植物多酚对反刍动物瘤胃脂肪...及微生物组成影响的研究进展_郭荟.pdf

综述NO.06 2023112饲料研究 FEED RESEARCH植物多酚对反刍动物瘤胃脂肪酸氢化及微生物组成影响的研究进展郭荟1，2 毛金菊1，2 王园1，2*安晓萍1，2 齐景伟1，2（1.内蒙古农业大学动物科学学院，内蒙古 呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区草食家畜饲料工程技术研究中心，内蒙古 呼和浩特 010018）摘要：脂肪酸的生成与瘤胃发酵参数、生物氢化以及瘤胃微生物等因素密切相关。植物多酚可以调节反刍动物生产性能，提高氮的利用率，调节脂肪酸氢化，影响瘤胃微生物活性及数量。文章综述了植物多酚对反刍动物瘤胃脂肪酸氢化及微生物组成影响的研究进展，为植物多酚在对反刍动物瘤胃脂肪酸氢化及微生物组成影响的研究及应用提供参考。关键词：植物多酚；反刍动物；脂肪酸氢化；瘤胃微生物中图分类号：S 816.7 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）06-0112-05 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.06.023Research progress on effect of plant polyphenols on fatty acid hydrogenation and microbial composition in rumen of ruminantsGUO Hui MAO Jin-ju WANG Yuan AN Xiao-ping QI Jing-weiAbstract:Fatty acid production is closely related to rumen fermentation parameters,biohydrogenation and rumen microorganisms.Plant polyphenols can regulate ruminant performance,improve nitrogen utilization,regulate fatty acid hydrogenation and affect rumen microbial activity and abundance.The article reviews the progress of research on effect of plant polyphenols on rumen fermentation parameters,fatty acid hydrogenation and rumen microorganisms in ruminants,to provide a reference for future research and application of plant polyphenols in livestock industry.Key words:plant polyphenols;ruminants;fatty acid hydrogenation;rumen microorganisms近年来，反刍动物产品中脂肪酸（FA）的组成对人类健康作用的问题备受人们关注。共轭亚油酸（CLA）具有抗癌、抗肥胖和抗动脉粥样硬化的作用1。而cis-9,trans-11 CLA 经 溶 纤 维 丁 酸 弧 菌（Butyrivibrio fibrisolvens）氢化后会成为对人体健康有害的硬脂酸（C180，SA）。许多饲料添加剂（如莫能菌素）可通过抑制革兰氏阳性菌的生长而影响生物氢化（BH）过程，提高乳脂肪中CLA的含量2-3。在反刍动物瘤胃中，瘤胃发酵参数的变化可影响瘤胃微生物活性，进而影响生物氢化过程，最终影响脂肪酸的生成。在日粮中添加植物多酚（PP）等植物次级代谢产物（PSC）可以参与调控生物氢化。PP能够影响反刍动物挥发性脂肪酸（VFA）的比例4，提高氮的利用率5，调节脂肪酸氢化6，影响瘤胃微生物活性及数量7。文章就PP对反刍动物瘤胃脂肪酸氢化及微生物组成影响的研究进展进行综述，为PP在反刍动物生产中合理应用提供参考。1植物多酚对瘤胃发酵参数的影响pH值、氨态氮（NH3-N）及VFA含量是评价瘤胃发酵的重要参数。瘤胃pH值主要影响反刍动物对日粮中纤维的消化能力及瘤胃微生物的活性8，瘤胃pH值因日粮组成不同而变化，正常范围为5.67.5。王敬尧等9通过体外试验发现，随着单宁添加量的增多，瘤胃液pH值呈下降趋势。