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为研究饲粮NDF/淀粉比值对荷斯坦公牛育肥性能、瘤胃发酵和甲烷排放的影响，为肉牛饲粮碳水化合物高效利用、开展碳减排提供科学依据。本论文从以下两部分研究:
试验一:利用体外产气法研究饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃甲烷产气量和发酵参数的影响
本试验旨在利用体外产气法研究饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃甲烷产气量和发酵参数的影响。本试验采用单因素试验设计，饲粮NDF/淀粉比值分别为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.3，每个处理5个重复，分析饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃24和48h产气量、甲烷浓度、甲烷产量、干物质消失率(DMD)、pH、挥发性脂肪酸(VFA)、氨态氮(NH3-N)、微生物蛋白(MCP)以及乳酸浓度的影响。结果表明:1）饲粮NDF/淀粉比值为0.8～1.2时，产气量高，甲烷产量低;饲粮NDF/淀粉比值为1.2时，丙酸、总挥发性脂肪酸(TVFA)、MCP浓度最高，24h和48h甲烷产量、乙酸/丙酸(A∶P)最低。2）各饲粮NDF/淀粉比值对产气量、甲烷浓度、甲烷产量、DMD、pH、NH3-N、MCP、乙酸、丙酸、丁酸、TVFA、乳酸浓度、A∶P有显著或极显著影响(P＜0.05或P＜0.01)。3）由线性回归分析可知，饲粮NDF/淀粉比值对24和和48h的甲烷浓度和甲烷产量、丁酸浓度、pH呈极显著正相关关系(P＜0.01)，与24h和48h产气量、DMD、NH3-N、MCP、乳酸浓度呈极显著负相关关系（P＜0.01），与A∶P呈显著正相关关系(P＜0.05)。4)由线性回归分析可知，24h甲烷产量与A∶P呈显著正相关关系（P＜0.05）。48h甲烷产量与24h甲烷产量、48h甲烷浓度呈极显著正相关关系（P＜0.01）。24h甲烷产量、48h甲烷产量、饲粮NDF/淀粉比值与体外参数具有强相关关系，相关系数分别为0.942、0.982、0.975。5)本试验条件下，饲粮NDF/淀粉比值为1.1～1.5体外发酵效果较好。
试验二:饲粮NDF/淀粉比值对荷斯坦公牛育肥性能、瘤胃发酵和甲烷排放的影响
本试验采用单因素试验设计，选取36头体重相近（282±37）kg、健康的荷斯坦奶公牛，随机分为3组，每组12头，分别饲喂饲粮NDF/淀粉比值为1.13（Ⅰ组）、1.38（Ⅱ组）、1.63（Ⅲ组）的全混合饲粮(TMR)，各组能量和粗蛋白质水平基本一致。试验预试期7d，正试期90d。（结果）结果表明:1）Ⅰ组的ADG最高，为1.73kg，比Ⅱ、Ⅲ组分别提高了3.59％、7.45％(P＜0.05);Ⅰ组的料重比最低，分别比Ⅱ、Ⅲ组降低了9.14％、11.37％。2)Ⅰ组血清中谷丙转氨酶活性显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），葡萄糖含量、乙酰辅酶A羧化酶活性显著高于Ⅲ组(P＜0.05)。3)Ⅰ组的NDF表观消化率显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），ADF表观消化率显著高于Ⅲ组(P＜0.05)。4)Ⅰ组乙酸浓度、A∶P显著或极显著低于Ⅱ、Ⅲ组(P＜0.05或P＜0.01);Ⅰ组丙酸、丁酸浓度极显著高于Ⅱ、Ⅲ组(P＜0.01)。