奶业创新团队

Milk Research Team

2023 年度报告

Annual Report

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所

Institute of Animal Sciences, CAAS

一场瑞雪，迎接 2024

2023 年，奶业创新团队潜心科研，努力拼搏，圆满完成各项任务，

取得可喜成绩。

团队围绕奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理、奶产品风险评估与

营养功能评价两个研究领域，发表论文 41 篇，其中 SCI 文章 20 篇，

中文文章 21 篇，出版著作 9 部，授权发明专利 6 项，发布行业标准

4 项，获批新饲料添加剂 1 项。

受农业农村部委托，团队组织全国优势单位，牵头实施生鲜乳质

量安全监测计划、液态奶中复原乳监测计划和奶产品质量安全风险专

项等项目，发布《中国奶产品质量安全研究报告（2022 年）》和《中

国奶业质量报告（2023）》。

牵头国家奶业科技创新联盟，在全国 28 个省 71 家企业实施优质

乳工程，被列入国家卫健委《国民营养计划》重点工作。

深入开展国际合作，成功召开第八届“奶牛营养与牛奶质量”国

际研讨会。

新春的脚步正在向我们走来。在此，向关心、支持和帮助奶业创

新团队的领导、专家和朋友，致以最衷心的感谢和最崇高的敬意！

祝您们节日愉快、阖家欢乐！

执行首席专家： 首席专家：

团队简介

奶产品质量与风险评估科技创新团队（简称奶业创新团队，MRT）

是首批入选中国农业科学院创新工程的团队，建有农业农村部奶及奶

制品质量安全控制重点实验室、农业农村部奶及奶制品质量监督检验

测试中心（北京）、农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室（北

京）和国家奶业国际联合研究中心等平台。

团队始终聚焦奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理、奶产品质量

安全风险评估与营养功能评价两个研究领域，发挥科技引领作用。近

五年发表 SCI 文章 100 余篇，获得国家科技进步二等奖 1 项，被评为

“全国农业科研杰出创新团队”和“中国农业科学院青年文明号”。

农业农村部奶产品质量安全风险评估实验室（北京）

国家农业检测基准实验室（奶及奶制品污染物）

奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理

奶产品质量安全风险评估与营养功能评价

全国生鲜乳质量安全监测

奶业

创新团队

服务行业 全国奶产品质量安全风险评估

农业农村部奶及奶制品质量监督检验测试中心（北京）

科研领域

技术平台 农业农村部奶及奶制品质量安全控制重点实验室

国家奶业科技创新联盟

国家奶业国际联合研究中心

目 录

一、成果概览 ............................................. 1

二、研究进展 ............................................ 13

领域一：奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理 .................. 14

