本研究拟从发酵豆粕改变仔猪肠道菌群结构,从而影响大肠菌群碳、氮代谢的角度研究其促生长机理,为仔猪饲料中更好地利用发酵豆粕和开发生物饲料提供理论依据。本文先研究不同菌种组合及条件参数对发酵产物的影响,为饲养试验提供材料;再通过代谢试验和屠宰试验研究发酵豆粕对仔猪大肠发酵参数、菌群结构及代谢产物的影响;然后利用体外肠道模型验证发酵豆粕改变仔猪大肠菌群后对发酵参数的影响;最后通过静置产气试验研究发酵豆粕对仔猪粪便氨气排放的延续效应。研究共分六个部分,主要结果如下:第一部分:豆粕发酵条件及发酵产物。为了研究不同温度下甘露寡糖和β-葡聚糖含量的变化,设计了如下两个试验。不同微生物添加量试验:将8组不同比例枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和乳杆菌组成的2.87kg发酵液分别与7.13 kg豆粕混合后密封于18 L水桶中常温发酵10 d;不同发酵温度试验:根据不同微生物比例试验的结果,选用最佳微生物添加量,将1.426 kg豆粕与0.574 kg微生物发酵液混合后密封于3 L烧杯中,并分别置于25℃、30℃和35℃恒温发酵7 d。主要结果如下:枯草芽孢杆菌和乳杆菌用于豆粕发酵时不影响酿酒酵母发酵产物(甘露寡糖和β-葡聚糖)的产生。与25℃和30℃的环境温度相比,35℃更有利于豆粕发酵产物的积累;35℃发酵至第4 d,枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和乳杆菌数量,以及发酵产物含量都趋于稳定。因此,选用35℃发酵4 d的发酵豆粕作为材料研究其对仔猪大肠菌群碳、氮代谢的影响。第二部分:发酵豆粕对仔猪大肠发酵参数的影响。为了研究湿、干发酵豆粕对仔猪大肠发酵参数的影响,以基础日粮作为对照,添加5%干发酵豆粕和7.33%湿发酵豆粕(折合5%干发酵豆粕)对75头41日龄的仔猪(13.14±0.22 kg)进行28 d的饲养试验。试验结束后每个重复选1头仔猪(共15头)屠宰,采集盲肠、上段结肠、下段结肠和直肠内容物进行测定。主要结果如下:与对照组相比,湿、干发酵豆粕组分别提高仔猪平均日增重27.08%和14.58%,提高饲料转化率18.18%和7.27%,提高大肠丁酸浓度38.35%和17.10%,降低戊酸浓度32.00%和17.58%,降低异戊酸浓度32.24%和18.25%,提高丁酰辅酶A转移酶基因数量、降低脲酶基因数量。因此,发酵豆粕能干预仔猪大肠发酵,提高碳水化合物发酵、降低蛋白质发酵。第三部分:发酵豆粕对仔猪大肠菌群结构的影响。为了研究发酵豆粕对仔猪大肠菌群结构的影响,通过第二代Illumina MiSeq技术,测定第二部分(饲养试验)的三组仔猪大肠内容物中细菌16S rRNA基因序列,分析其群落结构多样性,并预测其菌群功能的变化。主要结果如下:发酵豆粕可增加仔猪大肠各段的微生物多样性;增加丁酸产生菌相对丰度、降低氨基酸发酵细菌相对丰度;提高碳水化合物代谢的功能基因家族相对丰度、减少氨基酸代谢的功能基因家族相对丰度,且湿发酵豆粕的干预效果更强。第四部分:发酵豆粕干预下仔猪大肠内容物的代谢组学分析。