饲粮中添加发酵虻浆对仔猪生长性能及肠道菌群的影响

李志强 ,  蒋硕匀 ,  江承亮 ,  沈珂薇 ,  杨柱理 ,  岳春雷 ,  张志剑

养殖与饲料 ›› 2026, Vol. 25 ›› Issue (05) : 1 -8.

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养殖与饲料 ›› 2026, Vol. 25 ›› Issue (05) : 1 -8. DOI: 10.13300/j.cnki.cn42-1648/s.2026.05.001
饲料粮减量替代

饲粮中添加发酵虻浆对仔猪生长性能及肠道菌群的影响

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Effects of fermented black soldier fly larval paste on growth performance and gut microbiota dynamics in piglets

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摘要

目的 研究黑水虻幼虫(Hermetia illucens L.)及其发酵制品的废弃资源饲料化与健康效应,为养猪业增产增效提供服务。 方法 选取断奶仔猪15头,平均分为3组,以老熟黑水虻幼虫为原料获得发酵虻浆,分别按饲料中添加0、2.5%、5.0%发酵虻浆,开展30 d饲喂试验,研究发酵虻浆对仔猪生长性能及其肠道菌群调控的影响。 结果 添加发酵虻浆2.5%和5.0%试验组仔猪单体平均增重率分别达到110%和105%,均显著高于对照组(未添加虻浆)仔猪99.7%的增重率,增重效益明显。添加发酵虻浆后,仔猪粪便中放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门等占主导,同时降低了放线菌门(密螺旋体菌属)的富集丰度,从而降低疾病发生风险。添加发酵虻浆组的仔猪粪便成形度显著改善,表明肠道消化吸收功能增强;结合肠道菌群结构变化,推测此效应与虻浆富含的抗菌肽、几丁质及发酵产物等优化肠道屏障与消化功能增强密切相关。 结论 新一代发酵虻浆通过定向富集仔猪肠道益生菌群(厚壁菌门、乳酸杆菌属)、优化免疫稳态,可实现仔猪增重,提高经济收益。

Abstract

Objectives The utilization of waste resource as feed and health effects of black soldier fly (Hermetia illucens L.) larvae were studied to provide services for increasing production and profitability in the pig industry. Methods Fifteen weaned piglets were selected and evenly divided into three groups.The matured black soldier fly larvae (BSFL) was used as raw material to obtain fermented BSFL paste. The effects of adding 0, 2.5%, and 5.0% fermented BSFL paste on the growth performance and gut microbiota of weaned piglets were investigated for 30 days. Results Adding 2.5% and 5.0% fermented BSFL paste resulted in an average weight gain rate of 110% and 105% for individual piglets, both significantly higher than that (99.7%) of piglet fed without fermented BSFL paste, indicating that there is a significant benefit of weight gain. Actinobacteria, Firmicutes, Bacteroidetes, and Proteobacteria became the dominant phyla in the fecal of tested piglets supplemented with BSFL paste, while the enrichment abundance of Actinobacteria (Treponema) decreased, thereby reducing the risk of disease occurrence. The fecal consistency of piglets fed with BSFL paste significantly improved, indicating that the function of digestion and absorption is enhanced. Combined with changes in structure of microbial community in gut, it is speculated that this effect is closely related to the optimization of intestinal barrier and digestive function enhancement by the antibacterial peptides, chitin, and fermented products rich in the fermented BSFL paste. Conclusions The new generation fermented BSFL paste can achieve the weight gain by selectively enriching the gut microbiota (e.g. Firmicutes, Lactobacillus) in piglets and optimizing the homeostasis of immune. It will provide key technological support for the green farming of animal husbandry.