1. 构建微球原位培养方法实现牛瘤胃重要尿素分解菌分离 ... 14

2. 奶牛瘤胃尿素分解菌霍氏肠杆菌 Z129 的分离及其泛基因组特征

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

3. 丁酸钠通过抑制炎症、优化营养代谢和调节微生物功能促进犊牛

胃肠道发育 .......................................... 42

4. 日粮中添加鹰嘴豆素 A 对奶山羊泌乳性能、抗氧化能力、瘤胃发

酵及瘤胃微生物组的影响 .............................. 55

5. 奶牛瘤胃细菌群落与乳脂的关系 ....................... 63

6. 舍饲和放牧的奶牛饲喂方式对原料奶风味的影响 ......... 73

7. 基于优化的 GC-MS 方法分析中国零售牛奶脂肪酸组成：营养意

义 .................................................. 80

领域二：奶产品质量安全风险评估与营养功能评价 ............ 92

1. 调研中国 5 种特色奶畜生鲜乳中黄曲霉毒素 M1 污染情况 .. 92

2. 黄曲霉毒素 M1 和赭曲霉毒素 A 通过调节 BALB/c 小鼠中关键差

异表达的小 RNA 和长非编码 RNA 诱导肠道屏障损伤 ........ 94

3. 代谢组学和脂质组学联合分析揭示黄曲霉毒素 B1 和黄曲霉毒

素 M1 单独及联合作用引起 NCM460 细胞脂质代谢紊乱 ..... 107

4. 生乳中不同蛋白水解活性假单胞菌的基因组特征和功能代谢多

样性分析 ........................................... 120

5. 2022 年国产液态奶和婴幼儿配方奶粉产品安全质量评价 .. 129

6. 2'-岩藻糖基乳糖通过肠-肝-代谢物轴缓解结肠炎诱导的肝脏

氧化应激 ........................................... 143

7. 牛奶活性成分 2'-岩藻糖基乳糖促进 LS174T 杯状细胞分泌

MUC2 并抑制炎症 .................................... 155

8. 泌乳期对羊乳中矿物元素分布的影响 .................. 164

9. 建立牛奶短链脂肪酸测定方法 ........................ 169

10. 乳脂肪球膜脂类生物活性功能 ....................... 176

11. 基于电子鼻、电子舌和气质联用技术分析热处理对生乳挥发

性有机化合物的影响 ................................ 184

12. 氯化锶通过影响幼年雄性大鼠的肠道微生物群提高骨量 . 191

13. 氯化锶可以提高雄性大鼠的生殖功能并改变其肠道菌群 . 202

14. 不同奶畜乳中 11 种乳寡糖的定量分析及热处理影响研究 214

三、服务行业 ........................................... 224

1. 奶业创新团队与君乐宝乳业召开工作交流会 ............ 225

2. 奶业创新团队与蒙牛乳业召开项目合作交流会 .......... 227

3. 国家奶业科技创新联盟再次被认定为标杆联盟 .......... 228

4. 国家奶业科技创新联盟工作会议召开 .................. 230

5. 奶业高质量发展论坛在天津举办 ...................... 233

6. 国家重点研发计划“奶业全产业链高效优质生产关键技术”项

目启动会议 ......................................... 243

7. 国家重点研发计划“特色畜奶、禽蛋特征品质分析与特征标准

研究”项目启动会暨实施方案论证会召开 .............. 251

8. 2023 年生鲜乳质量安全检测技术培训班在京举行 ........ 256

9. 国家奶业科技创新联盟到新疆旺源集团开展调研座谈 .... 258

10. “十四五”国家重点研发计划项目团队郑楠研究员一行赴新

疆农业大学开展项目交流 ............................ 261

11. 全国畜牧业标准化技术委员会田双喜处长和赵小丽正高级畜

牧师到奶及奶制品质检中心调研 ...................... 263

12. 国家奶业科技创新联盟赴君乐宝乳业交流优质乳工程进展共

谋乳制品行业创新未来 .............................. 264

13. “生鲜乳品质提升技术研究与应用推广技术”入选农业农村

部农产品质量安全营养健康优质化领域科研技术创新亮点成果

名录 .............................................. 266

14. 奶业创新团队获批“国家农产品品质规格营养功能评价奶产

品技术中心”平台 .................................. 268

15. 农业农村部奶及奶制品质量监督检验测试中心（北京）通过

FAPAS 国际能力验证 ................................ 270

16. 悦鲜活获得国家奶业科技创新联盟“中优乳认证—特优级生

乳原料”证书 ...................................... 272

17. 现代牧业集团总裁孙玉刚率团莅临奶业创新团队座谈交流工

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

18. 面向宁夏奶业科技发展重大需求，国家奶业科技创新联盟当

好“答题人” ...................................... 274

19. 红三叶草提取物获批准为瘤胃脲酶抑制剂新饲料添加剂 . 276

20. 2023 年全国生鲜乳质量安全监测项目绩效评价工作会议召开

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

21. “包被尿素饲料缓释效果的标准化评价技术”入选农业“火

花技术”培育名单 .................................. 281

22. 奶业创新团队 5 项农业行业标准入选全国首批农业农村行业

标准研制实施典范 .................................. 282

四、党建与文化建设 ..................................... 284

1. 新员工与学生培训——聚英才促发展，抓党建育新人 .... 285

2. 结对共建聚合力 构筑援疆同心圆——奶产品质量与风险评估

团队与新疆农科院质标所开展结对共建活动 ............. 287

3. 奶产品质量与风险评估团队党支部与内蒙古两家质量安全中心

开展结对帮扶 ....................................... 290

4. 党建引领 成果丰硕——奶业创新团队举行 2023 年上半年工

作汇报会 ........................................... 291

5. 奶产品质量与风险评估团队党支部赴中国共产党历史展览馆开

展主题党日活动 ..................................... 293

五、专题报告 ........................................... 295

创新引领奶业高质量发展——第八届“奶牛营养与牛奶质量”国

际研讨会在京召开 ..................................... 296

六、大事记 ............................................. 324

一、成果概览█

﹣1﹣

一、成果概览

█ MRT 2023 年度报告

﹣2﹣

2023 年，发表论文 41 篇，其中 SCI 文章 20 篇，中文文章 21 篇，

出版著作 9 部，获得授权发明专利 6 项，发布行业标准 4 项、团体标

准 9 项，获批新饲料添加剂 1 项。

（一）文 章

领域一：奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理

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、成果概览█

﹣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. 卜莹,郑楠,王加启等.红三叶草异黄酮的生物学功能及其在瘤胃

中代谢的研究进展.

动物营养学报. 2023,35(06):3508-3516.

█ MRT 2023 年度报告

﹣4﹣

10. 胡钰峰,郑楠,王加启等.化学合成类脲酶抑制剂种类及其作用机

制研究进展.

动物营养学报. 2023,35(10):6277-6288.

11. 李彦军,郑楠,王加启等.红三叶草提取物中四种异黄酮的 HPLC

检测方法.

中国饲料. 2022(24):45-51.

12. 孔静,郑楠,赵圣国.橘皮提取物对瘤胃微生物体外发酵的影响.

中国饲料. 2023(21):189-194.

13. 齐英杰,郑楠,王加启等.乳中甘油骨架的来源、作用及检测方法.

动物营养学报. 2023,35(10):6198-6206.

14. 杨继勇,黄国欣,唐文浩等.不同锶源对奶牛瘤胃微生物体外发酵

的影响.

饲料工业. 2023,44(07):54-59.

15. 仲慧月,郑楠,王加启等.瘤胃尿素分解菌及脲酶的分子特征与调

控研究进展.

动物营养学报. 2023,35(05):2797-2807.

16. 高远,张晓音,熊展博等.饲粮能氮水平对奶牛生产性能、血液指

标和氮代谢的影响.

动物营养学报. 2023,35(11):7212-7223.

一、成果概览█

﹣5﹣

领域二：奶产品质量安全风险评估与营养功能评价

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 年度报告

﹣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、成果概览█

﹣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 分析牧场环境对乳房炎

乳菌群的影响.

畜牧兽医学报. 2023,54(09):3872-3883.

30. 佀博学,张养东,郑楠等.食源性腹泻产生机理研究进展.

中国食物与营养. 2023,29(03):56-62.

31. 佀博学,张养东,郑楠等.生乳新鲜度评价指标研究进展.

动物营养学报. 2023,35(06):3499-3507.

32. 吴洪亚,高亚男,王加启等.乳铁蛋白对肠道屏障保护作用的研究

进展[J/OL].

现代食品科技. 1-10[2023-12-10].

33. 吴杰,赵艳坤,郑楠等.我国与欧盟和日本生乳标准中安全指标的

对比分析.

乳业科学与技术. 2023,46(01):56-61.

34. 席雪瑶,高亚男,王加启等.锶的成骨机制及富锶食品的研发现状.

现代食品科技. 2023,39(09):380-392.

█ MRT 2023 年度报告

﹣8﹣

35. 许文君,姚倩倩,高亚男等.不同母乳低聚糖对肠道 LS174T 杯状

细胞黏蛋白分泌相关基因表达的影响.

