æ²ˆé˜³å¥¶ç‰›ä¹³æˆ¿ç‚Žç—…原菌种群结构非常简单(仅4种),而且其他微生物类群占据最高的份额(检出率为52.7%)。另一大分支划分为重庆为首的亚分支和湖北等地区亚分支。就第二大分支不同地区群落间差异而言,重庆 > 甘肃兰州 > 河北衡水 > 陕西渭南 = 安徽;湖北 = 江苏徐州 > 新疆石河子 > 其他9个地区;其他9个地区细分为2簇3小分支。其中1簇1小分支广东深圳病原菌群落差异 > 内蒙古呼和浩特和河南郑州;另1簇2小分支为广西南宁病原菌群落差异 > 黑龙江哈尔滨和上海,四川成都 > 北京和贵州贵阳地区。

重庆、甘肃兰州、河北衡水、陕西渭南或安徽逐级聚为一簇是因为这些地区奶牛乳房炎病原微生物种群结构相对简单(5~9种),而且1~2个种群占据极高的份额,例如重庆地区奶牛乳房炎病原菌群落包含5个种群,金黄色葡萄球菌和表皮葡萄球菌种群检出率分别高达42.8%和28.6%,合计占71.4%,因此独享1个分支;甘肃兰州奶牛乳房炎病原菌群落包含5个种群,金黄色葡萄球菌种群就占据61.5%的份额,另外无乳链球菌和大肠杆菌种群分别占据15.4%的份额,三者合计92.3%,因此独占1分支;河北衡水奶牛乳房炎病原菌群落虽包含9个种群,物种数相对丰富,但金黄色葡萄球菌和大肠杆菌种群均占据35.8%的份额,二者合计71.6%,因此独占一分支;陕西渭南和安徽地区奶牛乳房炎病原菌群落分别包含5和6个种群,相似的优势菌种群占据的份额极其相似,所以共享1个分支。

湖北与江苏徐州奶牛乳房炎病原菌群落均包含7个种群,除了江苏徐州金黄色葡萄球菌和无乳链球菌种群、湖北地区克雷伯氏菌和大肠杆菌种群份额相对偏高外,优势菌种群占有大致相似的份额,所以共享1各分支;新疆石河子奶牛乳房炎病原菌群落在此分支中相对特殊,可能和突然升高的种群数量有关(从湖北与江苏徐州的7个种群跨越到12个种群);其他9个地区奶牛乳房炎病原菌群落大同小异,除内蒙古呼和浩特、黑龙江哈尔滨和北京种群数量不足10个外,其他6各地区种群数量都在11~18之间,而且有大致相似的种群分布特征,因此9个地区共同占据一个较大的分支。

4. 讨论

众所周知,动植物具有明显的地域分布特征。本研究选择水热气候条件不同的7个地理分区对奶牛乳房炎奶源病原菌群落进行研究。基于传统分离鉴定的病原菌种群检出率相似性,发现奶牛乳房炎奶源病原菌群落未表现出明显的水热分区规律。例如,华北暖温带半湿润区的北京 [1] 先和西南亚热带湿润区的贵州贵阳 [18] 聚为一类,再和西南亚热带湿润区的四川成都 [17] 聚在一起;华东北亚热带湿润区的上海 [15] 和东北寒温带–温带半湿润–湿润区的黑龙江哈尔滨 [8] 聚为一类,再和华南亚热带湿润气候区的南宁 [12] 聚在一起;华中暖温带–亚热带、湿润–半湿润区的河南郑州 [10] 和华北温带半干旱区的呼和浩特 [3] 聚为一类,再和华南亚热带湿润区的广东深圳 [11] 聚在一起;上述9个地区再和西北温带干旱区的新疆石河子 [6] 聚在一起。另外,东北暖温带半湿润区的辽宁沈阳 [7] 作为最大的一级分支和其他17个省市区聚在一起。二级分支中,西南亚热带湿润区的重庆 [16] 、西北温带干旱区的甘肃兰州 [4] 、华北温带半湿润半干旱区的河北衡水 [10] 、西北温带干旱区的陕西渭南 [5] 或华东暖温带-亚热带湿润区的安徽 [13] 逐级聚在一起;华东暖温带湿润半湿润区的江苏徐州 [14] 与华中亚热带湿润区的湖北 [9] 和剩余10个省区聚在一起。

