单宁对绵羊瘤胃甲烷生成的影响及其作用机理研究

In this project the effect of different Caragana korshinshii sources tannin on methane production in sheep and its regulation mechanism are studied. Methane emissions is determined by using sulfur hexafluoride tracer technique. Quantitative real-time PCR is applied to investigate the effect of tannin on populations of ruminal methanogen, hydrogenogens, hydrogenotrophs and activity of methanogen. 16S rRNA gene sequence-based analysis of the methanogen communities composition and diversity in the rumen contents of sheep are performed. In addition, metabolomic profiling and metabolite identification of condensed tannin in the rumen fluid are also analyzed in vitro. According to these studies, the objective of this project is to illuminate the role of tannin on methane mitigation and clarify the mechanism by which tannin affect methane production of ruminants, so as to provide scientific basis for reduction of methane emission and increasing efficiency of energy utilization in ruminants. This project also highlight the potential of woody plant resources to reduce greenhouse gas emission.

本项目以柠条中的植物次级代谢产物单宁为研究对象，选用蒙古绵羊为实验动物，运用六氟化硫（SF6）示踪技术研究饲粮中不同水平的单宁（0、2%和4%）对瘤胃甲烷排放量的影响。采用实时荧光定量 PCR技术研究单宁对绵羊瘤胃产甲烷菌、产氢细菌、氢利用细菌种群数量以及产甲烷菌活性的作用规律；利用高通量测序技术和生物信息学分析绵羊瘤胃产甲烷古菌的群落多样性和群落结构组成；并运用代谢组学方法对单宁在瘤胃中的代谢产物进行定性和定量分析，探明单宁的代谢途径和代谢网络。通过上述研究旨在阐明单宁对反刍动物瘤胃甲烷生成的作用规律，揭示单宁影响瘤胃甲烷生成的机理，为减少反刍动物养殖过程中甲烷的排放、提高能量利用效率以及充分开发利用富含单宁的木本植物饲料资源提供科学依据。

柠条是“三北”地区防风固沙的重要灌木，资源丰富，具有开发为饲料资源的潜力。适时平茬的柠条CP含量较高，EAA含量丰富，且富含维生素，营养价值可与玉米和羊草相媲美。然而，由于柠条中含有单宁，限制了其饲料化开发。本项目组前期在国家基金资助下研究发现，在精准配方的前提下，反刍动物饲粮中适量的单宁并不影响动物的生产性能。近年来，研究报道适宜浓度的单宁可以降低反刍动物甲烷排放，有利于提高能量利用率和减少碳排放。目前，单宁减少反刍动物甲烷排放的机制尚不明确。为此，本项目以绵羊为试验动物，以柠条作为单宁的来源，配制了营养水平相近，单宁含量分别为0、2%和4%的三种饲粮，采用呼吸测热法研究了单宁对绵羊甲烷排放量的影响，并从瘤胃微生物区系、瘤胃液代谢组学等角度揭示了单宁影响甲烷排放的机理，为富含单宁的粗饲料资源开发利用和减少反刍动物生产过程甲烷排放提供科学依据。研究结果表明：.（1）添加单宁可显著降低绵羊瘤胃体外发酵总产气量、甲烷产量、氨氮浓度、乙酸、丙酸、丁酸、总挥发性脂肪酸浓度和乙丙比、DM降解率和CP降解率。（2）日粮含2%和4%单宁可显著降低绵羊甲烷日排放量、瘤胃氨氮浓度、乙酸和总挥发性脂肪酸浓度，显著增加瘤胃菌体蛋白浓度、异丁酸和异戊酸浓度。（3）日粮含2%和4%单宁可显著增加绵羊氮存留率，对生长性能和DM、CP、OM、NDF和ADF表观消化率无显著影响。（4）日粮含2%和4%显著降低了瘤胃总细菌、白色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌的数量，甲烷菌和甲烷短杆菌的数量有降低的趋势。日粮含4%单宁显著降低瘤胃原虫数量。（5）日粮含4%单宁显著降低绵羊瘤胃产甲烷菌的群落多样性；2%和4%的单宁显著降低瘤胃古菌群落多样性，但对原虫种群多样性无显著影响。（6）单宁通过影响甲烷代谢通路和丙酮酸代谢通路中的关键代谢产物的生成减少了绵羊甲烷排放。（7）日粮含2%和4%的单宁提高了绵羊的免疫和抗氧化能力。..