█ MRT 2022 年度報告

﹣44﹣

本研究中，16S rRNA 基因測序結(jié)果表明，HS 和 LS 奶牛瘤胃細

菌豐富度和均勻度（Sobs、Simpson 和 Shannon 指數(shù)）存在顯著差異

（圖 1）。據(jù)報道，瘤胃細菌豐富度與奶牛的乳脂率呈負相關(guān)，與乳

蛋白產(chǎn)量較低的奶牛相比，乳蛋白產(chǎn)量較高的奶牛瘤胃細菌豐富度較

低。結(jié)果顯示，相對豐度最高的兩個菌屬分別是 Prevotella 1 和

Succiniclasticum，HS 組中 Prevotella 1 (Bacteroidetes)的相對豐度為

25.1%，LS 組為 16.8%，Succiniclasticum(Firmicutes)在 HS 和 LS 組中

的相對豐度分別為 12.4%和 25.5%。LS 組中 Succiniclasticum 的相對

豐度是 HS 組 2.06 倍。Ruminococcaceae 科中的 Ruminococcaceae

UCG-014 、 Ruminococcaceae NK4A214group 、 Ruminococcus 1 、

Ruminococcus 2、Saccharofermentans、Ruminococcaceae UCG-001，

Prevotellaceae 科中的 Prevotellaceae UCG-001 和 Prevotellaceae UCG003，Lachnospiraceae 科中的 Butyrivibrio2、Eubacterium ruminantium

group、Lachnospiraceae XPB1014 grou、Lachnospiraceae AC2044 group、

Pseudobutyrivibrio、probable genus 10 和 Eubacterium ventriosum 均在

HS 組中顯著高于 LS 組（圖 2）。

Spearman 相關(guān)分析結(jié)果表明，乳成分、瘤胃發(fā)酵參數(shù)和組間的差

異細菌的相對豐度之間存在顯著相關(guān)性（圖 3）。TMS 含量與

Ruminococcaceae UCG-014 、 Ruminococcaceae NK4A214 group 、

Prevotellaceae UCG 001、Butyrivibrio 2、Prevotellaceae UCG-003、

二、研究進展 █

﹣45﹣

Candidatus Saccharimonas、Ruminococcus 2、Lachnospiraceae XPB1014

group、probable genus 10 和 Eubacterium ventriosum group 的相對豐

度具有顯著正相關(guān)關(guān)系，與 Pyramidobacter 的相對豐度具有顯著負相

關(guān)關(guān)系。并且，這些細菌與乳糖具有顯著負相關(guān)關(guān)系，與乳蛋白含量

和乳脂率具有顯著正相關(guān)關(guān)系。相反， Succiniclasticum 和

Veillonellaceae UCG-001 的相對豐度與乳蛋白含量具有顯著負相關(guān)關(guān)

系，Pyramidobacter 的相對豐度與乳蛋白和 TMS 具有顯著負相關(guān)關(guān)

系。Ruminococcaceae NK4A214 group 的相對豐度與 NH3-N 濃度具有

顯著負相關(guān)關(guān)系， Ruminococcaceae UCG-014 、 Candidatus

Saccharimonas、Anaeroplasma 和 Eubacterium ventriosum group 與乙

酸具有顯著負相關(guān)關(guān)系，Ruminococcaceae UCG-014、Ruminococcus 2、

Ruminococcaceae UCG-001 和 probable genus 10 與乙酸、異丁酸和總

VFA 濃度呈顯著正相關(guān)。

本研究表明 probable genus 10、Ruminococcaceae UCG-001、

Ruminococcus 2 和 Ruminococcaceae UCG-014 有可能通過增加乙酸的

產(chǎn)量從而對 TMS 的含量具有積極作用，因此，我們推測

Lachnospiraceae和Ruminococcaceae這兩大科中的一些細菌是與TMS

相關(guān)的主要菌。

█ MRT 2022 年度報告

﹣46﹣

圖 1 HS 和 LS 組間 α 多樣性指數(shù)的比較

圖 2 生乳總固形物含量高組和低組間的差異菌屬

二、研究進展 █

﹣47﹣

圖 3 乳成分和瘤胃發(fā)酵參數(shù)與組間差異菌之間的相關(guān)性

3 結(jié)論

本研究發(fā)現(xiàn)奶牛的干物質(zhì)采食量越高其 TMS 含量則越高，且乳

脂是生乳中變化最大的乳成分；HS 組奶牛瘤胃丙酸和戊酸濃度顯著

高于 LS 奶牛；另外一些瘤胃細菌與乳總固形物含量存在緊密的聯(lián)系。

Spearman相關(guān)分析表明乳總固形物含量與Ruminococcaceae UCG-014、

Ruminococcaceae NK4A214 group 、 Prevotellaceae UCG-001 、

Butyrivibrio 2、Prevotellaceae UCG-003、Candidatus Saccharimonas、

Ruminococcus 2、Lachnospiraceae XPB1014 group、probable genus 10、

Eubacterium ventriosum group 呈顯著正相關(guān)，與 Pyramidobacte 呈顯

著負相關(guān)； Ruminococcaceae UCG-014 、 Ruminococcus 2 、

█ MRT 2022 年度報告

﹣48﹣

Ruminococcaceae UCG001 、 probable genus 10 和 Eubacterium

ventriosum group 與總揮發(fā)性脂肪酸濃度呈顯著正相關(guān)。綜上所述，奶

牛的瘤胃細菌對提高奶牛乳總固形物含量具有潛在作用。

研究成果已在國際學術(shù)期刊《Animal nutrition》2022 年第 9 期上

發(fā)表。該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程重大產(chǎn)出科研選

題（CAAS-ZDXT2019004）、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（ASTIPIAS12）、財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS36）等項目支持，博士研究生劉凱珍為第一作者，王加啟研究員和張

養(yǎng)東副研究員為共同通訊作者。

（撰稿人：劉凱珍，校稿人：佀博學）

——LIU KAIZHEN, ZHANG YANGDONG, HUANG GUOXIN,

ZHENG NAN, ZHAO SHENGGUO, WANG JIAQI. Ruminal bacterial

community is associated with individual variations in total milk solid

content in Holstein lactating cows.

Animal Nutrition.9(2022):175-183.

二、研究進展 █

﹣49﹣

3. 基于活性和富集的宏蛋白質(zhì)組學解析牛瘤胃微生物活

性脲酶

瘤胃脲酶是尿素代謝的關(guān)鍵限速酶，可以催化尿素分解為氨，氨

能夠被瘤胃微生物利用合成微生物蛋白，為動物自身的生長提供氮源。

然而，由于脲酶過高的催化作用，尿素被快速地水解為氨，當大量的

氨進入血液后極易引起動物氨中毒，而且排出的氨還會造成環(huán)境污染，

嚴重影響了尿素氮的利用率。因此，合理調(diào)控瘤胃微生物脲酶活性是

高效利用尿素的關(guān)鍵。

脲酶主要來自于產(chǎn)脲酶菌，具有多樣性的特點，本實驗室前期利

用宏基因組學技術(shù)發(fā)現(xiàn)了很多產(chǎn)脲酶菌還分布于瘤胃未培養(yǎng)微生物

中，但其并不能體現(xiàn)產(chǎn)脲酶菌的原位功能，無法反映出其在瘤胃中的

真實活性動態(tài)，而宏蛋白質(zhì)組學彌補了這一空缺。因此本研究的目的

是利用宏蛋白質(zhì)組學技術(shù)從多樣性的脲酶中篩選出高活性脲酶，為靶

標性地調(diào)控瘤胃脲酶活性提供靶點。

宏蛋白質(zhì)組分析流程一般包括樣品采集、蛋白提取、蛋白消化、

質(zhì)譜分析和數(shù)據(jù)庫搜索 5 個部分，為了提高蛋白鑒定的準確度、靈敏

度和豐富度，很多學者對此流程進行了優(yōu)化。在瘤胃微生物蛋白鑒定

方面，由于瘤胃中包含有數(shù)以千計的各種各樣的微生物，從中評價某

一種蛋白或酶的功能并非易事，根據(jù)目前在瘤胃微生物方面的研究，

█ MRT 2022 年度報告

﹣50﹣

還沒有提出一套完整的宏蛋白質(zhì)組分析流程。針對篩選活性脲酶的目

的，本研究重點對蛋白提取和數(shù)據(jù)庫搜索步驟進行優(yōu)化，試驗用 6 種

活性蛋白提取方法（超聲破碎提取、常溫研磨提取、液氮冷凍研磨提

取、高壓破碎提取、反復凍融提取和試劑盒抽提）提取瘤胃粗酶液，

通過檢測脲酶活性，篩選出可以得到較高脲酶活性的蛋白提取方法。

然后采用凝膠過濾層析的方法進一步對提取到的較高脲酶活性蛋白

進行純化富集，將得到最高脲酶活性餾分進行質(zhì)譜分析。數(shù)據(jù)庫搜索

時，運用樣本本身的宏基因組測序結(jié)果作為蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫，采用兩步

