劉軍花 張 凱 毛勝勇 朱偉云

(國(guó)家動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)國(guó)際聯(lián)合研究中心，江蘇省消化道營(yíng)養(yǎng)與動(dòng)物健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院消化道微生物實(shí)驗(yàn)室，南京 210095)

2014年，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)消化道微生物研究室主任朱偉云教授首次提出動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)的概念，并以此理論為核心組建江蘇省消化道營(yíng)養(yǎng)與動(dòng)物健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，2016年獲批動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)國(guó)際聯(lián)合研究中心。實(shí)驗(yàn)室立足畜牧業(yè)，圍繞動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)這個(gè)核心問(wèn)題開(kāi)展消化道微生物與營(yíng)養(yǎng)、營(yíng)養(yǎng)代謝與動(dòng)物健康、營(yíng)養(yǎng)與畜產(chǎn)品品質(zhì)及飼料營(yíng)養(yǎng)與家畜綠色生產(chǎn)等方面的研究工作。

1 反芻動(dòng)物瘤胃穩(wěn)態(tài)的建立與維持

瘤胃是反芻動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)的源頭，其發(fā)育狀態(tài)對(duì)反芻動(dòng)物高效、健康及綠色生產(chǎn)起重要決定作用。作為一個(gè)高效有序的連續(xù)“發(fā)酵罐”，瘤胃內(nèi)棲息著大量復(fù)雜且多樣的微生物群體，通過(guò)相互協(xié)作發(fā)酵植物性飼料并轉(zhuǎn)化成揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、菌體蛋白(MCP)及維生素等。瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物除調(diào)控瘤胃壁形態(tài)功能發(fā)育以外，同時(shí)也是后段消化道重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，對(duì)于維持反芻動(dòng)物的正常生理功能和高效生產(chǎn)至關(guān)重要。瘤胃微生物與宿主在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成緊密連接的共生關(guān)系。瘤胃微生物為宿主提供植物纖維降解所需的酶以及MCP和維生素，宿主為微生物的生長(zhǎng)和生存提供有利的環(huán)境和生態(tài)位。瘤胃穩(wěn)態(tài)的建立和維持是保證動(dòng)物健康的必要條件，否則易導(dǎo)致一系列營(yíng)養(yǎng)代謝疾病的發(fā)生，給反芻動(dòng)物生產(chǎn)帶來(lái)巨大損失。

1.1 瘤胃微生物區(qū)系的建立

瘤胃微生物區(qū)系的組成和功能影響宿主代謝、胃腸道發(fā)育和免疫功能建立。研究表明，纖維素分解菌、真菌和古菌(即產(chǎn)甲烷菌)在瘤胃中首先定植[1-2]。犢牛出生后20 min瘤胃中就可以檢測(cè)出產(chǎn)甲烷菌和纖維分解細(xì)菌[3]。瘤胃中最后建立的是原蟲(chóng)，在21日齡時(shí)才在瘤胃中發(fā)現(xiàn)，其中利用淀粉的內(nèi)毛蟲(chóng)屬最先出現(xiàn)[4]。新生反芻動(dòng)物瘤胃中早期定植的微生物主要來(lái)源于母畜的產(chǎn)道、糞便、皮膚和唾液[5]。盡管幼齡反芻動(dòng)物存在食管溝反射，但是少量泄漏致瘤胃中的母乳仍然影響瘤胃微生物的定植，說(shuō)明初乳不僅通過(guò)抗菌蛋白、免疫球蛋白、細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子影響新生反芻動(dòng)物的生長(zhǎng)和免疫功能，而且影響瘤胃微生物的定植[6]。2月齡前瘤胃菌群處于強(qiáng)烈的波動(dòng)期，到6月齡時(shí)趨于穩(wěn)定，菌群組成也更加多樣化，有利于適應(yīng)飼糧的變化。隨著反芻動(dòng)物日齡增加，瘤胃中好氧和兼性厭氧菌的相對(duì)豐度逐漸降低，而普雷沃氏菌和瘤胃球菌等專性厭氧菌的相對(duì)豐度增加[7]。雖然瘤胃微生物組成隨宿主的日齡而變化，但生長(zhǎng)過(guò)程中飼糧的變化也是影響瘤胃微生物定植的重要因素，導(dǎo)致瘤胃微生物的變化更多的是日齡和飼糧的組合效果。盡管瘤胃微生物在出生時(shí)就快速定植，但是并不能行使完善的發(fā)酵功能，直到攝入固體飼料后才會(huì)逐漸形成完善的發(fā)酵功能，說(shuō)明瘤胃早期微生物的定植只是為瘤胃功能的建立提供了潛在基礎(chǔ)。此外，研究表明，早期瘤胃微生物調(diào)控的影響性持續(xù)到反芻動(dòng)物成年后期[8-10]，這為在幼齡期通過(guò)操縱瘤胃微生物調(diào)控成年動(dòng)物生理狀態(tài)以及生長(zhǎng)性能提供了可能性。

