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前沿研究:反刍动物瘤胃甲烷排放机理及营养减排策略的研究进展

2023-11-29 16:29

来源: 农业科学与工程前沿 作者: FASE 编辑部

化学物质调控甲烷排放


  硝酸盐作为瘤胃中比CO2更易反应的氢气受体,可通过直接与产甲烷菌竞争利用氢气或者通过还原中间物亚硝酸盐对产甲烷菌间接产生毒害作用,从而降低甲烷排放量。在实际应用过程中,一些专家认为甲烷生成量并没有减少,而是因为干物质采食量(dry matter intake, DMI)的降低导致甲烷排放量降低。因硝酸盐代谢物亚硝酸盐对机体有致癌作用,抑制血红蛋白运输氧气,可以通过用脂质包被或者与其他减排策略共用的途径,其中与油脂一同使用后甲烷减排效果最高可以达到38.2%。

  一般我们所关注的植物次级代谢物有单宁、黄酮、皂苷、植物油中的有机硫磺化合物(蒜氨酸、琉基丙醇、大蒜素)等物质。单宁是植物内天然存在的多酚物质,主要包括缩合单宁和水解单宁。水解单宁的分子质量小,一般水解后可以直接影响瘤胃微生物,主要是原虫和革兰氏阳性菌,这也意味着其毒性可能会影响到纤维分解菌。相对于缩合单宁,部分水解单宁可以表现出更为有效的甲烷减排效果,这可能是因为没食子酸与产甲烷菌表面蛋白质结合形成酚羟基化合物,降低了产甲烷菌活性从而抑制甲烷生成。皂苷可以降低瘤胃革兰阳性菌的比例,促进产丙酸菌竞争性利用氢气,从而降低甲烷排放量。添加植物油时可能起作用的有机硫磺化合物可以高效降低甲烷排放,但同时也会在一定程度上降低瘤胃干物质消化率。

  海藻在甲烷减排上的使用与菌株类型、收获季节、收获海域都有一定的关联,但目前关注较多的是海藻中主要的代谢物质褐藻多酚和卤化物。全混合日粮加入岩衣藻(Ascophyllum nodosum)可以改变瘤胃菌群结构,抑制瘤胃发酵,这可能是通过褐藻多酚褐藻调控甲烷减排的可能途径。海门东(Asparagopsis)是作为甲烷减排效果最显著、体外相关研究较多的红藻,主要依靠含量较高的三溴甲烷进行代谢调节。与之类似的卤化甲烷化合物可以有效抑制甲烷生成通路中甲烷转移酶的活性,特别是通过与VB12结合抑制钴胺酰胺依赖性甲烷生成途径。

  ▎结论

  营养调控手段相比于遗传育种、牧场管理、粪污处理等手段表现更为直接、有效,不同的营养策略具有不同的调控机制,但目前在生产实践中还存在一些问题。通过调整日粮结构不能较高地降低甲烷产量,还可能会与生产效率、瘤胃环境健康、经济效益等指标有所冲突。另外,一些减排策略存在微生物适应、药物残留、耐药基因和耐药菌传播等问题,很难在牧场作为甲烷减排手段进行推广。尽管化学调控的效果表现为微量高效,但是体外研究与体内试验的效果还存在一定差异。总体而言,未来畜牧业的可持续发展有赖于综合性的营养策略、持续性的研发和技术创新。
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