搜庫法進行搜庫。本研究建立了一種可以靶向性鑒定奶牛瘤胃微生物

活性脲酶的宏蛋白質(zhì)組學方法，為反芻動物尿素氮的高效利用、靶向

調(diào)控微生物群落中目標蛋白/酶的活性提供技術(shù)參考。

如圖 1 所示，試驗設(shè)計了 6 種活性蛋白的提取方法，即超聲破碎

提取（Ultrasonication）、常溫研磨提取（Bead beating）、液氮冷凍研

磨提取（Cryomilling）、高壓破碎提取（High-pressure press）、反復

凍融提取（Freeze thawing）和試劑盒抽提（Bugbuster master mix），

每種提取方法又分別設(shè)置 2-3 個摸索條件，其中不同的色系代表不同

的提取方法。由圖 1B 可知，超聲破碎、液氮冷凍研磨和高壓破碎的

方法提取的蛋白含有高濃度的氨，其中，超聲破碎和高壓破碎的方法

可以得到較高濃度的蛋白（圖 1A），但是得到的蛋白的脲酶活性較

二、研究進展 █

﹣51﹣

低（圖 1C）。單從脲酶活性角度分析，液氮冷凍研磨方法提取到的蛋

白的脲酶活性較高，其中研磨 4 分鐘時，脲酶活性最高（圖 1C）。

圖 1 瘤胃活性蛋白提取方法的優(yōu)化。蛋白的不同提取方法對蛋白濃度（A）、氨產(chǎn)量

（B）和脲酶活性（C）的影響。蛋白提取方法的不同組合對蛋白濃度（D）、氨產(chǎn)量

（E）和脲酶活性（F）的影響。

蛋白純化時需要消耗大量的蛋白，因此本研究將高脲酶活性的蛋

白提取方法—液氮冷凍研磨 4 分鐘，與高蛋白濃度的提取方法—超聲

破碎和高壓破碎，分別組合在一起提取蛋白。結(jié)果表明，與單獨液氮

冷凍研磨 4 分鐘提取的蛋白相比，組合后的提取方法提高了蛋白濃度

（圖 1D）和氨的濃度（圖 1E），但是降低了脲酶活性（圖 1F）。由

于本研究重點是關(guān)注高脲酶活性蛋白，因此試驗選取了單獨液氮冷凍

研磨 4 分鐘的方法提取蛋白，通過多次提取增加蛋白總量。

█ MRT 2022 年度報告

﹣52﹣

為了進一步提高提取到的蛋白中脲酶的純度，液氮冷凍研磨 4 分

鐘提取的蛋白采用凝膠過濾層析方法進行純化。凝膠過濾層析也被稱

為分子篩，基本原理是根據(jù)蛋白質(zhì)的大小和形狀不同，將樣品進行分

離，留取不同的餾分，進而達到純化的目的。本試驗樣品純化過程中

的圖譜如圖 2A 所示，橫坐標軸表示洗脫的體積，坐標軸上標注的紅

短線代表收集的餾分的位置，共計收集 12 份餾分，樣品主要集中在

前 10 個餾分中，在此區(qū)間內(nèi)，譜圖上含有兩個主峰，一個位于 1-7 餾

分，另一個位于 8-10 餾分。

純化后收集的這 12 份餾分濃縮后分別進行 SDS-PAGE 凝膠電泳

分析（圖 2B）和脲酶活性的測定（圖 2C），樣品 5 的 SDS-PAGE 凝

膠電泳分析結(jié)果如圖 2B 所示，1-3 餾分和 11-12 餾分的泳道顏色特別

淡，說明蛋白濃度很低。4-10 餾分在 40-55 kDa 處均有條帶，從 7 餾

分開始，隱約可見 55-70 kDa 處出現(xiàn)條帶，此條帶在 8-10 餾分中特別

明顯，而脲酶分子量大小大多集中在此范圍內(nèi)，這個條帶很有可能是

脲酶集中的條帶。通過對這 12 個餾分進行脲酶活性檢測（圖 2C），

8-10 餾分的脲酶活性較高，其中 9 餾分脲酶活性最高，另外 8-10 餾

分恰好落在蛋白純化圖譜種的第二個峰（圖 2A）。因此，可以推斷

55-70 kDa 是脲酶集中的條帶，接下來試驗選取了脲酶活性最高的 9

餾分，從中割取 55-70 kDa 間的條帶，采用膠內(nèi)胰酶酶解的方法進行

質(zhì)譜鑒定。

二、研究進展 █

﹣53﹣

圖 2 高活性脲酶的純化富集。A：凝膠過濾層析圖譜。B：樣品 5 純化得到的 12 份餾

分的 SDS-PAGE 圖。C：純化得到的 12 份餾分的脲酶活性。

宏蛋白質(zhì)組分析中，理想的蛋白數(shù)據(jù)庫應包含整個樣本表達的蛋

白。在本研究中，我們提取樣本自身的 DNA 進行宏基因組測序，將

測序結(jié)果翻譯為蛋白后構(gòu)建蛋白數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫大小為 52.15 ± 6.71

Gb，包含 2,272,147 個非冗余蛋白序列。為提高鑒定的靈敏度并獲得

更多的鑒定結(jié)果，采用兩步搜庫法搜庫。運用 PEAKS studio X plus 軟

件，第一輪搜庫時，對相關(guān)參數(shù)不設(shè)限制，將鑒定的序列作為下一步

搜庫的蛋白數(shù)據(jù)庫。第二輪搜庫時，設(shè)置 FDR≤1%，蛋白?10lgP≥20，

unique peptide≥1。共鑒定到 6905 個肽段，2225 個蛋白和 1493 個蛋

白質(zhì)組，其中脲酶蛋白為 6 個（圖 3A）。Lc1 與來源于 Fibrobacter

█ MRT 2022 年度報告

﹣54﹣

sp.UWEL 的遺傳距離最近，相似度為 94.17%。M1-M5 這 5 個蛋白屬

于同一個蛋白質(zhì)組，與 Treponema sp.的脲酶遺傳距離較近。

圖 3 瘤胃活性脲酶的鑒定。A：鑒定的活性脲酶的蛋白質(zhì)組學特征。B：鑒定的活性

脲酶的進化樹分析。

脲酶活性與脲酶結(jié)構(gòu)蛋白 UreC 中的活性位點和 flap 區(qū)域息息相

關(guān)。將鑒定到的脲酶和已知脲酶進行序列比對（圖 4A），發(fā)現(xiàn)在活

性位點附近的殘基保守性很高，flap 區(qū)域中的兩個 α 螺旋的保守性也

較高，β 折疊處的殘基差異較大，其中同一個蛋白質(zhì)組的 M1-M5 在

β 折疊處的殘基保守，不同產(chǎn)脲酶菌來源的脲酶在 β 折疊處的殘基差

二、研究進展 █

﹣55﹣

異較大。由于 M1-M5 來源于同一個蛋白質(zhì)組，在三維結(jié)構(gòu)比對時，

選取了 M3 作為代表。Lc1、M3 和已知蛋白結(jié)構(gòu)脲酶的三維結(jié)構(gòu)比對

圖如圖 4B 所示，Lc1 和 M3 幾乎重合（粉色和玫紅色），在 flap 區(qū)

域的 β 折疊處，Lc1、M3 明顯與克雷伯氏菌脲酶（Ka）和幽門螺桿

菌脲酶（Hp）分開（圖 4C），表明，β 折疊很可能是影響脲酶活性的

關(guān)機殘基位點。

圖 4 鑒定到的瘤胃脲酶與已知脲酶的序列比對。A：蛋白序列比對。B：結(jié)構(gòu)蛋白

UreC 的三維結(jié)構(gòu)比對。C：Flap 區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)比對。

█ MRT 2022 年度報告

﹣56﹣

結(jié)論：本研究建立了一種可以靶向性鑒定奶牛瘤胃微生物活性脲

酶的宏蛋白質(zhì)組學方法。首先通過優(yōu)化蛋白提取方法，得到較高脲酶

活性蛋白，然后進一步對蛋白純化富集，提高脲酶純度并得到最高脲

酶活性餾分。將高脲酶活性餾分進行宏蛋白質(zhì)組分析，為提高鑒定的

靈敏度，運用樣本本身的宏基因組測序結(jié)果構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，并采用兩步

法搜庫以獲得更多的鑒定結(jié)果。將鑒定到的脲酶與已知脲酶進行蛋白

序列和三維結(jié)構(gòu)比對，發(fā)現(xiàn)脲酶 flap 區(qū)域中的 β 折疊處的殘基是影響

脲酶活性的關(guān)鍵殘基。該研究成果建立了可以靶向蛋白活性鑒定瘤胃

微生物脲酶的宏蛋白質(zhì)組學方法，揭示了影響脲酶活性的關(guān)鍵殘基，

為脲酶活性的調(diào)控提供靶標和關(guān)鍵位點，同時為靶向調(diào)控微生物群落

中目標蛋白/酶的活性提供技術(shù)參考。

摘要圖 靶向性鑒定奶牛瘤胃微生物活性脲酶的宏蛋白質(zhì)組學方法

二、研究進展 █

﹣57﹣

研究成果已于 2022 年 1 月發(fā)表在《International Journal of

Molecular Sciences》雜志。該成果由中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工

程重大產(chǎn)出科研選題、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技體系和動物營養(yǎng)學國家重

點實驗室資金資助，第一作者張曉音，通訊作者趙圣國和王加啟。

（撰稿人：張曉音，校稿人：劉思佳）

——ZHANG XIAOYIN, XIONG ZHANBO, LI MING, ZHENG

NAN, ZHAO SHENGGUO, WANG JIAQI. Activity-and EnrichmentBased Metaproteomics Insights into Active Urease from the Rumen

Microbiota of Cattle.

International Journal of Molecular Sciences. 2022, 23(2):817.