1.2 瘤胃壁形態(tài)和功能發(fā)育

瘤胃是反芻動(dòng)物獨(dú)有的消化吸收代謝器官，同時(shí)起著重要的屏障及免疫作用。瘤胃壁由內(nèi)向外分為上皮層、固有層、肌層和漿膜層，不同細(xì)胞層行使著不同的生理功能，其中上皮層的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收和代謝功能以及肌層的蠕動(dòng)功能與反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能最為密切[11]。瘤胃上皮屬于鱗狀復(fù)層上皮結(jié)構(gòu)，由角質(zhì)層、顆粒層、棘突層和基底層組成，每層細(xì)胞的形態(tài)和功能不同，并且其發(fā)育受內(nèi)源自發(fā)性和外源驅(qū)動(dòng)性因素的調(diào)節(jié)，其中內(nèi)源自發(fā)性因素主要包含遺傳因素和日齡，外源驅(qū)動(dòng)性因素主要包括飼糧和環(huán)境[12]。以往對(duì)于瘤胃上皮細(xì)胞層的劃分依賴于光學(xué)顯微鏡下的細(xì)胞形態(tài)。近年來(lái)，隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)在瘤胃組織上的應(yīng)用，一種基于細(xì)胞基因表達(dá)相似性的分類方法應(yīng)運(yùn)而生。此種分類方法對(duì)每種細(xì)胞層進(jìn)行了更為詳細(xì)的劃分，并定義了不同細(xì)胞層的標(biāo)志性基因。有學(xué)者根據(jù)不同的標(biāo)志基因，把基底層細(xì)胞劃分為具有增殖能力的基底層細(xì)胞和普通基底層細(xì)胞，其中，角蛋白(keratin，KRT)14、KRT15和增殖標(biāo)志蛋白Ki-67(proliferation marker protein Ki-67，MKI67)是具有增殖能力的基底層細(xì)胞的標(biāo)志基因，KRT14和KRT15是普通基底層細(xì)胞的標(biāo)志基因。另外，把雙亮氨酸拉鏈激酶2(dual leucine zipper-bearing kinase 2，DLK2)作為顆粒層細(xì)胞的標(biāo)志基因，把KRT10、S100鈣結(jié)合蛋白A8(S100 calcium binding protein A8，S100A8)和KRT6A作為棘突層細(xì)胞的標(biāo)志基因。作者還發(fā)現(xiàn)了一種新型的通道間隙樣棘突層細(xì)胞類型，將縫隙連接蛋白1(gap junction protein alpha1，GJA1)作為此種細(xì)胞類型的標(biāo)志基因[13]。Yuan等[14]采集了妊娠30、60、90、110、130 d以及剛出生和出生后45 d等7個(gè)階段的瘤胃組織，基于56 000個(gè)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，共鑒定出8種主要細(xì)胞類型，揭示了瘤胃上皮乳頭和角質(zhì)化發(fā)生發(fā)育的細(xì)胞和分子特征及其動(dòng)態(tài)變化規(guī)律和異質(zhì)性：基底細(xì)胞、角質(zhì)細(xì)胞、分化角質(zhì)細(xì)胞、終末分化角質(zhì)細(xì)胞和特殊棘狀層細(xì)胞是瘤胃上皮的細(xì)胞基礎(chǔ)；在妊娠90 d，羔羊瘤胃上皮已經(jīng)形成明顯的微乳頭和角質(zhì)化特征，發(fā)現(xiàn)了2個(gè)重要的角質(zhì)化過(guò)程，T-box 3轉(zhuǎn)錄因子(TBX3)是乳頭發(fā)生的潛在標(biāo)記基因；出生應(yīng)激導(dǎo)致免疫細(xì)胞顯著富集；出生后45 d伴隨固體飼料介入導(dǎo)致棘突層細(xì)胞的富集，使得VFA代謝功能逐漸建立完善。然而，單細(xì)胞測(cè)序在瘤胃組織細(xì)胞分群的研究中也存在局限性。首先，單細(xì)胞測(cè)序的細(xì)胞活性要達(dá)到80%以上，直接導(dǎo)致角質(zhì)層細(xì)胞的信息丟失。其次，細(xì)胞懸液的制備方法影響細(xì)胞的活性，間接導(dǎo)致部分細(xì)胞信息被忽略。當(dāng)然，隨著技術(shù)方法的不斷完善，越來(lái)越多的瘤胃上皮細(xì)胞類型會(huì)被發(fā)現(xiàn)，但通過(guò)恰當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方法來(lái)驗(yàn)證測(cè)序結(jié)果的可靠性更為重要。