尽管权威的微生物生物地理学研究证实微生物群落也具有与宏生物类似的时空分布特征 [23] [24] [25] [26] ,Deb等 [27] 和Roesler等 [28] 认为奶牛乳房炎病原菌的空间变化取决于气候和动物自身差异。本研究中不同地区奶牛乳房炎病原菌群落组成有差异性但并未表现出有规律可循的地区分布特征。原因可能是集约化和规模化养殖推广后,现代人为管理因素的影响远超过自然水热气候及植被等历史因素的影响。陈礼明等 [17] 经流行病学调查研究,发现成都、洪雅和雅安各地的临床型乳房炎夏秋季节发病率高于春季和冬季。Olde等 [29] 研究发现由乳房链球菌引起的临床乳腺炎发病率和牧场有关,然而由大肠杆菌引起的临床乳腺炎发病率更多和圈舍有关;季节差异对优势病原菌的影响大,例如,完全密闭的牛群夏季比冬季有较高的大肠杆菌型临床乳腺炎发病率 [29] 。本研究中分离鉴定的病原菌多为乳房炎高发季节规模化牛场和少数散养户乳样,文献虽未具体研究区域气候及圈舍条件影响,但不排除气候及季节差异 [6] [7] [17] 和圈舍条件 [1] [3] [5] [6] [7] [8] [9] [13] [14] [17] [18] 对病原菌群结构组成的影响。Justice-Allen等 [30] 认为再生砂垫层是支原体滋生和繁殖的重要场所,适宜温度和降雨是促进再生砂垫层支原体诱发奶牛乳房炎的重要环境条件。Pieper等 [28] 研究发现患病牛群比对照牛群有较低的金黄色葡萄球菌发生率和较高的酵母菌发生率,但本研究7个地理分区18个省市区奶牛乳房炎牛群酵母菌发生率明显低于金黄色葡萄球菌等优势细菌发生率。Abera等 [31] 研究发现泌乳后期乳房炎发生率41.3%高于早期25.0%和中期22.1%,牛床垫料有无、垫料类型等饲养环境和卫生条件是诱发乳房炎的关键因素,但年龄、胎次和乳房炎病史与奶牛乳房炎的发生没有相关性。曹俊俊等 [1] 调查发现,隐性乳房炎感染率的高低与饲养管理、环境卫生条件、病原菌致病力强弱等因素有直接关系。邓海平等[3]研究发现内蒙古呼和浩特地区奶牛乳房炎的病原菌类群主要包括通过牛体、泥土、粪便等传播的环境性致病菌(表皮葡萄球菌、乳房链球菌、绿脓杆菌、大肠杆菌、停乳链球菌等)和通过挤奶过程接触传播的传染性病原菌(无乳链球菌与金黄色葡萄球菌等)。Lakew等 [32] 研究发现不同品种间泌乳期奶牛乳房炎患病率存在显著差异,挤奶过程中良好的卫生措施、剔除慢性乳腺炎载体、治疗临床感染奶牛,干奶期治疗均能降低传染性乳房炎的患病率。Zhao等 [33] 认为乳腺组织的破坏也是奶牛乳房炎的诱因。这说明畜间(品种、年龄、胎次、泌乳月、乳腺组织完好与否)差异、人为管理模式(垫层有无与类型、圈舍温湿度、卫生条件等)差异、可能的饮食结构差异等因素对奶牛乳房炎病原菌群落的分布有重要影响,但本研究中历史性的自然水热气候条件及植被因素并非驱动奶牛病原菌群落地区分布的决定性因素。Gordon等 [34] 研究发现“拴养”圈舍临床型乳房炎发病率主要受区域因素(山区生产带、牛群更换系统、农场主年龄)影响;“非栓养”圈舍,临床型乳房炎发病率主要与圈舍气候、温度和垫面的舒适度等因素有关。