█ MRT 2022 年度報告

﹣58﹣

4. 瘤胃細菌對奶牛個體氮利用效率的貢獻

畜牧業(yè)發(fā)展迅速，據(jù)報道，奶牛攝入的氮大部分通過糞便和尿液

排出，而用于泌乳的氮僅占 20%-30%。因此，從營養(yǎng)、環(huán)境和經(jīng)濟的

角度減少氮損失對農(nóng)業(yè)的發(fā)展是必要的。奶牛的氮利用率受多種因素

的影響，包括自身遺傳因素、營養(yǎng)因素、環(huán)境條件、瘤胃微生物等。

其中，瘤胃微生物可以將宿主不能直接利用的大分子營養(yǎng)素降解成揮

發(fā)性脂肪酸、微生物蛋白、維生素等，從而滿足機體的能量、蛋白質(zhì)

和養(yǎng)分需要。通過檢測奶牛瘤胃微生物菌群的變化，進而確定瘤胃微

生物對奶牛產(chǎn)奶量、乳蛋白含量、尿素百分比的影響，對了解微生物

菌群結(jié)構(gòu)和功能與宿主的聯(lián)系非常重要。研究顯示瘤胃微生物對奶牛

生長和泌乳發(fā)揮重要作用。據(jù)報道 Bacillus licheniformis 作為益生菌

可以減少甲烷的排放，增加飼料消化率并改善機體的氮利用效率。此

外，有學者分析了奶牛的飼料效率、乳成分與瘤胃微生物菌群的關(guān)聯(lián)

性，發(fā)現(xiàn)有多種微生物菌群的豐度（包括 Prevotella 、Eubacterium 等）

與奶牛的產(chǎn)奶量和乳成分高度相關(guān)，其中 Firmicutes 與 Bacteroidetes

的比值與乳脂產(chǎn)量有強相關(guān)性。因此，瘤胃微生物對奶牛的生長和泌

乳均發(fā)揮重要作用，但是目前瘤胃微生物與氮利用率之間的相關(guān)性研

究較少。奶牛血漿與飼料 15N 之差（Δ15N）是表征氮利用效率的重要

指標，適用于大規(guī)模牛群個體氮利用分析。本研究利用 16S rRNA 測

序技術(shù)篩選出影響奶牛氮利用率的微生物細菌，為后續(xù)靶向調(diào)控微生

物菌群提高奶牛氮利用效率、減少氮環(huán)境污染奠定基礎(chǔ)。

二、研究進展 █

﹣59﹣

1 試驗方法

試驗選取 284 頭荷斯坦泌乳奶牛，采集其瘤胃液、血液和乳液。

并檢測瘤胃發(fā)酵指標、血液生化指標和乳成分。根據(jù) 284 頭奶牛的Δ

15N、乳蛋白產(chǎn)量信息篩選分組（圖 1），分為 7 頭高氮利用率-高乳

蛋白產(chǎn)量奶牛（HE_HP；Δ15N：1.9 ‰-2.2 ‰；乳蛋白產(chǎn)量（MPY：

1.7 kg/d-2.0 kg/d）；7 頭中氮利用率-中乳蛋白產(chǎn)量奶牛（ME_MP；

Δ15N：2.2 ‰ -2.4 ‰ ；MPY：1.4 kg/d-1.7 kg/d）； 7 頭低氮利用

率-低乳蛋白產(chǎn)量奶牛（LE_LP；Δ15N：2.4 ‰ -2.7 ‰ ；MPY：1.0

kg/d-1.4 kg/d）。此外，提取 21 頭奶牛的瘤胃液總 DNA，并通過 16S

rRNA 測序分析不同組別之間瘤胃微生物菌群組成和結(jié)構(gòu)的變化。

圖 1 Δ15N 與乳蛋白產(chǎn)量的散點圖

2 試驗結(jié)果

2.1 不同氮利用率組奶牛的生產(chǎn)參數(shù)和瘤胃發(fā)酵指標

█ MRT 2022 年度報告

﹣60﹣

21 頭奶牛的產(chǎn)奶量為 44.37± 1.75 kg/d，乳蛋白產(chǎn)量 1.50± 0.06

kg/d，Δ15N 為 2.30 ±0.05 ‰。HE_HP 組產(chǎn)奶量和乳蛋白產(chǎn)量最高，

LE_LP 組最低（P < 0.01，表 1）。Δ15N 含量在 HE_HP 組最低，而

在 LE_LP 組最高 （P < 0.01，表 1），泌乳日齡、乳蛋白、乳尿素氮

在三組間沒有顯著差異（P > 0.05）。此外，與 LE_LP 組相比，HE_HP

組乙酸含量較低，丙酸含量較高（P < 0.05），NH3–N、丁酸、戊酸含

量在三組間沒有顯著差異（P > 0.05）。

表 1 奶牛的生產(chǎn)參數(shù)、氮利用率指標、瘤胃發(fā)酵參數(shù)

Item

Group

SEM P value

HE_HP ME_MP LE_LP

Milk yield （kg/d） 51.89a

46.06b

35.16c

8.01 <0.01

Milk protein （%） 3.49 3.31 3.39 0.26 0.49

Milk urea nitrogen

（mg/dL） 14.80 14.90 15.14 1.74 0.93

Milk protein yield

（kg/d） 1.79a

1.52b

1.19c

0.26 <0.01

Δ15N （‰） 2.05c

2.30b

2.54a

0.21 <0.01

Ruminal VFA composision （%）

Acetate 58.89b

59.11b

62.67a

0.60 <0.01

Propionate 28.87a

28.25a

24.34b

0.57 <0.01

Isobutyrate 0.44 0.51 0.47 0.02 0.27

Butyrate 9.34 9.87 10.15 0.22 0.21

Isovalerate 0.79 0.86 0.86 0.04 0.64

Valerate 1.66 1.40 1.49 0.08 0.57

A:P ratio1

2.05b

2.10b

2.60a

0.22 <0.01

Ruminal NH3-N

（mg/dL） 7.11 10.25 9.17 3.07 0.15

二、研究進展 █

﹣61﹣

2.2 不同氮利用率組奶牛的細菌多樣性

通過對 21 頭奶牛的 16S rRNA 測序分析，共產(chǎn)生 1647027 序列

總數(shù)，8987 個 OTU 聚類?；?PCoA 分析結(jié)果顯示，HE_HP 組奶牛

和 LE_LP 組奶牛的細菌組成差異顯著（PERMANOVA, P < 0.01），

ME_MP 組奶牛的細菌組成沒有顯著性差異（圖 2），說明 ME_MP 組

的細菌群落分布較為均勻。

圖 2 HE_HP、ME_MP、LE_LP 奶牛瘤胃微生物 PCoA 分析

2.3 不同氮利用率組奶牛的細菌組成

在屬水平上，共識別 326 個菌屬（Top15，圖 3），包括 Prevotella

（29.85 ± 9.53%）, Succinivibrionaceae_UCG_001 （23.42 ± 16.38%）,

Muribaculaceae （4.61 ± 3.95%）, Succiniclasticum （3.35 ± 2.91%）。

通過 LEfSe 分析 HE_HP 組、ME_MP 組和 LE_LP 組的差異菌屬（圖

4 ），結(jié)果顯示 Succinivibrionaceae_UCG_001, uncultured_

Selenomonadaceae, Acidaminococcus 在 HE_HP 組豐度較高（P < 0.05），

Clostridia_UCG_014, Saccharofermentans, Bacilli_RF39, Desulfovibrio

在 LE_LP 組豐度較高（P < 0.05）。

█ MRT 2022 年度報告

﹣62﹣

圖 3 屬水平，HE_HP 組、ME_MP 組和 LE_LP 組瘤胃微生物的相對豐度

圖 4 利用 LEfSe 分析比較 HE_HP 組、ME_MP 組和 LE_LP 組奶牛瘤胃細菌的相對豐

度（P < 0.05, LDA>2）

二、研究進展 █

﹣63﹣

2.4 不同瘤胃細菌與Δ15N 和乳蛋白產(chǎn)量的關(guān)系

在屬水平上識別的 326 個屬中，127 個菌屬的相對豐度為>0.01%。

利用 Spearman 相關(guān)性分析了這 127 個菌屬與Δ15N 和乳蛋白產(chǎn)量的

關(guān)系，結(jié)果顯示其中 32 個菌屬與Δ15N 和乳蛋白產(chǎn)量顯著相關(guān)（P <

0.05，圖 5）。在這 32 個菌屬中，Succinivibrionaceae_UCG_001，

uncultured_ Selenomonadaceae, Acidaminococcus,

Eubacterium_xylanophilum_group ， Lachnospiraceae_NC2004_group

與乳蛋白產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，與Δ15N 呈顯著負相關(guān)（P < 0.05，圖 5，

圖 6）。此外，Clostridia_ UCG_014, Saccharofermentans, Bacilli_RF39,

Desulfovibrio 與乳蛋白產(chǎn)量呈顯著負相關(guān)，與Δ15N 呈顯著正相關(guān)（P

< 0.05）。

圖 5 瘤胃細菌與Δ15N 和乳蛋白產(chǎn)量的相關(guān)性分析。*表示差異顯著（P < 0.05）

█ MRT 2022 年度報告

﹣64﹣

圖 6 瘤胃細菌的相對豐度與 Δ15N 和乳蛋白產(chǎn)量的散點分布圖

3 結(jié)論

奶牛瘤胃細菌的相對豐度和多樣性在不同氮利用率奶牛之間存

在差異， Succinivibrionaceae_UCG_001 ， Selenomonadaceae ，

Acidaminococcus 在高氮利用率奶牛中豐度較高，且這 3 種菌屬與乳

二、研究進展 █

﹣65﹣

蛋白產(chǎn)量呈正相關(guān)，與Δ15N 呈負相關(guān)。該研究結(jié)果表明瘤胃細菌是

未來提高氮利用率的潛在調(diào)控靶標。

研究成果已發(fā)表在《Frontiers in Microbiology》雜志。由動物營養(yǎng)

學國家重點實驗室（2004DA125184G2108）、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科

技創(chuàng)新工程重大產(chǎn)出科研選題（CAAS-ZDXT2019004）和中國農(nóng)業(yè)科

學院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-IAS12）等項目資助，李敏為文章第一作

者，趙圣國和王加啟為文章通訊作者。

（撰稿人：李敏，校稿人：張曉音）

——LI MIN, ZHONG HUIYUE, LI MING, ZHENG NAN, WANG

JIAQI, ZHAO SHENGGUO.Contribution of Ruminal Bacteriome to the

Individual Variation of Nitrogen Utilization Efficiency of Dairy Cows.

