瘤胃细菌、原虫内与NAD(P)H相关的几个主要代谢途径及其生理生化功能的研究

Some fundamental issues such as higher deamination activities in rumen ciliate protozoa, the meanings of engulfment of mixed rumen bacteria, mechanisms and regulation of hydrogen generation are not defined and envisaged so far in rumen microecological system. Based on the results of the funded project by Natural Science Foundation of China, on the progress and developemnt trend, and on the confusion of directing rumen fermentation to reduce methanogenesis, physiological and biochemical significance of metabolic pathways in relation to NAD(P)H such as amino acid deamination,pentose phosphate pathway, NAD(P) biosynthesis, and hydrogenase catalysis are proposed and further studied in rumen bacteria and ciliate protozoa of sheep fed 3 diets with various ratio of concentrate to forage in this present project. A variety of approaches including enzymology, ruminant nutrtion and micobiology will be used to explore and reveal scientific significance of metabolic pathways associated with NAD(P)H with respect of microbial physiology , biochemistry,or rumen microecology in rumen bacteria and ciliate protozoa. The results of this project will provide characterisation of the fundamental microbial biochemistry for development of effective strategies for redirecting rumen fermentation in ruminants.

瘤胃原虫高活力脱氨基作用、吞噬细菌的生理生化意义以及原虫、细菌产氢机制的调控等瘤胃微生态系统中的基本问题至今还没有给出明确的研究结果及证据支持。本项目基于前期受资助项目的研究结果，结合国内外相关研究进展和发展趋势，特别是针对定向调控瘤胃代谢降低甲烷排放相关研究中的困惑，提出了4个科学命题和假设并展开研究。项目选用中国美利奴羊（新疆型）为试验动物，以绵羊瘤胃微生物体系为研究对象，综合运用生化酶学、反刍动物营养学和微生物学等学科知识及其研究手段，通过对3种典型精粗比日粮时瘤胃原虫、细菌中与NAD(P)H相关的氨基酸脱氨基、磷酸戊糖途径、NAD(P)从头合成、氢化酶催化的电子转移等过程的比较研究，从与NAD(P)H相关的代谢层面揭示瘤胃细菌、原虫代谢在瘤胃微生物生理学和瘤胃微生态学中的科学意义，丰富瘤胃细菌、原虫细胞代谢的生化基础理论，为瘤胃微生物发酵定向调控的进一步研究提供科学基础和新思路。

瘤胃细菌与原虫在氨基酸、糖代谢上的差异及其生化酶学基础是瘤胃微生物代谢研究中尚未得到很好回答的问题。项目选用了中国美利奴绵羊（新疆型）为试验动物，以绵羊瘤胃微生物体系为研究对象，重点围绕氨基酸代谢、糖代谢进行了较为深入的酶学研究。项目研究了以NAD或NADP或FAD为辅酶时瘤胃细菌、原虫破碎液对10种氨基酸脱氨基作用，发现了细菌、原虫对γ-氨基丁酸脱的氨基作用很弱，这一发现与多数学者认为的γ-氨基丁酸在瘤胃内高降解率的观点不一致。根据这一发现，项目提出了“γ-氨基丁酸可以采用不包被或不保护的形式给绵羊进行补喂”的设想，并开展了“补喂γ-氨基丁酸对生长期绵羊增重和血液相关指标影响的研究”，为γ-氨基丁酸在生长绵羊生产中的应用提供了科学数据参考。项目研究结果为解释瘤胃中蛋白质分解代谢、原虫和细菌中的氨基酸代谢差异提供了相关主要代谢酶的酶动力学依据，提出了“相比瘤胃细菌，原虫中蛋白质分解代谢更旺盛”、“在细菌、原虫细胞内ɑ－酮戊二酸的供应充足与否是细菌、原虫利用氨合成重新氨基酸的主要限制步骤”、“瘤胃原虫中不仅存在谷氨酸转氨机制，可能还存在利用氨重新合成氨基酸的机制”等新的科学观点。围绕糖代谢中的 “糖酵解”、“糖原合成”等两个重要过程，比较研究了不同精粗比日粮时绵羊瘤胃细菌、原虫糖酵解关键酶、糖原合成关键酶的活力动态变化、关键酶的Km值以及淀粉含量，研究结果为解释瘤胃细菌、原虫糖代谢的调控及其差异提供了丰富的酶动力学依据。项目探索性地开展了不同精粗比日粮时绵羊瘤胃细菌、原虫氢化酶活力的比较研究，为今后深入开展氢化酶与瘤胃甲烷生成的关系提供了初步的试验数据。项目从氨基酸、葡萄糖代谢层面揭示了瘤胃细菌、原虫代谢的酶学基础，丰富了瘤胃细菌、原虫细胞代谢的生化理论，为瘤胃微生物发酵定向调控的进一步研究提供了较好的生化酶学的科学基础和新的思路。