介绍

预计到 2050 年，世界人口将约为 97 亿（ONU，2019）。因此，动物源性食品的生产和消费将会增加，从而增加温室气体
（GHG）排放。这将对气候变化产生负面影响（Garnett，2010）。畜牧业是一种人类活动，2010 年全球产生了约 8.1 十
亿吨二氧化碳当量，其中 62% 来自牛。在这些排放物中，约 44% 来自消化过程的肠道发酵，产生大量甲烷 (CH 4 ) (
FAO, 2017 )。CH 4是一种温室气体，其全球变暖潜力比二氧化碳 (CO2) 高 28 倍（Roehe等，2016）。它是由产甲烷古菌
利用碳水化合物瘤胃发酵产生的氢气和二氧化碳产生的，并通过打嗝排出到环境中。据估计，成年牛每天可产生 250 至
500 L CH 4，这也构成能量损失，因为动物消耗的总能量中大约 2 至 12% 用于产生这种气体（Johnson ＆约翰逊，1995
）。

瘤胃 CH 4产量受到饲料成分的强烈影响，因此减少饲料成分的研究重点是通过日粮改变微生物多样性和瘤胃发酵模式来控
制瘤胃环境（Haque，2018）。在减少 CH 4产生的研究策略中，使用次生代谢物 (MSec)，例如存在于各种植物中的单宁、
皂苷和类黄酮（Bodas等人，2012），这些物质已被证明具有抗菌活性并可减少 H2瘤胃中的可用性（Hook等，2010）。

各种热带饲料树木和灌木在减少 CH 4排放方面的效果已得到研究，其中银合欢是为此目的使用最广泛的物种之一
（Delgado等人，2012 年；Meale等人，2012 年；Molina等人） .，2015；Rivera等人，2015）。其他树种如Samanea
saman、Sapindus saponaria、 Albizia lebbeck、Tithonia diversifolia、 Gliricidia sepium和Vetellaria paradoxa
还被证明可以在体外减少瘤胃 CH 4排放（Delgado等人，2012；Meale 等人，2012）。然而，在墨西哥的热带地区，存在
着多种饲料植物，尽管它们具有营养和抗产甲烷潜力，但对其研究较少，例如 紫荆花和黑芒丁。因此，本研究的目的是评
估B. divaricata和M. calabura的瘤胃发酵和产气（GP）单独使用叶子并与狼尾草结合使用。

材料与方法

植物材料的位置和收集

植物材料的采集于2018年2月在墨西哥国家技术学院中国技术研究所所属的Xamantún牧场进行，该牧场位于北纬19°43'、
西经90°24'。该地区属温暖的半湿润A(W1)气候（García，2004），年平均气温和降水量分别为26°C和1,138毫米，海拔
36 m。

从以下 10 种乔木和灌木植物中收集一公斤由叶子和嫩茎组成的新鲜叶子，模拟最大高度为两米的成年牛的啃食：B.
divaricata、M. calabura、Lysiloma latisiliquum、Tithonia diversifolia、Sida acuta、Guazuma ulmifolia、
Moringa oleifera、Acacia farnesiana、Samanea saman和Coccoloba cozumelensis，以及 5 公斤狼尾草sp。变种 马拉
苜蓿。样品在强制通风烘箱中在 55°C 的温度下干燥 72 小时。然后将样品在铣床中研磨。随后，将它们在带有 1 mm 筛
子的 Willey 磨机中研磨，并在室温 (24°C) 下储存直至使用。

次级代谢产物的存在

从上述 10 种饲料树和灌木的叶子中确定了各种次生代谢物的定性存在。为此，取出 25 克植物材料并放入玻璃罐中。随
后，添加3 v/v 96%乙醇作为溶剂以提取MSec。获得乙醇提取物后，按照 Valencia del Toro 和 Garín 的方案
（Valencia-Del Toro 和 Garín-Aguilar，2010）测定 MSec 的存在。

治疗方法

考虑到获得的 MSec 特征，以及关于它们对瘤胃发酵的影响的稀缺信息，选择了两种植物物种，因为它们具有高含量的抑
制微生物活性的代谢物：M. calabura，其含有大量的甾体皂苷和黄酮类化合物氧杂蒽酮和黄酮类型，以及B. divaricata
，其具有中等含量的源自儿茶酚的单宁。基于上述，评估了五种处理：P=狼尾草属。（100%）；Mc=卡拉布拉(100%)；Bd=
B. divaricata (100%); McP= M. calabura (30%)/狼尾草sp. (70%)，BdP= B. divaricata (30%)/狼尾草属 （70%）。

