用于调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的组合物及其用途的制作方法

1.本公开涉及饲料配方技术领域，尤其涉及一种用于调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的组合物及其用途。


背景技术：

2.温室效应是一个亟待解决的全球性问题。反刍动物每年造成约5.6
‑
7.5亿吨二氧化碳当量的温室气体(ghg)。甲烷(ch4)作为反刍动物瘤胃碳水化合物消化发酵的副产品，约占全球大气中ch4累积量的12％至17％(包括自然和人为来源)。反刍动物瘤胃ch4排放不仅加剧了全球温室效应，还造成饲料能量的浪费，占饲料总能量摄入的2％
‑
12％。
3.传统的降低反刍动物ch4排放的方法，效果不够好，对饲料能量的利用率不够高。因此，亟需新的解决方法。
4.公开内容
5.有鉴于此，本公开的目的在于提出一种用于调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的组合物及其用途。
6.基于上述目的，本公开提供了一种用于调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的组合物，所述组合物由3
‑
硝基丙醇和维生素b
12
组成。
7.在一些实施例中，所述组合物由以下重量份的物质组成：3
‑
硝基丙醇0.25～1mg和维生素b
12 0.25～1mg。
8.在一些实施例中，所述组合物由以下重量份的物质组成：3
‑
硝基丙醇0.4～0.85mg和维生素b
12 0.4～0.85mg。
9.在一些实施例中，所述组合物由以下重量份的物质组成：3
‑
硝基丙醇0.5mg和维生素b
12 0.5mg。
10.本公开实施例还提供前述任一项所述的组合物在制备用于调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的饲料添加剂中的用途。
11.在一些实施例中，所述反刍动物为奶牛。
12.在一些实施例中，所述改善反刍动物瘤胃发酵体现为增加丙酸的产量，减小甲烷、乙酸和总气体产量的产量。
13.在一些实施例中，所述饲料添加剂包含如前任一项所述的组合物。
14.本公开实施例还提供一种饲料，所述饲料包含如前所述的饲料添加剂和基础饲料，在所述基础饲料中所述维生素b
12
的添加量为0.5～2mg/g干物质；所述3
‑
硝基丙醇的添加量为0.5～2mg/g干物质。
15.在一些实施例中，所述基础饲料包括玉米青贮饲料、苜蓿干草、蒸汽玉米片、豆粕、棉粕、甜菜粕、可溶性酒糟、矿物质和维生素。
[0016]3‑
硝基丙醇(3
‑
nop，3
‑
nitropropanol)，cas登录号为25182
‑
84
‑
7，化学式为c3h7no3。是一种分子结构类似于甲基辅酶m的合成化合物，通过靶向甲基辅酶m还原酶(mcr)的活性位点，可以特异性抑制瘤胃ch4的产生。3
‑
nop在抑制瘤胃ch4排放方面具有很大的潜
力和应用价值，并且有研究证实3
‑
nop没有生物毒性，可以在不损害动物生产性能和健康的情况下持续减少ch4的产生。
[0017]
维生素b
12
(vitamin b
12
)，又称钴胺素，cas登录号为68
‑
19
‑
9，化学式为c
63
h
88
con
14
o
14
p。是参与琥珀酸途径中丙酸盐形成的丙酰
‑
coa转移酶的必要因素，琥珀酸盐在瘤胃普雷沃氏菌(prevotella ruminicola)的vb
12
缺乏培养物中积累。
[0018]
本公开首创性地将3
‑
硝基丙醇与维生素b
12
组合，形成一类新的具有调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的组合物。申请人发现上述两种具有不同作用机理的成分之间具有相互协同作用，能够减少反刍动物瘤胃内甲烷的产生，并将没有用于甲烷合成的氢向产甲烷菌的种间转移，将积累的氢添加到对反刍动物具有营养价值的代谢过程丙酸盐的产生中。使氢从甲烷的生成转移到丙酸的生成，可以在避免发酵抑制的同时最小化反刍产气中可消化能量的损失，使反刍动物获得更多的能量，同时减少饲料能量的浪费。该组合物在试验中表现出了较好的调控反刍动物瘤胃发酵气体产量的作用，成本低、原料易得，易于推广应用。
具体实施方式
[0019]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
[0020]
需要说明的是，除非另外定义，本公开实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
[0021]
任何不采取组合物的形式但分别取各原料依据本公开记载的用量共同用于反刍动物瘤胃发酵的情形也属于本公开保护的内容。
[0022]
申请人在长期的反刍动物的温室效应的研究中发现，虽然3
‑
nop能有效减少反刍动物瘤胃内ch4的产生和排放，但同时瘤胃内h2产量的大幅增加也是一个不容忽视的问题。在以60mg/kg干物质将3
‑
nop混入tmr(total mixed rations)全混合日粮中饲喂高产奶牛的日ch4排放量减少了26％，h2排放量增加了6倍。未添加3
‑
nop的对照组与添加3
‑