Ⅰ组α-淀粉酶活性显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），木聚糖活性显著高于Ⅲ组(P＜0.05);Ⅲ组羧甲基纤维素酶显著或极显著高于Ⅰ、Ⅱ组（P＜0.05或P＜0.01）。5）从Alpha多样性指数可知，随饲粮NDF/淀粉比值的提高瘤胃菌群多样性有所降低(P＜0.01)。从属水平分析，普雷沃氏菌属-1瘤胃细菌中占绝对优势;Ⅲ组普雷沃氏菌属-1高于Ⅰ、Ⅱ组(P＜0.01)，密螺旋体属-2相对丰度高于Ⅰ组（P＜0.05）;Ⅰ组理研菌属RC9gut group、Succiniclasticum、Christensenellaceae R-7group、疣微菌科NK4A214group相对丰度显著或极显著高于Ⅲ组（P＜0.05或P＜0.01）。从Alpha多样性指数可知，直肠菌群Alpha多样性指数与瘤胃多样性指数趋势一致。从科水平分析，疣微菌科在直肠微生物中占绝对优势;Ⅰ组螺旋体科相对丰度高于Ⅱ组（P＜0.01）。Ⅰ组Muribaculaceae、拟杆菌科F082相对丰度显著高于Ⅲ组（P＜0.05）。6）Ⅰ组甲烷产量较Ⅱ、Ⅲ组降低了33.13％、67.89％(P＜0.01)。7)从Alpha多样性上分析发现，随饲粮NDF/淀粉比值的提高瘤胃古菌多样性和古菌丰富度有所提高(P＜0.05或P＜0.01)。从属水平可知，各组甲烷短杆菌属在瘤胃古菌中占绝对优势，其相对丰度在97％以上;Ⅲ组甲烷短杆菌属相对丰度显著高于其他组(P＜0.05)。由Beta多样性和基于功能基因的PCA分析可知，Ⅰ、Ⅱ组样品瘤胃古菌菌群相似度和功能组成比较接近，与Ⅲ组存在差异。由PICRUSt基因预测可知，各组甲烷产生途径存在差异。由定量分析可知，各组间反刍兽甲烷短杆菌有极显著差异(P＜0.01)。8）Ⅰ组每头牛每天的饲料成本、增重成本最低;Ⅰ组的净收益最高25.2元/天/头，分别比Ⅱ、Ⅲ组提高了9.09％、18.09％。
综上所述，本试验条件下，饲粮NDF/淀粉比值为1.13时可显著提高荷斯坦公牛日增重，养分表观消化率，促进瘤胃发酵，改善血液及胃肠道微生态系统，抑制瘤胃古菌多样性，降低反刍兽甲烷杆菌数量，实现甲烷减排。
试验一:利用体外产气法研究饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃甲烷产气量和发酵参数的影响
本试验旨在利用体外产气法研究饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃甲烷产气量和发酵参数的影响。本试验采用单因素试验设计，饲粮NDF/淀粉比值分别为0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2.0、2.2、2.3，每个处理5个重复，分析饲粮NDF/淀粉比值对瘤胃24和48h产气量、甲烷浓度、甲烷产量、干物质消失率(DMD)、pH、挥发性脂肪酸(VFA)、氨态氮(NH3-N)、微生物蛋白(MCP)以及乳酸浓度的影响。结果表明:1）饲粮NDF/淀粉比值为0.8～1.2时，产气量高，甲烷产量低;饲粮NDF/淀粉比值为1.2时，丙酸、总挥发性脂肪酸(TVFA)、MCP浓度最高，24h和48h甲烷产量、乙酸/丙酸(A∶P)最低。2）各饲粮NDF/淀粉比值对产气量、甲烷浓度、甲烷产量、DMD、pH、NH3-N、MCP、乙酸、丙酸、丁酸、TVFA、乳酸浓度、A∶P有显著或极显著影响(P＜0.05或P＜0.01)。3）由线性回归分析可知，饲粮NDF/淀粉比值对24和和48h的甲烷浓度和甲烷产量、丁酸浓度、pH呈极显著正相关关系(P＜0.01)，与24h和48h产气量、DMD、NH3-N、MCP、乳酸浓度呈极显著负相关关系（P＜0.01），与A∶P呈显著正相关关系(P＜0.05)。4)由线性回归分析可知，24h甲烷产量与A∶P呈显著正相关关系（P＜0.05）。48h甲烷产量与24h甲烷产量、48h甲烷浓度呈极显著正相关关系（P＜0.01）。24h甲烷产量、48h甲烷产量、饲粮NDF/淀粉比值与体外参数具有强相关关系，相关系数分别为0.942、0.982、0.975。5)本试验条件下，饲粮NDF/淀粉比值为1.1～1.5体外发酵效果较好。
