摘要: 牦牛（Bos grunniens）是青藏高原生态屏障的“守护者”、藏族文化的“传承者”以及牧民生产和生活的“奉献者”。长期以来，在传统放牧饲养管理模式下，随着牧草暖冷季盈缺供给所导致的营养摄入变化，牦牛增重随之呈现增减切换，导致生产和生态层面上损失严... 展开 牦牛（Bos grunniens）是青藏高原生态屏障的“守护者”、藏族文化的“传承者”以及牧民生产和生活的“奉献者”。长期以来，在传统放牧饲养管理模式下，随着牧草暖冷季盈缺供给所导致的营养摄入变化，牦牛增重随之呈现增减切换，导致生产和生态层面上损失严重。冷季牦牛体重负增长是制约牦牛产业发展的瓶颈问题，亦是践行“两山”理论和实现“乡村振兴”目标带来实质性挑战。瘤胃作为反刍动物主要的消化器官，其内部栖息着大量的微生物菌群，为机体提供了 70％-80％的能量需求和小肠吸收氨基酸总量的 60％-85％；同样尿素循环为机体生命活动提供了最基本的氮素营养保障。 本团队前期研究结果发现，与低海拔黄牛相比，牦牛在应对日粮能量水平不变，而蛋白水平变化时或者能氮协同变化时，表现出高效纤维利用和尿素循环效率以及低甲烷排放等营养生态适应性特征。为了全面了解牦牛对日粮能氮营养的利用和瘤胃生态特征，本研究从日粮蛋白水平不变，而能量水平不同的角度，系统解析牦牛机体能氮利用效率对日粮能量水平的响应机制。以期为充分合理利用天然草地资源，改善和升级传统牦牛饲养管理系统提高理论支撑和技术指导。 基于此，本研究以天祝白牦牛为试验对象（2.5岁去势公牛），青藏高原本地黄牛（Bos taurus，柴达木黄牛；2.5岁去势公牛）为对照，通过模拟冷季牧草粗蛋白平均水平（74 g/kg），配制代谢能（ME）为6.62、8.02、9.42和10.80 MJ/kg DM的4种试验日粮，应用体外（in vitro）模拟瘤胃发酵法和体内（in vivo）消化代谢法、氮同位素（15N）示踪技术及微生物16S RNA测序技术，系统研究了牦牛能氮利用效率和瘤胃细菌组成对日粮能量水平的响应机制。试验设计如下： （1）体外法：牦牛（n=4；体重：148 ±5.0 kg）和黄牛（n=4；体重：151 ± 6.9 kg）瘤胃液接种不同能量水平底物时，对产气量、甲烷产量、发酵参数及细菌组成的影响。试验为随机区组设计，于2019年7月-8月开展。 （2）体内法：牦牛（n=6；体重：155 ±5.8 kg）和黄牛（n=6；体重：154 ±8.0 kg）对日粮能氮利用效率、尿素循环（15N）、瘤胃发酵参数及其细菌（16S RNA）组成的影响。试验为拉丁方试验设计，于2019年10月至2020年4月开展。体外试验和体内试验均在甘肃省武威市天祝藏族自治县兰州大学乌鞘岭牦牛试验站进行。主要研究结果如下： 1. 牦牛较黄牛具有较高的纤维利用效率以及低甲烷生成能力 牦牛瘤胃液接种组底物中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）降解率、总挥发性脂肪酸（TVFAs）和乙酸占TVFAs的比例均显著高于黄牛（Plt;0.05），这与牦牛瘤胃液中具有较强的纤维分解菌，如 Rikenellaceae_RC9_gut_group （11.83%vs 9.25%）和Butyrivibrio属（1.24%vs 0.64%）有关（Plt;0.05）；牦牛瘤胃液接种组甲烷产量显著低于黄牛（Plt;0.05），这与牦牛瘤胃液中具有较多的氢[2H]利用菌，如 Quinella 属（0.77% vs 0.28%）以及较低的氢[2H]生成细菌（Lachnospiraceae_NK3A20_group属(0.75%vs 4.38%)和Ruminococcus属（0.45%vs 0.72%）有关（Plt;0.05）；牦牛瘤胃液接种组丙酸占TVFAs的比例显著低于黄牛（Plt;0.05），这与牦牛瘤胃液中淀粉分解菌（如Selenomonas，Alloprevotella， Candidatus_Saccharim-onas和Succiniclasticum）相对丰度显著低于黄牛有关（Plt;0.05）。 2. 牦牛较本地黄牛具有更高日增重和能量转化效率 牦牛平均日增重（ADG）显著高于黄牛（186 vs-207 g/d；Plt;0.05），两者ADG均随着日粮能量水平的增加而线性增加（Plt;0.05）。根据ADG对ME摄入量的回归方程得到了牦牛的维持代谢能显著低于黄牛（ 0.43 vs 0.57 MJ kg-1 BW-0.75 d-1；Plt;0.05）。