饲料行业信息网| 饲料巴巴| 饲料英才网 中国好饲料| 绿养先踪| 颐和论坛
2019颐和青年奖|2020颐和青年奖|2021颐和青年奖|2022颐和青年奖      咨询热线:010-62985323
2020“颐和”青年奖 候选名单
农业农村部动物营养与饲料学科群重点实验室下属单位推荐青年学者
王敏博士
农业农村部中南动物营养与饲料科学观测实验站推荐青年学者
中国科学院亚热带农业生态研究所研究员,博士生导师。
人物简介

分别在江西农业大学、浙江大学和中国科学院大学获得本科、硕士和博士学位。现在中国科学院亚热带农业生态研究所工作,任研究员,博士生导师。中科院青年创新促进会会员。主要通过瘤胃氢迁移和甲烷排放研究反刍家畜能量代谢。

学术成果:

1)研制全自动体外模拟瘤胃发酵系统,观察并报道了瘤胃内氢气生成与消耗的现象,构建氢气和甲烷累积模型;

2)突破瘤胃内溶解态氢测定的技术难点,建立了瘤胃内溶解态氢的取样和测定方法;

3)提出并证明瘤胃内氢具有调控瘤胃发酵模式和甲烷生成的重要营养学功能。

先后主持国家自然科学基金青年、面上、国际合作重点和优秀青年项目等10余项。以第一或通讯在J Nutr、J Dairy Sci、J Anim Sci Biotechno、J Anim Sci等专业国际主流杂志上发表SCI论文30多篇,获湖南省科技进步一等奖1项。Front Microbiol任编委。研究成果被美国动物科学学会亮点报道和Anim Feed Sci Technol 杂志 Top 25 (排名第7)最热门论文。

 

成果介绍

长期从事反刍动物营养与甲烷排放研究,创新性地以瘤胃氢为切入点研究牛羊能量代谢、甲烷生成和减排策略,突破研究氢代谢的关键技术瓶颈,在“构建氢代谢研究体系”、“揭示氢的营养学功能”和“研发氢代谢调控策略”三方面开展系统性研究工作,为提高反刍家畜日粮能量利用效率和减少甲烷排放提供科技支撑。

1.构建氢代谢研究体系

针对传统体外模拟瘤胃发酵系统的气体样品采集工作繁琐和试验测定误差较大问题,申请人创新性将气相色谱与发酵瓶顶端排放气体直接藕联,研制了全自动体外模拟瘤胃发酵系统,并在此基础上构建了LE系列模型以分析总气体、甲烷和氢气数据。该体外模拟瘤胃发酵系统和相关模型为快速筛选可能有效果的甲烷抑制剂提供技术支撑和必要分析工具,以及为后期动物试验评估提供基础数据。

针对瘤胃内溶解态氢测定缺失问题,申请人创新性研制了瘤胃液溶解气体提取装置,推导用于计算瘤胃液溶解气体浓度的公式;证实并明确了口腔胃管采集瘤胃内代表性样品的相关注意事项;推导并构建了VFA生成氢电子载体效率的计算公式。本系列成果的创新性在于建立瘤胃内溶解态气体的测定方法,明确了瘤胃内溶解气体样品采集方法,为进一步深入研究氢的营养学功能提供了技术支撑。

2.提出氢的营养学功能

申请人利用自主研制的全自动体外发酵系统首次观测并报道了瘤胃发酵过程的氢生成与消耗现象。当瘤胃内甲烷生成被抑制时,气体态氢和溶解态氢浓度迅速升高。这些研究成果证明,氢是瘤胃内甲烷菌的主要营养底物。在此基础上,申请人创新性地以溶解态氢为切入点尝试解析“碳水化合物→VFA组成→甲烷排放”机制:发现溶解态氢浓度升高促使瘤胃发酵由氢生成路径(乙酸)向氢消耗路径(丙酸或琥珀酸)转变,抑制氢产生及相关微生物增值,促进氢利用相关微生物增值,提高瘤胃对氢能利用,进一步证实了溶解态氢具有调控瘤胃发酵模式和微生物种群结构,发挥营养学功能。

3.研发氢代谢调控策略

联合使用尿素和硝酸盐处理水稻秸秆,有效提高水稻秸秆纤维消化率,抑制甲烷菌利用氢生成甲烷,日粮纤维消化率提高8%,甲烷排放减少11%;在尿素和硝酸盐处理水稻秸秆日粮中添加油,日粮氮消化率提高34%;硝酸盐处理促进氢进入瘤胃微生物蛋白和代谢产物丙酸中,奶牛产奶量和甲烷排放分别提高了6%和减少了15%。这些研究形成了“硝酸盐→提高氢能利用效率→减少甲烷排放”系列调控策略,证明了调控氢代谢可实现同时实现提高反刍家畜生产效率和减少甲烷排放目的。

