Rendimiento de la producción y estructura de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con sustrato de hongos gastados fermentados de Pleurotus eryngii

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8696 (2023) Citar este artículo

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Este estudio tuvo como objetivo investigar el efecto de la suplementación con sustrato de hongos gastados fermentados de Pleurotus eryngii (SMPE) en el rendimiento de producción, la calidad de la carne y la estructura de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu. Se seleccionaron 120 ovejas Hu de 2 meses de edad con peso corporal promedio [(13,50 ± 3,10) kg] y se dividieron aleatoriamente en 4 grupos con 3 repeticiones por grupo y 10 ovejas por repetición. El grupo de control (RL1) recibió una ración mixta total (TMR), y el grupo RL2, RL3 y RL4 recibieron las dietas basales suplementadas con 15%, 30% y 45% de SMPE fermentado, respectivamente. El período de prueba previa duró 10 días y el período de prueba duró 150 días. Los resultados mostraron que: (1) Se observó una diferencia (p < 0,05) en el consumo diario promedio de alimento (ADFI) y el índice de conversión alimenticia (FCR) entre los grupos RL2 y RL4. Los valores del área del músculo ocular (EMA) y la regla de grado (GR) en RL2 y RL3 fueron significativamente más altos que los de los grupos RL1 y RL4 (p < 0,05). (2) Los contenidos de treonina, valerina, leucina, lisina, histidina, aminoácidos esenciales, aminoácidos del sabor, ácido aspártico, serina, ácido glutámico y arginina del músculo longissimus dorsi en los grupos RL2 y RL3 fueron significativamente más altos que los de RL1 y RL4. (p < 0,05). (3) Se obtuvo un total de 1 202 445 secuencias válidas del rumen de ovejas Hu alimentadas con diferentes cantidades de alimento fermentado, y las secuencias válidas se agruparon en 9824 unidades taxonómicas operativas (OTU). (4) El análisis de diversidad α mostró que la riqueza y diversidad de las comunidades bacterianas del rumen en ovejas Hu en los grupos RL1, RL2, RL3 y RL4 fueron significativamente más altas que en el grupo RL0 (materias primas de SMPE fermentado) (p < 0,05). El análisis de diversidad β mostró que la estructura de la comunidad bacteriana era la más diferente entre RL0 y RL3. (5) A nivel de género, en comparación con RL1, la abundancia relativa de Christensenellaceae R-7 en el grupo RL3 disminuyó significativamente en un 33,59 %, la abundancia relativa de Prevotellaceae UCG001 en RL2, RL3 y RL4 disminuyó significativamente en un 50,41 %, 62,24 % y 49,17 %, respectivamente, y la abundancia relativa de Ruminococcaceae NK4A214 en el grupo RL2 aumentó significativamente en un 35,01 % (p < 0,05). En resumen, la adición de SMPE fermentado a TMR puede mejorar significativamente el rendimiento de la producción, la calidad de la carne y la diversidad y abundancia de la comunidad bacteriana del rumen de las ovejas Hu.

La falta de materias primas para piensos y su costo siempre han sido un factor importante que restringe el desarrollo de la industria de la cría de animales1. En los últimos años, el desarrollo y la utilización de nuevos recursos de alimentación se ha convertido en un problema urgente a resolver. China es un importante productor de hongos comestibles y ocupa el primer lugar en el mundo en producción anual2. Pleurotus eryngii, comúnmente llamado hongo King Oyster, es un hongo comestible valioso entre los consumidores debido a su sabor único y sus altos valores nutricionales3. Con la producción intensiva y a gran escala de Pleurotus eryngii, se generó una gran cantidad de sustrato de hongo agotado de Pleurotus eryngii (SMPE) que no se utiliza de manera efectiva.

SMPE es el residuo de medios restante después de la cosecha, que tiene una amplia gama de fuentes y un precio bajo. SMPE ha mostrado un gran potencial como alimento para animales, su contenido de proteína y composición de aminoácidos es similar al del maíz, y el contenido de fibra cruda es cercano al forraje, que es un excelente alimento "neutro"4. Los estudios han demostrado que el sustrato de hongos gastados es rico en fibra cruda, proteína cruda, polisacáridos, grasa cruda, calcio, fósforo y otros nutrientes activos, y es un nuevo tipo de materia prima alimenticia de alta calidad para ganado y aves5,6. Sin embargo, el sustrato de champiñón gastado no se utiliza completamente en el proceso de producción actual, solo una parte muy pequeña se desarrolla para la alimentación animal, la mayoría de ellos se incineran directamente o se desechan como desechos, lo que no solo desperdicia recursos biológicos sino que también causa daños ambientales graves. problemas de contaminacion Por lo tanto, la tecnología de utilización de desarrollo racional del sustrato de hongos gastados como alimento no solo puede convertir los desechos en un tesoro y proteger el medio ambiente, sino también aliviar el problema de la escasez de recursos de alimentos y mejorar los beneficios económicos de la industria de la cría de animales, que tiene una importancia ecológica importante. y amplias perspectivas de mercado.

