發(fā)布時間：2020-06-17 15:35

【摘要】：降低反芻動物瘤胃甲烷排放對環(huán)境和生產(chǎn)具有雙重效益。調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的手段多種多樣,但或多或少會影響動物的生產(chǎn)性能或?qū)︼暳系睦眯�。草食哺乳動物的消化道在降解飼料過程中都會排放甲烷,但反芻動物甲烷排放量顯著高于單胃草食動物。本研究旨在從消化道發(fā)酵模式和消化道氫代謝微生物兩方面探究反芻動物和單胃草食動物甲烷排放量差異的原因,從而尋找可以調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的潛在靶向微生物,為找出一個合理、安全、有效的調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的措施提供理論支撐。因此,本研究選取5只湖羊和15只新西蘭兔分別作為反芻動物和單胃草食動物的代表,在僅飼喂苜蓿草情況下,測定溫室氣體(甲烷、二氧化碳)排放量;消化道發(fā)酵參數(shù);消化道氫代謝微生物的數(shù)量、多樣性、基因表達量;以及消化道中具有碳水化合物代謝功能的微生物的多樣性。1消化道發(fā)酵模式對甲烷排放量的影響在飼喂相同苜蓿草情況下,湖羊每千克代謝體重(P0.01)、每千克干物質(zhì)采食量(P0.01)、每千克可消化中性洗滌纖維(P0.01)、每千克可消化酸性洗滌纖維(P0.01)的甲烷排放量均顯著高于新西蘭兔,但是每千克代謝體重的二氧化碳排放量(P0.01)顯著低于新西蘭兔。湖羊瘤胃和新西蘭兔盲腸發(fā)酵參數(shù)存在差異,新西蘭兔盲腸內(nèi)容物(pH=5.8)的pH值比湖羊瘤胃內(nèi)容物(pH=7.1)低1.3個單位。兩物種消化道總揮發(fā)性脂肪酸濃度無顯著性差異,但新西蘭兔盲腸中乙酸與丙酸的比例高于湖羊瘤胃3倍以上。新西蘭兔盲腸無論每克冷凍干燥樣品還是每毫克微生物蛋白所產(chǎn)生的羧甲基纖維素酶(P0.01)、微晶纖維素酶(P0.01)、果膠酶(P0.01)活性均顯著高于湖羊瘤胃。以上結(jié)果提示,新西蘭兔盲腸較低的pH值、較高的氧化還原電位、較快的飼料過消化道速度可能是導致其甲烷排放量低于湖羊瘤胃的化學因素。兩物種消化道不同的纖維降解微生物組成可能是導致其揮發(fā)性脂肪酸組成比例不同的原因。新西蘭兔盲腸中可能存在更多纖維降解微生物和果膠降解微生物。2消化道古菌數(shù)量、多樣性、基因表達量對甲烷排放量的影響古菌絕對定量結(jié)果顯示,湖羊瘤胃內(nèi)容物中RCC(P0.01)、non-RCC產(chǎn)甲烷菌(P0.01)、mcrA基因(P0.01)的數(shù)量均顯著高于新西蘭兔盲腸內(nèi)容物。擴增子測序結(jié)果顯示,湖羊瘤胃內(nèi)容物中的古菌主要由Methanobrevibracterthaueri、Methanobrevibracter millerae、Methanobrevi6racter woesei 組成,新西蘭兔盲腸內(nèi)容物中古菌主要由Methanobrevibracter woesei組成。轉(zhuǎn)錄組unigene物種注釋結(jié)果顯示,湖羊瘤胃內(nèi)容物注釋到古菌的轉(zhuǎn)錄組unigene占總序列數(shù)1.14%,新西蘭兔盲腸內(nèi)容物占0.02%。并且湖羊瘤胃內(nèi)容物古菌轉(zhuǎn)錄組unigene主要以氫營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌甲烷短桿菌屬(Methanobrevibacter)和甲基營養(yǎng)型產(chǎn)甲烷菌未分熱原體目(unclassified Thermoplsmatales)為主。