反芻動(dòng)物ch4排放的測(cè)定方法、模型和營養(yǎng)調(diào)控

反芻動(dòng)物ch4排放的測(cè)定方法、模型和營養(yǎng)調(diào)控

根據(jù)國家間氣候變化特別委員會(huì)（picc）的數(shù)據(jù)，最近100年（1906-2005年），全球地殼平均溫度增加（0.740.18），近50年的上升速度是近100年的兩倍。甲烷(CH4)占所有溫室氣體的16%,雖然排放總量低于二氧化碳(CO2),但同體積CH4溫室效應(yīng)是CO2的25倍。反芻家畜每年排放CH4約8000萬t,占人為CH4排放總量的33%。在我國,動(dòng)物胃腸道發(fā)酵排放CH4量占CH4總排放量的29.7%。因此,降低反芻動(dòng)物CH4排放,對(duì)減緩氣候變暖和保護(hù)環(huán)境具有重要意義。CH4的排放也造成動(dòng)物飼糧能量的嚴(yán)重?fù)p失,在奶牛生產(chǎn)中,通常有6%~10%的總能轉(zhuǎn)變?yōu)镃H4能以噯氣的形式排放到大氣中。因此,降低CH4排放有利于提高動(dòng)物的生產(chǎn)效益。本文就反芻動(dòng)物CH4排放的測(cè)定方法、預(yù)測(cè)模型和營養(yǎng)調(diào)控進(jìn)行綜述,為準(zhǔn)確估測(cè)CH4的產(chǎn)量和減少CH4排放提供參考。1ch4排放測(cè)定與預(yù)測(cè)模型1.1呼吸代謝箱法和體外產(chǎn)氣法準(zhǔn)確測(cè)定CH4排放量對(duì)闡明CH4產(chǎn)生機(jī)理、研究減緩排放技術(shù)以及編制動(dòng)物CH4排放清單均具有重要意義。CH4的測(cè)定方法分為直接測(cè)定和間接測(cè)定。直接測(cè)定主要有呼吸代謝箱法、呼吸頭箱法、呼吸面罩法、六氟化硫(SF6)示蹤法等。呼吸代謝箱法的基本原理是把動(dòng)物置于密閉的呼吸箱內(nèi),通過測(cè)定一定時(shí)間內(nèi)呼吸箱中CH4濃度的變化計(jì)算CH4排放量。該法能測(cè)定瘤胃和腸道發(fā)酵產(chǎn)生的CH4,且技術(shù)較為成熟,結(jié)果較為精確,但成本較高,且動(dòng)物要經(jīng)過一定時(shí)間的訓(xùn)練。呼吸頭箱法和面罩法的原理與代謝箱法相似。用頭箱測(cè)定時(shí),動(dòng)物整個(gè)頭部固定于頭箱內(nèi);用面罩測(cè)定時(shí),動(dòng)物只有口和鼻被面罩罩住。頭箱和面罩比代謝箱成本低,操作也較簡(jiǎn)單,但只能測(cè)定由口和鼻排出的CH4,忽略了直腸排出的部分,且戴上面罩后,會(huì)影響動(dòng)物的自由采食和飲水。SF6示蹤法的優(yōu)點(diǎn)是可以在生產(chǎn)條件下直接測(cè)定群體動(dòng)物的CH4排放量,缺點(diǎn)是在有風(fēng)的環(huán)境中無法應(yīng)用。SF6物理性質(zhì)與CH4類似,可以一起通過噯氣排出。通過測(cè)定SF6的排放速度和SF6與CH4的濃度,即可推算出CH4排放量。但Wright等認(rèn)為SF6示蹤法比呼吸代謝箱法所測(cè)結(jié)果偏高,且2種方法之間沒有顯著相關(guān)關(guān)系。由于擔(dān)心SF6在肉、奶中殘留,美國已經(jīng)限制用SF6示蹤技術(shù)測(cè)定CH4排放。間接測(cè)定主要有人工瘤胃法和體外產(chǎn)氣法等,這些方法通過人為模擬厭氧環(huán)境來反映瘤胃的各項(xiàng)生理指標(biāo)。通過對(duì)SF6示蹤技術(shù)、人工瘤胃法和體外產(chǎn)氣法的比較發(fā)現(xiàn),人工瘤胃法所測(cè)得的CH4排放量比SF6示蹤法低,而體外產(chǎn)氣法與SF6示蹤法所測(cè)結(jié)果十分接近,因此,可以采用體外產(chǎn)氣法建立不同飼糧類型CH4排放的數(shù)據(jù)庫。