饲粮调控王草（Guinea grass）—豇豆（cowpea）比例与糖蜜水平对青贮特性及瘤胃代谢组学响应的交互影响

《Journal of Agriculture and Food Research》：Dietary manipulation of Guinea grass–to–cowpea ratios and molasses levels modulates ensiling characteristics and ruminal metabolomic responses

　　

研究人员评估了王草（Guinea grass）—豇豆（cowpea）比例与糖蜜（molasses）水平对青贮特性、瘤胃微生物发酵动力学及瘤胃代谢组学（ruminal metabolomics）响应的影响，重点解析牧草比例、糖蜜及其交互作用的贡献。代谢组学响应涵盖萜类（terpenoids）、酚类（phenolics）与脂肪酸衍生物（fatty acid derivatives）；析因交互作用主要驱动代谢物积累模式；糖蜜对目标青贮黄酮类化合物（flavonoids）的影响取决于牧草基质（forage matrix）；R-35% M8（65:35王草—豇豆，8%糖蜜）兼具良好青贮指标与更优产气动力学。

该研究针对热带牧草王草（Guinea grass，*Panicum maximum*）粗蛋白（crude protein, CP）含量低、纤维较高及发酵效率受限等问题，分析将豆科牧草豇豆（cowpea，*Vigna unguiculata* var. *sesquipedalis*）与王草混合青贮，并添加糖蜜以补充水溶性碳水化合物（water-soluble carbohydrates, WSC）、促进乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）发酵的潜在价值。原文指出，王草—豆科混合青贮可改善发酵品质和适口性，豇豆还可提高开窖稳定性；糖蜜可加速pH下降并抑制不良微生物；豆科来源的植物次生代谢物（plant secondary metabolites, PSMs）如单宁和黄酮也会影响青贮发酵。已有代谢组学研究表明，牧草种类、青贮前水分、微生物接种、有氧暴露及混合比例可改变青贮代谢谱，但关于王草—豇豆比例与糖蜜水平如何共同塑造瘤胃代谢组、以及代谢物与瘤胃发酵指标之间关系的研究仍较少。因此，该研究采用4×3析因设计，评估王草—豇豆比例和糖蜜添加水平对青贮特性、瘤胃微生物发酵动力学及瘤胃代谢组学响应的影响，并重点区分牧草比例、糖蜜及其交互作用的贡献。

研究人员开展了青贮、化学成分、PSMs、体外瘤胃发酵、产气动力学和代谢组学分析，得出牧草比例×糖蜜交互作用在青贮特性、瘤胃发酵动力学和代谢组学响应中占主导；R-35% M8在青贮营养与发酵特性及后续瘤胃发酵动力学方面表现较优。该研究的意义在于从青贮—瘤胃连续体角度揭示牧草基质与可发酵碳水化合物供应的相互依存性，并为优化王草—豇豆混合青贮提供依据，但原文强调仍需时间分辨和体内研究验证实际饲喂价值。

关键方法概括：该研究采用4×3析因设计，将王草与豇豆按0、15%、30%、35%豇豆比例混合，并设0、4%、8%糖蜜水平，青贮60 d。试验牧草于2024年4—8月种植于日本岐阜大学柳户农场；瘤胃液来自4只Saanen × Shiba湿羊（41 ± 2 kg BW），经15 d适应。主要方法包括常规营养成分与发酵品质分析、靶向PSMs和有机酸/短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）测定、体外瘤胃发酵与累积产气动力学拟合、有氧稳定性与LAB计数，以及超高效液相色谱—四极杆飞行时间质谱（UPLC-QToF-MS）非靶向瘤胃代谢组学与多变量/析因分析。

3-1 青贮发酵特性：通过青贮发酵品质分析发现，除LAB计数外，所测青贮发酵品质参数均存在显著牧草比例×糖蜜交互作用。pH在M0下随豇豆比例增加而下降，M4下无比例差异，M8下差异有限；R-35% M8的乳酸/乙酸（LA/AA）比较高，提示同型乳酸发酵占优；糖蜜降低了部分处理下的氨态氮（NH₃-N）并提高发酵评分。LAB计数仅受牧草比例影响，R-35%高于R-0%。该结果表明处理组合可调节青贮发酵进程和稳定性。

3-2 青贮化学成分与PSMs：通过化学成分和靶向PSMs分析发现，干物质（dry matter, DM）、代谢能（metabolisable energy, ME）、WSC和体外干物质降解率（in vitro DM degradability, IVDMD）存在显著交互作用。随着豇豆比例增加，CP升高、aNDFom和半纤维素降低；糖蜜提高有机物（organic matter, OM）和体外aNDFom降解率（IVNDFD），并降低aNDFom。总单宁（total tannin, TT）仅受糖蜜影响，M8高于M0；缩合单宁（condensed tannin, CT）在R-35%较高并随糖蜜增加。芦丁、槲皮素、木犀草素和山柰酚均存在显著交互作用，糖蜜效应依牧草基质而异。相关分析显示，槲皮素与CP、NH₃-N和戊酸正相关，与DM及aNDFom降解率负相关；CT与ADFom和aNDFom负相关，与WSC和OM正相关。该结果表明青贮化学成分和PSMs受比例、糖蜜及其交互作用调控。