Graphical abstract

关键词

黑水虻 / 发酵饲料 / 仔猪 / 肠道健康 / 生长性能 / 绿色养殖

Key words

black soldier fly (Hermetia illucens L.) / fermented feed / piglets / gut health / growth performance / green farming

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李志强,蒋硕匀,江承亮,沈珂薇,杨柱理,岳春雷,张志剑. 饲粮中添加发酵虻浆对仔猪生长性能及肠道菌群的影响[J]. 养殖与饲料, 2026, 25(05): 1-8 DOI:10.13300/j.cnki.cn42-1648/s.2026.05.001

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近年来,随着集约化养殖业的快速发展,动物健康管理与抗生素减量化应用已成为行业关注的焦点。在饲料端寻求具有功能效益的绿色资源[1],对于增强动物体质、改善肠道健康、减少抗生素的依赖具有重要意义。在此背景下,黑水虻幼虫(Hermetia illucens L.)等资源因其独特的营养组成和功能性成分,展现出在促进动物健康方面的潜在价值。黑水虻幼虫作为一种废弃物高效资源化的生物资源,其高附加值的蛋白组分与规模化生产潜力备受关注[2-3]
为提升其应用价值,采用微生物发酵预处理工艺,通过定向降解蛋白质生成生物活性肽,可显著提高氨基酸等营养成分的生物利用率与消化吸收效率。发酵虻浆具有优化动物生长性能、增强机体抗氧化能力的作用,还能通过改善仔猪肠道健康[4]来减少抗生素用量。尽管现有文献报道了多种黑水虻衍生蛋白的饲用效果[1-4],但针对该技术体系所产的发酵虻浆系统性评估仍属空白。特别是在断奶仔猪肠道微生态重构机制及精准营养调控领域缺乏实证数据。
因此,本研究开展断奶仔猪生产性试验,设置不同梯度发酵虻浆添加水平,分析其对增重速率及肠道菌群的影响,评价发酵虻浆对促进仔猪生长的饲料价值,旨在为发酵虻浆在仔猪饲粮中的标准化应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及饲养环境

供试仔猪于2024年12月产自浙江省杭州市富阳区渌渚镇某猪场,系以太湖原种第三代母猪与杜洛克父系杂交繁育,母猪妊娠后期实施发酵虻浆营养饲喂。经观察,母体腹泻发生率降低,母乳分泌量明显提升。经测定,新生仔猪平均初生重为1.35 kg/头,体长28.6±1.2 cm。

针对断奶仔猪进行投喂试验,仔猪出生1个月后进行断奶。为防止猪舍(3 m×4 m)冬季失温,地面铺设了麻袋垫料+双层塑料膜保温,并在仔猪休息区配置有暖照灯的半封闭围棚,以维持仔猪休息区地表温度不低于25 ℃。同时每日2次人工清粪,保证猪舍环境健康。

1.2 黑水虻幼虫发酵菌剂

本发酵制剂为复合微生物制剂,主要包含:乳酸菌群(产酸菌)、酵母菌、芽孢杆菌、复合生物酶系。将清洗后的老熟黑水虻幼虫(5~6龄)经机械破碎制浆,后与玉米、豆粕按一定比例混合搅拌均匀。室温(25±5 ℃)发酵120 h,复合菌剂(专利申请中)添加量为0.1%,当物料出现轻微的醇酸气味且pH≤4.5时终止发酵,含水量控制在60%左右。

1.3 发酵虻浆添加试验设计

1)试验分组与饲粮制备。试验期为2025年1月12日至2025年2月10日。选取15头胎次、体重相近的健康断奶仔猪,采用单因素完全随机设计,分为3个处理组:CK对照组采用饲喂基础日粮(无虻浆添加);B-2.5%试验组采用饲喂基础日粮+2.5%发酵虻浆;B-5.0%试验组采用饲喂基础日粮+5.0%发酵虻浆。

饲粮配制方案如下:按照上述设定比例(即97.5份饲料+2.5份虻浆、95份饲料+5份虻浆),投喂前先将发酵虻浆与净水按3∶1质量比小幅稀释并搅拌成水糊状;随后将水糊状虻浆与基础饲料充分拌匀,静置约15 min,使饲料充分吸收虻浆营养成分,保证即配即用。

