燕麦啤酒糟替代精料对生长公羊肠道甲烷排放、瘤胃微生物组及能量代谢的影响研究

《Frontiers in Microbiology》：Effect of replacing concentrate diet with oat brewery waste on enteric methane emissions, nutrients intake, digestibility and compositional and functional abundances of rumen microbiota in growing male sheep

本研究发现用燕麦啤酒糟（OBW）替代20%精料可显著降低生长公羊每日肠道CH4排放量（降低13.4%），同时不影响干物质摄入量、养分消化率及生长性能。OBW通过改变瘤胃微生物组成（如降低Bacteroidota丰度）和功能（抑制甲基营养型产甲烷菌的甲基辅酶M还原酶等关键酶活性），减少瘤胃原虫数量，实现甲烷减排，为畜牧业绿色低碳发展提供了经济有效的饲料策略。

　　

引言

甲烷（CH₄）作为仅次于二氧化碳的温室气体，对全球变暖的贡献率达30%。畜牧业肠道发酵和粪便管理占人为甲烷排放的32%，同时导致饲料能量损失（每升CH₄损失约55兆焦能量）。在饲料资源匮乏地区，减少甲烷排放尤为关键。燕麦啤酒糟（OBW）作为啤酒工业副产物，富含蛋白质、脂肪及酚类化合物，具有替代精料和降低甲烷排放的潜力。前期体外研究表明，OBW替代精料可显著抑制甲烷生成，但其对反刍动物生长性能、瘤胃微生物组及代谢功能的影响尚需体内实验验证。

材料与方法

实验选取21头5月龄Bannur公羊（平均体重17.7±0.117 kg），随机分为3组（每组7头），采用完全随机设计。对照组（C）饲喂基础日粮（50%精料+50%指谷糜秸秆），试验组T₁和T₂分别以OBW替代20%和30%精料（w/w）。实验持续90天，期间记录采食量、体重变化，并利用六氟化硫（SF₆）示踪技术测定甲烷排放。瘤胃液用于分析挥发性脂肪酸（VFA）、氨氮浓度、原虫计数及宏转录组测序（评估微生物组成与功能）。

结果

1. 1.
   养分摄入与消化率：T₂组干物质摄入量显著低于C组和T₁组，但三组间有机物和粗蛋白摄入量无显著差异。T₂组中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）摄入量较高，但消化率较低。
2. 2.
   甲烷排放：T₁和T₂组每日CH₄排放量较C组分别降低13.4%和15.4%。以单位干物质或有机物摄入量校正后，T₁组甲烷排放仍显著低于C组，而T₂组与C组无差异。
3. 3.
   能量分配：T₂组粪便和尿液能量损失较高，导致代谢能（ME）摄入量显著低于C组。C组甲烷能量损失占比最高（14.8%）。
4. 4.
   瘤胃发酵：T₂组总VFA、乙酸和丙酸浓度显著降低，但氨氮浓度无组间差异。
5. 5.
   原虫数量：T₂组总原虫、内毛目和全毛目原虫数量显著减少。
6. 6.
   生长性能：三组间平均日增重（ADG）和饲料转化率（FCR）无显著差异，但T₁和T₂组饲养成本分别降低312和443印度卢比/公斤增重。
7. 7.
   微生物组与功能：宏转录组显示，Bacteroidota为优势菌门（占比>40%），其在OBW组丰度显著降低，而Pseudomonadota丰度上升。古菌群落组成无显著变化，但T₂组甲基营养型产甲烷菌的关键酶（如甲基辅酶M还原酶、辅酶F₄₂₀氢酶）基因表达显著下调。氮代谢相关酶（硝酸还原酶、谷氨酸脱氢酶）活性亦受抑制。

讨论

OBW替代精料可通过多重机制降低甲烷排放：（1）酚类化合物抑制瘤胃原虫数量，减少原虫-产甲烷菌互作；（2）改变微生物群落结构（如降低Bacteroidota活性）；（3）直接抑制产甲烷菌的甲基辅酶M还原酶等关键代谢途径。20%替代比例在维持动物生长性能的同时实现最佳减排效果，而30%替代会因纤维含量过高抑制发酵效率。OBW的高不可降解蛋白（UDP）含量可能提升氮利用效率，抵消因摄入量下降对生长的负面影响。短期（90天）饲喂未引起古菌群落重构，但通过功能调控实现减排，提示微生物代谢弹性在甲烷调控中的重要性。

结论

OBW以20%比例替代精料可有效降低生长公羊肠道甲烷排放，且不影响生产性能。其作用机制涉及瘤胃原虫减少、微生物功能重塑（尤其是甲基营养型产甲烷途径抑制），而非古菌群落结构改变。该策略为利用农业副产物实现畜牧业低碳转型提供了实践依据。