非产甲烷氢利用菌控制甲烷排放的生物机制研究

反刍动物甲烷减排是发展低碳养殖业的重要措施，而调控瘤胃氢去向可有效控制甲烷排放。非产甲烷氢利用菌与产甲烷菌共存于动物消化道，与产甲烷菌的竞争性利用氢是一个自然、安全、节能的过程。建立有利于还原型乙酸生成菌等氢利用菌的瘤胃微生态新平衡，有望通过氢调控途径减少甲烷生成。基于单胃草食动物与反刍动物甲烷排放量的巨大差异，本研究拟通过分析反刍动物和单胃草食动物非产甲烷氢利用菌、产甲烷菌、纤维分解菌多样性及菌群优势，查明其甲烷排放差异的微生物机制；分离、纯化还原型乙酸生成菌等非产甲烷氢利用菌，研究其营养和生化特性，及其与纤维分解菌、产甲烷菌间的氢转移规律，探明还原型乙酸生成菌等非产甲烷氢利用菌的生存机制，进而提出非产甲烷氢利用菌功能强化途径，定向调控瘤胃氢去向以减少甲烷排放。研究结果将丰富瘤胃微生物生态与瘤有功能关系，有效改善饲料资源利用，控制瘤胃甲烷生成，促进反刍动物养殖业健康可持续发展。

本研究利用荧光定量PCR和焦磷酸测序技术分析了水牛、奶牛、湖羊、麋鹿与兔子、马和熊猫氢代谢微生物数量和多样性差异，研究发现已知的可培养微生物如产琥珀酸丝状杆菌、白色瘤胃球菌和黄色瘤胃球菌在纤维物质消化过程所起的作用可能远低于现有报道。厚壁菌门和拟杆菌门微生物可能在纤维物质消化过程中起重要作用。兔盲肠内容中细菌以厚壁菌门为主，古菌以甲烷球形菌属为主，且古菌数量显著低于反刍动物可能是其甲烷排放量低于反刍动物的原因。分离纯化的产乙酸菌（属厚壁菌门微生物）和酵母培养物联合添加可显著提高瘤胃体内发酵状态下甲烷抑制潜势。