蛋白饲料调控猪肠道菌群减臭机制研究及可持续减臭配方的开发

为解决畜禽养殖中恶臭污染物加剧环境恶化的问题，研究人员通过体外模拟发酵和体内饲喂试验，探究8种中国常用蛋白饲料通过调控猪肠道菌群实现减臭的机制。研究发现棉籽粕组臭气排放最高（68.67±58.13 ppm）且富集Megasphaera菌属，而菜籽粕和玉米胚芽粕组臭气水平较低（12-16.17 ppm）且与Bacillus菌负相关。最终开发的菜籽粕基饲料使猪舍NH3和H2S排放分别降低47.75%和54.2%，为平衡养猪业可持续发展与环境治理提供了科学范式。

　　

论文解读
随着全球畜禽养殖业的快速发展，养殖场排放的恶臭气体已成为加剧环境恶化的突出问题。猪只肠道微生物发酵及粪便厌氧分解产生的NH₃、H₂S等气体，不仅刺激呼吸道黏膜、降低免疫力，还会通过大气扩散恶化周边空气质量。尽管饲料干预被认为是源头减臭的有效策略，但不同蛋白饲料调控臭气排放的机制尚不明确，特别是缺乏对关键菌群代谢分子机制的解析。现有研究多聚焦于生产端排放检测，存在周期长、成本高、环境干扰大等局限，亟需建立高效精准的研究方法。

浙江省农业科学院的研究团队创新性地结合体外模拟发酵与体内验证实验，系统探究了8种中国主流蛋白饲料（豆粕、菜籽粕、棉籽粕、玉米胚芽粕等）通过调控猪肠道菌群影响臭气排放的机制。研究发现棉籽粕组臭气排放量高达68.67±58.13 ppm，显著富集产气菌Megasphaera，该菌与H₂S、NH₃、H₂和CO₂生成呈正相关；而菜籽粕-J和玉米胚芽粕-H组臭气水平最低（12-16.17 ppm），其减臭效应与Bacillus和unclassified_c__Bacilli菌的富集相关。基于此开发的菜籽粕基饲料在23天饲喂试验中使猪舍NH₃和H₂S排放分别降低47.75%和54.2%，且不影响生猪生产性能。该研究发表于《Resources, Environment and Sustainability》，为精准开发功能性饲料提供了"体外高通量筛选-机制解析-体内验证"的全链条技术路径。

研究采用四大关键技术：1) 基于GB/T 39235-2020标准设计4种育肥猪饲料配方；2) 体外模拟发酵系统（含L-半胱氨酸、血红素溶液的厌氧培养基）结合五参数气体检测仪（H₂S/NH₃/CH₄/CO₂/H₂）；3) 16S rRNA测序（V3-V4区，Silva v138数据库）与PICRUSt2功能预测；4) 300头杜洛克×长白×约克夏杂交育肥猪（初始体重95±1.5 kg）的田间验证试验。

3.1 不同蛋白饲料的营养成分差异
通过国标方法测定8种饲料的18种氨基酸含量，发现棉籽粕-H粗蛋白(48.66%)和总氨基酸最高，而玉米胚芽粕-K/Q最低(17.71-18.55%)。菜籽粕-X的含硫氨基酸(SCAAs)达1.58%，显著高于其他组别。

3.2 发酵气体排放特征
24小时体外发酵显示：豆粕-K组CO₂产量最高，棉籽粕-H组H₂(2466.67±1573.59 ppm)和H₂S(68.67±58.13 ppm)排放显著超标，而玉米胚芽粕-H和菜籽粕-J组臭气水平最低。

3.3 菌群结构与功能关联
PCoA分析揭示饲料组间菌群β多样性差异显著(P=0.005)。棉籽粕组Megasphaera相对丰度达4.75%，与氨基酸代谢、碳固定等KEGG通路正相关；玉米胚芽粕组Bacillus(12.8%)和unclassified_c__Bacilli(9.3%)富集，与臭气排放负相关。

3.6-3.7 减臭配方验证
菜籽粕基饲料使体外发酵NH₃/H₂S降低80.84%/77.63%，田间试验中每吨饲料成本降低12.4%（2320.51元 vs 2649.5元），实现环境效益与经济效益双赢。

该研究的突破性在于首次阐明蛋白饲料-菌群-臭气排放的级联调控机制，特别是发现Megasphaera作为关键产气菌的功能特征。棉籽粕的高支链氨基酸可能通过激活valine/leucine/isoleucine生物合成通路促进该菌增殖，而菜籽粕的纤维成分可能选择性地富集Bacillus等有益菌。研究局限性在于未解析Megasphaera代谢臭气的分子途径，且未考虑温度、湿度等环境因子的交互影响。未来可通过宏基因组测序揭示硫还原菌的基因簇，或开发菌群移植技术强化减臭效果。这项成果为制定基于精准营养的畜牧业减污降碳策略提供了重要理论支撑。