试验二:饲粮NDF/淀粉比值对荷斯坦公牛育肥性能、瘤胃发酵和甲烷排放的影响
本试验采用单因素试验设计，选取36头体重相近（282±37）kg、健康的荷斯坦奶公牛，随机分为3组，每组12头，分别饲喂饲粮NDF/淀粉比值为1.13（Ⅰ组）、1.38（Ⅱ组）、1.63（Ⅲ组）的全混合饲粮(TMR)，各组能量和粗蛋白质水平基本一致。试验预试期7d，正试期90d。（结果）结果表明:1）Ⅰ组的ADG最高，为1.73kg，比Ⅱ、Ⅲ组分别提高了3.59％、7.45％(P＜0.05);Ⅰ组的料重比最低，分别比Ⅱ、Ⅲ组降低了9.14％、11.37％。2)Ⅰ组血清中谷丙转氨酶活性显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），葡萄糖含量、乙酰辅酶A羧化酶活性显著高于Ⅲ组(P＜0.05)。3)Ⅰ组的NDF表观消化率显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），ADF表观消化率显著高于Ⅲ组(P＜0.05)。4)Ⅰ组乙酸浓度、A∶P显著或极显著低于Ⅱ、Ⅲ组(P＜0.05或P＜0.01);Ⅰ组丙酸、丁酸浓度极显著高于Ⅱ、Ⅲ组(P＜0.01)。Ⅰ组α-淀粉酶活性显著高于Ⅱ、Ⅲ组（P＜0.05），木聚糖活性显著高于Ⅲ组(P＜0.05);Ⅲ组羧甲基纤维素酶显著或极显著高于Ⅰ、Ⅱ组（P＜0.05或P＜0.01）。5）从Alpha多样性指数可知，随饲粮NDF/淀粉比值的提高瘤胃菌群多样性有所降低(P＜0.01)。从属水平分析，普雷沃氏菌属-1瘤胃细菌中占绝对优势;Ⅲ组普雷沃氏菌属-1高于Ⅰ、Ⅱ组(P＜0.01)，密螺旋体属-2相对丰度高于Ⅰ组（P＜0.05）;Ⅰ组理研菌属RC9gut group、Succiniclasticum、Christensenellaceae R-7group、疣微菌科NK4A214group相对丰度显著或极显著高于Ⅲ组（P＜0.05或P＜0.01）。从Alpha多样性指数可知，直肠菌群Alpha多样性指数与瘤胃多样性指数趋势一致。从科水平分析，疣微菌科在直肠微生物中占绝对优势;Ⅰ组螺旋体科相对丰度高于Ⅱ组（P＜0.01）。Ⅰ组Muribaculaceae、拟杆菌科F082相对丰度显著高于Ⅲ组（P＜0.05）。6）Ⅰ组甲烷产量较Ⅱ、Ⅲ组降低了33.13％、67.89％(P＜0.01)。7)从Alpha多样性上分析发现，随饲粮NDF/淀粉比值的提高瘤胃古菌多样性和古菌丰富度有所提高(P＜0.05或P＜0.01)。从属水平可知，各组甲烷短杆菌属在瘤胃古菌中占绝对优势，其相对丰度在97％以上;Ⅲ组甲烷短杆菌属相对丰度显著高于其他组(P＜0.05)。由Beta多样性和基于功能基因的PCA分析可知，Ⅰ、Ⅱ组样品瘤胃古菌菌群相似度和功能组成比较接近，与Ⅲ组存在差异。由PICRUSt基因预测可知，各组甲烷产生途径存在差异。由定量分析可知，各组间反刍兽甲烷短杆菌有极显著差异(P＜0.01)。8）Ⅰ组每头牛每天的饲料成本、增重成本最低;Ⅰ组的净收益最高25.2元/天/头，分别比Ⅱ、Ⅲ组提高了9.09％、18.09％。
综上所述，本试验条件下，饲粮NDF/淀粉比值为1.13时可显著提高荷斯坦公牛日增重，养分表观消化率，促进瘤胃发酵，改善血液及胃肠道微生态系统，抑制瘤胃古菌多样性，降低反刍兽甲烷杆菌数量，实现甲烷减排。