牦牛日粮NDF（483 vs 462 g/kg）和ADF（434 vs 398 g/kg）表观消化率、代谢能（DE）占总能比例（60.4%vs 57.6%）和ME与DE比例（88.9%vs 81.8%）、瘤胃液TVFAs产量（70.0 vs 66.7 mmol/L）、血清瘦素浓度（18.1 vs 15.7 ng/mL）和生长激素浓度（15.0 vs 12.9 ng/mL）均显著高于黄牛（Plt;0.05）。随着日粮能量水平的增加，日粮DM、有机物、粗蛋白和粗脂肪全消化道表观消化率、能量转化效率、瘤胃液 TVFAs 浓度、血清胰岛素和生长激素浓度均线性增加（Plt;0.05），而NDF和ADF全消化道表观消化率线性降低（Plt;0.05）。 3. 牦牛较本地黄牛具有更高的氮沉积效率 牦牛氮沉积量显著高于黄牛（0.81 vs-0.05 g/d；Plt;0.05），随着日粮能量水平的增加而线性增加（Plt;0.05）；尿液氨态氮排出量占总氮摄入量的比例低于黄牛（1.13%vs 1.36%；Plt;0.05）；可消化氮摄入量随着日粮能量水平的增加而线性增加（Plt;0.05），而粪氮、尿氮排出量和尿液尿素氮占总氮摄入量的比例随着日粮能量水平的增加而线性降低（Plt;0.05）；牦牛粪氮和尿氮排出量具有低于黄牛的趋势（0.05≤Plt;0.10），而牦牛和黄牛尿液尿素氮占总氮摄入量的比例无显著差异（Pgt;0.10）。 4. 牦牛较本地黄牛具有更高的尿素循环效率 牦牛肝脏尿素合成量（UER，39.4 vs 36.7 g/d）、进入消化道的尿素氮（GER， 33.2 vs 29.9 g/d）、返回肝脏重新进入尿素循环的尿素氮（ROC，14.8 vs 10.4 g/d）以及通过瘤胃壁进入消化道的尿素氮（30.0 vs 27.0 g/d）、ROC:GER（0.45 vs 0.35）均显著高于黄牛（Plt;0.05），而粪中尿素氮排出量（0.37 vs 0.48 g/d）、UFE:GER （0.011 vs 0.016）和UUA:GER（0.54 vs 0.64）显著低于黄牛（Plt;0.05）；UER、GER和ROC均随着日粮能量水平的增加而线性降低（P lt; 0.05）；ROC:GER、UFE:GER 和 UUA:GER 均不受日粮能量水平及其与物种的交互作用影响（P ≥0.10）。 5. 牦牛较本地黄牛具有更高的微生物蛋白产量及微生物捕获循环尿素的能力 牦牛瘤胃微生物蛋白产量（25.2 vs 20.0 g/d）及合成速率（19.9 vs 18.3 g/d）、瘤胃微生物蛋白来自循环尿素的量（3.78 vs 2.90 g/d）、微生物所捕获的循环尿素量占UER和GER的比例（9.75%vs 7.79%；11.65%vs 9.65%）均显著高于黄牛（Plt;0.05）。微生物蛋白产量及合成速率、瘤胃微生物蛋白来自循环尿素的量、微生物所捕获的循环尿素量占UER和GER的比例随着日粮能量水平的增加而线性增加（Plt;0.05）。 6. 牦牛与黄牛体内瘤胃细菌组成 牦牛和黄牛瘤胃细菌优势菌门均为 Bacteroidetes （ 49.5% vs 49.0%）和Firmicutes（42.3%vs 45.7%），优势菌属均为Prevotella（平均值：17.8%vs 18.8%）和Rikenellaceae_RC9_gut_group（16.4%vs 15.4%）。牦牛瘤胃液中纤维素分解菌，如Rikenellaceae_RC9_gut_group属，显著高于黄牛（Plt;0.05）；牦牛瘤胃液中氢[2H]利用菌，如Quinella属（1.08%vs 0.01%），显著高于黄牛（Plt;0.05）。 综上所述，本研究揭示了牦牛适应青藏高原之能量胁迫的营养学与微生物相关机制。牦牛和黄牛在面对能量变化时能氮利用效率表现出相似的响应特征；通过舍饲模拟冷季牧草粗蛋白平均水平，与黄牛相比，牦牛机体营养代谢与利用特征：（1）具有高效的能量转化效率以及较低的能量维持需要量；（2）具有高效的尿素合成以及重吸收利用能力和较高微生物蛋白合成以及微生物捕获循环尿素的能力；（3）瘤胃细菌中具有较强的纤维分解菌、氢[2H]利用菌以及较低的氢[2H]生成菌等细菌区系。本研究通过体内法与体外法相结合，在宏观（表型）和微观（细菌和尿素循环）的维度，以舍饲模拟冷季牦牛放牧实际情况，揭示了牦牛对青藏高原营养胁迫的适应性基础，为放牧牦牛科学动态补饲及其产业升级与转型提供了有力的数据支撑和实践指导。 收起