差異表達基因甲烷代謝通路富集結(jié)果顯示,湖羊瘤胃內(nèi)容物中編碼H2/C02甲烷生成途徑的酶的差異表達基因個數(shù)顯著高于新西蘭兔盲腸內(nèi)容物,其中編碼 mcr差異基因的個數(shù)最多。以上結(jié)果提示,湖羊瘤胃內(nèi)容物古菌數(shù)量、多樣性組成、基因表達量、H2/C02甲烷生成途徑差異表達基因的數(shù)量均顯著高于新西蘭兔盲腸內(nèi)容物,這是導致湖羊甲烷排放量高于新西蘭兔的原因之一。3消化道氫代謝微生物數(shù)量、細菌多樣性、基因表達量對甲烷排放量的影響湖羊瘤胃內(nèi)容物中產(chǎn)生氫氣的真菌(P0.01)、原蟲(P0.01)、白色瘤胃球菌(P0.01)、黃色瘤胃球菌(P0.05)、溶纖維丁酸弧菌(P0.01)的數(shù)量均顯著高于新西蘭兔盲腸內(nèi)容物,利用氫氣的產(chǎn)乙酸菌功能基因fhs(P0.01)的數(shù)量顯著低于新西蘭兔盲腸內(nèi)容物。代謝過程中產(chǎn)生較多氫氣的瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、普雷沃氏菌屬(Prevotella)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)、Succiniclasticum 屬是湖羊瘤胃內(nèi)的優(yōu)勢細菌群,且這些微生物與甲烷排放量呈正相關(guān)關(guān)系,其中瘤胃球菌屬(Ruminococcus)和普雷沃氏菌屬(Prevotella)的基因表達量最高。代謝過程中產(chǎn)生琥珀酸鹽的擬桿菌屬(Bacteroides)、產(chǎn)生乙酸鹽的Blautia屬、產(chǎn)生丁酸鹽的顫螺菌屬(Oscillospira)是新西蘭兔盲腸內(nèi)的優(yōu)勢細菌群,與甲烷排放量呈負相關(guān)關(guān)系,其中產(chǎn)生琥珀酸鹽的擬桿菌屬(Bacteroiides)的基因表達量最高。以上結(jié)果提示,湖羊瘤胃和新西蘭兔盲腸中產(chǎn)生氫氣和利用氫氣的微生物多樣性組成和基因表達量的差異可能是導致兩物種甲烷排放量差異的原因。擬桿菌屬(Bacteroides)、Blautia屬、顫螺菌屬(Oscillospira)可以作為調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的潛在靶向微生物。4消化道中具有碳水化合物代謝功能的微生物多樣性組成的比較新西蘭兔盲腸內(nèi)容物中糖苷水解酶(GH)、碳水化合物酯酶(CE)、多糖裂合酶(PL)基因的多樣性組成高于湖羊瘤胃內(nèi)容物,其中糖苷水解酶(GH)基因的相對豐度顯著高于湖羊瘤胃內(nèi)容物(P0.01)。梭菌目(Clostridiales)、擬桿菌目(Bacteroidates)、普雷沃氏菌屬(Prevotella)、瘤胃球菌屬(Ruminococcus)、擬桿菌屬(Bacteroides)、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌(Fibrobacter succinogenes)、黃色瘤胃球菌(Ruminococcus flavefaciens)等微生物在降解植物結(jié)構(gòu)性碳水化合物的過程中發(fā)揮著重要的作用。湖羊瘤胃內(nèi)容物和新西蘭兔盲腸內(nèi)容物中降解飼料結(jié)構(gòu)性碳水化合物的微生物多樣性組成存在差異。湖羊瘤胃中具有碳水化合物酶活性的微生物在降解飼料結(jié)構(gòu)性碳水化合物過程中產(chǎn)生較多氫氣,這可能是其甲烷排放量較高的原因。擬桿菌屬(Bacteroides)具有在不影響飼料消化率的情況下,可以調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的潛力。