Frontiers in Microbiology. 2022, 13:815225。

█ MRT 2022 年度報告

﹣66﹣

5. 提高生乳中ω-3 多不飽和脂肪酸對生乳風味影響較小

生乳的風味受到多種因素的影響，包括環(huán)境、品種、飼糧等。生

乳的風味會影響成品乳的風味。本試驗探究了飼糧組成與生乳風味的

關(guān)系，可以通過飼糧來調(diào)控生乳風味，開發(fā)出符合人們喜好的牛奶。

目前，飼糧對生乳風味影響的研究多集中于粗飼料品種對其的影響，

但是對于飼糧中添加亞麻籽對牛奶風味的研究鮮有報道。前人研究發(fā)

現(xiàn)在雞飼糧中添加亞麻籽后，所產(chǎn)的雞蛋會有異味，因此奶牛飼糧中

添加亞麻籽或許也會使牛奶產(chǎn)生異味。目前對于生乳風味的研究技術(shù)

主要有氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（Gas Chromatography -Mass Spectrometry,

GC-MS）、氣相色譜-脈沖火焰光度法（Gas Chromatography -Pulsed

Flame Photometric Detection, GC-PFPDs）、氣相色譜-火焰離子化檢測

儀（Gas Chromatography-Flame Ionization Detection, GC-FIDs）。隨著

新技術(shù)的不斷拓展，一種具有高靈敏、高信息密度、體積小、功耗低、

便攜和分析速度快等優(yōu)點的分析技術(shù)逐漸開始應用于乳制品的研究。

1 試驗方法

1.1 生乳樣品采集

采集飼喂不含亞麻籽（CK），含完整亞麻籽（WF）和含粉碎亞

麻籽（GF）日糧奶牛所產(chǎn)的生乳，保存于 4℃冰箱中，在 24 小時內(nèi)

進行乳揮發(fā)性有機化合物的測定。

1.2 離子遷移譜技術(shù)測定乳中揮發(fā)性有機化合物

二、研究進展 █

﹣67﹣

1.2.1 儀器

FlavourSpec?氣相色譜-離子遷移譜聯(lián)用儀（德國 G.A.S mbH 公

司）配備 PAL 自動進樣器；色譜柱型號：FS-SE-54-CB-1（15 m×0.53

mm×0.5 μm）。

1.2.2 樣品制備

準確量取 5 mL 牛奶樣品置于 20 mL 頂空進樣瓶中，孵化器在

80℃轉(zhuǎn)速 500 r/min 孵育 20 min 后，進行下一步風味的測定。

1.2.3 樣品分析

采用頂空進樣的方法進行樣品的分析，進樣量 250 μL，進樣針溫

度為 85℃，色譜柱溫為 60℃，使用 N2（純度≥99.999%）作為儀器

的載氣和漂移氣。色譜的條件為：初始流速為 2 mL/min，持續(xù) 2 min，

在 8 min 內(nèi)流速線性升高至 10 mL/min，然后在 10 min 內(nèi)流速線性升

高到 100 mL/min，最后在 5 min 內(nèi)上升到 150 mL/min。總運行時間

為 25 min，期間漂移器流量為 150 mL/min，遷移管的溫度為 45℃。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析使用儀器配套（LAV）軟件和 GC×IMS Library Search

軟件進行化合物的鑒定與分析。分別使用 LAV 軟件中 Reporter 插件

進行二維和三維譜圖的對比，Gallery Plot 插件進行指紋圖譜分析，

Dynamic PCA 插件進行動態(tài)主成分分析（PCA）。使用 SPSS 統(tǒng)計軟

件 v.20（IBM，Armonk，NY，美國）進行 Spearman 等級相關(guān)分析。

顯著和極顯著水平分別設(shè)定為 P<0.05 和 P<0.01。

█ MRT 2022 年度報告

﹣68﹣

2 試驗結(jié)果

2.1 不同生乳氣相色譜-離子遷移譜圖譜鑒別分析

在本試驗中，使用頂空-氣象色譜-離子遷移質(zhì)譜（Headspace-Gas

Chromatography-Ion Mobility Spectroscopy，HS-GC-IMS）測定日糧中

添加完整和粉碎亞麻籽處理的生乳中揮發(fā)性有機化合物的組成。HSGC-IMS 具有二位性質(zhì)，因此樣品中的揮發(fā)性有機化合物通過電離區(qū)

和遷移區(qū)能夠進行很好的分離。生乳中的揮發(fā)性物質(zhì)首先使用 GC 毛

細管柱進行預分離后，進入到 IMS 的電場中進行再次分離。測定結(jié)

