許靜，俎昊辰，叢玉艷

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110866)

聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)(IPCC)第五次評(píng)估報(bào)告指出，甲烷的全球變暖潛能值(GWP)是二氧化碳的28倍，自1750年以來(lái)，大氣中甲烷濃度增長(zhǎng)約155%，對(duì)全球溫室氣體的輻射強(qiáng)迫增長(zhǎng)貢獻(xiàn)達(dá)17%。其中，反芻動(dòng)物的甲烷排放量占我國(guó)甲烷排放總量的17%左右，成為最大的人為甲烷排放源之一[1]。因此，反芻動(dòng)物是主要的甲烷排放源。反芻動(dòng)物的甲烷排放主要來(lái)自瘤胃合成，瘤胃甲烷生成量占機(jī)體甲烷總釋放量的95%[2]。瘤胃的甲烷生成使2%～15%的飼料總能以甲烷能的形式被損耗[3]，是飼料養(yǎng)分損失、能量浪費(fèi)的主要途徑。因此，研究反芻動(dòng)物甲烷減排措施對(duì)提高飼料利用率和保護(hù)環(huán)境具有雙重意義。

在眾多降低反芻動(dòng)物甲烷排放的方法中，植物提取物因其低毒低害、種類眾多、來(lái)源廣泛、綠色環(huán)保[4]，成為受人關(guān)注的研究方向。本文就皂苷、單寧、植物精油等植物提取物在反芻動(dòng)物甲烷減排方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為深入開(kāi)展反芻動(dòng)物甲烷排放的調(diào)控研究與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 皂苷(saponin)

皂苷是天然的活性物質(zhì)，主要存在于植物中，是植物產(chǎn)生的次生物質(zhì)。目前在反芻動(dòng)物抑制甲烷的試驗(yàn)中常用茶皂素與絲蘭皂苷兩種皂苷。

1.1 茶皂素(tea saponin)

茶皂素是從壓榨的山茶籽餅中提取出的一類天然化合物，是一種皂苷類茶葉提取物。汪悅等[5]將茶皂素粉末用0.25 L清水溶解后添加至日糧中進(jìn)行體外模擬瘤胃發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果表明茶皂素含量越高，抑制甲烷氣體的效果越顯著，同時(shí)發(fā)酵速度也明顯降低；在茶皂素添加量為15 g/L時(shí)，對(duì)原蟲的抑制效果最顯著，原蟲減少45.8%，并且對(duì)產(chǎn)甲烷菌也起到了抑制作用。該體外試驗(yàn)結(jié)果與劉美[6]、ZHOU等[7]試驗(yàn)結(jié)果一致。嚴(yán)淑紅等[8]在試驗(yàn)動(dòng)物日糧中添加用0.20 L清水溶解的茶皂素經(jīng)體內(nèi)試驗(yàn)證明，茶皂素能顯著減少瘤胃內(nèi)原蟲及溶纖維丁酸弧菌的數(shù)量，且30 g/L的劑量較為合適，能顯著降低瘤胃的甲烷產(chǎn)量，并且該試驗(yàn)結(jié)果與苑文珠[9]一致。

由此看出，茶皂素減少反芻動(dòng)物的產(chǎn)甲烷量的機(jī)制主要是改變了瘤胃內(nèi)環(huán)境，抑制并殺死部分瘤胃原蟲，導(dǎo)致瘤胃內(nèi)產(chǎn)甲烷菌氧化二氧化碳生成甲烷氣體的活性被削弱，達(dá)到減少反芻動(dòng)物甲烷氣體排放的目的。同時(shí)茶皂素還能夠促進(jìn)瘤胃菌體蛋白的生成，為機(jī)體的生長(zhǎng)提供了更多的可利用蛋白。

1.2 絲蘭皂苷(yucca saponin)