3-3 瘤胃发酵与产气动力学：通过体外瘤胃发酵和累积产气动力学分析发现，瘤胃pH存在显著交互作用；NH₃-N、异丁酸和异戊酸受牧草比例影响，戊酸受比例和糖蜜共同影响。R-35%的NH₃-N较高，异戊酸随豇豆比例增加；M8下戊酸较低。累积产气量、渐近产气量、有效产气量和平均产气速率存在显著交互作用；R-0%和R-15%在M8下累积产气和渐近产气降低，而R-35% M8下升高；平均产气速率仅在R-35%下表现为M8高于M0和M4。产气速率常数c在R-35%最高且M8较高，延滞期L随豇豆比例和糖蜜增加而降低，半衰期t_?在R-35%最低且M8较低。该结果表明R-35% M8改善了产气动力学和能量—氮同步。

3-4 瘤胃差异积累代谢物：通过UPLC-QToF-MS非靶向代谢组学及析因分析识别出29个差异积累代谢物（differentially accumulated metabolites, DAMs），其中23个与牧草比例、糖蜜和/或交互作用显著相关，交互作用解释的DAMs最多（18/23）。交互响应代谢物包括2-羟基苯乙胺、14-脱氧穿心莲内酯、茉莉苷、十八碳酰胺和imbricatolic acid等，多在较高糖蜜尤其是R-35% M8下相对丰度降低；3,4,5-三甲氧基肉桂酸在R-15% M8最高，脱镁叶绿酸A在R-35% M8最高。主成分分析和偏最小二乘判别分析可区分处理组，PC1和PC2解释80.4%总变异，模型Q²为0.737。相关分析显示部分DAMs与pH、乙酸和丙酸相关。该结果表明瘤胃代谢组响应主要由比例×糖蜜交互驱动，涉及萜类/类固醇、酚类、微生物发酵代谢物和脂肪酸衍生物等。

讨论部分总结：原文讨论指出，糖蜜可缓解高豇豆比例带来的高水分问题并提供可发酵碳水化合物；尽管部分青贮pH略高于4.2，但经糖蜜处理的青贮Flieg评分达到“良好”至“很好”，说明在豆科混合体系中pH并非唯一品质指标。较高缓冲能力可能延缓pH下降；M4下乳酸较高可能与LAB活性及底物利用平衡有关，M8下额外碳水化合物可能因渗透压等影响使部分底物未被充分利用。糖蜜降低NH₃-N提示能量与氮平衡改善。单宁增加更可能反映DM损失后的浓缩效应或提取性变化，而非单宁生成增加；黄酮类变化受牧草基质依赖。瘤胃方面，较高豇豆比例提高NH₃-N及支链酸，反映蛋白降解增强；总SCFA表明发酵中等活跃；低豇豆组在M8下产气降低可能与氮不足有关，而R-35% M8的高产气提示补充可发酵碳水化合物改善能量—氮同步。DAMs中PSMs占比较高，反映牧草来源化合物经青贮后仍可在瘤胃中发生微生物转化；微生物发酵代谢物提示氨基酸代谢受影响；脂肪酸衍生物可能反映微生物脂质代谢和膜重塑。pyrenophorol仅受糖蜜主效应影响，提示可发酵碳水化合物供应可能影响真菌来源代谢物。原文同时指出，瘤胃测定基于终点批式体外培养，不能外推至体内采食、养分利用和生产性能；代谢组学仅覆盖24 h终点，且仅评价青贮60 d的样品，无法判断代谢特征的时间动态。

研究结论（翻译）：牧草比例×糖蜜交互作用在塑造青贮特性、瘤胃发酵动力学及代谢组学响应中起主导作用，突显牧草基质与可发酵碳水化合物供应在青贮—瘤胃连续体中的相互依存性。代谢组学分析进一步揭示对比性积累模式，单个代谢物响应的方向和幅度取决于特定牧草比例×糖蜜组合。R-35% M8提供了青贮营养与发酵特性及后续瘤胃发酵动力学方面最有前景的整体组合，支持其在所评价处理中具有较优综合表现。然而，未来仍需开展时间分辨及体内研究，整合瘤胃代谢组学、微生物群落谱、养分利用和动物生产性能，以验证这些响应并确定R-35% M8的实际饲喂价值。