發(fā)布時間：2020-06-27 07:17

【摘要】：反芻動物依靠功能強大的前胃系統(tǒng)將人類所不能消化的纖維性植物資源轉化為高品質的肉和奶,但其飼料轉化效率相對處于較低水平。這與它們采食較多的結構性碳水化合物有關外,瘤胃微生物將降解的單糖進一步代謝為乙酸、丙酸和丁酸的過程中分別損失了38%、-9%和22%的能值,同時發(fā)酵產(chǎn)生的CH_4也損失了2-12%的飼料能量。能量是決定動物生產(chǎn)性能和機體健康的重要因素,如何在相同日糧的背景下,如何長期調控瘤胃代謝產(chǎn)生的氫向能量更高效的丙酸轉化,同時降低以CH_4形式的能量損失是本研究的目的。本研究分為微生物調控和生化調控兩部分,共包含五個試驗。第一部分瘤胃微生物調控。調控假設:選擇性抑制瘤胃的產(chǎn)乙酸微生物,會使更多的底物被產(chǎn)丙酸微生物利用生成丙酸;同時與甲烷菌競爭利用氫,降低CH_4排放。原蟲約占瘤胃生物質總量的50%,是瘤胃主要的產(chǎn)乙酸微生物。試驗一利用Meta分析研究驅除原蟲后,反芻動物CH_4排放量、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)發(fā)酵模式和日糧纖維降解率隨時間的動態(tài)變化規(guī)律。49項研究的Meta分析結果表明:驅除原蟲顯著降低反芻動物CH_4排放量和瘤胃乙酸丙酸比(A:P),但同時降低日糧纖維降解率、瘤胃總VFA濃度和丁酸比例。這些降低幅度均隨驅除時間的延長逐漸削弱。與正常動物相比,長期驅除原蟲動物的CH_4排放量(≥11 wk)和瘤胃A:P(≥7 wk)反而顯著升高,并達到穩(wěn)定。因此,長期驅除原蟲不利于瘤胃碳水化合物代謝對機體的能量供應。試驗二通過添加莫能菌素同時抑制瘤胃產(chǎn)乙酸的原蟲和細菌,研究其對碳水化合物代謝參數(shù)和微生物區(qū)系的動態(tài)影響。本研究以6頭瘤胃瘺管奶山羊作為模式動物,采用前后自身對照設計:包括基線期3 wk,莫能菌素(32 mg/d)處理期8 wk,恢復期2 wk。本試驗通過限飼和環(huán)控代謝艙技術,排除動物干物質采食量和環(huán)境溫度變化對研究結果可能造成的干擾。結果表明,添加莫能菌素降低奶山羊CH_4排放、瘤胃A:P和纖維降解率,且在采食后1 h的抑制效果最大。然而抑制幅度均隨處理天數(shù)和采食后時間逐漸下降。莫能菌素的丙酸增強效果相對持久,隨處理天數(shù)的波動較小。莫能菌素對瘤胃微生物區(qū)系α和β多樣性的改變也隨處理時間逐漸修復,但對微生物區(qū)系結構進行了重塑。其中瘤胃總淀粉和總纖維降解菌屬的相對豐度均隨處理時間逐漸上升。因此,莫能菌素長期添加更利于瘤胃碳水化合物代謝對機體的能量供應。第二部分瘤胃生化調控。調控假設:通過生化調控劑可刺激微生物的丙酸發(fā)酵途徑,有利于更多的底物發(fā)酵生成丙酸。試驗三關注具有生物活性的發(fā)酵底物對丙酸途徑的刺激作用。采用人工瘤胃技術比較添加1%的功能性多糖(黃芪多糖、枸杞多糖和香菇多糖)和寡糖(低聚木糖、低聚果糖和殼寡糖)對瘤胃碳水化合物代謝的定量影響。研究表明,黃芪多糖、香菇多糖和低聚木糖均可提高纖維降解菌(R.albus、R.flavefaciens或B.fibrisolvens)的相對豐度,但僅香菇多糖顯著提高日糧纖維降解率。黃芪多糖、香菇多糖和低聚木糖均提高了人工瘤胃VFA產(chǎn)量,且提高量遠高于自身可轉化量。6種處理中,僅殼寡糖影響VFA比例模式:降低丙酸比例。因此,添加1%的功能性多糖和寡糖可促進瘤胃發(fā)酵,但無特異的丙酸增強效應。試驗四以高劑量(8%)延胡索酸的體外丙酸轉化率作為研究對象,研究丙酸發(fā)酵過程中的限制因子:限制性輔酶(10 ppm生物素)、氫分壓(0.5%單寧)和產(chǎn)丙酸菌的豐度(100 ppm莫能菌素)。結果顯示單獨添加生物素、單寧或莫能菌素對VFA濃度均無影響。單獨添加延胡索酸顯著提高了丙酸濃度,但實際的轉化率僅為54.7%。延胡索酸配合添加莫能菌素其丙酸轉化率提高至77.0%,而配合添加單寧降低至48.8%。延胡索酸同時配合添加生物素和莫能菌素,丙酸轉化率提高至80.6%,而同時配合生物素和單寧,丙酸轉化率降低至44.9%。因此,氫分壓是限制瘤胃丙酸發(fā)酵的因素,延胡索酸和莫能菌素在促進瘤胃丙酸生成方面具有較好的協(xié)同效應。試驗五關注甲烷合成抑制劑(硝煙酯)與氫受體(延胡索酸)對奶山羊碳水化合物代謝的動態(tài)影響及協(xié)同效果。試驗采用2×2雙因素設計:延胡索酸(34 g/d)和硝煙酯(0.5g/d)。24只泌乳奶山羊隨機區(qū)組分入4個處理組,第3、6、9和12 wk采集樣品。結果表明,延胡索酸和硝煙酯均可持續(xù)抑制奶山羊CH_4排放。延胡索酸的實際CH_4減排量是其作為氫受體可減排的3.5倍,但在與硝煙酯同時添加時這個倍數(shù)降為1.3倍。延胡索酸和硝煙酯對日糧消化率均無影響。延胡索酸顯著提高瘤胃丙酸比例和血清蘋果酸脫氫酶酶活和總抗氧化能力,降低血糖和β-羥基丁酸的濃度。硝煙酯對瘤胃VFA的比例模式無影響,提高血清總抗氧化能力,降低甘油三酯含量,血糖有降低的趨勢。因此,延胡索酸不僅可與甲烷菌競爭氫生成丙酸,還可增強瘤胃的丙酸發(fā)酵通路,其CH_4抑制效果決于在瘤胃中的代謝速率。延胡索酸和硝煙酯均可提高機體的糖酵解和抗氧化能力,抑制脂質動員。綜上所述,(1)抑制瘤胃產(chǎn)乙酸微生物,可促進丙酸發(fā)酵抑制CH_4排放,但調控效果隨時間逐漸衰退。從瘤胃碳水化合物代謝調控效果和持久性來看,同時抑制產(chǎn)乙酸的原蟲和細菌的效果要優(yōu)于僅驅除原蟲。(2)底物刺激方面,添加1%的功能性多糖和寡糖可促進瘤胃VFA發(fā)酵但無特異的丙酸增強效應。中間代謝因子方面,氫分壓是限制瘤胃丙酸發(fā)酵的因素。(3)延胡索酸在體外和體內表現(xiàn)出不同的瘤胃調控功能。延胡索酸不僅可與甲烷菌競爭氫生成丙酸,還可增強瘤胃的丙酸發(fā)酵通路。延胡索酸的瘤胃調控效果取決于其在瘤胃中的代謝速率。
【學位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：S816
【圖文】：