Los principales componentes de SMPE son subproductos agrícolas de materias primas con alto contenido de fibra, como bagazo, salvado de trigo, harina de maíz, etc., lo que resulta en un bajo valor nutricional, mala palatabilidad, baja digestión y utilización7,8. Además, las SMPE son propensas al moho o a la reproducción de bacterias patógenas debido al alto contenido de humedad y las características de la materia prima suelta y porosa9. Sin embargo, el valor nutricional y la palatabilidad de SMPE se pueden mejorar mediante la fermentación microbiana. Después de la fermentación microbiana, las sustancias macromoleculares como la celulosa y la hemicelulosa se degradan en carbohidratos, aminoácidos, vitaminas y otros nutrientes que son fácilmente digeridos y absorbidos por el animal, mejorando la palatabilidad y prolongando el tiempo de conservación. Las bacterias del ácido láctico (LAB) y la levadura son los probióticos más utilizados, no solo pueden convertir la matriz de fermentación en proteína bacteriana para mejorar el valor nutricional, sino que también pueden producir sustancias de sabor que incluyen ácidos, alcoholes, ésteres y otras sustancias aromáticas para mejorar palatabilidad del alimento10. Las LAB pueden producir ácidos orgánicos, bacteriocinas, peróxido de hidrógeno y otros metabolitos con actividad bacteriostática para inhibir el crecimiento de otras bacterias dañinas11. Saccharomyces cerevisiae ayuda a las bacterias del ácido láctico gracias al uso de sustratos como el ácido láctico y los ácidos orgánicos12. Además, Bacillus subtilis tiene una alta actividad de proteasa y amilasa13. Por lo tanto, la construcción de la fermentación de cepas mixtas ha sido ampliamente preocupada.

Estudios previos han demostrado que la alimentación con sustrato de hongos es de gran importancia en el desarrollo y la utilización de alimentos no convencionales para rumiantes14. El rumen es un órgano digestivo único de los rumiantes, y en su interior hay una gran cantidad de microorganismos, entre los que se incluyen principalmente bacterias, hongos, arqueas, protozoos, etc., de los cuales las bacterias anaerobias son los microorganismos dominantes15. Las bacterias del rumen están estrechamente relacionadas con el rendimiento productivo de los rumiantes y la calidad de la carne16. El alimento se fermenta y se descompone bajo la acción de microorganismos después de ingresar al rumen, lo que favorece la absorción eficiente de nutrientes por parte del animal. Henderson et al.17 y Maga et al.18 encontraron que el alimento es el factor dominante que afecta el cambio de la estructura de la comunidad microbiana del rumen en los rumiantes, lo que a su vez afecta la digestión y absorción de nutrientes y el suministro de energía. Por lo tanto, comprender la estructura de composición de la comunidad microbiana del rumen es la clave para promover la digestión y absorción del alimento y mejorar el rendimiento de la producción animal.

Presumimos que la suplementación de SMPE fermentado con la proporción adecuada podría afectar positivamente la productividad de las ovejas Hu, la calidad de la carne y la comunidad bacteriana del rumen. Para probar esta hipótesis, los objetivos del presente estudio fueron determinar los efectos de diferentes cantidades de SMPE fermentado en el rendimiento productivo, la calidad de la carne y la estructura de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu.

De acuerdo con la Tabla 1, el ADFI de los grupos RL1 y RL2 fue significativamente mayor que el de RL4 (p < 0,05). El FCR de RL2 fue el más bajo y significativamente diferente de los grupos RL3 y RL4 (p < 0,05), mientras que el grupo RL4 fue significativamente más alto que otros grupos (p < 0,05). No se observaron diferencias (p > 0,05) en IBW, FBW, WG y ADG entre los grupos. Los valores de EMA y GR en RL2 y RL3 fueron significativamente superiores a los de RL1 y RL4 (p < 0,05). En comparación con RL1, la EMA de RL2 y RL3 aumentó un 37,23 % y un 42,30 %, y el valor de GR aumentó un 60,00 % y un 66,67 %, respectivamente. No se observaron diferencias (p > 0.05) en PSW, CW, SR, ST y espesor de grasa dorsal (BFT) entre RL1 y RL2 (Tabla 2). Además, no hubo diferencias significativas en MCP, pH del músculo longissimus dorsi a 1 hy 24 h después del sacrificio, DR a las 24 h y 48 h después del sacrificio (p > 0,05) (Cuadro S.1). Los resultados mostraron que el uso de SMPE fermentado como dieta de ovejas Hu no tuvo un efecto significativo en la calidad de la carne.

Entre los aminoácidos esenciales (EAAs), los contenidos de treonina, valerina, leucina, lisina, histidina y cantidad total de aminoácidos esenciales del músculo longissimus dorsi en RL2 y RL3 fueron significativamente superiores a los de RL1 y RL4 (p < 0,05). ) (Cuadro 3), el contenido de isoleucina fue significativamente mayor que RL4 (p < 0,05), y los contenidos de metionina y fenilalanina no fueron significativamente diferentes entre muestras (p > 0,05). En comparación con RL1, los contenidos de treonina, valerina, leucina, lisina, histidina y aminoácidos esenciales totales en RL2 aumentaron significativamente en un 20,81 %, 16,17 %, 21,04 %, 24,49 %, 17,37 % y 20,35 %, respectivamente, mientras que en RL3 aumentó un 20,47%, 18,86%, 20,84%, 24,49%, 19,25% y 19,97%, respectivamente.

Entre los aminoácidos no esenciales, los contenidos de ácido aspártico, serina, ácido glutámico y arginina del músculo longissimus dorsi en RL2 y RL3 fueron significativamente mayores que los de RL1 y RL4 (p < 0,05), y el contenido de tirosina fue significativamente mayor. superior a la del RL4 (p < 0,05). En comparación con RL1, los contenidos de ácido aspártico, serina, ácido glutámico y arginina en RL2 aumentaron significativamente en un 18,64 %, 23,05 %, 17,77 % y 22,92 %, respectivamente, y en un 17,80 %, 15,23 %, 17,49 % y 21,30 % en RL3, respectivamente. Para los aminoácidos del sabor (FAA), los contenidos en RL2 y RL3 fueron significativamente más altos que los de RL1 y RL4 (p < 0,05).