食品安全质量检测学报. 2022,13(22):7438-7445.

36. 许文君,孟璐,郑楠.乳及乳制品中嗜冷菌的多样性及其腐败危害

研究进展.

食品安全质量检测学报. 2023,14(07):15-21.

37. 张仕琦,赵圣国,郑楠等.奶牛氮代谢及其营养调控的研究进展.

动物营养学报. 2023,35(07):4119-4126.

38. 张萱,高亚男,杨雪等.α-乳白蛋白对婴幼儿生长发育的影响研究

进展.

食品安全质量检测学报. 2023,14(07):1-7.

39. 赵小伟,张养东,郑楠等.围产期奶牛瘤胃微生物菌群结构与功能

变化研究进展.

动物营养学报. 2023,35(10):6146-6153.

40. 吴杰,郑楠,王加启等.乳中嗜冷菌检测和分析方法的研究进展

[J/OL].

食品科学. 1-12[2023-12-10].

41. 叶巧燕,郝欣雨,常嵘等.牛奶中蛋白质测定能力验证结果与分析.

中国乳品工业. 2023,51(09):52-55.

一、成果概览█

﹣9﹣

（二）著 作

1. 中国奶产品质量安全研究报告（2023 年）. 中国农业科学技术

出版社

2. 中国奶业质量报告 2023. 中国农业科学技术出版社

3. 瘤胃微生物学. 中国农业科学技术出版社

4. 骆驼乳相关标准与规范. 中国农业科学技术出版社

5. 奶业高质量发展标准体系研究与应用. 中国农业科学技术出版社

6. 乳中活性因子与人体健康-短链脂肪酸. 中国农业科学技术出版

社

7. 乳中活性因子与人体健康-乳铁蛋白. 中国农业科学技术出版社

8. 奶牛养殖场病原微生物耐药性风险防控. 中国农业科学技术出版

社

（三）发明专利

1. 赵圣国；王加启；郑楠. 一种化合物及其在改善动物瘤胃微生物发

酵中的用途. ZL 20211062703.1

2. 赵圣国；王加启；郑楠. 一种评价包被尿素饲料缓释效果的方法.

ZL 202310212413.5

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

OF BIOCHANIN A IN PROMOTING PRODUCTION

█ MRT 2023 年度报告

﹣10﹣

PERFORMANCE OF RUMINANT（鹰嘴豆素 A 在促进反刍动

物生产性能中的用途）荷兰专利. 2033943.

4. 赵圣国；王加启；郑楠. 源于奶牛瘤胃的栖瘤胃肠球菌及其作为

饲料添加剂的应用. ZL 202311187425.3

5. 郑楠；张养东；王加启；陈美庆；武旭芳；王峰恩. 假冒骆驼乳或

骆驼乳中是否掺杂其他动物乳的鉴定方法. ZL 202310958267.0

6. 郑楠；张养东；王加启；陈美庆；武旭芳；王峰恩. 假冒牦牛乳或

牦牛乳中是否掺杂其他动物乳的鉴定方法. ZL 2023109582312

7. 张养东；郑楠；王加启；李宁；孟璐；刘慧敏. 一种巴氏杀菌乳

杀菌温度的鉴定方法及应用. ZL 2023 1 1133273.9

（四）行业标准

1. 刘慧敏、韩荣伟、王小鹏、郑楠、王加启、赵圣国、王军、于忠

娜、杨永新、都启晶、范荣波、姜洪宁、张养东、孟璐、张宁、杨

永. 生牛乳中β-内酰胺类兽药残留控制技术规范. NY/T 4290-

2023 .

2. 郑楠、苑学霞、赵善仓、王加启、赵小丽、刘慧敏、王峰恩、范丽

霞、董燕婕、王磊、张宁. 生乳中铅的控制技术规范. NY/T 4291-

2023.

3. 张养东、杨永新、王小鹏、康志远、王加启、郑楠、赵小丽、张

学、刘慧敏、韩荣伟、王军、赵小伟、于忠娜、范荣波、都启晶、

一、成果概览█

﹣11﹣

赵圣国、孟璐、杨永、朱洪龙、姜洪宁. 生牛乳中体细胞数控制技

术规范. NY/T 4292-2023.

4. 孟璐、都启晶、李威、王加启、郑楠、刘慧敏、王军、韩荣伟、于

忠娜、杨永新、范荣波、姜洪宁、张养东、赵圣国、张宁、刘采娟.

奶牛养殖场生乳中病原微生物风险评估技术规范. NY/T 4293-

2023.

（五）团体标准

1. 张养东、苏传友、赵圣国、王加启、郑楠、刘凯珍、刘慧敏、孟

璐、王丽. 玉米青贮采样方法. T/TDSTIA 031-2023

2. 王象欣、解庆刚、郑楠、刘慧敏、屈雪寅、王坤、赵昕、刘俊霞、

张永久. 婴幼儿配方乳粉中 7种母乳低聚糖含量的测定 液相色谱

-质谱法. T/TDSTIA 032-2023

3. 赵艳坤、郑楠、王成、刘慧敏、孟璐、陈贺、许文君、武亚婷、吴

杰. 生乳中关键病原菌耐药性判定. T/TDSTIA 033-2023

4. 郑楠、张养东、郝欣雨、赵艳坤、刘慧敏、王加启、屈雪寅、张宁.

