CN102511667B - 减少瘤胃培养物甲烷产量的复合植物粉剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可减少瘤胃培养物甲烷产量的复合植物粉剂的制备方法。将干至恒重的凤仙花、茅苍术和紫花地丁粉碎，按一定比例配制成复合植物粉剂。添加0.2％、0.5％和1.0％该粉剂，瘤胃培养物24小时的甲烷产量分别比对照组减少83.62％、96.89％和98.67％；其中0.5％和1.0％的添加量比莫能菌素试验组的甲烷产量减少23.69％和32.31％；同时，该粉剂还可增加总挥发性脂肪酸的产量，降低乙丙酸比值，且效果优于莫能菌素。本发明结果说明：该复合植物粉剂不但具有极为显著的降甲烷作用，而且还能改善瘤胃发酵性能，可替代抗生素用于调控瘤胃发酵和控制甲烷的生成，从而有效消除抗生素衍生的健康和环境问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种可减少瘤胃培养物甲烷产量的复合植物粉剂的制备方法。
背景技术：
甲烷(CH4)的温室效应是二氧化碳(CO2)的30倍，虽然目前甲烷在大气中的含量还远低于二氧化碳，但对全球气候变暖的贡献率已达20％，仅次于二氧化碳(Moss A R，JouanyJ P，Newbold J.Methane production by ruminants：contribution to global warming[J].Annales DeZootechnie，2000，49(3)：231-253)。当前甲烷排放量仍以每年1％的速度持续增长，其增速是二氧化碳的2倍(陈重酉，李志国，胡艳芳，孙瑾，纪晨.碳氮循环与能源结构[J].生态环境2008，17(2)：872-878)，如不加以控制，预计到本世纪中叶甲烷对全球气候变暖的贡献率将达到50％，成为头号温室气体。
甲烷主要来源于自然界本身排放、能源燃料废气的排放和人类农业活动产生。在人类农业生产活动中，反刍动物的甲烷排放量最大，占全部甲烷排放量的22.2％(IPCC.ClimateChange 2007：Mitigation of climate change.Contribution of working group III to the fourthassessmentreport of the intergovemmentai panel on climate change[M].Cambridge，UnitedKingdom，Cambridge University Press，2007：63-67)。反刍动物体内排出的甲烷主要由其瘤胃内的产甲烷菌厌氧发酵产生，是瘤胃发酵不可避免的副产物，是一种重要的能量损失，以这种形式损失的能量占总采食饲料能量的5％-15％(Johnson K A，Johnson D E.Methane emissionfrom cattle[J].J.Anim.Sci.，1995，73：2483-2492；Holter B，Young A J.Methane prediction in dryand lactating Holstein cows[J].J.Dairy Sci.，1992，75：2165-2175)。因此，降低反刍动物瘤胃的甲烷产量不仅能减排温室气体，而且还可减少瘤胃发酵过程中的能量损失，提高反刍动物的饲料利用率，具有显著的环境和经济效益(李华伟，郭雪峰，金海，薛淑媛.反刍动物瘤胃甲烷排放减缓策略[J].家畜生态学报，2008，29(3)：1-5)。
