飼糧NFC/NDF比例對奶牛瘤胃中微生物尿素氮代謝流的影響

摘 要： 旨在探究改變飼糧NFC/NDF比例模擬不同能量供應(yīng)速度，闡明能量供應(yīng)對瘤胃微生物尿素氮利用效率和尿素氮代謝流向的調(diào)控作用，為尿素高效利用提供參考。通過體外發(fā)酵技術(shù)，將40個發(fā)酵瓶隨機分為4組（n=10），為扣除¹⁵N本底值，每組添加常規(guī)尿素（n=5）和¹⁵N-尿素（n=5，¹⁵N¹⁵N-尿素豐度：99.08 atom%），每組NFC/NDF比例分別為0.89、1.10、1.33和1.66。進行24 h體外發(fā)酵，并采集發(fā)酵液分析發(fā)酵參數(shù)、微生物¹⁵N豐度以及¹⁵N代謝流。結(jié)果表明，隨著飼糧中NFC/NDF比例的增加，微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量和尿素氮利用率呈線性增加（Plt;0.05）。代謝組分析表明，飼糧中NFC/NDF比例改變了瘤胃微生物的嘌呤代謝、氨循環(huán)、谷氨酸代謝等代謝途徑。¹⁵N標記代謝流分析表明，尿素氮流向34種含氮化合物，涉及氨基酸、核苷酸和能量代謝。隨著飼糧NFC/NDF比例上升，尿素氮更多流向脫氧胸苷酸、UDP-葡萄糖和氨基酸等代謝物，從而活化了氨基酸和核苷酸代謝途徑。在本試驗的體外條件下，飼糧快速發(fā)酵碳水化合物比例的增加能促進尿素氮向微生物氨基酸和核苷酸轉(zhuǎn)化，進而提高尿素氮利用率和微生物蛋白產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞： 奶牛；瘤胃微生物；尿素氮；同位素標記

中圖分類號：

S823.911.5"""" 文獻標志碼：A""" 文章編號： 0366-6964（2025）03-1302-11

收稿日期：2024-06-07

基金項目：中國農(nóng)業(yè)科學院重大任務(wù)（CAAS-ZDRW202308）；中國博士后科學基金資助項目（2023M743835）

作者簡介：張仕琦（1993-），男，新疆額敏人，助理研究員，博士，主要從事瘤胃微生物尿素氮代謝研究，E-mail： zhangas_q@163.com

*通信作者：趙圣國，主要從事反芻動物瘤胃微生物組學研究，E-mail：zhaoshengguo1984@163.com

Effect of Dietary NFC/NDF Ratio on the Metabolic Flux of Microbial Urea Nitrogen

in the Rumen of Dairy Cows

ZHANG" Shiqi， ZHENG" Nan， WANG" Jiaqi， ZHAO" Shengguo^*

（Institute of Animal Science， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100193，" China）

Abstract：" This paper aimed to investigate different energy supply rates simulated by varying the dietary NFC/NDF ratio to elucidate the role of energy supply in regulating urea nitrogen utilization efficiency and urea nitrogen metabolism fluxes of rumen microorganisms， and to provide a reference for the efficient urea utilization. In this study， by in vitro fermentation technique， forty fermentation flasks were randomly divided into 4 groups （n=10）， and in order to deduct the ¹⁵N abundance background value， conventional urea （n=5） and ¹⁵N-urea （n=5， ¹⁵N¹⁵N-urea abundance： 99.08 atom%） were added to each group， and the NFC/NDF ratios of each group were 0.89， 1.10， 1.33， and 1.66， respectively. A 24 h in vitro fermentation was carried out and the fermentation broth was collected for the analysis of fermentation parameters， microbial ¹⁵N abundance and ¹⁵N metabolic flux. The results showed that microbial protein production and urea nitrogen utilization increased linearly （Plt;0.05） with increasing dietary NFC/NDF ratio. Metabolomic analysis showed that dietary NFC/NDF ratios altered metabolic pathways such as the purine metabolism， ammonia cycle， and glutamate metabolism of rumen microorganisms.¹⁵N metabolic flux analysis of labelled metabolic fluxes showed that urea nitrogen fluxed to 34 nitrogen-containing compounds involved in amino acid， nucleotide， and energy metabolism. As the dietary NFC/NDF ratio increased， urea nitrogen flowed more to metabolites such as deoxy thymidylate， UDP-glucose and amino acids， which activated amino acid and nucleotide metabolic pathways. Under the in vitro conditions of this experiment， an increase in the proportion of dietary fast-fermenting carbohydrates promotes the conversion of urea nitrogen to microbial amino acids and nucleotides， improving urea nitrogen utilization and microbial protein production.