間接測(cè)定具有成本低、省時(shí)和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn),但是否有效且可以重復(fù),需要與直接測(cè)定進(jìn)行比較。1.2模型預(yù)測(cè)模型的建立測(cè)定CH4排放的一個(gè)重要目的是以飼料特性、營養(yǎng)成分、能量攝入和瘤胃發(fā)酵中間產(chǎn)物等為自變量建立CH4排放的預(yù)測(cè)模型。Moe等利用開放式呼吸代謝箱測(cè)定了404頭荷斯坦種乳牛的CH4排放,經(jīng)過回歸分析得到:(1)CH4(g/d)=61.74+9.25×攝入中性洗滌可溶物(kg/d)+31.48×攝入半纖維素(kg/d)+48.01×攝入纖維素(kg/d)(R2=0.67);(2)CH4(g/d)=33.30+20.71×可消化中性洗滌可溶物(kg/d)+38.83×可消化半纖維素(kg/d)+105.66×可消化纖維素(kg/d)(R2=0.73)。雖然模型(1)的決定系數(shù)(R2=0.67)低于模型(2)的(R2=0.73),但其自變量為采食量,相對(duì)于模型(2)的可消化量更容易獲得,因此更具有應(yīng)用價(jià)值。Jentsch等通過分析337種不同營養(yǎng)成分飼糧飼喂不同牛種的代謝試驗(yàn)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)飼糧各可消化營養(yǎng)成分與CH4排放量顯著相關(guān),得出:(3)CH4(KJ)=(1.61±0.20)×可消化粗蛋白質(zhì)(g)-(0.38±0.52)×可消化粗脂肪(g)+(3.78±0.18)×可消化粗纖維(g)+(1.49±0.06)×可消化無氮浸出物(g)+(1142±196)(R2=0.896)。模型的自變量與上述模型(2)一樣,采用了飼料成分的可消化量,但其決定系數(shù)(R2=0.896)相比前者(R2=0.73)有了大幅提高,使所得模型更為準(zhǔn)確。Ellis等通過分析83頭肉牛和89頭奶牛的試驗(yàn)數(shù)據(jù),得出:(4)肉牛模型CH4(MJ/d)=(2.94±1.16)+(0.059±0.020)×攝入代謝能(MJ/d)+(1.44±0.33)×酸性洗滌纖維(ADF,kg/d)-(4.16±1.93)×木質(zhì)素(kg/d)(R2=0.85);(5)奶牛模型CH4(MJ/d)=(8.56±2.63)+(0.14±0.06)×粗料比例(%)(R2=0.56),或CH4(MJ/d)=(3.23±1.12)+(0.81±0.09)×干物質(zhì)采食量(kg/d)(R2=0.65);(6)肉牛和奶牛綜合模型CH4(MJ/d)=(3.27±0.79)+(0.74±0.07)×干物質(zhì)采食量(kg/d)(R2=0.68)。模型(4)中既有飼料成分?jǐn)z入量,又有能量攝入量,參數(shù)的多元化使模型獲得了較高的決定系數(shù)。雖然模型(5)和(6)的決定系數(shù)較低,但相應(yīng)的自變量只有一個(gè)且非常容易獲得,因此應(yīng)用性更強(qiáng)。我國科技人員也建立了一些預(yù)測(cè)模型。韓繼福等以4頭成年閹牛為試驗(yàn)動(dòng)物,對(duì)不同精粗比飼糧的中性洗滌纖維(NDF)和ADF降解量與CH4排放進(jìn)行了回歸分析,得出:CH4(L/d)=169.269+19.263×NDF降解量(kg/d)(r=0.8689);CH4(L/d)=157.432+57.698×ADF降解量(kg/d)(r=0.9775)。