氧化钙处理玉米秸秆纤维结构变化及其在奶牛瘤胃内代谢机理研究

The ruminal degradation of cellulose from calcium oxide-treated corn stalk is significantly improved, which is one of the present research hotspots for stalk treatment. The elucidation of the structure changes of fiber components in corn stalk treated with calcium oxide and its fiber degradation mechanism in rumen of dairy cows will be of theoretical significance to the development and utilization of roughage resources. In this project, the mechanism of calcium oxide altering the structure of corn stalk fiber was firstly analyzed using synchrotron radiation (μ-XRF) and ATR-FT/IR techniques, and then using SEM, TEM, 16S rDNA, 18S rDNA, NMR and GC-MS, and metabolomic analysis to study the adsorption and degradation positions, microbial diversity, and metabolites of rumen microorganisms on calcium oxide-treated stalk and their associated patterns.To elucidate the structural changes of calcium oxide-treated corn stalk fiber, and to reveal the biological mechanism of dynamic changes of rumen microbial metabolism in dairy cows when using corn stalk treated with different gradients of calcium oxide as substrates for fermentation.

玉米秸秆经氧化钙（CaO）处理纤维素瘤胃降解显著提高，是目前秸秆处理方式的研究热点之一，阐明CaO处理玉米秸秆纤维组分结构变化规律及其在奶牛瘤胃内纤维降解机制，对粗饲料资源开发利用具有重要理论意义。本项目首先利用同步辐射（μ-XRF）及ATR-FT/IR技术分析CaO作用于玉米秸秆对其中纤维结构改变机制，进而运用SEM技术、TEM技术、16S rDNA、18S rDNA，结合NMR和GC-MS进行代谢组学分析，研究瘤胃微生物对CaO处理秸秆的纤维组织结构吸附降解位置、微生物多样性及代谢产物的代谢关联。阐明CaO处理玉米秸秆纤维结构变化，揭示不同梯度CaO处理秸秆作为发酵底物在奶牛瘤胃微生物代谢动态变化的生物学机制。

本项目旨在阐明CaO处理玉米秸秆纤维组分结构变化规律及其在奶牛瘤胃内纤维降解机制，对粗饲料资源开发利用具有重要理论及实践意义。.研究一中设置二因素处理，分别为不同浓度的CaO浓度（0%、3%、5%、7%）处理玉米秸秆，及不同水分含量（40%、50%、60%），每组三个重复进行分析。阐明CaO处理玉米秸秆纤维结构变化，揭示不同梯度CaO处理秸秆作为发酵底物在奶牛瘤胃微生物代谢动态变化的生物学机制。研究结果显示：（1）随着CaO处理浓度的增加，NDF、ADF、ADL和半纤维素含量极显著降低(P<0.01)，纤维素含量显著降低(P<0.05)。玉米秸秆的表面结构也受不同处理的影响。（2）在不同处理组玉米秸秆二级分子结构与纤维成分的相关性分析中，NDF与Cell-H、Cell-A、CHO-2-H，Lignin-H、CHO-1-H、CHO-1-A、CHO-2-A、CHO-3-A、CHO-3-H呈显著正相关(P<0.05)。随着CaO浓度的增加，玉米秸秆Ca含量极显著增加(P<0.01)，即氧化钙以吸附的方式附着于玉米秸秆上。.研究二设置单因素处理，不同浓度氧化钙（0%、3%、5%、7%）处理玉米秸秆，分析各处理组的瘤胃DM、NDF、ADF有效降解率，体外瘤胃发酵参数、微生物组成及产物代谢组分析。结果显示：（1）5%和7%水平CaO处理玉米秸秆显著提高了DM、NDF、ADF的瘤胃有效降解率。体外产气量在6、12、24、48和72 h极显著增加（P<0.01），且各时间点均以7% CaO处理组产气量最高。（2）发酵6 h，普氏菌_1在属水平上的丰度增加，且与乙酸、丙酸、总VFA浓度及DM、NDF、ADF降解率呈显著正相关。CaO处理玉米秸秆可使Prevotella_1在短时间内富集到秸秆中，分解碳水化合物，产生更多的挥发性脂肪酸供反刍动物利用。（3）氧化钙处理玉米秸秆可增加瘤胃微生物蛋白合成。氧化钙处理组与对照组对比发现的差异代谢物，共同参与的功能通路为：氨基酸代谢。通过通路富集分析发现5%CaO处理组差异代谢物主要促进苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸的生物合成；7%CaO处理组差异代谢物主要参与色氨酸的代谢。.综上所述，CaO处理改变了玉米秸秆的纤维组成、分子结构和体外瘤胃环境产气量，可作为提高玉米秸秆利用价值的一种替代方法。