反刍家畜瘤胃内碳水化合物降解过程中往往伴随着氢的产生,瘤胃内氢分压的升高会抑制NADH氧化生成NAD+,进而影响瘤胃内氢代谢和阻碍纤维降解。本研究在增加瘤胃内氢浓度和不同类型日粮（添加氢受体、粗饲料来源、精饲料来源和精粗比）条件下,研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制。主要研究内容如下:试验一、瘤胃内氢浓度影响甲烷生成、发酵特征和纤维降解的机制本研究包括体外发酵和动物饲养试验两部分,主要研究瘤胃内氢浓度影响甲烷生成、发酵特征和纤维降解的机制。通过添加Mg粉以产生更多的H2(Mg+2H+→Mg2++H2),选择Mg O或Mg（OH）2作为对照(Mg O/Mg（OH）2+H+→Mg2++H2O)以消除Mg2+的影响。在体外发酵试验中,以桑叶和玉米粉作为发酵底物,Mg O和Mg粉作为添加剂,包括两组添加剂量,0.625和1.25 m mol/瓶。体外发酵48 h后,测定产气量（GP）、H2产量（g H2）、甲烷产量（g CH4）、溶解态H2（d H2）、溶解态CH4（d CH4）和挥发性脂肪酸（VFA）浓度。在动物饲养试验中,选择4头非泌乳期的中国荷斯坦奶牛,根据体重将4头奶牛分成2对,每对2头奶牛,随机分到对照组（基础日粮+14.5 g/kg Mg（OH）2）和试验组（基础日粮+6.00 g/kg Mg粉）。体外试验结果表明,和对照组相比,Mg粉和Mg O显著提高了Mg2+浓度（P<0.01）,但是两组之间没有显著差异。与对照组和Mg O相比,0.625和1.25 m mol/瓶的Mg粉均显著增加了（P<0.01）g H2、g CH4、d H2和d CH4浓度、丙酸比例,显著降低了（P<0.001）GP、乙酸比例和乙丙比。动物试验结果表明,与Mg（OH）2相比,Mg粉显著增加了（P<0.05）晨饲后2.5 h奶牛瘤胃内d H2和d CH4浓度、CH4排放量和产甲烷菌基因拷贝数,显著降低了（P<0.05）ADF消化率、瘤胃VFA浓度和Ruminococcaceae＿UCG-014的相对丰度。体内和体外研究结果说明,与Mg O和Mg（OH）2相比,Mg粉没有改变瘤胃内Mg2+浓度,但是可以提高瘤胃内氢浓度。瘤胃内氢浓度的升高,一方面使产甲烷菌数量增加,导致更多瘤胃CH4生成;另一方面会抑制纤维降解菌的生长和增殖,降低纤维降解率。试验二、基于日粮中添加氢受体研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制硝酸钠是瘤胃内的氢受体,能够通过“NO3-+4H2+2H+→NH4++3H2O”吸收氢,促进瘤胃内电子传递,这可能会通过改变瘤胃内氢代谢影响纤维降解。本试验以75%可代谢蛋白配制基础日粮,以尿素（7.0 g尿素/kg DM基础）为对照组,研究在添加硝酸钠（14.6 g NO3-/kg DM）条件下,瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制。根据泌乳时间、胎次、产奶量将8头泌乳奶牛分成4对,每对2头奶牛,随机分到尿素组或硝酸钠组。与尿素相比,硝酸钠显著降低了（P<0.05）甲烷排放量、乙丙比和氢的生成效率,增加了（P<0.05）瘤胃内d H2浓度、丙酸比例和Selenomonas ruminantium基因拷贝数,但是对NDF和ADF消化率没有显著影响。进一步的相关性结果显示,瘤胃内d H2浓度同NDF和ADF消化率没有相关关系。这说明,与尿素相比,硝酸钠可以抑制CH4生成,降低甲烷菌利用氢的能力,导致瘤胃内氢浓度积累和瘤胃发酵模式向丙酸型转变,但是没有抑制纤维降解。硝酸钠是电子受体,能够促进瘤胃内电子传递,这也就解释了瘤胃内氢浓度与纤维降解没有相关关系的原因。试验三、基于日粮粗饲料来源研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制不同粗饲料之间纤维结构和成分的差异会导致不同的纤维消化率,这可能与瘤胃内氢代谢密切相关。本试验以青贮象草和青贮玉米为研究对象,通过体外发酵和动物饲养试验,研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制。在体外发酵试验中,以青贮象草和青贮玉米作为发酵底物,48 h体外发酵试验结束后,测定DM、NDF和ADF降解率、产气量、g CH4和g H2的产量。