2020 年荷斯坦奶牛甲烷排放研究进展

2022-12-01张海博高艳霞李建国曹玉凤沈宜钊户林其王珊珊

中国饲料 2022年15期

张海博，高艳霞，郭刚，李建国，曹玉凤沈宜钊，户林其，杨蒙，王珊珊

（1.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071001；2.首农畜牧发展有限公司，北京 100076；3. 河北省牛羊胚胎技术创新中心，河北保定 071001）

随着我国经济的飞速发展和生活质量的提高，人们对牛奶及奶制品的需求日益增长。为了满足人们的需求，奶牛养殖规模不断增大，这样带来的后果是甲烷排放问题日益严重。而甲烷带来的气候变暖较其他因素占比达15% ～20%（陈晓校，2019），同时饲料中2% ～15%的能量转化成甲烷导致浪费（栗明月，2019）。因此降低甲烷排放不但有利于减缓温室效应而且还能提高饲料转化率。研究发现，日粮添加大豆油可有效的降低13.9%甲烷排放（牛建康，2019）。但不是添加量越大越好，研究发现如果脂类产品增加到日粮干物质的6% ～7%时严重影响采食量，引起生产性能下降（苏汉书等，2020）。本文针对国内外2020 年最新甲烷排放研究及调控措施进行综述，旨在为奶牛生产中降低甲烷排放提供理论依据和技术支持。

1 国内研究进展

目前，国内有关奶牛甲烷排放的研究较少，主要通过调整日粮结构及添加饲料添加剂来降低甲烷的排放。

1.1 通过日粮结构调控甲烷排放日粮结构，即日粮中各种原料种类及占比，其会直接影响奶牛的瘤胃微生物代谢和甲烷生成。董利峰等（2020）将饲粮非纤维素性碳水化合物（NFC）的中性洗涤纤维含量由1.12 提高至1.64 时，能够显著降低12 月龄荷斯坦后备奶牛瘤胃甲烷产量。王贝（2019）的研究也同样证明，提高NFC 降低了甲烷生成及排放。徐晓锋（2019）将日粮的精粗比由原来的40：60 提高到60：40，瘤胃中丙酸浓度显著提升，乙酸/丙酸比值降低，从而减少甲烷的产生。王勇胜（2019）研究发现，日粮添加15%的全棉籽日粮可显著降低中国荷斯坦奶公牛甲烷排放。

1.2 通过饲料添加剂调控甲烷排放甲烷主要由奶牛瘤胃中产甲烷菌产生，添加甲烷菌抑制剂可降低甲烷的产生。杜超（2020）发现，每千克日粮添加2.5 g 丝兰植物粉末可显著降低体外发酵甲烷产量。孙雪丽（2020）发现，在日粮中每天每头添加15 g N-氨甲酰谷氨酸可显著降低荷斯坦公牛甲烷排放量。同样张艺（2020）研究发现，与对照组相比，添加3-硝基丙醇60 mg/kg 可使奶牛甲烷日排放量、甲烷产量和强度分别降低26%、21%和25%。日粮添加红藻提取物、青贮金针菇、干酵母、10%枣粉、5%的海带粉、30 g/d 竹叶提取物、0.50%青蒿提取物（郭善军，2020；苏汉书等，2020；王秋玲等，2019；牛建康，2019；陈晓校，2019；孙福昱，2019；栗明月，2019）等可降低瘤胃产甲烷菌的数量，从而降低瘤胃甲烷排放。

2 国外研究进展

国外有关奶牛甲烷排放的研究时间比较早，且研究的比较全面，从奶牛的日粮结构、饲喂模式、添加剂使用、基因调控等方面作了深入的研究。

2.1 日粮结构日粮不同原料及各原料占比不同会影响奶牛瘤胃的发酵，Wilson（2020）研究发现以菊苣、车前草和白三叶草为主的草场放牧相较于以草科三叶草和豆科三叶草为主的草场甲烷排放显著降低，说明不同类型的原料对瘤胃甲烷代谢的影响不同。研究发现，在以黑麦草和小麦为基础的饲粮中，随着小麦添加量的增加（由3 kg提高到9 kg）显著降低了甲烷排放（Moate 等，2020）。 Arango 等（2020）的研究也证实提高豆类饲料的使用量可显著降低甲烷排放。而Brsting 等（2020）的试验表明，通过糖蜜代替部分小麦会增加甲烷排放。 Tümmler（2020）研究发现给哺乳犊牛增加代乳粉饲喂量可显著减少甲烷排放量。