为了进一步研究发酵豆粕对仔猪大肠菌群碳、氮代谢的影响,通过测定第二部分(饲养试验)的三组仔猪大肠内容物的碳、氮代谢产物,借助PCA、PLS-DA和OPLS-DA多维统计分析模型,结合代谢通路分析仔猪大肠菌群碳、氮代谢的变化及其关联。主要结果如下:对不同处理组的样本进行了代谢组学分析后,筛选出了差异代谢物135个,且湿、干发酵豆粕组和对照组三组之间仔猪大肠各段代谢均有差异。发酵豆粕组增加了与碳水化合物代谢相关的代谢产物,如4-氨基丁酸(4-Aminobutanoate)、乳酸(Lactic acid)、甘露醇(Mannitol)、苏糖醇(Threitol)和β-丙氨酸(β-Alanine)等;减少了与蛋白质代谢相关的代谢产物,如1,3-二氨基丙烷(1,3-Diaminopropane)、肌酸(Creatine)、甘氨酸(Glycine)和肌苷(Inosine)等。结合代谢通路分析,干发酵豆粕通过4-氨基丁酸途径提高仔猪大肠菌群碳水化合物代谢、降低蛋白质代谢,湿发酵豆粕通过4-氨基丁酸途径、β-丙氨酸途径和5-氨基戊酸途径同时提高仔猪大肠菌群碳水化合物代谢、降低蛋白质代谢。第五部分:体外肠道模型研究发酵豆粕对仔猪大肠发酵参数的影响。应用体外肠道模型研究发酵豆粕对仔猪大肠菌群碳、氮代谢的影响,以第二部分(饲养试验)的三组仔猪大肠内容物作为菌源,在39℃下发酵24 h。主要结果如下:与对照组相比,湿、干发酵豆粕组大肠微生物可分别提高丁酸浓度18.39%和15.15%,降低戊酸浓度15.63%和8.33%,提高丁酰辅酶A转移酶基因数量、降低脲酶基因数量,这些结果与第二部分饲养试验的一致。此外,湿、干发酵豆粕组的氨气产量较对照组分别降低了29.68%和17.73%。这些都表明了饲喂发酵豆粕改变仔猪大肠菌群后,能干预大肠发酵,提高仔猪大肠菌群碳水化合物发酵、降低蛋白质发酵。第六部分:发酵豆粕对仔猪粪便氨气排放的影响。为了研究饲喂发酵豆粕改变仔猪大肠菌群及其代谢后,对仔猪粪便氨气排放的延续效应,收集第二部分(饲养试验)的三组仔猪粪便各1 kg,利用箱式堆肥装置对仔猪粪便进行7 d的静置产氨试验。主要结果如下:湿发酵豆粕组仔猪粪便1 d和7 d产氨量都显著低于干发酵豆粕组的(P<0.05),干发酵豆粕组仔猪粪便1 d和7 d产氨量都显著低于对照组的(P<0.05)。湿、干发酵豆粕组仔猪粪便1 d产氨量较对照组分别降低了33.46%、13.39%,7 d产氨量较对照组分别降低了23.53%、13.26%。因此,饲喂发酵豆粕对仔猪粪便氨气排放有延续效应,能减少仔猪粪便氨气排放。综上所述:(1)饲养试验及体外肠道模拟试验结果均表明:饲喂发酵豆粕能影响仔猪肠道菌群结构,提高碳水化合物代谢的功能基因家族相对丰度、减少氨基酸代谢的功能基因家族相对丰度,从而提高仔猪大肠菌群碳水化合物代谢、降低蛋白质代谢;且湿发酵豆粕较干发酵豆粕的干预作用更强。(2)通过代谢组学研究发现,发酵豆粕影响仔猪大肠菌群碳、氮代谢通路如下:干发酵豆粕通过4-氨基丁酸途径提高仔猪大肠菌群碳水化合物代谢、降低蛋白质代谢;湿发酵豆粕通过4-氨基丁酸途径、β-丙氨酸途径和5-氨基戊酸途径同时提高仔猪大肠菌群碳水化合物代谢、降低蛋白质代谢。(3)饲喂发酵豆粕对仔猪粪便氨气排放有延续效应,能减少仔猪粪便氨气排放。