骆驼生乳. T/TDSTIA 034-2023

5. 郑楠、苏莹莹、叶巧燕、刘慧敏、王加启、屈雪寅、郝欣雨、张

宁、张养东. 奶真实性鉴定 实时荧光 PCR 法. T/TDSTIA 035-2023

6. 屈雪寅、郑楠、陈钢粮、刘慧敏、张养东、王加启、赵艳坤、张

宁、杨文君、王淑娟. 100%骆驼生乳加工制品的生产、加工与标

识要求. T/TDSTIA 036-2023

█ MRT 2023 年度报告

﹣12﹣

7. 张养东、王加启、郑楠、刘慧敏、屈雪寅、李宁、张宁. 巴氏杀菌

牛乳质量分级. T/TDSTIA 037-2023

8. 郑楠、屈雪寅、张仕琦、张养东、赵圣国、刘慧敏. 生牛乳生产碳

足迹核算指南. T/TDSTIA039-2023

9. 赵圣国、白怡霖、张养东、熊展博、王典、赵勐、冯春燕、郑楠、

王加启、兀继尧. 尿素饲用技术规范. T/TDSTIA038-2023

（六）产品

1. 饲料添加剂：红三叶草提取物（有效成分为刺芒柄花素、鹰嘴豆

芽素 A）. 2023.7. 新饲添（2023）02 号.