2.2 饲喂方式 Benchaar （2020）研究发现，每日饲喂次数由多次降低至一次可以减少肠道甲烷排放且能减少能量损失，但对粪中甲烷含量无影响。而Goopy（2020）等研究发现，随着季节性饲草短缺，采食量的不足会导致甲烷排放增多。

2.3 饲料添加剂随着人们对奶牛瘤胃代谢更深入的了解，饲料中使用饲料添加剂不仅提高了牛奶产量和品质，同时还有利于降低甲烷排放。Poteko 等（2020）研究发现，日粮中添加亚麻籽可有效降低甲烷排放。在Olijhoek 等（2019）研究中，日粮添加0、7、14 g 和21 g 不同梯度水平的牛至精油均未降低奶牛的甲烷产量，产生差异的原因可能与添加的油脂类型和其在体内的代谢机制有关，具体机制需要进一步研究。 Belanche 等（2020）的研究发现给奶牛每天每头补存1 g 的阿戈林，连续饲喂四周以上，可降低13%甲烷产量。硝酸盐可与甲烷生成竞争瘤胃中可用的氢，从而降低反刍动物中甲烷的产生。 Moate 等（2020）研究表明，用5 kg 的红葡萄残渣代替5 kg 的黑燕麦可显著降低15%甲烷排放。将25% ～50%狗尾草作为饲喂全混合日粮的奶牛的补充剂，每千克校正乳平均降低20 g 甲烷，主要原因是其降低了奶牛的干物质采食量和产奶量（Civiero 等，2020）。每天800 g 棉籽油和每天400 g 单宁的组合使母牛甲烷的产率降低20%（Williams 等，2020）。同时日粮中添加180 mg 硫胺素（Xue 等，2020）、混合精油（Belanche 等，2020）、三硝基丙醇（Melgar 等，2020）、浓缩单宁（Roca，等2020）可有效降低甲烷排放。 Zhao 等（2020）研究发现臭氧对奶牛甲烷排放有抑制作用。

2.4 基因标记及预测技术近几年，研究发现甲烷生产的基因组有助于减少畜牧生产系统中的甲烷排放，减少奶牛等反刍动物甲烷排放对温室效应的影响。 Jalil（2020）通过使用标记物辅助和基因组选择来代替以往昂贵的测定方法。 Wang（2020）提出的热扩散多层网络方法，以分析影响甲烷排放的微生物模式，从而有助于为降低甲烷排放提供数据支持。 Manzanilla 等（2020）使用常规记录能量校正乳（ECM）、体重（BW）以及基因型信息的多性状分析对甲烷进行多性状基因组预测，比传统的单性状基因组预测具有更高的预测精度。Bannink（2020）通过监控粪便有机质消化率建立模型进行甲烷排放监控。Zhang（2019）通过贝叶斯模型监控宿主基因ABS4 和DNAJC10 内的遗传标记与微生物群之间的关系，以及它们与甲烷排放的宿主遗传学之间的相互作用，宿主基因和遗传标记的鉴定表明，可以设计出具有与表型相关的理想微生物群组成的奶牛育种策略。 Ramayo 等（2020）研究中通过结合16S rRNA 基因和shot 弹枪宏基因组测序来标记荷斯坦奶牛的瘤胃微生物组，可用于奶牛业的目标甲烷减排选择计划。 Richardson 等（2021）以残余甲烷生产为指标，使用SF6 示踪法和电子饲料记录系统对奶牛甲烷含量、干物质摄入量（DMI）和能量校正乳（ECM）进行记录，计算剩余甲烷产量的遗传和表型回归，对DMI 的直接基因组值（DGV）进行常规评估，构建了由剩余采食量的DGV 和体重的估计育种值，有助于通过基因筛选控制后代甲烷的减排。