微生物对于泌乳效率的重要性

摘要

我们都知道瘤胃微生物对于泌乳效率的重要作用，但研究人员仍然试图找出其背后的原因。

Paul J. Weimer 和Lori Ward Bocher

两位作者最近从位于威斯康辛州麦迪逊的美国农业部-农业研究所饲料研究中心退休，其中一位是微生物学家，一位是农业信息专家。

在很多方面，饲喂奶牛，就是在饲喂瘤胃中的微生物。奶牛不能直接利用绝大部分饲料原料，甚至单糖。它依赖瘤胃微生物将饲料原料转化为挥发性脂肪酸（VFAs），以便其可以吸收转化为能量和牛奶，约2/3的饲料和90%的纤维消化是在瘤胃微生物的帮助下完成。

在瘤胃微生物消化饲料的同时，其本身也是一种重要的营养来源，通常蛋白的含量达到55%（干物质基础）。在一些日粮中，微生物蛋白提供了奶牛所需蛋白总量的一半。此外，微生物蛋白的氨基酸组成几乎完美，任何日粮也无法复制，且其富含很难在日粮中补充的赖氨酸和蛋氨酸。

最近的科学进步使得鉴别和研究瘤胃中的不同微生物变得更加容易。由于这些进步，我们已经了解了成千上万种以前看不到的微生物。看起来每头奶牛都有自己的瘤胃微生物菌群，或者说是独特的细菌群落组成（BCC）。

尽管牛是具有反刍动物“核心微生物群”最丰富的群体，但各奶牛个体之间的微生物种类的特征和相对丰度差异较大，不存在典型或不典型的微生物群落，就像指纹一样，没有两个BCCs是相同的。

就像指纹一样，如果奶牛采食同样的日粮，其瘤胃细菌群落组成似乎不会轻易的改变。在之前的研究中，我们把一对具有不同BCCs的奶牛瘤胃内容物几乎完全交换。但几周之后，每头奶牛的BBC都回到了原状。牛对BCC的控制力似乎比日粮或引入其他微生物更强。

微生物与饲料转化效率

对于牲畜来说，饲料是其投入最大的生产成本。因此，饲料转化效率对于生产者的利润有重要的影响。众所周知，采食同样日粮的动物，它们的饲料转化效率也存在差异。这种差异一般会认为是遗传因素造成的，但剩余采食量（衡量奶牛饲料转化效率的一种常用指标，是畜禽实际采食量与预期的根据生产性能（产奶量、产蛋数、体增重等）需要和维持体重需要的标准而计算得出的采食量之间的差额。）的遗产能力相当有限。这表明，可能有其他因素是解释奶牛之间饲料转化效率差异的重要因素。

与威斯康辛麦迪逊大学的Garret Suen实验室合作，我们发现能量较正乳产量（ECM）相似的瘤胃瘘管奶牛的干物质采食量不同，且BCC有显著的差异。这说明瘤胃微生物群落对泌乳效率具有一定的影响。

Itzhak Mizrahi的团队在以色列进行了类似的研究，得出了类似的结论，并表明不同微生物发酵谱是这些效益差异的基础。然而，所有这些研究都显示了相关性（统计上的显著相关性），却没有直接表明因果关系。

取决于奶牛

为了直接解决这一关系，我们继续与Suen实验室合作，从我们早期在威斯康辛州杜萨克草原奶牛饲料研究中心的牧场中选择了三对奶牛。

评估了两个泌乳期，发现这6头奶牛在3个特定的泌乳阶段（76-82d，151-157d，和251-257d）的ECM水平相似的情况下，成对奶牛之间的DMI表现出了差异。然后，在它们第三个泌乳阶段，我们通过瘤胃瘘管几乎完全交换成对奶牛之间的瘤胃内容物。

由于在交换瘤胃内容物时，奶牛所处的泌乳阶段不同（因此混淆了效率的直接比较），我们评估了每头奶牛从交换前8天到交换后56天的泌乳效率的变化，发现这6头奶牛中有5头由于瘤胃内容物的交换，其泌乳效率短暂的（约1周）出现了反方向的变动（见图）。

我们还利用细菌群落中16S核糖体RNA（rRNA）基因的下一代测序技术检测了BCC，其是评估不同微生物群体BCC被广泛使用的方法。基于先前交换奶牛瘤胃内容物的研究结果（不包括饲料转化效率的测量），我们预计瘤胃内容物交换后，奶牛的BCC会逐渐回归原态。事实上，我们确实在约1周的时间内看到BCC回到了原来的水平。这些结果为瘤胃微生物对泌乳效率有直接影响提供了证据。

我们已经知道，瘤胃微生物群落会随着日粮的变化在一段时间内变化，但每头奶牛的宿主特异性很强，就是每头奶牛都有自己独特的瘤胃群落。我们也知道，该群落非常具有弹性，当其受干扰时，往往会重新调整自己。这也是为什么益生菌菌株在不经常使用的情况下很难有效的原因之一。我们的实验结果强化了这些概念。

离群值的存在

但是，有趣的是，6头奶牛中有1头表现出了意外的反应，从交换了效率较低奶牛的瘤胃内容物之后，其泌乳效率增加了。这表明，至少在一些奶牛中，BCC可能还没有完全优化生产效率。

其他关于瘤胃微生物群落组成的研究，特别是识别特定微生物的作用和特定微生物组合的有效性，可能为微调瘤胃性能提供策略，提高泌乳效率。

注：作者关于本研究的同行评议文章“Transient changes in milk production efficiency and bacterial community composition resulting from neartotal exchange of ruminal contents between high- and low-efficiency Holstein cows ”已被Journal of Dairy Science 选入2017年9月刊的“Editor’s Choice”。因此，更多详情可见： http://www.journalofdairyscience.org/

转自：Hoard's Dairyman养牛