果的三維圖譜如圖 1 所示，三組生乳中檢測到的揮發(fā)性化合物相似，

但信號強度略有不同。本試驗組中，使用 GC-IMS 在三種原料奶樣品

中共鑒定出 40 種揮發(fā)性有機化合物，包括 3 種酸、6 種酯、11 種醛、

7 種醇、13 種酮（圖 2 和表 1）。

圖 1 不同生乳的三維圖譜

二、研究進展 █

﹣69﹣

圖 2 不同生乳的指紋圖譜。（M）：單體；（D）：二聚體

表 1 GC-IMS 法鑒定不同生乳中的化合物（平均值±標準差）

揮發(fā)物 號 化合物 處理組，Treatments 單位：強度 （V） P-值

Volatiles No. Compounds RI1

RT2

DT3

CK WF GF P-value

酸 6 己酸 （M） 998.1 581.6 1.310 1014.25±345.44a

420.58±112.08b

966.47±459.61a

0.001

7 己酸 （D） 999.9 584.4 1.644 123.62±35.83 87.62±6.13 123.86±63.86 0.108

35 2-甲基丙酸 782.4 260.5 1.162 429.94±115.23a

171.12±37.30c

312.15±119.44b

<0.001

酯 4 己酸乙酯 1012.8 606.0 1.341 102.01±48.77a

58.45±6.39b

80.54±28.88ab 0.023

11 乙酸異丁酯 877.8 371.4 1.308 51.98±14.59 42.11±6.90 75.71±63.23 0.142

13 丁酸乙酯 797.2 275.2 1.206 299.40±205.34a

97.32±15.81b

209.14±140.99ab 0.015

28 乙酸乙酯 （M） 607.2 147.6 1.095 576.03±504.29 219.15±37.75 563.94±585.03 0.147

29 乙酸乙酯 （D） 607.2 147.615 1.335 853.81±80.4 150.33±198.80 710.77±1020.33 0.268

34 乙酸丙酯 712.7 201. 1.162 131.84±74.81b

166.19±40.33b

264.37±95.98a

0.001

醛 8 苯甲醛 957.9 501. 1.148 159.00±33.53 167.49±14.13 180.13±23.21 0.181

1 壬醛 1104.8 784.7 1.478 506.50±83.37b

641.21±74.88a

597.14±112.62a

0.009

3 苯乙醛 1049.7 672.1 1.258 42.17±4.37 41.52±6.42 45.33±13.42 0.602

5 辛醛 1012.2 605.1 1.411 289.16±77.82b

486.03±127.99a

375.32±108.47b

0.001

14 己醛 793.6 271.5 1.255 472.89±184.01c

1113.87±271.48a

788.22±425.70b

<0.001

26 庚醛 （M） 898.0 400.4 1.337 232.63±68.37c

438.0±91.53a

342.77±128.83b

<0.001

27 庚醛 （D） 897.6 399.9 1.696 41.68±9.74b

68.12±20.2a

61.99±27.66b

0.020

32 3-甲基丁醛 （M） 650.0 166.0 1.174 390.85±157.8 225.26±91.30 426.81±292.92 0.072

█ MRT 2022 年度報告

﹣70﹣

33 3-甲基丁醛 （D） 645.7 164.1 1.407 114.65±82.34 68.75±30.76 178.90±289.20 0.379

38 戊醛 694.7 188.8 1.185 146.92±35.67b

254.89±43.88a

213.31±55.33b

<0.001

40 丁醛 594.6 142.6 1.290 277.12±253.25 84.31±41.19 219.61±269.93 0.140

醇 12 正己醇 868.8 359.2 1.326 216.10±76.10 161.47±52.46 248.87±105.39 0.068

24 3-甲基丁醇 （M） 743.6 225.9 1.245 447.07±247.99a

159.15±38.68b

365.26±364.86ab 0.049

25 3-甲基丁醇 （D） 735.4 219.2 1.500 121.34±71.61 56.68±11.05 118.92±125.18 0.165

30 乙醇 （M） 457.3 97.7 1.050 1568.48±810.76a

117.06±66.26b

1305.11±868.20a

<0.001

31 乙醇 （D） 465.7 100.0 1.132 309.06±276.34a

11.05±1.87b

247.00±312.96a

0.025

36 芳樟醇 1088.7 749.9 1.221 213.81±31.69 209.69±11.11 238.13±41.33 0.101

37 2-己醇 777.2 255.5 1.286 111.05±46.87a

44.24±8.29b

84.14±36.18a

0.001

酮 2 2-壬酮 1097.9 769.6 1.409 386.42±145.70 270.6±105.50 388.9±125.08 0.075

9 2-庚酮 （M） 891.5 390.9 1.26047 2089.02±301.82a

1549.46±319.75b

1859.38±321.12a

0.003

10 2-庚酮 （D） 889.0 387.2 1.634 1520.65±480.93a

765.00±357.96b

1132.38±416.17ab 0.002

15 2-戊酮 （M） 685.8 183.3 1.120 1211.47±135.09a

967.75±135.43b

1064.04±119.19b

0.001

16 2-戊酮 （D） 683.4 182.0 1.370 1748.68±581.72a

727.58±249.59b

1088.62±493.06b

<0.001

17 2-丁酮 （M） 584.9 138.8 1.062 1715.42±373.90a

1103.58±381.65b

1445.42±365.84ab 0.004

18 2-丁酮 （D） 586.5 139.4 1.248 1393.12±1030.04ab 1867.48±1094.50a

732.19±576.63b

0.034

19 丙酮 503.0 110.8 1.119 6559.13±1067.66 7144.04±447.41 6962.74±924.72 0.310

20 4-甲基-2-戊酮 （M） 736.9 220.4 1.174 193.87±79.73 274.68±36.99 235.10±92.98 0.067

21 4-甲基-2-戊酮 （D） 733.8 218.0 1.483 144.39±48.26a

79.04±23.10b

155.68±60.15a

0.002

22 3-羥基-2-丁酮 （M） 714.6 203.1 1.060 1456.84±990.83a

602.77±139.75b

1125.42±465.92ab 0.020

23 3-羥基-2-丁酮 （D） 714.6 203.1 1.333 483.81±676.34 180.41±23.83 258.57±1140.92 0.229

37 2-己酮 783.8 261.8 1.188 114.17±15.31 94.2±9.07 108.21±29.3 0.089

（M）：單體；（D）：二聚體。

1 使用外標正酮 C4-C9 作為參考標準，校正得到各種揮發(fā)性物質(zhì)的保留指數(shù)；

2 表示毛細管氣相色譜柱中的保留時間；

3 表示遷移管中的遷移時間。

2.2 不同生乳中的揮發(fā)性化合物

如圖 2 所示，GC-IMS 的 NIST 數(shù)據(jù)庫從三組生乳中檢測到 40 種

揮發(fā)性化合物。每行代表一種生乳樣本，每列代表一種化合物。從圖

3 中還可以看出，各組奶牛之間存在個體差異。本試驗中確定的化合

物成分如表 1 所示。為了進一步分析不同生乳中的揮發(fā)性有機化合物

濃度，采用 HS-GC-IMS 三維圖譜進行展示（如圖 3 所示）。光譜上

的每個點代表樣品中檢測到的化合物。大多數(shù)信號在 100 至 1000 s 的

二、研究進展 █

﹣71﹣

保留時間內(nèi)檢測到，漂移時間在 1 至 1.8 ms 之間。顏色表示樣品中揮

發(fā)性有機化合物的含量，從白色到紅色表示含量由低變高。

三種生乳中揮發(fā)性化合物如表 1 和圖 3 所示，與 CK 組相比，日

糧中添加完整亞麻籽降低生乳中 2 種酸（己酸（M）、2-甲基丙酸）、

3 種酯（己酸乙酯、丁酸乙酯、乙酸丙酯）、4 種醇（3-甲基丁醇（M）、

乙醇（M）、乙醇（D）、2-己醇）、7 種酮（2-庚酮（M）、2-庚酮

（D）、2-戊酮（M）、2-戊酮（D）、2-丁酮（M），4-甲基-2-戊酮

（D）、3-羥基-2-丁酮（M）），提高 6 種醛（壬醛、辛醛、己醛、

庚醛（M）、庚醛（D）、戊醛）的含量（P<0.05）。而在 GF 組和 CK

組之間，只有 5 種化合物（2-甲基丙酸、2-戊酮（M）、2-戊酮（D）、

2-丁酮（D）、壬醛）存在顯著性差異（P<0.05）。與 CK 組相比，日

糧中添加粉碎亞麻籽能夠提高生乳中的壬醛含量，降低 2-甲基丙酸、

2-戊酮（M）、2-戊酮（D）的含量。

圖 3 不同生乳的二維 HS-GC–IMS 譜圖。（M）：單體；（D）：二聚體

█ MRT 2022 年度報告

﹣72﹣

2.3 不同生乳的聚類分析

主成分分析是一種多元統(tǒng)計分析技術(shù)，廣泛用于以直觀的方式來

區(qū)分不同處理的樣本。本試驗中使用 PCA 比較 CK、WF 和 GF 生乳

之間的揮發(fā)性有機化合物（如圖 4 所示）。兩個主成分之和為 60%

（PC1=51%；PC2=9%）。如 PCA 圖所示，CK 和 WF 牛奶中的風味

顯著不同，并且在 PC1 軸上能夠進行很好的區(qū)分。在 PC1 軸上，WF

牛奶分布在負值中，而大多數(shù) CK 牛奶為正值。但是，在 PC2 軸上

CK 和 WF 生乳區(qū)分不明顯。此外，GF 生乳樣品在 PCA 圖中無法與

CK 和 WF 樣品分開。因此，日糧中添加 WF 對生乳中的揮發(fā)性有機

物的影響大于 GF。這些結(jié)果表明，飲食成分的變化會影響牛奶的風

味。通過 HS-GC-IMS 建立的特征揮發(fā)性指紋圖譜，可以區(qū)分不同類

型的牛奶。

圖 4 不同生乳的主成分分析。黑點：CK 乳；藍點：WF 乳；紅點：GF 乳

研究成果已發(fā)表在《Frontiers in Nutrition》雜志。該成果得到中

國農(nóng)業(yè)科學院重大任務(wù)、國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和動物營養(yǎng)學國家重

二、研究進展 █

﹣73﹣

點實驗室等項目資助，黃國欣為文章第一作者，李寧為共同第一作者，

王加啟和張養(yǎng)東為文章通訊作者。

（撰稿人：黃國欣）

——HUANG GUOXIN, LI NING, LIU KAIZHEN, YANG

JIYONG, ZHAO SHENGGUO, ZHENG NAN, ZHOU JINHUI, ZHANG

YANGDONG, WANG JIAQI. Effect of Flaxseed Supplementation in Diet

of Dairy Cow on the Volatile Organic Compounds of Raw Milk by HSGC-IMS.

Frontiers in Nutrition. 2022, 9:831178.

█ MRT 2022 年度報告

﹣74﹣

6. 牛奶中ω-6 和ω-3 脂肪酸比例影響揮發(fā)性物質(zhì)的組成

生乳中的揮發(fā)性物質(zhì)會影響其風味，不同的化合物具有不同的風

味。通過測定牛奶中揮發(fā)性物質(zhì)的種類，研究人員可以根據(jù)消費者的

口味調(diào)整風味，這對生產(chǎn)者來說是非常重要的。

目前，生產(chǎn)中常用亞麻籽作為乳中 ω-6 和 ω-3 脂肪酸比例的調(diào)節(jié)

劑，以獲得功能性乳制品。亞麻籽中含有豐富的 α-亞麻酸（ALA），

其穩(wěn)定性優(yōu)于大多數(shù)含有四、五、六個雙鍵的多不飽和脂肪酸，如花

生四烯酸（ARA）、二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）。

更重要的是，ω-3 多不飽和脂肪酸能改善人體健康。例如，ALA 對心

血管疾病和癌癥有預防作用，而 DHA 和 EPA 則可促進心血管疾病和

癌癥的發(fā)生。世界衛(wèi)生組織以及糧食和農(nóng)業(yè)組織建議飲食中 ω-6 和 ω3 的比例約為 4/1，低比例可以減少炎癥因子，降低動脈粥樣硬化，具

有整體抗炎作用。生產(chǎn)上，常在日糧中添加完整和粉碎亞麻籽來調(diào)節(jié)

ω-6 和 ω-3 的比例，但是調(diào)節(jié)這一比例可能影響生乳的風味，了解不

同脂肪酸比例生乳中的揮發(fā)性有機化合物，有利于功能性生乳的加工

與功能性乳制品的開發(fā)。

氣相色譜-離子遷移譜法（GC-IMS）是一種新型的風味檢測方法。

與傳統(tǒng)的分析技術(shù)相比，它有分離效率高、選擇性好、靈敏度高等優(yōu)