以揮發(fā)性脂肪酸(VFA)為參數(shù)的預(yù)測(cè)模型為:CH4(L/d)=84.335+7.209×乙酸(mol/d)(r=0.9691);CH4(L/d)=231.515-6.431×丙酸(mol/d)(r=-0.9683);CH4(L/d)=31.492+9.805×乙酸(mol/d)+2.318×丙酸(mol/d)(r=0.9789);CH4(L/d)=167.710+8.291×乙酸/丙酸(r=0.8833)。可見,由NDF降解量、ADF降解量、乙酸、乙酸/丙酸建立的預(yù)測(cè)模型均有較高的相關(guān)系數(shù)。但由于試驗(yàn)動(dòng)物頭數(shù)較少,利用這些參數(shù)建立預(yù)測(cè)模型還需進(jìn)一步研究。馮仰廉給消化道瘺管牛飼喂8種不同精粗比飼糧,發(fā)現(xiàn)CH4排放量與瘤胃可發(fā)酵有機(jī)物(FOM)中可發(fā)酵中性洗滌纖維(FNDF)含量呈顯著線性相關(guān):CH4(L/kgFOM)=60.4562+0.2967×FNDF/FOM(%)(r=0.9842)。消化能(DE)中CH4能量(CH4E)損失(CH4E/DE)亦與FNDF/FOM呈顯著線性相關(guān):CH4E/DE(%)=8.6804+0.0373×FNDF/FOM(%)(r=0.9845)。上式實(shí)測(cè)飼糧的FNDF/FOM范圍為21.54%~91.06%,適用面較寬。孫家義采用呼吸面罩法對(duì)9只3~7月齡小尾寒羊進(jìn)行了氣體能量代謝試驗(yàn),得出:3~5月齡,CH4(g/d)=6.25+0.89×攝入總能(MJ/d)(R2=0.85);5~7月齡,CH4(g/d)=8.26+0.77×攝入總能(MJ/d)(R2=0.90)。因模型中只有攝入總能一個(gè)變量,應(yīng)用較為方便。有關(guān)CH4的估測(cè)模型有不少報(bào)道,但相關(guān)系數(shù)較高的多采用了多元參數(shù),甚至結(jié)合了飼料成分和能量攝入。飼料成分也多以NDF、ADF、FOM、木質(zhì)素及瘤胃內(nèi)乙酸和丙酸等作為參數(shù),這些參數(shù)在生產(chǎn)實(shí)踐中并不容易獲得。而以干物質(zhì)(DM)采食量和粗料含量等作為參數(shù)的預(yù)測(cè)模型,相關(guān)系數(shù)則相對(duì)偏低。且這些模型不一定適合中國的生產(chǎn)實(shí)際,國內(nèi)相關(guān)研究數(shù)據(jù)還十分缺乏。因此,應(yīng)根據(jù)我國實(shí)際,分別測(cè)定不同品種反芻動(dòng)物的CH4排放,建立數(shù)據(jù)庫,得出相關(guān)系數(shù)高且應(yīng)用簡(jiǎn)便的預(yù)測(cè)模型,為編制CH4排放清單和采取相應(yīng)的調(diào)控措施奠定基礎(chǔ)。2ch4的來源反芻動(dòng)物排放CH4和其特有的消化方式有關(guān)。飼料被攝入后首先在瘤胃中進(jìn)行厭氧發(fā)酵,瘤胃中的微生物把碳水化合物和其他植物纖維發(fā)酵成可繼續(xù)分解和消化利用的物質(zhì)(包括乙酸、丙酸和丁酸等),同時(shí)產(chǎn)生CH4。瘤胃內(nèi)82%的CH4是通過甲烷短桿菌以CO2和氫氣(H2)為底物經(jīng)還原反應(yīng)產(chǎn)生的。CO2和H2主要來自糖降解中丙酮酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜岷投∷岬倪^程,而丙酸可利用H2生成糖。因此,CH4產(chǎn)量與乙酸、乙酸/丙酸呈正相關(guān),與丙酸呈負(fù)相關(guān)。瘤胃內(nèi)還可通過甲酸、乙酸和甲醇的分解產(chǎn)生CH4,但以這3種方式生成的CH4較少。目前的研究表明,CH4排放的營養(yǎng)調(diào)控主要包括調(diào)節(jié)飼糧營養(yǎng)水平,向飼糧中添加脂肪、脂肪酸、天然植物及植物提取物、化學(xué)制劑、微生物及其代謝物等。