评估红藻、褐藻与绿藻对降低牛体外甲烷生成的效果及其在可持续畜牧业中的应用潜力

本研究针对反刍动物甲烷排放这一关键环境问题，系统评估了30种加拿大海岸海藻及Asparagopsis taxiformis对苜蓿日粮体外发酵特性及甲烷产量的影响。研究发现，A. taxiformis可完全抑制甲烷生成，而海藻混合物Shoreblend（含Chondrus crispus等）在5%添加水平下可降低12.2%的甲烷产量且不改变挥发性脂肪酸谱。该研究为开发新型环保型饲料添加剂提供了重要数据支撑，对推动畜牧业低碳转型具有积极意义。

　　

随着全球人口预计在2050年达到97亿，对高营养密度食品的需求持续增长，畜牧业面临着提高生产效率与减少环境足迹的双重挑战。反刍动物生产过程中产生的甲烷（CH₄）作为一种强效温室气体，其全球变暖潜能值是二氧化碳的28倍，对气候变化构成显著威胁。甲烷在反刍动物瘤胃中由产甲烷古菌通过氢营养途径利用二氧化碳（CO₂）和氢（H₂）生成，这一过程不仅造成能量损失，还加剧了温室效应。

为解决这一问题，近年来研究者将目光投向海藻——一种天然富含生物活性物质的海洋资源。特别是红藻中的Asparagopsis taxiformis，已被证明具有显著的甲烷抑制潜力，但其含有的卤代化合物可能存在健康与环境风险。因此，探索非卤代海藻的甲烷减排潜力成为当前研究的热点。在这一背景下，加拿大农业与农业食品部的研究团队开展了一项系统研究，评估了30种加拿大沿海海藻及一种商业海藻混合物对反刍动物体外发酵特性和甲烷产量的影响，研究成果发表在《Canadian Journal of Animal Science》上。

研究人员采用体外批次培养技术，使用来自饲喂50%苜蓿干草和50%大麦青贮饲料的安格斯杂交阉牛瘤胃液作为接种物，通过精确控制培养条件（39°C，120 rpm振荡培养48小时），测量了干物质消失率（DMD）、中性洗涤纤维消失率（NDFD）、产气量（GP）、甲烷产量及挥发性脂肪酸（VFA）谱的变化。实验设计包含两个部分：实验一测试了26种海藻和A. taxiformis（阳性对照）在5%干物质添加水平下的效果；实验二则进一步评估了五种海藻和一种海藻混合物在0.5%-5%梯度添加量下的剂量效应。

实验一结果显示，海藻的化学组成存在显著差异，红藻的粗蛋白含量普遍高于褐藻和绿藻。A. taxiformis完全抑制了甲烷生产（P < 0.01），同时使产气量降低26.5%（mL/g DMD），并显著改变了VFA谱——降低了乙酸比例，提高了丙酸和丁酸比例。值得注意的是，珊瑚藻（Calliarthron tuberculosum）由于细胞壁纤维素含量较高，表现出较低的干物质降解率。另一方面，Mazzaella splendens则提高了NDFD，表明其可能促进纤维降解。

实验二结果发现，海藻类型（T）和添加剂量（D）对发酵参数均有显著影响。特别值得注意的是，海藻混合物Shoreblend（含Chondrus crispus, Fucus vesiculosus, Furcellaria lumbricalis, Laminaria longicruris）在5%添加水平下使甲烷产量（mL/g DMI和mL/g DMD）分别降低14.6%和9.7%，且不改变VFA生产。这种减排效果与A. taxiformis不同，后者虽然减排效果更强，但显著改变了发酵模式。剂量效应分析表明，Shoreblend在2%和5%添加水平下均能降低甲烷产量，而Chondracanthus corymbiferus仅在5%水平下表现出减排效果。

在研究讨论中，作者深入分析了不同海藻的作用机制。A. taxiformis的强效甲烷抑制作用主要归因于其含有的溴仿等卤代化合物，这些化合物能够与维生素B₁₂的钴中心结合，破坏产甲烷古菌的酶功能。然而，这些化合物可能存在毒性和环境残留风险，限制了其应用前景。相比之下，Shoreblend的甲烷减排机制可能与其含有的酚类化合物（如褐藻中的间苯三酚）有关，这些物质能够抑制甲烷菌活性而不影响总体发酵效率。

研究还发现，某些海藻如Prionitis lanceolata（不同成熟期）和Phyllospadix scouleri提高了乙酸比例和乙酸/丙酸比值，这反映了海藻生物活性物质对瘤胃微生物群落的选择性调控作用。这种调控作用的差异性也解释了为什么不同海藻对甲烷生产和VFA谱的影响存在显著差异。

该研究的结论强调，A. taxiformis虽然表现出最强的抗产甲烷潜力，但由于其卤代化合物的潜在风险，需要谨慎评估。而Shoreblend在5%干物质添加水平下能够减少甲烷排放且不影响VFA生产，显示出更好的应用前景。这一发现为开发环境友好型海藻饲料添加剂提供了重要依据，对推动畜牧业可持续发展具有重要意义。

然而，作者也指出需要进一步研究Shoreblend中单个海藻成分的具体作用机制，评估实际应用中动物采食量、营养物质消化率及海藻添加的经济可行性。此外，长期饲喂海藻对动物健康、产品品质及环境的影响仍需通过体内试验进行验证。

这项研究不仅为减少反刍动物甲烷排放提供了新的解决方案，也为海洋生物资源在农业领域的创新应用开辟了新的途径。通过将海藻纳入动物日粮，我们或许能够在满足不断增长的食品需求的同时，减轻畜牧业对环境的压力，实现粮食安全与气候目标的协同发展。