勢，最重要的是它不需要前處理，大大簡化了試驗操作，在食品質(zhì)量

安全方面廣泛應用，但在生乳方面的應用鮮有報道。

二、研究進展 █

﹣75﹣

本研究采用氣相-離子遷移譜（GC-IMS）和主成分分析（PCA）

對不同 ω-6 和 ω-3 比例的生乳樣品進行了研究，共確定了 34 種典型

的目標化合物。在不同的 ω-6/ω-3 的生乳中觀察到不同的揮發(fā)性物質(zhì)。

降低比例后，揮發(fā)性化合物如己酸（二聚體和單體）、乙酸乙酯和 2-

甲基丙酸（二聚體和單體）的濃度下降，4-甲基-2-戊酮、戊醛和丙酮

的濃度增加。我們根據(jù)鑒定出的揮發(fā)性化合物的信號強度進行了 PCA

分析，檢測結(jié)果準確地表明，它可以在一個相對獨立的空間內(nèi)對樣品

進行區(qū)分。結(jié)果表明，ω-6 和 ω-3 脂肪酸比例不同的生乳，其揮發(fā)性

化合物的濃度不同。生乳（ω-6: ω-3=8:1）中的揮發(fā)性化合物主要為己

酸、乙酸乙酯和 2-甲基丙酸。調(diào)整后，中比例組（ω-6: ω-3=4:1）的揮

發(fā)性物質(zhì)以酮類物質(zhì)為主，低比例組（ω-6: ω-3=3:1）的揮發(fā)性物質(zhì)以

醛類物質(zhì)為主。

1 試驗方法

1.1 試驗材料

本試驗樣品采集于天津富優(yōu)農(nóng)業(yè)科技有限科技公司奶牛場。高比

例組（HR 組）：飼喂牧場基礎(chǔ)日糧，不添加亞麻籽，其脂肪酸比例

ω-6: ω-3=8:1；中比例組（MR 組）：飼喂添加 13.01% DM 完整亞麻

籽的 TMR 日糧，其脂肪酸比例 ω-6: ω-3=4:1；低比例組（LR 組）：

飼喂添加 13.01% DM 粉碎亞麻籽的 TMR 日糧，其脂肪酸比例為 ω6: ω-3=3:1。

1.2 試驗方法

█ MRT 2022 年度報告

﹣76﹣

將 FlavourSpec? 風味分析儀（G.A.S，Dortmund，德國）配備弱

極性 FS-SE-54-CB 毛細管柱（15 m × 0.53 mm），并采用 5%苯基和

95%二甲基聚硅氧烷作為固定相，連接 GC-IMS 對 30 個樣品中的揮

發(fā)性物質(zhì)進行檢測。首先，操作者從每個樣品中量取 5 mL 牛奶，并

放入 30 個 20 mL 頂空瓶中。將樣品于 80°C 孵育 20 分鐘，同時以

500 rpm 轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，后進樣 500 μL，進樣針在 85°C。最后，將樣品

用 N2 氣（純度 99.999%）輸送到 FS SE-54-CB 毛細管柱，柱溫恒

定在 60°C。分析物被驅(qū)入電離室并在正離子模式下電離。 3H 電離

源有 300 MBq 的活動，產(chǎn)生的離子被驅(qū)動到一個漂移管（9.8 厘米

長），它在恒定溫度 （45°C） 和電壓 （0.5 kV） 下運行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

揮發(fā)性物質(zhì)使用 LAV 軟件查看并分析圖譜，圖中的每一個點代

表一種風味物質(zhì)，使用 Reporter 插件直接對比樣品之間的譜圖差異，

使用 Gallery Plot 插件可以進行指紋圖譜對比，直觀地比較不同樣品

之間的風味物質(zhì)差異，使用 Dynamic PCA 插件可以進行動態(tài)主成分

分析，用于將樣品聚類分析，以及快速確定未知樣品的種類，GC×

IMS Library Search 為應用軟件內(nèi)置的 NIST 數(shù)據(jù)庫，可以對風味物

質(zhì)進行定性分析。

2 試驗結(jié)果

對不同生乳樣品中揮發(fā)性成分的多樣性進行了 GC-IMS 分析。將

數(shù)據(jù)在三維譜圖中可視化，如圖 1A 所示。不同比例生乳樣品的 GCIMS 3D 俯視圖如圖 1B 所示，譜圖左邊的紅色垂直線為反應離子峰

（RIP），RIP 右邊的每個點代表從樣品中提取的揮發(fā)性有機化合物。

二、研究進展 █

﹣77﹣

紅色的斑點代表香味物質(zhì)含量較高，白色的斑點代表香味物質(zhì)含量較

低，即顏色代表物質(zhì)的濃度。顏色越深，含量越高。整個譜圖代表樣

品的整個頂空組成。

差異比較模型用于比較生乳樣品的差異。選取高比例組生乳譜圖

作為參考，其他樣品的譜圖從參考譜圖中扣除（圖 1B）。如果兩種揮

發(fā)性化合物一致，則減去的背景為白色，而紅色表示揮發(fā)性物質(zhì)的濃

度高于參考值，藍色表示揮發(fā)性物質(zhì)的濃度低于參考值?？梢钥闯?，

大部分信號出現(xiàn)在 100-700 秒的保留時間，MR 組有幾種不同的信號

（保留時間在 700-900 秒之間）。添加亞麻籽后，ω-6 與 ω-3 的比例

降低，部分化合物的信號消失或信號強度降低（圖 1B）。相反，信號

強度的增加表明某些化合物的濃度增加。如圖 1B，HR 組與 MR 組對

比發(fā)現(xiàn)，雖然 MR 組揮發(fā)性化合物濃度變化不明顯，但仔細觀察可以

看出，藍色部分區(qū)域比 HR 組多，產(chǎn)生了細微變化，LR 組藍色部分

變多，表明 LR 組生乳樣品整體揮發(fā)性化合物濃度明顯下降，可見 LR

組與 HR 組有顯著差異。結(jié)果表明，HR 組、MR 組和 LR 組隨著 ω-6

和 ω-3 比值的降低，生乳中揮發(fā)性化合物的濃度降低。揮發(fā)性化合物

的組成也顯著不同。

█ MRT 2022 年度報告

﹣78﹣

圖 1 不同處理生乳的分圖析。A: 前視圖。B: 俯視圖。a:生乳中 ω-6 和 ω-3 脂肪酸的

比例是 8:1。b: 生乳中 ω-6 和 ω-3 脂肪酸的比例是 4:1。c: 生乳中 ω-6 和 ω-3 脂肪酸的比例

是 3:1

為了更全面地比較不同配比生乳樣品中揮發(fā)性有機物的差異，利

用 LAV 軟件的 Gallery Plot 插件在二維 GC-IMS 光譜中選擇所有樣品

的待分析峰，并自動生成指紋圖譜。如圖 2 所示，左側(cè) Y 軸為樣品

名稱，X 軸為揮發(fā)性物質(zhì)的定性結(jié)果。從指紋圖譜的初步比較可以看

出，不同處理組樣品的揮發(fā)性物質(zhì)組成存在差異。三組生乳樣品揮發(fā)

性物質(zhì)組成不均，部分揮發(fā)性物質(zhì)濃度和種類不同。

圖 2 不同處理組生乳的 GC-IMS 指紋圖譜

二、研究進展 █

﹣79﹣

為了更加直觀的鑒別樣品間差異性，制作了主成分分析圖，在主

成分分析圖中黑色的點為 HR 組樣品（HR1-HR10），藍色的點為 MR

樣品（MR1-MR10），紅色的點為 LR 樣品（LR1-LR10），從圖 3 中

可以看出，HR 組樣品都聚集在主成分分析圖的左部分，LR 組樣品分

布在圖的中間部分，MR 組樣品分布在圖的右部分。因為 HR 組和 LR

組樣品的揮發(fā)性物質(zhì)組成整體類似，所以其在主成分分析圖中的分布

較緊密，而 MR 組的揮發(fā)性物質(zhì)組成參差錯落，其在主成分分析圖中

的分布較為分散，不過，這并不影響試驗的結(jié)果。結(jié)果表明，通過主

成分分析法，可以將 HR 組、MR 組和 LR 組的揮發(fā)性物質(zhì)鑒別區(qū)分。

圖 3 不同處理組生乳的主成分分析圖

3 結(jié)論

本研究建立了一種簡單、準確、可靠的分析方法，通過 GC-IMS

對不同 ω-3 和 ω-6 脂肪酸比例生乳中的揮發(fā)性物質(zhì)進行鑒定，可以清

楚地觀察到調(diào)節(jié)脂肪酸比例對牛奶揮發(fā)性物質(zhì)的影響。因此，在生產(chǎn)

過程中，在調(diào)整 ω-3 和 ω-6 脂肪酸的比例以獲得功能乳制品的同時應

考慮減少對其揮發(fā)性物質(zhì)的影響。

█ MRT 2022 年度報告

﹣80﹣

研究成果已于 2022 年 1 月發(fā)表在《Animals》雜志。該成果由國

家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程重大產(chǎn)出科研選

題、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金

資助，第一作者為李寧和黃國欣，通訊作者為王加啟和張養(yǎng)東。

（撰稿人：李寧）

——LI NING, HUANG GUOXIN, ZHANG YANGDONG, ZHENG

NAN, ZHAO SHENGGUO, WANG JIAQI. Diversity of Volatile

Compounds in Raw Milk with Different n-6 to n-3 Fatty Acid Ratio.

Animals. 2022, 12(3):252.

