高氨胁迫对体外瘤胃发酵的影响开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

反刍动物有一个复杂的消化道微生物群落，特别是瘤胃内，每毫升瘤胃液中包含约10¹⁰个细菌、10⁷个古细菌、10⁸个原虫和10³个真菌，不同种类微生物的丰度和组成不同，构成了一个复杂的共生厌氧生态环境，参与反刍动物机体日粮的消化、营养物质的吸收、能量的供应、必需维生素的生成、胃肠道稳态的维持等重要生理过程，对反刍动物的维持、生长、免疫功能和生产效率至关重要^[1]。大量瘤胃微生物的存在使反刍动物营养物质的消化吸收利用也有很大的不同，不同的饲料组合进入到瘤胃的营养物质的种类或含量也不同，进而会造成瘤胃发酵类型的改变^[2]。比如，蛋白质饲料会在反刍动物瘤胃内降解为氨基酸，通过瘤胃微生物介导进行脱氨产生氨，而非蛋白氮则在瘤胃微生物产生的脲酶作用下水解成氨和二氧化碳，同时发酵过程产生的氨氮、氨基酸和多肽又可被微生物再利用重新合成微生物蛋白质（MCP），从而被动物机体利用^[3]。前人在1891年首次发现反刍动物饲养过程中可以用非蛋白氮（NPN）代替日粮中的粗蛋白，非蛋白氮饲料作为反刍动物添加剂就已经受到广泛的关注^[4,5]，因其经济性和有效性被广泛应用。在反刍动物代谢中，非蛋白氮物质被瘤胃微生物产生的脲酶快速水解产生的氨，以及氨基酸通过微生物脱氨产生的氨^[6]，都会被微生物再利用，但是由于含氮日粮的配比以及反刍动物的健康状况等因素会影响氨产生速率以及微生物利用氨的速率，从而造成瘤胃内的氨浓度波动，改变瘤胃内环境，影响瘤胃的发酵功能，从而影响到反刍动物的生产利用效率，造成经济损失。

我国蛋白质饲料资源不足与现代畜牧业飞速发展产生的矛盾以及非蛋白氮的经济有效性使得在反刍动物日粮中采用非蛋白氮饲料部分代替蛋白质饲料进行饲养逐渐成为主流方向，但是由于非蛋白氮在瘤胃内释放氨的速度过快，在生产使用过程中时常造成反刍动物氨中毒现象，而我国对于各类反刍动物日粮中非蛋白氮的添加量也尚未有一个统一的标准^[7]，这就造成由于反刍动物饲养时由于饲喂的日粮配比不同，影响到瘤胃发酵功能以及反刍动物生产利用效率。

在反刍动物生产过程中，进入瘤胃中的尿素越高，脲酶活性就越高，在瘤胃中释放的氨越多，这是因为尿素是脲酶的诱导物，而瘤胃中释放的氨溶于水则呈碱性，造成瘤胃液pH升高^[8]。瘤胃液pH值是反映瘤胃发酵状态的一个重要指标，正常成年反刍动物瘤胃pH维持在6~7之间，pH低于6.0时将严重抑制日粮纤维的消化^[9]。还有研究表明随着日粮天然蛋白含量和日粮中非蛋白氮用量的增加，会使瘤胃中NH₃-N的浓度和pH升高，同时使非蛋白氮利用率降低^[10]。在反刍动物饲料中进行1%的缓释尿素添加能够显著提高底物降解率和发酵液挥发性脂肪酸含量，并显著降低甲烷产量，减少温室气体排放^[7]，这表明当尿素的氨释放速度减慢时，反刍动物对其的利用效果很好。但是当反刍动物日粮的粗蛋白含量达到需要量时，添加尿素无效，因为瘤胃微生物在氨浓度大于50~80mg/L时不能有效利用尿素^[11]。除了常用的尿素，还有氯化铵可以作为反刍动物饲粮添加剂来使用，有实验表明氯化铵进入瘤胃后会迅速分解为NH₄ ，释放H 降低瘤胃pH，随着氯化铵灌注或添加量增加pH呈线性降低，异丁酸浓度呈线性降低，其他挥发性脂肪酸未有显著变化，干物质、有机物、粗蛋白质、中性洗涤纤维及粗脂肪表观消化率呈线性增加^[12,13]。从前人的试验来看，氯化铵以及尿素等非蛋白氮都在反刍动物日粮替代蛋白质饲料中应用广泛，同时效果也很好，但是对于相应的非蛋白氮进入瘤胃产生的氨浓度为变量探究其对反刍动物瘤胃发酵的影响的研究不多，因此，本试验在前人基础上，利用体外静态模拟瘤胃发酵法，选用氯化铵和尿素作为添加剂调控氨浓度，通过测定瘤胃发酵参数及其功能菌定量，探究不同氨浓度对瘤胃体外发酵功能及其微生物菌群结构的影响，以期为今后氨浓度影响瘤胃发酵提供进一步的相应科学依据，缓解高氨对反刍动物瘤胃的影响，同时更好地利用非蛋白氮资源，进一步提高反刍动物的氨利用率。

2. 研究的基本内容和问题

在本试验过程中，若添加过多的尿素或者氯化铵会造成瘤胃氨的量大幅度增加，当氨浓度大于50~80mg/L时，瘤胃微生物来不及有效利用氨，在试验中造成尿素或氯化铵的浪费，在生产实践中则造成动物机体氨中毒甚至死亡，所以在进行正式试验之前，要先进行预试验，探究尿素与氯化铵的添加范围；明确两种氮源造成不同氨浓度对瘤胃发酵参数和功能菌的影响。

3. 研究的方法与方案

研究方法：

采用双因素多水平试验设计，利用体外静态模拟瘤胃发酵法，设1个空白对照组，8个试验组，空白对照组不添加任何添加剂，对照组以低蛋白日粮（cp：11%）做底物；试验组在低蛋白基础上分为氯化铵处理（0mg、42.8mg、171.2mg、684.8mg）和尿素处理（0mg、24mg、96mg、384mg）各四个组，每个处理4个重复。

技术路线：

4. 研究创新点

本试验采用体外发酵，相对于活体动物实验具有操作简单、方便可行、节省成本等优势，不需要很多试验动物，只需供体瘤胃液的动物，在体外模拟活体消化过程得出的结论能够为日后进行动物实验提供参考。

5. 研究计划与进展

研究计划：

2019年3月——2019年4月 查阅文献，确立课题，完善试验计划。

2019年5月——2019年6月 撰写文献综述。