论文部分内容阅读
消化道微生物在宿主各项生理机能上都发挥重要作用，如促进宿主对营养物质的吸收，诱导宿主肠道绒毛细胞发育，刺激宿主免疫系统成熟等。然而消化道微生物并不是恒定不变的，宿主的生活环境、食物组成、健康状况、生长发育、遗传背景等都会对其消化道微生物群落结构产生影响，从而可能影响其功能的执行。尽管消化道微生物对宿主营养物质的吸收和疾病防御等都有重要作用，并且在益生菌对鱼类养殖的促进作用方面已有相关研究和报道，但消化道微生物与鱼类宿主之间的关系的研究目前还存在很大不足。
本研究以我国“四大家鱼”之一的草鱼消化道微生物为研究对象，采用变性梯度凝胶电泳(PCR-DGGE)、构建细菌16SrDNA克隆文库和宏基因组测序等分子生物学技术研究了各种外界因素对草鱼消化道微生物群落结构的影响，并在此基础上分析了食物组成改变对草鱼消化道微生物群落结构及微生物参与的代谢功能的影响。获得的主要结果如下:
(1)草鱼消化道微生物群落中的共检出1228种原核微生物，其中优势种群主要来源于拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)和变形菌门(Proteobacteria)。
(2)草鱼消化道不同位置微生物群落结构明显不同(MonteCarlo检验，武汉市多福科技农庄采集的草鱼样品:F=2.60，p=0.002;大冶市保安镇池塘采集的草鱼样品:F=2.68，p=0.002），这说明草鱼前、中、后肠形成相对独立的微生物群落;另外，草鱼消化道微生物群落的α-多样性有从前肠向后肠逐渐增大的趋势。
(3)池塘商业饲料养殖草鱼消化道微生物群落与洞庭湖野生草鱼消化道微生物群落存在明显不同，而且这种差异与草鱼体长和遗传背景没有显著的相关性(MantelOne-tailedtest，体长:R=0.096，P=0.235;遗传背景:R=0.157，P=0.175);另外还发现池塘商业饲料养殖草鱼消化道微生物群落的β-多样性显著小于野生草鱼消化道微生物群落的β-多样性(Mann-Whitney检验，Z=-5.185，P＜0.01)，说明池塘饲料养殖会显著降低草鱼个体间消化道微生物群落结构的多样性。
(4)体重在4.08±0.270g到131.00±7.783g之间的池塘商业饲料养殖的草鱼消化道微生物群落结构与草鱼大小之间不存在显著的相关性，也没有发现它们与草鱼的丰满度之间存在明显的相关性;而月际间的草鱼消化道微生物群落结构却存在显著差异(MonteCarlo检验，A∶F=3.41，p=0.002;B∶F=3.58，p=0.002)，这一结果表明与草鱼生长相比，环境因素可能是影响池塘养殖草鱼消化道微生物群落结构的一个更重要因素。
(5)草鱼消化道的充塞度、草鱼的食物组成、采样点经度与消化道微生物群落结构存在显著相关性。充塞度与草鱼消化道微生物群落中的产水菌门(Aquificae)、网团菌门(Dictyoglomi)、厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)、共生菌门（Synergistetes）和热袍菌门(Thermotogae)细菌的相对丰度存在显著的正相关，而与广古菌门（Euryarchaeota）、放线菌门(Actinobacteria)和纤维杆菌门(Fibrobacteres)的相对丰度成显著负相关，野生草鱼消化道微生物群落中分支杆菌（Mycobacteriumcanettii）(One-wayANOVA，F=3.145，p=0.033)和冰城链霉菌（Streptomycesbingchenggensis）(F=4.575，p=0.007)的相对丰度相对于池塘养殖草鱼显著增加，而在池塘商业饲料饲养的草鱼消化道微生物群落中S.violaceusniger(F=4.563，p=0.007)和百日咳博德特氏菌（Bordetellapertussis）(F=2.885，p=0.044)的相对丰度则显著减少。
(6)构建了草鱼消化道消化道微生物群落参与的三大物质代谢通路。比较分析发现，与野生草鱼和池塘商业饲料养殖的草鱼相比，池塘黑麦草养殖草鱼消化道微生物宏基因组中参与糖代谢、脂肪酸代谢和蛋白质代谢的多种酶的基因都有显著的强化，如果糖和甘露糖代谢（One-wayANOVA，F=5.615，p=0.003）、丙酮酸代谢(F=6.881，p=0.001)、脂肪酸生物合成(F=3.247，p=0.029);池塘黑麦草养殖草鱼消化道微生物在三大物质代谢中的强化主要体现在脂肪酸和宿主必需氨基酸的合成方面。
以上研究系统地阐释了影响草鱼消化道微生物群落结构的因素，并深入分析了充塞度和食物组成对草鱼消化道微生物群落结构和功能的影响，这有助于我们更好地认识草鱼消化道微生物群落结构的功能，同时也为其他鱼类消化道微生物群落结构和功能的研究提供了许多参考信息，并为草鱼益生菌研发、饲料开发和养殖提供了基础参考资料。