2)生产性能测定与样品采集。试验开始前1 d(2025年1月12日)对仔猪进行初始体重记录。试验期间每10 d进行仔猪活体称重(空腹6 h),即分别于1月23日、1月31日与2月10日对仔猪称体重,用于计算生长性能指标。同时,测试当天采集仔猪新鲜粪便样本。自2025年1月中旬起,每日记录仔猪饲料投喂量、采食行为及粪便形态特征。

为消除单头仔猪个体差异对肠道微生态分析的偶然误差,采用“生物学混合样”策略,从每个处理组中随机选取5头仔猪,采集其排泄的新鲜粪便;将同组内5头仔猪的粪便样品进行等量混合并充分均质化,形成该组的混合样品;随后将混合样品分装为3份独立样本,作为该处理组的3个生物学重复。所有样品采集后2 h内运回实验室,并置于-80 ℃超低温冰箱保存,用于后续微生物测序与分析。

1.4 粪便菌群检测

根据 E.Z.N.A.® soil DNA kit(Omega Bio-Tek,Norcross,GA,U.S.)说明书对粪便样本进行DNA提取,使用1%的琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组DNA的质量,使用NanoDrop2000(美国Thermo Scientific公司)测定DNA浓度和纯度。

以上述提取的DNA为模板,对16S rRNA基因V3~V4可变区进行PCR扩增,扩增程序如下:95 ℃预变性3 min,27个循环(95 ℃变性30 s,55 ℃退火30 s,72 ℃延伸30 s),然后72 ℃稳定延伸10 min,最后在4 ℃进行保存。PCR产物在Illumina Novaseq PE250平台上进行双端测序,测序深度为30 000条序列。

用FLASH软件合并成对的序列。使用UPARSE软件,根据97%的相似度对质控拼接后的序列进行操作分类单元OTU(operational taxonomic unit)聚类并剔除嵌合体。测序数据下机后,使用UPARSE软件在97%相似度水平下对序列进行OTU聚类,并通过扩增子序列变异分析(amplicon sequence variant,ASV),识别单核苷酸精度的特征序列以进行高分辨率群落解析。同时利用RDP Classifier对Silva 16S rRNA基因数据库进行物种注释(置信度阈值70%)。所有分析基于归一化后的OTU丰度表进行。

利用RDP classifier (http://rdp.cme.msu.edu/,version 2.11)比对Silva 16S rRNA基因数据库进行OTU物种分类学注释,置信度阈值为70%,并在不同物种分类水平下统计每个样本的群落组成。Alpha多样性用于评估样品内微生物群落多样性,本研究中选取Ace指数、Chao指数反映物种丰富度,Shannon指数与Simpson指数反映物种多样性及均匀度。组间Alpha多样性指数的比较采用 Kruskal-Wallis秩和检验。Beta多样性分析用于比较不同组间微生物群落结构的差异。基于Bray-Curtis距离、加权Jaccard距离及加权Unifrac距离矩阵,进行主坐标分析(principal co-ordinates analysis,PCoA),并通过相似性分析(analysis of similarities,ANOSIM)检验组间差异的显著性。此外,采用偏最小二乘法判别分析(PLS-DA)进一步可视化组间差异并筛选关键微生物类群。为识别组间具有显著差异的微生物类群(即生物标志物),进行了LEfSe(LDA effect size)分析。综合运用Kruskal-Wallis 检验与线性判别分析(linear discriminant analysis,LDA),设定LDA得分阈值2.0以识别具有统计学意义的差异类群。

1.5 数据处理与分析

所有统计分析及图表绘制在R语言环境中完成。组间微生物群落组成及酶活性等指标的差异,通过Kruskal-Wallis检验进行显著性评估,并采用聚类热图进行可视化呈现。显著性水平设定为P<0.05。

