绵羊瘤胃硝态氮还原的调控及其代谢功能的研究

The majority of research showed that nitrate can alert ruminal fermentation type, inhibit methanegenesis and improve microbial protein synthesis by adding in the diet. Ruminal microbial species, hydrogen donor sources and reductase activity may affect nitrate reduction in the rumen. So far, the main factors which regulate reduction of nitrate to nitrite and reduction of nitrite to ammonia in the rumen are unclear yet. The project differ hydrogen donor sources and modify fermentation pH value, associated with feeding trail, molecular analysis, differential centrifugation and isotopic 15N tagging to study the microbial fractions, ability of nitrate utilization by protozoa, bacteria and fungi, and nitrate reductase, nitrite reductase gene expression after partial replacing feed protein with nitrate; select nitrate and nitrite reducing bacteria, analyze reducing bacteria function in rumianl metabolism. The objective is to clarify the effect of nitrate on ruminal fermentation and microbial fraction, indicate the function of nitrate reduction in rumianl metabolism, explore the microbial metabolism of nitrate reduction. The expected result will provide theoretical foundation for optimizing nitrate application to ruminant formulation.

日粮添加硝酸盐可以改变瘤胃发酵类型，抑制甲烷产量和提高微生物蛋白合成量。瘤胃微生物种类、供氢体来源和还原酶活性可能影响瘤胃硝态氮还原，目前对调控硝酸盐还原成亚硝酸盐和亚硝酸盐还原成氨两个过程的主要因素尚不明确。本项目以绵羊为试验动物，从改变供氢体来源和发酵pH值入手，采用饲养试验、分子生物学技术、差速离心和同位素15N标记示踪技术，拟研究硝态氮替代部分日粮真蛋白后瘤胃微生物区系的变化，瘤胃原虫、细菌和厌氧真菌区系利用硝态氮的差异，硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶基因表达量的差异，筛选硝酸盐还原菌和亚硝酸盐还原菌，对还原菌进行瘤胃营养代谢功能分析。旨在阐述硝态氮对瘤胃发酵和微生物区系的影响，比较瘤胃微生物对硝酸盐和亚硝酸盐还原能力的差别，揭示还原硝酸盐在瘤胃代谢中的功能，探索瘤胃还原硝酸盐的机理，预期结果可为优化硝酸盐在反刍动物日粮中的应用提供理论依据。

本项目研究了粗饲料来源和发酵pH值对瘤胃还原硝态氮的影响，结果显示瘤胃pH值的变化是影响硝酸盐还原的主要因素，而粗饲料来源对其还原没有影响。通过添加不同水平的硝酸钾，研究其对湖羊瘤胃发酵和细菌区系多样性和丰度的影响，表明硝酸钾添加量在5%以内，不影响瘤胃的发酵，但细菌区系多样性发生了改变，同时，Campylobacter和Desulfovibrio菌属的丰度增加，而当添加量高于2%时，Selenomonas菌属丰度量下降，说明高水平硝酸钾对某些细菌的生长有抑制作用。采用同位素15N标记硝酸盐对瘤胃原虫和细菌区系的利用能力进行了分析，得出二者的利用能力相近；我们采用厌氧和选择性培养的手段，成功获得了高浓度的硝酸盐还原菌液，同时接种入瘤胃，分析发酵情况和细菌区系的变化。研究结果显示，灌菌后瘤胃亚硝酸盐含量显著降低，瘤胃细菌区系的多样性和丰度发生了改变。