奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

Milk Research Team

2023 年度報(bào)告

Annual Report

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所

Institute of Animal Sciences, CAAS

一場瑞雪，迎接 2024

2023 年，奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)潛心科研，努力拼搏，圓滿完成各項(xiàng)任務(wù)，

取得可喜成績。

團(tuán)隊(duì)圍繞奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理、奶產(chǎn)品風(fēng)險(xiǎn)評估與

營養(yǎng)功能評價(jià)兩個(gè)研究領(lǐng)域，發(fā)表論文 41 篇，其中 SCI 文章 20 篇，

中文文章 21 篇，出版著作 9 部，授權(quán)發(fā)明專利 6 項(xiàng)，發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

4 項(xiàng)，獲批新飼料添加劑 1 項(xiàng)。

受農(nóng)業(yè)農(nóng)村部委托，團(tuán)隊(duì)組織全國優(yōu)勢單位，牽頭實(shí)施生鮮乳質(zhì)

量安全監(jiān)測計(jì)劃、液態(tài)奶中復(fù)原乳監(jiān)測計(jì)劃和奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)專

項(xiàng)等項(xiàng)目，發(fā)布《中國奶產(chǎn)品質(zhì)量安全研究報(bào)告（2022 年）》和《中

國奶業(yè)質(zhì)量報(bào)告（2023）》。

牽頭國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟，在全國 28 個(gè)省 71 家企業(yè)實(shí)施優(yōu)質(zhì)

乳工程，被列入國家衛(wèi)健委《國民營養(yǎng)計(jì)劃》重點(diǎn)工作。

深入開展國際合作，成功召開第八屆“奶牛營養(yǎng)與牛奶質(zhì)量”國

際研討會(huì)。

新春的腳步正在向我們走來。在此，向關(guān)心、支持和幫助奶業(yè)創(chuàng)

新團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)、專家和朋友，致以最衷心的感謝和最崇高的敬意！

祝您們節(jié)日愉快、闔家歡樂！

執(zhí)行首席專家： 首席專家：

團(tuán)隊(duì)簡介

奶產(chǎn)品質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評估科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（簡稱奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，MRT）

是首批入選中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程的團(tuán)隊(duì)，建有農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶

制品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)

測試中心（北京）、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室（北

京）和國家奶業(yè)國際聯(lián)合研究中心等平臺。

團(tuán)隊(duì)始終聚焦奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理、奶產(chǎn)品質(zhì)量

安全風(fēng)險(xiǎn)評估與營養(yǎng)功能評價(jià)兩個(gè)研究領(lǐng)域，發(fā)揮科技引領(lǐng)作用。近

五年發(fā)表 SCI 文章 100 余篇，獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng) 1 項(xiàng)，被評為

“全國農(nóng)業(yè)科研杰出創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”和“中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年文明號”。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室（北京）

國家農(nóng)業(yè)檢測基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室（奶及奶制品污染物）

奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理

奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估與營養(yǎng)功能評價(jià)

全國生鮮乳質(zhì)量安全監(jiān)測

奶業(yè)

創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

服務(wù)行業(yè) 全國奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（北京）

科研領(lǐng)域

技術(shù)平臺 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶制品質(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟

國家奶業(yè)國際聯(lián)合研究中心

目 錄

一、成果概覽 ............................................. 1

二、研究進(jìn)展 ............................................ 13

領(lǐng)域一：奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理 .................. 14

1. 構(gòu)建微球原位培養(yǎng)方法實(shí)現(xiàn)牛瘤胃重要尿素分解菌分離 ... 14

2. 奶牛瘤胃尿素分解菌霍氏腸桿菌 Z129 的分離及其泛基因組特征

.................................................... 31

3. 丁酸鈉通過抑制炎癥、優(yōu)化營養(yǎng)代謝和調(diào)節(jié)微生物功能促進(jìn)犢牛

胃腸道發(fā)育 .......................................... 42

4. 日糧中添加鷹嘴豆素 A 對奶山羊泌乳性能、抗氧化能力、瘤胃發(fā)

酵及瘤胃微生物組的影響 .............................. 55

5. 奶牛瘤胃細(xì)菌群落與乳脂的關(guān)系 ....................... 63

6. 舍飼和放牧的奶牛飼喂方式對原料奶風(fēng)味的影響 ......... 73

7. 基于優(yōu)化的 GC-MS 方法分析中國零售牛奶脂肪酸組成：營養(yǎng)意

義 .................................................. 80

領(lǐng)域二：奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估與營養(yǎng)功能評價(jià) ............ 92

1. 調(diào)研中國 5 種特色奶畜生鮮乳中黃曲霉毒素 M1 污染情況 .. 92

2. 黃曲霉毒素 M1 和赭曲霉毒素 A 通過調(diào)節(jié) BALB/c 小鼠中關(guān)鍵差

異表達(dá)的小 RNA 和長非編碼 RNA 誘導(dǎo)腸道屏障損傷 ........ 94

3. 代謝組學(xué)和脂質(zhì)組學(xué)聯(lián)合分析揭示黃曲霉毒素 B1 和黃曲霉毒

素 M1 單獨(dú)及聯(lián)合作用引起 NCM460 細(xì)胞脂質(zhì)代謝紊亂 ..... 107

4. 生乳中不同蛋白水解活性假單胞菌的基因組特征和功能代謝多

樣性分析 ........................................... 120

5. 2022 年國產(chǎn)液態(tài)奶和嬰幼兒配方奶粉產(chǎn)品安全質(zhì)量評價(jià) .. 129

6. 2'-巖藻糖基乳糖通過腸-肝-代謝物軸緩解結(jié)腸炎誘導(dǎo)的肝臟

氧化應(yīng)激 ........................................... 143

7. 牛奶活性成分 2'-巖藻糖基乳糖促進(jìn) LS174T 杯狀細(xì)胞分泌

MUC2 并抑制炎癥 .................................... 155

8. 泌乳期對羊乳中礦物元素分布的影響 .................. 164

9. 建立牛奶短鏈脂肪酸測定方法 ........................ 169

10. 乳脂肪球膜脂類生物活性功能 ....................... 176

11. 基于電子鼻、電子舌和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)分析熱處理對生乳揮發(fā)

性有機(jī)化合物的影響 ................................ 184

12. 氯化鍶通過影響幼年雄性大鼠的腸道微生物群提高骨量 . 191

13. 氯化鍶可以提高雄性大鼠的生殖功能并改變其腸道菌群 . 202

14. 不同奶畜乳中 11 種乳寡糖的定量分析及熱處理影響研究 214

三、服務(wù)行業(yè) ........................................... 224

1. 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與君樂寶乳業(yè)召開工作交流會(huì) ............ 225

2. 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)與蒙牛乳業(yè)召開項(xiàng)目合作交流會(huì) .......... 227

3. 國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟再次被認(rèn)定為標(biāo)桿聯(lián)盟 .......... 228

4. 國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟工作會(huì)議召開 .................. 230

5. 奶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展論壇在天津舉辦 ...................... 233

6. 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“奶業(yè)全產(chǎn)業(yè)鏈高效優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)

目啟動(dòng)會(huì)議 ......................................... 243

7. 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“特色畜奶、禽蛋特征品質(zhì)分析與特征標(biāo)準(zhǔn)

研究”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)暨實(shí)施方案論證會(huì)召開 .............. 251

8. 2023 年生鮮乳質(zhì)量安全檢測技術(shù)培訓(xùn)班在京舉行 ........ 256

9. 國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟到新疆旺源集團(tuán)開展調(diào)研座談 .... 258

10. “十四五”國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)鄭楠研究員一行赴新

疆農(nóng)業(yè)大學(xué)開展項(xiàng)目交流 ............................ 261

11. 全國畜牧業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)田雙喜處長和趙小麗正高級畜

牧師到奶及奶制品質(zhì)檢中心調(diào)研 ...................... 263

12. 國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟赴君樂寶乳業(yè)交流優(yōu)質(zhì)乳工程進(jìn)展共

謀乳制品行業(yè)創(chuàng)新未來 .............................. 264

13. “生鮮乳品質(zhì)提升技術(shù)研究與應(yīng)用推廣技術(shù)”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村

