近五年，围绕奶牛瘤胃微生物脲酶与尿素氮代谢，系统性揭示了脲酶分子特征，建立脲酶活性调控技术，揭示尿素氮与木质纤维素的协同关系，极大丰富了国际瘤胃微生物脲酶领域研究成果，为奶牛日粮豆粕减量替代、牛奶品质提升和氮态温室气体减排提供了基础。取得两项代表性成果，如下：

1. 奶牛瘤胃微生物脲酶分子特征与活性调控

瘤胃中微生物蛋白是生成乳蛋白的重要前体物，脲酶在尿素氮向微生物蛋白转化中起着重要作用。然而，瘤胃微生物脲酶的来源、分子特征和调控机制仍不清楚，制约着瘤胃微生物蛋白合成效率的调控提升。鉴于此，提出以瘤胃脲酶为核心的“菌群—基因—蛋白—抑制剂”学术思路，填补了奶牛瘤胃脲酶来源菌群和脲酶宏基因信息空白，破解了设计和筛选高效脲酶抑制剂的难题，极大促进了国际瘤胃微生物脲酶研究进展。构建奶牛瘤胃脲酶ureC基因数据库，被《Frontiers in Microbiology》推荐为瘤胃功能微生物研究的三大数据库之一。揭示奶牛瘤胃脲酶基因生态位分布，被《Animal》认为是首次利用高通量测序揭示了瘤胃脲酶基因多样性特征。首次鉴定了瘤胃微生物优势脲酶及其蛋白结构，揭示脲酶辅助蛋白结合与活化的关键位点，提升了脲酶分子特征的基础认识水平，为开展脲酶活性调控提供了重要靶标。利用分子对接靶向脲酶活性中心，筛选获得4种新高效脲酶抑制剂，抑制脲酶活性能力是商品化脲酶抑制剂的10倍，提高奶畜氮利用率31%，有助于饲料蛋白质减量替代。尤为突出的是，本成果建立了“优势脲酶鉴定—结构特征解析—抑制剂筛选”系统性研究方法，避免了无靶向性盲目调控脲酶活性导致效率低和效果差的问题，研究成果被“The 12th China-Japan-Korea Joint Symposium on Rumen Metabolism and Physiology”国际会议专家评为最佳报告奖，为开展动物消化道微生物功能调控提供了一条新思路。

2. 奶牛瘤胃微生物代谢尿素氮和木质纤维素的协同关系与调控

尿素氮和木质纤维素是瘤胃微生物蛋白合成的重要氮源和能量源，而瘤胃微生物分解代谢尿素氮和木质纤维素的协同效应仍不清楚，导致无法建立尿素氮与纤维素协同调控瘤胃微生物蛋白合成的模式。基于此，创新性将尿素氮与木质纤维素能量偶连起来，发现瘤胃微生物分解代谢尿素氮和木质纤维素具有协同效应，提出通过减缓尿素氮释放和促进纤维分解加快微生物蛋白合成的调控思路，建立了促进木质纤维素分解的汽爆新方法，拓展了瘤胃微生物蛋白合成调控的国际研究进展。创新性利用原位共培养实现了新纤维分解菌群的富集分离，克服了传统培养难题，为分离功能微生物提供了新方法，被“2018 International Symposium on Gastrointestinal Microbial Ecology and Functionality”国际专家评为最佳报告奖。通过转录组发现尿素激活脲酶基因、尿素转运基因以及氨同化基因等表达，为减缓尿素氮释放提供了脲酶之外的新调控靶标。建立了加快木质纤维素分解的汽爆方法，揭示了纤维分解菌快速分解木质纤维素的定植机制，为能氮同步释放调控提供了新技术，汽爆技术被《Frontiers in Energy Research》评价为加快微生物分解木质纤维素速度的有效方法。发布《玉米秸秆蒸汽爆破饲料制作技术规范》标准，填报了农业农村部和国家发展改革委联合印发《秸秆综合利用技术目录（2021）》中汽爆技术缺乏参照标准（唯一缺乏的技术）的空白，为能氮同步释放调控尿素氮利用率提升提供了新技术。

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8.   Synchrony Degree of Dietary Energy and Nitrogen Release Influences Microbial Community, Fermentation, and Protein Synthesis in a Rumen Simulation System. Zhang J, Zheng N, Shen W, Zhao S (co-corresponding), Wang J. Microorganisms. 2020;8(2):231. (IF 4.128)

9.   Steam explosion enhances digestibility and fermentation of corn stover by facilitating ruminal microbial colonization. Zhao S, Li G, Zheng N, Wang J, Yu Z. Bioresource Technology. 2018, 253(2018):244-51 (IF 6.669, JCR TOP1)

10.  赵圣国、王加启、郑楠. 一种生物碱类化合物及其在改善动物瘤胃微生物发酵中的用途. 专利号 ZL 202110627503.1，授权公告日2022年2月1日。