槲皮素对肉牛体外瘤胃发酵及甲烷产量的影响_杜柳.pdf

DOI:10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0152杜柳，魏曼琳，巨纪，董晨扬，张润泽，晓明，孙芳.槲皮素对肉牛体外瘤胃发酵及甲烷产量的影响.草业科学,2023,40(1):280-286.DUL,WEIML,JUJ,DONGCY,ZHANGRZ,XIAOM,SUNF.Effectsofquercetinon in vitrorumenfermentationandmethaneproductionofbeefcattle.PrataculturalScience,2023,40(1):280-286.槲皮素对肉牛体外瘤胃发酵及甲烷产量的影响杜柳1，魏曼琳1，巨纪1，董晨扬1，张润泽1，晓明1，孙芳2（1.内蒙古民族大学动物科技学院,内蒙古通辽028000；2.黑龙江省农业科学院畜牧研究所,黑龙江哈尔滨150086）摘要：为研究饲粮中添加槲皮素对肉牛瘤胃体外发酵特性及甲烷产量的影响，采用单因子试验设计，分别在体外发酵底物中添加 0、0.5%和 1%的槲皮素，以不添加槲皮素为对照组，在 39 下进行瘤胃厌氧培养发酵，记录不同时间的产气量(GP)，测定 48h 的发酵液 pH、氨态氮(NH3-N)浓度、挥发性脂肪酸浓度(VFA)和甲烷产量，同时，利用体外两步法测定发酵 48h 后的干物质降解率(DMD)。结果显示：1)48h 后，1%槲皮素组产气量、甲烷产量显著低于对照组(P0.05)；0.5%和 1%槲皮素组 NH3-N 均显著低于对照组(P0.05)；0.5%和 1%槲皮素组的乙酸、丁酸和总 VFA 均无显著差异(P0.05)，1%槲皮素组丙酸显著高于对照组(P0.05)。因此，肉牛饲粮中添加槲皮素会降低肉牛瘤胃体外发酵产气量、降低NH3-N 的含量、提高丙酸的含量，降低甲烷的产生量，其中以添加 1%的槲皮素较为适宜。关键词：槲皮素；体外发酵；发酵特性；氨态氮；挥发性脂肪酸；干物质降解率；甲烷产量文献标志码：A文章编号：1001-0629(2023)01-0280-07Effects of quercetin on in vitro rumen fermentation and methane production of beef cattleDULiu1,WEIManlin1,JUJi1,DONGChenyang1,ZHANGRunze1,XIAOMing1,SUNFang2(1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,InnerMongoliaUniversityforNationalities,Tongliao028000,InnerMongolia,China;2.InstituteofAnimalHusbandry,HeilongjiangAcademyofAgriculturalSciences,Harbin150086,Heilongjiang,China)Abstract:Thisstudyaimedtoobservetheeffectsofquercetinsupplementationon in vitrorumenfermentationandmethaneproductionofbeefcattle.Asingle-factorexperimentaldesignwasusedinthisstudy,andthetreatmentgroupsincluded0、0.5%,and1%quercetinaddedtothesubstrateforin vitrofermentation,withnoquercetinaddedusedrepresentingthecontrolgroup.Rumenanaerobicfermentationwasconductedat39,andgasproduction(GP)atdifferenttimeswasrecorded.The pH,ammonia nitrogen(NH3-N)concentration,volatile fatty acid concentration(VFA),and methaneproductionweredeterminedafter48hoffermentation.Inaddition,thedrymatterdisappearance(DMD)rateafter48hofinvitrofermentationwasdeterminedbyatwo-stepmethod.Thefollowingresultswereobtained:1)After48h,gasandmethaneproductionofthe1%quercetingroupwassignificantlylowerthanthatofthecontrolgroup(P0.05),andtheNH3-Ncontentinthe0.5%and1%quercetingroupswassignificantlylowerthanthatinthecontrolgroup(P0.05);aceticacid,butyricacid,andtotalvolatilefattyacidsdidnotshowsignificantdifferencesbetweenthe0.5%and1%quercetingroups(P0.05),whilepropionicacidin1%quercetingroupwassignificantlyhigherthanthatinthecontrol收稿日期：2022-03-10接受日期：2022-05-11基金项目：农业农村部“农牧交错带牛羊牧繁农育关键技术集成示范项目”(16190050、16200158、16210096)；黑龙江省农业科学院“农业科技创新跨越工程”专项(2019CX-16)；内蒙古民族大学研究生科研创新项目“饲粮中添加槲皮素对肉牛瘤胃体外发酵、甲烷产生和微生物区系的影响”(NMDSS2138)第一作者：杜柳(1996-)，女，河北保定人，在读硕士生，研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail:通信作者：魏曼琳(1980-)，女(蒙古族)，内蒙古科尔沁人，副教授，博士，研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail:280-286草业科学第40卷第1期1/2023PRATACULTURALSCIENCEVol.40,No.1http:/group(P0.05).Inconclusion,theadditionofquercetintobeefcattledietsmayreducegasproduction,decreaseNH3-Ncontents,increase