厌氧真菌对反刍动物瘤胃甲烷排放及甲烷菌菌群的影响

本课题拟通过反刍动物在体试验，研究厌氧真菌对瘤胃甲烷排放及产甲烷菌菌群的影响。通过研究反刍动物瘤胃固相、液相及瘤胃壁上厌氧真菌与产甲烷菌组成及数量，了解瘤胃不同部位厌氧真菌与产甲烷菌分布特点，探讨瘤胃厌氧真菌与产甲烷菌种属特异性关系；研究产甲烷菌可利用基质如氢气、二氧化碳的微生物来源，分析来源于厌氧真菌的产甲烷菌可利用基质的量，了解厌氧真菌对产甲烷菌可利用基质及瘤胃甲烷排放的贡献；利用微生物抑制剂，研究去除厌氧真菌对瘤胃甲烷排放、甲烷菌组成及数量的影响；筛选厌氧真菌抑制剂，研究其对瘤胃甲烷排放及瘤胃功能的影响，探讨通过抑制厌氧真菌减少瘤胃甲烷排放的可行措施，为深入研究瘤胃甲烷减排提供新思路。

为了探寻厌氧真菌对瘤胃甲烷排放及甲烷菌菌群的影响，本项目利用活体动物甲烷排放测定技术，研究反刍动物瘤胃甲烷排放规律发现山羊每天甲烷排放量约为24 L，在山羊每天24小时的甲烷排放中，早、晚两次饲喂后其甲烷排放量显著升高，然后逐步下降，晚间21:00至早晨8:00饲喂前甲烷排放量最低。在此基础上，通过筛选厌氧真菌抑制剂研究部分去除厌氧真菌对山羊瘤胃甲烷排放的影响，研究发现，部分去除厌氧真菌对山羊饲料降解率及动物健康没有显著影响，但显著降低了其甲烷排放量。利用建立的瘤胃厌氧真菌与产甲烷菌定性与定量方法分析瘤胃不同部位厌氧真菌与产甲烷菌菌群结构特点发现，不同部位厌氧真菌数量与菌群结构均有显著差异，瘤胃固相厌氧真菌数量显著高于液相厌氧真菌数量，瘤胃固相厌氧真菌数量约为10^8 gene copies/g，而瘤胃液相中厌氧真菌数量仅为10^4 gene copies/ml；同时，瘤胃固相与液相上厌氧真菌菌群组成差异显著。但瘤胃液相与固相中产甲烷菌数量及菌群结构无显著差异。为了进一步研究瘤胃厌氧真菌与产甲烷菌的相互关系，利用厌氧滚管技术分离获得了厌氧真菌与产甲烷菌共培养物，并对其中厌氧真菌与产甲烷菌进行鉴定，共获得37个厌氧真菌与产甲烷菌共培养，其中厌氧真菌主要为丝状假根Piromyces spp.及Neocallimastix spp.，产甲烷菌为甲烷短杆菌（Methanobrevibacter spp.）。利用核磁共振技术研究厌氧真菌代谢产物谱及产甲烷菌对厌氧真菌代谢的影响发现，厌氧真菌纯培养液的代谢产物主要为甲酸、乳酸、乙醇、乙酸、琥珀酸、酮戊二酸及大量的寡糖与氨基酸；产甲烷菌显著促进了厌氧真菌代谢，产生更多代谢产物，同时还检测到柠檬酸的存在，这是首次发现厌氧真菌代谢产生柠檬酸。以上结果显示，产甲烷菌存在能显著改变厌氧真菌的代谢途径。厌氧真菌对产甲烷菌代谢的影响发现，厌氧真菌能显著影响与其共存的产甲烷菌，研究发现一株RCC产甲烷菌能特异性的与厌氧真菌长期共存，该菌与厌氧真菌的共存受到共培养物传代频率的影响，5天传代的共培养物中该菌数量最多，占总甲烷菌的比例最高。本课题研究结果显示，部分抑制厌氧真菌是减少反刍动物甲烷排放的可行措施，瘤胃内厌氧真菌与产甲烷菌存在代谢互作关系，但抑制效果的长期效应及甲烷菌存在时厌氧真菌代谢途径的变化还有待深入研究。