完全挤压型日粮对马匹营养摄入量、体内及体外营养素消化情况以及粪便细菌组成的影响

《Animal Feed Science and Technology》：Effects of a complete extruded diet on intake, in vivo and in vitro digestion of nutrients, and fecal bacterial composition in horses

MOS补充显著降低山羊甲烷和二氧化碳排放，提高能量保留率及氮代谢效率，通过抑制产甲烷菌并促进产乙酸菌调控瘤胃发酵。

　　本研究探讨了在湘东黑山羊饲料中添加2.0%的甘露寡糖（MOS）对能量利用、氮代谢和甲烷排放的影响。研究结果表明，MOS的添加显著降低了甲烷和二氧化碳的排放量，同时减少了粪便、尿液和甲烷能量损失，提高了山羊的能量保留率（P<0.05）。在数值上，MOS改善了干物质（DM）、粗蛋白（CP）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）和净蛋白利用率，而减少了粪便氮和尿液氮的排泄，尽管这些效果在统计学上不显著（P>0.05）。此外，MOS的添加还降低了山羊瘤胃中甲基辅酶M、甲基辅酶M还原酶、电子分支酶的活性，以及甲烷生成菌（Methanobrevibacter）的丰度，但这些变化在统计学上也不显著（P>0.05）。最为重要的是，MOS增强了产乙酸菌（Acetitomaculum）和普雷沃氏菌（Prevotella）的活性，这些菌群能够与甲烷菌竞争氢气，从而减少甲烷排放。因此，可以得出结论，MOS能够改善山羊瘤胃的微生态环境，提高营养利用效率，并减少其碳足迹。

在研究的背景下，寡糖因其独特的功能，通常被分为普通寡糖和功能性寡糖。普通寡糖通常可以被宿主的消化道吸收，而功能性寡糖则主要无法被宿主的酶系统消化，而是通过肠道发挥特定的益处。MOS是一种功能性寡糖，已被证明可以改善动物的肠道微生物结构，提高营养的消化和吸收效率。作为功能性添加剂，MOS可以通过调节宿主肠道中的代谢物，如胆汁酸和挥发性脂肪酸（VFAs），从而改善动物的健康状况，进而提升其生长和生产性能。此外，MOS还具有调节免疫系统、促进肠道形态发育以及有益地改变肠道微生物群的功能。因此，MOS在许多国家的饲料行业中被广泛应用。

在反刍动物中，MOS在调节瘤胃发酵和消化功能方面发挥着重要作用。将MOS添加到奶牛的饲料中可以促进犊牛瘤胃的发育和饲料转化率，显著提高每日增重，并减少粪便中的病原菌数量。作为益生元，寡糖可以促进有益菌的生长，这些有益菌能够产生消化酶，从而间接增强膳食粗纤维的降解，调节瘤胃发酵和挥发性脂肪酸的产生。研究表明，MOS可以改变挥发性脂肪酸（VFAs）的组成，例如在肉牛中降低乙酸的比例，提高丙酸的比例（Gunun et al., 2022），而在绵羊中则提高了丙酸的比例，但对乙酸的比例没有显著影响（Garcia Diaz et al., 2018a, Zheng et al., 2018）。Araujo et al.（2015）和Gomes de Paiva et al.（2016）的研究表明，壳聚糖在降低羊、肉牛和泌乳奶牛瘤胃液中乙酸与丙酸的比例方面具有潜力。在壳聚糖的作用下，瘤胃发酵代谢可以发生改变，通过改变挥发性脂肪酸的分布，向丙酸比例更高的发酵方向转变，同时减少甲烷的产生（Goiri et al., 2009a），从而改变瘤胃发酵代谢（Goiri et al., 2009b）。