二、研究進展 █

﹣81﹣

7. 新的α-亞麻酸瘤胃生物氫化中間產(chǎn)物：t9c12c15-

C18:3

C18:3 t9c12c15 作為 α-亞麻酸（ALA）的異構(gòu)體在瘤胃中的研究

鮮有報道，最近的研究發(fā)現(xiàn)乳中存在 C18:3 t9c12c15。因此，我們猜

測瘤胃中存在 C18:3 t9c12c15，且為 ALA 的生物氫化產(chǎn)物。本試驗主

要是探究瘤胃中 C18:3 t9c12c15 的含量，并探究 ALA 的瘤胃生物氫

化機制。

1 試驗方法

試驗分為 2 組，一組為對照組（不添加 ALA）添加 50 μL 無水乙

醇，另一組為 ALA 組（添加 ALA 組）添加 50 μL 乙醇 ALA 混合液

（ALA 的添加比例為飼糧干物質(zhì)的 1.30%）。使用乙醇對 ALA 純品

進行稀釋，ALA 組添加乙醇 ALA 混合液，而對照組添加等量的乙醇

稀釋液。試驗采用體外發(fā)酵法進行，試驗選用 80 個發(fā)酵瓶，每組每

個時間點 5 個重復。發(fā)酵底物選用高產(chǎn)奶牛日糧，制成風干樣品過 40

目篩。每個發(fā)酵瓶中添加 0.200 g 發(fā)酵底物與 30 mL 的發(fā)酵液。分別

于 0、0.5、1、2、3、4、5、6 h，共 8 個時間點取出發(fā)酵液，并置于

冰上使其快速降溫，終止發(fā)酵。而后分裝于 5 mL EP 管中保存于-80℃

中用于 C18 脂肪酸的測定。采用氣相色譜-質(zhì)譜的方法進行測定。

2 試驗結(jié)果

試驗中檢測到的主要的差異 C18:3 脂肪酸如圖 1 所示，兩組發(fā)酵

液中均能夠檢測到 ALA、C18:3 t9t12t15 和 C18:3 c9t12t15。在對照組

█ MRT 2022 年度報告

﹣82﹣

中沒有檢測到 C18:3 t9c12c15，但是添加 ALA 后發(fā)現(xiàn)能夠提高瘤胃

發(fā)酵液中 C18:3 t9c12c15 的含量。

圖 1 C18：3 脂肪酸在瘤胃發(fā)酵液中的含量

發(fā)酵液中 C18 脂肪酸含量的變化如圖 2 所示，添加 ALA 后能夠

顯著提高發(fā)酵液中 ALA 的含量，由 0.256 ng/mL 提高到 1.369 ng/mL，

但是隨發(fā)酵時間的延長，發(fā)酵液中 ALA 濃度逐漸下降，在前 0.5 小

時下降最快。在 ALA 組中，C18:3 t9t12c15 在發(fā)酵 0 小時發(fā)酵液中含

量為 0 ng/mL，而隨著發(fā)酵時間延長含量逐漸升高，發(fā)酵后 1 小時達

到頂峰，而在發(fā)酵后 5 小時檢測不到了。發(fā)酵液中 C18:2 t9c12 的含

量在發(fā)酵后 1 小時達到最大值，后逐漸下降，C18:2 c9t11 僅在發(fā)酵 1

小時后，ALA 組發(fā)酵液中含量顯著高于對照組。C18:1 脂肪酸中，發(fā)

酵液中 C18:1 c12 脂肪酸在發(fā)酵后 1 小時含量開始上升，在 3 小時達

到頂峰，而后逐漸下降，C18:1 t11 脂肪酸在發(fā)酵后 2 小時含量開始

上升，并在 3 小時達到頂峰，而后下降。C18:1 c6 脂肪酸在發(fā)酵 3 小

二、研究進展 █

﹣83﹣

時后濃度開始上升而后逐漸下降，而 C18:1 t9 在發(fā)酵后 5-6 小時，發(fā)

酵液中的濃度顯著高于對照組。

發(fā)酵液中檢測到了 C18:3 c9t12c15，這個可能來自于 ALA 的異

構(gòu)化。但是發(fā)酵液中 C18:3 t9c12c15 和 C18:3 c9t12c15 的含量較低

（C18:3 t9c12c15≤0.048 ng/mL；C18:3 c9t12c15≤0.018 ng/mL），因此

ALA→C18:3 t9c12c15 和 ALA→C18:3 c9t12c15 可能不是主要生物氫

化通路。ALA 異構(gòu)體進一步生物氫化轉(zhuǎn)化為 C18:2 脂肪酸，C18:2

c9t11 是 ALA 瘤胃生物氫化的產(chǎn)物之一。本試驗也發(fā)現(xiàn)添加 ALA 能

夠提高發(fā)酵液中的 C18:2 c9t11 的含量。此外試驗中發(fā)現(xiàn)添加 ALA 能

夠顯著提高發(fā)酵液中 C18:2 t9c12 含量，在發(fā)酵后 1 小時含量最高

（ALA 組 vs 對照組：0.806 vs 0.107）。C18:3 t10c12c15→C18:2 t10c15

的生物氫化作用發(fā)生在順式結(jié)構(gòu)上，因此我們推測 C18:3 t9c12c15 能

夠發(fā)生順式生轉(zhuǎn)化成為 C18:2 t9c12。C18:1 c12、C18:1 t11 和 C18:1

t9 是 ALA 瘤胃生物氫化的產(chǎn)物而且能夠進一步轉(zhuǎn)化為 C18:0 脂肪酸，

其中 C18:1 t11 是 ALA 與 LA 的主要的生物氫化產(chǎn)物。試驗發(fā)現(xiàn)，添

加 ALA 后，能夠提高發(fā)酵液中 C18:1 c12、C18:1 t11 和 C18:1 t9 的含

量。C18:1 中 C18:1 t11 變化量最大，C18:1 t11 發(fā)酵 3 小時，發(fā)酵液

中含量由 1.804 ng/mL 提高到 3.118 ng/mL；C18:1 c12 發(fā)酵 3 小時由

0.322 ng/mL 提高到 0.609 ng/mL；C18:1 t9 發(fā)酵 5 小時含量由 0.256

ng/mL 提高到 0.404 ng/mL。前人報道 C18:2 t11c15 能夠通過生物氫

化轉(zhuǎn)化為 C18:1 c15、C18:1 t11 和 C18:1 t16，其中既存在生物氫化作

用，即 C18:2 t11c15→C18:1 c15 或 C18:2 t11c15→C18:1 t11，也可能

存在異構(gòu)化，即 C18:1 c15→C18:1 t16。因此我們推測 C18:2 t9c12 能

█ MRT 2022 年度報告

﹣84﹣

夠通過生物氫化轉(zhuǎn)化為 C18:1 c12、C18:1 t11 和 C18:1 t9，而后進一

步通過瘤胃生物氫化作用轉(zhuǎn)化為 C18:0。根據(jù)試驗結(jié)果我們繪制了圖

3，ALA 在瘤胃生物氫化過程中能夠發(fā)生 ALA→C18:3 t9c12c15 和

ALA→C18:3 c9t12c15 的異構(gòu)過程。由于目前檢測到的 C18 脂肪酸有

限，因此無法推測 C18:3 c9t12c15 下一步的生物氫化產(chǎn)物。而 C18:3

t9c12c15，根據(jù)測得的脂肪酸含量變化趨式，我們猜測 C18:3

t9c12c15→C18:2 t9c12→C18:1 c12/C18:1 t11/C18:1 t→C18:0，但是由

于缺少 C18:3 t9c12c15 純品無法進行此通路的驗證。

圖 2 瘤胃中 C18 脂肪酸發(fā)酵不同時間點在發(fā)酵液中含量

結(jié)合前人對瘤胃生物氫化的報道，我們進一步完善了 ALA 瘤胃

生物氫化通路（圖 3 所示）。同時猜測 C18:3 t9c12c15 可能通過異構(gòu)

二、研究進展 █

﹣85﹣

化生成 C18:3 t9t11c15，但是由于缺少 C18:3 t9t11c15 甲酯標準品，本

試驗沒有進行該脂肪酸的檢測。

圖 3 ALA 瘤胃生物氫化通路。紅色為本試驗推測生物氫化通路，黑色為文獻報道的生

物氫化通路，黑色粗線為瘤胃主要生物氫化通路。

3 結(jié)論

本試驗發(fā)現(xiàn) C18:3 t9c12c15 是 ALA 瘤胃生物氫化的中間產(chǎn)物，

并推測出新的瘤胃生物氫化通路。發(fā)現(xiàn) ALA 瘤胃生物異構(gòu)化能夠發(fā)

生在原位（ALA→C18:3 t9c12c15），也可以發(fā)生在異位（ALA→C18:3

t10c12c15）。

該研究成果已發(fā)表在《Animals》雜志。該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學

院重大任務(wù)、國家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和動物營養(yǎng)學國家重點實驗室等

項目資助，黃國欣為文章第一作者，郭利亞為共同第一作者，王加啟

和張養(yǎng)東為文章通訊作者。

（撰稿人：黃國欣）

█ MRT 2022 年度報告

﹣86﹣

——HUANG GUOXIN, GUO LIYA, CHEN MEIQING, WU

XUFANG, TANG WENHAO, ZHENG NAN, ZHAO SHENGGUO,

ZHANG YANGDONG, WANG JIAQI. Biohydrogenation Pathway of αLinolenic Acid in Rumen of Dairy Cow In Vitro.

Animals. 2022, 12(4):502.