2.1調(diào)整飼料的養(yǎng)分水平2.1.1產(chǎn)酶菌株ch4的排放許多研究證明DM采食量與CH4排放呈正相關(guān)關(guān)系。然而,隨著采食量不斷增加,單位采食量的CH4排放卻呈下降趨勢(shì)。這可能是由于進(jìn)食量大導(dǎo)致瘤胃通過率高,降低了養(yǎng)分在瘤胃停留時(shí)間,從而減少了甲烷菌發(fā)酵生成CH4的時(shí)機(jī)。Kumar等認(rèn)為高采食量會(huì)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)更多地在小腸內(nèi)消化而不是在瘤胃發(fā)酵。而且無論飼糧精粗比如何,采食量增加均會(huì)降低單位采食量的CH4生成。2.1.2高精料對(duì)牛奶生長和產(chǎn)奶的影響隨著飼糧精料水平的提高,瘤胃中乙酸比例降低,丙酸比例升高。適當(dāng)提高精料水平可以降低CH4產(chǎn)量,提高飼料利用率和動(dòng)物生產(chǎn)性能。Lovett等對(duì)泌乳期奶牛設(shè)置了2個(gè)精料添加水平(DM分別為0.87和5.24kg),結(jié)果證明高精料組顯著提高了奶牛干物質(zhì)采食量和產(chǎn)奶量,同時(shí)草料采食量和乳成分并未受影響,單位標(biāo)準(zhǔn)乳的CH4產(chǎn)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。孫德成等通過飼喂18頭奶牛不同精粗比全混合日糧(TMR),發(fā)現(xiàn)隨著精料含量的提高,瘤胃乙酸和丁酸逐漸降低,丙酸顯著升高。CH4排放和甲烷能/總能顯著降低,并提高了產(chǎn)奶性能。然而精料添加須控制在適宜范圍內(nèi),過高的精料,易引起動(dòng)物酸中毒、蹄葉炎和過肥等一系列營養(yǎng)代謝疾病。2.1.3提高牧草質(zhì)量和飼草素質(zhì)可減少半纖維素發(fā)酵和ch4產(chǎn)生不同碳水化合物類型通過影響瘤胃pH及微生物發(fā)酵模式來影響CH4產(chǎn)生。高纖維含量的細(xì)胞壁發(fā)酵產(chǎn)生高乙酸/丙酸,伴隨較高的CH4損失;而可溶性碳水化合物發(fā)酵,CH4損失則相對(duì)較低。Eckard等認(rèn)為提高牧草質(zhì)量,飼喂含可溶性碳水化合物高,含纖維素少的牧草,或者飼喂鮮嫩的牧草都可以降低CH4排放。單位纖維素發(fā)酵CH4產(chǎn)量是半纖維素的3倍,而每單位非結(jié)構(gòu)性碳水化合物CH4產(chǎn)量低于半纖維素。飼糧中高淀粉和蔗糖含量降低了瘤胃pH,而纖維降解菌和產(chǎn)甲烷菌對(duì)低pH極其敏感,從而抑制纖維素發(fā)酵和CH4產(chǎn)生。相比之下,蔗糖比淀粉更易產(chǎn)生CH4,蔗糖發(fā)酵優(yōu)先產(chǎn)生丁酸并降低丙酸含量,同時(shí)在瘤胃中降解率更高。2.1.4減少ch4的排放飼糧營養(yǎng)平衡調(diào)控技術(shù),主要指通過適當(dāng)添加能量和蛋白質(zhì)飼料,提高飼料利用率,降低瘤胃內(nèi)養(yǎng)分降解速度,抑制瘤胃發(fā)酵,從而提高腸道對(duì)養(yǎng)分的吸收。Moss等往牧草青貯中添加不同比例的黃豆飼喂羯羊,發(fā)現(xiàn)飼糧添加粗蛋白質(zhì)有降低CH4排放的作用。添加過瘤胃蛋白也可以降低CH4產(chǎn)量,蛋白質(zhì)在瘤胃中分解為氨基酸后按碳水化合物分解方式代謝,從而產(chǎn)生CH4。而讓蛋白質(zhì)直接到達(dá)小腸內(nèi)消化則不會(huì)產(chǎn)生CH4。在反芻動(dòng)物飼養(yǎng)中推行TMR及采用青貯發(fā)酵飼料同樣可以降低CH4產(chǎn)生。Cao等發(fā)現(xiàn)用發(fā)酵的TMR飼喂綿羊,相對(duì)于不發(fā)酵的TMR顯著降低CH4產(chǎn)量,并促使瘤胃中的乳酸向丙酸轉(zhuǎn)變。