3-Nitrooxypropanol supplementation of a forage diet decreased enteric methane emissions from beef cattle without affecting feed intake and apparent total-tract digestibility  

添加3-硝基氧丙醇的牧草日糧降低肉牛腸道甲烷排放，且不影響采食量和表觀全消化道消化率  

來源：Journal of Animal Science, Volume 101, 2023

《動物科學雜志》第101卷，2023年

摘要內容

 

研究評估了在高纖維日糧（90%牧草干物質基礎）中添加甲烷抑制劑3-硝基氧丙醇（3-NOP，150 mg/kg干物質）對肉牛的影響：  

甲烷減排：3-NOP使腸道甲烷排放量降低22.4%（209→162 g/d），甲烷產量（g/kg干物質采食量）降低22.0%。  

 

 

無負面生理影響：  

 

干物質采食量（10.2 vs 10.1 kg/d）和養分消化率（DM、NDF、CP等）無顯著差異（表2）。  

 

 

瘤胃微生物群落主要門水平（擬桿菌門、厚壁菌門）未改變，但3-NOP降低甲烷桿菌屬豐度（表7-8）。  

 

 

 

瘤胃發酵變化：  

 

總揮發性脂肪酸濃度降低（112→104 mM），乙丙比下降18.9%（4.07→3.30）（表5）。  

 

 

溶解氫濃度升高10倍（33.4→372.3 μmol/L），氫氣排放量增加333倍。  

 

唾液與瘤胃環境：采食和休息時唾液分泌率無變化，但3-NOP組瘤胃平均pH升高0.21單位（6.43→6.64）（圖1，表4-5）。  

 

 

研究目的

驗證3-NOP在高纖維日糧（45%切碎禾草干草+45%大麥青貯）中對肉牛甲烷減排的效果。  

 

評估3-NOP對采食量、瘤胃發酵、微生物群落及養分消化的潛在影響。  

 

研究思路

實驗設計：  

 

8頭瘤胃瘺管肉牛（初始體重515±40.5 kg），交叉設計（2處理×2周期，每期49天）。  

 

處理：對照組（無添加） vs 3-NOP組（150 mg/kg干物質）。  

關鍵測量：  

 

采食與消化：干物質采食量（DMI）、表觀全消化道養分消化率（糞便全收集法，第38-42天）。  

 

瘤胃指標：  

 

pH連續監測（第20-28天，Unisense電極）。  

 

VFA、氨氮、溶解氫（H?微傳感器，圖1）。  

 

微生物群落（16S rRNA測序，V4和V6-V8區）。  

 

氣體排放：呼吸室測量CH?、CO?、H?（第46-49天）。  

 

唾液分泌：采食時（第20天）和休息時（第31天）唾液分泌率。  

 

測量數據、來源及研究意義

甲烷減排：  

 

數據：3-NOP組甲烷排放量162 g/d（對照組209 g/d），減排22.4%。  

 

意義：證實3-NOP在高纖維日糧中仍具顯著減排效果，為牧場應用提供依據。  

瘤胃發酵（表5）：  

 

數據：總VFA↓11%，丙酸摩爾比↑13.5%（17.0%→19.3%），乙丙比↓18.9%。  

 

意義：3-NOP通過抑制產甲烷菌，促進丙酸生成路徑，優化能量利用。  

溶解氫積累：  

 

數據：瘤胃溶解H?濃度↑10倍（33.4→372.3 μmol/L），氣體H?排放量↑333倍。  

 

意義：直接證明甲烷生成被抑制后，氫代謝路徑轉向累積，支持3-NOP作用機制。  

微生物響應（表7-8）：  

 

數據：甲烷桿菌屬（Methanobrevibacter）相對豐度↓（63.8%→64.6%，無顯著差異），但候選甲烷甲基菌（Candidatus Methanomethylophilus）↑（16.8%→25.4%）。  

 

意義：3-NOP特異性抑制產甲烷菌，但未破壞核心細菌群落，維持消化功能穩定。  

唾液與瘤胃pH（表4-5）：  

 

數據：唾液分泌率無變化，但瘤胃平均pH↑0.21單位（因VFA減少）。  

 

意義：排除唾液緩沖效應干擾，證實pH升高源于發酵模式改變。  

 

結論

高效減排：3-NOP（150 mg/kg干物質）使高纖維日糧肉牛甲烷排放降低22%，且不影響干物質采食量和養分消化率。  

 

機制明確：通過抑制產甲烷菌，減少氫消耗，促進丙酸生成，優化瘤胃發酵效率。  

 

應用潛力：適用于牧草為主的肉牛生產系統，為可持續畜牧業提供可行方案。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

 

實驗中采用Unisense H?-500微傳感器（尖端直徑未注明）監測瘤胃溶解氫濃度：  

高精度原位監測：  

 

實時測量瘤胃液H?濃度（精度達μmol/L），捕捉3-NOP抑制產甲烷后H?累積動態。  

 

揭示"甲烷抑制→H?積累"的定量關系（減排22%對應H?濃度升10倍），為機制提供直接證據。  

技術優勢：  

 

空間分辨率：微電極可插入瘤胃不同區域（固/液相），避免傳統氣相色譜僅測整體氣體的局限。  

 

動態過程解析：結合時間序列采樣（0/6/12小時），發現H?濃度隨飼喂后時間遞增（表8），反映發酵進程。  

生態意義：  

 

溶解H?積累（372 μmol/L）雖未影響動物健康，但提示需關注高H?環境對瘤菌群落的長效效應。  

 

為優化3-NOP劑量（平衡CH?減排與H?管理）提供關鍵參數。  

 

研究價值：Unisense微電極首次量化高纖維日糧下3-NOP引起的瘤胃H?累積梯度，填補了"抑制劑-氫代謝-微生物反饋"鏈條的關鍵數據空白。