抑制瘤胃甲烷生成：海门冬（Asparagopsis）对反刍动物采食量及瘤胃功能的影响与挑战

本研究针对海门冬（Asparagopsis）作为饲料添加剂在有效降低反刍动物肠道甲烷（CH4）排放的同时，频繁伴随出现的干物质采食量（DMI）下降问题展开系统性回顾。文章深入探讨了试验设计局限、瘤胃氢（H2）代谢变化、剂量依赖性效应及潜在动物健康风险等关键挑战，为制定标准化应用方案以最小化负面影响、推动该减排策略的产业化应用提供了重要科学依据。

　　

随着全球气候变化问题日益严峻，减少温室气体排放已成为国际社会的共同目标。反刍动物，如牛、羊，在消化过程中通过瘤胃微生物的发酵会产生大量的甲烷（CH₄），这种气体不仅是一种强效的温室气体，还意味着饲料能量的损失。因此，寻找有效的策略来抑制反刍动物的甲烷排放，兼具环境效益和经济效益，成为畜牧领域的研究热点。在众多减排策略中，使用饲料添加剂抑制甲烷生成（Antimethanogenic feed additives, AMFA）备受关注，其中，源自红藻海门冬（Asparagopsis）的添加剂因其高效的甲烷抑制能力而展现出巨大潜力。研究表明，其主要活性成分溴仿（CHBr₃）能够特异性抑制甲烷生成的关键酶。然而，尽管研究大多聚焦于其减排效果，但海门冬的补充饲喂常常伴随着一个不容忽视的现象——动物干物质采食量（DMI）的显著下降。这无疑给其实际应用带来了挑战，因为采食量的下降会直接影响动物的生产性能（如产奶量、增重），可能抵消减排带来的益处，甚至影响动物健康。那么，是什么原因导致了采食量的下降？是海门冬本身适口性差，还是其对瘤胃复杂生态系统产生了更深层次的影响？为了回答这些问题，研究人员对现有的海门冬饲喂试验进行了系统的回顾和分析，相关成果发表在《Journal of Dairy Science》上。

本研究主要综合分析了已发表的涉及海门冬饲喂反刍动物的体内试验（in vivo）研究。关键技术方法包括：对不同实验设计（如拉丁方设计、完全随机设计）的试验数据进行回顾性分析；评估不同海门冬产品形式（如冻干生物质、油提物）和不同溴仿（CHBr₃）剂量对甲烷排放量和干物质采食量的影响；通过瘤胃液采样和分析，监测瘤胃发酵参数（如挥发性脂肪酸VFA组成、溶解氢dH₂浓度）和微生物群落结构的变化；以及对动物组织、乳汁中溴仿和卤素（溴、碘）残留进行检测以评估安全性。研究样本队列主要来自已发表的涉及奶牛、肉牛、绵羊和山羊的试验。

试验设计在海门冬饲喂试验中的局限性

研究发现，试验设计的某些方面可能加剧了海门冬对采食量的负面影响。例如，采用拉丁方设计（LSD）或交叉试验设计的研究，其处理转换期通常较短，这可能不足以让瘤胃微生物群完全适应新的饲料添加剂，从而导致采食量在短期内出现波动或下降。一些研究表明，当采用较长的适应期（如30天）逐步引入海门冬时，动物能更好地适应，采食量下降的现象得到缓解。此外，试验过程中频繁的动物处理（如称重、采样）以及使用呼吸舱等限制性环境，也可能引起动物应激，间接影响其采食行为。因此，优化实验设计，特别是确保足够的适应期，对于准确评估海门冬的长期效果和最小化其对采食量的干扰至关重要。

海门冬对甲烷生成和采食量的剂量依赖性效应

海门冬抑制甲烷生成的效果呈现明显的剂量依赖性，即较高的饲喂水平通常能带来更显著的甲烷减排。然而，这种剂量效应同样体现在对采食量的影响上。多项研究报道，随着海门冬（或其中CHBr₃）添加水平的提高，动物的干物质采食量下降幅度也往往增大。例如，在泌乳奶牛中，饲喂303 mg CHBr₃/头/天的海门冬导致采食量下降10.8%，而当剂量增至420 mg CHBr₃/头/天时，采食量下降幅度达到38%。这种剂量依赖性的采食量减少直接影响了动物的生产性能，如产奶量下降。除了剂量，基础日粮组成（如高纤维与高谷物）也会影响海门冬的减排效果和对采食量的作用。因此，确定一个既能有效减排又能维持动物正常采食和生产性能的最适添加剂量，是未来应用的关键。

海门冬对瘤胃H₂和发酵动态的影响

海门冬发挥甲烷抑制作用的核心机制是干扰瘤胃的正常氢（H₂）代谢。在正常的瘤胃发酵中，产甲烷古菌利用发酵产生的H₂作为底物生成CH₄，从而维持瘤胃内较低的H₂分压。当海门冬中的CHBr₃抑制了产甲烷过程后，瘤胃内的H₂（包括溶解态dH₂和气态gH₂）会出现积累，H₂排放量增加。这种H₂的积累可能会通过反馈抑制机制，影响纤维分解菌等微生物的活性，进而可能影响饲料的降解和动物的食欲。作为对H₂积累的响应，瘤胃发酵模式会发生改变，通常表现为丙酸比例增加，乙酸比例减少（即乙酸/丙酸A:P比值下降），有时丁酸比例也会增加。这些发酵终产物的变化，特别是丙酸产量的增加，其被吸收后可能在肝脏中氧化产生饱腹感，也被认为是导致采食量下降的潜在原因之一。研究表明，瘤胃微生物群落结构也会随之调整，例如某些氢营养细菌（如Duodenibacillus）的活性可能增强，试图消耗多余的H₂。若能引导这些替代性氢汇途径更有效地利用H₂（例如通过共补充电子受体如间苯三酚phloroglucinol），则有可能在抑制甲烷的同时，改善发酵效率，减轻对采食量的负面影响。

本研究通过系统回顾揭示了海门冬作为高效甲烷抑制剂在反刍动物应用中面临的主要挑战，即采食量下降问题。结论指出，这一现象并非单一因素造成，而是与试验设计（如适应期长短）、海门冬的添加剂量、以及其对瘤胃H₂代谢和发酵动态的深刻影响密切相关。重要的是，研究强调，海门冬的甲烷减排效果必须与其他营养学考量相协调，特别是要避免因瘤胃功能受损导致的采食量减少和间接的生产性能下降。尽管在动物产品中检测到的CHBr₃残留通常低于安全限值，但溴和碘等卤素残留的剂量依赖性增加仍需持续监控。为了推动海门冬的产业化应用，未来研究应致力于制定标准化的饲喂协议，包括确定最低有效剂量、优化适应期程序，并探索与H₂受体联合使用的策略，以期在实现显著甲烷减排的同时，保障反刍动物的健康与生产力。这项研究为畜牧业可持续发展和碳减排目标提供了关键的科学见解和实践方向。