3-Nitrooxypropanol supplementation of a forage diet decreased enteric methane emissions from beef cattle without affecting feed intake and apparent total-tract digestibility  

添加3-硝基氧丙醇的牧草日糧降低肉牛腸道甲烷排放，且不影響采食量和表觀全消化道消化率  

來(lái)源：Journal of Animal Science, Volume 101, 2023

《動(dòng)物科學(xué)雜志》第101卷，2023年

摘要內(nèi)容

 

研究評(píng)估了在高纖維日糧（90%牧草干物質(zhì)基礎(chǔ)）中添加甲烷抑制劑3-硝基氧丙醇（3-NOP，150 mg/kg干物質(zhì)）對(duì)肉牛的影響：  

甲烷減排：3-NOP使腸道甲烷排放量降低22.4%（209→162 g/d），甲烷產(chǎn)量（g/kg干物質(zhì)采食量）降低22.0%。  

 

 

無(wú)負(fù)面生理影響：  

 

干物質(zhì)采食量（10.2 vs 10.1 kg/d）和養(yǎng)分消化率（DM、NDF、CP等）無(wú)顯著差異（表2）。  

 

 

瘤胃微生物群落主要門水平（擬桿菌門、厚壁菌門）未改變，但3-NOP降低甲烷桿菌屬豐度（表7-8）。  

 

 

 

瘤胃發(fā)酵變化：  

 

總揮發(fā)性脂肪酸濃度降低（112→104 mM），乙丙比下降18.9%（4.07→3.30）（表5）。  

 

 

溶解氫濃度升高10倍（33.4→372.3 μmol/L），氫氣排放量增加333倍。  

 

唾液與瘤胃環(huán)境：采食和休息時(shí)唾液分泌率無(wú)變化，但3-NOP組瘤胃平均pH升高0.21單位（6.43→6.64）（圖1，表4-5）。  

 

 

研究目的

驗(yàn)證3-NOP在高纖維日糧（45%切碎禾草干草+45%大麥青貯）中對(duì)肉牛甲烷減排的效果。  

 

評(píng)估3-NOP對(duì)采食量、瘤胃發(fā)酵、微生物群落及養(yǎng)分消化的潛在影響。  

 

研究思路

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：  

 

8頭瘤胃瘺管肉牛（初始體重515±40.5 kg），交叉設(shè)計(jì)（2處理×2周期，每期49天）。  

 

處理：對(duì)照組（無(wú)添加） vs 3-NOP組（150 mg/kg干物質(zhì)）。  

關(guān)鍵測(cè)量：  

 

采食與消化：干物質(zhì)采食量（DMI）、表觀全消化道養(yǎng)分消化率（糞便全收集法，第38-42天）。  

 

瘤胃指標(biāo)：  

 

pH連續(xù)監(jiān)測(cè)（第20-28天，Unisense電極）。  

 

VFA、氨氮、溶解氫（H?微傳感器，圖1）。  

 

微生物群落（16S rRNA測(cè)序，V4和V6-V8區(qū)）。  

 

氣體排放：呼吸室測(cè)量CH?、CO?、H?（第46-49天）。  

 

唾液分泌：采食時(shí)（第20天）和休息時(shí)（第31天）唾液分泌率。  

 

測(cè)量數(shù)據(jù)、來(lái)源及研究意義

甲烷減排：  

 

數(shù)據(jù)：3-NOP組甲烷排放量162 g/d（對(duì)照組209 g/d），減排22.4%。  

 

意義：證實(shí)3-NOP在高纖維日糧中仍具顯著減排效果，為牧場(chǎng)應(yīng)用提供依據(jù)。  

瘤胃發(fā)酵（表5）：  

 

數(shù)據(jù)：總VFA↓11%，丙酸摩爾比↑13.5%（17.0%→19.3%），乙丙比↓18.9%。  

 

意義：3-NOP通過(guò)抑制產(chǎn)甲烷菌，促進(jìn)丙酸生成路徑，優(yōu)化能量利用。  

溶解氫積累：  

 

數(shù)據(jù)：瘤胃溶解H?濃度↑10倍（33.4→372.3 μmol/L），氣體H?排放量↑333倍。  

 

意義：直接證明甲烷生成被抑制后，氫代謝路徑轉(zhuǎn)向累積，支持3-NOP作用機(jī)制。  

微生物響應(yīng)（表7-8）：  

 

數(shù)據(jù)：甲烷桿菌屬（Methanobrevibacter）相對(duì)豐度↓（63.8%→64.6%，無(wú)顯著差異），但候選甲烷甲基菌（Candidatus Methanomethylophilus）↑（16.8%→25.4%）。  

 

意義：3-NOP特異性抑制產(chǎn)甲烷菌，但未破壞核心細(xì)菌群落，維持消化功能穩(wěn)定。  

唾液與瘤胃pH（表4-5）：  

 

數(shù)據(jù)：唾液分泌率無(wú)變化，但瘤胃平均pH↑0.21單位（因VFA減少）。  

 

意義：排除唾液緩沖效應(yīng)干擾，證實(shí)pH升高源于發(fā)酵模式改變。  

 

結(jié)論

高效減排：3-NOP（150 mg/kg干物質(zhì)）使高纖維日糧肉牛甲烷排放降低22%，且不影響干物質(zhì)采食量和養(yǎng)分消化率。  

 

機(jī)制明確：通過(guò)抑制產(chǎn)甲烷菌，減少氫消耗，促進(jìn)丙酸生成，優(yōu)化瘤胃發(fā)酵效率。  

 

應(yīng)用潛力：適用于牧草為主的肉牛生產(chǎn)系統(tǒng)，為可持續(xù)畜牧業(yè)提供可行方案。  

 

丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

 

實(shí)驗(yàn)中采用Unisense H?-500微傳感器（尖端直徑未注明）監(jiān)測(cè)瘤胃溶解氫濃度：  

高精度原位監(jiān)測(cè)：  

 

實(shí)時(shí)測(cè)量瘤胃液H?濃度（精度達(dá)μmol/L），捕捉3-NOP抑制產(chǎn)甲烷后H?累積動(dòng)態(tài)。  

 

揭示"甲烷抑制→H?積累"的定量關(guān)系（減排22%對(duì)應(yīng)H?濃度升10倍），為機(jī)制提供直接證據(jù)。  

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：  

 

空間分辨率：微電極可插入瘤胃不同區(qū)域（固/液相），避免傳統(tǒng)氣相色譜僅測(cè)整體氣體的局限。  

 

動(dòng)態(tài)過(guò)程解析：結(jié)合時(shí)間序列采樣（0/6/12小時(shí)），發(fā)現(xiàn)H?濃度隨飼喂后時(shí)間遞增（表8），反映發(fā)酵進(jìn)程。  

生態(tài)意義：  

 

溶解H?積累（372 μmol/L）雖未影響動(dòng)物健康，但提示需關(guān)注高H?環(huán)境對(duì)瘤菌群落的長(zhǎng)效效應(yīng)。  

 

為優(yōu)化3-NOP劑量（平衡CH?減排與H?管理）提供關(guān)鍵參數(shù)。  

 

研究?jī)r(jià)值：Unisense微電極首次量化高纖維日糧下3-NOP引起的瘤胃H?累積梯度，填補(bǔ)了"抑制劑-氫代謝-微生物反饋"鏈條的關(guān)鍵數(shù)據(jù)空白。