2 结果与分析

2.1 发酵虻浆添加后仔猪的消化水平

图1可见,发酵虻浆添加组仔猪的粪便干燥、成形、呈棕褐色,而对照组(无虻浆添加)仔猪的粪便松散、不成形、色泽发白。

2.2 发酵虻浆添加后断奶仔猪的生长性能

图2可见,添加虻浆2.5%试验组在30 d后,仔猪单体平均增重110%;添加虻浆5.0%试验组在30 d后,仔猪单体平均增重105%。这些数据与无虻浆添加组仔猪单体平均增重99.7%的数据相比均有很大提升。结果表明,发酵虻浆在仅添加2.5%的条件下即可显著提升断奶仔猪生长性能。

2.3 发酵虻浆添加后断奶仔猪的采食行为与适口性

受限于现场条件,未对每日精确采食量进行定量统计,但在为期30 d的饲喂试验中,通过每日持续的行为学观察发现,发酵虻浆的添加显著改善了断奶仔猪的摄食表现。相比于对照组,饲喂含有发酵虻浆(特别是2.5%添加组)日粮的仔猪表现出更强的摄食欲望与兴奋度。在投喂阶段,试验组仔猪迅速聚集采食,表现出明显的抢食行为,且单次进食速度显著快于对照组,对饲粮的接受度极高。

2.4 发酵虻浆添加后仔猪粪便细菌的变化

1)细菌门水平相对丰度的变化。仔猪粪便样品16S rRNA测序分析(图3)显示,在门水平上,虻浆添加组的粪便中厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidota)、螺旋体门(Spirochaetota)、放线菌门(Actinobacteria)和变形菌门(Pseudomonadota)等为相对丰度较高的物种,且各个组之间存在差异。其中,对照组(CK)细菌群落中厚壁菌门相对丰度占比为42.0%、放线菌门为13.9%,在2.5%添加组中分别为70.0%和1.13%,在5.0%发酵虻浆添加组中分别为77.0%和0.96%。厚壁菌门在5.0%发酵虻浆添加组的相对丰度占比最高,较初始组CK提升了83.3%,表明在发酵虻浆投喂条件下,该菌在肠道门水平呈现显著富集趋势。

2)细菌属水平相对丰度的变化。如图4所示,CK组和发酵虻浆添加组(2.5%、5.0%)的粪便细菌丰度排名前4位的优势菌属依次为:乳酸杆菌(Lactobacillus)(2.62%、7.14%、15.3%)、密螺旋体菌(Treponema)(12.4%、7.52%、5.10%)、克里斯滕森菌科R-7菌群(ChristensenellaceaeR-7 group)(10.3%、3.80%、7.18%)、梭杆菌(Fusobacterium)(6.58%、7.87%、5.84%)。发酵虻浆添加组的乳酸杆菌相对丰度较对照组有显著提高(P<0.05)。

3)细菌Alpha和Beta多样性的变化。运用Kruskal-Wallis秩和检验方法分析不同组仔猪粪便细菌群落的丰度差异,从图5可以看出,5.0%发酵虻浆添加组的Ace指数显著低于2.5%发酵虻浆添加组及CK对照组,表明发酵虻浆高添加量(5.0%)反而会引起仔猪肠道菌群物种丰富度降低。Chao指数排序为:5.0%发酵虻浆添加组<2.5%发酵虻浆添加组<CK对照组,与Ace指数变化规律一致,进一步验证了发酵虻浆高添加量(5.0%)会引起肠道菌群丰度降低,这很可能与有益菌群相对丰度显著升高有关(图2图3)。而Simpson指数及Shannon指数在各试验组与对照组间均未表现出显著差异(P>0.05),表明发酵虻浆主要影响肠道菌群物种数量,而非均匀度或群落结构复杂。