Keywords： dairy cows; rumen microorganisms; urea-N; isotope labelling

*Corresponding author： ZHAO Shengguo，E-mail：zhaoshengguo1984@163.com

豆粕減量替代已成為我國飼料和養(yǎng)殖行業(yè)的重要需求。飼用豆粕的減量替代迫切需要新途徑。在反芻動物豆粕替代中，尿素顯示出了重要潛力?！讹暳咸砑觿┌踩褂靡?guī)范》（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第2625號）規(guī)定配合飼料中尿素可作為飼料添加劑（最大限量為1%）^［1］。歐洲食品安全局研究發(fā)現(xiàn)，在飼料中添加1%的尿素（以干物質(zhì)為基礎(chǔ)）對動物是安全的，不會增加氮污染或影響動物安全^［2］，證明了尿素在飼料中使用的安全性。有研究指出，尿素在牛羊飼糧中可替代20％～30％的粗蛋白質(zhì)，顯著降低了反芻動物飼料的成本^［3-4］。同時，尿素可促進纖維降解細菌的生長，補充瘤胃氨氮的不足，增加瘤胃微生物粗蛋白質(zhì)（microbial crude protein，MCP）的合成^［5］。因此，尿素是豆粕減量替代的重要選擇。

尿素進入瘤胃后，被微生物尿素酶分解產(chǎn)生的氨氮，可與揮發(fā)性脂肪酸（volatile fatty acids，VFA）和ATP合成MCP。MCP是小腸可代謝蛋白的主要來源，占總量的60%～85%^［6］，提高尿素氮向微生物氮的轉(zhuǎn)化，是提高尿素利用率的重點方向。尿素氮用于MCP合成的利用率主要受瘤胃中碳水化合物和氮的利用效率的影響。許多研究表明，瘤胃中能量釋放速率低于氮釋放速率^［7-9］，這是限制尿素氮利用效率的主要原因之一。飼糧中非纖維碳水化合物（non-fiber carbohydrates，NFC）與中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）的比例（NFC/NDF）能更準確地反映快速發(fā)酵碳水化合物的含量，在能氮平衡中發(fā)揮重要作用^［10］，前人研究指出，提高NFC/NDF比例可改變微生物的多樣性和種群豐度^［11］，并且提高飼糧NFC比例可提高MCP的合成量^［12］。但是尿素氮的代謝去向不清楚，能量供應(yīng)速度（能氮同步性）對尿素氮代謝去向的影響也不清楚，這是限制尿素氮高效利用調(diào)控的關(guān)鍵點。

代謝流分析是穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)聯(lián)合代謝組學分析的實驗檢測手段，通過檢測下游代謝產(chǎn)物的同位素取代形式，從而分析出該化合物在代謝通路中的流向和分布。代謝流分析技術(shù)在識別新的代謝途徑、鑒定代謝物的代謝命運、發(fā)現(xiàn)新的代謝物等方面取得了重要進展^［13］。因此，本研究以穩(wěn)定同位素¹⁵N-尿素為材料，通過改變飼糧NFC/NDF比例模擬不同能量供應(yīng)速度。結(jié)合代謝流組學方法，探究不同飼糧NFC/NDF比例下，瘤胃微生物尿素氮的利用效率和尿素氮的代謝流向，為尿素飼料在反芻動物中的高效利用調(diào)控提供參考。

1 材料與方法

1.1 瘤胃液采集

瘤胃液來自3頭裝有瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛（體重572±24.2 kg）。瘺管奶牛飼喂全混合日糧，飼糧成分和營養(yǎng)水平見表1。瘤胃液經(jīng)過4層紗布過濾后，進行體外發(fā)酵體系配置。