部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全營養(yǎng)健康優(yōu)質(zhì)化領(lǐng)域科研技術(shù)創(chuàng)新亮點(diǎn)成果

名錄 .............................................. 266

14. 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獲批“國家農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)規(guī)格營養(yǎng)功能評價(jià)奶產(chǎn)

品技術(shù)中心”平臺 .................................. 268

15. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部奶及奶制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（北京）通過

FAPAS 國際能力驗(yàn)證 ................................ 270

16. 悅鮮活獲得國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟“中優(yōu)乳認(rèn)證—特優(yōu)級生

乳原料”證書 ...................................... 272

17. 現(xiàn)代牧業(yè)集團(tuán)總裁孫玉剛率團(tuán)蒞臨奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)座談交流工

作 ................................................ 273

18. 面向?qū)幭哪虡I(yè)科技發(fā)展重大需求，國家奶業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟當(dāng)

好“答題人” ...................................... 274

19. 紅三葉草提取物獲批準(zhǔn)為瘤胃脲酶抑制劑新飼料添加劑 . 276

20. 2023 年全國生鮮乳質(zhì)量安全監(jiān)測項(xiàng)目績效評價(jià)工作會(huì)議召開

.................................................. 279

21. “包被尿素飼料緩釋效果的標(biāo)準(zhǔn)化評價(jià)技術(shù)”入選農(nóng)業(yè)“火

花技術(shù)”培育名單 .................................. 281

22. 奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì) 5 項(xiàng)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)入選全國首批農(nóng)業(yè)農(nóng)村行業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)研制實(shí)施典范 .................................. 282

四、黨建與文化建設(shè) ..................................... 284

1. 新員工與學(xué)生培訓(xùn)——聚英才促發(fā)展，抓黨建育新人 .... 285

2. 結(jié)對共建聚合力 構(gòu)筑援疆同心圓——奶產(chǎn)品質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評估

團(tuán)隊(duì)與新疆農(nóng)科院質(zhì)標(biāo)所開展結(jié)對共建活動(dòng) ............. 287

3. 奶產(chǎn)品質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評估團(tuán)隊(duì)黨支部與內(nèi)蒙古兩家質(zhì)量安全中心

開展結(jié)對幫扶 ....................................... 290

4. 黨建引領(lǐng) 成果豐碩——奶業(yè)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)舉行 2023 年上半年工

作匯報(bào)會(huì) ........................................... 291

5. 奶產(chǎn)品質(zhì)量與風(fēng)險(xiǎn)評估團(tuán)隊(duì)黨支部赴中國共產(chǎn)黨歷史展覽館開

展主題黨日活動(dòng) ..................................... 293

五、專題報(bào)告 ........................................... 295

創(chuàng)新引領(lǐng)奶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展——第八屆“奶牛營養(yǎng)與牛奶質(zhì)量”國

際研討會(huì)在京召開 ..................................... 296

六、大事記 ............................................. 324

一、成果概覽█

﹣1﹣

一、成果概覽

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣2﹣

2023 年，發(fā)表論文 41 篇，其中 SCI 文章 20 篇，中文文章 21 篇，

出版著作 9 部，獲得授權(quán)發(fā)明專利 6 項(xiàng)，發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 4 項(xiàng)、團(tuán)體標(biāo)

準(zhǔn) 9 項(xiàng)，獲批新飼料添加劑 1 項(xiàng)。

（一）文 章

領(lǐng)域一：奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理

1. Liu S, Yu Z, Zhong H, Zheng N, Huws S, Wang J, Zhao S.

Functional gene-guided enrichment plus in situ microsphere

cultivation enables isolation of new crucial ureolytic bacteria from

the rumen of cattle.

Microbiome.2023 .11(1):76.

2. Xu Q, Li Y, Du W, Zheng N, Wang J, Zhao S. Effect of Biochanin

A on lactation performance, nitrogen utilization, ruminal

fermentation, and rumen microbiome of lactating dairy goats.

Frontiers in Microbiology.2023 14:1101849.

3. Zhong H, Yu W, Wang M, Lin B, Sun X, Zheng N, Wang J, Zhao S.

Sodium butyrate promotes gastrointestinal development of

preweaning bull calves via inhibiting inflammation, balancing

nutrient metabolism, and optimizing microbial community functions.

Animal Nutrition. 2023.14:88-100.

一、成果概覽█

﹣3﹣

4. Wu X, Wang F, Chen M, Wang J, Zhang Y. Quantification of Free

Short-Chain Fatty Acids in Raw Cow Milk by Gas ChromatographyMass Spectrometry.

Foods. 2023.12(7):1367.

5. Chen M, Wang F, Wu X, Si B, Pan J, Zheng N, Zhang Y, Wang J.

Updating the fatty acid profiles of retail bovine milk in China based

on an improved GC-MS method: implications for nutrition.

Frontiers in Nutrition. 2023.10:1204005.

6. Zhong H, Zheng N, Wang J, Zhao S. Isolation and pan-genome

analysis of Enterobacter hormaechei Z129, a ureolytic bacterium,

from the rumen of dairy cow.

Frontiers in Microbiology. 2023.14:1169973.

7. Pan J, Chen M, Li N, Han R, Yang Y, Zheng N, Zhao S, Zhang Y.

Bioactive Functions of Lipids in the Milk Fat Globule Membrane: A

Comprehensive Review.

Foods. 2023.12(20):3755.

8. Si B, Liu K, Huang G, Chen M, Yang J, Wu X, Li N, Tang W, Zhao

S, Zheng N, Zhang Y, Wang J. Relationship between rumen

bacterial community and milk fat in dairy cows.

Frontiers in Microbiology. 2023.14:1247348.

9. 卜瑩,鄭楠,王加啟等.紅三葉草異黃酮的生物學(xué)功能及其在瘤胃

中代謝的研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(06):3508-3516.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣4﹣

10. 胡鈺峰,鄭楠,王加啟等.化學(xué)合成類脲酶抑制劑種類及其作用機(jī)

制研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(10):6277-6288.

11. 李彥軍,鄭楠,王加啟等.紅三葉草提取物中四種異黃酮的 HPLC

檢測方法.

中國飼料. 2022(24):45-51.

12. 孔靜,鄭楠,趙圣國.橘皮提取物對瘤胃微生物體外發(fā)酵的影響.

中國飼料. 2023(21):189-194.

13. 齊英杰,鄭楠,王加啟等.乳中甘油骨架的來源、作用及檢測方法.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(10):6198-6206.

14. 楊繼勇,黃國欣,唐文浩等.不同鍶源對奶牛瘤胃微生物體外發(fā)酵

的影響.

飼料工業(yè). 2023,44(07):54-59.

15. 仲慧月,鄭楠,王加啟等.瘤胃尿素分解菌及脲酶的分子特征與調(diào)

控研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(05):2797-2807.

16. 高遠(yuǎn),張曉音,熊展博等.飼糧能氮水平對奶牛生產(chǎn)性能、血液指

標(biāo)和氮代謝的影響.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(11):7212-7223.

一、成果概覽█

﹣5﹣

領(lǐng)域二：奶產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估與營養(yǎng)功能評價(jià)

17. Yao Q, Gao Y, Wang F, Delcenserie V, Wang J, Zheng N. LabelFree quantitation of milk oligosaccharides from different mammal

species and heat treatment influence.

Food Chemistry. 2024.430:136977.

18. Yao Q, Li H, Gao Y, Zheng N, Delcenserie V, Wang J. The Milk

Active Ingredient, 2'-Fucosyllactose, Inhibits Inflammation and

Promotes MUC2 Secretion in LS174T Goblet Cells In Vitro.

Foods. 2023.12(1):186.

19. Zheng N, Min L, Li D, Tan S, Gao Y, Wang J. Occurrence of

Aflatoxin M1 in Cow, Goat, Buffalo, Camel, and Yak Milk in China

in 2016.

Toxins.2022.14(12):870.

20. Yang X, Li X, Gao Y, Wang J, Zheng N. Integrated Metabolomics

and Lipidomics Analysis Reveals Lipid Metabolic Disorder in

NCM460 Cells Caused by Aflatoxin B1 and Aflatoxin M1 Alone

and in Combination.

