评估红、褐、绿藻类降低牛体外甲烷生成的效能：加拿大海岸海藻的抗产甲烷潜力研究

本综述通过两项体外批次培养实验，系统评估30种加拿大海岸海藻及对照种Asparagopsis taxiformis对苜蓿日粮体外降解率、产气量（GP）、甲烷（CH4）及挥发性脂肪酸（VFA）的影响。研究发现A. taxiformis可完全抑制CH4生成（P<0.01），而海藻混合物Shoreblend（含Chondrus crispus等）在5%干物质（DM）添加量下使CH4产量降低12.2%且不影响VFA谱，为反刍动物甲烷减排提供了非卤化海藻解决方案。

　　

引言

全球人口预计到2050年将达到97亿，这将导致对营养密集型食品的需求上升。反刍动物生产的温室气体排放尤其是甲烷（CH₄）对全球变暖有显著贡献。反刍动物胃肠道中的产甲烷古菌通过氢营养途径利用二氧化碳（CO₂）和氢（H₂）产生CH₄。近年来，利用海藻作为饲料添加剂以减少反刍动物肠道CH₄排放的兴趣日益增加，因其含有天然抗产甲烷生物活性物质。海藻可分为褐藻、红藻和绿藻，不同物种的氨基酸、矿物质和硫基碳水化合物含量独特。某些海藻物种含有单宁、脂质和生物活性化合物，如红藻中的溴仿和卤仿，与CH₄产量减少相关。Asparagopsis sp.作为一种红藻物种，已在体外和体内实验中显示出在高产甲烷减缓潜力，但卤化化合物可能对动物和人类健康构成风险，且其全球生产的可持续性尚不明确。因此，研究转向探索非卤化海藻的抗产甲烷特性。

材料与方法

研究使用体外批次培养实验，评估30种加拿大海岸海藻及A. taxiformis（阳性对照）对苜蓿干草日粮体外降解率、CH₄产量和VFA产量的影响。实验动物处理符合加拿大动物护理委员会标准。海藻由Canadian Pacifico Seaweeds Ltd.和North Atlantic Organics Ltd.提供，包括红藻、褐藻和绿藻。实验设计为随机完全区组设计，海藻以0%、0.5%、1.0%、2.0%和5.0%干物质比例添加。瘤胃液来自三头瘤胃瘘管肉牛，接种物制备后与缓冲液混合，在39°C下培养48小时。测量干物质消失率（DMD）、粗蛋白（CP）、纤维分析、总产气量（GP）、CH₄产量和VFA浓度。数据使用SAS的PROC MIXED程序进行分析。

结果

实验1显示，26种海藻和苜蓿干草的化学组成差异很大。A. taxiformis在5% DM添加量下完全抑制CH₄生产（P<0.01），并减少产气量（mL/g DMD）。Shoreblend在5% DM添加量下使CH₄产量降低12.2%，且不改变VFA生产。某些海藻如Prionitis lanceolata和Phyllospadix scouleri增加了乙酸比例，而A. taxiformis降低了乙酸和总VFA，增加了丙酸和丁酸比例。单独培养时，褐藻的DMD和GP较高，而红藻和绿藻较低。

实验2中，海藻和混合物的化学组成变异较小。Shoreblend在2%和5% DM添加量下降低CH₄产量（mL），且在5% DM时使CH₄产率降低14.6%和9.7%。VFA生产受海藻类型和剂量影响，但丁酸未受影响。单独培养时，Halosaccion glandiforme的GP和CH₄产量最高，而Shoreblend的降解率较低。

讨论

本研究调查了多种加拿大海岸海藻对体外瘤胃发酵参数的影响，重点关注CH₄减缓潜力。海藻的化学组成变异可能源于物种、收获方法、处理、栖息地、水温和光照强度等因素。红藻的CP含量较高，褐藻的NDF含量较高。C. tuberculosum的DMD降低可能与高纤维素含量相关，而M. splendens的NDFD增加表明养分可用性增强。A. taxiformis的抗产甲烷活性主要源于溴仿，其通过结合维生素B₁₂抑制氢营养途径。Shoreblend的CH₄减少可能与褐藻中的叶单宁相关，这些化合物不影响VFA生产，表明抗产甲烷机制可能与发酵参数改变脱钩。海藻如P. lanceolata和P. scouleri改变了VFA谱，增加了乙酸比例和A:P比。F. vesiculosus的多酚含量可能减少瘤胃微生物多样性和纤维降解细菌，从而降低DMD和GP。总体而言，海藻作为饲料添加剂在提高动物效率和减少环境影响方面具有潜力，但需进一步研究个体海藻的作用机制和实际应用策略。

结论

开发提高反刍动物效率并减轻环境影响的饲料添加剂对于支持高营养食品需求至关重要。本研究通过体外实验评估了30种加拿大海岸海藻和一种海藻混合物对瘤胃发酵和CH₄生产的影响。A. taxiformis表现出强抗产甲烷潜力，而在高粗饲料日粮中添加5% DM的Shoreblend可能减少反刍动物CH₄排放且不改变VFA生产。未来研究需验证Shoreblend中个体海藻的作用，并探索海藻在 livestock日粮中的实际集成策略，以确定其经济可行性和促进畜牧生产系统可持续性的程度。