Después del control de calidad de los datos obtenidos por la plataforma de secuenciación IonS5TMXL, se obtuvieron un total de 1.202.445 secuencias válidas de materias primas y líquido ruminal de ovejas Hu, con un promedio de secuencias válidas de 80.163 por muestra. Las secuencias válidas se agruparon como 9824 OTU con un umbral de similitud de secuencia del 97 %. Entre ellos, RL0 tuvo un promedio de 417 UTO, RL1 fue 980, RL2 fue 1081, RL3 fue 1165 y RL4 fue 1061. El número de UTO en RL0 fue significativamente menor que los demás (p < 0,05). La curva de dilución refleja directamente si la profundidad de secuencia optimizada extraída es razonable e indirectamente refleja la riqueza de especies en la muestra. Se puede ver en la Fig. 1 que el número de secuencias extraídas alcanza más de 30,000, y las curvas tienden a ser planas, lo que indica que el volumen del reservorio de secuencias medido por diferentes muestras puede reflejar mejor el número de especies de la comunidad bacteriana y la cantidad de datos de secuenciación era básicamente razonable.

Curvas de dilución de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con la adición de diferentes sustratos de hongos Pleurotus eryngii fermentados. RL0 representan materias primas de SMPE fermentado, RL1, RL2, RL3, RL4 representan líquido ruminal de ovejas Hu alimentadas con dietas TMR que contenían SMPE fermentado al 0 %, 15 %, 30 % y 45 %, respectivamente.

El diagrama de Venn puede visualizar las diferencias y superposiciones en la composición de OTU de las comunidades bacterianas en diferentes muestras (Fig. 2). Los resultados del análisis de Venn mostraron que, a nivel de OTU, la OTU bacteriana específica representó el 14,71 % (359) del número de secuencia total de OTU en RL0, la OTU bacteriana específica representó el 8,85 % (216) del número de secuencia total de OTU en RL1, La UTO bacteriana específica en RL2 representó el 3,07 % (75) del número de secuencia de UTO total, y la UTO bacteriana específica en RL3 representó el 9,63 % (235) del número de secuencia de UTO total. Las OTU bacterianas específicas en RL4 representaron el 6,06 % (148) del número total de secuencias de OTU. Además, el número de UTO bacterianas compartidas por RL0, RL1, RL2, RL3 y RL4 fue de 277 (11,35 %).

Diagrama de Venn de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con diferentes sustratos de hongos Pleurotus eryngii fermentados. RL0 representan materias primas de SMPE fermentado, RL1, RL2, RL3, RL4 representan líquido ruminal de ovejas Hu alimentadas con dietas TMR que contenían SMPE fermentado al 0 %, 15 %, 30 % y 45 %, respectivamente.

La riqueza de especies y la uniformidad de las comunidades bacterianas del rumen tratadas con diferentes cantidades de sustrato de hongos gastados fermentados se evaluaron mediante el índice de diversidad α en las muestras (punto de corte = 37,136). La Tabla S.2 mostró que el índice de diversidad α de la comunidad bacteriana ruminal en RL1, RL2, RL3 y RL4 fue significativamente mayor que RL0 (p < 0,05), lo que indicó que la diversidad de especies de la comunidad bacteriana ruminal fue significativamente mayor que la de las materias primas. Sin embargo, con el aumento de la adición de SMPE fermentado, las diferencias en el índice de especies observadas, el índice de Shannon, el índice de Simpson, el índice de Chao1 y el índice de ACE no fueron significativas (p > 0,05).

El índice de diversidad β podría medir el grado de divergencia en la diversidad de especies entre dos muestras por distancia Unifrac no ponderada. Cuanto menor sea el valor, menor será la diferencia en la diversidad de especies entre dos muestras. Como puede verse en la Fig. 3, las distancias más pequeñas de Unifrac no ponderado fueron RL2 y RL4, con un valor de 0,343, y las distancias más grandes fueron RL0 y RL3, con un valor de 0,763. Puede verse que la diferencia en la estructura de la comunidad bacteriana entre RL2 y RL4 fue la más pequeña, y la diferencia entre RL0 y RL3 fue la más grande.

El índice de diversidad β de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con diferentes sustratos de hongos Pleurotus eryngii fermentados. RL0 representan materias primas de SMPE fermentado, RL1, RL2, RL3, RL4 representan líquido ruminal de ovejas Hu alimentadas con dietas TMR que contenían SMPE fermentado al 0 %, 15 %, 30 % y 45 %, respectivamente.

Los resultados del Análisis de Coordenadas Principales (PCoA) de la comunidad bacteriana del rumen con diferentes tratamientos basados en OTU se muestran en la Fig. 4, y el componente principal 1 (PC1) y el componente principal 2 (PC2) explicaron el 80,45% y el 7,71% de la la varianza de las variables, respectivamente, y la tasa de cotización acumulada fue del 88,16%. PC1 distinguió claramente la comunidad bacteriana en RL0 de RL1, RL2, RL3 y RL4, y PC2 distinguió claramente entre cuatro grupos, indicó que había grandes diferencias en la estructura de la comunidad bacteriana de las materias primas y el líquido ruminal de ovejas Hu con diferentes tratamientos.

Análisis PCoA de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con diferentes sustratos de hongos Pleurotus eryngii fermentados. RL0 representan materias primas de SMPE fermentado, RL1, RL2, RL3, RL4 representan líquido ruminal de ovejas Hu alimentadas con dietas TMR que contenían SMPE fermentado al 0 %, 15 %, 30 % y 45 %, respectivamente.

Se detectaron un total de 10 phyla en materias primas y líquido ruminal de ovejas Hu tratadas con diferentes cantidades de alimento de fermentación, los taxones dominantes fueron los siguientes: Firmicutes (42,86–78,73 %), Bacteroidetes (8,54–48,56 %), Proteobacteria (0,71 –7,49%) y Fibrobacteres (0,18–6,86%) (Figura S.1). En comparación con RL1, la abundancia relativa de Firmicutes en RL4 aumentó significativamente en un 9,36 % (p < 0,05), la abundancia relativa de Bacteroidetes en RL3 aumentó en un 2,10 %, pero la diferencia no fue significativa (p > 0,05), y la abundancia relativa de Fibrobacteres en el RL4 aumentó significativamente en un 68,24 % (p < 0,05).

