大豆寡糖对肉仔鸡粪臭素产生的调控作用及分子机制研究

Skatole, a compound formed by the bacterial degradation of L-tryptophan, is responsible for one of the main contributor to chicken excreta malodorous. It has been confirmed that adding soybean oligosaccharide (SBO) to the diet decreases skatole production in broiler chickens. However, the relationship between structure of SBO and its action, and action mechanisms need to be further clarified deeply. In this experiment, starting from the extraction and purification, to reveal the content of components, molecular weight, and molecular structure for SBO using modern spectrum and mass spectrometry technology; On this basis, effects of SBO on skatole levels in excreta and cecal digesta of broiler chickens will be investigated by the method of in vivo research approaches, and effects of SBO on the cecal microbiota and hepatic cytochrome P450 gene expressions in broiler chickens will be analyzed using high throughput sequencing and qPCR tchnology, to explore the possible underlying regulatory mechanisms of skatole formation affected by SBO from the points of intestial microbiota and hepatic metabolism; There after, influence of SBO on in vitro L-tryptophan metabolism and producing skatole by broiler chickens cecal microbiota will be investigated, and qualitative and quantitative analysis of the related bacteria in fermentation broth will be further evaluated; Finally, the correlation coefficent of molecular structure data of SBO, skatole, cecal microbiota and hepatic cytochrome P450 gene expression will be observed, and the molecular mechanism of skatole production affected by SBO in broiler chickens will be revealed. That will provide new idears for exploring the nutritional underlying regulatory measures of skatole reduction, exploiting SBO deeply, and have a great scientific significance on probing environmentally-friendly animal husbandry.

粪臭素是微生物降解L-色氨酸的代谢产物，是引起鸡排泄物产生恶臭的主要物质之一。大豆寡糖（SBO）可降低肉仔鸡粪臭素的产生，但其结构与功能的关系及作用机制还不完全清楚。本项目拟从SBO的提取和分离纯化入手，采用光谱及质谱技术，明确各组分含量、分子量及分子结构；在此基础上，通过在体动物试验测定SBO对肉仔鸡排泄物及盲肠粪臭素产生的调控作用，结合高通量测序和qPCR技术，研究SBO对肉仔鸡盲肠微生态和肝脏CYP450基因表达的影响，从肠道微生物区系组成和肝脏代谢两个层面，探索SBO调控肉仔鸡粪臭素产生可能的作用机制；然后，采用体外产气模型进一步探讨SBO在肉仔鸡盲肠菌群作用下对L-色氨酸代谢生成粪臭素的影响；最后，对SBO分子结构数据、粪臭素、盲肠菌群及CYP450基因表达间进行相关分析，揭示SBO调控肉仔鸡粪臭素产生的分子机制。为寻求降低粪臭素产生的营养调控措施和SBO深度开发利用提供新思路。

当前在畜牧生产中，鸡的饲养规模和密度最大，对空气质量要求最高。大规模和高密度饲养所带来的恶臭污染问题也日益严重。粪臭素是微生物降解L-色氨酸的代谢产物，是引起鸡排泄物产生恶臭的主要物质，不但降低动物的生产性能和产品品质，而且危害动物及周边居民健康。粪臭素减排对养鸡业的可持续发展与改善居民生活质量具有重要实际意义。大豆寡糖（SBO）是以大豆及其加工副产品为原料生产的，含有一定量的水苏糖、棉子糖、蔗糖等低聚糖的产品。研究表明，日粮添加SBO显著降低了肉仔鸡排泄物粪臭素的浓度，但其结构与功能的关系及作用机制还不完全清楚。本项目通过六个在体动物试验、一个体外发酵试验，采用红外光谱、高通量测序和qPCR等技术，以大豆粕、糖蜜为原料提取了SBO，明确了不同来源SBO的形貌特征、功能组分含量及光谱分子结构差异，阐明了SBO降低粪臭素的效果与其光谱分子结构（C-O-C、C-H、呋喃环A、C型结构）间的相关关系；通过研究SBO添加水平、功能组分、水苏糖添加水平以及SBO与粪臭素产生的前体物-色氨酸的互作效应对肉仔鸡盲肠粪臭素浓度的影响，明确了SBO对肉仔鸡粪臭素产生的剂量-效应关系、主要发挥作用的功能组分、水苏糖的适宜添加水平以及SBO与L-色氨酸的互作效应。确定了SBO的适宜添加量为3.5～5g/kg；明确了SBO主要发挥作用的功能组分-水苏糖降低粪臭素的效果最好，SBO次之，不建议添加棉子糖；水苏糖的适宜添加量为5～10g/kg；当日粮可消化色水平为0.18%～0.23%时，添加3.5g/kg的SBO，显著降低了肉仔鸡盲肠粪臭素浓度；通过测定SBO对肉仔鸡盲肠微生态及肝脏CYP450基因表达等的影响，探明了肉仔鸡盲肠Clostridium XlVa、Clostridium IV占比以及肝脏CYP3A4 mRNA表达量与粪臭素产生的相关关系。从肠道微生物区系组成和肝脏代谢两个层面，揭示了SBO调控肉仔鸡粪臭素产生的分子机制。以本项目为依托，培养毕业硕士研究生7名。发表学术论文12篇，其中SCI收录8篇。试验结果可为减少养鸡业环境污染、新型除臭剂的研发及SBO的深度开发利用提供了重要理论依据和新思路。