記者8月23日從中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所獲悉，該所畜禽健康養(yǎng)殖與農(nóng)牧復(fù)合生態(tài)研究中心反芻動(dòng)物生態(tài)營(yíng)養(yǎng)研究團(tuán)隊(duì)以具有耐粗飼性狀的湘西黃牛為研究對(duì)象，應(yīng)用擴(kuò)增子和宏基因組測(cè)序技術(shù)，結(jié)合體外驗(yàn)證試驗(yàn)，揭示了反芻動(dòng)物瘤胃（即反芻動(dòng)物的第一個(gè)胃）氫代謝的日糧碳水化合物驅(qū)動(dòng)機(jī)制。
近日，上述研究論文發(fā)表在《國(guó)際微生物生態(tài)學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)刊》(The ISME Journal)上，亞熱帶生態(tài)所博士生李秋爽和助理研究員王榮博士為論文共同第一作者，譚支良研究員和王敏研究員為共同通訊作者。
反芻動(dòng)物可將人類不可食用的植物飼料轉(zhuǎn)化為高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的動(dòng)物產(chǎn)品，對(duì)確保全球食品安全至關(guān)重要。然而，瘤胃微生物在降解碳水化合物過程中還會(huì)產(chǎn)生溫室氣體甲烷，其增溫潛能值是二氧化碳的28倍。反芻動(dòng)物胃腸道甲烷已成為人類農(nóng)業(yè)活動(dòng)的最大排放源，受到了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注。研究表明，日糧碳水化合物結(jié)構(gòu)可改變瘤胃微生物的組成和功能進(jìn)而影響甲烷生成，其中的氫代謝規(guī)律尚不明晰。
該研究率先解析了在高纖維和高淀粉日糧下，反芻動(dòng)物瘤胃微生物碳水化合物降解、氫代謝和甲烷生成模式。高纖維日糧通過富集以產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌為代表的纖維分解菌群，提高了纖維利用率和乙酸產(chǎn)量，促進(jìn)了甲烷菌增殖和甲烷生成。乙酸產(chǎn)量增加可來自于被高纖維日糧所富集的氫營(yíng)養(yǎng)型產(chǎn)乙酸菌，這成為低質(zhì)日糧條件下反芻動(dòng)物能量高效利用的新策略。
高淀粉日糧通過富集以嗜淀粉瘤胃桿菌為代表的淀粉降解菌群和以埃氏巨球型菌為代表的乳酸利用菌群，進(jìn)一步激活了以乳酸為中間產(chǎn)物的丙烯酸酯途徑，從而促進(jìn)丙酸生成，這有助于反芻動(dòng)物在高淀粉日糧條件下維持瘤胃健康。高淀粉日糧顯著增強(qiáng)了瘤胃發(fā)酵能力，通過抑制甲烷菌增殖減少甲烷生成，導(dǎo)致瘤胃內(nèi)溶解氫濃度累積，進(jìn)而促進(jìn)具有呼吸功能的氫營(yíng)養(yǎng)型細(xì)菌增殖，提高氫能利用效率。
上述研究成果進(jìn)一步深化了對(duì)反芻動(dòng)物瘤胃健康維持和能量獲取模式的理解，為反芻動(dòng)物氫代謝和甲烷生成機(jī)制提供了新見解。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)等項(xiàng)目的支持。
相關(guān)論文信息：https://www.nature.com/articles/s41396-022-01294-9