1.2 體外發(fā)酵

試驗配置40個發(fā)酵體系隨機分為4組（n=10）。每組接受不同NFC/NDF比例的飼料處理，在滿足奶牛NRC（2001）^［14］的營養(yǎng)需要基礎(chǔ)上，NFC/NDF比例分別為0.89、1.10、1.33和1.66，飼糧組成和營養(yǎng)成分見表1。每組飼糧中添加常規(guī)尿素（n=5）和¹⁵N-尿素（n=5，¹⁵N¹⁵N-尿素豐度：99.08 atom%，上海穩(wěn)定同位素工程研究中心，中國），用于尿素氮利用率和¹⁵N代謝流分析。發(fā)酵體系由20 mL過濾后的瘤胃液和40 mL緩沖液^［15］組成，在100 mL密封厭氧發(fā)酵瓶中，39 ℃水浴，120 r·min^－1條件下連續(xù)發(fā)酵24 h。

1.3 樣品采集和處理

在發(fā)酵的0、2、4、6、12、24 h，分別收集3 mL發(fā)酵液樣品，并使用數(shù)字壓力表（ConST，北京，中國）測定氣壓。發(fā)酵液樣品分為4部分，其中一部分（0.5 mL）加入等量的25%偏磷酸，10 000×g離心10 min，保存上清液用于VFAs和NH3-N的測定。另一部分（0.5 mL）在10 000×g下離心10 min，保留沉淀，樣品用1 mL 磷酸鹽平衡生理鹽水（PBS）重懸，重復3次，保留沉淀，80℃烘干，記錄重量用于計算發(fā)酵體系中微生物質(zhì)量，并測定¹⁵N豐度和氮含量。另一部分（1 mL）在10 000×g下離心10 min，保留沉淀，用1 mL PBS重懸，重復3次，保留沉淀，加入0.3 mL PBS重懸，反復凍融3次，加入石英砂使用細胞珠磨器30 m·s^－1破碎2 min（JX-2015，上海凈信，中國），加入1.2 mL甲醇，10 000×g離心10 min，保留上清液用于代謝流分析。最后一部分發(fā)酵液（1 mL）用pH傳感器（InPro3100/120 Pt100，美國梅特勒托利多技術(shù)公司，中國）測定pH。

1.4 飼糧營養(yǎng)成分分析

所有飼糧樣品均65℃烘干48 h，粉碎后，105℃烘干。通過1 mm篩網(wǎng)（Tecator 1093，Tecator，Hgans，瑞典）后進行養(yǎng)分測定。氮含量使用氮分析儀（CNS-2000型；LECO公司）測定（AOAC方法990.03.），并計算粗蛋白質(zhì)（crude protein，CP）水平?；曳郑ˋsh）含量和粗脂肪（ether extract，EE）含量采用AOAC方法942.05測定。中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量按照Van Soest等和Goering等的方法測定。NFC按以下公式計算^［19］。

NFC（% DM）=100-（NDF % DM+CP % DM+EE % DM+Ash % DM）

1.5 飼糧體外發(fā)酵參數(shù)測定

用數(shù)字壓力計測量氣壓，并按照Liu等^［20］的方法計算產(chǎn)氣量。揮發(fā)性脂肪酸（VFA）以4-甲基氮-戊酸為內(nèi)標采用氣相色譜法測定^［21］。NH3-N采用堿性次氯酸鈉-苯酚分光光度法測定^［22］。尿素濃度使用脲酶法試劑盒（南京建成生物工程研究所）測定。

1.6 尿素氮利用率計算

使用元素分析儀（vario PYRO cube，英國元素微量分析公司）和穩(wěn)定性同位素比質(zhì)譜儀（ISOPRIME-100，英國元素微量分析公司）測量微生物細胞的¹⁵N豐度和氮含量。微生物蛋白以氮含量與6.25的乘積計算，尿素氮利用率按以下公式計算：