A nivel de género, los géneros dominantes (abundancia > 1%) de la comunidad bacteriana del RL0 fueron Lactobacillus, Prevotella 1 y Bacteroides. En el rumen de ovejas Hu tratadas con diferentes cantidades de salvado, Prevotella 1, Christensenellaceae R-7, Ruminococcaceae NK4A214, Fibrobacter, Rikenellaceae RC9, Saccharofermentans y Prevotellaceae UCG001 fueron todos los géneros dominantes en RL1, RL2, RL3 y RL4 (Cuadro 4).

La abundancia relativa de Lactobacillus y Bacteroides en RL1, RL2, RL3 y RL4 disminuyó significativamente en comparación con RL0 (p < 0,05), y aumentó la abundancia relativa de Prevotella 1, Christensenellaceae R-7, Ruminococcaceae NK4A214, Fibrobacter, Rikenellaceae RC9 y Prevotellaceae UCG001 significativamente (p < 0,05). En comparación con RL1, la abundancia relativa de Christensenellaceae R-7 en RL3 disminuyó significativamente en un 33,59 %, la abundancia relativa de Prevotellaceae UCG001 en RL2, RL3 y RL4 disminuyó en un 50,41 %, 62,24 % y 49,17 %, respectivamente, y la abundancia relativa de Ruminococcaceae NK4A214 en RL2 aumentó significativamente en un 35,01% (p < 0,05). Además, el análisis del mapa de calor de la comunidad bacteriana basado en el nivel de género también mostró que la composición de la comunidad bacteriana ruminal de las materias primas y el líquido ruminal de las ovejas Hu con diferentes tratamientos cambió significativamente (Fig. 5).

Mapa de calor de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con diferentes agregados de sustrato de hongo Pleurotus eryngii fermentado según el nivel de género. RL0 representan materias primas de SMPE fermentado, RL1, RL2, RL3, RL4 representan líquido ruminal de ovejas Hu alimentadas con dietas TMR que contenían SMPE fermentado al 0 %, 15 %, 30 % y 45 %, respectivamente.

Para identificar aún más las posibles correlaciones entre los cambios en el rendimiento de la producción y la calidad de la carne y las bacterias del rumen de las ovejas Hu, calculamos los coeficientes de correlación de Spearman entre ellos. En primer lugar, analizamos la correlación entre el rendimiento productivo y la calidad de la carne (Fig. 6). Tanto las FAA como las EAA mostraron correlaciones positivas con PSW, CW, BFT, EMA y GR. Mientras tanto, las FAA se correlacionaron positivamente con las EAA. Además, tanto PSW como CW se correlacionaron positivamente con SR, BFT, pero se correlacionaron negativamente con pH (1 h) y pH (24 h), PSW se correlacionó positivamente con CW. BFT exhibió una correlación positiva con SR, EMA, GR, mientras que se correlacionó negativamente con el pH (24 h). EMA y pH (1 h) se correlacionaron positivamente con GR y pH (24 h), respectivamente. Por el contrario, DR (24 h) y DR (48 h) se correlacionaron negativamente con MCP y ST, respectivamente. Luego, analizamos la correlación entre la bacteria ruminal y el rendimiento productivo, calidad de la carne. Como se muestra en la Fig. 7, Prevotellaceae UCG001 mostró una correlación positiva con DR (24 h) y prolina. Bacteroides mostró una correlación positiva con ST y FCR y una correlación negativa con DR (48 h). De manera similar, Ruminococcus se correlacionó positivamente con glicina y negativamente con EMA, GR y arginina. Además, Fibrobacter mostró una correlación negativa con DR (48 h).

Análisis de la correlación entre el rendimiento productivo y la calidad de la carne de ovejas Hu. La significación estadística se calculó mediante el análisis de correlación de Spearman (*p < 0,05). El tamaño y la intensidad de los círculos de colores son proporcionales a los valores de correlación. Peso pre-faena PSW, peso canal CW, tasa de faena SR, grosor de piel ST, grosor de grasa dorsal BFT, área muscular ocular EMA, regla de grado GR, porcentaje de cocción de carne MCP, pH (1 h) y pH (24 h) = pH del músculo longissimus dorsi a 1 h y 24 h después del sacrificio, DR (24 h) y DR (48 h) tasa de goteo de 24 h y 48 h después del sacrificio, aminoácidos del sabor FAAs, aminoácidos esenciales EAAs.

Análisis de la correlación entre la abundancia relativa de bacterias en el rumen según el nivel de género y el rendimiento productivo o la calidad de la carne de ovejas Hu. La significación estadística se calculó mediante el análisis de correlación de Spearman (*p < 0,05). El tamaño y la intensidad de los círculos de colores son proporcionales a los valores de correlación. Grosor de la piel ST, área del músculo ocular EMA, regla de grado GR, tasa de goteo DR (24 h) y DR (48 h) de 24 h y 48 h después del sacrificio, índice de conversión alimenticia FCR.