二、研究进展█

﹣13﹣

二、研究进展

█ MRT 2023 年度报告

﹣14﹣

领域一：奶牛健康养殖与牛奶品质形成机理

1. 构建微球原位培养方法实现牛瘤胃重要尿素分解菌分离

在反刍动物中，肝脏产生的尿素有 40% - 80%返回胃肠道，特别

是瘤胃。返回到瘤胃的尿素被尿素分解菌分泌的脲酶水解为二氧化碳

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

氮来源。因此，牧场常使用尿素部分代替反刍动物日粮中的优质蛋白

饲料，以降低饲养成本。但是，瘤胃中尿素分解菌分泌的脲酶活性过

高，尿素水解过快，导致大量尿素通过尿液排出体外，不仅导致尿素

氮利用效率低，还污染环境。因此，瘤胃中的尿素分解菌引起了大量

研究者的兴趣。

基于培养和测序的研究都试图揭示瘤胃尿素分解菌的多样性及

其功能。目前，分离培养的瘤胃尿素分解菌大多来自于上个世纪，是

通过传统的平板划线的方法获得的，这种方法费时费力。在以往的研

究中，只有少数几种瘤胃尿素分解菌被分离出来，但通过高通量测序

技术却揭示了其具有高度多样性，有近千个菌种。虽然基于测序技术

有助于对瘤胃生态系统中尿素分解菌的多样性和分布有一些新的认

识，但对其代谢、生理和生态仍然知之甚少。瘤胃尿素分解菌的分离

二、研究进展█

﹣15﹣

和鉴定对于直接评估其基本生物学过程和特征至关重要，这为提高反

刍动物尿素利用效率提供了新的、高效的、可行的干预措施。

从瘤胃中分离新的尿素分解菌是困难的，因为它们是厌氧细菌，

且在瘤胃中丰度较低。此外，研究者对其营养物质和生长因子的需求

知之甚少，无法靶向制定合适的培养基及培养条件。此外，许多微生

物在其栖息的自然生态环境中需要交叉喂养或与其他群落成员密切

交流才能生长。原位培养是模拟细菌在瘤胃中的生长条件，克服了平

板划线分离方法的缺点，促进了微生物的分离效率。样品梯度稀释有

助于分离优势菌群。研究人员开发了几种新的微生物分离技术，例如

芯片、培养组学、单细胞分离和微流控等，以提高从不同环境中分离

难以培养细菌的成功率。然而，这些技术需要昂贵的设备，而且分离

微生物时并不是针对某些具有特定功能的群体。此外，由于尿素分解

菌在瘤胃中的丰度较低，在分离之前进行富集将有助于提高分离效率，

但使用选择性碳或氮源无法有效地富集它们。在本研究中，我们结合

ureC 基因富集、琼脂糖微球包裹单细胞和原位共培养的方法从牛瘤

胃中分离出尿素分解菌。然后，我们对分离出的尿素分解菌进行全基

因组测序，以确定其多样性和分布，揭示了脲酶基因簇类型和脲酶活

性。

█ MRT 2023 年度报告

﹣16﹣

1. 靶向分离尿素分解菌方法概述

我们建立了一种靶向分离尿素分解菌的方法，通过功能基因 ureC

富集靶标菌群，将单细胞包裹到琼脂糖微球中，在模拟的瘤胃环境中

培养，最后通过基因组测序进行鉴定（详细流程见图 1）。该方法的

优点包括：利用 96 孔板提高了通量；利用功能基因 ureC PCR 筛选富

集靶标菌群；利用琼脂糖微球包裹置于原位环境中孵育，使需要未知

生长因子及需要与其它细菌互作的微生物生长；基因组测序揭示完整

的脲酶基因簇特征。我们优化了接种物(瘤胃液)的稀释度，然后将富

集的尿素分解菌群，稀释后包裹到琼脂糖微球中。连续稀释后的瘤胃

液于 39℃孵育 24 h，孵育结束后，利用 ureC 特异性引物 PCR 筛选，

结果显示，大于 10-1 稀释度的板子只有部分孔中存在尿素分解菌，

10-5 及以上稀释度的板子中均未检出尿素分解菌。本研究中，10-4 稀

释度最可能将尿素分解菌分离成单菌株，因此选择 10-4 稀释度作为

富集尿素分解菌的最佳稀释倍数。

二、研究进展█

﹣17﹣

图 1 瘤胃厌氧尿素分解菌的富集、分离和基因组特征研究流程

我们将富集的尿素分解菌进行梯度稀释，将其包裹至琼脂糖微球

中，然后在一个模拟瘤胃的环境中进行培养，该系统允许置于透析袋

内的琼脂糖微球中包裹的尿素分解菌与透析袋外的瘤胃微生物群进

行交叉喂养。琼脂糖微球的平均直径为 3.4±0.1mm(±SD)。对每个琼

脂糖微球中菌落的 16S rRNA 基因扩增并测序分析表明，随着稀释度

的增加，包裹细菌琼脂糖微球的比例减少，但包裹单细胞琼脂糖微球

的比例增加。其中 10-9 和更高稀释度的样品，包裹单细胞微球的比

█ MRT 2023 年度报告

﹣18﹣

例为 100%。为了最大限度地从每个微球中分离出单菌株，选择 10-10

稀释度，进行后续研究中单菌株的分离。

培养时间是影响微球包裹单菌株分离成功的另一个重要因素。随

着孵育时间增加(12-72 h)，含有细菌微球的比例增加，而含有单菌株

微球的比例下降。为了最大限度地从每个微球中分离出单菌株，我们

选择孵育 24 h，进行后续研究中单菌株的分离。

我们采用非靶向代谢组学对透析袋内外的代谢产物进行了分析，

以评估透析袋内外微生物代谢产物的差异，确保模拟的瘤胃环境中透

析袋外的瘤胃微生物能够为嵌入在透析袋内琼脂糖微球中的细菌提

供营养物质和生长因子。我们在透析袋和模拟的瘤胃发酵系统中共检

测到 4224 种代谢物，其中 109 种可被识别分类。所有这些代谢物均

在透析袋放入模拟发酵系统的 6 h 后被检测到。通过聚类分析发现，

透析袋内外的代谢物分布随发酵时间的变化而变化，但同一时间基本

相似。透析袋内外代谢物在各发酵时间的相关系数为 0.96-0.98。

2. 分离的尿素分解菌菌株的基因组学分类

本研究共分离到了 976 个菌株，其中将 16S rRNA 基因以 100%

相似性进行聚类后共得到 404 个菌株，将 16S rRNA 基因以 98%相似

性进行聚类后共得到 52 个菌株，对这 52 株菌进行全基因组测序和基

因注释，共得到 28 株携带脲酶基因的菌株。28 个菌株的基因组大小

范围为 1.8 - 7 Mbp，完整度>90%，污染度<7%。根据平均核苷酸同源

二、研究进展█

﹣19﹣

性阈值（种<95%、属<90%），分离到的 28 株菌分布在 11 个菌属 12

个菌种。利用 GTDB-TK 软件对 28 株菌进行物种分类，结果显示 12

个菌种分别为 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

占基因组测序菌株的 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

组和 ureC 构建的系统发育树基本相似，表明 ureC 基因可作为尿素分

解菌分类的系统发育标记基因。

█ MRT 2023 年度报告

﹣20﹣

图 2 分离的尿素分解菌的物种分类及系统发育。

3. 评估微球原位分离方法的先进性

本研究分离出的 12 种尿素分解菌与之前 9 项研究中分离出的尿

素分解菌不同。与以往所有的研究相比，本研究扩大了分离尿素分解

菌的数量。在瘤胃 Hungate1000 项目中，共有 17 种尿素分解菌携带

脲酶基因，根据 BacDive 数据库推断其中 3 种(1.7%)具有脲酶活性。

在之前的 10 项研究中，共从瘤胃中分离出 35 种尿素分解菌，根据

二、研究进展█

﹣21﹣

BacDive 数据库推断其中 24 种具有脲酶活性。本研究对 12 种新分离

的尿素分解菌的尿素水解能力进行了测定，结果显示均可水解尿素。

本研究将现有资源库中携带脲酶基因的菌种数量增加了 34.38%，具

有脲酶活性的菌种数量增加了 45.83%。

图 3 新尿素分解菌与以往研究的比较。

█ MRT 2023 年度报告

﹣22﹣

4. 新尿素分解菌的分布

我们通过将分离尿素分解菌的基因组序列比对到不同反刍动物

(包括山羊、狍子、绵羊、奶牛、牦牛和水牛)的宏基因组，以评估其

分布情况。根据匹配率评估尿素分解菌在上述反刍动物瘤胃的相对丰

度，以及与尿素摄入量和乳品质的关系。结果显示，所有新分离的尿

素分解菌在上述 6 种不同反刍动物中都有分布，但相对丰度存在差

异。除了狍子、水牛和山羊，来自同一反刍动物物种的菌株聚集在一

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

amalonaticus 在奶牛瘤胃中的相对丰度高于其他 5 种反刍动物。在

相对丰度较高的 10 个菌株中，有 8 个来自本研究。与以往的研究相

比，本研究分离出的尿素分解菌覆盖了低丰度菌。我们发现，饲料中

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

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

对丰度，增加了 E. hormaechei、K. pneumoniae 和 P. stutzeri 菌

株的相对丰度。此外，有 22 株(占总数的 51%)尿素分解菌与奶牛乳

蛋白水平显著相关，其中本研究分离的占 64%。乳蛋白水平高的奶牛

中 P. penneri、K. pneumoniae 和 P. stutzeri 分离株相对丰度较

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

和 C. butyricum 分离株相对丰度较低。

二、研究进展█

﹣23﹣

图 4 尿素分解菌菌株的相对丰度、分布和作用。

█ MRT 2023 年度报告

﹣24﹣

5. 尿素分解菌的独特基因和糖苷水解酶家族

我们将分离到的 28 个尿素分解菌菌株的基因组与前人分离的尿

素分解菌进行了泛基因组比较。所有新分离株均具有独特的基因家族，

占全部基因的 0.07% - 9.87%。随着基因组数量的增加，每个物种的

泛基因组大小都在增加，但并没有达到一个平台，表明这些物种的泛

基因组处于开放状态。根据独特基因家族的数量和较高的注释率，选

择 3 个物种(C. butyricum、P. bifermentans、K. pneumoniae)进行

独特基因家族的分布研究。我们分别从 C. butyricum 、 P.