1.3 瘤胃微生物-宿主互作

胃腸道微生物-宿主互作影響宿主代謝及健康，在人類營(yíng)養(yǎng)層面已經(jīng)進(jìn)行了廣泛的研究。隨著對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃營(yíng)養(yǎng)生理領(lǐng)域的快速發(fā)展，瘤胃微生物組成、功能及代謝變化對(duì)宿主動(dòng)物發(fā)育及健康的影響受到越來(lái)越多的關(guān)注[15-18]。Lin等[17]通過(guò)多組學(xué)聯(lián)合分析發(fā)現(xiàn)，羔羊早期補(bǔ)飼開(kāi)食料可以增加瘤胃中巨球型菌屬(Megasphaera)、夏普氏菌屬(Sharpea)和光崗菌屬(Mitsuokella)的相對(duì)豐度，提高了屬于α-淀粉酶的糖苷水解酶家族基因13(glycoside hydrolase family 13，GH13)的相對(duì)豐度，促進(jìn)了瘤胃微生物對(duì)淀粉的降解，生成的VFA可能通過(guò)上調(diào)細(xì)胞生長(zhǎng)相關(guān)基因的表達(dá)和下調(diào)促凋亡基因的表達(dá)，調(diào)控了瘤胃上皮的發(fā)育。最近的一項(xiàng)研究指出，早期補(bǔ)飼苜蓿干草或精料可以上調(diào)牦牛犢瘤胃丁酸產(chǎn)生菌屬的相對(duì)豐度，改變了瘤胃上皮磷脂酰肌醇3激酶-蛋白激酶B信號(hào)通路(PI3K-Akt signaling pathway)基因表達(dá)，促進(jìn)了瘤胃上皮發(fā)育[19]。但其忽略了補(bǔ)飼精料開(kāi)食料或干草對(duì)瘤胃壁發(fā)育的差異化影響，以及造成瘤胃壁發(fā)育差異化的微生物-宿主互作機(jī)制。隨著微生物研究技術(shù)的進(jìn)步，研究發(fā)現(xiàn)飼糧不但造成瘤胃微生物組成和功能發(fā)生改變，同樣影響瘤胃微生物的代謝功能和互作模式[20]。