綜上所述,本研究從消化道不同發(fā)酵模式和氫代謝微生物多樣性組成兩方面揭示湖羊和新西蘭兔甲烷排放量差異的原因。消化道不同pH值是導致兩物種甲烷排放量差異的主要化學因素。消化道中產(chǎn)生氫氣和利用氫氣的微生物多樣性組成和基因表達量差異是導致兩物種甲烷排放量差異的主要微生物因素。另外,本研究從基因表達水平驗證了普遍存在于動物消化道中的微生物具有碳水化合物代謝功能,并在降解植物多糖過程中發(fā)揮重要的作用。其中,擬桿菌屬(Bacteroides)是具有碳水化合物代謝功能,并且可以調(diào)控反芻動物瘤胃甲烷生成的潛在靶向菌。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S829.1;S826
【圖文】：

邋１０００逡逑Ｂｏｄｙ邋ｍａｓｓ邋（ｋｇ）逡逑圖１－２反芻動物、馬科動物、駱駝、豬的甲烷排放量和體重的關(guān)系（Ｆｒａｎｚ等，２０１０）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２邋Ｍｅｔｈａｎｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｔｏ邋ｂｏｄｙ邋ｍａｓｓ邋ｉｎ邋ｒｕｍｉｎａｎｔｓ，邋ｈｏｒｓｅｓ，邋Ｓｏｕｔｈ邋Ａｍｅｒｉｃａｎ逡逑ｃａｍｅｌｉｄｓ，邋ａｎｄ邋ｐｉｇｓ邋（Ｆｒａｎｚ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１０）逡逑１０００邋１邋ｆ＊邋Ｈｏｒｓｅ邐９－＾逡逑；0邋Ｅｌｅｐｈａｎｔ邐ｙ邋＝邋０．６６ｘ°邐＾逡逑＾邐１00；邐ａ邋ｗａｌｌａｂｙ邐＃逡逑＾邐0邋Ｈｙｒａｘ逡逑＝邐0邋Ｒａｂｂｉｔ逡逑ｌ0邐！邐■邋Ｇｕｉｎｅａ邐ｐｉｇ逡逑Ｃ邐－逡逑ｙ邋＝邋０．１８ｘ０９７逡逑０．１邋］邐＾ａ邋ｎ逡逑？邋０邋１邋＊＂邐ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｆ邋＾邋＾邐＜邋ｉ邋ｉ邋ｉ邋ｆ邋＾邐ｉ邋ｉ邋ｙ邋ｉ邋ｈ邋ｂ邋ｖ邋ｔ邋＾邐ｉ邐ｆ邋Ｖ邋ｔ邋＇ｉ邐ｌｉ邋Ｖ邋Ｖ邋Ｉ邋ｔ邋ｉ邋１１１逡逑０．１邋１邋１０邋１００邋１０００邋１００００逡逑Ｂｏｄｙ邋ｍａｓｓ邋（ｋｇ）逡逑圖１－３反芻動物和單胃草食動物甲烷排放量與體重的關(guān)系（Ｆｒａｎｚ等，２０１１ａ）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｍｅｔｈａｎｅ邋ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ邋ｉｎ邋ｒｅｌａｔｉｏｎ邋ｔｏ邋ｂｏｄｙ邋ｍａｓｓ邋ｉｎ邋ｒｕｍｉｎａｎｔｓ邋ａｎｄ邋ｎｏｎ－ｒｕｍｉｎａｎｔ逡逑ｍａｍｍａｌｉａｎ邋ｈｅｒｂｉｖｏｒｅｓ邋（Ｆｒａｎｚ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１１ａ）逡逑９逡逑

圖１－４高產(chǎn)甲烷綿羊和低產(chǎn)甲烷綿羊瘤胃中調(diào)控Ｈ２／Ｃ０２甲烷生成途徑的酶基因的相對豐逡逑度和表徸量的比較（Ｓｈｉ等，２０１４）逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ邋ｏｆ邋ｇｅｎｅ邋ａｎｄ邋ｔｒａｎｓｃｒｉｐｔ邋ａｂｕｎｄａｎｃｅ邋ｆｏｒ邋ｅｎｚｙｍｅｓ邋ｉｎｖｏｌｖｅｄ邋ｉｎ邋Ｈ２／ＣＯ２逡逑ｍｅｔｈａｎｏｇｅｎｅｓｉｓ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｈｉｇｈ邋ａｎｄ邋ｌｏｗ邋ｍｅｔｈａｎｅ邋ｙｉｅｌｄ邋ｓｈｅｅｐ邋（Ｓｈｉ邋ｅｔ邋ａｌ．，邋２０１４）逡逑通過Ｓｈｉ等（２０１４）的研究發(fā)現(xiàn)，不能通過基因水平揭示的動物生理現(xiàn)象，可逡逑在轉(zhuǎn)錄水平得到合理解釋。因此，利用宏轉(zhuǎn)錄組學對動物消化道微生物

本文編號：2717813