改變飼喂程序和增加飼喂次數(shù)也可以減少CH4生成。若將精粗料分開飼喂,則先粗后精可以使更多的能量通過瘤胃,從而減少CH4的排放。而少量多次的飼喂方式降低了瘤胃pH和乙酸/丙酸,增加過瘤胃物質(zhì)的數(shù)量,也可減少CH4產(chǎn)生。2.2小樣本脂肪酸對(duì)ch4產(chǎn)氣的影響飼糧中添加適量動(dòng)植物脂肪及高級(jí)脂肪酸可抑制CH4產(chǎn)生,改變瘤胃VFA比例,提高飼糧能量水平,改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。脂肪對(duì)瘤胃原蟲具有毒害作用,而大多數(shù)甲烷菌附著于原蟲上,與原蟲有互利共生關(guān)系。甲烷菌通過與原蟲的種間氫傳遞將H2轉(zhuǎn)化成CH4,因此驅(qū)除原蟲可間接減少CH4產(chǎn)生。而一些中鏈脂肪酸則通過直接抑制產(chǎn)甲烷菌來降低CH4產(chǎn)生,Machmǜller通過一系列體內(nèi)和體外試驗(yàn)表明,無論是酯化還是未酯化的中鏈脂肪酸均可顯著降低CH4排放,甚至飼糧中添加3%的未酯化飽和中鏈脂肪酸(C12∶0和C14∶0)即可使CH4產(chǎn)量下降50%。長鏈脂肪酸可以降低纖維消化率,在奶牛飼糧中添加經(jīng)加工的富含長鏈脂肪酸的油料種子(葵花籽、亞麻籽和油菜籽)可以有效降低CH4產(chǎn)生。其中,添加葵花籽和亞麻籽降低了飼糧消化率,而添加油菜籽既可以降低CH4產(chǎn)量又對(duì)飼糧消化率和產(chǎn)奶量無負(fù)面影響。很多研究表明不飽和脂肪酸可以通過生物氫化作用,競(jìng)爭(zhēng)利用生成CH4的底物H2,從而降低CH4的產(chǎn)生。張春梅等運(yùn)用體外產(chǎn)氣法發(fā)現(xiàn),添加亞油酸和亞麻酸不同比例混合物均顯著降低甲烷生成,且亞麻酸的抑制作用更強(qiáng)。李文婷等證明,亞麻酸對(duì)甲烷抑制作用強(qiáng)于月桂酸。Boeckaert等證實(shí),飼糧中添加富含二十二碳六烯酸(DHA)的微型藻類亦可以抑制CH4生成。也有研究指出其他類型的油脂可降低CH4生成。陸燕等運(yùn)用體外培養(yǎng)法,證明飼糧中添加大蒜油可以改變瘤胃發(fā)酵類型,增加丙酸摩爾比例,顯著抑制CH4生成而不影響消化。孫德成等給奶牛飼糧添加150.0~200.0g/d的復(fù)合脂肪酸,顯著降低了CH4排放量和甲烷能/總能。通過各種研究發(fā)現(xiàn),脂肪及脂肪酸抑制CH4生成大概有5種可能:1)抑制瘤胃原蟲;2)抑制產(chǎn)甲烷菌(主要是中鏈脂肪酸);3)降低纖維消化率(主要是長鏈脂肪酸);4)競(jìng)爭(zhēng)利用生成CH4的底物H2(主要是不飽和脂肪酸);5)降低干物質(zhì)采食量(飼糧中脂肪含量超過7%)。然而,脂肪及脂肪酸的添加一定要適度,過量添加會(huì)抑制纖維分解菌,降低瘤胃纖維降解率,影響反芻動(dòng)物對(duì)粗飼料的利用率。同時(shí)也會(huì)在消化道內(nèi)形成鈣皂,影響鈣的吸收。2.3天然植物和植物提取物的添加2.3.1減少ch4與生產(chǎn)碳平衡單寧通過對(duì)產(chǎn)甲烷菌的直接毒害作用可以降低13%~16%的CH4,然而過高的添加濃度會(huì)降低飼料采食量和消化率。Huang等通過體外發(fā)酵試驗(yàn)證明,飼糧添加20~40mg/gDM的縮合單寧可顯著降低CH4產(chǎn)量。Jayanegara等往牧草中分別添加17種不同的富含單寧的植物,通過體外發(fā)酵試驗(yàn)證明,CH4與植物中單寧含量呈負(fù)相關(guān)。Animut等發(fā)現(xiàn),往西班牙羯羊飼糧中添加富含單寧的胡枝子,可以直接影響產(chǎn)甲烷菌活性,從而降低CH4產(chǎn)量。