尿素氮利用率 （UNUE，%） =A1×N1×W1A2×N1×W2×100

式中，A1是微生物細胞的¹⁵N豐度（¹⁵N-尿素組¹⁵N豐度減去常規(guī)尿素組¹⁵N豐度），N1是微生物細胞氮含量，W1是微生物細胞質(zhì)量，A2是添加的尿素¹⁵N豐度（99.08%），N2是添加的尿素的氮含量（46.7%），W2是添加的¹⁵N¹⁵N-尿素質(zhì)量。

1.7 代謝流分析

非靶向氮代謝流分析按照Shen等^［23］的方法進行。用200 μL含有8 μg苯肼的冰冷甲醇從50 μL發(fā)酵液樣品中提取極性代謝物。將樣品渦旋并在-20 ℃下保存1 h，用于α-酮酸的衍生化^［24］。衍生后，樣品在1 500×g下于4 ℃孵育30 min。孵育結(jié)束后，4 ℃，12 000×g離心10 min。轉(zhuǎn)移上清液，在真空濃縮儀（SpeedVac，Thermo Scientific^TM，中國）中進行干燥。

代謝物采用LC-MS/MS分析。碰撞能量設(shè)定為（±）35±10 eV。使用AnalystTF 1.7.1軟件（AB Sciex， Concord，加拿大）進行數(shù)據(jù)采集和處理。所有檢測到的離子均使用MarkerView 1.3（AB Sciex， Concord，加拿大）以維度矩陣的格式提取到Excel中，包括質(zhì)量電荷比（m·z^－1）、保留時間和峰面積。PeakView 2.2（AB Sciex，加拿大）用于提取LC-MS/MS數(shù)據(jù)，并與代謝物數(shù)據(jù)庫（AB Sciex，加拿大）、HMDB和標準參考文獻進行比較，以注釋離子特性^［25］。使用L-leucine-d¹⁰作為內(nèi)標來校正樣品中的內(nèi)源性代謝物，并根據(jù)蛋白質(zhì)的含量對其進行歸一化處理。

1.8 數(shù)據(jù)分析

體外發(fā)酵參數(shù)數(shù)據(jù)使用SAS（9.2 版）的MIXED模型分析，時間（Time）和處理（Trt）為固定效應(yīng)，發(fā)酵瓶為隨機效應(yīng)。體外發(fā)酵數(shù)據(jù)由以下模型計算得出：

Yijkl=μ+Covi+Trtk+Bottlei：k+Timel+Trt×Timekl+eijkl

在這些模型中，Yijkl是因變量，μ是最小二乘法均值，Covi是協(xié)變量效應(yīng)（0 h的數(shù)據(jù)為協(xié)變量），Trtk是第k個處理的固定效應(yīng)（k=0.89、1.10、1.33、1.66）。Bottlei：k是第k個飼糧處理中第i個發(fā)酵瓶（i=1～20）的隨機效應(yīng)。Timel是第l次（l=1、2、6、12、24）重復測量的效應(yīng)，Trt×Timekl是第k種日糧處理與第l周之間的交互效應(yīng)，eijkl是與第ijk個數(shù)據(jù)值相關(guān)的隨機誤差，假定eijkl是獨立相同的N（0，σ2）。使用GLM模型正交多項式進行線性和二次效應(yīng)分析。結(jié)果以均值和標準誤（SEM）表示。Plt;0.05為差異顯著水平。

代謝組數(shù)據(jù)使用MetaboAnalyst 5.0 進行差異分析、KEGG 分析和通路富集分析^［26］。M+0表示未被¹⁵N標記，M+1/2/3/...表示被標記了1/2/3/...個¹⁵N。最小二乘判別分析（PLS-DA）分析篩選閾值為變量預測重要性（VIP）≥1。當Plt;0.05認為具有顯著差異。

2 結(jié) 果

2.1 瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)

由表2可知，隨著飼糧中NFC/NDF比例的增加，瘤胃pH線性降低（Linear， Plt;0.05）。1.10、1.33、1.66組的產(chǎn)氣量均顯著低于0.89組（Plt;0.05）。瘤胃乙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸和總揮發(fā)性脂肪酸濃度呈二次曲線變化（Quadratic， P＜0.01），NFC/NDF比為1.33時含量最高。氨氮各組間差異不顯著（Pgt;0.05）。