VFA是日粮中碳水化合物经瘤胃发酵的终产物，也是反刍动物合成脂肪的原料及能量的主要来源10。反刍动物对氮的低效利用导致体内剩余大量的氮以NH3-N形式排放11。因此，NH3-N含量可反映反刍动物瘤胃中瘤胃微生物对氮的利用情况12。徐家英13指出，NH3-N可降低脂肪酸的积累。Wang等14在日粮中分别添加 0.2%和 0.3%的板栗单宁，NH3-N 水平分别降低了3.5%和4.7%，与Sarnataro等15在肉牛日粮中添加板栗单宁显著降低了动物体内NH3-N水平的结果一致。这可能是由于单宁与日粮中蛋白质形成复合物，减少了瘤胃微生物对日粮中蛋白质的利用，提高氮利用率，降低体内NH3-N水平，有利于脂肪酸的积累。添加板栗单宁可以第一作者：郭荟，硕士，研究方向为生物饲料的研发与应用。通信作者：王园，博士，副教授，硕士生导师。基金项目：内蒙古自治区科技重大专项（项目编号：2021ZD0024-4、2021ZD0023-3、2020ZD0004）收稿日期：2022-08-05综述NO.06 2023113饲料研究 FEED RESEARCH显著提高丁酸含量，影响了乙酸和丙酸的相对含量，降低了乙丙比14。研究表明，添加缩合单宁（CT）对T-VFA和丙酸具有积极作用，对乙酸具有负面作用，可能是因为CT对瘤胃微生物活性具有接抑制作用16-18。2植物多酚对脂肪酸生物氢化的影响BH是日粮中脂类物质（如甘油三酯、磷脂和糖脂等）在脂肪酶作用下脂解为游离不饱和脂肪酸（UFA）后，瘤胃在厌氧环境中经瘤胃微生物氢化为SFA或其他氢化中间产物，以得到（C180）为终点的生化过程。瘤胃生物氢化过程中产生的中间产物主要为C183、C182和C181的位置异构体和几何异构体，其主要成分包括亚油酸（cis-9.cis-12 C182，LA）、-亚麻酸（cis-9,cis-12,cis-15 C183，LNA）和油酸（cis-9 C181）19。UFA在治疗疾病方面具有重要的生物学作用，如n-3系多不饱和脂肪酸（n-3 PUFA）在心血管健康、预防炎症、增强视觉和大脑发育方面均发挥重要作用。研究发现，添加PP可以调节反刍动物脂肪酸BH过程，影响反刍动物产品中脂肪酸的组成，从而提高其营养价值。PP通过抑制BH过程中最后一步的还原反应或促进生物氢化第一步提高瘤胃中生物氢化中间产物异油酸（trans-11 C181,VA）的产生量，如通过抑制9-去饱和酶活性进而抑制（trans-11 C181）向（C180）转化20-21；PP还可以通过调节相关瘤胃微生物影响生物氢化过程。Guerreiro等22研究表明，岩蔷薇CT提取物可以通过提高瘤胃液中trans-11 C181和cis-9,trans-11-C182的沉积但不抑制C180的产生，从而调控生物氢化过程，可能是由于岩蔷薇CT提取物具有与日粮中化合物结合的能力，且可以与瘤胃微生物相互作用，与Vasta等23认为，单宁对氢化过程的抑制作用是通过抑制瘤胃微生物活性的观点一致。添加单宁可以抑制原虫的细菌降解活性24。Loureno等25指出，原虫自身可能不具有直接影响生物氢化的能力，而是通过吞噬大量细菌间接影响BH。PP与蛋白质结合的复合物中包被了脂质，降低了FA的脂解速度，进而抑制脂肪酸BH过程。Lee等26研究表明，由于脂质被包被于蛋白质-苯酚复合物中，导致瘤胃中脂肪分解速度降低。体外研究表明，不同类型的PP对瘤胃消化液中SA的积累均具有负面影响，并且会导致VA和瘤胃酸（cis-9,trans-11 C182，RA）的累积。动物组织中绝大多数的cis-9,trans-11 CLA是VA在-9去饱和酶作用下产生的，由此可以推测，VA在瘤胃中的形成和累积有利于提高动物产品的营养价值。植物多酚对日粮PUFA的生物氢化及参与生物氢化过程脂肪酸含量的影响见表1。3植物多酚对瘤胃微生物的影响瘤胃微生物体内瘤胃细菌含量丰富，瘤胃微生物可发酵碳水化合物，产生VFA、CO2和H2，并合成新的微生物蛋白质、脂类和维生素等营养物质，部分瘤胃菌群还会参与BH过程。原虫可以影响纤维、碳水化合物、蛋白质和脂肪的消化过程，产生VFA（特别是乙酸、丁酸）和H232。研究表明，PP可以在酸性的瘤胃环境中与微生物膜蛋白结合形成复合物，从而抑制瘤胃微生物生长33。