nop的处理组的ch4排放差值为162g/天，以mol计算，意味着添加3
‑
nop的处理组中约40.7gh2没有用于ch4合成(1mol ch4需要4mol h2)。而添加3
‑
nop的处理组的h2的平均日排放量为1.27g。可见，添加3
‑
nop的处理组中不用于ch4合成的代谢氢的含量明显高于h2的平均日排放量。
[0023]
申请人认为不用于ch4合成的代谢氢([h])不随气体排出，而是以液相的形式在瘤胃中积累。瘤胃中[h]的积累会抑制还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸的氧化，导致乳酸等还原性发酵产物的积累，从而阻碍粗饲料的消化和有益微生物的生长繁殖。因此，如何保证ch4产量减少，而h2不会积累，是调控反刍动物ch4产量时需要考虑的一个重要因素。
[0024]
申请人认为，在瘤胃中，[h]的作用除了产生ch4，还有其他重要的利用途径，如丙酸盐的产生。琥珀酸途径是瘤胃中丙酸产生的主要途径，涉及丙酸形成细菌，如乳酸产生细菌(牛链球菌)、乳酸利用细菌(硒酸单胞菌)、延胡索酸还原细菌(琥珀酸单胞菌)、琥珀酸产生细菌(琥珀酸纤维杆菌)和琥珀酸利用细菌(硒酸单胞菌)，能够通过利用h2作为二羧酸(包括富马酸盐、苹果酸盐和天冬氨酸盐)的电子供体，或利用h2将丙酸形成细菌的代谢物还原为丙酸盐。维生素b
12
(vb
12
)是参与琥珀酸途径中丙酸盐形成的丙酰
‑
coa转移酶的必要因素。
[0025]
本公开通过选用3
‑
硝基丙醇与维生素b
12
的组合物，形成一类新的具有调控反刍动
物瘤胃发酵气体产量的组合物，使3
‑
硝基丙醇与维生素b
12
相互协同作用，减少反刍动物瘤胃内甲烷的产生，同时将没有用于甲烷合成的氢气向产甲烷菌的种间转移，将积累的氢添加到对反刍动物具有营养价值的代谢过程丙酸盐的产生中。从而使氢从甲烷的生成转移到丙酸的生成，可以在抑制甲烷排放的同时最小化反刍产气中可消化能量的损失，使反刍动物获得更多的能量，同时减少饲料能量的浪费。降低反刍动物ch4排放的效果和对饲料能量的利用率的效果优于传统的方法，该组合物在试验中表现出了较好的改善反刍动物瘤胃发酵的作用，成本低、原料易得，易于推广应用。
[0026]
实施例1
[0027]
本实施例中的组合物包括以下重量的各物质：3
‑
硝基丙醇0.25mg，维生素b
12 0.25mg。
[0028]
实施例2
[0029]
本实施例中的组合物包括以下重量的各物质：3
‑
硝基丙醇1mg，维生素b
12 1mg。
[0030]
实施例3
[0031]
本实施例中的组合物包括以下重量的各物质：3
‑
硝基丙醇0.5mg，维生素b
12
0.5mg。
[0032]
实施例4
[0033]
准备基础饲料tmr，包含玉米青贮饲料、18.59％的苜蓿干草、26.02％的蒸汽玉米片、7.43％的豆粕、7.43％的棉粕、5.58％的甜菜粕、7.43％的可溶性酒糟、1.86％的矿物质和维生素。
[0034]
按照维生素b
12
的添加量为1mg/g干物质；3
‑
硝基丙醇的添加量为1mg/g干物质，与基础饲料混合。
[0035]
试验例
[0036]
材料：
[0037]3‑
硝基丙醇，购于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。
[0038]
维生素b
12
,购于北京索莱宝科技有限公司有限公司。
[0039]
全混合日粮(tmr)，自制，其中含有25.65％的玉米青贮饲料、18.59％的苜蓿干草、26.02％的蒸汽玉米片、7.43％的豆粕、7.43％的棉粕、5.58％的甜菜粕、7.43％的可溶性酒糟、1.86％的矿物质和维生素。
[0040]
缓冲溶液，自制，每升缓冲液含8.75g nahco3，1.00g nh4hco3，1.43g na2hpo4，1.55g kh2po4，0.15g mgso4·
7h2o，0.52g na2s，0.017g cacl
·
2h2o，0.015g mncl2·
4h2o，0.002g cocl
·
6h2o,0.012g fecl3·
6h2o和1.25mg刃天青。
[0041]
动物：
[0042]
带有瘤胃瘘管的泌乳荷斯坦奶牛。
[0043]
环境条件：
[0044]
温度22
‑
24℃，湿度52
‑
58％。
[0045]
方法：
[0046]
将三头带有瘤胃瘘管的泌乳荷斯坦奶牛，在试验环境条件下常规饲喂，供体奶牛随意采食。晨饲后约2小时从三头供体牛收集瘤胃液，等体积收集在预热的保温瓶中。
[0047]
瘤胃液通过两层纱布过滤，然后与缓冲溶液(1:2v/v)混合以制备接种物。用co2连续冲洗接种物，并在39℃水浴中持续搅拌，直到开始体外培养。饲喂给供体奶牛的tmr在55
℃下烘干48小时，并研磨以通过1mm筛作为发酵底物。
[0048]
将发酵底物设置为4个组，对照1、对照组2、对照组3及试验组。对照组1在前述所得发酵底物中3
‑
硝基丙醇和维生素b
12
的添加量均为0.对照组2在前述所得发酵底物中添加1.0mg/g干物质的维生素b
12
(即添加量为0.5mg).对照组3在前述所得发酵底物中添加1.0mg/g干物质的3
‑
硝基丙醇(即添加量为0.5mg).试验组在前述所得发酵底物中添加1.0mg/g干物质的维生素b
12