2.2 微生物蛋白合成和尿素氮利用率

隨著飼糧中NFC/NDF比例的增加，微生物蛋白含量和微生物尿素氮利用率呈線性增長（Linear，Plt;0.05，圖1）。發(fā)酵12 h后，1.66和1.33組的微生物蛋白含量顯著高于0.89和1.10組（Plt;0.05，圖1A）。各組微生物尿素氮利用率隨發(fā)酵時間0～12 h的延長呈上升趨勢。發(fā)酵12 h時，1.33和1.66的組的尿素氮幾乎完全利用（利用率分別為102.1%±10.15%和102.7%±15.11%）。發(fā)酵24 h后，各組的微生物尿素氮利用率均有所下降。發(fā)酵6 h時，1.66組尿素氮利用率顯著高于0.89組（Plt;0.05）。發(fā)酵12 h后，1.66和1.33組的尿素氮利用率明顯高于0.89和1.10組（Plt;0.05，圖1B）。

2.3 含氮代謝物

不同NFC/NDF比例組液相微生物代謝物的43種含氮化合物進行了測定，經(jīng)過PCA分析，各組較明顯區(qū)分（圖2A）。經(jīng)過PLS-DA分析，L-天冬酰胺、丙酰肉堿、ATP、L-乙酰肉堿、氧化谷胱甘肽、肌苷、鳥苷、L-天冬氨酸、1，6-磷酸果糖、5-磷酸核酮糖、L-肉堿有顯著變化（VIPgt;1，Plt;0.05），并隨著飼糧中NFC/NDF比例的增加而增加（圖2B）。主要涉及以下途徑：嘌呤代謝、氨循環(huán)、天冬氨酸代謝、谷氨酸代謝、支鏈脂肪酸氧化、尿素循環(huán)（圖2C）。在前15種差異代謝物中，L-天冬酰胺、肌苷、丙?；鈮A、ATP、氧化谷胱甘肽、左旋肉堿隨著飼糧NFC/NDF比率的增加而增加（圖2D）。根據(jù)差異代謝物變化，表明飼糧NFC/NDF比例可能通過調(diào)控葡萄糖，從糖酵解、三羧酸循環(huán)間接調(diào)控氨基酸代謝和嘌呤代謝。同時，揮發(fā)性脂肪酸濃度（游離脂肪酸）含量的增加促進了L-左旋肉堿的產(chǎn)生。

2.4 微生物尿素氮代謝去向

本研究共檢測到含氮代謝物43個。由圖3可知，34個含氮代謝物標記了¹⁵N，涉及了能量代謝、核苷酸代謝（嘌呤代謝、嘧啶代謝）和氨基酸代謝。能量代謝中NAD和NADP的¹⁵N相對豐度較高（超過50%），核苷酸代謝中UDP-GlcNAc、AMP、GMP、FAD的¹⁵N相對豐度較高（約30%），氨基酸代謝中谷氨酰胺的¹⁵N相對豐度較高（約20%）。整體而言，尿素氮在氮元素含量越高的物質(zhì)中富集程度越高，如9個N的FAD（¹⁵N相對豐度約30%）、7個N的NAD和NADP（¹⁵N相對豐度超過50%）、5個N的AMP和GMP（¹⁵N相對豐度接近30%），而含氮量小的如氨基酸類¹⁵N相對豐度較低（大部分不超過10%）。微生物同化尿素氮合成氮含量越高的代謝物其代謝步驟越長，氨基酸等氮含氮量小的代謝物在尿素氮代謝途徑代謝較活躍，起到氮素周轉(zhuǎn)的作用。尿素氮通過氨基酸代謝進入氮代謝，向核苷酸和能量代謝轉(zhuǎn)化，表明尿素氮可廣泛參與瘤胃微生物的氮代謝過程。