瘤胃微生物和宿主之間具有密切的互作關(guān)系，宿主的發(fā)育及健康受瘤胃微生物組成及代謝的影響，同時(shí)瘤胃微生物區(qū)系的組成和功能也隨宿主年齡和發(fā)育狀態(tài)的變化而波動(dòng)[7]。人和小鼠上的研究已證實(shí)胃腸道微生物與宿主遺傳特性之間存在關(guān)系，這種關(guān)系在反芻動(dòng)物中也被報(bào)道[21]。由于宿主年齡、發(fā)育階段、飼糧和環(huán)境因素相互混雜，很難確定宿主遺傳與胃腸道微生物之間的確切關(guān)系[22]。隨著微生物研究技術(shù)的發(fā)展，宏基因組技術(shù)的應(yīng)用加深了對(duì)宿主表型與微生物基因組關(guān)系的認(rèn)識(shí)。Paz等[23]研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃微生物群落的變化與荷斯坦奶牛和澤西奶牛的品種差異有關(guān)。Roehe等[24]證明了宿主遺傳對(duì)瘤胃微生物代謝具有影響，尤其是對(duì)甲烷(CH4)產(chǎn)生相關(guān)的微生物的代謝活動(dòng)。Gonzalez-Recio等[25]報(bào)道瘤胃微生物的相對(duì)豐度與宿主遺傳背景[包括品種和單核苷酸多態(tài)性(SNP)基因型]之間存在密切關(guān)聯(lián)。在最近的研究中，Li等[26]基于709頭肉牛瘤胃微生物的研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃微生物多樣性指數(shù)、微生物類群相對(duì)豐度以及細(xì)菌總數(shù)量受到宿主加性遺傳的影響。此外，在奶牛瘤胃內(nèi)容物移植的研究中發(fā)現(xiàn)，移植大部分瘤胃內(nèi)容物24 h后，瘤胃pH和VFA濃度恢復(fù)到瘤胃內(nèi)容物移植前的水平。同時(shí)，與瘤胃內(nèi)容物供體牛相比，移植后受體牛瘤胃菌群與交換前組成更為相似[27]。Li等[28]研究指出，梅花鹿與麋鹿雜交后代的瘤胃微生物群與任一親本物種都不相同?？傊?，以上研究為宿主遺傳與瘤胃微生物的關(guān)聯(lián)提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。但是，反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育和生理功能如何影響微生物定植和功能的分子機(jī)制尚不清楚。

2 瘤胃營(yíng)養(yǎng)生理與反芻動(dòng)物高效健康生產(chǎn)

2.1 瘤胃營(yíng)養(yǎng)生理與反芻動(dòng)物高效生產(chǎn)

高效生產(chǎn)是能量高效攝取和高效利用之間的復(fù)雜平衡，涉及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)高效轉(zhuǎn)化利用，減少甲烷排放導(dǎo)致的能量浪費(fèi)及疾病狀態(tài)下免疫激活導(dǎo)致的能量浪費(fèi)等。反芻動(dòng)物高效性狀的形成可能是動(dòng)物多器官協(xié)同作用的結(jié)果，瘤胃作為反芻動(dòng)物最重要的消化吸收器官，是影響反芻動(dòng)物飼料轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵器官[29]。瘤胃對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用效率主要決定于瘤胃微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝效率和瘤胃組織對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收代謝效率[30]。有研究表明，高效肉牛/肉羊具有特定的瘤胃內(nèi)容物微生物結(jié)構(gòu)及功能[31]，并且與肉牛高效密切相關(guān)的特定微生物一定程度上可垂直遺傳[26]。本實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)對(duì)370個(gè)反芻動(dòng)物胃腸道樣品進(jìn)行了宏基因組測(cè)序，組裝了超過(guò)10 000個(gè)非冗余的微生物基因組，共鑒定到了6 032 484個(gè)碳水化合物酶基因，包括了375個(gè)酶基因家族，此外在8 745個(gè)未培養(yǎng)的微生物基因組中共鑒定到了12 578個(gè)多糖降解位點(diǎn)，這些發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步提升了對(duì)反芻動(dòng)物胃腸道微生物功能的認(rèn)識(shí)。利用最新獲得的微生物數(shù)據(jù)資源，重新分析了關(guān)于反芻動(dòng)物飼料效率的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在基因組水平上，阿扎夏普氏菌(Sharpeaazabuensis)在高飼料效率組中有5～11倍的富集，含有GH13、碳水結(jié)合模塊26(CBM26)和錨定結(jié)構(gòu)(dockerin)等淀粉小體基因的瘤胃球菌屬(Ruminococcus)在高飼料效率組中也有大量的富集，這些微生物的富集可能通過(guò)優(yōu)化瘤胃發(fā)酵提高了能量利用效率[32]。最近的研究報(bào)道了不同飼料轉(zhuǎn)化率奶牛瘤胃微生物的組成、功能和VFA產(chǎn)生途徑存在差異[33-34]，其中，代謝乳酸產(chǎn)生丁酸的埃氏巨型球菌(Megasphaeraelsdenii)在高飼料轉(zhuǎn)化率奶牛瘤胃中的相對(duì)豐度較高；而產(chǎn)甲烷菌中的瘤胃甲烷短桿菌(Methanobrevibacterruminantium)在低飼料轉(zhuǎn)化率奶牛瘤胃中的相對(duì)豐度較高，易導(dǎo)致產(chǎn)生過(guò)多CH4造成能量的浪費(fèi)[34]。同時(shí)，相關(guān)研究指出瘤胃微生物組成與奶牛乳品質(zhì)也存在聯(lián)系，厚壁菌門與擬桿菌門相對(duì)豐度之比與乳脂率有很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系[35]。然而，這些研究可能忽略了遺傳因素和飼糧因素在其中的混雜作用，并缺少微生物與宿主性狀相關(guān)的直接證據(jù)，這導(dǎo)致瘤胃微生物是決定反芻動(dòng)物高低效率的結(jié)論存在挑戰(zhàn)。