Toxins (Basel). 2023.15(4):255.

21. Du B, Meng L, Liu H, Wu H, Zheng N, Zhang Y, Zhao S, Zhao Y,

Gao T, Wang J. Pseudomonas isolates from raw milk with high level

proteolytic activity display reduced carbon substrate utilization and

higher levels of antibiotic resistance.

LWT. 2023. 181:114766.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣6﹣

22. Yuan N, Chi X, Ye Q, Liu H, Zheng N. Analysis of Volatile Organic

Compounds in Milk during Heat Treatment Based on E-Nose, ETongue and HS-SPME-GC-MS.

Foods. 2023.12(5):1071.

23. Chi X, Yuan N, Zhang Y, Zheng N, Liu H. Effect of a Dairy Cow’

s Feeding System on the Flavor of Raw Milk: Indoor Feeding or

Grazing.

Foods. 2023.12(9):1868.

24. Meng L, Zheng N, Gao Y, Liu H, Wang J. Safety and quality

evaluations of liquid milk and infant formula products in China in

2022.

Animal Research and One Health. 2023.1(1):43-55.

25. Xi X, Gao Y, Wang J, Zheng N. Strontium chloride improves bone

mass by affecting the gut microbiota in young male rats.

Frontiers in Endocrinology. 2023.14:1198475.

26. Huang X, Gao Y, Zhang Y, Wang J, Zheng N. Strontium Chloride

Improves Reproductive Function and Alters Gut Microbiota in Male

Rats.

International Journal of Molecular Sciences. 2023.24(18):13922.

27. Gao YN, Min L, Yang X, Wang JQ, Zheng N. The coexistence of

aflatoxin M1 and ochratoxin A induced intestinal barrier disruption

via the regulation of key differentially expressed microRNAs and

long non-coding RNAs in BALB/c mice.

一、成果概覽█

﹣7﹣

Ecotoxicology and Environmental Safety.2023.264:115428.

28. Pan J, Yu Z, Jiang H, Shi C, Du Q, Fan R, Wang J, Bari L, Yang Y,

Han R. Effect of lactation on the distribution of mineral elements in

goat milk.

Journal of Dairy Science. 2023,S0022-0302(23)00797-X.

29. 孟璐,胡海燕,董蕾等.基于 SourceTracker 分析牧場環(huán)境對乳房炎

乳菌群的影響.

畜牧獸醫(yī)學(xué)報(bào). 2023,54(09):3872-3883.

30. 佀博學(xué),張養(yǎng)東,鄭楠等.食源性腹瀉產(chǎn)生機(jī)理研究進(jìn)展.

中國食物與營養(yǎng). 2023,29(03):56-62.

31. 佀博學(xué),張養(yǎng)東,鄭楠等.生乳新鮮度評價(jià)指標(biāo)研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(06):3499-3507.

32. 吳洪亞,高亞男,王加啟等.乳鐵蛋白對腸道屏障保護(hù)作用的研究

進(jìn)展[J/OL].

現(xiàn)代食品科技. 1-10[2023-12-10].

33. 吳杰,趙艷坤,鄭楠等.我國與歐盟和日本生乳標(biāo)準(zhǔn)中安全指標(biāo)的

對比分析.

乳業(yè)科學(xué)與技術(shù). 2023,46(01):56-61.

34. 席雪瑤,高亞男,王加啟等.鍶的成骨機(jī)制及富鍶食品的研發(fā)現(xiàn)狀.

現(xiàn)代食品科技. 2023,39(09):380-392.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣8﹣

35. 許文君,姚倩倩,高亞男等.不同母乳低聚糖對腸道 LS174T 杯狀

細(xì)胞黏蛋白分泌相關(guān)基因表達(dá)的影響.

食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào). 2022,13(22):7438-7445.

36. 許文君,孟璐,鄭楠.乳及乳制品中嗜冷菌的多樣性及其腐敗危害

研究進(jìn)展.

食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào). 2023,14(07):15-21.

37. 張仕琦,趙圣國,鄭楠等.奶牛氮代謝及其營養(yǎng)調(diào)控的研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(07):4119-4126.

38. 張萱,高亞男,楊雪等.α-乳白蛋白對嬰幼兒生長發(fā)育的影響研究

進(jìn)展.

食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報(bào). 2023,14(07):1-7.

39. 趙小偉,張養(yǎng)東,鄭楠等.圍產(chǎn)期奶牛瘤胃微生物菌群結(jié)構(gòu)與功能

變化研究進(jìn)展.

動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào). 2023,35(10):6146-6153.

40. 吳杰,鄭楠,王加啟等.乳中嗜冷菌檢測和分析方法的研究進(jìn)展

[J/OL].

食品科學(xué). 1-12[2023-12-10].

41. 葉巧燕,郝欣雨,常嶸等.牛奶中蛋白質(zhì)測定能力驗(yàn)證結(jié)果與分析.

中國乳品工業(yè). 2023,51(09):52-55.

一、成果概覽█

﹣9﹣

（二）著 作

1. 中國奶產(chǎn)品質(zhì)量安全研究報(bào)告（2023 年）. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)

出版社

2. 中國奶業(yè)質(zhì)量報(bào)告 2023. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社

3. 瘤胃微生物學(xué). 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社

4. 駱駝乳相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社

5. 奶業(yè)高質(zhì)量發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)體系研究與應(yīng)用. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社

6. 乳中活性因子與人體健康-短鏈脂肪酸. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版

社

7. 乳中活性因子與人體健康-乳鐵蛋白. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社

8. 奶牛養(yǎng)殖場病原微生物耐藥性風(fēng)險(xiǎn)防控. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版

社

（三）發(fā)明專利

1. 趙圣國；王加啟；鄭楠. 一種化合物及其在改善動(dòng)物瘤胃微生物發(fā)

酵中的用途. ZL 20211062703.1

2. 趙圣國；王加啟；鄭楠. 一種評價(jià)包被尿素飼料緩釋效果的方法.

ZL 202310212413.5

3. Shengguo Zhao；Jiaqi Wang；Nan Zheng；Yangdong Zhang. USE

OF BIOCHANIN A IN PROMOTING PRODUCTION

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣10﹣

PERFORMANCE OF RUMINANT（鷹嘴豆素 A 在促進(jìn)反芻動(dòng)

物生產(chǎn)性能中的用途）荷蘭專利. 2033943.

4. 趙圣國；王加啟；鄭楠. 源于奶牛瘤胃的棲瘤胃腸球菌及其作為

飼料添加劑的應(yīng)用. ZL 202311187425.3

5. 鄭楠；張養(yǎng)東；王加啟；陳美慶；武旭芳；王峰恩. 假冒駱駝乳或

駱駝乳中是否摻雜其他動(dòng)物乳的鑒定方法. ZL 202310958267.0

6. 鄭楠；張養(yǎng)東；王加啟；陳美慶；武旭芳；王峰恩. 假冒牦牛乳或

牦牛乳中是否摻雜其他動(dòng)物乳的鑒定方法. ZL 2023109582312

7. 張養(yǎng)東；鄭楠；王加啟；李寧；孟璐；劉慧敏. 一種巴氏殺菌乳

殺菌溫度的鑒定方法及應(yīng)用. ZL 2023 1 1133273.9

（四）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)

1. 劉慧敏、韓榮偉、王小鵬、鄭楠、王加啟、趙圣國、王軍、于忠

娜、楊永新、都啟晶、范榮波、姜洪寧、張養(yǎng)東、孟璐、張寧、楊

永. 生牛乳中β-內(nèi)酰胺類獸藥殘留控制技術(shù)規(guī)范. NY/T 4290-

2023 .

2. 鄭楠、苑學(xué)霞、趙善倉、王加啟、趙小麗、劉慧敏、王峰恩、范麗

霞、董燕婕、王磊、張寧. 生乳中鉛的控制技術(shù)規(guī)范. NY/T 4291-

2023.