絲蘭皂苷是絲蘭植物的提取物，是最早應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)的皂苷類物質(zhì)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)中。在LU等[10]第一次發(fā)現(xiàn)絲蘭皂苷能夠通過(guò)降低瘤胃內(nèi)的原蟲數(shù)量來(lái)達(dá)到降低反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)量后，國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，證明了絲蘭皂苷對(duì)反芻動(dòng)物的甲烷產(chǎn)生具有抑制作用[11]。

絲蘭皂苷抑制反芻動(dòng)物甲烷產(chǎn)生的原因有多種，主要因?yàn)榻z蘭皂苷能夠抑制瘤胃的原蟲數(shù)量；其次能夠減少瘤胃內(nèi)乙酸含量，促進(jìn)丙酸生成[12]。此外，絲蘭皂苷能夠改善瘤胃內(nèi)環(huán)境，減少能量消耗，使飼料消化率升高[13]。

1.3 蒺藜皂苷(thistle saponin)

蒺藜皂苷是蒺藜植物的提取物。馮志華[14]使用總皂苷為90%的蒺藜皂苷溶于0.50 L水中后，添加到奶牛的日糧中進(jìn)行體內(nèi)試驗(yàn)。結(jié)果表明，蒺藜皂苷能夠?qū)淄榈呐欧牌鹨种谱饔?與他本人前期的體外試驗(yàn)結(jié)果相符)，每天飼喂10 g效果最好。該試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，添加蒺藜皂苷能有效降低瘤胃內(nèi)乙酸含量，提高丙酸含量，使得瘤胃中乙酸型產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生的甲烷明顯降低；還能有效抑制瘤胃中的蛋白質(zhì)向氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化，減少蛋白質(zhì)的額外能量損失。

1.4 葫蘆巴皂苷(fenugreek saponin)

李夏云[15]首次使用由葫蘆巴提取的皂苷進(jìn)行牛的模擬瘤胃體外發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果表明，葫蘆巴皂苷是通過(guò)對(duì)纖維降解菌、淀粉降解菌及真菌的調(diào)控，而不是直接抑制產(chǎn)甲烷菌和原蟲，來(lái)達(dá)到顯著降低甲烷排氣量的效果。但其能否真正應(yīng)用于生產(chǎn)中，還應(yīng)該進(jìn)一步用體內(nèi)試驗(yàn)和梯度試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。

2 單寧(tannin)

單寧是植物中常見(jiàn)的多酚化合物，在自然界中含量豐富，一般按照分子大小分為水解單寧和縮合單寧[16]。趙一廣等[17]、AHNERT等[18]體內(nèi)試驗(yàn)均證明單寧能夠降低甲烷的排放量，減少瘤胃內(nèi)不必要的能量損失，提高過(guò)瘤胃蛋白的數(shù)量以及飼料蛋白質(zhì)的消化率。徐曉峰[19]通過(guò)體外模擬消化試驗(yàn)將水解單寧和縮合單寧進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，保護(hù)過(guò)瘤胃蛋白及減少甲烷排放能力與單寧分子大小無(wú)關(guān)，而與單寧種類有關(guān)；馬占相思縮合單寧的甲烷減排效果最好，橡椀水解單寧其次，楊梅縮合單寧的效果最差。楊凱[20]通過(guò)在基礎(chǔ)日糧中添加不同水平的水解單寧分析純?cè)噭╋曃谷馀ＷC明，26 g/kg干物質(zhì)的添加量使試驗(yàn)動(dòng)物的日排放甲烷量降低了33.9%，瘤胃內(nèi)乙酸丙酸比例顯著降低，瘤胃產(chǎn)甲烷菌和原蟲的數(shù)量和豐度明顯減少，并改善了瘤胃內(nèi)環(huán)境。這個(gè)結(jié)論與TAN等[21]的體外模擬瘤胃發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果(添加銀合歡縮合單寧30 g/kg干物質(zhì)能使甲烷產(chǎn)量降低47%)一致。JAYANEGARA等[22]、BHATTA等[23]也通過(guò)體外模擬瘤胃發(fā)酵試驗(yàn)證明單寧對(duì)于降低產(chǎn)甲烷菌的數(shù)量與豐度確實(shí)有顯著影響。這些試驗(yàn)結(jié)果表明，單寧能通過(guò)調(diào)控瘤胃內(nèi)的原蟲和產(chǎn)甲烷菌，使生成的甲烷減少；還能通過(guò)降低瘤胃乙丙酸比例，以達(dá)到降低甲烷產(chǎn)量的目的。此外，BHATTA等還通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比得知，同時(shí)添加等比例的水解單寧與縮合單寧試驗(yàn)組與只添加水解單寧試驗(yàn)組相比甲烷減排、降低原蟲與產(chǎn)甲烷菌數(shù)量的試驗(yàn)效果更顯著。