二、研究進展 █

﹣87﹣

8. 自然霉變?nèi)占Z霉菌毒素暴露對泌乳奶牛生產(chǎn)性能和健

康影響

牛奶霉菌毒素污染是牛奶質(zhì)量安全的重要風險因素之一，其主要

來源于霉變飼料。目前，飼料中霉菌毒素的最大允許限量已經(jīng)在世界

范圍內(nèi)廣泛確立。奶牛飼料在收獲、生產(chǎn)、加工和儲存過程中都極易

受到霉菌毒素的污染，環(huán)境溫度、濕度、飼料表面水分和基質(zhì)是影響

霉菌生長及毒素產(chǎn)生的主要因素。前人的研究表明黃曲霉毒素、玉米

赤霉烯酮和脫氧雪腐鐮刀菌素是中國飼料原料中常見檢出的三種主

要霉菌毒素，奶牛日糧被霉菌毒素的污染風險很大，提示合適的儲存

和運輸條件尤為重要。目前，大量研究工作集中在霉菌毒素對奶牛生

產(chǎn)性能和健康的不利影響上。研究發(fā)現(xiàn)，奶牛飼料中添加黃曲霉毒素

B1 顯著降低了奶牛采食量、飼料轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)奶量，影響了血清生化

參數(shù)和肝臟代謝，并因此導致免疫系統(tǒng)改變和器官損傷。研究顯示，

霉菌毒素可殘留于動物副產(chǎn)品中，對畜產(chǎn)品、食品安全和人類健康可

造成不可逆轉(zhuǎn)影響和重大經(jīng)濟損失。但前人的研究中，主要利用添加

純品霉菌毒素來研究其對奶牛生產(chǎn)性能的影響，在此前提下無法準確

模擬霉變因子和霉變程度的實際情況，因為一種真菌可能同時產(chǎn)生一

█ MRT 2022 年度報告

﹣88﹣

種以上的霉菌毒素，不同的真菌也可能共存于同一飼料中，純品霉菌

毒素添加對奶牛生產(chǎn)過程的指導意義存在一定局限性。

本研究選擇自然霉變的玉米粉和棉籽為霉變原料，添加到泌乳牛

的日糧中進行試驗，研究其對泌乳奶牛生產(chǎn)性能、生化指標、牛奶中

小分子物質(zhì)的影響，為奶牛生產(chǎn)實踐提供參考。

1 材料與方法

本研究持續(xù) 28 天，其中基礎(chǔ)飲食 14 天（適應期），試驗日糧 14

天（試驗期），共 40 頭泌乳晚期荷斯坦奶牛。在寧夏當?shù)氐臏貪穸?/p>

條件下，通過調(diào)控玉米粉和棉籽原料中的水分獲得自然霉變的兩種飼

料原料。對照組奶牛飼喂正常飼料原料的 TMR，50Cot 組基礎(chǔ)日糧

50%棉籽被自然霉變的棉籽替代，100Cot 組基礎(chǔ)日糧中所有棉籽均用

自然霉變棉籽替代，50CotCorn 組基礎(chǔ)日糧中 50%棉籽和 50%玉米粉

被自然霉變的棉籽和玉米粉替代，100CotCorn 組基礎(chǔ)日糧中的所有

棉籽和玉米粉都被自然霉變的棉籽和玉米粉替代。飼喂時間分別為

08:30，16:30 和 00:30，自由飲水。TMR 配方滿足泌乳荷斯坦奶牛的

營養(yǎng)需求。研究樣品包括飼料、奶樣、血液、瘤胃液。分別分析奶牛

采食量、產(chǎn)奶量、乳常規(guī)、血液生化、瘤胃發(fā)酵參數(shù)等常規(guī)參數(shù)。利

用 LC-MS 分析牛奶中霉菌毒素殘留，利用 LC-MS/MS 測定牛奶小分

子代謝物，并利用 MetaboAnalyst 3.0 進行化合物鑒定匹配。

二、研究進展 █

﹣89﹣

2 結(jié)果

牛奶中霉菌毒素殘留數(shù)據(jù)分析表明，與對照組相比，飼喂自然霉

變的飼料導致牛奶中霉菌毒素殘留顯著增加（圖 1）。

圖 1 牛奶中主要霉菌毒素的濃度

采食量、產(chǎn)奶量等結(jié)果表明，與對照組相比，飼料轉(zhuǎn)化率無顯著

差異，100Cot、50CotCorn 和 100CotCorn 組的干物質(zhì)采食量顯著降

低，但 50Cot 組的干物質(zhì)采食量沒有顯著差異，50Cot 組的產(chǎn)奶量顯

著升高。乳常規(guī)結(jié)果表明，牛奶尿素氮含量無顯著差異，50Cot 組和

100Cotcorn 組乳脂含量顯著降低，100CotCorn 組中乳蛋白含量和乳

總固形物含量顯著降低，而 50Cot 組乳糖含量顯著升高，50Cot，

50CotCorn 和 100Cotcorn 組的體細胞數(shù)顯著低于對照組。

█ MRT 2022 年度報告

﹣90﹣

血液生化數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)參數(shù)沒有顯著差異。然而，對照組 C

反應蛋白含量顯著高于 100CotCorn 組，100Cot 和 100CotCorn 組甘油

三酯含量較其他組高。

瘤胃發(fā)酵數(shù)據(jù)表明，不同水平添加自然霉變飼料不影響乙酸、戊

酸、乙酸/丙酸、VFA 和 CH4濃度。但與對照組比較，受到污染的 50Cot

組丙酸濃度顯著增加，50CotCorn 和 100CotCorn 組的異丁酸濃度顯

著增加，100Cot 組的丁酸濃度顯著降低，50Cot 組異戊酸濃度顯著增

加（p <0.05）。

通過 MetaboAnalyst3.0 對奶中小分子物質(zhì)代謝組學不同通路的

富集分析和通路影響值進行排序，排名前四位的途徑分別為甘氨酸、

絲氨酸和蘇氨酸代謝、丙酮酸代謝、?；撬岷偷团；撬岽x以及 TCA

循環(huán)，相應的途徑影響值分別為 0.48、0.42、0.35 和 0.33（圖 2）。

對 5 組數(shù)據(jù)進行主成分分析以獲得不同組別之間牛奶中代謝物的概

況（圖 3）。橫坐標是差異代謝物對代謝通路的影響評分，縱坐標是

代謝通路富集差異代謝物的顯著性。因此，差異代謝物的數(shù)量越多意

味著相應的途徑越重要。結(jié)果表明，50CotCorn 組和 100CotCorn 組之

間的差異比這些組合代謝組之間的差異更大。

二、研究進展 █

﹣91﹣

圖 2 牛奶代謝通路分析。（a）甘氨酸、絲氨酸和蘇氨酸代謝、（b）丙酮酸代謝、

（c）?；撬岷偷团；撬岽x、（d）TCA 循環(huán)。圓圈較大、顏色較深的點分別表示更大的

通路富集和更大的通路影響值。

圖 3 使用 LC-MS / MS 檢測牛奶中代謝物的主成分分析圖。（A）對照組，（B）

50Cot 組，（C）100Cot 組，（D）50CotCorn 組，（E）100CotCorn 組。

█ MRT 2022 年度報告

﹣92﹣

3 結(jié)論

飼喂自然霉變玉米粉和棉籽配制的日糧顯著降低泌乳奶牛采食

量、產(chǎn)奶量以及乳脂、蛋白質(zhì)和乳糖的產(chǎn)量，但在大多數(shù)生化參數(shù)中

未發(fā)現(xiàn)顯著效果。此外，牛奶中小分子代謝物的代謝路徑也發(fā)生了變

化。該研究結(jié)果在指導奶牛生產(chǎn)實踐方面具有一定意義。

研究成果已在國際學術(shù)期刊《Agriculture》2022 年第 12 卷第 420

期上發(fā)表。該研究得到中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新工程重大產(chǎn)出科

研選題(CAAS-ZDXT2019004)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金、中

國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程（ASTIP-IAS12）等項目支持，武旭芳和

郭利亞為共同第一作者，張養(yǎng)東副研究員為通訊作者。

（撰稿人：武旭芳，校稿人：吳洪亞）

— — WU XUFANG, GUO LIYA, HUANG GUOXIN, TANG

WENHAO, ZHAO SHENGGUO, WANG JIAQI, ZHENG NAN. Effects

of Dietary Natural Mycotoxins Exposure on Performance, Biochemical

Parameters and Milk Small Molecule Metabolic Pathways of Lactating

Cows.

Agriculture. 2022, 12, 420.

二、研究進展 █

﹣93﹣

9. 不同纖維降解酶的作用順序促進玉米秸稈降解

玉米秸稈是世界上最豐富的農(nóng)業(yè)廢棄物之一。然而，由于其復雜

的化學和物理結(jié)構(gòu)，極難被微生物和酶降解成單體。降解玉米秸稈，

需要多種不同特異性的酶。然而，每種酶都有自己的反應條件，例如

最適 pH 值和溫度，以表達其最大活性。本研究的目的是探究酶作用

順序?qū)τ衩捉斩捊到獾挠绊憽１狙芯坎捎猛耆S機設(shè)計，使用了四種

酶，纖維素酶 （Cel：pH 4.8，50℃）、半纖維素酶 （Hem：pH 5，

50℃）、果膠酶 （Pec：pH4，50℃）和漆酶 （Lac：pH 3，30℃）。

四種酶連續(xù)消化，每種酶消化 6 h。首先將底物（生玉米秸稈）置于

含有酶的乙酸鈉緩沖液中，然后收集上清液用于分析。結(jié)果表明，處

理之間存在顯著差異 p <0.05，纖維降解酶的作用順序影響了玉米秸

稈的降解。最佳酶序列（以不同步驟中的總還原糖計）是 Hem-CelPec-Lac （2.2 mg/mL），p < 0.05；最差的酶序列是 Lac-Pec-Hem-Cel

（0.8 mg/mL），p < 0.05。除了從 Lac 開始的步驟觀察到較低的還原

糖水平，幾乎所有第一步都顯示出還原糖水平增加的現(xiàn)象。類似地，

無論酶類型如何，木糖在所有過程的第一步中都顯示出更高的水平。

葡萄糖的產(chǎn)生完全取決于酶序列中 Cel 的位置。因此，酶的作用序列

可能是改善玉米秸稈作為原料降解的有效方法。