3. 張養(yǎng)東、楊永新、王小鵬、康志遠(yuǎn)、王加啟、鄭楠、趙小麗、張

學(xué)、劉慧敏、韓榮偉、王軍、趙小偉、于忠娜、范榮波、都啟晶、

一、成果概覽█

﹣11﹣

趙圣國、孟璐、楊永、朱洪龍、姜洪寧. 生牛乳中體細(xì)胞數(shù)控制技

術(shù)規(guī)范. NY/T 4292-2023.

4. 孟璐、都啟晶、李威、王加啟、鄭楠、劉慧敏、王軍、韓榮偉、于

忠娜、楊永新、范榮波、姜洪寧、張養(yǎng)東、趙圣國、張寧、劉采娟.

奶牛養(yǎng)殖場生乳中病原微生物風(fēng)險(xiǎn)評估技術(shù)規(guī)范. NY/T 4293-

2023.

（五）團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

1. 張養(yǎng)東、蘇傳友、趙圣國、王加啟、鄭楠、劉凱珍、劉慧敏、孟

璐、王麗. 玉米青貯采樣方法. T/TDSTIA 031-2023

2. 王象欣、解慶剛、鄭楠、劉慧敏、屈雪寅、王坤、趙昕、劉俊霞、

張永久. 嬰幼兒配方乳粉中 7種母乳低聚糖含量的測定 液相色譜

-質(zhì)譜法. T/TDSTIA 032-2023

3. 趙艷坤、鄭楠、王成、劉慧敏、孟璐、陳賀、許文君、武亞婷、吳

杰. 生乳中關(guān)鍵病原菌耐藥性判定. T/TDSTIA 033-2023

4. 鄭楠、張養(yǎng)東、郝欣雨、趙艷坤、劉慧敏、王加啟、屈雪寅、張寧.

駱駝生乳. T/TDSTIA 034-2023

5. 鄭楠、蘇瑩瑩、葉巧燕、劉慧敏、王加啟、屈雪寅、郝欣雨、張

寧、張養(yǎng)東. 奶真實(shí)性鑒定 實(shí)時(shí)熒光 PCR 法. T/TDSTIA 035-2023

6. 屈雪寅、鄭楠、陳鋼糧、劉慧敏、張養(yǎng)東、王加啟、趙艷坤、張

寧、楊文君、王淑娟. 100%駱駝生乳加工制品的生產(chǎn)、加工與標(biāo)

識要求. T/TDSTIA 036-2023

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣12﹣

7. 張養(yǎng)東、王加啟、鄭楠、劉慧敏、屈雪寅、李寧、張寧. 巴氏殺菌

牛乳質(zhì)量分級. T/TDSTIA 037-2023

8. 鄭楠、屈雪寅、張仕琦、張養(yǎng)東、趙圣國、劉慧敏. 生牛乳生產(chǎn)碳

足跡核算指南. T/TDSTIA039-2023

9. 趙圣國、白怡霖、張養(yǎng)東、熊展博、王典、趙勐、馮春燕、鄭楠、

王加啟、兀繼堯. 尿素飼用技術(shù)規(guī)范. T/TDSTIA038-2023

（六）產(chǎn)品

1. 飼料添加劑：紅三葉草提取物（有效成分為刺芒柄花素、鷹嘴豆

芽素 A）. 2023.7. 新飼添（2023）02 號.

二、研究進(jìn)展█

﹣13﹣

二、研究進(jìn)展

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣14﹣

領(lǐng)域一：奶牛健康養(yǎng)殖與牛奶品質(zhì)形成機(jī)理

1. 構(gòu)建微球原位培養(yǎng)方法實(shí)現(xiàn)牛瘤胃重要尿素分解菌分離

在反芻動(dòng)物中，肝臟產(chǎn)生的尿素有 40% - 80%返回胃腸道，特別

是瘤胃。返回到瘤胃的尿素被尿素分解菌分泌的脲酶水解為二氧化碳

和氨，氨被微生物利用合成微生物蛋白。微生物蛋白是奶和肉的主要

氮來源。因此，牧場常使用尿素部分代替反芻動(dòng)物日糧中的優(yōu)質(zhì)蛋白

飼料，以降低飼養(yǎng)成本。但是，瘤胃中尿素分解菌分泌的脲酶活性過

高，尿素水解過快，導(dǎo)致大量尿素通過尿液排出體外，不僅導(dǎo)致尿素

氮利用效率低，還污染環(huán)境。因此，瘤胃中的尿素分解菌引起了大量

研究者的興趣。

基于培養(yǎng)和測序的研究都試圖揭示瘤胃尿素分解菌的多樣性及

其功能。目前，分離培養(yǎng)的瘤胃尿素分解菌大多來自于上個(gè)世紀(jì)，是

通過傳統(tǒng)的平板劃線的方法獲得的，這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在以往的研

究中，只有少數(shù)幾種瘤胃尿素分解菌被分離出來，但通過高通量測序

技術(shù)卻揭示了其具有高度多樣性，有近千個(gè)菌種。雖然基于測序技術(shù)

有助于對瘤胃生態(tài)系統(tǒng)中尿素分解菌的多樣性和分布有一些新的認(rèn)

識，但對其代謝、生理和生態(tài)仍然知之甚少。瘤胃尿素分解菌的分離

二、研究進(jìn)展█

﹣15﹣

和鑒定對于直接評估其基本生物學(xué)過程和特征至關(guān)重要，這為提高反

芻動(dòng)物尿素利用效率提供了新的、高效的、可行的干預(yù)措施。

從瘤胃中分離新的尿素分解菌是困難的，因?yàn)樗鼈兪菂捬跫?xì)菌，

且在瘤胃中豐度較低。此外，研究者對其營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子的需求

知之甚少，無法靶向制定合適的培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件。此外，許多微生

物在其棲息的自然生態(tài)環(huán)境中需要交叉喂養(yǎng)或與其他群落成員密切

交流才能生長。原位培養(yǎng)是模擬細(xì)菌在瘤胃中的生長條件，克服了平

板劃線分離方法的缺點(diǎn)，促進(jìn)了微生物的分離效率。樣品梯度稀釋有

助于分離優(yōu)勢菌群。研究人員開發(fā)了幾種新的微生物分離技術(shù)，例如

芯片、培養(yǎng)組學(xué)、單細(xì)胞分離和微流控等，以提高從不同環(huán)境中分離

難以培養(yǎng)細(xì)菌的成功率。然而，這些技術(shù)需要昂貴的設(shè)備，而且分離

微生物時(shí)并不是針對某些具有特定功能的群體。此外，由于尿素分解

菌在瘤胃中的豐度較低，在分離之前進(jìn)行富集將有助于提高分離效率，

但使用選擇性碳或氮源無法有效地富集它們。在本研究中，我們結(jié)合

ureC 基因富集、瓊脂糖微球包裹單細(xì)胞和原位共培養(yǎng)的方法從牛瘤

胃中分離出尿素分解菌。然后，我們對分離出的尿素分解菌進(jìn)行全基

因組測序，以確定其多樣性和分布，揭示了脲酶基因簇類型和脲酶活

性。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣16﹣

1. 靶向分離尿素分解菌方法概述

我們建立了一種靶向分離尿素分解菌的方法，通過功能基因 ureC

富集靶標(biāo)菌群，將單細(xì)胞包裹到瓊脂糖微球中，在模擬的瘤胃環(huán)境中

培養(yǎng)，最后通過基因組測序進(jìn)行鑒定（詳細(xì)流程見圖 1）。該方法的

優(yōu)點(diǎn)包括：利用 96 孔板提高了通量；利用功能基因 ureC PCR 篩選富

集靶標(biāo)菌群；利用瓊脂糖微球包裹置于原位環(huán)境中孵育，使需要未知

生長因子及需要與其它細(xì)菌互作的微生物生長；基因組測序揭示完整

的脲酶基因簇特征。我們優(yōu)化了接種物(瘤胃液)的稀釋度，然后將富

集的尿素分解菌群，稀釋后包裹到瓊脂糖微球中。連續(xù)稀釋后的瘤胃

液于 39℃孵育 24 h，孵育結(jié)束后，利用 ureC 特異性引物 PCR 篩選，

結(jié)果顯示，大于 10-1 稀釋度的板子只有部分孔中存在尿素分解菌，

10-5 及以上稀釋度的板子中均未檢出尿素分解菌。本研究中，10-4 稀

釋度最可能將尿素分解菌分離成單菌株，因此選擇 10-4 稀釋度作為

富集尿素分解菌的最佳稀釋倍數(shù)。

二、研究進(jìn)展█

﹣17﹣

圖 1 瘤胃厭氧尿素分解菌的富集、分離和基因組特征研究流程

我們將富集的尿素分解菌進(jìn)行梯度稀釋，將其包裹至瓊脂糖微球

中，然后在一個(gè)模擬瘤胃的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)，該系統(tǒng)允許置于透析袋