El rendimiento de producción de los animales afecta los beneficios económicos, la mejora de ADG animal y la reducción de FCR son particularmente importantes en la evaluación del valor del alimento. El desempeño del sacrificio es uno de los indicadores importantes que reflejan el desempeño de la producción animal, entre los cuales PSW, CW y SR son factores importantes que afectan el valor económico del animal. Gao et al.4 encontraron que la suplementación con un 30 % de sustrato de hongo gastado fermentado del alimento Pleurotus eryngii tuvo una mayor ganancia de peso corporal, ADG y consumo de materia seca, y menor FCR de la cabra Matou. Chu et al.9 demostraron que agregar un 30 % de subproductos de hongos fermentados de Flammulina velutipes a la dieta de cerdos en crecimiento‐ceba puede mejorar significativamente el peso y la calidad de la canal de los cerdos. Los resultados de este estudio mostraron que el grupo alimentado con 15% de SMPE tenía ADFI alto en comparación con RL4 y FCR bajo en comparación con RL3 y RL4. Además, el rendimiento de producción general de las ovejas Hu mejoró en un 15 % y un 30 % en comparación con el 0 % de SMPE fermentado, lo que puede deberse a las bacterias beneficiosas y las sustancias bioactivas contenidas en SMPE fermentado para mejorar el entorno del rumen y promover la digestión del alimento. En primer lugar, se mejoró la tasa de conversión de elementos minerales en SMPE fermentado inoculado con probióticos, como LAB, Saccharomyces cerevisiae y Bacillus subtilis. Esos elementos minerales podrían combinarse con proteínas, aminoácidos, polisacáridos, etc. en las bacterias para formar compuestos orgánicos absorbibles, que tenían una alta tasa de utilización y actividad biológica4. En segundo lugar, las bacterias beneficiosas en SMPE fermentado podrían multiplicarse en el rumen después de que los animales las consumieran, produciendo así una variedad de enzimas digestivas para mejorar la degradación de sustancias macromoleculares como la fibra. Mientras tanto, la secreción endocrina de enzimas digestivas en el rumen fue inducida por las bacterias beneficiosas, para mejorar la tasa de conversión de SMPE19 fermentado, mejorando así la tasa de conversión del alimento fermentado y mejorando el rendimiento del sacrificio. Además, la proporción de SMPE fermentado no debe ser demasiado alta. Agregar demasiado alimento fermentado conducirá a una disminución en el rendimiento del sacrificio, lo que puede deberse a la gran cantidad de celulosa contenida en el sustrato, que estimula el peristaltismo del rumen, acelera la tasa de circulación del quimo, de modo que los nutrientes en el quimo no son se absorben por completo y se excretan, lo que reduce la digestibilidad aparente de los nutrientes del alimento20. Se puede observar que las ovejas Hu alimentadas con un 15 % de SMPE fermentado tuvieron el mejor desempeño en el sacrificio.

Los aminoácidos son materias primas importantes para la síntesis de proteínas, proporcionando una base material para el crecimiento del huésped, el metabolismo y el mantenimiento de los signos vitales, y su tipo y contenido son factores importantes que afectan el sabor muscular y el valor nutricional, y el contenido de aminoácidos esenciales es un indicador importante para medir la calidad muscular21. Cuando Boutry et al.22 alimentaron cerdos recién nacidos con una dieta rica en leucina, encontraron que la tasa de síntesis de proteínas en los músculos de los cerdos se aceleró y las vías de señalización relacionadas con la síntesis de proteínas se enriquecieron significativamente. Los resultados de este estudio mostraron que la cantidad total de aminoácidos esenciales en RL2 y RL3 fue significativamente mayor que la de RL1, indicaron que la adición de 15% y 30% de alimento fermentado podría aumentar significativamente el contenido de aminoácidos del cordero y mejorar el valor nutricional de la calidad de la carne. El residuo de micelio de hongos en el SMPE tiene una alta concentración de proteína, por lo tanto, se utilizó como fuente de proteína para rumiantes23. Además, el contenido de aminoácidos esenciales y aminoácidos totales de SMPE fue significativamente mayor que el de las materias primas después de la fermentación de cepas mixtas, aumentó en un 15,45 % y un 25,50 %, respectivamente24. El contenido de aminoácidos del sabor, incluido el ácido aspártico, el ácido glutámico y la glicina, etc., fue mayor en las materias primas de SMPE24. Después de la fermentación, los microorganismos convierten el nitrógeno no proteico en proteínas bacterianas, y algunos microorganismos tienen la función de secretar proteasas, el contenido de aminoácidos de SMPE aumenta aún más, lo que aumenta el contenido de aminoácidos del músculo. El ácido aspártico, el ácido glutámico y la glicina son aminoácidos umami en los músculos, y su contenido es un indicador importante que afecta el sabor de la carne, de la cual el ácido aspártico y el ácido glutámico también se pueden usar como medicamentos para tratar algunas enfermedades, principalmente para el tratamiento de enfermedades del hígado, enfermedades del tracto digestivo, encefalopatía, enfermedades cardiovasculares, enfermedades respiratorias y para mejorar la vitalidad muscular, nutrición pediátrica y desintoxicación. En este ensayo, los contenidos de ácido aspártico, ácido glutámico y glicina en RL2 y RL3 fueron significativamente más altos que en RL1. Se puede ver que la adición de 15% y 30% de SMPE fermentado a la dieta de ovejas Hu tuvo un efecto significativo en el contenido de aminoácidos en el músculo, lo que podría mejorar el sabor y el valor nutricional del cordero.