過(guò)去通常認(rèn)為單寧會(huì)影響日糧的適口性，導(dǎo)致反芻動(dòng)物的采食量降低，尤其影響蛋白質(zhì)的消化率[24]。事實(shí)上，在試驗(yàn)初期，添加適宜水平單寧的情況下，單寧因味道略微苦澀致使試驗(yàn)動(dòng)物采食量稍降，但兩三天內(nèi)動(dòng)物就會(huì)適應(yīng)，采食量即可恢復(fù)，并且不會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果[19-21]。此外，單寧在瘤胃中與部分蛋白質(zhì)不可逆結(jié)合，導(dǎo)致過(guò)瘤胃蛋白減少，飼料消化率降低。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，在生產(chǎn)和試驗(yàn)中可以通過(guò)添加聚乙二醇來(lái)消除單寧的負(fù)面影響。聚乙二醇能夠與單寧結(jié)合生成不可逆的物質(zhì)，在國(guó)外早已經(jīng)被廣泛研究與使用[25-26]。

3 植物精油(essential oil)

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于精油的研究不如皂苷與單寧深入，因此并沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明何種精油確實(shí)能夠用于動(dòng)物生產(chǎn)中。

3.1 牛至精油(oregano oil)

牛至精油是從牛至植物的花葉中提取出來(lái)的油狀物質(zhì)，其主要成分為香芹酚和百里酚[27]。GABRIELLA等[28]進(jìn)行了牛至精油與迷迭香精油的瘤胃體外模擬發(fā)酵試驗(yàn)，綜合分析發(fā)現(xiàn)，迷迭香精油更適于作為飼料添加劑，在添加量為2 g/L時(shí)，甲烷排氣量顯著降低8.4%；而牛至精油僅在低劑量條件下會(huì)使揮發(fā)性脂肪酸含量降低，這意味著飼料消化率降低，牛至精油不適宜做飼料添加劑。張然等[29]通過(guò)體外模擬發(fā)酵試驗(yàn)研究牛至油的減排作用，結(jié)果表明，在牛至油添加量為0.20 g/L時(shí)總產(chǎn)氣量、甲烷產(chǎn)量及揮發(fā)性脂肪酸含量均不產(chǎn)生變化；當(dāng)添加量升高時(shí)，三者含量又均顯著降低，這與林波等[30]、PARTA等[31]的試驗(yàn)結(jié)果一致。

3.2 大蒜素(allicin)

大蒜素是從大蒜中提取出來(lái)的活性物質(zhì)，有消炎和殺菌的效果。近幾年在單胃動(dòng)物試驗(yàn)中研究廣泛，而對(duì)反芻動(dòng)物的試驗(yàn)較少。楊坤等[32]通過(guò)綿羊的對(duì)比體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，添加30 mg/kg的大蒜素能顯著降低瘤胃內(nèi)甲烷產(chǎn)量，且能顯著提高瘤胃菌體蛋白數(shù)量，促進(jìn)消化。陳丹丹[33]也通過(guò)對(duì)肉羊的體內(nèi)試驗(yàn)證明，大蒜素確實(shí)能顯著降低瘤胃內(nèi)甲烷產(chǎn)量、使瘤胃發(fā)酵類型向丙酸型轉(zhuǎn)化，同時(shí)能顯著減少瘤胃原蟲與產(chǎn)甲烷菌數(shù)量。該試驗(yàn)結(jié)果與陸燕等[34]、BUSQUET等[35]的報(bào)道一致。