毋庸置疑，瘤胃內(nèi)容物微生物在反芻動(dòng)物能量利用方面起著重要作用。除瘤胃微生物之外，瘤胃上皮在VFA等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)代謝及機(jī)體免疫等生理過(guò)程起著重要作用，可維持瘤胃穩(wěn)態(tài)并為機(jī)體供能，因此瘤胃組織的生理活動(dòng)也是決定飼料轉(zhuǎn)化效率的重要環(huán)節(jié)。瘤胃對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收并不是獨(dú)立存在的，而是處于一種動(dòng)態(tài)平衡，只有當(dāng)高效消化(微生物)和高效吸收(上皮)達(dá)到一個(gè)完美的動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，才能保證營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的高效轉(zhuǎn)化，當(dāng)吸收速度跟不上消化速度易是，將導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)代謝疾病并造成能量的浪費(fèi)。隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)以及組學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，瘤胃營(yíng)養(yǎng)與高效生產(chǎn)的關(guān)系也進(jìn)入到了分子層面[33,36]。Xue等[13]基于這些技術(shù)發(fā)現(xiàn)了纖維降解過(guò)程中的關(guān)鍵瘤胃微生物基因和上皮細(xì)胞亞型在VFA的吸收過(guò)程中發(fā)揮重要作用，為瘤胃微生物與宿主互作對(duì)高效性狀的貢獻(xiàn)提供了更有說(shuō)服力的描述。但是，這些與飼料轉(zhuǎn)化效率密切相關(guān)的瘤胃微生物和上皮基因是否可以作為生物育種的關(guān)鍵標(biāo)記物還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，這也是反芻動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)研究面臨的重要挑戰(zhàn)。

2.2 瘤胃營(yíng)養(yǎng)生理與反芻動(dòng)物健康

瘤胃微生物群落在進(jìn)化上已適應(yīng)消化和代謝富含植物纖維的草食性飼糧。然而，在現(xiàn)代反芻動(dòng)物生產(chǎn)中，為了追求高效益，養(yǎng)殖者常大量使用高谷物飼糧，這導(dǎo)致了瘤胃菌群和代謝紊亂，破壞了瘤胃穩(wěn)態(tài)，引發(fā)帶來(lái)一系列健康問(wèn)題，如亞急性瘤胃酸中毒(SARA)、瘤胃炎、肝囊腫、蹄葉炎，最終損害動(dòng)物健康和牧場(chǎng)效益[37-38]。作為國(guó)內(nèi)外廣泛關(guān)注的研究話題，知名的反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)生理研究團(tuán)隊(duì)德國(guó)柏林自由大學(xué)J?rg R. Aschenbach教授團(tuán)隊(duì)、加拿大薩斯喀徹溫大學(xué)Gregory B Penner教授團(tuán)隊(duì)、奧地利維也納獸醫(yī)大學(xué)大學(xué)Qendrim Zebeli教授團(tuán)隊(duì)以及國(guó)內(nèi)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)毛勝勇教授團(tuán)隊(duì)、西北農(nóng)林科技大學(xué)姚軍虎教授團(tuán)隊(duì)、揚(yáng)州大學(xué)王洪榮教授團(tuán)隊(duì)、內(nèi)蒙古畜牧科學(xué)院高民教授團(tuán)隊(duì)都做了大量深入的研究工作。SARA最根本的特征是瘤胃VFA積累導(dǎo)致的瘤胃pH下降，多年以來(lái)，針對(duì)該病的預(yù)防和調(diào)控主要是改善瘤胃發(fā)酵、提高瘤胃pH。如添加碳酸氫鈉和氧化鎂等堿性緩沖劑、使用離子載體類抗生素莫能菌素等調(diào)控瘤胃內(nèi)有機(jī)酸的產(chǎn)生和利用、直接飼喂酵母培養(yǎng)液及飼糧添加硫胺素調(diào)控瘤胃發(fā)酵等[39-40]。最近，Jiang等[41]在揭示反芻動(dòng)物胃腸道微生物合成微生素B和維生素K2的機(jī)制基礎(chǔ)上，進(jìn)一步比較了飼糧結(jié)構(gòu)變化對(duì)奶牛瘤胃中微生素B和維生素K2合成的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)飼喂高精料飼糧顯著降低了奶牛瘤胃中鈷胺素合成相關(guān)微生物基因的總相對(duì)豐度，暗示鈷胺素可能也是調(diào)控奶牛瘤胃酸中毒的重要途徑。成年反芻動(dòng)物具有相對(duì)復(fù)雜且穩(wěn)定的微生物區(qū)系，從飼料原料來(lái)源、組成、加工方式等微生物營(yíng)養(yǎng)底物差異角度出發(fā)可能將產(chǎn)生更好的調(diào)控效果。