bifermentans 和 K. pneumoniae 的基因组中发现了 65 个、2662 个和

2637 个核心基因家族。C. butyricum 共有 57 株，其中本研究分离到

4 株，这 4 株新菌株包含 3 - 420 个独特基因家族，其中菌株 S11 数

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

含 73 个独特基因家族。K. pneumoniae 共有 79 株，其中本研究分离

到 6 株，这 6 株新菌株包含 3 - 254 个独特的基因家族。鉴定到的大

部分独特基因家族都与碳氮代谢相关。菌株 C. butyricum S11 独特

的基因家族涉及脂肪酸代谢、碳水化合物代谢和谷胱甘肽生物合成。

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

K. pneumoniae 菌株独特的基因家族涉及 L-阿拉伯糖、甲酸酯、L-苏

糖醇、D-半乳糖和 D-木糖代谢，以及谷胱甘肽、缬氨酸、丝氨酸、鸟

氨酸、L-苏氨酸、丙氨酸、赖氨酸和精氨酸代谢。有趣的是，研究发

现 K. pneumoniae S26、S96 和 S97 具有一个独特的尿素代谢基因家

族——尿素羧化酶，该基因与脲基甲酸酯水解酶共同发挥作用。

二、研究进展█

﹣25﹣

在瘤胃中以多糖为主要的碳源和能量来源，因此我们利用 dbCAN

和 CAZy 数据库分析了 28 个尿素分解菌菌株的基因组，以揭示糖苷水

解酶家族（GHs）的分布。我们鉴定到了参与不同类型多糖水解的 GHs，

包括淀粉、半纤维素、纤维素和低聚糖。同一物种的不同菌株具有相

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

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

株均含有淀粉酶、纤维素酶、半纤维素酶和低聚糖降解酶，说明它们

可以广泛利用多糖，有助于反刍动物饲料消化吸收与利用。

█ MRT 2023 年度报告

﹣26﹣

图 5 尿素分解菌泛基因组分析。

二、研究进展█

﹣27﹣

6. 脲酶基因簇多样性、脲酶活性及关键氨基酸残基

脲酶基因在尿素分解菌的基因组中通常以簇的形式出现，包括 3

个结构基因(ureA、ureB、ureC)和附属基因。在本研究携带脲酶基因

的分离株中，我们发现了 5 种类型的脲酶基因簇。这些基因簇均具有

上述 3 种结构基因，但附属基因的数量或顺序不同。在 V 型脲酶基因

簇中，ureC 和 ureE 之间存在多个开放阅读框。与其他类型相比，IV

型和 V 型脲酶基因簇中包含编码镍跨膜转运蛋白的 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。同一种菌种不同菌株的尿素

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

和 A. butzleri。培养基中尿素的水解率分别为 K. pneumoniae 20%

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

butzleri 13% - 28%。然而，它们利用尿素水解产生的氨氮的能力与

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，但尿素水解效率较低。

尿素水解率与脲酶基因簇类型之间没有关系，相同的脲酶基因簇

类型的菌株之间尿素水解能力存在差异。具有脲酶基因簇类型 I 的菌

株尿素水解率变异最大。我们将 I 类型脲酶基因簇菌株携带脲酶活性

中心的 UreC 的氨基酸序列进行比对，以揭示其调控脲酶活性的潜在

机制。同一菌种不同菌株的 UreC 序列几乎相同(99-100%)，而不同菌

种间菌株的 UreC 序列相似性较低(91-98%)，其中菌株 S99 的 UreC 序

█ MRT 2023 年度报告

﹣28﹣

列与其他菌株/种的 UreC 序列相似性仅为 71-73%。在利用 UreC 氨基

酸序列构建的系统发育树上，菌株 S99 单独为一个分支。我们对菌株

S99 的 UreC 活性中心的关键催化残基(His134、His136、Lys217、His246

、

His272、Asp360)进行比对，发现菌株 S99 的 UreC 活性中心的关键催化

残基是保守的。然而，与其他携带 I 型脲酶基因簇的分离株相比，菌

株 S99 在覆盖活性中心柔性环的皮瓣区域有 3 个突变的 AAs 残基

(Val309、Ser325、Pro327)。Ser325和 Pro327位于控制活性中心打开或关闭

的转折区域。这两个 AAs 残基可能是控制 S99 脲酶活性关键位点。

二、研究进展█

﹣29﹣

图 6 脲酶基因簇及分离菌株尿素水解能力的研究。

█ MRT 2023 年度报告

﹣30﹣

7. 全文结论

本研究采用脲酶基因富集结合微球原位培养的方法，从瘤胃中分

离出尿素分解菌。我们分离并鉴定了多种具有脲酶活性的尿素分解菌，

这些新分离的菌株以前未从瘤胃中培养过。其中一些新分离菌株可能

在氮代谢，特别是尿素代谢中发挥重要作用。这些菌株可作为模型菌

进一步了解瘤胃中氮代谢，特别是尿素代谢，以提高尿素利用率。新

方法还将有助于分离其他环境中感兴趣的未培养微生物，以更好地弥

合未培养细菌基因型和表型之间的鸿沟。

研究成果于 2023 年 4 月发表在《Microbiome》杂志。该成果由

国家自然科学基金项目、国家奶牛产业技术体系、中国农业科学院科

技创新工程和动物营养学国家重点实验室自主课题资助.