化学分析

根据 AOAC (2006)，对五种处理的干燥和研磨样品进行三次重复分析，其中包括干物质 (DM)、灰分、粗蛋白 (CP) 和乙醚
提取物 (EE) 含量

(100%); McP= M. calabura (30%)/狼尾草sp. (70%)，BdP= B. divaricata (30%)/狼尾草sp。(70%)

体外发酵

瘤胃液（RF）的收集程序严格按照墨西哥官方标准NOM-062-ZOO-1999《实验动物生产、护理和使用技术规范》（NOM-062-
ZOO- 1999.，1999）。使用的 RF 是从四头未阉割的雄性阉牛身上获得的，这些雄性阉牛来自黑撒丁岛、吉尔、婆罗门和
棕色瑞士品种的不同杂交，一岁，平均体重为 250 公斤。他们的饲料由综合日粮（70:30 饲料：浓缩物）组成，由多穗草
和臂形草草、玉米粉、干酒糟、糖蜜和矿物质预混料组成，每天提供两次（8:00 和 16:00）。 00 小时）。公牛每天消耗
相当于其活重 3% 的干物质。

早上，在当天第一次配给前一小时，使用手动 RF 收集器（带有 RFE 的 Rumen-Mate，Drench-Mate®）进行 RF 提取。收
集到的 RF 放入预先加热至 39°C 的保温瓶中，并立即运送到实验室。进入实验室后，射频通过四层天空毯过滤，并用于
制备接种物，这是根据Menke等人的方法制备的。（1979）。随后，将 50 mL 接种物添加到含有 0.5 g 每种处理剂的 120
mL 琥珀色玻璃小瓶中，用橡胶塞盖住，用铝环密封，并置于 39°C 水浴中，每 2 小时手动摇动一次。共进行3次发酵，
每次重复3次。

体外干物质降解性

在 24 小时和 72 小时测定体外干物质降解性（DMD，mg/g DM）。每次结束时，将小瓶从水浴中取出并放入冰水中2小时以
终止微生物活性。随后，用真空泵过滤每个小瓶的内容物；将过滤后的物质放入70℃烘箱中24小时直至恒重。

体外气体产生

使用压力计在 2、4、6、8、12、12、16、16、20、24、30、36、42、48、60 和 72 小时记录气体产量 (GP)（Theodorou
等，1994））。每次记录后，每个瓶子中的压力均为零。为了获得最大体积（Vmax）、发酵速率（S）和滞后期（L），使
用统计软件SAS（2004） 9.0版的NLIN程序，使用Kholif等人提到的模型。（2017）。

CH 4和CO 2测定

CH 4和CO 2的测定按照Kholif等人的方法进行。(2017 )，进行了以下修改：在 24 小时内每 6 小时用 60 mL 玻璃注射器
收集小瓶中产生的气体。随后将该气体转移至另一个含有 50 mL NaOH (1N) 溶液的小瓶中，摇动以确保气体掺入该溶液中
，再次收集并用同一玻璃注射器记录气体。气体与NaOH溶液的混合允许吸收CO2，并且注射器中收集的气体的体积被认为是
CH 4。

VFA的测定

VFA的测定采用气相色谱法( Erwin et al. , 1961 )。发酵 72 小时后，从每个小瓶中收集 1.6 mL 液体，放入装有 0.4
mL 25% 偏磷酸的微量离心管中，并保存在 -20°C 下。

代谢能和分配因子

代谢能的计算按照Menke等人提出的模型进行。（1979）。孵育 24 小时后，使用Kholif等人(2017 )提到的模型计算分配
因子（DMD (mg/g) 与 GP (ml/g DM) 的比率） 。

实验设计和统计分析

使用以下统计模型使用完全随机区组设计：

Yij=μ+Ti+Fj+Eij

其中： Yij = 是第 j 个发酵（Fj）的第 i 个处理（Ti）的每个观察值；µ = 算术平均值；Eij = 实验误差。

结果采用统计程序SAS（2004） 9.0版的GLM程序进行分析，均值比较采用Tukey检验（P≤0.05）。

结果与讨论

次生代谢物的存在和化学分析

所评估的饲料品种中存在数个 MSec，但没有一个显示出生物碱、醌或花青素的存在（表 1）。据观察，M. oleifera、A.
farnesiana和L. latisiliquum物种具有高含量的没食子酸衍生单宁，而G. ulmifolia则具有高含量的儿茶酚衍生单宁；M.
calabura和S. saman物种的没食子酸衍生单宁含量适中，B. divaricata和T. diversifolia物种的儿茶酚衍生单宁含量适
中。关于皂苷，类固醇含量最高的物种是M. calabura，L. latisiliquum、T. diversifolia、S . acut a、A.
farnesiana和S. saman 的萜类化合物含量较低，而只有M. oleifera 的萜类化合物含量较低。从类黄酮组来看，氧杂蒽酮
和黄酮含量较高的牧草品种是M. calabura、M. oleifera和A. farnesiana，而S. saman含量中等；除T. diversifolia 外
，其余物种的含量较低，T. diversifolia是唯一一种橙酮和查尔酮含量较低的物种。