纖維素是自然界最豐富的可再生資源(Shekhar, 2011)，而且比石油更人類只利用了其中的 2% (Pauly and Keegstra, 2008)。反芻動物依靠功將人類所不能消化的纖維性植物資源轉化為高品質的肉和奶。過去的的生產(chǎn)效率和飼料轉化率都得到了一定的提高，但相比于豬和雞等單低水平。這與它們采食較多的結構性碳水化合物有關外，瘤胃微生物、丙酸和丁酸的過程中分別損失了 38%、-9%和 22%的飼料能值(Ryle a同時發(fā)酵產(chǎn)生的 CH4也損失了 2-12%的飼料能量(Johnson and Johnson, 動物生產(chǎn)性能及機體健康的重要因素，如何在相同日糧的前提下，使地供給機體是反芻動物營養(yǎng)研究面臨的挑戰(zhàn)。組學技術的發(fā)展，大量研究比較了高效動物和低效動物瘤胃微生物區(qū)(Li et al., 2016a; Shabat et al., 2016; Li and Guan, 2017; Sasson et alet al. (2016)研究發(fā)現(xiàn)，高效奶牛相比于低效奶牛有更高的瘤胃丙酸和丁CH4排放量和微生物多樣性(圖 1-1)。本章綜合論述了碳水化合物在瘤徑及其干預措施。