單寧抑制CH4可能有2種模式:1)抑制甲烷菌;2)降低飼料降解率,減少生成CH4的底物H2。然而,飼糧添加較低濃度的單寧,在降低CH4生成的同時(shí)并不會(huì)對(duì)其他代謝活動(dòng)(如蛋白質(zhì)的消化)帶來負(fù)面影響。目前,單寧多用于體外發(fā)酵試驗(yàn),通過飼糧直接飼喂動(dòng)物的研究較少,今后可以通過動(dòng)物飼養(yǎng)試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證其抑制CH4排放的效果。2.3.2茶皂素對(duì)ch4產(chǎn)量的影響很多報(bào)道證明皂苷和皂苷類似物可以通過驅(qū)原蟲,改變瘤胃發(fā)酵類型來降低CH4的生成。茶皂素是從茶科植物中提取的一種五環(huán)三萜皂甙,是由多種配基、糖體和有機(jī)酸組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的混合物。研究發(fā)現(xiàn),它不僅是一種天然的表面活性劑,而且具有廣泛的生理活性。Mao等發(fā)現(xiàn),在湖羊飼料中添加3g/d茶皂素與對(duì)照組相比CH4產(chǎn)量降低27.7%。胡偉蓮證明,茶皂素可以促進(jìn)瘤胃液體外發(fā)酵,降低氨態(tài)氮(NH3-N)濃度,抑制CH4生成,同時(shí)抑殺瘤胃原蟲,提高微生物蛋白產(chǎn)量。絲蘭提取物的主要成分是甾類皂苷、自由皂苷和糖類復(fù)合物。其特殊的生理結(jié)構(gòu)對(duì)CH4有很強(qiáng)的吸附能力,同時(shí)還影響消化道內(nèi)環(huán)境,降低乙酸濃度,提高丙酸濃度,并有強(qiáng)烈的抗原蟲能力。Xu等采用體外發(fā)酵試驗(yàn),在不同精粗比飼糧中添加絲蘭提取物,均顯著降低了CH4產(chǎn)量。Wang以綿羊?yàn)樵囼?yàn)動(dòng)物,飼糧中添加170mg/d的絲蘭提取物,發(fā)現(xiàn)單位可消化有機(jī)物和單位中性洗滌纖維的CH4產(chǎn)量分別降低了3.3和12.0g/kg。然而,皂苷對(duì)纖維降解有一定的負(fù)面影響,也有引起脹氣的危險(xiǎn)。因此,其抑制CH4的作用還需全面研究和評(píng)價(jià)。2.4添加化學(xué)品2.4.1莫能菌素對(duì)ch4干物質(zhì)的氧化離子載體是由放線菌產(chǎn)生的一種抗生素,它們能改變通過微生物生物膜的離子流量,從而改變微生物代謝活動(dòng),通過抑制瘤胃原蟲和纖維分解菌間接地降低CH4產(chǎn)生。同時(shí)還有利于產(chǎn)琥珀酸菌和丙酸菌生長,增加丙酸產(chǎn)量,提高飼料利用率。莫能菌素是應(yīng)用最為廣泛的抑制CH4生成的離子載體類抗生素。在奶牛飼糧中添加莫能菌素已被證實(shí)是一種有效地抑制CH4生成的措施。Odongo等研究了泌乳期奶牛飼喂莫能菌素對(duì)CH4生成的抑制效果,結(jié)果表明在精粗比為40∶60的TMR中添加24mg/kgDM的莫能菌素,CH4日排放量降低了7%,單位體重的CH4排放量降低了9%。莫能菌素對(duì)奶牛的干物質(zhì)采食量和產(chǎn)奶量沒有影響。Guan等比較了單種離子載體(莫能菌素)和復(fù)合離子載體(莫能菌素+拉沙里菌素)對(duì)CH4的抑制作用,結(jié)果表明2種離子載體均顯著降低了CH4排放量。飼喂復(fù)合離子載體沒有表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制作用和更久的抑制時(shí)間。雖然莫能菌素可以降低CH4產(chǎn)量,但瘤胃微生物對(duì)其具有適應(yīng)性,長期使用效果并不理想。而Johnson等認(rèn)為莫能菌素更有可能是通過降低采食量來降低CH4生成。