紫花苜蓿非纤维碳水化合物与粗蛋白比例对瘤胃体外发酵特性及微生物氮利用效率的影响研究

本研究针对反刍动物饲养中氮利用效率低及温室气体排放问题，通过体外发酵技术探究了紫花苜蓿非纤维碳水化合物与粗蛋白比例（NFC/CP）对瘤胃发酵特性、微生物组成及甲烷排放的影响。结果表明，高NFC/CP比例（2.0）可显著降低氨氮浓度，提高微生物氮利用效率，并减少甲烷产量，为通过饲草育种和管理策略降低反刍生产环境足迹提供了理论依据。

　　

反刍动物生产系统中，氮利用效率低下和温室气体排放是长期存在的难题。瘤胃内氮代谢不平衡导致氨氮（NH₃）过量积累，不仅造成氮资源浪费，还会通过尿液排放加剧环境污染。紫花苜蓿作为北美地区主要饲草，其粗蛋白（CP）含量高但降解速度快，易加剧瘤胃氨氮浓度升高。近年来，通过调整饲草中非纤维碳水化合物（NFC）与粗蛋白的比例（NFC/CP）以优化瘤胃发酵效率的研究逐渐受到关注，但针对紫花苜蓿这一重要豆科作物的相关研究仍较缺乏，尤其缺乏对其微生物机制的系统解析。

为此，加拿大拉瓦尔大学的研究团队在《Canadian Journal of Animal Science》发表论文，通过体外批次培养实验，比较了两种NFC/CP比例（0.9 vs. 2.0）的紫花苜蓿对瘤胃发酵特性、微生物蛋白合成及甲烷生成的影响。研究采用来自瘘管荷斯坦奶牛的瘤胃液作为接种物，利用ANKOM产气系统进行24小时体外培养，监测气体产量、挥发性脂肪酸（VFA）、氨氮及甲烷浓度，并通过qPCR技术定量分析微生物群落结构。

研究结果显示，高NFC/CP比例（Ratio +）组的总产气量、VFA浓度显著高于低比例组（Ratio –），但甲烷产量（以每克有机物降解量计）降低7–9%。同时，Ratio +组氨氮浓度降低47%，微生物氮利用效率提高至69%（对比Ratio –组的56%），表明氮的瘤胃转化效率显著提升。微生物群落分析表明，Ratio +组中利用淀粉和氨氮合成菌体蛋白的细菌（如Ruminobacter amylophilus）丰度上升，而蛋白降解菌（如Prevotella spp.）丰度下降，这一转变与氨氮减少和氮效率提升密切相关。

在“4.1. Forage composition”中，作者指出通过温室控栽和近红外光谱筛选，成功获得了NFC/CP比例差异显著（0.9 vs. 2.0）而中性洗涤纤维（NDF）浓度相近的紫花苜蓿材料，为后续发酵比较研究提供了可靠样本。

在“4.2. Effect of energy to protein ratio on in vitro fermentation”中，通过产气动力学和发酵参数测定，证明高NFC/CP比例促进了碳水化合物发酵，提高了总VFA产量和丙酸比例，降低了乙酸丙酸比和甲烷排放。

微生物分析结果表明，高NFC/CP比例改变了特定功能菌群的丰度，如Ruminobacter amylophilus的增加和Prevotella的减少，从而优化了氮利用途径并降低了蛋白降解损失。

该研究结论强调，提高紫花苜蓿的NFC/CP比例可通过调控微生物群落结构和代谢功能，有效改善瘤胃氮利用效率并降低甲烷排放，为培育低环境影响的饲草品种及优化反刍动物日粮提供了重要依据。未来需进一步通过体内试验验证这一策略对动物生产性能和环境排放的长期效应，并明确豆科饲草中NFC/CP比例的适宜阈值。