降低泌乳奶牛日粮粗蛋白水平可提高氮利用效率并减少氮排泄，同时对瘤胃微生物组无明显影响

本研究针对奶牛氮利用效率(NUE)低、氮排泄污染环境的问题，通过降低日粮粗蛋白(CP)含量(15%-17%)的系统研究，发现降低CP水平可提高NUE至34%，减少31.3%尿氮排泄，且不影响瘤胃微生物组成。研究揭示了高效奶牛(HE)与低效奶牛(LE)瘤胃微生物差异，为可持续畜牧业发展提供了重要依据。

　　

研究背景

全球畜牧业面临严峻的氮污染挑战——奶牛仅能将摄入氮的22%转化为牛奶，剩余近70%通过粪尿排泄，导致水体富营养化、土壤酸化等环境问题。更棘手的是，为提高产奶量，农场主常过度添加粗蛋白(CP)，进一步加剧氮浪费。如何平衡奶牛生产性能与环境保护，成为困扰学术界和产业界的难题。

英国女王大学贝尔法斯特分校(Queen's University Belfast)联合农业食品与生物科学研究所(AFBI)的Agalu W.Zeleke团队在《Journal of Animal Science and Biotechnology》发表突破性研究，通过180天的系统实验证明：将泌乳奶牛日粮CP从17%降至15%，不仅能维持产奶量，还可显著提升氮利用效率，同时首次揭示了高效奶牛瘤胃中"代谢通路升级"的微生物机制。

关键技术方法

研究采用三组对照设计(LCP 15%/MCP 16%/HCP 17% CP)，对90头荷斯坦奶牛进行26周追踪。通过瘤胃液采样结合宏基因组测序(平均每样本50M reads)，分析微生物组成与功能；采用酚-次氯酸盐比色法测定NH₃-N，气相色谱分析挥发性脂肪酸(VFA)；通过残余采食量(RFI)和氮平衡公式计算NUE，并建立预测模型评估氮排泄量。

主要研究结果

1. 生产性能与氮代谢

降低CP水平未影响干物质采食量(DMI)和产奶量(P>0.05)，但显著改变氮分配：HCP组尿氮排泄达231 g/d，比LCP组高31.3%，而粪氮无差异。关键发现是NUE与RFI呈强负相关(r=-0.57)，高效奶牛(HE)能少摄入1.27 kg饲料维持同等产奶量。

2. 瘤胃发酵参数

尽管HCP组瘤胃NH₃-N浓度(31.1 mg/L)显著高于LCP组(19.9 mg/L)，但pH和总VFA保持稳定。值得注意的是，乙酸/丙酸比例(2.7)在所有组间无差异，表明蛋白质水平调整未破坏基础发酵模式。

3. 微生物组学发现

宏基因组分析显示：

• 菌群结构：拟杆菌门(Bacteroidota,49.33%)和厚壁菌门(Bacillota,24.04%)为主导，前胃球菌科(Prevotellaceae,43.2%)和普雷沃菌属(Prevotella,42.8%)为核心菌群

• 高效奶牛特征：拟杆菌科(Bacteroidaceae)富集，且携带更多丙酸代谢(ko00640)、半胱氨酸-蛋氨酸代谢(ko00270)相关基因

• 低效奶牛特征：甲烷杆菌科(Methanobacteriaceae)和甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)丰度更高，伴随甲烷代谢(ko00680)通路上调

4. 功能通路差异

HE奶牛显著富集氨基酸生物合成(ko01230)和碳水化合物消化吸收(ko04973)通路，其关键酶如3-异丙基苹果酸脱水酶(EC 4.2.1.33)活性更高；LE奶牛则激活嘌呤代谢(ko00230)和次级代谢产物合成(ko01110)通路。

结论与意义

该研究首次证实：在满足代谢蛋白(MP)需求前提下，将日粮CP从17%降至15%可实现"三重收益"——提高氮利用效率、减少环境氮负荷、维持瘤胃微生态稳定。更突破性的是，通过宏基因组-表型关联分析，揭示了高效奶牛瘤胃微生物的"代谢蓝图"：拟杆菌科驱动的丙酸代谢优势与甲烷菌抑制机制。这一发现为开发微生物靶向饲料添加剂提供了新方向，对实现畜牧业低碳转型具有重要实践价值。