(即添加量为0.5mg)和1.0mg/g干物质的3
‑
硝基丙醇(即添加量为0.5mg)。
[0049]
分别在每个120毫升血清瓶中准确称量0.5g对照1、对照组2、对照组3及试验组的发酵底物，并在用co2连续冲洗的情况下注射75毫升接种物。血清瓶用丁基橡胶塞和卷曲的铝制密封件封闭。气囊被抽真空，并与每个血清瓶相连，以在培养过程中收集气体。将所有血清瓶转移至发酵箱中，在39℃下以60转/分的速度水平摇动24小时，进行体外培养。体外培养24小时后，将所有血清瓶置于冰水中以终止发酵，然后收集样品进行分析。
[0050]
体外培养在3个不同的日期重复进行，总共进行3次实验，每次实验中每次处理重复4次(即对照1、对照组2、对照组3及试验组分别重复4次)，并设置空白对照。空白对照为血清瓶中无发酵底物仅添加75毫升接种物，用于在每次试验中校正分析物。也即，每次实验包括20个样品:4个处理
×
4个重复和4个仅含接种物的空白对照。
[0051]
试验结果用表1表示。
[0052]
表1组合物对反刍动物瘤胃发酵的影响
[0053][0054]
结果：
[0055]
ph：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，ph由6.55升至6.56；添加3
‑
nop(也即对照组3)，ph由6.55升至6.57；添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)，ph由6.55升至6.58。
[0056]
总产气量：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，总产气量由由143.3ml降至139.5ml；添加3
‑
nop(也即对照组3)，gp(总产气量)由143.3ml降至135.9ml；添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)，gp进一步降低到134.6ml。
[0057]
ch4产量：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，ch4产量从8.15ml降低到7.41ml(9.08％)；添加3
‑
nop(也即对照组3)，ch4产量从8.15ml降低到7.41ml(9.08％)；添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)ch4产量进一步降低至7.17ml(12.02％)。
[0058]
乙酸产量及比例：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，乙酸产量从67.63mol/l降至66.70mol/l，乙酸所占总挥发性脂肪酸比例从63.10％降至62.86％；添加3
‑
nop(也即对照组3)，乙酸产量从67.63mol/l降至65.87mol/l，乙酸所占总挥发性脂肪酸比例从63.10％降至62.65％；添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)，乙酸产量从67.63mol/l降至65.36mol/l，所占总挥发性脂肪酸比例从63.10％降至62.43％。
[0059]
丙酸产量及比例：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，丙酸产量从21.60mol/l升高到22.08mol/l，丙酸所占总挥发性脂肪酸比例从20.17％升高到20.81％；添加3
‑
nop(也即对照组3)，丙酸产量从21.60mol/l升高到22.15mol/l，乙酸所占总挥发性脂肪酸比例从20.17％升高到21.04％；添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)时，丙酸产量从21.60mol/l升高到22.43mol/l，所占总挥发性脂肪酸比例从20.17％升高到21.42％。
[0060]
乙酸/丙酸比例：与对照组1相比，添加vb
12
(也即对照组2)，乙酸/丙酸比例由3.13降低到3.02；添加3
‑
nop(也即对照组3)，乙酸/丙酸比例由3.13降低到2.98，添加3
‑
nop vb
12
(也即试验组)时，乙酸/丙酸比例进一步降低到2.92。
[0061]
本公开试验组能减小甲烷、乙酸和总气体产量的产量，增加丙酸的产量。试验组效果明显好于对照组1、对照组2和对照组3。
[0062]
结果说明：本公开的包含3
‑
硝基丙醇和维生素的组合物能改变瘤胃的发酵类型，显著提高丙酸的产量同时显著降低乙酸的产量，总气体产量以及甲烷产量均有明显的降低。并且，对于甲烷产量的降低、乙酸产量的降低和总气体产量的降低方面，以及对于丙酸产量的增加方面相较于单独添加3
‑
硝基丙醇和单独添加维生素的效果更为明显，值得推广。
[0063]
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本公开的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
[0064]
本公开的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。