3.3 其他精油(other oil)

KOUAZOUNDE等[36]通過(guò)模擬瘤胃體外發(fā)酵試驗(yàn)對(duì)七種植物精油進(jìn)行對(duì)比得知，添加月桂精油0.30～0.40 g/L、桔梗精油0.30～0.40 g/L或白檸檬精油0.20～0.40 g/L使甲烷產(chǎn)量顯著下降，分別下降8.1%～11.8%、11.9%～17.8%和7.9%～30.6%；而檸檬桉、羅勒桉和香茅僅在添加0.40 g/L時(shí)使甲烷產(chǎn)量顯著減少，分別減少11.4%、13.5%和14.2%；胡椒精油效果不明顯。石寧等[37]將桉葉油、山蒼子油、肉桂油和茴香油進(jìn)行肉羊的模擬瘤胃體外發(fā)酵試驗(yàn)，結(jié)果顯示，在添加濃度為0.40 g/L時(shí)，山蒼子油與茴香油使甲烷產(chǎn)量顯著下降(26.8%和34.7%)，桉葉油與肉桂油無(wú)明顯影響。

CHANDRASEKHARAIAH等[38]通過(guò)模擬瘤胃體外發(fā)酵試驗(yàn)對(duì)檸檬草油、白珠樹(shù)油與丁香油進(jìn)行對(duì)比得知，檸檬草油能明顯降低甲烷產(chǎn)量(2.67 μL/mL檸檬草能降低39%的甲烷)；白珠樹(shù)油與丁香油則效果不明顯。米熱古麗·伊馬木等[39]通過(guò)模擬瘤胃體外發(fā)酵試驗(yàn)證明薰衣草精油能有效降低甲烷產(chǎn)量，增加丙酸并降低乙酸含量，因此得出薰衣草精油有作為瘤胃甲烷抑制劑的特性；但并未找到薰衣草精油的適宜添加量，需要通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)確定。

4 混合添加(mixture)

YULIANA等[40]利用模擬瘤胃體外產(chǎn)氣法研究同時(shí)添加單寧與皂苷對(duì)甲烷的影響，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)得到結(jié)果：添加0.50 mg/mL苦參皂苷+ 0.50 mg/mL苦參單寧的處理與分別添加1 mg/mL苦參皂苷、1 mg/mL苦參單寧兩組處理相比，能顯著降低甲烷產(chǎn)量。但并未有進(jìn)一步的體內(nèi)試驗(yàn)證明苦參皂苷與苦參單寧混合飼喂是否可用于生產(chǎn)。

5 總結(jié)與展望

植物提取物對(duì)反芻動(dòng)物溫室氣體減排具有很高的研究?jī)r(jià)值。比較而言，目前對(duì)于皂苷的研究比較廣泛；而單寧是否適合應(yīng)用于生產(chǎn)，效果如何還不明確；至于對(duì)植物精油的研究則偏少。筆者認(rèn)為，今后應(yīng)該對(duì)植物提取物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值做深入的研究，并側(cè)重于植物提取物對(duì)反芻動(dòng)物的體內(nèi)試驗(yàn)；或者可以從多種植物提取物混合、植物提取物與微生態(tài)制劑混合、植物提取物與益生元混合等方面進(jìn)行試驗(yàn)。隨著研究的不斷深入和完善，植物提取物將會(huì)成為安全、高效、能普遍使用的飼料添加劑。