Los microorganismos en el rumen de los rumiantes incluyen principalmente bacterias, hongos y protozoos, la estructura de la composición microbiana del rumen es esencial para mantener la homeostasis ambiental en el rumen, promover la digestión y absorción del alimento y beneficiar a los animales. La estructura de la comunidad microbiana del rumen se ve afectada por muchos factores, de los cuales los tipos de dieta, la estructura y el modo de alimentación son los factores más importantes25. Por ejemplo, Liu et al.26 encontraron que la adición de suplementos de cultivo de levadura a las dietas cambió la composición de la comunidad bacteriana del rumen de las ovejas en el alimento doméstico. En este experimento, el filo dominante del rumen de las ovejas Hu fue Firmicutes, Bacteroidetes y Fibrobacteres, que eran básicamente consistentes con estudios previos. Estudios previos han demostrado que Bacteroidetes y Firmicutes son el phylum dominante en el rumen de los rumiantes27,28. Evans et al.29 encontraron que Bacteroides juega un papel importante en la degradación de sustancias no fibrosas, mientras que Firmicutes está principalmente involucrado en la descomposición de sustancias fibrosas. El phylum Fibrobacteres se reconoce como uno de los principales degradadores bacterianos del material lignocelulósico en el intestino de los herbívoros30. Después de la fermentación microbiana, el valor nutricional de SMPE mejoró significativamente, pero debido a la limitación de la materia prima, el contenido de celulosa se mantuvo en un nivel alto. Los rumiantes no producen enzimas de celulasa por sí mismos, sino que dependen de bacterias y hongos en el rumen para descomponer la celulosa. Por lo tanto, las dietas TMR alimentadas que contenían SMPE fermentado promueven el crecimiento y la proliferación de Firmicutes y Fibrobacter en el rumen de las ovejas Hu. Con el aumento de la adición de SMPE fermentado, las abundancias relativas de Firmicutes y Fibrobacteres en RL4 aumentaron significativamente en comparación con las de RL1. Los resultados mostraron que la adición de SMPE fermentado a TMR de ovejas Hu podría promover el crecimiento y la proliferación de Firmicutes y Fibrobacter, y condujo a la degradación de sustancias fibrosas en la dieta.

Estudios previos han demostrado que Prevotella es el género dominante del rumen de los rumiantes31,32. Thoetkiattikul et al.33 descubrieron mediante secuenciación de alto rendimiento de 16S rDNA que las bacterias dominantes del rumen rumiante eran Prevotella y Flavobacterium. En este experimento, los géneros dominantes en el rumen de ovejas Hu fueron Prevotella 1, Christensenellaceae R-7, Ruminococcaceae NK4A214, Fibrobacter, Rikenellaceae RC9, Saccharofermentans y Prevotellaceae UCG001. No fue completamente consistente con los resultados de estudios previos, y se especuló que podría ser causado por diferencias en la raza animal, edad, estructura del alimento, manejo de la alimentación, etc. Se considera que Prevotella es un género degradante con una gran capacidad para descompone la hemicelulosa34 y juega un papel importante en la degradación de proteínas crudas, almidones, xilano y pectina33,35. Los resultados de este experimento mostraron que la abundancia relativa de Prevotella 1 en el rumen de las ovejas Hu fue la más alta, lo cual fue consistente con los resultados anteriores, pero la diferencia entre los grupos no fue significativa. Esto puede deberse a que la dieta diseñada para este estudio tenía niveles similares de proteína cruda y energía, por lo que no tuvo un efecto significativo en la abundancia relativa de Prevotella. Las ruminococcaceae incluyen ruminococcus flavefaciens y ruminococcus albus y son las principales bacterias fibrodegradadoras en el rumen y pueden producir una gran cantidad de celulasa, hemicelulasa y xilanasa para degradar la celulosa y la hemicelulosa en el forraje. En este estudio, la abundancia relativa de Ruminococcaceae NK4A214 en RL2 fue significativamente mayor que en RL1. Los resultados mostraron que la adición de SMPE fermentado a TMR de ovejas Hu podría promover el crecimiento y la reproducción del rumen y mejorar la tasa de degradación de la fibra en la dieta.

La dieta juega un papel importante en la formación de los microbios del rumen en los rumiantes, altera el medio ambiente y el metabolismo del rumen36,37. Luego altera el metabolismo muscular y la calidad de la carne. Por ejemplo, la TMR que contenía harina de palmiste en un 18 % de ovejas tibetanas aumentó la abundancia de Christensenellaceae R-7, Ruminococcaceae UCG-013, Lachnospiraceae UCG-002 y Family XIII AD3011 en el rumen, pero disminuyó la abundancia de Prevotella 1, la anterior. Los grupos de bacterias regulan la calidad de la carne mediante la regulación de los metabolitos ruminales (ácido succínico, ácido DL-glutámico, etc.)38. En este estudio, RL2, RL3 y RL4 disminuyeron la abundancia de Prevotellaceae UCG001 en comparación con RL1. El análisis de correlación mostró que Prevotellaceae UCG001 tenía una correlación positiva con DR (24 h) y prolina. Indicó que la adición de SMPE fermentado a las dietas puede regular la calidad de la carne de las ovejas Hu al afectar los microorganismos en el rumen, dado que los microbios del rumen pueden afectar la producción de AGV y proteína microbiana por fermentación microbiana del alimento39, los metabolitos funcionales anteriores alteran posteriormente la deposición de metabolitos en los músculos. Por lo tanto, se necesita más investigación para medir los productos finales del proceso de fermentación para determinar cómo el alimento SMPE altera la homeostasis del ambiente interno y la composición de la flora en el rumen para afectar la calidad de la carne.

SMPE fue proporcionado por Fujian Greenbao Group, la fórmula del material de cultivo fue la siguiente: bagazo 13,0 %, astillas de madera 22,2 %, mazorca de maíz 26,0 %, salvado 18,0 %, harina de maíz 8,8 %, harina de soja 9,0 %, cal 1,2 %, calcio ligero 1,8%, que fue una adaptación de lo descrito anteriormente40. Se seleccionaron palitos de hongos de desecho después de cosechar los champiñones por 1 vez, el micelio era blanco, fresco y libre de moho, luego se desembolsaron, se trituraron y se apartaron.

El agente microbiano compuesto "Huojunduo" se compró a Beijing Shengyuda Biotechnology Co., Ltd. Número de bacterias viables: Bacillus subtilis ≥ 100 × 106 CFU·g−1, bacterias del ácido láctico ≥ 10 × 106 CFU·g−1, Saccharomyces cerevisiae ≥ 100 × 106 CFU·g−1, bacterias totales ≥ 210 × 106 CFU·g−1. La fórmula del material de fermentación mixto de sustrato de hongo gastado fue: 500 kg de salvado de hongos, 260 kg de salvado fino, 180 kg de cebada, 10 kg de azúcar moreno, 1 kg de agente de fermentación de hongos y 50 kg de agua, que fue adaptada de el método descrito por Gao et al10. El agente microbiano se roció uniformemente sobre las materias primas, se mezcló uniformemente y se dividió en bolsas selladas, y se fermentó anaeróbicamente a temperatura ambiente durante 21 días. Los nutrientes antes y después de la fermentación se muestran en la Tabla S.3.