次生代谢物是植物次生代谢不同途径产生的化合物，对生长和繁殖不是必需的。这些生物分子具有多种功能，特别是环境
应激反应、免疫和针对病原微生物、害虫（Pang等人，2021）和草食动物（Ugbogu等人，2019）的保护。研究表明，其中
一些次生代谢物可能对瘤胃微生物具有抗菌活性，其中减少瘤胃产甲烷作用是其主要作用之一（Patra等人，2017），单宁
和皂苷的作用已被广泛报道（Anantasook等人）., 2013 ; 乌格博古等人，2019；Patra等人，2017）以及黄酮类化合物（
Patra等人，2017）。与德尔加多等人相反(2012)报告称，树叶与草的混合物中存在中度或高度的生物碱，但本研究中未检
测到这种代谢物。生物碱具有抗菌活性，但也被证明对动物和人类有毒。一般来说，动物不会大量食用生物碱含量高的植
物，因为它们的味道很苦（ Guil-Guerrero等，2016）。

选择M. calabura和B. divaricata是因为它们的植物化学特性以及它们对瘤胃发酵影响的信息很少。本研究评估的两种树
种的营养价值与其他研究报告的相似（表2）。根据Gómez-Fuentes-Galindo等人的说法。（2017），B。与草类如大黍或雀
稗相比， divaricata 的NDF 含量较低 (46%)，而 CP 含量较高 (12.8%)其平均 NDF 为 70%，CP 为 6.5%，这些特征可以
提高更高的自愿摄入量和更快的通过率。其他作者报道说B . divaricata 的CP 为 12% 至 18%，体外瘤胃消化率为 30%
至 40%，单宁含量为 1.5% 至 3.8%，并且含有皂苷和生物碱（Albores-Moreno等人，2018 年；Cab-Jiménez等人， 2018
；Gómez-Fuentes-Galindo等人，2017；Sosa-Rubio等人，2004）。关于M. calabura，营养信息几乎不存在。孔冯赛等人
。(2011 ) 报道， M. calabura叶子含有 13% CP，但他们指出，人们对其营养价值知之甚少，因为它很少用于动物饲料。
关于次生代谢物的含量，据报道其果实（ Pereira et al. , 2018）和叶子（ Pujaningsih et al. , 2018）含有具有抗
氧化和抗菌活性的生物活性化合物，其中包括花青素和类黄酮等多种酚类化合物。 ， 脱颖而出。

体外干物质降解性

表3显示了单独使用M. calabura和B. divaricata叶子以及与狼尾草组合在24和72小时时的DMD结果。并显示处理之间的差
异（P≤0.05）。24 h DMD最高的处理是BdP，其次是P和Bd；然而，在 72 小时时，它们是 P，其次是 BdP 和 McP。在这
两个时间里，仅M. calabura叶子的 DMD 最低，这与Puspitaning (2012)一致，Puspitaning 提到饮食中20% M. calabura
可以降低 DMD。另一方面，B. divaricata的 DMD （53%）高于其他作者报道的（32% 和 39%）

卡马拉克等人。(2004 ) 得出结论，饲料中的细胞壁含量会对瘤胃发酵参数产生负面影响。张等人。（2017）强调，在草
基反刍动物饮食中加入一些热带树木和灌木物种的叶子会增加饮食中的CP含量并降低总结构碳水化合物含量。本研究中部
分观察到了此类陈述。与 P 相比，处理 Mc 和 Bd（仅对应于叶子）的 NDF 含量降低约 33%，CP 含量升高约 57.5%，这
与Gómez-Fuentes-Galindo等人报道的结果相似(2017) ，他们报道B. divaricata的 NDF 和 CP 含量分别为 46.5% 和
12.8%。然而， M. calabura和B. divaricata较低的 NDF 和较高的 CP 含量并没有改善 DMD，这与报道的其他叶子形成对
比，例如L. leucocephala，当在草中添加 25% 时，DMD 增加 18%基于牛的饮食（Molina等人，2015）。在本研究中， M.
calabura的加入对DMD 产生了负面影响 (P≤0.05)，因为 McP 处理中的 DMD 比 P. calabura 低 10%。