基于PCoA统计与扩增子序列变异(ASV)水平分析(图6)发现,ANOSIM分析的R值(0.020 6)极低,且P值(0.440)远高于显著性阈值(P<0.05),表明CK对照组、2.5%发酵虻浆添加组和5.0%发酵虻浆添加组在ASV水平的菌群结构差异不具有统计学意义,即虻浆添加虽显著改变了特定菌属丰度(如乳酸杆菌富集、密螺旋体菌抑制),但未引起仔猪肠道菌群整体结构的显著重组。

4)仔猪粪便菌群功能预测分析。仔猪粪便菌群LEfSe分析(图7)发现,对照组与5.0%发酵虻浆添加组样本在目、科、属多级分类水平上均存在显著差异类群,即添加5.0%发酵虻浆显著改变了仔猪肠道标志性菌种结构,而对照组仅特异性富集了o_Veillonellales-Selenomonadales(韦永氏菌目-硒单胞菌目)(LDA=3.0),其功能可能与乳酸代谢相关。

基于聚类热图可视化结果(图8),通过非度量多维标度(NMDS)和Kruskal-Wallis检验,发现发酵虻浆添加组显著改变了仔猪肠道微生物的酶活性谱(Stress=0.12,P=0.003)。其中F0F1-ATP合酶(EC 3.6.3.17)活性较CK组提升40%(P<0.05),表明线粒体的氧化磷酸化能力增强,这揭示发酵虻浆通过调控线粒体能量代谢枢纽驱动宿主-微生物共代谢的核心机制。此外,5.0%添加组的磷酸肌醇激酶(EC 2.7.1.69)活性升高,分析原因是与胰岛素信号通路激活相关,可能通过促进葡萄糖转运改善能量代谢。在致病菌调控方面,限制性内切酶(EC 3.1.26.4)活性在CK组呈现高表达(8.7×104 U/g),反映其微生物需高频修复DNA损伤,而试验组中该酶活性降低至2.3×104 U/g,提示发酵虻浆的抗菌成分可减轻微生物的遗传毒性压力。

3 讨 论

3.1 发酵虻浆对仔猪消化健康的改善作用

本研究结果表明,发酵虻浆在仅添加2.5%的条件下可显著提升断奶仔猪生长性能,与Yu等[4]的研究结果高度吻合,即日粮添加黑水虻产品能够调节仔猪肠道菌群结构,表现为回肠和盲肠内乳酸菌和双歧杆菌等有益菌群丰度增加,同时大肠杆菌等潜在有害菌群丰度降低。在表型方面,本试验发现发酵虻浆添加组仔猪粪便干燥、成形、呈棕褐色,与无虻浆添加组仔猪粪便松散、不成形的现象形成对比,这表明仔猪的肠道消化吸收功能得到增强。

3.2 发酵虻浆对肠道微生态重构的作用机制

在门水平上,该菌门在发酵虻浆添加投喂下肠道呈现显著富集趋势。厚壁菌门作为肠道中主要的短链脂肪酸生产者,其富集显著增强了宿主对日粮能量的提取效率[5]。该菌门中的特定菌属(如乳酸杆菌)能够发酵碳水化合物产生乙酸、丙酸和丁酸等有益代谢产物。这些短链脂肪酸不仅为肠上皮细胞提供直接能量来源,还能增强肠道屏障功能(如促进黏蛋白分泌和紧密连接蛋白表达),有效抑制病原菌定殖,从而降低腹泻率[6]。放线菌门相对丰度的显著下降(从CK组的13.9%降至5.0%发酵虻浆添加组的0.96%),大大降低了仔猪因致病菌引发的健康风险,该菌门中包含的猪放线杆菌,其在菌群失衡或宿主免疫力低下时可引发猪放线菌病,表现为败血症、肺炎、关节炎及尿道感染等多种临床症状[7]。放线菌丰度的大幅降低,显著减少了由该类病原引发的潜在疾病风险,有助于提升猪群的整体健康水平。在属水平上,乳酸杆菌作为一种核心益生菌,其丰度显著提升(如5.0%添加组达到15.3%)能够增强肠道屏障功能、抑制病原菌定殖并促进短链脂肪酸的产生[8],从而改善养分吸收效率与局部免疫稳态[9-10]。而密螺旋体菌的丰度显著降低(P<0.05)可降低肠道炎症与黏膜损伤的风险[11]