另外,样本采集量、采样方法、培养和分离鉴定法、检测精准度对研究结果有重要影响,尽管本文所选7个地理分区18个省市区病原菌群都源自传统的分离培养及生理生化鉴定法,但采样量有明显区别(表1)。Oikonomou等 [35] 通过高通量测序一次性获得多达60个已知种和几将近50%的未分类细菌种,高通量测序获得的病原菌种群数量 [35] [36] [37] 远超过传统分离鉴定方法获得的奶牛乳房炎病原菌种群数量。此外,统计口径不同可能是造成奶牛病原菌群落差异的关键因素。例如,辽宁沈阳奶牛乳房炎病原菌群落接近20个种属 [7] ,但由于大多数种属没有单独计算检出率,统计口径明显不同于其他17个省市 [1] - [6] [8] - [18] ,导致其独占1个大分支。部分资料病原菌种属划分模糊、研究时空尺度和技术分析手段等不统一问题也可能是造成不同奶牛乳房炎病原菌群落差异的重要方面。

综上所述,不同地区奶牛乳房炎病原菌种群复杂,可能与区域气候条件 [3] [8] 、季节变化 [6] [8] [17] 、地理位置 [3] [5] [12] [13] 以及不同地区牛场的卫生管理措 [1] [3] [5] [6] [7] [8] [9] [13] [14] [17] [18] 有关。因此,不同地区应根据具体情况实施对奶牛乳房炎进行及早预防和正确诊疗。同时,注意保持牛舍内外清洁和牛体卫生、避免挤奶过程中的交叉感染。

5. 结论

我国7个地理分区的18个省市区共获得30个已知种属及其检出率的类群。不同地区奶牛乳房炎病原菌群落组成、优势种群及稀有种群存在明显差异,影响因素复杂。建议规范病原菌种属名称,统一研究时空尺度和技术分析手段,利用宏基因组学高通量技术从群落生态学角度探究地区间温湿度差异及畜间差异,不同管理模式、饮食结构和饲养环境等因素对病原菌群变化的影响,以期为流行病学和预防医学研究重点提供基础数据。

基金项目

感谢国内外学者提供的优质文献资料,感谢国家自然科学基金项目(No. 31660724, No. 41361053)、内蒙古自然科学基金项目(No. 2015MS0306, No. 2016MS0331)的支持。感谢审稿专家对该论文提出的宝贵意见。