3 小結(jié)與展望

隨著測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，瘤胃營(yíng)養(yǎng)生理研究逐漸深入，但由于飼糧營(yíng)養(yǎng)-微生物-宿主之間存在復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致對(duì)該研究領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)仍存在諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)。首先，在瘤胃微生物認(rèn)識(shí)方面，多組學(xué)技術(shù)增強(qiáng)了研究人員對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃微生物的宏觀認(rèn)知，但是在其相互作用關(guān)系及如何分工協(xié)作共同發(fā)揮重要生理功能方面還需要進(jìn)一步佐證完善。瘤胃微生物基因組的測(cè)序和組裝是改進(jìn)瘤胃微生物分離培養(yǎng)和未來(lái)人為調(diào)控的重要一步，目前主要集中在細(xì)菌等原核生物的組裝，未來(lái)還需進(jìn)一步克服關(guān)于真核生物的組裝技術(shù)難點(diǎn)。關(guān)于反芻動(dòng)物瘤胃微生物的研究大多集中在內(nèi)容物，而對(duì)黏附于上皮的微生物功能知之甚少，由于其與宿主直接接觸，可能對(duì)宿主的特定生理功能起著重要作用，值得進(jìn)一步探索。其次，在瘤胃組織生理研究方面，由于瘤胃上皮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和特殊性，對(duì)其基本生物學(xué)功能及生理作用的認(rèn)識(shí)還不夠充分，這將阻礙反芻動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)的更深入認(rèn)識(shí)。近年來(lái)，隨著單細(xì)胞測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)瘤胃組織細(xì)胞組成及功能有了更為深入的認(rèn)識(shí)，但相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)還十分缺乏，沒(méi)有強(qiáng)有力的證據(jù)支撐組學(xué)數(shù)據(jù)所得出的結(jié)論。因此，建立瘤胃上皮單細(xì)胞體外培養(yǎng)體系，證實(shí)單細(xì)胞功能及細(xì)胞與細(xì)胞之間的相互競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作關(guān)系顯得尤為重要。更為重要的是，由于反芻動(dòng)物飼糧組成、瘤胃微生物組成功能及瘤胃上皮生理的多重復(fù)雜性，導(dǎo)致反芻動(dòng)物瘤胃營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)-微生物-宿主互作研究面臨巨大挑戰(zhàn)，基于上述互作路徑開(kāi)發(fā)的新的有效的反芻動(dòng)物飼料添加劑也十分有限。營(yíng)養(yǎng)底物是消化道微生物生存的根本，大部分微生物組成和功能的變化都是源于其所利用底物或營(yíng)養(yǎng)的變化導(dǎo)致，因此，在充分認(rèn)識(shí)瘤胃微生物代謝功能的基礎(chǔ)上，利用特定營(yíng)養(yǎng)底物對(duì)功能微生物進(jìn)行富集，其代謝產(chǎn)物再對(duì)瘤胃上皮生理進(jìn)行調(diào)控，將是可行的有效手段。