齐 英，李政贤

（安阳市农业环境监测站，河南安阳 455000）

甲烷的温室效应是二氧化碳的20～50倍，由于人们对全球变暖的日益关注，研究人员正在研究，以确定通过调控反刍动物饲料来降低甲烷排放，为减轻温室效应作贡献。蛋白质、淀粉和植物细胞壁被反刍动物瘤胃的微生物（如细菌、原生动物和真菌）水解生产氨基酸和糖，并进一步代谢产生挥发性脂肪酸、氢、二氧化碳和氨（Lee等，2003）。由于其他细菌，主要是产甲烷菌，利用瘤胃内的氢来产生甲烷，因此，氢在瘤胃内的积累不会成为发酵的主要最终产物。影响肠道内甲烷生产的因素很多，如采食量、消化率、动物种类、生理状态、精料和粗料比例（乔升民等，2014）。饲料原料中碳水化合物含量占总产气量的40%，虽然植物中结构性碳水化合物含量会影响甲烷生成，但粗蛋白质也会代谢，产生氨，然后被微生物利用形成甲烷（Kimihiro和 Matsui，2008）。在本研究中，我们利用体外瘤胃发酵技术测定糠麸、植物蛋白和谷物类饲料原料成分的甲烷排放和其他发酵参数。

1 材料与方法

1.1 原料与试验设计 本试验使用了14种已知营养成分的饲料原料，共分为3类：糠麸类（玉米皮、本地麸皮、进口麸皮和棕榈粕）、植物蛋白类（豆粕、棉粕、菜粕、椰子粕、玉米DDGS、玉米蛋白粉）、谷物类（玉米、大麦和小麦），原料营养成分分析结果见表1。

1.2 瘤胃液体外发酵 选择体重为650 kg的荷斯坦奶牛作为瘤胃液供体。奶牛每天饲喂浓缩料与水稻秸秆（2∶8）。通过瘤胃瘘管，取20 mL厌氧缓冲瘤胃液，置于血清瓶中，用丁基橡胶塞子和铝盖密封。每个样品复制3次，并在39℃的振荡培养箱中保存。在孵育过程中，分别在0、2、4、8、12、24、48和 72 h监测体外发酵参数。

1.3 样品测定 使用传感器测量每个血清瓶在不同阶段的总气体产量，而在打开每个瓶后，使用pH计测量pH。在体外发酵过程中产生的总气体（1 mL）用来测定释放的甲烷和二氧化碳。采用气相色谱法测定挥发性脂肪酸浓度。

1.4 统计分析 所有处理均设3个重复。使用皮尔逊积差相关分析来确定研究中使用的不同参数之间的显著关系。P＜0.05表示差异显著。所有分析均使用统计分析系统SAS软件进行。

2 结果与分析

2.1 原料营养成分 饲料成分的详细营养成分如表1所示。根据其组成特点，将饲料分为糠麸类、植物蛋白类和谷物类，3类原料中总可消化养分水平最高的分别是棕榈粕、玉米DDGS和小麦。

表1 不同原料营养成分分析 %

2.2 3类原料体外发酵参数相关性 麸皮类原料体外发酵参数的相关分析如表2所示，原料pH与除乙酸与丙酸比值外的所有参数均呈负相关，而乙酸与丙酸比值与除pH、CO2外的所有参数均呈负相关。