內(nèi)的瓊脂糖微球中包裹的尿素分解菌與透析袋外的瘤胃微生物群進(jìn)

行交叉喂養(yǎng)。瓊脂糖微球的平均直徑為 3.4±0.1mm(±SD)。對每個(gè)瓊

脂糖微球中菌落的 16S rRNA 基因擴(kuò)增并測序分析表明，隨著稀釋度

的增加，包裹細(xì)菌瓊脂糖微球的比例減少，但包裹單細(xì)胞瓊脂糖微球

的比例增加。其中 10-9 和更高稀釋度的樣品，包裹單細(xì)胞微球的比

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣18﹣

例為 100%。為了最大限度地從每個(gè)微球中分離出單菌株，選擇 10-10

稀釋度，進(jìn)行后續(xù)研究中單菌株的分離。

培養(yǎng)時(shí)間是影響微球包裹單菌株分離成功的另一個(gè)重要因素。隨

著孵育時(shí)間增加(12-72 h)，含有細(xì)菌微球的比例增加，而含有單菌株

微球的比例下降。為了最大限度地從每個(gè)微球中分離出單菌株，我們

選擇孵育 24 h，進(jìn)行后續(xù)研究中單菌株的分離。

我們采用非靶向代謝組學(xué)對透析袋內(nèi)外的代謝產(chǎn)物進(jìn)行了分析，

以評估透析袋內(nèi)外微生物代謝產(chǎn)物的差異，確保模擬的瘤胃環(huán)境中透

析袋外的瘤胃微生物能夠?yàn)榍度朐谕肝龃鼉?nèi)瓊脂糖微球中的細(xì)菌提

供營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子。我們在透析袋和模擬的瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)中共檢

測到 4224 種代謝物，其中 109 種可被識別分類。所有這些代謝物均

在透析袋放入模擬發(fā)酵系統(tǒng)的 6 h 后被檢測到。通過聚類分析發(fā)現(xiàn)，

透析袋內(nèi)外的代謝物分布隨發(fā)酵時(shí)間的變化而變化，但同一時(shí)間基本

相似。透析袋內(nèi)外代謝物在各發(fā)酵時(shí)間的相關(guān)系數(shù)為 0.96-0.98。

2. 分離的尿素分解菌菌株的基因組學(xué)分類

本研究共分離到了 976 個(gè)菌株，其中將 16S rRNA 基因以 100%

相似性進(jìn)行聚類后共得到 404 個(gè)菌株，將 16S rRNA 基因以 98%相似

性進(jìn)行聚類后共得到 52 個(gè)菌株，對這 52 株菌進(jìn)行全基因組測序和基

因注釋，共得到 28 株攜帶脲酶基因的菌株。28 個(gè)菌株的基因組大小

范圍為 1.8 - 7 Mbp，完整度>90%，污染度<7%。根據(jù)平均核苷酸同源

二、研究進(jìn)展█

﹣19﹣

性閾值（種<95%、屬<90%），分離到的 28 株菌分布在 11 個(gè)菌屬 12

個(gè)菌種。利用 GTDB-TK 軟件對 28 株菌進(jìn)行物種分類，結(jié)果顯示 12

個(gè)菌種分別為 Pseudomonas stutzeri (1 株)、Proteus penneri (1

株)、Klebsiella pneumoniae (6 株)、Enterobacter hormaechei (1

株)、E. cloacae (1 株)、Citrobacter koseri (2 株)、C. farmeri

(1 株)、C. amalonaticus (2 株)、Paraclostridium bifermentans

(1 株)、Clostridium butyricum (4 株)、Aliarcobacter butzleri

(3 株)和 Corynebacterium vitaeruminis (5 株)。尿素分解菌菌株

占基因組測序菌株的 48%。除了菌株 S90.1 (P. bifermentans)、S92.1

(E. hormaechei)和 S48 (E. cloacae)外，其他尿素分解菌基于基因

組和 ureC 構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹基本相似，表明 ureC 基因可作為尿素分

解菌分類的系統(tǒng)發(fā)育標(biāo)記基因。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣20﹣

圖 2 分離的尿素分解菌的物種分類及系統(tǒng)發(fā)育。

3. 評估微球原位分離方法的先進(jìn)性

本研究分離出的 12 種尿素分解菌與之前 9 項(xiàng)研究中分離出的尿

素分解菌不同。與以往所有的研究相比，本研究擴(kuò)大了分離尿素分解

菌的數(shù)量。在瘤胃 Hungate1000 項(xiàng)目中，共有 17 種尿素分解菌攜帶

脲酶基因，根據(jù) BacDive 數(shù)據(jù)庫推斷其中 3 種(1.7%)具有脲酶活性。

在之前的 10 項(xiàng)研究中，共從瘤胃中分離出 35 種尿素分解菌，根據(jù)

二、研究進(jìn)展█

﹣21﹣

BacDive 數(shù)據(jù)庫推斷其中 24 種具有脲酶活性。本研究對 12 種新分離

的尿素分解菌的尿素水解能力進(jìn)行了測定，結(jié)果顯示均可水解尿素。

本研究將現(xiàn)有資源庫中攜帶脲酶基因的菌種數(shù)量增加了 34.38%，具

有脲酶活性的菌種數(shù)量增加了 45.83%。

圖 3 新尿素分解菌與以往研究的比較。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣22﹣

4. 新尿素分解菌的分布

我們通過將分離尿素分解菌的基因組序列比對到不同反芻動(dòng)物

(包括山羊、狍子、綿羊、奶牛、牦牛和水牛)的宏基因組，以評估其

分布情況。根據(jù)匹配率評估尿素分解菌在上述反芻動(dòng)物瘤胃的相對豐

度，以及與尿素?cái)z入量和乳品質(zhì)的關(guān)系。結(jié)果顯示，所有新分離的尿

素分解菌在上述 6 種不同反芻動(dòng)物中都有分布，但相對豐度存在差

異。除了狍子、水牛和山羊，來自同一反芻動(dòng)物物種的菌株聚集在一

起。P. penneri、K. pneumoniae、C. koseri、C. farmer 和 C.

amalonaticus 在奶牛瘤胃中的相對豐度高于其他 5 種反芻動(dòng)物。在

相對豐度較高的 10 個(gè)菌株中，有 8 個(gè)來自本研究。與以往的研究相

比，本研究分離出的尿素分解菌覆蓋了低豐度菌。我們發(fā)現(xiàn)，飼料中

添加尿素降低了綿羊瘤胃中 A. butzleri、C. vitaeruminis、E.

cloacae、C. koseri、C. butyricum 和 P. bifermentans 菌株的相

對豐度，增加了 E. hormaechei、K. pneumoniae 和 P. stutzeri 菌

株的相對豐度。此外，有 22 株(占總數(shù)的 51%)尿素分解菌與奶牛乳

蛋白水平顯著相關(guān)，其中本研究分離的占 64%。乳蛋白水平高的奶牛

中 P. penneri、K. pneumoniae 和 P. stutzeri 分離株相對豐度較

高，C. vitaeruminis、A. butzleri、C. koseri、C. amalonaticus

和 C. butyricum 分離株相對豐度較低。

二、研究進(jìn)展█

﹣23﹣

圖 4 尿素分解菌菌株的相對豐度、分布和作用。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣24﹣

5. 尿素分解菌的獨(dú)特基因和糖苷水解酶家族

我們將分離到的 28 個(gè)尿素分解菌菌株的基因組與前人分離的尿

素分解菌進(jìn)行了泛基因組比較。所有新分離株均具有獨(dú)特的基因家族，

占全部基因的 0.07% - 9.87%。隨著基因組數(shù)量的增加，每個(gè)物種的

泛基因組大小都在增加，但并沒有達(dá)到一個(gè)平臺，表明這些物種的泛

基因組處于開放狀態(tài)。根據(jù)獨(dú)特基因家族的數(shù)量和較高的注釋率，選

擇 3 個(gè)物種(C. butyricum、P. bifermentans、K. pneumoniae)進(jìn)行

獨(dú)特基因家族的分布研究。我們分別從 C. butyricum 、 P.