部位、生理功能和發(fā)酵特性分成的纖維性（存在于細胞壁的結構性碳水化合物，屬速發(fā)酵部分）和非纖維性（存在于細胞內容物的貯能性碳水化合物，屬于快速發(fā)酵）碳水化合物(Van Soest et al., 1991; 趙向輝, 2012)。隨著科學技術的發(fā)展，我們對化合物降解的理解逐漸深入到分子水平甚至化學鍵水平(Cantarel et al., 2009; Kao al., 2013; Boutard et al., 2014)。了解不同碳水化合物的化學結構對進一步提高其腸道率具有重要的指導意義。1.1 纖維性碳水化合物飼料中的纖維性碳水化合物(Fibrous carbohydrate, FC)主要包括纖維素和半纖維素維素是由 β-1,4 糖苷鍵連接葡萄糖而成的大分子聚糖，是自然界中分布最廣、含量富的一種多糖。半纖維素是由葡萄糖、木糖、阿拉伯糖、甘露糖和半乳糖等不同類單糖構成的異質多聚體，單體間的鏈接方式也較為復雜多樣。圖 1-2 以木葡聚糖、酸阿木聚糖和半乳甘露聚糖為例，展示半纖維素的單體組成及其連接方式。不同植或植株的不同部位，細胞壁的半纖維素組成也存在很大的差異(Pauly and Keeg08)。木質素也屬于酸性洗滌纖維，但并不是碳水化合物，它是由對香豆醇、松柏芥子醇等醇單體構成的復雜酚類聚合物。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 趙紫華,儀宏,朱文眾,王麗麗;丙酸發(fā)酵的研究進展[J];中國食品添加劑;2004年06期

2 孫浩;劉寅;毛多斌;楊雪鵬;魏東芝;;丙酸發(fā)酵中氮源類型與組成的優(yōu)化研究[J];鄭州輕工業(yè)學院學報(自然科學版);2013年04期

3 李達;任杏珠;;丙酸發(fā)酵廢液中丙/乙酸的分離工藝研究[J];河北化工;2012年08期

4 楊海朋;王自強;王云山;張利平;蘇志國;;丙酸發(fā)酵過程中四種有機酸快速、簡便的分析方法[J];中國釀造;2016年05期

5 張華峰,康慧;微生物發(fā)酵法生產(chǎn)丙酸[J];飼料工業(yè);2004年08期

6 張華峰,張曉寧,陳天華,張賓;丙酸和丙酸鹽在飼料中的應用及其生產(chǎn)工藝[J];中國飼料;2005年07期

7 ;簡訊[J];工程塑料應用;2001年03期

8 熊海燕;;包埋法制備凝膠珠條件的試驗研究[J];飼料工業(yè);2007年12期

9 徐虹,歐陽平凱,王莎莎;發(fā)酵法生產(chǎn)丙酸[J];食品與發(fā)酵工業(yè);1997年06期

10 ;文摘[J];食品與發(fā)酵工業(yè);1977年02期

相關博士學位論文 前1條

1 李宗軍;瘤胃丙酸發(fā)酵的增強策略及其對碳水化合物代謝的動態(tài)影響[D];西北農(nóng)林科技大學;2018年

相關碩士學位論文 前3條

1 朱云峰;產(chǎn)酸丙酸桿菌發(fā)酵生產(chǎn)丙酸過程優(yōu)化與控制研究[D];江南大學;2010年

2 梁澤鑫;利用纖維床生物反應器發(fā)酵廉價生物質生產(chǎn)丙酸的研究[D];華南理工大學;2012年

3 郭興會;丙酸發(fā)酵與提取工藝研究[D];河北科技大學;2009年

本文編號：2731501