目前控制瘤胃甲烷生成的主要方法是使用抗生素，如莫能菌素(Tedeschi L O，Fox D G andTylutki T P.Potential environmental benefits of ionophores in ruminant diets[J].J Environ.Qual，2003，32：1591-1602.；McGinn S M，Beauchemin K A，Coates T，et al.Methane emissions frombeef cattle：Effects of monensin，sunflower oil，enzymes，yeast，and fumaric acid[J].J Anim.Sci，2004，82：3346-3356.)，虽然这种方法能在一定程度上减少瘤胃的甲烷产量，但由于存在药物残留、抗药性和二次污染等一系列健康和环境问题，在国内受到越来越严格的限制，在国际上如欧盟则已被明令禁止(Regulation EC No 1831/2003 of the European Parliment and Councilof 22 September 2003 on additives for use in animal nutrition[C].Official J.Eur.Commun.EC，2003：L268，29-43.；Casewell M，Friis C，Marco E，McMullin P，Phillips I.The European ban ongrowth-promoting antibiotics and emerging consequences for human and animal health[J].J.Antimicrob.Chemother，2003，52：159-161.)。因此，寻找降甲烷功能显著又不会衍生明显的健康和环境问题的抗生素代用品，是实现瘤胃甲烷减排的关键。
发明内容：
技术问题
本发明针对上述问题提供了一种新的全天然复合植物粉剂，运用该复合植物粉剂可显著减少瘤胃培养物的甲烷产量，而且其降甲烷效果明显优于莫能菌素，用它可替代抗生素对瘤胃培养物的甲烷生成进行有效控制。
技术方案
实现本发明的技术方案是：
采集凤仙花(Impatiens balsamina)、茅苍术(Atractylodes lancea)和紫花地丁(Violayedoensis)成熟植株之地上枝叶，分别置50℃干燥箱内烘至恒重，粉碎后过0.25mm筛，制成植物干粉，按凤仙花50∶茅苍术30∶紫花地丁20、凤仙花20∶茅苍术50∶紫花地丁30、凤仙花30∶茅苍术20∶紫花地丁50和凤仙花40∶茅苍术30∶紫花地丁30四种重量份比，配成复合植物粉剂。用于本发明具体实施的复合植物粉剂，其优选重量份比为凤仙花40∶茅苍术30∶紫花地丁30。
将恒重干稻草、玉米和黄豆粉碎，过0.5mm筛，按2∶1∶0.3比例混合配成人工饲料。
向50只250mL培养瓶中分别注入67mL瘤胃接种液，并加入1.5g人工饲料，再用人工唾液将每瓶的培养物体积调至200mL，然后将50只培养瓶分成5组，每组10只，按培养物体积的一定比例(g/mL)，分组添加复合植物粉剂或莫能菌素(有效成分含量40％)，复合植物粉剂的添加量分别为0、0.2％、0.5％和1.0％，莫能菌素的添加量为0.06g，其中复合植物粉剂添加量为0的10瓶为对照组，添加莫能菌素的10瓶为莫能菌素试验组，添加不同量复合植物粉剂的30瓶为复合植物粉剂试验组。
加好料的50只培养瓶用纯N2饱和后密封，于39℃的摇床上充分混合后，再在培养瓶密封盖上插入完全排空的20mL注射器，组成人工瘤胃装置，在39℃恒温培养箱中培养。
分别在12、18、24h抽取发酵气体样本，用气相色谱测定甲烷含量；在相同时间点采集培养液样本，用气相色谱测定挥发性脂肪酸含量；同时提取各时间点培养液样本的微生物基因组DNA，使用RT-qPCR技术检测产甲烷菌的相对数量。
有益效果
比较复合植物粉剂试验组和对照组的测试结果，添加0.2％、0.5％和1.0％(g/mL)的复合植物粉剂，使24小时甲烷产量分别减少了83.62％、96.89％和98.67，说明该复合植物粉剂具有极为显著的降低瘤胃培养物甲烷产量的功效；与莫能菌素试验组相比，添加0.5％和1.0％的复合植物粉剂，使24小时甲烷产量分别比莫能菌素多减少23.69％和32.31％，可见合适量的复合植物粉剂的降甲烷效果明显超过莫能菌素。RT-qPCR检测结果表明，复合植物粉剂试验组的产甲烷菌数量在各个时段都比对照组低1-2个数量级，0.5％和1.0％的复合植物粉添加量对产甲烷菌数量的降低作用比莫能菌素更显著。