bifermentans 和 K. pneumoniae 的基因組中發(fā)現(xiàn)了 65 個(gè)、2662 個(gè)和

2637 個(gè)核心基因家族。C. butyricum 共有 57 株，其中本研究分離到

4 株，這 4 株新菌株包含 3 - 420 個(gè)獨(dú)特基因家族，其中菌株 S11 數(shù)

量最多。P. bifermentans 共有 16 株，其中本研究分離到 1 株，包

含 73 個(gè)獨(dú)特基因家族。K. pneumoniae 共有 79 株，其中本研究分離

到 6 株，這 6 株新菌株包含 3 - 254 個(gè)獨(dú)特的基因家族。鑒定到的大

部分獨(dú)特基因家族都與碳氮代謝相關(guān)。菌株 C. butyricum S11 獨(dú)特

的基因家族涉及脂肪酸代謝、碳水化合物代謝和谷胱甘肽生物合成。

菌株 P. bifermentans S90.1 獨(dú)特的基因家族涉及固氮和菌毛合成。

K. pneumoniae 菌株獨(dú)特的基因家族涉及 L-阿拉伯糖、甲酸酯、L-蘇

糖醇、D-半乳糖和 D-木糖代謝，以及谷胱甘肽、纈氨酸、絲氨酸、鳥

氨酸、L-蘇氨酸、丙氨酸、賴氨酸和精氨酸代謝。有趣的是，研究發(fā)

現(xiàn) K. pneumoniae S26、S96 和 S97 具有一個(gè)獨(dú)特的尿素代謝基因家

族——尿素羧化酶，該基因與脲基甲酸酯水解酶共同發(fā)揮作用。

二、研究進(jìn)展█

﹣25﹣

在瘤胃中以多糖為主要的碳源和能量來源，因此我們利用 dbCAN

和 CAZy 數(shù)據(jù)庫分析了 28 個(gè)尿素分解菌菌株的基因組，以揭示糖苷水

解酶家族（GHs）的分布。我們鑒定到了參與不同類型多糖水解的 GHs，

包括淀粉、半纖維素、纖維素和低聚糖。同一物種的不同菌株具有相

似的 GHs 類型和家族。C. amalonaticus、C. farmeri、C. koseri、

C. butyricum、E. cloacae、E. hormaechei 和 K. pneumoniae 的菌

株均含有淀粉酶、纖維素酶、半纖維素酶和低聚糖降解酶，說明它們

可以廣泛利用多糖，有助于反芻動(dòng)物飼料消化吸收與利用。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣26﹣

圖 5 尿素分解菌泛基因組分析。

二、研究進(jìn)展█

﹣27﹣

6. 脲酶基因簇多樣性、脲酶活性及關(guān)鍵氨基酸殘基

脲酶基因在尿素分解菌的基因組中通常以簇的形式出現(xiàn)，包括 3

個(gè)結(jié)構(gòu)基因(ureA、ureB、ureC)和附屬基因。在本研究攜帶脲酶基因

的分離株中，我們發(fā)現(xiàn)了 5 種類型的脲酶基因簇。這些基因簇均具有

上述 3 種結(jié)構(gòu)基因，但附屬基因的數(shù)量或順序不同。在 V 型脲酶基因

簇中，ureC 和 ureE 之間存在多個(gè)開放閱讀框。與其他類型相比，IV

型和 V 型脲酶基因簇中包含編碼鎳跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的 ureJ。

所有尿素分解菌菌株均具有脲酶活性，但尿素水解和尿素利用能

力不同。菌株 P. penneri S99 的尿素水解率最高，菌株 C.

amalonaticus S106 的尿素水解率最低。同一種菌種不同菌株的尿素

水解能力存在差異，如 K. pneumoniae、C. koseri、C. amalonaticus

和 A. butzleri。培養(yǎng)基中尿素的水解率分別為 K. pneumoniae 20%

- 54%、C. koseri 11% - 42%、C. amalonaticus 2% - 27%和 A.

butzleri 13% - 28%。然而，它們利用尿素水解產(chǎn)生的氨氮的能力與

水解尿素的能力并不一致。其中，菌株 P. bifermentans S90.1 尿素

氨氮利用率最高，但尿素水解效率較低。

尿素水解率與脲酶基因簇類型之間沒有關(guān)系，相同的脲酶基因簇

類型的菌株之間尿素水解能力存在差異。具有脲酶基因簇類型 I 的菌

株尿素水解率變異最大。我們將 I 類型脲酶基因簇菌株攜帶脲酶活性

中心的 UreC 的氨基酸序列進(jìn)行比對，以揭示其調(diào)控脲酶活性的潛在

機(jī)制。同一菌種不同菌株的 UreC 序列幾乎相同(99-100%)，而不同菌

種間菌株的 UreC 序列相似性較低(91-98%)，其中菌株 S99 的 UreC 序

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣28﹣

列與其他菌株/種的 UreC 序列相似性僅為 71-73%。在利用 UreC 氨基

酸序列構(gòu)建的系統(tǒng)發(fā)育樹上，菌株 S99 單獨(dú)為一個(gè)分支。我們對菌株

S99 的 UreC 活性中心的關(guān)鍵催化殘基(His134、His136、Lys217、His246

、

His272、Asp360)進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)菌株 S99 的 UreC 活性中心的關(guān)鍵催化

殘基是保守的。然而，與其他攜帶 I 型脲酶基因簇的分離株相比，菌

株 S99 在覆蓋活性中心柔性環(huán)的皮瓣區(qū)域有 3 個(gè)突變的 AAs 殘基

(Val309、Ser325、Pro327)。Ser325和 Pro327位于控制活性中心打開或關(guān)閉

的轉(zhuǎn)折區(qū)域。這兩個(gè) AAs 殘基可能是控制 S99 脲酶活性關(guān)鍵位點(diǎn)。

二、研究進(jìn)展█

﹣29﹣

圖 6 脲酶基因簇及分離菌株尿素水解能力的研究。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣30﹣

7. 全文結(jié)論

本研究采用脲酶基因富集結(jié)合微球原位培養(yǎng)的方法，從瘤胃中分

離出尿素分解菌。我們分離并鑒定了多種具有脲酶活性的尿素分解菌，

這些新分離的菌株以前未從瘤胃中培養(yǎng)過。其中一些新分離菌株可能

在氮代謝，特別是尿素代謝中發(fā)揮重要作用。這些菌株可作為模型菌

進(jìn)一步了解瘤胃中氮代謝，特別是尿素代謝，以提高尿素利用率。新

方法還將有助于分離其他環(huán)境中感興趣的未培養(yǎng)微生物，以更好地彌

合未培養(yǎng)細(xì)菌基因型和表型之間的鴻溝。

研究成果于 2023 年 4 月發(fā)表在《Microbiome》雜志。該成果由

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家奶牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科

技創(chuàng)新工程和動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自主課題資助.

第一作者劉思佳，通訊作者趙圣國、王加啟。

--Sijia Liu, Zhongtang Yu, Huiyue Zhong, Nan Zheng,

Sharon Huws, Shengguo Zhao*, Jiaqi Wang*. Functional geneguided enrichment plus in situ microsphere cultivation

enables isolation of new crucial ureolytic bacteria from the

rumen of cattle. Microbiome 2023:76.