2.5 NFC/NDF對尿素氮代謝流向的影響

由圖4可知，0.89組與其他三組瘤胃微生物中¹⁵N標記含氮物質(zhì)有一定的區(qū)分（圖4A）。其中，脫氧胸苷酸（dTMP）、UDP-葡萄糖（UDP-glucose）、腺嘌呤核苷酸（AMP）、尿嘧啶核苷酸（UMP）、蘇氨酸、苯丙氨酸、黃嘌呤、亮氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、NADP豐度顯著差異（VIPgt;1）（圖4B）。代謝途徑涉及嘌呤代謝、乳糖合成、嘧啶代謝、苯丙氨酸和酪氨酸代謝、磷酸戊糖途徑等（圖4C）。脫氧胸苷酸（dTMP）、UDP-葡萄糖（UDP-glucose）、苯丙氨酸、異亮氨酸、NADP的¹⁵N豐度隨飼糧NFC/NDF比率的增加而線性增加（圖4D）。

根據(jù)主要代謝差異物含量變化發(fā)現(xiàn)，飼糧NFC/NDF比例通過提高碳水化合物供應(yīng)，提高糖酵解/三羧酸循環(huán)，促使尿素產(chǎn)生的NH3流向氨基酸代謝（如苯丙氨酸、異亮氨酸）和核苷酸代謝（UDP-葡萄糖、脫氧胸苷酸），調(diào)控尿素氮主要流向氨基酸和核苷酸代謝方向轉(zhuǎn)化（圖5）。

3 討 論

MCP具有高消化率和良好的氨基酸組成，增加瘤胃中的MCP產(chǎn)量，促進尿素氮向微生物氮的轉(zhuǎn)化，是提高反芻動物尿素營養(yǎng)作用的重要方向。能量供應(yīng)（能氮平衡）是影響MCP合成的重要因素之一，本文探究了不同飼糧NFC/NDF比例條件下瘤胃微生物的尿素氮利用率以及尿素氮在瘤胃微生物中的代謝途徑。

當飼糧提供更多的NFC（瘤胃微生物的主要能量底物）時，瘤胃微生物可利用更多NH3-N合成MCP^［27］。胞外氨基酸/NH3-N進入到微生物細胞內(nèi)，其去向?qū)⑷Q于微生物細胞內(nèi)ATP的可用性。如果ATP可用，AA將被轉(zhuǎn)胺或直接用于MCP合成。然而，如果ATP有限，AA將被脫氨并從細胞質(zhì)中排出^［28］。因此，當飼糧蛋白質(zhì)滿足瘤胃微生物的要求時，增加飼糧NFC的含量，可通過提高向瘤胃微生物供能來促進瘤胃MCP的產(chǎn)量。Lu等^［29］研究也進一步證明，與飼喂含14%NFC的飼糧相比，飼喂含28%NFC飼糧的山羊瘤胃中的MCP合成量增加了15%。并且通過微生物組學分析發(fā)現(xiàn)，增加飼糧NFC水平，可以通過提高瘤胃中底層磷酸化和電子傳輸磷酸化（微生物細胞內(nèi)能量生成的兩個主要機制），從而提高瘤胃能量生產(chǎn)力和MCP產(chǎn)量^［28］。本研究中，隨著飼糧NFC/NDF比例的上升以及飼糧能量供應(yīng)的升高，可能通過增加葡萄糖和揮發(fā)性脂肪酸的濃度，提高瘤胃微生物細胞中含氮代謝物含量。葡萄糖經(jīng)過糖酵解產(chǎn)生的丙酮酸，在轉(zhuǎn)氨酶作用下生成丙氨酸隨即進入氨基酸代謝，

圖中數(shù)據(jù)以各組¹⁵N相對豐度的“平均值±標準差”表示。代謝物名稱括號中數(shù)字代表該物質(zhì)分子中N原子數(shù)量通過三羧酸循環(huán)產(chǎn)生的α-酮戊二酸經(jīng)過谷氨酸脫氫酶和NH+共同作用下生成谷氨酸進入嘌呤代謝。綜上，飼糧NFC/NDF比例的上升通過提高細胞中瘤胃微生物ATP和碳骨架供應(yīng)，促進氨基酸代謝和核苷酸代謝，來提升微生物蛋白合成以及尿素氮利用率。

