植物精油抑制瘤胃产甲烷的效果及其微生物学机理

Many research work focus on reducing ruminant methane emissions in recent years, because of the important role of methane in the greenhouse gas effect. Plant essential oil (EO), as a kind of natural plant extracts containing antimicrobial activities, is widely used to reduce ruminant methane emissions. The previous studies have found that the effect of EO on reducing methane and influencing rumen fermentation were different due to the different active ingredients, and the difference may be associated with the dose too. How to select EO to reduce methane effectively, and to assure there is no negative impact on rumen fermentation and feed digestion at the same time, which is a big challenge in the production. This project will study the effect of different active ingredients on rumen methane, and select the active ingredients of EO and the optimal dose of it to reduce methane and have no influence on rumen fermentation. Based on the separation of rumen microflora, molecular biology method will be used to study the rumen microbiology mechanism of methane reducing. The selected active ingredients of EO will be applied in mutton sheep production to verify the effect of methane reducing. The study will provide strong scientific basis on reducing the ruminant methane emissions in the production in the future.

由于甲烷在温室气体效应中起着非常重要的作用，降低反刍动物甲烷排放成为近年来研究的热点。植物精油，作为一种天然的含有抗微生物活性的植物提取物，近年来被大量开发用于降低反刍动物甲烷排放。已有的研究发现，植物精油由于其活性成分不同，对瘤胃甲烷的抑制效果以及对瘤胃发酵的影响也不相同，而且，这种影响可能与活性成分的添加剂量有关。如何选择植物精油，使得其在抑制瘤胃甲烷的同时，对瘤胃发酵和饲料消化不产生负面影响，这在生产中将是一大挑战。本研究将从不同类别的植物精油活性成分入手，研究其抑制瘤胃甲烷的效果，并选出既能有效降低甲烷产量又不影响瘤胃发酵的特定活性成分及其最佳添加剂量。在此基础上，通过分离瘤胃不同的微生物区系，利用分子生物学手段研究植物精油抑制瘤胃甲烷的微生物学机理。并将选定的植物精油活性成分应用到肉羊生产中进行效果验证，为实际生产中降低反刍动物甲烷排放提供有力的科学依据。

大气中CO2、甲烷（CH4）、N2O等气体浓度的增加所导致的温室气体效应目前引起了各国的普遍关注。反刍家畜每年排放甲烷约8000万吨，占人为甲烷排放总量的33%。此外，甲烷的排放也造成动物饲粮能量的严重损失，一般来说，甲烷气体的能量大约占饲料总能量的2-12%，低质粗饲料可达15%。因此，研究降低瘤胃甲烷排放的措施和新型添加剂已成为目前研究的热点之一。研究表明，植物精油不仅具有抗菌作用，还可以减少甲烷产量，降低瘤胃蛋白质降解，而对瘤胃发酵和饲料消化的影响则不尽相同。本研究选择植物精油中常见的几种单萜类化合物和类苯丙烷类化合物，研究其对瘤胃发酵和甲烷产量的影响，为植物精油在动物生产上的应用提供理论基础。.通过体外试验和体内试验研究不同植物精油对肉羊瘤胃发酵、消化代谢及甲烷产量的影响及其微生物学机理。首先采用体外模拟瘤胃发酵培养试验，分别添加不同浓度（0、50、100、200和400 mg/L发酵培养液）的10种植物精油，包括桉叶油、山苍子油、肉桂油、茴香油、丁子香酚、D-柠烯、茴香脑、肉桂醛、百里香酚和香芹酚，研究其对肉羊体外产气量、各项体外发酵参数、体外消化率及甲烷产量的影响，经筛选后选取桉叶油和茴香油进行动物试验，研究其对肉羊瘤胃发酵、营养物质消化率、瘤胃微生物蛋白合成及甲烷排放的影响，并通过收集瘤胃食糜提取DNA，进行瘤胃微生物总量的荧光定量PCR测定以及甲烷菌区系的测定，研究植物精油抑制瘤胃甲烷产生的微生物学机理。.研究结果表明，不同植物精油对体外瘤胃发酵和甲烷产量的影响结果不同，且与剂量有关。添加低剂量的植物精油对瘤胃发酵和甲烷产量会产生促进、抑制或没有显著影响，而添加高剂量时，在降低甲烷产量的同时，均会显著抑制瘤胃发酵，影响营养物质消化率。故生产中应用植物精油需添加适当的剂量。在肉羊生产中添加0.5 g/头天桉叶油组可提高营养物质消化率，而添加0.5 g/头天茴香油可降低甲烷产量。而茴香油抑制甲烷产生的原因可能是显著降低了甲烷菌中的Methanobrevibacter_uncultured_rumen_methanogen比例。