第一作者刘思佳，通讯作者赵圣国、王加启。

--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、研究进展█

﹣31﹣

2. 奶牛瘤胃尿素分解菌霍氏肠杆菌 Z129 的分离及其泛基因

组特征

尿素是反刍动物重要的非蛋白质氮源，饲料的蛋白质水平对反刍

动物的生长和生产至关重要，尿素较低的经济成本实现了其对饲料中

植物蛋白的部分替代。反刍动物可以利用尿素氮与能量结合生成瘤胃

微生物蛋白。微生物蛋白具有易消化、氨基酸平衡、满足奶牛氨基酸

需求的优点。尿素的利用依赖于尿素分解菌的活性，随着测序技术的

发展，越来越多的细菌被发现，但瘤胃中仍有超过 55%的尿素分解菌

与任何已知的细菌都不匹配，这表明仍有许多尿素分解菌细菌待发现

和分离。如果无法成功分离培养细菌，则无法研究和验证基于组学数

据得到的代谢途径、生理特征和生态功能，这表明细菌的分离培养至

关重要。因此，从瘤胃中分离出更多新尿素分解菌对更好地了解尿素

代谢至关重要。本研究通过调整培养基成分分离培养出一株新的尿素

菌，并利用全基因测序对其基因组和功能基因进行研究，利用泛基因

组分析探究其特异基因，利用试剂盒检验其生理生化活性。

本试验主要从瘤胃中分离培养了 1 株新的尿素分解菌并对其功

能基因进行探究、生理生化活性进行验证。首先通过调整培养基成分，

在以尿素为唯一氮源的培养基中成功分离到了 1 株新的尿素分解菌，

16S rRNA 基因和基因组 GTDB-Tk 物种注释表明，该尿素分解菌属

█ MRT 2023 年度报告

﹣32﹣

于霍氏肠杆菌，将该菌命名为霍氏肠杆菌 Z129。如图 1 所示，霍氏

肠杆菌 Z129 为一株革兰氏阳性菌。

通过全基因组测序对霍氏 Z129 的基因组和功能基因进行研究，

结果如图 2A-E 所示，霍氏肠杆菌 Z129 的基因组大小为 4.52 Mbp、

完整度为 99.97%、污染度为 0.33%，共有 177 条 contigs，最大长度

为 426 kb，最小长度为 201 bp，平均长度为 25.5 kb，预测基因数为

4223 个，其中 4074 个功能基因。在 Z129 基因组中共鉴定出 30 个参

与碳水化合物代谢的 GH 家族，主要成员为 GH13、GH19、GH28 和

GH154，占总数的 40%。参与尿素水解的 ureA(302 bp)、ureB (314 bp)、

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

bp)和参与镍离子转运的ureJ (539 bp)聚集成簇。参与尿素转运的urtA、

urtB、urtC、urtD 和 urtE 聚集成簇。在 Z129 基因组中发现了与尿素

代谢相关的尿素转运基因(urtA-urtE)、镍离子转运基因(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)，与碳