表1植物多酚对日粮PUFA的生物氢化及参与生物氢化过程脂肪酸含量的影响 项目亚油酸（LA）的BH亚麻酸（LNA）的BH瘤胃酸（RA）液相吸附菌（LAB）中RA固相吸附菌（SAB）中RA异油酸（VA）LAB中VASAB中VA硬脂酸（SA）SAB中SALAB中SA影响抑制抑制升高有升高趋势抑制抑制促进促进升高升高受添加剂量影响受添加剂量影响促进促进抑制抑制抑制抑制抑制抑制多酚来源（剂量）木瓜提取物（15 mg/250 mg DM）木瓜提取物（15 mg/250 mg DM）奎拉科（9.6%浓缩DM）奎拉科（2080 g/kg DM）奎拉科（4982 g/kg DM）板栗（4982 g/kg DM）奎拉科（4982 g/kg DM）板栗（4982 g/kg DM）奎拉科（4%DM）板栗（5.3%浓缩DM）板栗（4982 g/kg DM）奎拉科（4982 g/kg DM）板栗（4982 g/kg DM）奎拉科（4982 g/kg DM）奎拉科（1 mg/mL 瘤胃液）板栗（5.3%浓缩DM）奎拉科（4982 g/kg DM）板栗（4982 g/kg DM）奎拉科（4982 g/kg DM）板栗（4982 g/kg DM）文献来源Jafari等27Jafari等27Vasta等28Carreo等29Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30Vasta等20Buccioni等31Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30Vasta等20Buccioni等31Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30Buccioni等30综述NO.06 2023114饲料研究 FEED RESEARCH另有研究表明，CT 对琥珀酸纤维杆菌（Fibrobacter succinogenes）、溶 纤 维 丁 酸 弧 菌（Butyrivibrio fibrisolvens）、嗜 淀 粉 瘤 胃 杆 菌（Ruminobacter amylophilus）和波维链球菌（Streptococcus bovi）等瘤胃微生物的生长具有抑制作用34-35。3.1植物多酚对与瘤胃发酵参数相关微生物的影响瘤胃pH值超出正常范围值（5.67.5）会影响瘤胃微生物活性及瘤胃发酵活动。王敬尧等9试验结果表明，单宁可能是由于抑制了瘤胃微生物的活性而对瘤胃pH值产生影响。瘤胃微生物发酵的主要产物是VFA，饲料中的纤维物质经瘤胃微生物发酵后可产生乙酸，因此乙酸浓度可作为评价微生物纤维降解活性的指标36。研究表明，在反刍动物日粮中添加PP可抑制纤维分解菌的生长，进而减少纤维降解，减少VFA的产生4。杨凯37研究发现，在肉牛日粮中添加水解单宁（HT）使瘤胃中异戊酸、戊酸含量及乙丙比显著降低，且丙酸比例显著提高，可能是由于HT影响了瘤胃中相关纤维分解菌的活性。瘤胃中约80%的微生物都能够利用N合成菌体蛋白（BCP），而瘤胃中NH3-N含量反映了瘤胃微生物利用N的能力。杨凯37试验结果表明，添加单宁可能降低了原虫的活力，使肉牛瘤胃中NH3-N含量显著降低。因此，PP可以通过调节相关瘤胃微生物的活性、pH 值、VFA 产生量及NH3-N的浓度，影响脂肪酸的合成。3.2植物多酚对与生物氢化相关微生物的影响PP可以通过抑制瘤胃微生物的酶活性38、改变膜的通透性对瘤胃微生物产生抑制作用39。对瘤胃微生物的抑制程度主要取决于PP的剂量、性质以及细菌种类。对比不同添加量下CT对反刍动物的抑制作用发现，在较高添加量（50 g/kg DM）时，CT会破坏微生物的消化；在较低添加量（510 g/kg DM）时，CT可以调节脂肪酸BH6。可能是由于CT通过与脂蛋白结合降低了微生物细胞膜的通透性，甚至在高水平添加时破坏细胞膜，从而抑制了微生物的活动和生长40。Kemp等41根据生物氢化过程和终产物，将参与生物氢化的细菌分为A、B两组。A组细菌为白色瘤胃球菌（Ruminococcus albus）和（Butyrivibrio fibrisolvens），能够氢化（C182 n-6）和（C183 n-3），终产物主要是VA；B组细菌为巴氏梭菌（Fusocillus babrahamensis）溶纤维梭菌（Fusocillus sp.）和一个未命名的革兰氏阴性杆菌（R8/5），能够利用VA作为其底物之一，终产物主要是（C18 0）。Wallace 等42指 出，丁 酸 弧 菌 属（Butyrivibrio proteoclasticus）能够将 n-6 C182 氢化为C18 0，丁 酸 弧 菌 蛋 白 分 解 菌（Butyrivibrio proteoclasticum）在系统发育上与（Fusocillus sp.）相关。