在动物饲养试验中,选择24头肉牛,根据体重分成12对,每对2头肉牛,分别饲喂含有55%（DM基础）青贮象草或青贮玉米的日粮。体外试验结果表明,在体外发酵前,与青贮象草相比,青贮玉米叶片表面的毛状附属物密度大于青贮象草,两者纤维表面均呈现光滑、完整、连续的状态。体外发酵48 h后,与青贮象草相比,青贮玉米叶片表面的毛状附属物消失,并且叶片表面出现更多的的小孔和沟壑。与青贮象草相比,青贮玉米显著增加了（P<0.05）48 h DM、NDF和ADF降解率、产气量和CH4产量,显著降低了（P<0.001）48 h g H2产量。动物试验结果表明,与青贮象草日粮相比,饲喂青贮玉米日粮显著增加了（P<0.05）肉牛DM采食量、OM和NDF消化率、d CH4浓度、丁酸比例、细菌、原虫、产甲烷菌、Ruminococcus albus和Ruminococcus flavefaciens基因拷贝数,显著降低了（P<0.05）瘤胃d H2浓度。进一步的相关性结果显示,NDF消化率与瘤胃内甲烷菌和真菌基因拷贝数呈正相关关系,与瘤胃内d H2浓度呈负相关关系。与青贮象草相比,青贮玉米叶片表面丰富的小孔和沟壑可以增加产甲烷菌和真菌的生长和增殖,增强瘤胃内氢的利用,降低瘤胃氢浓度,这有助于纤维降解。试验四、基于日粮精饲料来源研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制淀粉和纤维是日粮精饲料的重要组成部分。与饲草中的纤维相比,精饲料中的纤维更容易被瘤胃微生物降解,这可能与瘤胃内氢代谢密切相关。与玉米粉相比,玉米皮具有较高的纤维和较低的淀粉含量。本试验利用玉米皮替代玉米粉,从而提高日粮中精饲料纤维含量,进而研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制。选择20只湘东黑山羊作为试验动物,根据体重分成10对,每对2只山羊,分别饲喂玉米粉和玉米皮日粮。和玉米粉日粮相比,玉米皮日粮显著提高了（P<0.05）瘤胃内p H、丙酸比例、真菌和Fibrobacter succinogenes基因拷贝数、Ruminococcaceae＿UCG-010相对丰度,显著降低了（P<0.05）瘤胃内d H2和d CH4浓度、CH4排放量、乙酸和丁酸比例、乙丙比、氢生成效率、原虫、Selenomonas ruminantium和Ruminococcus amylophilu基因拷贝数。进一步的相关性结果分析显示,山羊NDF和ADF消化率与瘤胃内d H2浓度、p H、真菌、Fibrobacter succinogenes基因拷贝数均没有相关关系。这说明,和饲草纤维相比,玉米皮中的纤维降解率比较高,不容易受到瘤胃内氢浓度、p H和纤维降解微生物的影响。试验五、基于日粮精粗比研究瘤胃内氢代谢与纤维降解的关联机制日粮中淀粉水平增加会抑制纤维降解。与纤维相比,淀粉具有更快的瘤胃发酵、降解速率,这会改变瘤胃内氢代谢过程,导致氢浓度升高,这可能是影响纤维降解的重要因素。选择20头肉牛作为试验动物,然后平均分成两组,分别饲喂低淀粉和高淀粉日粮。与低淀粉日粮相比,肉牛采食高淀粉日粮显著增加了（P<0.05）瘤胃内d H2和d CH4浓度、丁酸比例、原虫、产甲烷菌和Selenomonas ruminantium基因拷贝数、Succiniclasticum、Ruminobacter和Succinivibrionaceae＿UCG-002相对丰度,显著降低了（P<0.05）NDF和ADF消化率、瘤胃p H、Fibrobacter succinogenes基因拷贝数和Papillibacter相对丰度。进一步的相关性结果分析显示,NDF消化率与瘤胃内p H呈显著正相关关系,与瘤胃内d H2浓度、Fibrobacter succinogenes基因拷贝数无相关关系。这说明,日粮中淀粉含量抑制纤维降解,主要受到瘤胃p H影响,而瘤胃内氢浓度和纤维降解微生物种群影响较小。总之,氢浓度升高会导致甲烷生成增强,同时也会抑制纤维降解菌生长和增殖,减少纤维降解率。日粮中添加氢受体对纤维降解没有显著影响,在粗饲料来源试验中,瘤胃内氢浓度是抑制纤维降解的主要因素,在精饲料来源试验中,饲料自身的特征是影响纤维降解的主要因素,瘤胃溶解氢和p H影响较小,在日粮精粗比试验中,瘤胃p H是抑制纤维降解的主要因素。