隨著飼料NFC/NDF比例上升，瘤胃中VFA的含量通常會增加。這是因為NFC的增加促進了淀粉分解菌和乳酸桿菌等微生物的增殖和活性，這些微生物能夠產(chǎn)生更多的VFA。此外，NDF的減少可能降低了瘤胃中纖維分解菌的數(shù)量和活性，導致纖維素降解減少，從而減少了一部分VFA的消耗。因此，飼料NFC/NDF比例上升會導致瘤胃中VFA含量的增加。然而，當NFC/NDF比例過高時，可能會超出瘤胃微生物的發(fā)酵能力，導致發(fā)酵效率降低，如本研究中NFC/NDF為1.66時，揮發(fā)性脂肪酸含量出現(xiàn)降低現(xiàn)象。值得注意的是，游離脂肪酸可通過形成長鏈?；?CoA進一步促進L-左旋肉堿的產(chǎn)生。左旋肉堿的上升除了證明游離脂肪酸代謝增強外，左旋肉堿還是厭氧細菌的最終電子受體，飼糧NFC/NDF比例可能對瘤胃微生物電子轉(zhuǎn)移具有調(diào)控作用^［30］。飼糧NFC/NDF比例對于能量傳遞、甲烷產(chǎn)生等電子傳遞的生物過程的調(diào)控作用有待進一步研究。

瘤胃微生物中尿素的代謝途徑和轉(zhuǎn)化過程仍存在許多未知因素。本研究重點關(guān)注了尿素氮進入到微生物細胞后的代謝路徑和飼糧NFC/NDF的比例對其影響。據(jù)代謝流結(jié)果分析，尿素氮在脲酶作用下水解為NH3-N，NH3-N進入微生物細胞后，通過谷氨酰胺代謝進入微生物的氮代謝。一旦NH3-N通過谷氨酰胺代謝進入氨基酸代謝，它就會以兩種方式參與瘤胃微生物的生命過程：一種是NH3-N通過谷氨酰胺代謝直接進入嘌呤代謝或次黃嘌呤代謝；另一條途徑是通過谷氨酸-精氨酸進入天冬氨酸代謝，然后通過β-丙氨酸代謝進入氨基糖代謝和嘧啶代謝（核苷酸代謝）。本研究揭示了尿素氮參與瘤胃微生物的重要代謝過程，而飼糧NFC/NDF比例調(diào)控尿素氮主要前往氨基糖和核苷酸糖代謝方向轉(zhuǎn)化。隨著飼糧能量供應(yīng)的提升，微生物中的糖基轉(zhuǎn)移酶和其他纖維分解酶的活性增強^［31］，可能使得尿素氮與葡萄糖更多流向包括氨基糖和核苷酸糖的核苷酸代謝。

氨基糖和核苷酸糖的代謝對于微生物的生存和功能至關(guān)重要，影響著它們的結(jié)構(gòu)、能量產(chǎn)生、遺傳信息處理以及對環(huán)境的適應(yīng)能力。氨基糖的生成在糖蛋白、糖脂和肽聚糖等重要細胞成分的生物合成中具有重要的作用，其有助于瘤胃微生物內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能成分的合成，從而影響微生物的生長、穩(wěn)定性和代謝活動^［32］。核苷酸糖是微生物核酸等多種代謝產(chǎn)物的底物，核苷酸糖代謝的增強也促進了瘤胃微生物的核酸合成和周轉(zhuǎn)^［33］。

這一過程不僅會影響微生物的生長和增殖，還會對瘤胃微生物的整體遺傳和代謝活動產(chǎn)生影響。以上表明，提高飼糧NFC/NDF比例，微生物在利用能量時也會促進尿素氮的利用，這可能也是影響尿素利用率的因素之一。

4 結(jié) 論

綜上，在本試驗體外條件下，飼糧快速發(fā)酵碳水化合物比例的增加能促進尿素氮向微生物氨基酸和核苷酸轉(zhuǎn)化，進而提高尿素氮利用率和微生物蛋白產(chǎn)量。

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（編輯 范子娟）