Boeckaert等43将（Butyrivibrio proteoclasticum）以及亨氏丁酸弧菌（Butyrivibrio hungatei）均确定为B组细菌。除瘤胃细菌外，反刍动物瘤胃中原虫数量约占微生物生物总量的50%，能够吞噬大量细菌，与进行纤维消化的微生物的活动有关42-44。原虫群落可分为4种类型：A型群落，以多泡聚质体（Polyplastron multivesiculatum）为主要种；B型群落，以埃皮迪尼姆（Epidinium ecaudatum）和马吉真二倍体（Eudiplodinium maggii）为重点种；O型群落，由内毛虫、厚毛虫和等毛虫属组成；牛的瘤胃中特有的 K 型群落，以延胡索乙素（Elytroplatron bubali）为关键种45。李大彪等46试验结果表明，在日粮中添加单宁使绵羊和山羊瘤胃食糜中Ruminococcus albus、黄腐瘤胃球菌（Ruminococcus flavefaciens）和 琥 珀 原 纤 维 杆 菌（Fibrobacter succinogenes）等主要纤维分解菌的数量均显著降低。参与生物氢化的瘤胃微生物见表2。表2参与生物氢化的瘤胃微生物 瘤胃微生物白色瘤胃球菌（Ruminococcus albus）溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）溶纤维梭菌（Fusocillus sp.）R8/5丁酸弧菌属（Butyrivibrio proteoclasticus）生成硬脂酸的丁酸弧菌（Butyrivibrio SA）生成异油酸的丁酸弧菌（Butyrivibrio VA）溶纤维丁酸弧菌（Butyrivibrio fibrisolvens）梭菌属（Clostridium）厌氧细菌（Anaerobic bacteria）亨氏丁酸弧菌（Butyrivibrio hungatei）氢化底物C182 n-6C183 n-3VAVAn-6 C182n-6 C182n-6 C182cis-9，cis-12 C182cis-9，cis-12 C182氢化产物VAVAC180C180C180VA、C180VAcis-9，trans-11共轭亚油酸，疫苗酸C180cis-9，trans-11 亚油酸C180文献来源Kemp等41Wallace等42Paillard等47-48Mckain等49Kemp等50Nam等51Van等52注：R8/5为一种未命名的革兰氏阴性杆菌；丁酸弧菌属为一种产丁酸的革兰氏阳性菌。综述NO.06 2023115饲料研究 FEED RESEARCH由表2可知，Ruminococcus albus可将n-6 C182氢化为VA，因此，单宁使Ruminococcus albus的数量降低有可能会影响BH的进程。Costa等53研究表明，CT对瘤胃微生物活性有直接抑制作用，甚至可能会抑制BH，瘤胃细菌对单宁的敏感度，尤其是一些革兰氏阳性纤维分解 细 菌（如Ruminococcus albus、Ruminococcus flavefaciens、Fibrobacter succinogenes和Butyrivibrio fibrisolvens）比革兰氏阴性瘤胃细菌（如Selenomonas ruminantium）更易受单宁影响。因此，PP主要通过影响微生物的数量及活性34、改变膜的通透性39等方式，对瘤胃微生物产生抑制作用；PP通过影响瘤胃发酵参数、调节BH，进而影响脂肪酸的生成。4结论PP因与反刍动物唾液黏蛋白结合产生涩味导致动物采食量降低，并影响动物消化营养物质而被视为抗营养因子。日粮中添加PP可提高反刍动物生产性能，且在影响瘤胃发酵参数、调控脂肪酸氢化及调节瘤胃微生物等方面具有积极作用。在日粮中添加适宜剂量的PP有利于反刍动物的健康生长。未来，PP对反刍动物脂肪酸氢化及瘤胃微生物组成的作用机制还有待进一步深入研究，为反刍动物科学饲喂PP提供参考。参考文献1 Christie W W.Analysis of conjugated linoleic acid:An overviewM/Advances in Conjugated Linoleic Acid Research.Singapore:AOCS Publishing,2003.2 周承福.亚麻籽油对瘤胃发酵、生物氢化及甲烷排放的影响D.重庆:西南大学,2021.3 Alzahal O,Odongo N 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