众所周知，瘤胃中挥发性脂肪酸的比例会影响甲烷的产生。在瘤胃发酵过程中，会产生大量氢气（H?）以及电子和质子的转移，而甲烷菌则利用氢气和二氧化碳作为底物，通过一系列酶促反应产生甲烷（CH?）。一般来说，当瘤胃中丙酸的产生增加时，甲烷的产生会减少，因为丙酸的合成过程会消耗更多的氢气，而乙酸的增加则会导致甲烷的增加。在一项之前的研究中，我们评估了不同剂量的MOS（0%至6.0%/kg）在羊饲料中对气体产生的影响。我们发现，添加2.0% MOS在体外发酵中导致了最低的二氧化碳和甲烷产生（Zheng et al., 2019）。

因此，我们假设，饲料中添加MOS通过调节乙酸与丙酸的比例，来调控山羊瘤胃的发酵模式，从而减少甲烷排放和氮排泄。本研究旨在探讨2.0% MOS对湘东黑山羊甲烷排放、氮代谢和瘤胃微生物群的影响，并阐明这些参数之间的关系。为了进一步验证这一结果，我们进行了体外气体产生测试，通过在山羊饲料中添加2.0% MOS进行实验。目前，关于MOS对山羊氮代谢、甲烷排放和碳足迹变化的影响，还存在有限的信息。因此，我们假设，饲料中添加MOS可能通过调节乙酸与丙酸的比例来改变山羊瘤胃的发酵模式，从而对气体排放产生重要影响，特别是减少甲烷排放，以降低环境污染。为了验证这一假设，我们设计了一个控制实验，研究MOS在实际情况下对减少山羊甲烷排放和氮排泄的效果，以及瘤胃微生物群组成与瘤胃发酵和氮代谢之间的关系。

本研究采用完全随机设计，选取了12只健康的成年公山羊（体重18.10±2.25 kg），来自中国科学院亚热带农业研究所。山羊被分为两组，每组6只：对照组（CON）喂食基础饲料，处理组（MOS）喂食在基础饲料中添加2.0% MOS的饲料。每只山羊作为单独的重复样本。MOS是从酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞壁中提取的，纯度≥99%。在实验过程中，所有实验均遵循甘肃省人民代表大会常务委员会批准的指导方针。所有实验方案和样本收集均获得了甘肃省农业大学伦理委员会的批准，许可编号为GAU-LC-2020-018。

本研究还得到了中国国家自然科学基金的支持（32160803, 31860657），并且没有来自公共资助机构的贡献。研究过程中未引用某些参考文献，包括（Gomes de Paiva et al., 2016, Russell and Rychlik, 2001, Shima, 2016, IPCC, 2006）。研究团队成员在本研究中的贡献如下：Zhu Shengxin负责正式分析；Ran Hang负责正式分析；Zheng Chen负责监督、资源、项目管理、研究、资金获取、概念设计；Wang Jing负责撰写、正式分析、数据管理、概念设计；Liu Ting负责方法、研究、正式分析、概念设计；Xu Jianfeng负责方法、数据管理；Liu Huihui负责方法、正式分析、数据管理。

在研究准备过程中，作者们没有使用任何人工智能和人工智能辅助技术。研究团队声明没有利益冲突。我们感谢所有参与实验的人员，以及中国科学院亚热带农业研究所为本实验提供的场地和设备。研究中未在官方仓库中存储数据，支持研究发现的数据可以从作者处获取。

综上所述，MOS在改善山羊瘤胃微生态环境、提高营养利用效率以及减少碳足迹方面具有重要作用。通过调节瘤胃微生物群的组成，MOS能够减少甲烷生成菌的数量，同时增强能够消耗氢气的产乙酸菌的活性。这一机制有助于降低甲烷排放，同时提高山羊的能量保留率和净蛋白利用率。此外，MOS对氮代谢也有积极影响，能够减少氮的排泄，从而降低环境污染。因此，MOS作为一种功能性添加剂，不仅有助于提高山羊的生产性能，还能够减少其对环境的负面影响。