成果代表性论文或发明专利

成果代表性论文一:不同碳水化合物饲喂的泌乳奶牛瘤胃发酵模式和微生物菌群结构与瘤胃内溶解氢浓度的密切相关

摘要:不同碳水化合物日粮影响反刍家畜瘤胃发酵模式、微生物菌群结构和甲烷排放。我们假设,泌乳奶牛采食不同的碳水化合物日粮会改变瘤胃内环境,其瘤胃发酵模式和微生物菌群结构可能同溶解氢浓度的变化密切相关。选择28头泌乳期奶牛(4-5y, 480±37 kg),根据奶牛泌乳期、采食量和体重形成7个配对,每对4头奶牛随机饲喂4种不同的日粮。这四组分别为2个粗饲料水平(45% vs 35%)和2种粗饲料来源(稻草vs稻草+青贮),研究4组日粮对奶牛采食量、瘤胃发酵模式和微生物数量的影响。四组日粮显著影响(P ≤ 0.05)奶牛采食量(10.7-12.6 kg/d)、日粮纤维消化率(584-692 g/kg),甲烷排放(27.2-37.3 g/kg OM digested)、溶解氢(0.258-1.64 μmol/L)、瘤胃发酵产物和微生物菌群。瘤胃内溶解氢浓度同乙酸比例、真菌数量、产琥珀酸丝状杆菌数量和甲烷产量呈强负相关关系(r < -0.40; P < 0.05),同丙酸比例、异丁酸比例、甲烷菌和反刍月星单胞菌数量呈强正相关关系(r > 0.40; P < 0.05)。瘤胃内溶解氢浓度同生成更多乙酸和氢的发酵反应吉布斯自由能变化呈强正相关关系(r = 0.93; P < 0.001),同生成丙酸和无氢的发酵反应吉布斯自由能变化没有相关性。瘤胃溶解氢浓度变化同发酵模式从乙酸型向丙酸型转变,微生物菌群结构由纤维降解菌向淀粉降解菌转变均都密切相关。

关键词:瘤胃发酵模式、氢、甲烷、日粮碳水化合物、淀粉、纤维、奶牛、瘤胃微生物、吉布斯自由能

所属研究课题:国家自然科学基金国际合作项目(31561143009)

研究方向等:瘤胃氢代谢与甲烷减排

 

成果代表性论文二:日粮添加金属镁产生的氢气将改变山羊瘤胃发酵模式和微生物菌群结构

摘要:本试验旨在验证山羊日粮中添加金属镁会增加瘤胃内溶解氢浓度,进而改变山羊瘤胃发酵模式和微生物菌群结构。选择20只湘东黑山羊,饲喂同样的基础日粮,然后随机分成金属镁组(0.6%)和氢氧化镁组(1.45%),每组各10头。饲喂28天后,我们利用全收粪法测定营养物质消化率,采集瘤胃内容物分析发酵产物和微生物菌群结构,并利用呼吸舱测定甲烷排放。结果表明,两组山羊瘤胃内镁离子浓度无显著差异。和氢氧化镁组相比,金属镁组的山羊瘤胃内溶解氢浓度在山羊采食后2.5h显著升高(+180%, P < 0.001);金属镁组的山羊瘤胃内总的挥发性脂肪酸浓度(-8.6%, P < 0.001)、乙丙比(-11.8%, P < 0.03)和真菌数量(-63.6%, P = 0.006)均显著降低,丙酸比例(+11.6%, P < 0.001)、甲烷菌数量(+47.9%, P < 0.001)、溶解甲烷浓度(+35.6%, P < 0.001)和甲烷产量(+11.7%, P < 0.001)均显著升高。两组山羊瘤胃内细菌结构相似,瘤胃内溶解氢浓度和乙酸比例、真菌数量呈现显著的负相关关系(P < 0.05),和丙酸比例、甲烷菌数量呈现显著的正相关关系(P < 0.05)。总之,山羊采食添加金属镁的日粮后,瘤胃内溶解氢浓度会显著升高,这会抑制瘤胃发酵,增强产甲烷作用,瘤胃发酵模式从乙酸型向丙酸型转变,并且伴随着真菌数量减少和甲烷菌数量增多。