propionic acid contents,and decrease methane production by beef cattle,and 1%quercetinsupplementationinbeefcattledietsismostsuitable.Keywords:quercetin;in vitrofermentation;fermentationcharacteristics;ammonianitrogen;volatilefattyacidconcentration;drymatterdisappearancerate;methaneproductionCorresponding author:WEIManlinE-mail:农业温室气体排放，主要是反刍动物产生的甲烷，目前被认为是世界范围内的一个重要问题，因为它是全球变暖和气候变化的驱动因素，对环境造成不可忽视的负担1。动物营养学家们目前正采取一系列策略来减少肠道甲烷的排放，旨在减少瘤胃产甲烷菌的数量或代谢活动，其中包括农场系统变化、草料优化、饮食干预、添加产甲烷菌抑制剂和天然添加剂2。饲粮中添加植物提取物从而减少甲烷排放也是目前研究热点，黄酮类化合物作为甲烷减排的植物提取物得到了一定程度应用。Balcells 等3研究表明，植物提取物中含有 300mgkg1干物质的黄酮类化合物可提高牛的生长性能并对瘤胃具有一定的调控作用。Kim 等4发现黄酮类化合物能改变甲烷菌等微生物的种群，从而减少瘤胃甲烷的产生。其中，槲皮素具有抗氧化5、抗癌6-7、抗炎8和抗菌9等生物学作用，是一类存在于植物花、叶子、果实中的多羟基黄酮类化合物。因此添加槲皮素在改善瘤胃发酵和减少反刍动物甲烷排放等方面具有一定应用潜力。1 材料与方法 1.1 试验材料槲皮素采购于陕西某生物化工技术有限公司，纯度98%，试验所用瘤胃液采自通辽牧丰公司提供的 3 头西门塔尔杂交公牛，肉牛基础饲粮(表 1)参考中国肉牛饲养标准配制10。1.2 试验设计采用单因子试验设计，按照体外发酵底物槲皮素添加量设置对照组和处理组，其中对照组不添加槲皮素，两个处理组分别添加 0.5%和 1.0%槲皮素。利用体外产气法，测定瘤胃发酵产气量(gasproduction,GP)、气体成分、瘤胃体外发酵参数(pH、氨态氮 NH3-N)、挥发性脂肪酸(volatilefattyacids,VFA)和瘤胃干物质消化率(drymatterdigestibility,DMD)。每个试验组设置 3 个平行，每个平行设置 3 个重复。1.3 瘤胃体外发酵试验方法1.3.1 瘤胃液采集于晨饲前 2h 使用口腔插管分别采集 3 头西门塔尔杂交公牛的瘤胃液 200mL，经 4 层纱布过滤后，混匀装入 39 预热的保温壶中备用。1.3.2 体外产气量方法发酵底物使用瘤胃液供体牛日粮，称取含有约0.2g 干物质的底物饲料放入具有 100mL 刻度的玻璃培养管中(型号 HFT000025，Hberle 公司，德国)，分别向其中添加 0(对照组)、0.5%、1%的槲皮素。采用 Menke 和 Steimgass11的方法配制瘤胃缓冲液，然后将过滤后的瘤胃液和缓冲液按照 12 的比例混匀后，加入 39 恒温的真空分装瓶中并持续通入 CO2，制成人工瘤胃培养液。向每个预热到 39的玻璃培养管中加入 30mL 人工瘤胃培养液，准确读数后迅速置于 39 水浴摇床上培养。1.3.3 体外两步消化试验瘤胃干物质降解率参照 Tilly 和 Terry12的两阶段法改进测定，方法如下：准确称量 0.5g 瘤胃液供体牛日粮样品装入已知质量的尼龙袋中封口并标号。将其放入培养瓶中并加入 35mL 人工瘤胃培养液，培养 48h 后终止发酵，取出消化袋用蒸馏水冲洗。放入已加入 35mL新鲜的胃蛋白酶溶液的培养瓶中，在培养瓶厌氧培养 48h 后，终止发酵，取出消化袋用蒸馏水冲洗至洗液澄清，烘干称重。并计算干物质消化率：A=m(m2m1)c/m100%。式中：A 为干物质消化率(%)；m 为样品干物质重(g)；m1为烘干后的空白袋重量(g)；c 为空白袋校正系数(空白袋烘干后重量/消化前重量)；m2为烘干后样品袋重+样品残渣重(g)。1.4 指标检测1.4.1 瘤胃体外发酵产气量记录 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、第1期杜柳等：槲皮素对肉牛体外瘤胃发酵及甲烷产量的影响281http:/20、24、28、32、36、40、44、48h 的产气量数据。发酵 48h 后，立即将培养管从水浴摇床中取出放入冰水，终止发酵。1.4.2 瘤胃体外发酵参数体外培养终止后立即用便捷式 pH 计测定发酵液 pH。单独收集每个培养管内的发酵液于 10mL的离心管内 8000rmin1、4 离心 15min 后，取0.5mL 上清液放入离心管中，加入 4.5mL0.2molL1HCl，摇匀后放入20 冰箱，待测氨态氮(NH3-N)浓度；取 2.5mL 上清液放入离心管中，加入 2.5mL25%偏磷酸，80 保存，待测 VFA 浓度，瘤胃液NH3-N 浓度测定采用冯宗慈和高民13改进的比色法，VFA 测定采用 Erwin 等