Как использовать питательные стратегии для снижения выбросов метана от жвачных животных?

Концентрация метана (CH4) в атмосфере быстро растет и удвоилась по сравнению с доиндустриальным уровнем. На животноводство приходится 14.5% глобальных антропогенных выбросов парниковых газов (ПГ) и около 37% мировых выбросов CH4. Микробная ферментация в рубце производит 6% глобальных антропогенных выбросов ПГ, что составляет около 40% от всех выбросов животноводства.

Атмосферное время жизни CH4 составляет 8–11 лет, что значительно меньше, чем у диоксида углерода. Однако CH4 более чем в 25 раз эффективнее удерживает тепло в атмосфере. Поэтому снижение выбросов CH4 от жвачных животных критически важно для контроля ПГ в животноводстве.

Исследуются питательные стратегии для снижения метаногенеза, такие как ингибирование уровня субстрата, регулирование состава рубцовой микробиоты и манипулирование метаболическими путями питательных веществ. Однако результаты стратегий в условиях in vivo и in vitro могут расходиться. Необходимо разрабатывать стратегии, не влияющие на продуктивность животных и безопасность пищевых продуктов.

Исследователи из Китайского сельскохозяйственного университета системно описали механизмы производства CH4 и рассмотрели питательные стратегии для снижения его выбросов. Для каждой стратегии обсуждается эффективность, условия применения и безопасность кормов на основе данных исследований in vitro и in vivo.

Состав и пропорция метаногенов значительно влияют на производство CH4. Пути его образования:

  1. Гидрогенотрофный путь
  2. Ацетокластический путь
  3. Путь дисмутации метила
  4. Метил-восстанавливающий путь

Почти все реакции производства CH4 требуют минералов (кобальт, железо, никель) в качестве кофакторов. В большинстве путей метаногенеза требуется водород (H2).

Для определения потенциала стратегий изучаются:

  • Изменение управления кормлением и состава кормов
  • Модификация микробного сообщества рубца
  • Добавление химических добавок в рационы

Изменение состава питательных веществ в рационе, особенно содержания неволокнистых углеводов (NFC) и нейтрально-детергентной клетчатки (NDF), — эффективная стратегия для снижения численности метаногенов и выбросов CH4.

Ингибиторы метаногенов (например, полигалогенные соединения) используются как субстраты или аналоги ферментативных факторов для ингибирования реакции в путях метаногенеза. Например, бромхлорметан, стабилизированный α-циклодекстрином, долго сохраняет активность в рубце.

Использование вторичных метаболитов растений в качестве кормовых добавок для снижения выбросов CH4 растет. Танины и галловая кислота могут избирательно ингибировать бактерии, связанные с производством CH4. Гидролизуемые танины проявляют более сильный эффект, чем конденсированные.

Выводы: Использование питательных стратегий для регулирования выбросов CH4 становится все более возможным. Они основаны на механизмах, снижающих производство H2, способствующих пропионовокислому брожению, снижающих численность простейших и ингибирующих активность метаногенов.

Однако нельзя значительно снизить производство CH4 только за счет диетических корректировок из-за конфликта с продуктивностью животных, здоровьем рубца и экономической выгодой. Практики снижения должны оцениваться в рамках интегрированной системы животноводства.

Некоторые стратегии могут влиять на адаптацию микробиоты, остатки химикатов в тканях и распространение устойчивых к антибиотикам генов и микробов. Эти пробелы требуют дальнейшего изучения. Хотя химические вещества высокоэффективны in vitro, их действие in vivo может отличаться из-за сложности пищеварительного процесса.

Рекомендуется добавление в рацион 3-низооксипропанола (3-NOP), пробиотиков, органических кислот или вторичных метаболитов растений (танины, полифенолы водорослей). Комбинированное использование пробиотиков и добавок может оптимизировать свойства пробиотиков.

В целом, необходимы комбинированные питательные стратегии и постоянные технологические инновации для адаптации к разнообразию систем животноводства.

2023-09-19