表2 糠麸类原料体外发酵参数的相关性

由表3可知，pH和乙酸与丙酸比值呈正相关，而这两个参数与其他参数的呈负相关。除了pH和丁酸外，其余参数存在显著相关性（P＜ 0.05）。

由表4可知，pH和乙酸与丙酸的比值为正相关，而与其他参数表现为负相关。除pH和乙酸与丙酸比值外，糠麸、植物蛋白和谷物原料甲烷产量与其他参数均呈正相关。

2.3 不同原料体外发酵甲烷产量及相关性 由表5可知，当以玉米皮、棉粕和大麦为基质孵育72 h后，甲烷产量最低，而以本地麸皮、豆粕和玉米为基质时，甲烷产量最高。

由表6可知，低甲烷产量组的非纤维碳水化合物最高，但甲烷产量最低，其次是中、高甲烷产量组。

表3 植物蛋白原料体外发酵参数的相关性

表4 谷物原料体外发酵参数的相关性

表5 不同原料体外不同孵育时间对甲烷产量的影响 mL

表6 甲烷产气量分级后原料混合物化学成分

表7 不同产甲烷量原料体外发酵参数的相关性

如表7可知，pH和乙酸与丙酸比值呈正相关，而这些参数与其他参数呈负相关。除pH与丁酸的相关性外，其余均显著（P＜0.05）。另一方面，除了pH和乙酸与丙酸比值外，甲烷产量几乎与其他所有发酵参数都呈正相关（P＜0.05）。非纤维碳水化合物、总可消化养分与瘤胃发酵参数呈正相关关系。

3 讨论

本试验结果发现，当以玉米皮、棉粕和大麦作为基质孵育72 h后，甲烷产量最低，而以本地麸皮、豆粕和玉米为基质时，甲烷产量最高。Qin等（2012）报道，小麦干物质的有效降解能力相对较高，瘤胃微生物对干物质的发酵速度更快。因此，本研究小麦甲烷产量较高可能与其可降解干物质水平较高有关。此外，其他饲料成分的甲烷产量低也可能是由于干物质可降解性低，从而导致瘤胃微生物发酵缓慢。饲料成分的降解也依赖于淀粉颗粒在籽粒中的分布，如Qin等（2012）发现，小麦胚乳淀粉颗粒呈粉状，颗粒相对较小。因此，更小的淀粉颗粒有更大的表面积可供微生物和酶解淀粉，从而导致快速降解。Bonhomme（2010）报道，由于细菌和原生动物之间的最佳共生关系及这些微生物之间氢的有效交换，可以观察到甲烷排放的增加。此外，甲烷产生还受日粮碳水化合物种类的影响。

本研究结果也发现，谷物甲烷产量最高，这可能是由于谷物具有高含量、易发酵的淀粉、糖或半纤维素，这些物质作为底物瘤胃微生物生产气体。本研究谷物组的甲烷产量与Lee等（2003）报道的结果相似，这些谷物都含有大量的无氮提取物，它极易被瘤胃微生物发酵，为微生物生产甲烷提供了大量底物。当反刍动物食用可溶性碳水化合物和富含淀粉的饲料时，丙酸盐产量增加，甲烷、乙酸以及乙酸与丙酸的比例降低（李岚捷等，2017）。Lee等（2003）指出，粗纤维是产甲烷的重要组成部分，随着粗纤维含量的增加，产甲烷量减少，这与本研究粗纤维含量最低的谷物组产甲烷量最高的结果一致。

根据所建立的饲料成分组，我们制备了含有高、中和低产甲烷的3组饲料成分混合物，再进行体外发酵试验，并对发酵参数进行分析。结果发现，低甲烷产量组的非纤维碳水化合物最高，但甲烷产量最低。pH和乙酸与丙酸比值呈正相关，而这些参数与其他参数呈负相关。另一方面，除了pH和乙酸与丙酸比值外，甲烷产量几乎与其他所有发酵参数都呈正相关。因此，增加瘤胃发酵意味着降低pH。低甲烷组具有较高的非纤维碳水化合物和总可消化养分，从而降低了pH，抑制了产甲烷菌的活性。

4 结论

不同饲料成分的甲烷生产潜力因营养成分、谷粒类型、加工工艺和消化率的不同而不同。虽然低产甲烷饲料配方可以降低甲烷产量，但提高了非纤维碳水化物、总可消化养分和挥发性脂肪酸产量。因此，有必要对反刍动物研究设计成分恰当、营养合理的配方饲料，使用甲烷产量低的优化日粮饲料，有助于实现环保与经济的协调发展。