关键词:金属镁;瘤胃发酵模式,溶解态氢、甲烷、瘤胃微生物

所属研究课题:国家自然科学基金面上项目(31472133)

研究方向等:瘤胃氢代谢与甲烷减排

成果代表性论文三:低蛋白日粮中添加硝酸钠将提高泌乳奶牛瘤胃氨氮合成微生物蛋白

摘要:与尿素相比,硝酸盐在瘤胃中还原生成氨的速度较慢,这可能更有助于合成微生物菌体蛋白。我们假设,在低蛋白日粮条件下,硝酸钠比尿素更有助于奶牛瘤胃氨氮合成微生物蛋白。本试验选择8头荷斯坦奶牛,采用有重复的拉丁方试验设计,探讨在低蛋白等氮日粮条件下,硝酸钠和尿素对奶牛瘤胃发酵、产奶量和瘤胃微生物数量的影响。8头荷斯坦奶牛分成4对,每对中2头奶牛的泌乳天数,胎次和产奶量相近,然后随机分在硝酸钠组(14.6 g/kg DM)或尿素组(7.0 g/kg DM),日粮中的蛋白水平按照奶牛需要量的75%提供。结果表明,硝酸钠降低了瘤胃 (-33.1%)和血浆(-30.6%)中的氨氮浓度,甲烷排放量(-15.0%),增加了溶解氢浓度(+102%),微生物氮(+22.8%),丙酸比例,产奶量和反刍月星单胞菌数量。瘤胃内溶解氢同丙酸比例呈正相关(r = 0.57),同乙丙比(r = -0.57)和氢的生成效率呈负相关(r = -0.58)。和尿素相比,硝酸盐能在瘤胃中与甲烷菌竞争氢,被还原产生的氨以合成更多的微生物菌体蛋白,瘤胃发酵模式向丙酸型转变,并伴随着反刍月星单胞菌数量的增加,提高奶牛产奶量。

关键词:硝酸盐、溶解态氢、瘤胃发酵、微生物蛋白

所属研究课题:国家自然科学基金国际合作项目(31561143009)

研究方向等:瘤胃氢代谢与甲烷减排

 

成果代表性论文四:测定时间间隔和计算方式对呼吸舱测定甲烷排放的影响

摘要:呼吸舱法测定反刍家畜甲烷排放的重要设备。几个呼吸舱通常需要共用一个分析仪,因此不同呼吸舱测定甲烷浓度时会有一定时间间隔。测定时间间隔可能丢失反刍家畜甲烷排放的最大值和最小值。另外,甲烷测定时,我们通常需要给舱内家畜提供新鲜饲料和打扫卫生,这会丢失一段时间数据。这些丢失的数据可能影响到日甲烷排放总量的测定精度,目前很少有实验对此进行研究。本研究选择了10头生长期的荷斯坦奶牛,研究测定时间间隔对日甲烷排放量总量的影响。我们首先设定的测定时间间隔为0.5 min,连续测定时间为23 h,然后筛选出不同时间间隔的甲烷排放数据(5、30、60、120、180和240 min),分别计算甲烷排放总量。在些研究上,我们利用均值法和临近值法填补丢失1 h的甲烷排放数据,进而评估这两种方法对甲烷排放总量的影响。结果表明,10头奶牛甲烷排放速率在4.56-11.42 g/h之间。增加测定时间间隔显著降低了甲烷排放速率最大值,增加了甲烷排放速率最小值,但其甲烷排放量差异小于5%。尽管临近值法估算的甲烷排放量高于均值法,但是两者甲烷排放量的差异小于3%。总之,测定时间间隔(<3h)和计算方法对呼吸舱法测定甲烷排放量影响较小。

关键词:甲烷排放,呼吸舱,测定时间间隔,计算方法

所属研究课题:国家自然科学基金面上项目(31472133)

研究方向等:瘤胃氢代谢与甲烷减排

成果代表性——发明专利:

相关图片
< >
参与互动
支持媒体 51猪价网 饲料英才网 中国饲料工业信息网
新牧网 爱猪网 畜牧人 豆粒app
搜猪网 猪e网 猪场动力网 中国养猪网
博亚和讯 新饲料 赛尔畜牧 《猪与禽》
国际畜牧网 《规模猪场》 爱畜牧
联系方式 联系人: 葛女士 18911125047(微信)
黄先生 18911021347(微信)
王先生 13311575048(微信)
程先生 13321138148(微信)
座  机:010-62985323
邮  箱:market@feedtrade.com.cn