

关键词：豌豆纤维，甲烷菌，多样性，结肠，猪。

所属研究课题：国家自然科学基金项目(31301987)、中国博士后科学基金项目(2013M542286、2015T80986)

研究论文2题目：Different Types of Dietary Fibers Trigger Specific Alterations in Composition and Predicted Functions of Colonic Bacterial Communities in BALB/c Mice

中文题目：不同类型的日粮纤维特异性地触发BALB/c小鼠结肠细菌组成和功能改变

中文摘要：可溶性膳食纤维(SDF)比不可溶性膳食纤维(IDF)更易被单胃动物后肠微生物发酵，但二者对结肠细菌组成和功能的影响尚不清楚。本研究比较分析了日粮中添加高水平(20%)SDF——燕麦β-葡聚糖(G组)、IDF——微晶纤维素(M组)，及二者混合物(GM组)对BALB/C小鼠(n= 7)结肠细菌组成及其功能的影响。结果发现，G组小鼠ADFI最低(P<0.05)，但ADG与其余各组组相比无显著变化，可能与这些小鼠结肠中高浓度的丙酸含量(P<0.05)有关。此外，G组小鼠结肠细菌α-多样性显著低于其他组(P<0.01)，拟杆菌门细菌相对丰度显著增加，而厚壁菌门相对丰度显著降低(P<0.01)。各组小鼠结肠中的核心菌群组成存在明显差异。G组小鼠结肠Bacteroides、Dehalobacterium、Prevotella以及产乙酸菌和一些发酵复杂碳水化合物的菌属相对丰度显著增加，M组小鼠结肠中Adlercreutzia、Odoribacter、Coprococcus相对丰度显著增加，而Oscillospira、Desulfovibrio、Ruminoccaceae以及装配多种碳水化合物活性酶的典型氢营养菌在GM组小鼠结肠中显著富集(P<0.05)。研究还发现三类变形菌纲(β、γ、δ)在G组小鼠结肠中显著高于其余各组(P<0.05)，表明在当前研究中，摄入高水平的燕麦β-葡聚糖可导致小鼠结肠中条件致病菌的增殖。微生物功能预测表明，G组和M组小鼠结肠内的“能量代谢”和“碳水化合物代谢”代谢途径相关基因丰度较高，提示摄入燕麦β-葡聚糖或微晶纤维素导致的小鼠结肠细菌组成的改变可能使纤维多糖的降解更为有效。结果表明，日粮中的β-葡聚糖(SDF)对小鼠结肠菌群组成和功能的影响大于微晶纤维素(IDF)，SDF与IDF在日粮中的混合添加有助于提高小鼠结肠内细菌多样性，减少条件致病菌的产生。

关键词：日粮纤维，结肠细菌组成，高通量测序，功能预测，BALB/c小鼠。

所属研究课题：国家自然科学基金项目(31301987)

研究论文3题目：Responses in ileal and cecal bacteria to low and high amylose/amylopectin ratio diets in growing pigs

中文题目：生长猪回肠和盲肠细菌对日粮中高、低直链淀粉/支链淀粉/的响应

中文摘要：小肠中不能被消化的淀粉可以作为后肠细菌发酵的碳源。本研究旨在比较低(0.14，LR组)和高(0.43，HR组)直链淀粉/支链淀粉比率对生长猪回肠和盲肠细菌群落的影响。基于Miseq 2000平台的高通量测序分析表明，LR猪回肠Bacteroidetes丰度显著高于HR猪(P<0.05)。Megasphaera和Prevotella是LR猪回肠中的两个优势菌属，且Prevotella丰度显著高于HR猪(P<0.05)。Prevotella在LR和HR猪盲肠中均为优势菌，二者无显著差异(P>0.05)。随着LR猪回肠乙酸和丁酸浓度的增加，Megasphaera elsdenii和Multacida Mitsuokella两种细菌的丰度极显著升高(P<0.01)，而属于γ-变形菌纲的Halomonas pacifica、Escherichia fergusonii和Actinobacillus minor的丰度在HR猪回肠中显著降低(P<0.01)，类Lactobacillus acetotolerans细菌则显著增加(P<0.01)。因此，细菌群落结构的改变可能导致微生物功能的转变(如发酵模式的改变)，最直接的体现就是短链脂肪酸等微生物代谢产物浓度和比例的变化，改变肠道微环境，促进营养物质在猪肠道中的吸收和利用。日粮中直链淀粉含量的增加可降低条件致病菌数量，可能是由于某些益生菌(如乳酸杆菌)的增加抑制了致病菌生长，从而降低了猪患肠道疾病的风险。

