在荷斯坦奶牛的过渡期和早期泌乳阶段,直接饲喂枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和贝杰林克梭菌(Clostridium beijerinckii)对健康、生产性能以及血液生物标志物的影响
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时间:2025年11月27日
来源:Journal of Dairy Science 4.4
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提高乳脂含量和初乳IgG产量的Bacillus subtilis单独补充对过渡期奶牛性能的影响。Bacillus subtilis单独组(CER)在初乳IgG产量上显著高于联合补充组(CBJ),且乳脂含量在产后第1周和第4周均高于对照组(CON)和Clostridium beijerinckii单独组(BJE)。血浆甘油三酯和胆固醇水平在CER组升高,可能关联到脂质运输改善。BJE组在产后第1周乳蛋白和酪蛋白氮含量更高。健康指标无显著差异。
该研究旨在评估两种直接饲喂微生物(DFM)——枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和产气荚膜梭菌(Clostridium beijerinckii)及其组合对奶牛过渡期健康和性能的影响。实验选取71头经产荷斯坦奶牛,随机分为四组:对照组(CON)、单独补充产气荚膜梭菌组(BJE)、单独补充枯草芽孢杆菌组(CER)以及两者的联合补充组(CBJ)。所有处理从干奶期21天前开始持续至产后70天,期间监测乳产量、乳成分、血液生化指标及健康状态。
### 研究设计与方法
实验采用完全随机区组设计,奶牛在干奶期(-21 DRC至分娩)和产后(0-70 DRC)接受不同处理。日粮以基础全混合日粮(TMR)为主,通过预混料形式添加微生物(CER组添加枯草芽孢杆菌2.0×10^9 cfu/d,BJE组添加产气荚膜梭菌4×10^6 cfu/d,CBJ组同时添加两种菌)。数据采集包括每日干物质摄入量(DMI)、乳产量及组成、血液代谢物(如甘油三酯、谷氨酰转移酶等)、体况评分(BCS)及健康监测(如蹄病评分、酮病检测等)。统计分析采用混合模型,重点考察处理×时间交互作用及主效应。
### 关键研究结果
1. **免疫与初乳质量**
CER组初乳IgG产量显著高于CBJ组(567g vs. 417g,P=0.10),表明枯草芽孢杆菌可能通过调节免疫应答增强初乳抗体分泌。然而,两组间IgG浓度、乳脂及蛋白含量无差异。
2. **乳成分动态变化**
- **乳脂**:CER组在产后第1周和第4周乳脂率显著高于BJE组(5.32% vs. 4.60%)和CON组(4.52% vs. 3.73%),提示枯草芽孢杆菌可能通过优化 rumen发酵或脂质代谢途径提升乳脂合成。
- **乳蛋白与Casein氮**:BJE组产后第1周乳蛋白(4.42%)和Casein氮(4.28%)浓度显著高于CER(3.92%)和CBJ(3.74%)组(P<0.01),表明产气荚膜梭菌可能促进蛋白质代谢。
- **乳糖**:CER组和CBJ组产后第1周乳糖率(4.62%)高于BJE组(4.29%),可能与能量分配模式改变相关。
3. **血液代谢指标**
- **CER组**:血浆甘油三酯(TG)和胆固醇水平显著高于CON组(P=0.06),提示可能通过增强脂质转运改善能量代谢;同时血浆谷氨酰转移酶(GGT)活性低于CBJ组(16.4 vs. 19.8 U/L,P<0.01),表明枯草芽孢杆菌可能降低肝脏炎症反应。
- **BJE组**:血浆总蛋白和球蛋白浓度显著高于CON组(P<0.01),可能与局部免疫调节或炎症因子水平升高有关。
- **代谢平衡**:所有处理组能量负平衡(EBAL)均处于合理范围(-4.6至-6.1 Mcal/d),未观察到过度能量动员。
4. **健康与体况管理**
- **蹄病与代谢紊乱**:CER组蹄病评分(1.1 vs. 1.0)和酮体水平(0.60 mg/dL)接近对照组,未显示明显健康风险。
- **体况评分(BCS)**:产后第1周CER组BCS(3.0)高于BJE组(2.9),但后续周次差异消失,表明微生物干预对体脂动员的短期影响有限。
- **疾病发生率**:四组奶牛在子宫蓄脓、乳房炎等主要健康问题发生率上无显著差异(P>0.10),说明联合补充未显著改善整体健康。
### 机制分析与研究启示
1. **微生物功能差异**
枯草芽孢杆菌(CER)的代谢产物可能通过激活脂质转运相关基因(如FABP4)或抑制胆固醇合成酶(如HMG-CoA还原酶)途径,提升乳脂率。而产气荚膜梭菌(BJE)的发酵产物(如丁酸)可能促进氨基酸分解,提高乳蛋白合成效率。
2. **免疫调节机制**
CER组血浆GGT活性降低与枯草芽孢杆菌的抗氧化特性相关(如产生过氧化氢酶),可能抑制肝脏氧化应激。而BJE组的高球蛋白水平可能源于梭菌代谢产物(如短链脂肪酸)对免疫细胞(如巨噬细胞)的激活作用。
3. **日粮互作效应**
CBJ组未表现出优于单一菌种的协同效应,可能与菌种间代谢竞争(如C. beijerinckii消耗B. subtilis的发酵产物)或剂量不足有关。研究建议未来需优化菌群组合比例及作用时间窗口。
### 局限性与改进方向
- **样本规模**:研究纳入71头奶牛,分组数偏小(每组14-17头),可能限制对罕见事件的检测力(如亚临床酮病)。
- **菌种特异性**:未明确筛选的C. beijerinckii菌株是否具有宿主特异性代谢能力,未来需结合宏基因组学分析菌株功能。
- **过渡期延长监测**:实验仅持续至产后70天,未覆盖整个哺乳期(通常至305天),可能低估长期效益。建议延长观测周期至100天以上。
### 应用价值与展望
该研究为过渡期微生物管理提供了重要参考:
1. **枯草芽孢杆菌单补**:适合需要提升乳脂率的养殖场,但需关注血浆胆固醇水平是否超出安全阈值(>250 mg/dL)。
2. **产气荚膜梭菌单补**:可短期提升乳蛋白和Casein氮,但需结合中性洗涤纤维(NDF)含量监测以避免过度发酵。
3. **联合补充策略**:在当前实验设计中未体现优势,但未来可探索与特定日粮成分(如高纤维饲料)的协同作用。
### 结论
枯草芽孢杆菌(CER)通过改善脂质代谢显著提升乳脂率,同时降低肝脏炎症指标(GGT);产气荚膜梭菌(BJE)在产后第1周通过促进蛋白质合成提高乳蛋白和Casein氮含量。两种菌的联合补充未产生额外效益,提示需根据目标性状选择单一菌种。研究结果支持微生物制剂在过渡期管理中的定向应用,但需结合更多生物学标记(如肠道菌群测序)和长期效益评估。
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