甘草皂苷抑制卡拉库尔羊瘤胃甲烷产生的关键菌群结构和代谢产物关联性研究

Inhibition methane emission of ruminant rumen by plant saponins is one of the research hot spot, but flora mechanism is still not fully clear. This study was investigate the rumen microbial flora diversity, superiority flora and microbial sensitive to glycyrrhizin concentration change by using IIIumina HiSeq2000 high-throughput technical and methane yield was determined by using SF6 technology on basis of low NDF/NFC proportion diet supplemented by different glycyrrhizin concentration for analyst those correlation relationship and selecting glycyrrhizin concentration of low methane yield; the sensitive and superiority methanogens and fiber degrading bacteria, microbial flora groups structure, abundance, the relative volume change were analyzed in feeding experiment which supplemented glycyrrhizin, combining methane production, fiber degradation, cellulose enzyme , volatile fatty acids yield and dissolved hydrogen in the inhibition methane produce process, the relationship of key flora and rumen metabolites and metabolic pattern caused by key flora changes was illuminated.

皂苷是抑制反刍动物瘤胃甲烷产生最有潜力的手段之一，但抑制的微生物学机制尚不清楚。本研究通过调控卡拉库尔羊日粮中NDF和NFC的比例设计低产甲烷日粮，在此基础上添加不同浓度的甘草皂苷，利用IIIumina MiSeq高通量技术分析瘤胃微生物菌群结构，明确低产甲烷日粮结构下优势产甲烷菌和纤维降解菌的菌群结构，甲烷产生和纤维降解的相关关系，筛选低产甲烷时的甘草皂苷浓度及对皂苷浓度变化敏感的菌群类别；通过动物试验确定上述筛选的皂苷浓度抑制甲烷产生长效过程中优势甲烷菌和纤维降解菌的类群结构、丰度和相对量的差异性动态变化，结合甲烷产生，纤维降解，及抑制甲烷产生过程中代谢产物纤维素酶活、挥发性脂肪酸和氢的变化，阐明甘草皂苷抑制卡拉库尔羊瘤胃甲烷产生时关键菌群结构变化和由此引起的瘤胃代谢产物变化之间的相关性，探寻可能存在的低产甲烷的瘤胃菌群和瘤胃发酵模式，揭示甘草皂苷抑制瘤胃甲烷产生的微生物学机制。

皂苷是抑制反刍动物瘤胃甲烷产生最有潜力的手段之一，但抑制的微生物学机制尚不清楚。本试验通过研究饲粮非纤维性碳水化合物/中性洗涤纤维（NFC/NDF）对卡拉库尔羊瘤胃微生物、营养物质消化率及瘤胃发酵指标的影响，旨在为配制改善卡拉库尔羊瘤胃内环境，提高营养物质利用率的饲粮结构提供数据支撑，并为饲粮 NFC/NDF 在反刍动物生产中的应用与推广提供科学指导。试验第一部分设计为饲养试验，饲喂卡拉库尔羊 4 组 NFC/NDF饲粮，比例分别为 0.54、0.96、1.37 和 1.90 作为组 1、组 2、组 3 和组 4。预饲期 15 d，正饲期 113 d，正饲期采样分为四个阶段，第Ⅰ阶段（1~17 d，12~13 月龄）、第Ⅱ阶段（33~49 d，13~14 月龄）、第Ⅲ阶段（65~81 d，14~15 月龄）和第Ⅳ阶段（97~113 d，15~16 月龄）。每个阶段均于第 1~8 d进行消化试验，测定营养物质表观消化率，并预测甲烷排放量；于第 9~11 d 连续三天采集不同时间点的瘤胃液，分析瘤胃发酵指标；于第 15~17 d 连续三天于晨饲前采集瘤胃液，利用高通量测序技术分析瘤胃微生物的组成及结构。第二部分试验首先通过体外法筛选甘草酸单铵盐最适浓度用于动物试验，然后通过动物试验分析添加甘草酸单铵盐对瘤胃内环境指标、甲烷排放量、营养消化率、瘤胃微生物、甲烷代谢功能基因和血液生理指标的影响。动物试验预饲期 15 d，正饲期 60 d，正饲期分为两个采样阶段，第Ⅰ阶段（0~30 d），第Ⅱ阶段（31~60 d）。结果表明：随饲养时间的延长，瘤胃微生物对饲粮结构产生了一定的适应性，饲粮NFC/NDF为1.37时，半纤维降解菌属和纤维降解菌的相对丰度、纤维物质降解率及 ADG 均为最高，且饲粮NFC/NDF 为 1.37 时，甲烷预测排放量较低。因此饲粮 NFC/NDF 为 1.37，可提高卡拉库尔羊营养物质消化率、改善瘤胃发酵及降低甲烷排放量。添加甘草酸单铵盐改善了瘤胃内环境，降低了 NH3 -N、乙酸浓度和乙丙比，提高了丙酸浓度，降低了甲烷排放量，减少了与甲烷排放相关瘤胃微生物及相关代谢功能基因丰度，提高了卡拉库尔羊抗氧化及免疫能力，但其对反刍动物瘤胃调控作用具有一定的时效性。为生产中通过日粮结构和植物提取物相结合的手段抑制反刍动物瘤胃甲烷排放提供了系统的数据。