了解红海藻如何减少奶牛的甲烷排放

甲烷是仅次于二氧化碳的第二大气候变暖因素，因此科学家们非常关注解决其中一个主要来源：牲畜的甲烷排放。换句话说，牛打嗝对地球有害

宾夕法尼亚大学兽医学院的Dipti Pitta说，农民在奶牛的饮食中添加各种海藻，作为蛋白质、不饱和脂肪和其他促进健康的成分的来源，这些成分可以提供即时的能量。2016年澳大利亚的一项研究发现，给绵羊喂食一种名为Asparagopsis taxiformis（AT）的红色海藻可以减少80%的甲烷排放

但这种海藻的影响差异很大，因此皮塔农业系统和微生物基因组学实验室（ASMG实验室）和宾夕法尼亚州立大学的研究人员对它如何改变瘤胃（牛胃的一个隔室）中的微生物组进行了评估。研究结果发表在mBio杂志上。

研究人员将20头奶牛随机分为四种治疗：高剂量AT；低剂量的这种红色海藻；牛至，也抑制甲烷的形成；对照组。他们在四个28天的治疗期内对动物进行轮换

研究小组发现，高剂量的海藻在前两个时期抑制了55%的甲烷排放，但这种效果似乎是短暂的。在第三和第四个时期，它逐渐衰落

Pitta说，这是首批研究甲烷在瘤胃中如何形成以及在各种缓解策略下甲烷途径如何改变的研究之一，并指出在解决甲烷减少问题时保护微生物组健康和动物生产力的重要性。过去的研究还没有详细研究at对微生物种群及其功能途径的影响

研究人员发现，在前两个28天的时段内，高剂量的海藻导致瘤胃中Methanosphaera几乎完全消除，Methanospha是一种利用氢气将甲醇还原为甲烷的微生物。Pitta说，这很重要，因为海藻处理对产生甲烷的其他微生物没有同样的效果，这使研究人员相信，Methanosphaera在甲烷形成中的作用比以前认为的要大

然而，该研究解释说，Methanosphaera种群在后期激增，因为它们无法灭活溴仿，溴仿是海藻中抑制瘤胃中甲烷形成的物质

该研究还探讨了参与甲烷生成的酶的活性，甲烷生成是产生甲烷作为能量代谢副产物的过程。第一作者Nagaraju Indugu是ASMG实验室的高级研究人员，他说，与对照组相比，当奶牛服用AT时，参与这一途径的酶减少了。

作者还指出，虽然他们预计AT会对微生物群中的细菌产生间接影响，但他们也发现了意想不到的直接影响。具体来说，与对照组相比，海藻处理动物中产生丁酸盐（一种用作奶牛能量来源的短链脂肪酸）的细菌类型显著增加

皮塔说：“了解海藻的营养成分和海藻的抗菌作用非常重要，这样我们才能更好地了解不同浓度海藻对动物饮食的整体影响。”

Indugu说，ASMG实验室过去的工作导致了目前的研究。研究人员此前曾报道，有机化合物3-硝基氧丙醇将甲烷排放量减少了26%，随后的一项研究确定了低甲烷排放奶牛的微生物特征

展望未来，Pitta说，该实验室正在研究结合不同的策略，例如在已被确定为高甲烷排放者或低甲烷排放者的奶牛的饮食中测试海藻。她说：“将这些与海藻结合起来，可能会给我们一个机会，比单独采取任何一种策略更有效地减少甲烷。”

Pitta补充说，研究人员还在研究产甲烷培养物中不同剂量的海藻品种，这将为抑制产甲烷所需的浓度提供更高的特异性 More information: Nagaraju Indugu et al, Microbiome-informed study of the mechanistic basis of methane inhibition by Asparagopsis taxiformis in dairy cattle, mBio (2024). DOI: 10.1128/mbio.00782-24

Journal information: mBio