参考文献

参考文献
[1] 曹授俊, 蔡泽川. 北京某地区奶牛隐性乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 山东畜牧兽医, 2012(4): 7-9.
[2] 杨建辉, 秦建华, 冯向辉, 陈松, 韩旭东, 张爱民, 李铁拴. 衡水市某奶牛场临床型乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2010(11): 110-112.
[3] 邓海平, 俞诗源, 王玲, 蒲万霞. 呼和浩特及周边地区奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏实验[J]. 中国草食动物, 2008, 28(6): 51-52.
[4] 魏小娟, 蒲万霞, 周绪正, 张继瑜, 李金善, 李剑勇, 牛建荣. 兰州地区奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 动物医学进展, 2007, 28(8): 113-114.
[5] 李娟娟, 魏恒, 王韦华. 奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 中国草食动物科学, 2013(3): 53-56.
[6] 刘长彬, 钟发刚, 卢春霞, 康立超, 李永刚, 姜志涛, 刘岗, 罗小玲. 新疆石河子地区隐性乳房炎致病菌调查及分离鉴定[J]. 江苏农业科学, 2014, 42(5): 181-184.
[7] 孙芳芳, 何剑斌. 沈阳地区奶牛乳房炎细菌分离鉴定与优势菌株药敏试验[J]. 现代畜牧兽医, 2014(2): 44-47.
[8] 王娜, 高学军. 哈尔滨地区奶牛隐性乳房炎病原菌的分离鉴定[J]. 东北农业大学学报, 2011, 42(2): 29-32.
[9] 刘朝, 王京仁, 张成栋, 吴波, 韩永佩, 赵波, 余亚, 王建华, 刘友斌, 程贵宝, 冯哲, 田地, 陈焕春, 郭爱珍. 湖北地区奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定与耐药性分析[J]. 中国奶牛, 2007(7): 35-38.
[10] 孔雪旺, 陈功义. 奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 湖北畜牧兽医, 2005(6): 27-29.
[11] 陈坤永, 翁良树, 吴慕贞, 张火星. 深圳地区奶牛临床型乳房炎病原菌分离鉴定与药敏试验[J]. 中国畜禽传染病, 1998, 20(3): 154-156.
[12] 刘贺生, 何宝祥, 王明艳, 杨丰利, 杜玉兰. 南宁地区奶牛乳房炎主要病原菌现状分析[J]. 中国奶牛, 2007(5): 32-35.
[13] 杨永新, 程广龙, 赵瑞宏, 陈胜, 赵辉玲. 安徽部分地区奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定和药敏试验[J]. 动物医学进展, 2009, 30(6): 113-115.
[14] 李心海, 王兵, 张林吉, 迟兰. 奶牛乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 黑龙江畜牧兽医, 2014(5): 68-69.
[15] 高潮, 刘国庆, 连英琪, 朱明, 余晓峰, 张克春. 奶牛隐性乳房炎病原菌的分离鉴定与DGGE追溯[J]. 上海交通大学学报, 2013, 31(3): 88-94.
[16] 周廷宣, 牟梅, 罗跃美, 景波, 颜君. 重庆部分地区泌乳奶牛乳房炎的病因及发病情况调查[J]. 中国畜禽传染病, 1998, 20(3): 154-156.
[17] 陈礼明, 熊焰. 成都等地区奶牛临床型乳房炎病原种类及分布[J]. 中国兽医杂志, 2004, 40(3): 18-19.
[18] 寨鸿瑞, 田甜, 王开功, 周碧君, 文明. 奶牛隐性乳房炎病原菌的分离鉴定及药敏试验[J]. 动物医学进展, 2008, 29(11): 40-43.
[19] Yuan, Z., Chu, G., Dan, Y., Li, J., Zhang, L. and Gao, X. (2012) Brca1: A New Candidate Gene for Bovine Mastitis and Its Association Analysis between Single Nucleotide Polymorphisms and Milk Somatic Cell Score. Molecular Biology Reports, 39, 6625-6631.
https://doi.org/10.1007/s11033-012-1467-5
[20] 毛战胜, 杜杨, 李广波, 王艳竹. 奶牛乳房炎的综合防治[J]. 兽医导刊, 2013(1): 39-40.
[21] Zadoks, R.N., Middleton, J.R., Mcdougall, S., Katholm, J. and Schukken, Y.H. (2011) Molecular Epidemiology of Mastitis Pathogens of Dairy Cattle and Comparative Relevance to Humans. Journal of Mammary Gland Biology & Neoplasia, 16, 357.
https://doi.org/10.1007/s10911-011-9236-y
[22] 马卫平, 徐敏, 张瑾. 奶牛乳房炎的防治[J]. 新疆畜牧业, 2011(7): 43-45.
[23] 贺纪正, 葛源. 土壤微生物生物地理学研究进展[J]. 生态学报, 2008, 28(11): 5571-5582.
[24] Li, J., Quinque, D., Horz, H.P., Li, M., Rzhetskaya, M. and Raff, J.A. (2014) Comparative Analysis of the Human Saliva Microbiome from Different Climate Zones: Alaska, Germany, and Africa. BMC Microbiology, 14, 316.
https://doi.org/10.1186/s12866-014-0316-1
[25] Yatsunenko, T., Rey, F.E., Manary, M.J., Trehan, I., Dominguezbello, M.G. and Contreras, M. (2012) Human Gut Microbiome Viewed across Age and Geography. Nature, 486, 222-227.
https://doi.org/10.1038/nature11053