El experimento se llevó a cabo en Longyan Green Tao Animal Husbandry Co., Ltd. en la ciudad de Gaopi, distrito de Yongding, ciudad de Longyan, provincia de Fujian, China (24,96° N, 116,86° E, sobre el nivel del mar 310 m). El presente estudio utilizó 120 corderos de raza Hu, la relación macho: hembra es de 1:1, alrededor de los 60 días de edad, el peso corporal promedio fue de 13,50 kg (SD = 3,10) al inicio de la prueba de rendimiento, todos los los machos fueron castrados. Se utilizó un diseño experimental univariado y se aleatorizó en 4 grupos con 3 repeticiones en cada grupo y 10 ovejas Hu por repetición. 0 (RL1), 15 % (RL2), 30 % (RL3) y 45 % (RL4) de SMPE fermentado se agregaron a TMR respectivamente, y la fórmula de la dieta y el nivel de nutrientes se muestran en la Tabla S.4. El ensayo se llevó a cabo con alimentación en el hogar, las ovejas se adaptaron a la dieta durante un período de 10 días seguidos de 150 días de registro del rendimiento del crecimiento. Antes de la prueba, las ovejas fueron numeradas y desparasitadas, la casa de ovejas se limpió regularmente, se desinfectó a tiempo y fue criada por personal especial en la casa de ovejas bien ventilada. Alimentar una vez al día a las 8:00 y 17:00 y beber libremente. El alimento debe basarse en un ligero excedente en el comedero, y el excedente debe recolectarse y medirse diariamente.

Las muestras se secaron en una estufa de aire forzado a 60 °C durante 72 h y luego se molieron y tamizaron a través de un tamiz de 1 mm para el análisis químico. Los contenidos de humedad, ceniza bruta, fibra bruta (CF) y proteína bruta (CP) se determinaron utilizando el método de la Asociación de Químicos Analíticos Oficiales41. Los contenidos de fibra detergente neutra (FND), fibra detergente ácida (FAD) se determinaron mediante el procedimiento informado por Van Soest et al.42. El calcio y el fósforo total se determinaron por el método del permanganato de potasio y el método espectrofotométrico del molibdato de amonio, respectivamente41. La energía metabolizable se calculó según el método de Gao et al.43.

El consumo promedio diario de alimento (ADFI) se midió en base a la diferencia entre el alimento ofrecido y el residual. El peso corporal de los animales individuales se midió semanalmente y la ganancia de peso (WG) se calculó en función de la diferencia entre el peso corporal inicial (IBW) y el peso corporal final (FBW). La tasa de conversión alimenticia (FCR) se determinó acumulativamente a través de los datos recopilados.

Al final del experimento, se seleccionaron al azar 3 ovejas macho de prueba en cada grupo (1 oveja por repetición), en ayuno de 24 h y agua durante 2 h antes del sacrificio. Sacrificio antes de pesar, cortar el cuello y sangrar, quitar la piel, quitar la cabeza, las pezuñas y los órganos internos, y medir los indicadores de rendimiento del sacrificio, incluido el peso de la canal (CW), la tasa de sacrificio (SR), el grosor de la piel (ST), el área del músculo ocular ( EMA), grosor de la grasa dorsal (BFT), regla de grado (GR), etc. CW: peso vivo previo al sacrificio para eliminar el peso de la cabeza, el pelaje, las pezuñas, la cola y los órganos internos (reteniendo los riñones y la grasa circundante) ; SR(%) = PC/peso antes del sacrificio × 100; EMA: el área de la sección transversal de la columna superior-músculo oftálmico entre las costillas 12 y 13, el contorno de la sección transversal del músculo del ojo se representó con papel de ácido sulfúrico y luego el área del contorno se calculó con el medidor de acumulación (QCJ -2000, Shandong); Valor GR: El grosor del tejido entre las costillas 12 y 13 se midió a 11 cm de la línea media de la columna dorsal con un pie de rey.

El músculo longissimus dorsi izquierdo se tomó después del sacrificio para determinar los indicadores de calidad de la carne, como el porcentaje de cocción de la carne (MCP), el pH y la tasa de goteo (DR). MCP: pelar la grasa adherida al músculo, pesar con una balanza con una sensibilidad de 0,1 g (contar como W1), colocar la muestra de carne en una bolsa de polietileno, cocer al vapor en una vaporera de aluminio durante 30 min, sacarla y poner en agua fría para enfriar durante 1 h, secar la humedad de la superficie con papel, pesar (cuenta como W2), MCP (%) = W2/W1 × 100%. pH: El pH se midió 45 min después del sacrificio con un pHmetro, y se tomó como resultado final el valor promedio. DR: Corte 2 piezas de carne de 5 cm de largo, 3 cm de ancho y 2 cm de grosor, colóquelas en bolsas de plástico (las muestras de carne no deben estar en contacto con la pared de las bolsas de plástico), ate bien la boca de la bolsa y colgarlos en heladera a 4 °C, sacarlos a las 24 h y 48 h, absorber la humedad de la superficie con papel absorbente y pesar, registrar como peso final. DR (%) = (peso inicial－peso final) / peso inicial × 100%. Se determinó la composición de aminoácidos del músculo longissimus dorsi. Después del tratamiento con un liofilizador antes de la prueba, se aplastó y se pasó por un tamiz de 0,425 mm. Con referencia al método de GB 5009.168-2016, se utilizó el analizador automático de aminoácidos Hitachi L-8900 (Japón) para la medición.