挥发性脂肪酸测试结果表明，与对照组比较，添加0.2％、0.5％和1.0％的复合植物粉剂，瘤胃培养物总挥发性脂肪酸平均值分别增加了37.04％、43.27％和42.10％；与莫能菌素试验组相比，该数值分别增加了31.69％、37.67％和36.54％。测试结果同时表明，复合植物粉剂也显著降低了瘤胃培养物的乙丙酸比值，其中以0.5％添加量的乙丙酸比值最低(4.77)。可见，该复合植物粉剂不仅可以减少甲烷产量还能改善瘤胃培养物的发酵性能。
凤仙花、茅苍术和紫花地丁是三种极易栽培的传统中草药植物，其中凤仙花和紫花地丁还兼具观赏价值，用这三种植物配制的纯天然复合粉剂调控瘤胃甲烷，可有效消除抗生素类甲烷调控剂衍生的健康和环境问题，在当前对抗生素的使用限制越来越严格的背景下，该复合植物粉剂具有广阔的开发应用前景。
具体实施方式：
采集凤仙花(Impatiens balsamina)、茅苍术(Atractylodes lancea)和紫花地丁(Violayedoensis)成熟植株之地上枝叶，分别置50℃干燥箱内烘至恒重，粉碎后过0.25mm筛，制成植物干粉，按凤仙花50∶茅苍术30∶紫花地丁20、凤仙花20∶茅苍术50∶紫花地丁30、凤仙花30∶茅苍术20∶紫花地丁50和凤仙花40∶茅苍术30∶紫花地丁30四种重量份比，配成复合植物粉剂。用于本发明具体实施的复合植物粉剂，其优选重量份比为凤仙花40∶茅苍术30∶紫花地丁30。
将恒重干稻草、玉米和黄豆粉碎，过0.5mm筛，按2∶1∶0.3比例混合配成人工饲料。
向50只250mL培养瓶中分别注入67mL瘤胃接种液，并加入1.5g人工饲料，再用人工唾液将每瓶的培养物体积调至200mL，然后将50只培养瓶分成5组，每组10只，按培养物体积的一定比例(g/mL)，分组添加复合植物粉剂或莫能菌素(有效成分含量40％)，复合植物粉剂的添加量分别为0、0.2％、0.5％和1.0％，莫能菌素的添加量为0.06g，其中复合植物粉剂添加量为0的10瓶为对照组，添加莫能菌素的10瓶为莫能菌素试验组，添加不同量复合植物粉剂的30瓶为复合植物粉剂试验组。
加好料的50只培养瓶用纯N2饱和后密封，于39℃的摇床上充分混合后，再在培养瓶密封盖上插入完全排空的20mL注射器，组成人工瘤胃装置，在39℃恒温培养箱中培养。
分别在12、18、24h抽取发酵气体样本，用气相色谱测定甲烷含量，测试结果见表3；采集相同时间点的培养液样品，提取微生物基因组DNA，使用RT-qPCR技术检测产甲烷菌的相对数量，检测结果见表4；用气相色谱测定各时间点培养液样品的挥发性脂肪酸含量，检测结果见表5。
人工唾液配制：
表1人工唾液原液配制表
表2人工唾液配制表(1000mL)
表3复合植物粉剂对瘤胃培养物甲烷产量的影响
表4复合植物粉剂对瘤胃培养物中产甲烷菌相对量的影响
表5复合植物粉剂对瘤胃培养物挥发性脂肪酸产量及乙丙酸比例的影响
Claims (4)
1.减少瘤胃培养物甲烷产量的复合植物粉剂，其特征在于：采集凤仙花、茅苍术和紫花地丁成熟植株之地上枝叶，烘至恒重，粉碎过0.25mm筛，制成植物干粉原料，按凤仙花40+茅苍术30+紫花地丁30的重量份配成复合植物粉剂。
2.根据权利要求1所述的复合植物粉剂，其特征在于：按瘤胃培养物体积的0.5％加入复合植物粉剂。
3.根据权利要求2所述的复合植物粉剂，其特征在于：复合植物粉剂不仅可极为显著地降低瘤胃培养物的甲烷产量，同时还能提高总挥发性脂肪酸产量，降低乙丙酸比值。
4.根据权利要求3所述的复合植物粉剂，其特征在于：所述瘤胃培养物是牛瘤胃体外培养物。
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