The acute effects of rumen pulse-dosing of hydrogen acceptors during methane inhibition with nitrate or 3-nitrooxypropanol in dairy cows  

奶牛使用硝酸鹽或3-硝基氧丙醇抑制甲烷期間瘤胃脈沖投加氫受體的急性效應  

來源：Journal of Dairy Science, Volume 107, Pages 5681-5698,

《乳品科學雜志》第107卷，第5681-5698頁

 

摘要內容：  

本研究通過兩個獨立實驗（硝酸鹽與3-硝基氧丙醇（3-NOP）作為甲烷抑制劑），評估了脈沖投加氫受體（富馬酸、丙烯酸、間苯三酚）對奶牛瘤胃氫氣（H?）再分配和發(fā)酵特性的急性影響。實驗采用4×4拉丁方設計，測量了氣體排放（呼吸室）、瘤胃氣體組成及揮發(fā)性脂肪酸（VFA）變化。結果顯示：  

丙烯酸顯著降低干物質采食量（DMI），而富馬酸和間苯三酚無影響。  

 

富馬酸和丙烯酸在3-NOP處理中顯著增加瘤胃丙酸比例（最高+5.2%），但對H?排放無持續(xù)影響。  

 

溶解H?與排放H?相關性弱（r=0.41），表明排放H?不能準確反映瘤胃液相H?濃度。  

 

間苯三酚未改變瘤胃乙酸或H?指標，但增加瘤胃甲醇濃度2.2倍。  

 

研究目的：  

驗證在甲烷（CH?）抑制條件下（硝酸鹽或3-NOP），脈沖投加氫受體能否有效捕獲過剩H?，轉化為丙酸或乙酸，從而優(yōu)化瘤胃發(fā)酵并減少H?排放。  

 

研究思路：  

雙實驗設計：  

 

實驗1：硝酸鹽（15 g/kg DM）為基礎抑制劑，投加富馬酸（FUM-1）、丙烯酸（ACR-1）、混合酸（FUM+ACR-1）或對照（CON-1）。  

 

實驗2：3-NOP（60 mg/kg DM）為基礎抑制劑，投加富馬酸（FUM-2）、丙烯酸（ACR-2）、間苯三酚（PHL-2）或對照（CON-2）。  

脈沖投加：氫受體每日兩次經(jīng)瘤胃瘺管投加，同步監(jiān)測投加后0-7小時動態(tài)變化。  

 

多維度測量：  

 

氣體排放：呼吸室連續(xù)監(jiān)測CH?、H?、CO?。  

 

瘤胃參數(shù)：VFA組成、溶解氣體（Unisense電極）、頭空間氣體、有機酸及醇類。  

 

血液指標：血漿醇類濃度。  

 

測量數(shù)據(jù)及研究意義：  

氣體排放（表2，圖1）  

 

 

數(shù)據(jù)：丙烯酸（ACR-1/2）降低CO?產(chǎn)量（實驗1：-11%，實驗2：-24%），富馬酸（FUM-2）降低H?排放率（投喂后1小時，-38%）。  

 

意義：證實丙烯酸抑制發(fā)酵活性，富馬酸短期促進H?利用。  

瘤胃VFA（表3，表4，圖2）  

 

 

 

數(shù)據(jù)：富馬酸和丙烯酸增加丙酸比例（FUM-2：+3.2%，ACR-2：+5.0%），降低丁酸（ACR-2：-2.9%）。  

 

意義：H?受體將過剩電子導向丙酸合成，提升能量利用效率。  

溶解氣體（圖3）  

 

數(shù)據(jù)：溶解CH?與排放CH?強相關（r=0.84），溶解H?與排放H?相關性弱（r=0.41）。  

 

意義：排放H?不能真實反映瘤胃H?濃度，需直接測量溶解相（Unisense電極）。  

瘤胃醇類（表4）  

 

數(shù)據(jù)：間苯三酚（PHL-2）增加瘤胃甲醇濃度2.2倍，血漿甲醇濃度3.9倍。  

 

意義：間苯三酚代謝可能產(chǎn)生甲醇副產(chǎn)物，需關注潛在毒性。  

 

結論：  

H?再分配有效性：富馬酸和丙烯酸可短期將H?導向丙酸合成（3-NOP組效果更佳），但未持續(xù)降低H?排放。  

 

監(jiān)測方法局限：排放H?與瘤胃溶解H?相關性弱（r=0.28），氣相監(jiān)測可能低估實際H?代謝變化。  

 

抑制劑差異：3-NOP比硝酸鹽更利于H?受體發(fā)揮作用（丙酸增幅更大）。  

 

間苯三酚無效：未改變乙酸比例或H?指標，且增加甲醇積累風險。  

 

丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的詳細研究意義：  

技術原理：  

 

采用電化學微傳感器（OX-MR），直接測量瘤胃液溶解CH?和H?濃度（檢測限0.3 μM，響應時間1-3秒）。  

 

通過亨利常數(shù)和本生吸收系數(shù)計算氣相-液相平衡，規(guī)避氣相監(jiān)測的滯后性。  

關鍵發(fā)現(xiàn)：  

 

溶解相與氣相解耦：H?在瘤胃液呈過飽和狀態(tài)，溶解H?濃度（均值131-258 μM）與排放H?無顯著關聯(lián)（r=0.28），而CH?溶解相與排放強相關（r=0.68）（圖3B vs 3A）。  

 

動力學差異：H?從液相向氣相傳質速率快（因低溶解度），導致排放峰值短暫（投喂后1小時），無法反映累積H?量（圖1E）。  

應用價值：  

 

糾正監(jiān)測偏差：證實傳統(tǒng)頭空間/排放H?監(jiān)測可能誤導H?代謝評估（如本研究中H?排放無變化但溶解H?波動顯著）。  

 

優(yōu)化實驗設計：未來研究需結合溶解相測量（如Unisense電極）以準確量化H?再分配效率。  

局限與啟示：  

 

電極需瘤胃瘺管支持，限制大群體應用。  

 

溶解H?動態(tài)變化（投喂后5小時內波動達80%）提示需高時間分辨率采樣。