二、研究進(jìn)展█

﹣31﹣

2. 奶牛瘤胃尿素分解菌霍氏腸桿菌 Z129 的分離及其泛基因

組特征

尿素是反芻動(dòng)物重要的非蛋白質(zhì)氮源，飼料的蛋白質(zhì)水平對反芻

動(dòng)物的生長和生產(chǎn)至關(guān)重要，尿素較低的經(jīng)濟(jì)成本實(shí)現(xiàn)了其對飼料中

植物蛋白的部分替代。反芻動(dòng)物可以利用尿素氮與能量結(jié)合生成瘤胃

微生物蛋白。微生物蛋白具有易消化、氨基酸平衡、滿足奶牛氨基酸

需求的優(yōu)點(diǎn)。尿素的利用依賴于尿素分解菌的活性，隨著測序技術(shù)的

發(fā)展，越來越多的細(xì)菌被發(fā)現(xiàn)，但瘤胃中仍有超過 55%的尿素分解菌

與任何已知的細(xì)菌都不匹配，這表明仍有許多尿素分解菌細(xì)菌待發(fā)現(xiàn)

和分離。如果無法成功分離培養(yǎng)細(xì)菌，則無法研究和驗(yàn)證基于組學(xué)數(shù)

據(jù)得到的代謝途徑、生理特征和生態(tài)功能，這表明細(xì)菌的分離培養(yǎng)至

關(guān)重要。因此，從瘤胃中分離出更多新尿素分解菌對更好地了解尿素

代謝至關(guān)重要。本研究通過調(diào)整培養(yǎng)基成分分離培養(yǎng)出一株新的尿素

菌，并利用全基因測序?qū)ζ浠蚪M和功能基因進(jìn)行研究，利用泛基因

組分析探究其特異基因，利用試劑盒檢驗(yàn)其生理生化活性。

本試驗(yàn)主要從瘤胃中分離培養(yǎng)了 1 株新的尿素分解菌并對其功

能基因進(jìn)行探究、生理生化活性進(jìn)行驗(yàn)證。首先通過調(diào)整培養(yǎng)基成分，

在以尿素為唯一氮源的培養(yǎng)基中成功分離到了 1 株新的尿素分解菌，

16S rRNA 基因和基因組 GTDB-Tk 物種注釋表明，該尿素分解菌屬

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣32﹣

于霍氏腸桿菌，將該菌命名為霍氏腸桿菌 Z129。如圖 1 所示，霍氏

腸桿菌 Z129 為一株革蘭氏陽性菌。

通過全基因組測序?qū)羰?Z129 的基因組和功能基因進(jìn)行研究，

結(jié)果如圖 2A-E 所示，霍氏腸桿菌 Z129 的基因組大小為 4.52 Mbp、

完整度為 99.97%、污染度為 0.33%，共有 177 條 contigs，最大長度

為 426 kb，最小長度為 201 bp，平均長度為 25.5 kb，預(yù)測基因數(shù)為

4223 個(gè)，其中 4074 個(gè)功能基因。在 Z129 基因組中共鑒定出 30 個(gè)參

與碳水化合物代謝的 GH 家族，主要成員為 GH13、GH19、GH28 和

GH154，占總數(shù)的 40%。參與尿素水解的 ureA(302 bp)、ureB (314 bp)、

ureC (1703 bp)、ureD (827 bp)、ureE (464 bp)、ureF (674 bp)、ureG (617

bp)和參與鎳離子轉(zhuǎn)運(yùn)的ureJ (539 bp)聚集成簇。參與尿素轉(zhuǎn)運(yùn)的urtA、

urtB、urtC、urtD 和 urtE 聚集成簇。在 Z129 基因組中發(fā)現(xiàn)了與尿素

代謝相關(guān)的尿素轉(zhuǎn)運(yùn)基因(urtA-urtE)、鎳離子轉(zhuǎn)運(yùn)基因(ureJ、tonB、

nixA、exbB、exbD 和 rcnA)、尿素水解基因(ureA-ureG 和 ureJ)、氨同

化基因(gdhA、glnA、glnB、glnE、glnL、glsA、gltB 和 gltD)，與碳

水化合物代謝相關(guān)的淀粉水解(amyE)、纖維素水解(celB 和 bglX)、葡

萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)(crr、prsG 和 malX)、木糖轉(zhuǎn)運(yùn)(xylF-xylH)、糖酵解(pgi、pgk、

fbaA、eno、pfkA、gap、pyk 和 gpmL)和短鏈脂肪酸合成(aceE、aceF、

frdA、sfcA、sucC、scpB、acka 和 pta)相關(guān)基因以及 asnB、sanA、

二、研究進(jìn)展█

﹣33﹣

cyysk1、yxjG、dapf、iscS、thrC 等與天冬酰胺、半胱氨酸、蛋氨酸、

賴氨酸、丙氨酸、蘇氨酸等氨基酸合成相關(guān)的基因。

圖 1. 光學(xué)顯微鏡觀察的霍氏腸桿菌 Z129 革蘭氏染色結(jié)果

圖 2. 霍氏腸桿菌 Z129 中與尿素和碳水化合物代謝相關(guān)的功能基因。A. 基因組的圓形圖。

由外向內(nèi)依次為 GC-歪斜和 GC-含量。B. 不同 GH 家族中注釋到的基因的數(shù)量。基因數(shù)量

不足 4 個(gè)的 GH 家族被合并為其他家族。C. 尿素水解基因簇。數(shù)字表示基因的長度，單位

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣34﹣

為 bp。D. 尿素運(yùn)輸基因簇。數(shù)字表示基因的長度，單位為 bp。E. 涉及尿素轉(zhuǎn)運(yùn)、鎳離子

轉(zhuǎn)運(yùn)、尿素水解、氨同化、淀粉代謝、纖維素代謝、木糖代謝、丙酮酸代謝的基因。

霍氏腸桿菌 Z129 和其他 12 株霍氏腸桿菌的泛基因組分析表明

了霍氏腸桿菌中共有基因和獨(dú)特基因的變化以及 Z129 中的獨(dú)特基因。

圖 3A 展示了霍氏腸桿菌中核心基因和泛基因數(shù)量的變化，隨著菌株

數(shù)量的增加泛基因的數(shù)量增加到 8814 個(gè)，核心基因數(shù)量減少到 3388

個(gè)。圖 3B 展示了霍氏腸桿菌 Z129 和其他 12 株菌的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系，

其中 Z129 與霍氏腸桿菌 ATCC 49162 的親緣關(guān)系最為密切。圖 3C 展

示 Z129 與其他菌株的平均核苷酸同源性，Z129 也是和霍氏腸桿菌

ATCC 49162 的平均核苷酸同源性最高。

二、研究進(jìn)展█

﹣35﹣

圖 3. Z129 和其他 12 株霍氏腸桿菌菌株的泛基因組分析。A. 隨著霍氏腸桿菌菌株數(shù)量的增

加，泛基因和核心基因的數(shù)量變化。B. 霍氏腸桿菌 Z129 與其他霍氏腸桿菌菌株的系統(tǒng)進(jìn)化

樹。C. 霍氏腸桿菌 Z129 和其他 12 株霍氏腸桿菌的平均核苷酸同一性(ANI)的相互。顏色表

示 ANI 值，取值范圍為 90 ~ 100，顏色由藍(lán)到紅。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣36﹣

圖 4A 展示了包括 Z129 與其它 12 株霍氏腸桿菌的每個(gè)基因組中

獨(dú)特基因的數(shù)量，以及兩者間共享基因的數(shù)量，Z129 有 238 個(gè)獨(dú)特

基因，占該物種基因數(shù)量的 2.7%，占 Z129 基因組基因的 5.6%。Z129

與關(guān)系最密切的霍氏腸桿菌 ATCC 49162 有 110 個(gè)共享基因共享，與

霍氏腸桿菌YT3、霍氏腸桿菌YT2和霍氏腸桿菌霍夫曼亞種ECR091、

UCICRE 3 和 ECNIH3 沒有共享基因。圖 4B 展示了霍氏腸桿菌種內(nèi)

13 個(gè)菌株的 COG 注釋，這 13 個(gè)菌株的核心基因包括 1438 個(gè)代謝基

因，767 個(gè)細(xì)胞過程和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基因，573 個(gè)信息存儲(chǔ)和處理基因，