体外气体产生

GP 如图1所示。Bd、BdP、McP、P处理72 h发酵过程中差异不显着（P>0.05），平均累积GP为439 mL/g DM。然而，与 Mc
之间存在显着差异（P≤0.05），其累积 GP 为 283.49 mL/g DM。阿尔伯雷斯-莫雷诺等人。(2018)报道了B. divaricata
叶子在 72 小时时的 GP 为 200.59 mL/g DM ，比本研究中观察到的低 53%。另一方面，Silivong等人报道的M. calabura
叶子的 GP 。(2013年）在 24 小时时为 269 mL/g DM，比 Mc 获得的结果高 166%。GP 的这些变化可归因于饲料成分的差
异，通常当它们呈现高浓度的 CP、纤维和多酚含量时（Vargas等，2012）。在我们的研究中，Mc 是 GP 和降解性最低的
处理方法。

体外发酵特性及CH 4和CO 2产生

Vmax、S、L、CH 4和CO 2产量、ME和PF结果见表4。Mc处理的Vmax和S显着低于其余处理（P≤0.05）；然而，Bd 和 Mc（仅
叶子处理）的 L 比 McP、BdP 和 P 处理的 L 低约 20%。CH4 产量也存在显着差异（P≤0.05），Mc 处理 CH4 产量最高
，而 Bd 和 BdP 处理最低。关于 ME 含量，观察到 Bd 和 BdP 呈现最高值，接近 2 Mcal/kg DM，与 Mc 和 McP 处理显
着不同（P≤0.05），为 1.5 Mcal/kg DM一般。24 h时PF无差异（P>0.05），但72 h时单叶处理存在差异（P≤0.05），Mc
较高，Bd较低。

瘤胃发酵的行为取决于饲料中碳水化合物的可用性（Zhang et al ., 2017），因此在本研究中，GP 的 Vmax 较高的处理
可能与叶子中存在的结构碳水化合物的较高降解有关。而 Mc 中的低 Vmax 可能是由于进料的可溶部分浓度低，从而减少
了产生的气体量。此外，皂苷和黄酮类化合物等 MSec 的存在可能影响了 DM 发酵，从而影响了 GP。这些 MSec 通过抑制
细胞壁合成，直接作用于瘤胃微生物的细胞质膜功能，产生动物区系丧失效应，从而减少原生动物，从而减少相关的产甲
烷古菌，从而减少瘤胃产甲烷作用。在瘤胃中，4反刍动物产生的排放（Rivera等人，2018 年；Vargas 等人，2012 年）
。与此同时，Velez-Terranova 等人。(2014) 和Lakhani & Lakhani, 2018指出，类黄酮含量高的植物会减少 CH 4 的产
生，并诱导瘤胃中微生物代谢的广泛刺激，从而通过将发酵增强高达 50% 来增加 CP 降解性和细胞壁成分。在这方面，
Silivong等人。 2013 年报道 CH 4 的体外生产M. calabura的发酵度仅为 3.8%，远低于L. leucocephala (7.8%) 或G.
的发酵度。 乌贼(15. 6%)。这与本研究中报告的结果形成鲜明对比，其中初步化学分析表明， 仅M. calabura叶子就含有
大量的皂苷和类黄酮，以及适量的源自没食子酸的单宁；然而，在体外测试中，用Mc产生的气体具有较高的CH 4浓度，接
近15%。

挥发性脂肪酸

除了Mc和P与Bd之间的乙酸以及Mc和Bd之间的异戊酸（P≤0.05； 表5）外，VFA浓度没有观察到显着差异（P>0.05）。目前
尚无研究评估使用M. calabura或B. divaricata作为底物的瘤胃发酵产生 VFA 的情况；然而，瘤胃 VFA 产量的改变可能
会受到日粮中 MSec 的影响。在这方面，Broudiscou 和 Lassalas（2000 ）进行了一项研究，他们评估了薰衣草和问荆干
提取物的效果。对黄酮含量高的这两个物种进行瘤胃体外发酵，发现使用这两个物种的提取物通过增加乙酸和丙酸的产生
，从而减少CH 4的产生，使发酵率提高了50%。在本研究中， M. calabura的叶子显示出较高的黄酮含量，而B.
divaricata的叶子则显示出较高的黄酮含量。它很低，这可能影响了 Mc 处理中乙酸的较高浓度。另一方面，Bd 中异戊酸
浓度较高可能是因为该叶子的 CP 含量较高（BS 中几乎为 15%），而 CP 是由亮氨酸（一种支链氨基酸）脱羧和脱氨基产
生的。 

结论

B. divaricata叶子与Pennisetum sp的使用。降低了 CH 4产量和浓度，并具有更高的 ME 含量，而不会对其他瘤胃发酵变
量产生负面影响。因此，在反刍动物日粮中添加B. divaricata代表了一种替代饲料，可以减少热带地区牛瘤胃发酵产生的
CH 4 。然而，鉴于有关该主题的信息稀缺，强烈建议进行进一步的研究以证实这一点。