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本研究针对苜蓿中非纤维性碳水化合物(NFC)与粗蛋白(CP)比例对瘤胃发酵特性的影响展开深入探讨。通过体外批次培养技术，比较不同NFC/CP比例（2.0 vs. 0.9）的苜蓿饲料，发现高比例显著提高干物质表观降解率(57% vs. 53%)、总产气量(263 vs. 228 mL)及微生物氮利用效率(69% vs. 56%)，并降低氨气浓度与甲烷排放。该研究为通过饲草管理优化反刍动物氮利用效率及减少温室气体排放提供了重要理论依据。

　　

在反刍动物营养学领域，苜蓿(Medicago sativa L.)作为北美地区核心饲草作物，其高粗蛋白(CP)含量与快速降解特性虽能提供丰富氮源，但易导致瘤胃内氨气(NH₃)积累，造成氮利用率低下及环境污染。传统能量蛋白平衡指标如水溶性碳水化合物(WSC)/CP比率适用于禾本科牧草，却忽略了豆科植物中淀粉与果胶等快速发酵碳水化合物组分，使得苜蓿的能量蛋白优化缺乏精准指导。

为此，加拿大拉瓦尔大学研究团队在《Canadian Journal of Animal Science》发表论文，通过体外模拟瘤胃发酵，首次系统评估苜蓿非纤维性碳水化合物(NFC)与CP比例（NFC/CP）对降解特性、微生物蛋白合成及菌群结构的影响。研究采用体外批次培养技术，使用ANKOM产气系统监测24小时发酵过程，结合气相色谱与实时荧光定量PCR(qPCR)技术分析发酵参数及微生物群落。供试苜蓿通过温室控栽获得两类材料：高比率组（Ratio +，NFC/CP=2.0）与低比率组（Ratio –，NFC/CP=0.9），中性洗涤纤维(NDF)浓度保持一致(340 g kg^?1)。

2.1. 饲草生产

通过近红外光谱(VNIRS)筛选32个基因型苜蓿，在温室条件下培育出NFC/CP比率差异显著而NDF浓度一致的饲草材料。Ratio +组较Ratio –组具有更高可溶性糖与淀粉含量（85 g kg^?1 DM），但果胶与CP浓度较低。

2.2. 瘤胃液来源与奶牛日粮

瘤胃液取自两头瘘管奶牛，基础日粮含48%苜蓿青贮与29%提摩西青贮。采集后90分钟内启动体外培养以保证微生物活性。

2.3. 体外培养

采用随机区组设计，每组6个重复，监测产气动力学、甲烷(CH₄)产量及发酵液pH值。通过离心分离固液相用于微生物DNA提取及挥发性脂肪酸(VFA)分析。

2.4. 化学成分分析

测定干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、CP组分及NFC（包括可溶性糖、淀粉、果胶）。VFA与NH₃浓度通过气相色谱与分光光度法量化。

2.5. 微生物DNA提取与qPCR分析

通过双珠击打柱法提取基因组DNA，使用特异性引物定量总细菌、古菌、原虫及关键菌属（如Prevotella、Ruminobacter）的16S rRNA基因丰度。

2.6. 统计分析

采用SAS混合模型分析处理效应，以孵化轮次作为随机效应，显著性水平设定为P≤0.05。

3. 结果

产气与甲烷排放：Ratio +组24小时总产气量(263 mL)与渐近产气量(375 mL)均显著高于Ratio –组（P<0.001），但产气速率无差异。单位OM降解的CH₄产量降低9%（P<0.01），与甲烷菌mcrA基因丰度下降一致。

发酵参数：Ratio +组发酵液pH更低(6.50 vs. 6.58)，总VFA浓度升高13.5%（P<0.001），其中丙酸与丁酸比例增加，乙酸丙酸比下降。NH₃浓度降低47%（P<0.001），支链VFA比例同步减少。

降解特性与微生物合成：Ratio +组DM表观降解率(57% vs. 53%)与OM降解率显著提高（P<0.001），但真蛋白降解率降低(83% vs. 88%)。微生物氮效率显著提升(69% vs. 56%，P<0.001)，而微生物质量效率下降15%。可利用粗蛋白(uCP)在Ratio +组更高(18.5% vs. 14.5% DM)。

微生物群落变化：总细菌、古菌与原虫数量无显著差异，但Ratio +组Ruminobacter amylophilus丰度增加5倍，Prevotella bryantii、Prevotella ruminicola与Ruminococcus albus显著减少（P<0.05）。

4. 讨论

本研究首次揭示苜蓿NFC/CP比率通过调控特定微生物种群（如促进氨利用菌Ruminobacter amylophilus、抑制蛋白降解菌Prevotella）优化氮代谢。高NFC/CP比率通过提供充足碳水化合物驱动微生物同化NH₃，减少脱氨损失与甲烷生成，同时维持纤维降解能力。该策略为苜蓿育种与饲草管理提供了明确方向，有望显著降低反刍动物生产中的氮排泄与温室气体排放。

5. 结论

苜蓿NFC/CP比率提升至2.0可显著改善瘤胃发酵效率，提高微生物氮利用率并减少环境负荷。后续需通过体内试验验证其对动物生产性能与排放的实际效应，并确立豆科饲草的最佳能量蛋白比率阈值。