评估在放牧季节不同阶段，仅以草或草-三叶草混合牧场为食的、遗传性状存在差异的春季产犊奶牛的瘤胃微生物群落

《Frontiers in Microbiology》：Evaluating the rumen microbial community of genetically divergent spring-calving dairy cows grazing grass-only or grass-clover swards at different stages of the grazing season

本研究通过无培养法分析遗传差异（高、低经济育种指数EBI）的奶牛在单一牧草和牧草-三叶草混播两种处理下，春季至秋季瘤胃微生物群动态。结果显示EBI对微生物群无显著影响，但秋季三叶草混播组甲烷生成相关菌群比例较高；季节变化显著影响微生物多样性，夏季和秋季甲烷生成菌（甲烷八叠球菌属）丰度上升，与乙酸和丁酸水平正相关，而丙酸水平在春季较高。微生物群结构变化与牧场质量季节性波动相关，但未发现EBI通过微生物群影响甲烷排放的证据。

　　本研究探讨了两种遗传差异显著的春季产犊奶牛在不同草地类型（纯草和草-白三叶草混合草地）下瘤胃微生物群落的组成变化。研究采用了非依赖培养的方法，对瘤胃微生物群落进行了系统分析，并在春季、夏季和秋季三个时间段内采集了样本。研究结果显示，遗传选择所使用的经济繁殖指数（EBI）并未对瘤胃微生物群落产生显著影响，而草地类型则在秋季（白三叶草占比最高为50.2%）表现出一定的差异。季节变化对瘤胃微生物群落的β多样性有显著影响，但草地类型对微生物群落的组成差异较小。研究还发现，瘤胃细菌群落随季节变化而发生变化，夏季和秋季的甲烷生成条件相较于春季更加有利。

瘤胃是反刍动物消化系统中最重要的微生物生态系统之一，其中包含大量的细菌、古菌和原生动物等微生物，它们共同参与饲料的消化和能量的转化。瘤胃微生物群落不仅对宿主的营养状况和健康产生深远影响，还对甲烷（CH?）的产生和排放具有重要调控作用。甲烷是农业领域中一种强效的温室气体，其排放量直接影响畜牧业的碳足迹。因此，理解瘤胃微生物群落的组成及其变化对于减少温室气体排放、提高饲料利用效率以及优化畜牧业可持续发展具有重要意义。

草地类型对瘤胃微生物群落的影响已被广泛研究，尤其是在氮固定能力和饲料质量方面。白三叶草作为一种重要的豆科牧草，不仅能够提供额外的蛋白质来源，还能提高干物质摄入量（DMI），从而提升奶牛的生产性能。然而，白三叶草的高DMI可能同时导致肠道甲烷排放的增加，这与部分研究结果相矛盾。因此，有必要进一步探究草地类型对瘤胃微生物群落的长期影响，特别是在不同季节和不同草地管理方式下的变化。

研究结果表明，尽管白三叶草草地在秋季的占比最高，但其对瘤胃微生物群落的总体组成影响有限。这可能是因为瘤胃微生物群落具有较强的适应性，能够应对不同草地类型带来的环境变化。此外，瘤胃细菌的组成在春季和后续季节中发生了显著变化，某些细菌在春季更为丰富，而在夏季和秋季则逐渐减少。这些变化与瘤胃发酵产物（如丙酸、乙酸和丁酸）的浓度密切相关。春季时，某些细菌与丙酸水平呈正相关，而夏季和秋季的细菌则与丙酸呈负相关，同时与乙酸和丁酸呈正相关。这种变化模式可能反映了瘤胃内不同季节的发酵特点，如春季饲料的高可溶性碳水化合物含量可能促进丙酸的生成，而夏季和秋季饲料的纤维含量较高则可能增加乙酸和丁酸的比例。

古菌在甲烷生成中起着关键作用，其数量在夏季和秋季显著增加，而春季则相对较少。古菌的丰度与甲烷产量呈正相关，而与丙酸呈负相关。这种关联性可能与瘤胃内氢气（H?）的浓度有关，因为甲烷生成依赖于氢气的利用。研究还发现，古菌与瘤胃发酵产物之间的关系可能受到饲料类型和季节变化的影响，而这些变化可能进一步影响宿主的产奶性能和饲料效率。

此外，研究指出，瘤胃微生物群落的组成与宿主的遗传特征之间可能存在一定的联系。然而，本研究并未发现EBI高的奶牛与EBI低的奶牛在瘤胃微生物群落上存在显著差异。这表明，尽管遗传选择可能对奶牛的生产性能和饲料效率产生影响，但其对瘤胃微生物群落的调控作用可能有限。这一发现与之前的研究结果相吻合，即在样本量相近的情况下，遗传差异较大的奶牛在瘤胃微生物群落方面也未表现出明显差异。

研究还强调了季节变化对瘤胃微生物群落的深远影响。春季的饲料质量较高，导致瘤胃中丙酸的浓度增加，而夏季和秋季饲料中的纤维含量较高，促进了乙酸和丁酸的生成。这种发酵产物的变化可能进一步影响瘤胃内的氢气浓度，从而改变甲烷生成的条件。同时，研究发现，瘤胃微生物群落的组成变化与饲料质量密切相关，而饲料质量的变化又受到季节和草地类型的影响。

研究还揭示了瘤胃微生物群落与宿主性能之间的潜在联系。例如，某些细菌的丰度与奶牛的产奶量、饲料转化效率以及甲烷排放量之间存在显著相关性。这些发现为优化牧场管理和提高奶牛生产性能提供了新的视角，同时也为减少农业温室气体排放提供了科学依据。

总之，本研究的结果表明，遗传选择对瘤胃微生物群落的影响有限，而草地类型和季节变化对瘤胃微生物群落的组成和功能具有更为显著的作用。瘤胃微生物群落的动态变化可能与饲料质量、发酵产物以及宿主生理状态密切相关。未来的研究应进一步探讨瘤胃微生物群落的基因组成及其与宿主遗传特征之间的关系，以期更全面地理解瘤胃微生物对宿主性能和环境影响的调控机制。此外，研究还应关注瘤胃消化动力学和微生物群落变化之间的关系，这将有助于更精确地预测和管理甲烷排放。