[26] Ge, Y., He, J.Z., Zhu, Y.G., Zhang, J.B., Xu, Z. and Zhang, L.M. (2008) Differences in Soil Bacterial Diversity: Driven by Contemporary Disturbances or Historical Contingencies? Isme Journal, 2, 254-264.
https://doi.org/10.1038/ismej.2008.2
[27] Deb, R., Kumar, A., Chakraborty, S., Verma, A.K., Tiwari, R. and Dhama, K. (2013) Trends in Diagnosis and Control of Bovine Mastitis: A Review. Pakistan Journal of Biological Sciences, 16, 1653-1661.
https://doi.org/10.3923/pjbs.2013.1653.1661
[28] Pieper, L., Godkin, A., Roesler, U., Polleichtner, A., Slavic, D. and Leslie, K.E. (2012) Herd Characteristics and Cow-Level Factors Associated with Prototheca Mastitis on Dairy Farms in Ontario, Canada. Journal of Dairy Science, 95, 5635-5644.
https://doi.org/10.3168/jds.2011-5106
[29] Riekerink, R.O., Barkema, H.W. and Stryhn, H. (2007) The Effect of Season on Somatic Cell Count and the Incidence of Clinical Mastitis. Journal of Dairy Science, 90, 1704-1715.
https://doi.org/10.3168/jds.2006-567
[30] Justiceallen, A., Trujillo, J., Corbett, R., Harding, R., Goodell, G. and Wilson, D. (2010) Survival and Replication of Mycoplasma Species in Recycled Bedding Sand and Association with Mastitis on Dairy Farms in Utah. Journal of Dairy Science, 93, 192-202.
https://doi.org/10.3168/jds.2009-2474
[31] Abera, M., Habte, T., Aragaw, K., Asmare, K. and Sheferaw, D. (2012) Major causes of mastitis and associated risk factors in smallholder dairy farms in and around hawassa, southern ethiopia. Tropical Animal Health & Production, 44(6), 1175-1179.
https://doi.org/10.1007/s11250-011-0055-3
[32] Lakew, M., Tolosa, T. and Tigre, W. (2009) Prevalence and Major Bacterial Causes of Bovine Mastitis in Asella, South Eastern Ethiopia. Tropical Animal Health & Production, 41, 1525-1530.
https://doi.org/10.1007/s11250-009-9343-6
[33] Zhao, X. and Lacasse, P. (2008) Mammary Tissue Damage during Bovine Mastitis: Causes and Control. Journal of Animal Science, 86, 57-65.
https://doi.org/10.2527/jas.2007-0302
[34] Gordon, P.F., Borne, B.H.V.D., Reist, M., Kohler, S. and Doherr, M.G. (2013) Questionnaire-Based Study to Assess the Association between Management Practices and Mastitis within Tie-Stall and Free-Stall Dairy Housing Systems in Switzerland. BMC Veterinary Re-search, 9, 200.
https://doi.org/10.1186/1746-6148-9-200
[35] Oikonomou, G., Bicalho, M.L., Meira, E., Rossi, R.E., Foditsch, C. and Machado, V.S. (2014) Microbiota of Cow’s Milk; Distinguishing Healthy, Sub-Clinically and Clinically Diseased Quarters. PLoS ONE, 9, e85904.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0085904
[36] Bhanderi, B.B., Jhala, M.K., Ahir, V.B., Bhatt, V.D. and Joshi, C.G. (2014) Cultural and Metagenomic Based Identification of a Microbiome from Subclinical Mastitis in Cows. Veterinarski Arhiv, 84, 215-228.
[37] Kuehn, J.S., Gorden, P.J., Munro, D., Rong, R., Dong, Q. and Plummer, P.J. (2013) Bacterial Community Profiling of Milk Samples as a Means to Understand Culture-Negative Bovine Clinical Mastitis. PLoS ONE, 8, e61959.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0061959