也有報(bào)道指出莫能菌素可能會(huì)被瘤胃壁吸收,進(jìn)入到肉和奶產(chǎn)品中,從而對(duì)食品安全構(gòu)成威脅。2.4.2富馬酸在高粗料型飼糧中的應(yīng)用許多研究證明,CH4產(chǎn)量的降低往往伴隨丙酸含量的升高,飼糧中添加丙酸前體物質(zhì)可以促進(jìn)瘤胃往丙酸型發(fā)酵轉(zhuǎn)變。丙酸前體物質(zhì)主要包括富馬酸(又稱反丁烯二酸、延胡索酸)和蘋果酸。它們提供了新的電子轉(zhuǎn)移途徑,并且與甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)利用H2,抑制CH4生成。Foley等研究表明,肉牛飼糧添加7.5%蘋果酸,CH4排放降低16%,采食量降低9%,乙酸、丁酸減少,丙酸增加。瘤胃pH呈上升趨勢(shì),原蟲數(shù)減少。由于蘋果酸會(huì)導(dǎo)致采食量下降,影響生產(chǎn)性能,因此其適宜添加量仍待深入研究。Wood等采集綿羊瘤胃液進(jìn)行體外發(fā)酵試驗(yàn),證明富馬酸可降低19%的CH4產(chǎn)量。隨后對(duì)生長期羔羊進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)添加100g/kgDM富馬酸后,CH4由24.6L/d降至9.6L/d。體外批次培養(yǎng)試驗(yàn)證明富馬酸對(duì)高粗料型飼糧CH4抑制作用更強(qiáng)。還可增加糖原合成,提高產(chǎn)奶量,然而大劑量飼喂會(huì)導(dǎo)致酸中毒及纖維分解和采食量的下降。2.4.3降低ch4和最佳催化劑的確定產(chǎn)CH4是消耗電子,維持較低氫分壓的主要途徑,但瘤胃中還存在其他電子受體,如硝酸鹽和硝基化合物。硝酸鹽可以替代生成CH4的底物CO2,在瘤胃中競(jìng)爭(zhēng)H2生成氨。硝基化合物可以抑制氫化酶和甲酸鹽脫氫酶的活性,減少了甲烷菌的底物。Anderson等通過體外發(fā)酵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),在瘤胃液中添加硝基化合物降低了92%的CH4,然而瘤胃發(fā)酵效率并沒有受影響。Saengkerdsub等在體外發(fā)酵試驗(yàn)中比較了硝基乙烷、硝基乙醇和2-硝基丙醇對(duì)CH4的抑制作用,發(fā)現(xiàn)硝基乙烷的抑制作用最強(qiáng)。給綿羊口服硝基乙烷和2-硝基丙醇,同樣證實(shí)硝基乙烷有更強(qiáng)的抑制作用。然而,硝酸鹽和硝基化合物在代謝過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽和乙胺具有潛在的毒副作用,這或許會(huì)限制其實(shí)際應(yīng)用。2.5微生物及其代謝產(chǎn)物的添加2.5.1體外發(fā)酵試驗(yàn)乙酸生成菌可以利用H2和CO2生成乙酸,并作為能源物質(zhì)被機(jī)體利用。如果瘤胃中的CH4可以全部轉(zhuǎn)換成乙酸,會(huì)使動(dòng)物額外獲得4%~15%的能量。然而CO2還原生成CH4比生成乙酸在熱力學(xué)上更有優(yōu)勢(shì),甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)H2的能力遠(yuǎn)超過乙酸菌。體外發(fā)酵試驗(yàn)證實(shí),在甲烷菌受到抑制時(shí),添加乙酸生成菌可以增加乙酸產(chǎn)量,降低CH4產(chǎn)量。然而在正常環(huán)境下,即使乙酸菌數(shù)量更多卻依然無法與甲烷菌競(jìng)爭(zhēng)H2。因此,解決問題的關(guān)鍵是設(shè)計(jì)一種具有高H2親和力的乙酸生成菌,使其在正常瘤胃環(huán)境中即可與甲烷菌有效競(jìng)爭(zhēng),或者將乙酸生成基因轉(zhuǎn)移到已在瘤胃中定植的微生物上。2.5