610 個(gè)未注釋和特征較差的基因，Z129 和霍氏腸桿菌 ATCC 49162 之

間的共享基因包括 19 個(gè)代謝基因，6 個(gè)細(xì)胞過程和信號傳導(dǎo)基因，

31 個(gè)信息存儲(chǔ)和處理基因，54 個(gè)未注釋和特征不明顯的基因。Z129

特有的 appA、nrfa、wecE 等基因與磷和氮代謝、乳糖合成有關(guān)。

二、研究進(jìn)展█

﹣37﹣

圖 4. 霍氏腸桿菌菌株的基因分布。A. 集合圖，顯示每個(gè)菌株的獨(dú)特基因和任何兩個(gè)菌株之

間的共享基因。B. COG 注釋，顯示各個(gè)菌株的核心基因、獨(dú)特基因、contigs 數(shù)量、GC 含

量和基因組長度。

此外，基于脲酶蛋白 UreC 氨基酸序列對 Z129 和 12 株霍氏腸桿

菌菌株進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖 5A,B 所示，基于 UreC 氨基酸序列的

系統(tǒng)發(fā)育也表明 Z129 與霍氏腸桿菌 ATCC 49162 親緣關(guān)系最密切，

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣38﹣

Z129 和霍氏腸桿菌 ATCC 49162 的 UreC 氨基酸序列中有兩個(gè)差異

位點(diǎn)。

圖 5.霍氏腸桿菌 Z129 與其他 12 株霍氏腸桿菌菌株基于 UreC 氨基酸序列的分析。A. 系統(tǒng)

發(fā)育分析。B. 霍氏腸桿菌 Z129 和霍氏腸桿菌 ATCC 49162、香芳霍氏腸桿菌方向的 UreC

氨基酸序列比對。黑色圓圈表示 Z129 與香芳霍氏腸桿菌的不同位點(diǎn)。紅圈表示 Z129 和

ATCC 49162 之間的不同位點(diǎn)。

二、研究進(jìn)展█

﹣39﹣

Z129 的生理生化活性和尿素利用率的結(jié)果如圖 6A-C 所示，Z129

對堿性磷酸酶、亮氨酸芳基酰胺酶、酸性磷酸酶、萘酚- as - i -磷酸水

解酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、吡啶烷酮芳基酰胺酶呈陽性，

對酯酶(C4)、酯酶脂肪酶(C8)、脂肪酶(C14)、纈氨酸芳基酰胺酶、胱

氨酸芳基酰胺酶、胰蛋白酶、α-乳糜蛋白酶、α-半乳糖苷酶、β-半

乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、n -乙酰-β-葡萄糖苷酶、α-甘露糖苷酶

呈陰性。Z129 可以利用 D-核糖、L-阿拉伯糖、D-乳糖和淀粉，不利

用 D-甘露醇、D-山梨醇、D-海藻糖、菊粉、D-棉子糖和糖原。Z129

孵育 48 小時(shí)尿素氮含量降低 55.37%，顯示出較高的溶尿活性。

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣40﹣

圖 6. 霍氏腸桿菌 Z129 的碳水化合物酶活性和尿素利用率。A. API ZYM 結(jié)果，顯示 19 種

酶活性。藍(lán)色表示陽性，空白表示陰性。B. API STREP 20 的結(jié)果，顯示酶活性和碳水化

合物的利用能力。藍(lán)色表示陽性，空白表示陰性。C. 尿素氮含量隨培養(yǎng)時(shí)間增加的變化。

二、研究進(jìn)展█

﹣41﹣

結(jié)論：本研究成功從瘤胃中分離培養(yǎng)了 1 株新的尿素分解菌霍氏

腸桿菌 Z129, Z129 為革蘭氏陽性菌株，攜帶 appA、nrfA、wecE 等獨(dú)

特基因，與飼料轉(zhuǎn)化率、氮代謝還原和乳糖合成相關(guān)，含有尿素代謝

全過程的功能基因和纖維素、半纖維素、淀粉發(fā)酵的多種功能基因。

研究成果已于 2023 年 4 月發(fā)表在《Frontiers in Microbiology》雜

志。該成果由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32272888)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科

技創(chuàng)新工程 (ASTIP-IAS12) 和動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

(2004DA125184G2108)項(xiàng)目資助，第一作者仲慧月，通訊作者王加啟、

趙圣國。

― ― Huiyue Zhong, Nan Zheng, Jiaqi Wang, Shengguo Zhao.

Isolation and pan-genome analysis of Enterobacter hormaechei Z129, a

ureolytic bacterium, from the rumen of dairy cow. Frontiers in

Microbiology. 2023;14.

█ MRT 2023 年度報(bào)告

﹣42﹣

3. 丁酸鈉通過抑制炎癥、優(yōu)化營養(yǎng)代謝和調(diào)節(jié)微生物功能促

進(jìn)犢牛胃腸道發(fā)育

犢牛在生長發(fā)育階段的生長性能和胃腸道發(fā)育對其成年后的生

產(chǎn)性能和健康有長期影響。因此，犢牛的胃腸道發(fā)育情況和健康狀況

對奶牛生產(chǎn)具有重要意義。日糧中添加丁酸鈉是改善胃腸道發(fā)育最有

效的途徑之一。飼糧中的丁酸鹽可以增加犢牛的采食量和體重，刺激

瘤胃乳頭發(fā)育，促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖，并增強(qiáng)瘤胃發(fā)酵。研究表明，丁

酸鹽是通過影響短鏈脂肪酸傳感 G 蛋白偶聯(lián)受體或抑制組蛋白去乙

?；傅幕钚詠碛绊懮锕δ?。此外，補(bǔ)充丁酸鹽還可以通過補(bǔ)充供

能量來影響腸道細(xì)胞增殖和發(fā)育。然而，目前大多數(shù)研究集中在低纖

維水平的犢牛日糧中添加丁酸鈉。丁酸鹽對犢牛生長的影響，特別是

在高纖維日糧下的影響及其調(diào)控方式尚不明確。我們推測在高纖維日

糧條件下，飼糧中添加丁酸鹽可以通過影響某些特定功能途徑和瘤胃

微生物群落來促進(jìn)胃腸道發(fā)育和生長健康。本研究旨在探討高纖維日

糧中添加丁酸鈉對犢牛胃腸道功能通路以及瘤胃微生物群落和功能

的影響。

本研究利用轉(zhuǎn)錄組測序和宏基因組測序揭示犢牛日糧中添加丁

酸鈉后胃腸道上皮細(xì)胞和瘤胃微生物群落中的通路變化。選用 14 頭

荷斯坦公牛犢，隨機(jī)分為 2 組，試驗(yàn)組和對照組。試驗(yàn)組日糧在對照

組日糧的基礎(chǔ)上額外添加 0.5%丁酸鈉。在試驗(yàn)第 51 天時(shí)屠宰犢牛，

二、研究進(jìn)展█

﹣43﹣

獲得瘤胃上皮和空腸上皮進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，獲得瘤胃液樣本進(jìn)行宏基

因組分析。

如表 1,2 所示，在生長發(fā)育相關(guān)的指標(biāo)中，丁酸鈉顯著提高犢牛

的體重、胴體重、干物質(zhì)采食量和平均日增重，提高犢牛的體高和胸

圍；在胃腸道發(fā)育方面，丁酸鈉顯著提高瘤網(wǎng)胃重量、空腸重量和空

腸長度。如圖 1A-G 丁酸鈉的添加顯著促進(jìn)瘤胃乳頭的發(fā)育，瘤胃乳

頭長度和表面積分別增加 28%和 43%，乳頭寬度無顯著變化。以上結(jié)

果表明，日糧中添加丁酸鈉可以促進(jìn)犢牛的胃腸道發(fā)育和生長。

表 1 丁酸鈉對斷奶前犢牛生長的影響

對照組 試驗(yàn)組 SEM P 值

干物質(zhì)采食量, g/d 465 541 42.4 <0.01

體重, kg 48.5 50.7 1.23 0.02

胴體重, kg 30.5 34.5 0.97 0.03

平均日增重, kg/d 0.40 0.52 0.022 <0.01

體高, cm 79.5 81.2 0.53 0.04

體長, cm 66.0 65.2 0.60 0.30

體斜長, cm 74.5 74.0 0.64 0.46

胸圍, cm 85.5 87.0 0.60 0.04

管圍, cm 11.8 11.7 0.08 0.26