关键词：细菌结构，回肠，盲肠，直链淀粉/支链淀粉，猪。

所属研究课题：中国博士后科学基金项目(2013M542286)、国家自然科学基金项目(31301987)

研究论文4题目：短期或长期饲喂高水平豌豆纤维对猪盲肠微生物群落结构和代谢产物的影响

摘要：旨在探讨短期或长期饲喂高水平豌豆纤维(PF)对猪盲肠细菌群落结构和主要代谢产物的影响。选取50头初始体重为7.2 ± 0.5 kg的28日龄健康断奶杜洛克×长白×大约克仔猪，按体重无差异原则随机分为2组，每组5个圈，每圈5头仔猪。处理组猪按断奶期(试验开始至断奶后30 d)、生长期(断奶后30至90 d)和育肥期(断奶后90 d至 160 d)3个不同生理阶段猪对日粮纤维的耐受量，分别饲喂含10%、20%、30% PF的饲粮。对照组猪饲喂基础饲粮。在第一阶段(仔猪)和试验结束时(育肥猪)屠宰，采集盲肠食糜。以454高通量测序结合real-time PCR方法检测微生物群落结构。气相色谱法检测盲肠食糜中挥发性脂肪酸含量。结果表明：1)长期或短期饲喂高水平PF对猪ADFI和ADG均无显著影响(P > 0.05)。2)长期饲喂PF显著增加猪盲肠中总挥发性脂肪酸含量，显著降低丙酸比例(P < 0.05)。3)高通量测序分析表明，与对照组相比，短期饲喂PF的仔猪盲肠中Firmicutes门比例下降5.6%，Proteobacteria门比例增加4.3%;长期饲喂PF的肥育猪盲肠中Bacteroidetes门比例增加4.8%，Firmicutes门比例下降6.8%，采食PF后猪盲肠中存在独有优势菌属。4)Real-time PCR结果进一步证实，与对照组相比，短期饲喂PF可显著增加仔猪盲肠中总细菌、Bacteroides-Prevotella-Porphyromonas(BPP)、Enterococcus、Clostridium cluster IV的拷贝数(P < 0.05)，极显著增加Bacteroidetes、Lactobacillus和Desulfovibrio desulfuricans数量(P < 0.01)，极显著降低Firmicutes数量(P < 0.01);长期饲喂PF可极显著增加肥育猪盲肠中D. desulfuricans数量(P ≤ 0.01)，显著降低总细菌、BPP、Helicobacter-Flexipira-Wollinella(HFW)数量(P < 0.05)，极显著降低Enterococcus、Streptococcus和Clostridium cluster I数量(P ≤ 0.01)。因此，猪后肠细菌群落(尤其是氢营养菌)可对日粮中高水平的PF做出迅速响应，短链脂肪酸比例的变化暗示这种菌群结构的改变与后肠微生物发酵方式的改变有关。日粮中添加高水平PF虽然可降低盲肠中条件致病菌(如Streptococcus)并提高有益菌(如Lactobacillus)的数量，但很可能不利于盲肠微生物发酵产生丁酸。

关键词：豌豆纤维，猪，盲肠，微生物群落结构，代谢产物。

所属研究课题：国家自然科学基金项目(31301987、3167131062)、中国博士后科学基金项目(2013M542286、2015T80986)