Después del sacrificio, el contenido del rumen se recolectó inmediatamente del rumen de 3 ovejas en cada tratamiento, se transfirió a contenedores estériles, se almacenó en hielo seco y se transportó al laboratorio a -80 °C para la extracción de ADN. El ADN total del genoma microbiano de las muestras fue extraído por CTAB. La concentración de ADN se determinó mediante Nanodrop y la calidad del ADN se detectó mediante electroforesis en gel de agarosa al 1,2 %. Diluya el ADN a 1 ng·μl−1 usando agua estéril. La región V4 del gen 16S rDNA bacteriano se amplificó utilizando los cebadores universales 515F (5′-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3′) y 806R (5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′). Los productos de PCR se detectaron utilizando un gel de agarosa al 2,0% para electroforesis y las bandas de interés se recuperaron con el kit de recuperación de gel Gene JET (Thermo Scientific). Los productos recuperados se enviaron a la plataforma IonS5TMXL de Beijing Novogene Technology Co., Ltd. para una secuenciación de alto rendimiento.

Después de que Fast QC controló la calidad de los datos de secuenciación, se utilizó Cutadapt (V1.9.1) para filtrar secuencias cortas (< 200 pb) y secuencias de baja calidad (q < 25). Las Unidades Taxonómicas Operativas (OTU) se asignan a secuencias válidas con un 97% de similitud con la base de datos SILVA por el método de Mothur. El índice de diversidad de la muestra se calculó con Qiime (Versión 1.9.1) y el análisis de componentes principales se realizó con R.

Todos los experimentos se realizaron por triplicado y los datos obtenidos se expresaron como media ± desviación estándar (DE). Para las determinaciones del rendimiento del crecimiento, el rendimiento del sacrificio, el contenido de aminoácidos del cordero, la calidad de la carne, la abundancia relativa y el índice de diversidad de la comunidad bacteriana del rumen de las ovejas Hu, se realizó un análisis de varianza de una vía (ANOVA) seguido de la diferencia mínima significativa de Fisher (LSD). ) a p = 0,05 utilizando SPSS 22.0 para Windows (SPSS Inc, Chicago, EE. UU.).

Para identificar las supuestas correlaciones entre el rendimiento de la producción y la calidad de la carne y la composición microbiana del rumen de las ovejas Hu, se calcularon y visualizaron los coeficientes de correlación de rango de Spearman para las comparaciones por pares con el paquete corrplot en R.

En general, el rendimiento de producción de las ovejas Hu fue superior mientras que las alimentadas con TMR contenían SMPE fermentado al 15 % en relación con los otros grupos. RL2 y RL3 dieron como resultado un aumento en el contenido de EAA y FAA. Para las bacterias del rumen, las abundancias relativas de Firmicutes y Fibrobacteres aumentaron en RL4, y Ruminococcaceae NK4A214 aumentó en RL2. Sin embargo, RL2, RL3 y RL4 disminuyeron la abundancia de Prevotellaceae UCG001 en comparación con RL1. El análisis de correlación indicó que la adición de SMPE fermentado a TMR puede mejorar el rendimiento de la producción y la calidad de la carne al afectar a los microorganismos en el rumen de las ovejas Hu.

Todos los procedimientos que involucran animales fueron aprobados por el Comité de Cuidado y Uso de Animales y el Comité de Ética del Instituto de Investigación de Ecología Agrícola, Academia de Ciencias Agrícolas de Fujian (NO. PZCASFAAS21022). Obtuvimos el consentimiento informado por escrito de los propietarios de los animales para utilizar los animales en este estudio. Todos los experimentos se realizaron de acuerdo con las recomendaciones de las Regulaciones para la Administración de Asuntos Relacionados con Animales de Experimentación del Consejo de Estado de la República Popular China. Todos los experimentos se llevaron a cabo de conformidad con las directrices ARRIVE.

Los conjuntos de datos sin procesar generados durante el estudio actual están disponibles en el repositorio NCBI (PRJNA944903).

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Con el apoyo del Fondo Especial para la Investigación Científica sobre Causas Públicas de la Provincia de Fujian (2020R1021002), el Proyecto de Innovación Colaborativa "5511" del Gobierno Popular de la Provincia de Fujian y la Academia China de Ciencias Agrícolas (XTCXGC2021010, XTCXGC2021019) y el Proyecto de la Academia de Ciencias Agrícolas de Fujian ( CXTD2021009-1, YDXM202205).

Estos autores contribuyeron por igual: Xiaoyun Huang y Liuting Zhou.

Instituto de Investigación de Ecología Agrícola, Academia de Ciencias Agrícolas de Fujian, Fuzhou, 350013, China

Xiaoyun Huang, Liuting Zhou, Xiaofeng You, Haidong Han y Xiusheng Huang

Centro de investigación de ingeniería y tecnología de Fujian para la agricultura de reciclaje en áreas montañosas, Fuzhou, 350013, China

Xiaoyun Huang, Liuting Zhou, Xiaofeng You, Haidong Han y Xiusheng Huang

Instituto de Cría de Animales y Medicina Veterinaria, Academia de Ciencias Agrícolas de Fujian, Fuzhou, 350013, China

Xinzhu Chen

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XSH concibió los experimentos, XYH y XFY realizaron los experimentos, LTZ, HDH y XZC analizaron los resultados. Todos los autores revisaron el manuscrito.

Correspondencia a Xinzhu Chen o Xiusheng Huang.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Huang, X., Zhou, L., You, X. et al. Rendimiento de la producción y estructura de la comunidad bacteriana del rumen de ovejas Hu alimentadas con sustrato de hongos gastados fermentados de Pleurotus eryngii. Informe científico 13, 8696 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35828-8

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Recibido: 02 Diciembre 2022

Aceptado: 24 de mayo de 2023

Publicado: 29 mayo 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35828-8

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