椰子油对羔羊瘤胃微生物区系构建及甲烷生成的调控作用研究

Methane production is a loss of feed energy for ruminants, and methane eructated by ruminants is a chief greenhouse gas which contributes to effect of atmospheric pollution. Thus, reducing methane emissions in ruminant has attracted more and more attention. Coconut oil is rich in medium-chain fatty acids as a natural saturated fatty. It is also shown to inhibit rumen methanogenesis. The objectives of this study are to search out the effects of early manipulation of rumen microbial colonization microbiology and the mechanism of inhibiting ruminal methane production by coconut oil supplementation in kid goats, and thus find a kind of non-pollution and green feed additive for ruminants. The study use traditional animal nutrition methods and molecular biotechnology focus on the effects of early manipulation of rumen microbe construction by diversity analyzing. In addition, the study aims to reveal the microbiology mechanism of inhibiting ruminal methane production mechanism by analyzing the ruminal fermentation, methanogenesis, composition of rumen metabolites, characterization of hydrogen production, and the quantity and diversity of methanogens. The results of the study can provide theoretical basis for ruminant nutrition, digestion and methanogenesis. It has important theoretical and practical significance for healthy and sustainable development of livestock husbandry.

反刍动物瘤胃甲烷的生成不仅造成饲料能量的损失，而且通过嗳气排入大气的甲烷是一种重要的温室气体，造成大气环境的污染，因此减少反刍动物的甲烷排放越来越受到社会关注。椰子油是一种富含中短链脂肪酸的天然油脂，对反刍动物甲烷生成有显著的抑制效果。本课题旨在通过椰子油添加对羔羊瘤胃微生物区系构建的早期诱导干预及其抑制瘤胃甲烷生成的调控作用和机制研究，探索出一种无公害、无污染的绿色瘤胃调控剂。项目采用动物营养学方法与现代分子生物学结合的技术，通过对瘤胃微生物区系多样性分析，研究椰子油对初生羔羊瘤胃微生物区系构建的早期影响。在此基础上，通过对瘤胃发酵特性、甲烷产量、瘤胃代谢产物组成变化、中间氢代谢特征分析、甲烷菌区系多样性和丰度检测，揭示椰子油抑制瘤胃甲烷生成的生物学机制，为反刍动物健康和营养物质消化以及甲烷生成的调控提供科学依据，对促进畜牧业健康、可持续发展具有重要的意义。

反刍动物瘤胃发酵产生甲烷造成的碳源损失和环境问题一直是反刍动物营养学研究的热点领域，为了解析椰子油对羔羊瘤胃微生物区系构建及甲烷生成的调控作用，本项目通过开展体外发酵实验和动物饲养实验相结合研究方法，采用高通量测序测定羔羊添加椰子油后瘤胃微生物的组成和多样性，采用非靶向代谢组学测定瘤胃代谢产物差异，测定了日粮养分的消化代谢和瘤胃发酵特性，测定了瘤胃上皮发育情况和中间氢代谢的理化参数，测定屠宰性能和肉品质。结果显示，椰子油添加能改变瘤胃体外发酵模式，48h产气量随椰子油添加呈线性降低（P<0.05）；体外发酵总细菌数、黄色白色瘤胃球菌、嗜淀粉瘤胃杆菌、产琥珀酸丝状杆菌和瘤胃原虫数量随椰子油增加线性降低（P<0.05）；6g/d椰子油添加能显著增加羔羊70日龄体重（P<0.05），提高羔羊10-70日龄日增重和干物质采食量（P<0.05）；6-8g/d的椰子油添加能显著提高异戊酸的摩尔比，降低瘤胃发酵NH3-N的浓度，降低CH4的生成；6g/d椰子油还能够提高羔羊宰前活重、胴体重及净肉重（P<0.05）；6-8g/d椰子油提高瘤胃NADH、NADP+和NADPH的浓度（P<0.05），增加LDH、PDH和SDH酶活性；6g/d椰子还能促进羔羊瘤胃的发育，增加瘤胃乳头表面积，增加颗粒层和棘突层的细胞层数；添加椰子油后瘤胃细菌厚壁菌门（Firmicutes）成为羔羊瘤胃优势菌门，属水平拟杆菌属（Bacteroides）和乳杆菌属（Ruminobacter）显著增加（P<0.05）；瘤胃真菌担子菌门（Basidiomycota）显著增加；瘤胃原虫新疆纤毛虫属（Polyplastron）显著降低；147种代谢产物富集到丁酸甲酯代谢（Butanoate metabolism）、苯基丙氨酸代谢（Phenylalanine metabolism）等12个代谢通路中，鉴定到丙氨酸、丙二酸、乙醇胺等11个代谢物标志物。通过项目实施揭示了椰子油通过改变羔羊瘤胃微生物区系、发酵和代谢特性，影响羔羊生长发育，调控瘤胃发酵中间氢的代谢进而影响甲烷生成的机制，为幼龄反刍动物瘤胃生理功能研究和反刍动物瘤胃调控剂的研制和应用提供了理论依据和数据支撑。