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基于瘤胃优势菌群及饲料组分建立绵羊甲烷产量预测模型的研究

李润航  
【摘要】:甲烷(CH_4)气体是产生温室效应的重要因素之一。准确预测反刍动物瘤胃甲烷气体产量是评估温室效应的基础。本研究采用高通量测序及实时荧光定量技术分析不同精粗比日粮对瘤胃菌群动态变化的影响,筛选标志性菌属,通过开放式体外发酵系统测定不同精粗比混合日粮的甲烷产量,最终建立预测体外发酵甲烷产量的人工神经网络模型。试验选择6只健康瘤胃瘘管绵羊(新疆细毛羊×杜泊羊杂交),以羊草和秸秆为粗饲料源,精粗比分别为1:9、3:7和5:5的6种日粮按照6×6拉丁方设计饲喂绵羊,预饲期10天后,采集瘤胃食糜,对瘤胃食糜菌群DNA进行高通量测序。结果表明,通过饲喂试验羊不同精粗比和不同粗饲料源的饲粮,瘤胃微生物发生了显著变化。而相比粗饲料源对瘤胃菌群的影响,精粗比对瘤胃菌群的影响更为显著。通过饲喂不同日粮,筛选出8个差异显著的优势菌属,能够代表瘤胃菌群的变化,分别是Papillibacter(PAP)、Ruminococcaceae_UCG-011、Ruminococcus_1、Bacteroidales_S24-7、Prevotella_1(PRE1)、Prevotellaceae_UCG-001、Rikenellaceae_RC9和Christensenellaceae_R-7。按照一定顺序饲喂试验绵羊不同精粗比和不同粗饲料源的6种日粮,模拟瘤胃动态变化,在变化期间,利用开放式体外发酵系统测定60种混合饲料CH_4产量,同时测定不同批次的优势菌属的相对浓度。成功构建用于建模和测试的数据库。绵羊在六种日粮构建的瘤胃动态变化条件下,体外发酵的CH_4产量(mmol)和饲料营养成分CP、CHO、NSC(g)和瘤胃优势菌属PRE1、PAP(%)之间存在显著的多元线性关系:CH_4=(0.469±0.049)PRE1+(-4.122±0.73)PAP+(5.316±0.641)CP+(3.169±0.557)CHO+(-0.42±0.078)NSC+(-287.371±50.466),R~2=0.822,n=50,P0.0001。本试验还将体外发酵的CH_4产量作为输出参数,以CP、CHO和NSC组分以及优势菌属PRE1和PAP相对浓度为输入参数,通过对建立的BP神经网络模型进行训练和测试,最终得到性能最佳的C H_4产量预测BP神经网络模型,其结构为5-9-1。经过对比,BP神经网络模型的预测准确性高于多元线性回归模型。本研究通过模拟瘤胃微生物动态变化的条件下,利用饲料营养成分和瘤胃优势菌属的相对浓度,成功建立了准确性良好的预测模型,对未来提高CH_4预测模型的适用范围提供了一定的参考依据。


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