3.3 肠道微生态群落多样性、功能代谢及酶活性的调控机制

多样性分析表明,发酵虻浆高添加量会引起仔猪肠道菌群物种丰富度降低,进一步验证可能与有益菌群相对丰度显著升高有关(图2图3)。而Simpson指数及Shannon指数均未表现出显著差异,表明发酵虻浆主要影响肠道菌群物种数量而非均匀度或群落结构复杂。

PCoA与ANOSIM分析表明,CK(对照组)、2.5%发酵虻浆添加组和5.0%发酵虻浆添加组在ASV水平的菌群结构差异不具有统计学意义,即虻浆添加虽显著改变了特定菌属丰度(如乳酸杆菌富集、密螺旋体菌抑制),但未引起仔猪肠道菌群整体结构的显著重组。

在肠道菌群功能代谢方面,功能预测分析表明,对照组特异性富集的o_Veillonellales-Selenomonadales其功能可能与乳酸代谢相关。而虻浆添加5.0%组则呈现多维度菌群分化:①f_Butyricoccaceae作为核心丁酸合成菌,其丰度与肠道中的丁酸浓度呈正相关,而丁酸正是改善仔猪肠道健康的分子基础[12-13];②UCG-008属通过纤维素酶提升纤维降解率,帮助仔猪更高效获取能量[14];③气球菌科通过分泌几丁质酶来降解虻浆中的几丁质[15],促进肠道蠕动。此类菌群重构效应与宿主能量代谢优化及肠道屏障功能增强(绒毛高度)密切相关,揭示了发酵虻浆有效地调控了仔猪肠道微生态平衡,并促进代谢与能源获取。酶活性谱的改变进一步揭示了内在机制。F0F1-ATP合酶活性提升表明线粒体氧化磷酸化能力增强,这揭示了发酵虻浆通过调控线粒体能量代谢枢纽驱动宿主-微生物共代谢的核心机制。此外,磷酸肌醇激酶活性升高与胰岛素信号通路激活相关[16],可能通过促进葡萄糖转运改善能量代谢。在致病菌调控方面,限制性内切酶活性在CK组高表达,反映微生物需高频修复DNA损伤,而处理组中该酶活性降低,提示发酵虻浆的抗菌成分可减轻微生物的遗传毒性压力。

综上,发酵虻浆通过增强核心代谢酶活性(如增强ATP合成)及调节能量分配模式,以此来改善仔猪的生长性能和肠道健康。在菌群层面,这些变化表明发酵虻浆可促进厚壁菌门(如乳酸杆菌)和丁酸菌科等有益菌的富集[17],这与昆虫源营养物质可特异性调节肠道菌群[18]的报道相符。

4 结 论

通过为期30 d的饲养试验证实,在断奶仔猪日粮中添加发酵虻浆可显著提高其生长性能并改善肠道健康。添加发酵虻浆的仔猪平均增重率提升至110%,且粪便成形度明显改善,表明其消化吸收功能增强。发酵虻浆能够有效调控肠道菌群结构,显著富集厚壁菌门等有益菌群,同时降低放线菌门等潜在致病菌的丰度。这种菌群重构有助于增强仔猪肠道屏障功能与能量代谢效率。发酵虻浆作为一种绿色饲料,可通过益生元效应优化肠道微生态,促进仔猪健康养殖、减少抗生素依赖。

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基金资助

国家自然科学基金项目(32171466)

国家自然科学基金项目(42377002)

浙江省重点研究计划项目(领雁类)(2026C02A1021)

浙江省重点研究计划项目(领雁类)(2022C02038)

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