甲烷抑制剂对体外瘤胃发酵和微生物组成的影响：使用来自肠道甲烷排放量高和低的奶牛的接种物进行研究

《Journal of Dairy Science》：Effects of methane inhibitors on ruminal fermentation and microbial composition in vitro using inoculum from phenotypically high- and low-enteric-methane-emitting cows

牛ruminal接种物类型与反甲烷化化合物（溴仿、3-硝基丙酸、氯仿、红藻）的交互作用对体外产气、发酵参数及微生物组成的影响。结果显示，3-硝基丙酸与低甲烷排放牛（LMI）组合显著降低甲烷产量，而红藻（RM）与高甲烷排放牛（HMI）组合效果更佳。acetate和propionate比例及22种细菌物种丰度存在显著的接种物类型与化合物交互效应。微生物多样性及产挥发性脂肪酸（VFA）模式受化合物和接种物协同作用影响，但需谨慎解释个体牛的甲烷排放表型分类。

　　这项研究探讨了不同类型的瘤胃接种物（来自高甲烷排放型和低甲烷排放型奶牛）与几种潜在的抗甲烷化合物（AMC）之间的相互作用，对体外发酵的气体产量、甲烷产量以及微生物组成的影响。研究使用了68头处于泌乳中期的荷斯坦奶牛，从中筛选出2头高甲烷排放型（HM）和2头低甲烷排放型（LM）奶牛作为接种物来源。这些奶牛被用于体外实验，以评估不同AMC对瘤胃发酵参数的影响。

研究采用了一种2×5的因子设计，将接种物类型和抑制剂处理作为独立变量，并考虑了它们的交互作用。实验结果显示，AMC与接种物类型之间的交互作用在总气体产量、甲烷产量（以每千克干物质为单位）以及总气体中的甲烷浓度方面具有显著性。对于没有添加AMC的负对照处理（TMR+接种物），低甲烷排放型接种物（LMI）和高甲烷排放型接种物（HMI）在总气体中的甲烷浓度相似。无论处理如何，高甲烷排放型接种物的总气体产量比低甲烷排放型接种物低21%。乙酸和丙酸的摩尔比例及其比率也显示出AMC与接种物类型的显著交互作用。

研究发现，所有AMC的添加均导致乙酸比例下降和丙酸、丁酸比例上升。其中，3-硝基丙酸（3NPA）在与低甲烷排放型接种物结合时表现出更大的甲烷减少效果，同时减少乙酸并增加丙酸浓度。而与高甲烷排放型接种物结合时，3NPA的效果则不显著。相比之下，宏藻抑制剂（RM）在与高甲烷排放型接种物结合时，表现出更低的甲烷产量和更高的丙酸浓度，而与低甲烷排放型接种物结合时则未见明显效果。这表明，不同的AMC可能在不同类型的接种物中表现出不同的效果，特别是在减少泌乳动物甲烷排放方面。

在微生物组成方面，低甲烷排放型接种物导致了更高数量的甲烷生成菌（如*Methanobrevibacter ruminantium*和*Methanosphaera stadtmanae*）的基因拷贝数。研究还发现，有22种微生物群落存在与接种物类型的显著交互作用。这些AMC对甲烷生成菌和特定细菌产生了差异性影响，从而改变了氢气的通量。其中，氯仿（CHCl3）和3NPA对甲烷生成菌和细菌群落的影响比其他AMC更为显著。值得注意的是，3NPA与低甲烷排放型接种物的组合表现出比与高甲烷排放型接种物组合更高的甲烷减少效果，而RM与高甲烷排放型接种物的组合则显示出更明显的甲烷减少和丙酸浓度增加。

在发酵参数方面，实验结果显示，无论接种物类型如何，所有AMC的添加均导致总挥发性脂肪酸（VFA）浓度的下降，但仅在某些情况下观察到VFA组成的变化。例如，3NPA和RM在低甲烷排放型接种物中导致乙酸比例下降和丙酸比例上升，而在高甲烷排放型接种物中，这些变化更为显著。同时，3NPA与低甲烷排放型接种物的组合表现出较低的甲烷产量（以总气体的百分比表示），而RM与高甲烷排放型接种物的组合则显示出更低的甲烷产量和更高的丙酸浓度。这些结果表明，AMC对不同类型的接种物可能产生不同的效果，这可能与瘤胃微生物群落的组成和功能有关。

此外，研究还发现，不同AMC对甲烷生成菌的基因拷贝数影响不同。例如，3NPA和CHBr3对*Methanosphaera stadtmanae*的抑制作用更为显著，而CHCl3则对其他甲烷生成菌产生了影响。研究还提到，由于甲烷生成菌在体外实验中受到抑制，导致氢气的通量变化，这可能是AMC减少甲烷产量的一个重要机制。然而，CHCl3几乎完全抑制了甲烷的生成，使得其与接种物类型的相互作用难以解释。

研究还指出，尽管体外实验能够提供有关甲烷生成菌和微生物群落变化的重要信息，但由于体外系统缺乏对发酵产物的吸收以及无法模拟瘤胃的物理化学环境，其结果可能与体内情况有所不同。因此，在解释研究结果时需要谨慎，尤其是在评估接种物类型与AMC之间的协同效应时。此外，研究强调了在选择低甲烷排放型动物时的困难，因为这些动物的甲烷排放特征可能受到多种因素的影响，包括泌乳阶段、饲养管理等。

总体而言，研究揭示了不同AMC与接种物类型之间的相互作用对甲烷生成和瘤胃发酵参数的影响。这些发现对于开发有效的甲烷减排策略具有重要意义，尤其是在考虑动物个体差异和微生物群落动态时。研究还指出，需要进一步的实验来验证这些AMC的长期效果以及它们对瘤胃微生物群落的潜在影响。同时，研究结果也为未来的研究提供了方向，例如探索不同剂量和不同AMC组合对甲烷生成的协同效应，以及评估这些化合物在实际农业生产中的应用潜力。