水化合物代谢相关的淀粉水解(amyE)、纤维素水解(celB 和 bglX)、葡

萄糖转运(crr、prsG 和 malX)、木糖转运(xylF-xylH)、糖酵解(pgi、pgk、

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

frdA、sfcA、sucC、scpB、acka 和 pta)相关基因以及 asnB、sanA、

二、研究进展█

﹣33﹣

cyysk1、yxjG、dapf、iscS、thrC 等与天冬酰胺、半胱氨酸、蛋氨酸、

赖氨酸、丙氨酸、苏氨酸等氨基酸合成相关的基因。

图 1. 光学显微镜观察的霍氏肠杆菌 Z129 革兰氏染色结果

图 2. 霍氏肠杆菌 Z129 中与尿素和碳水化合物代谢相关的功能基因。A. 基因组的圆形图。

由外向内依次为 GC-歪斜和 GC-含量。B. 不同 GH 家族中注释到的基因的数量。基因数量

不足 4 个的 GH 家族被合并为其他家族。C. 尿素水解基因簇。数字表示基因的长度，单位

█ MRT 2023 年度报告

﹣34﹣

为 bp。D. 尿素运输基因簇。数字表示基因的长度，单位为 bp。E. 涉及尿素转运、镍离子

转运、尿素水解、氨同化、淀粉代谢、纤维素代谢、木糖代谢、丙酮酸代谢的基因。

霍氏肠杆菌 Z129 和其他 12 株霍氏肠杆菌的泛基因组分析表明

了霍氏肠杆菌中共有基因和独特基因的变化以及 Z129 中的独特基因。

图 3A 展示了霍氏肠杆菌中核心基因和泛基因数量的变化，随着菌株

数量的增加泛基因的数量增加到 8814 个，核心基因数量减少到 3388

个。图 3B 展示了霍氏肠杆菌 Z129 和其他 12 株菌的系统发育关系，

其中 Z129 与霍氏肠杆菌 ATCC 49162 的亲缘关系最为密切。图 3C 展

示 Z129 与其他菌株的平均核苷酸同源性，Z129 也是和霍氏肠杆菌

ATCC 49162 的平均核苷酸同源性最高。

二、研究进展█

﹣35﹣

图 3. Z129 和其他 12 株霍氏肠杆菌菌株的泛基因组分析。A. 随着霍氏肠杆菌菌株数量的增

加，泛基因和核心基因的数量变化。B. 霍氏肠杆菌 Z129 与其他霍氏肠杆菌菌株的系统进化

树。C. 霍氏肠杆菌 Z129 和其他 12 株霍氏肠杆菌的平均核苷酸同一性(ANI)的相互。颜色表

示 ANI 值，取值范围为 90 ~ 100，颜色由蓝到红。

█ MRT 2023 年度报告

﹣36﹣

图 4A 展示了包括 Z129 与其它 12 株霍氏肠杆菌的每个基因组中

独特基因的数量，以及两者间共享基因的数量，Z129 有 238 个独特

基因，占该物种基因数量的 2.7%，占 Z129 基因组基因的 5.6%。Z129

与关系最密切的霍氏肠杆菌 ATCC 49162 有 110 个共享基因共享，与

霍氏肠杆菌YT3、霍氏肠杆菌YT2和霍氏肠杆菌霍夫曼亚种ECR091、

UCICRE 3 和 ECNIH3 没有共享基因。图 4B 展示了霍氏肠杆菌种内

13 个菌株的 COG 注释，这 13 个菌株的核心基因包括 1438 个代谢基

因，767 个细胞过程和信号转导基因，573 个信息存储和处理基因，

610 个未注释和特征较差的基因，Z129 和霍氏肠杆菌 ATCC 49162 之

间的共享基因包括 19 个代谢基因，6 个细胞过程和信号传导基因，

31 个信息存储和处理基因，54 个未注释和特征不明显的基因。Z129

特有的 appA、nrfa、wecE 等基因与磷和氮代谢、乳糖合成有关。

二、研究进展█

﹣37﹣

图 4. 霍氏肠杆菌菌株的基因分布。A. 集合图，显示每个菌株的独特基因和任何两个菌株之

间的共享基因。B. COG 注释，显示各个菌株的核心基因、独特基因、contigs 数量、GC 含

量和基因组长度。

此外，基于脲酶蛋白 UreC 氨基酸序列对 Z129 和 12 株霍氏肠杆

菌菌株进行了分析，结果如图 5A,B 所示，基于 UreC 氨基酸序列的

系统发育也表明 Z129 与霍氏肠杆菌 ATCC 49162 亲缘关系最密切，

█ MRT 2023 年度报告

﹣38﹣

Z129 和霍氏肠杆菌 ATCC 49162 的 UreC 氨基酸序列中有两个差异

位点。

图 5.霍氏肠杆菌 Z129 与其他 12 株霍氏肠杆菌菌株基于 UreC 氨基酸序列的分析。A. 系统

发育分析。B. 霍氏肠杆菌 Z129 和霍氏肠杆菌 ATCC 49162、香芳霍氏肠杆菌方向的 UreC

氨基酸序列比对。黑色圆圈表示 Z129 与香芳霍氏肠杆菌的不同位点。红圈表示 Z129 和

ATCC 49162 之间的不同位点。

二、研究进展█

﹣39﹣

Z129 的生理生化活性和尿素利用率的结果如图 6A-C 所示，Z129

对碱性磷酸酶、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阳性，

对酯酶(C4)、酯酶脂肪酶(C8)、脂肪酶(C14)、缬氨酸芳基酰胺酶、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

呈阴性。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 小时尿素氮含量降低 55.37%，显示出较高的溶尿活性。

█ MRT 2023 年度报告

﹣40﹣

图 6. 霍氏肠杆菌 Z129 的碳水化合物酶活性和尿素利用率。A. API ZYM 结果，显示 19 种

酶活性。蓝色表示阳性，空白表示阴性。B. API STREP 20 的结果，显示酶活性和碳水化

合物的利用能力。蓝色表示阳性，空白表示阴性。C. 尿素氮含量随培养时间增加的变化。

二、研究进展█

﹣41﹣

结论：本研究成功从瘤胃中分离培养了 1 株新的尿素分解菌霍氏

肠杆菌 Z129, Z129 为革兰氏阳性菌株，携带 appA、nrfA、wecE 等独

特基因，与饲料转化率、氮代谢还原和乳糖合成相关，含有尿素代谢

全过程的功能基因和纤维素、半纤维素、淀粉发酵的多种功能基因。

研究成果已于 2023 年 4 月发表在《Frontiers in Microbiology》杂

志。该成果由国家自然科学基金项目(32272888)、中国农业科学院科

技创新工程 (ASTIP-IAS12) 和动物营养学国家重点实验室

(2004DA125184G2108)项目资助，第一作者仲慧月，通讯作者王加启、

赵圣国。

― ― 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 年度报告

﹣42﹣

3. 丁酸钠通过抑制炎症、优化营养代谢和调节微生物功能促

进犊牛胃肠道发育

犊牛在生长发育阶段的生长性能和胃肠道发育对其成年后的生

产性能和健康有长期影响。因此，犊牛的胃肠道发育情况和健康状况

对奶牛生产具有重要意义。日粮中添加丁酸钠是改善胃肠道发育最有

效的途径之一。饲粮中的丁酸盐可以增加犊牛的采食量和体重，刺激

瘤胃乳头发育，促进上皮细胞增殖，并增强瘤胃发酵。研究表明，丁

酸盐是通过影响短链脂肪酸传感 G 蛋白偶联受体或抑制组蛋白去乙

酰化酶的活性来影响生物功能。此外，补充丁酸盐还可以通过补充供

能量来影响肠道细胞增殖和发育。然而，目前大多数研究集中在低纤

维水平的犊牛日粮中添加丁酸钠。丁酸盐对犊牛生长的影响，特别是

在高纤维日粮下的影响及其调控方式尚不明确。我们推测在高纤维日

粮条件下，饲粮中添加丁酸盐可以通过影响某些特定功能途径和瘤胃

微生物群落来促进胃肠道发育和生长健康。本研究旨在探讨高纤维日

粮中添加丁酸钠对犊牛胃肠道功能通路以及瘤胃微生物群落和功能

的影响。

本研究利用转录组测序和宏基因组测序揭示犊牛日粮中添加丁

酸钠后胃肠道上皮细胞和瘤胃微生物群落中的通路变化。选用 14 头

荷斯坦公牛犊，随机分为 2 组，试验组和对照组。试验组日粮在对照

组日粮的基础上额外添加 0.5%丁酸钠。在试验第 51 天时屠宰犊牛，

二、研究进展█

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获得瘤胃上皮和空肠上皮进行转录组测序，获得瘤胃液样本进行宏基

因组分析。

如表 1,2 所示，在生长发育相关的指标中，丁酸钠显著提高犊牛

的体重、胴体重、干物质采食量和平均日增重，提高犊牛的体高和胸

围；在胃肠道发育方面，丁酸钠显著提高瘤网胃重量、空肠重量和空

肠长度。如图 1A-G 丁酸钠的添加显著促进瘤胃乳头的发育，瘤胃乳

头长度和表面积分别增加 28%和 43%，乳头宽度无显著变化。以上结

果表明，日粮中添加丁酸钠可以促进犊牛的胃肠道发育和生长。

表 1 丁酸钠对断奶前犊牛生长的影响

对照组 试验组 SEM P 值

干物质采食量, g/d 465 541 42.4 <0.01

体重, kg 48.5 50.7 1.23 0.02

胴体重, kg 30.5 34.5 0.97 0.03

平均日增重, kg/d 0.40 0.52 0.022 <0.01

体高, cm 79.5 81.2 0.53 0.04

体长, cm 66.0 65.2 0.60 0.30

体斜长, cm 74.5 74.0 0.64 0.46

胸围, cm 85.5 87.0 0.60 0.04

管围, cm 11.8 11.7 0.08 0.26