全 文 ：2012年 第 48卷 第 17期 Animal Health·动物保健
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收稿日期：2012-02-09；修回日期：2012-04-19
资助项目：国家奶牛产业技术体系 （CARS-37）
作者简介：王晓霞（1988-），女，四川内江人，在读硕士
*通讯作者
无患子皂甙对瘤胃发酵及甲烷产量的影响
王晓霞，王 侃，吴晨晖，王佳堃，刘建新，叶均安*
（浙江大学奶业科学研究所，浙江杭州 310029）
摘 要：本研究旨在探讨添加无患子皂甙 （SAD）对瘤胃发酵及甲烷产量的影响 。 通过体外培养法 ，以玉米粉 、
羊草粉（50∶50）为底物，设置对照组（无添加）、添加底物量1.5%的茶皂素组 （TS，正对照 ）和SAD（与TS相同皂甙
量 ），测定培养12、24 h后各组产气量和甲烷产量 ，以及24 h培养液的pH值 、挥发性脂肪酸浓度 、氨态氮浓度和
原虫数。结果表明：在12 h和24 h时，SAD组产气量均提高（P<0.01和P<0.05）。 12 h时，SAD和TS组甲烷产量均显
著降低（P<0.05），24 h时达到极显著（P<0.01）。 SAD和TS组总挥发性脂肪酸浓度提高（P<0.01和P<0.05），SAD组乙
酸和丙酸浓度增加 （P<0.05和P<0.01），TS组丙酸浓度提高 （P<0.05）。 SAD组氨态氮浓度及培养液中原虫数极
显著降低（P<0.01），TS组显著降低（P<0.05）。 上述结果表明，添加SAD可促进瘤胃发酵，抑制原虫生长，减少甲
烷产生。
关键饲：无患子皂甙；瘤胃发酵；原虫；甲烷生产；离体法
中图分类号：S823.5 文献标识码：A 文章编号：0258-7033（2012）17-0055-04
在反刍动物瘤胃代谢过程中，大约有2%~15%的
饲料能以甲烷的形式被损失掉。 甲烷是仅次于CO2的
第二大温室气体， 反刍动物甲烷的排放不仅影响环
境，而且引起饲料能量的损失 [1-2]。无患子（Sapindusmu
korossi）是无患子科无患子属的一种落叶乔木，分布
于淮河以南各地，资源丰富 [3]。 无患子果肉含无患子
皂甙（Sapindoside）、维生素、蛋白质、糖类等成分；无
患子皂甙是一种天然的非离子型表面活性剂， 具有
良好的起泡性和去污性能， 可作为天然活性物质用
于洗发香波及各种洁肤护肤化妆品中， 它还具有抗
菌和止痒等生理功效，可用于脚癣和轮癣的治疗 [4]。
它也是很好的农药乳化剂，对棉蚜虫、红蜘蛛等均有
较好的杀灭效果 [5]，具有抗皮肤真菌和念珠菌作用、
保肝等多种生物活性 [6-8]。 国内外已有茶皂素、丝兰
皂甙等天然物对瘤胃发酵调控、 抑制甲烷生成的研
究报道，均获得较好的应用效果 [9-10]。 本试验通过瘤
胃液体外培养方式， 探讨无患子皂甙对瘤胃发酵及
甲烷产量的影响，以开拓反刍动物瘤胃调控新资源。
1 材料与方法
1.1 供试瘤胃液 取自3头装有瘤胃瘘管的泌乳奶
牛，4层纱布过滤，39℃水浴保温， 不间断冲CO2厌氧
备用。
1.2 供试人工唾液 人工唾液按照Theodorou等 [11]
的方法配制。
1.3 供试样品 茶皂素粉（TS）（皂甙含量95％），购
自上海晶纯试剂有限公司；无患子皂甙粉（SAD）（皂
甙含量75%），购自大友国际实业有限公司。
1.4 试验处理 试验分3个处理 ： 空白对照组 、TS
组、SAD组，每个处理5个重复。其中TS组添加TS粉的
量为底物的1.5%，即11.25 mg TS，75%SAD组按照TS
组相同皂甙量添加，即添加14.25 mg。
本试验采用Mauricio等 [12]的压力读取式体外产
气系统 （Reading pressure system，RPT）进行活体外瘤
胃发酵培养。准确称入750 mg的底物（玉米粉和稻草
粉各半）和相应量的试验样品至已知体积的产气瓶，
加入90 mL的人工唾液， 用CO2气体饱和后密闭，在
39℃水浴箱保存过夜（12 h）。 次日晨饲前制备供试
瘤胃液， 分别抽取10 mL瘤胃液加入到已经升温至
39℃的产气瓶中与人工唾液混匀。 培养开始前先用
一根注射针将产气瓶中的多余气体放尽， 最后将产
气瓶放置于39℃的恒温培养箱中培养。同时设5个不
加底物的空白对照，以扣除瘤胃液自身产气量。
1.5 测定项目与方法 产气量参照Theodorou等 [11]
的方法，根据Mauricio [12]的RPT系统中的气体压力结
合产气瓶体积计算；CH4和VFA用气相色谱仪 （GC-
2010，Shimadzu）测定；培养液pH值用Sartorius PB-20
型pH计测定 ；以氯化铵作为标准品 ，在700 nm波长
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条件下 ，用酶标仪 （SpectraMax M5/M5e）测定培养液
氨态氮浓度；用MFS液染色原虫（染色液：甲基绿0.5 g、
NaCl 8.5 g，溶于1 000 mL福尔马林溶液），显微镜检
活原虫数目。
1.6 统计分析 采用SAS （9.1版 ） 广义线性模型
（GLM）对产气量 、甲烷产量 、pH、氨态氮 、挥发性脂
肪酸、乙酸/丙酸比值进行统计分析 ，多重比较采用
Duncan′s法标准，P＜0.05为判别显著性。
2 结果与分析
2.1 SAD对体外产气量和甲烷产量的影响 由表1
可知，瘤胃液体外培养12 h后，SAD组产气量极显著高
于对照组和TS组（P<0.01），添加TS和SAD均降低了甲
烷产量（P<0.05），而TS和SAD组间差异不显著（P>0.05）。
培养24 h后，与对照组相比，添加TS和SAD均提高了产
气量，其中SAD组产气量显著高于对照组（P<0.05）；
添加TS和SAD组的甲烷产量均极显著低于对照组
（P<0.01）。 瘤胃液体外培养24 h后，与对照组相比，
添加TS和SAD组的原虫数均显著降低（P<0.05）。 结
果表明， 添加SAD具有促进瘤胃发酵， 抑制原虫生
长，降低甲烷产量的作用。
注：同行数据肩标大写字母不同者差异极显著 （P<0.01），小
写字母不同者差异显著 （P<0.05）。 下表同
表1 SAD对体外产气量、甲烷产量和原虫数的影响
项目 对照组 TS 组 SAD 组 SEM
产气量 12h/mL 80.7B 81.2B 88.0A 1.38
产气量 24h/mL 132.9b 136.4ba 142.5a 2.54
甲烷 12h/mmol 1.46a 1.07b 1.06b 0.09
甲烷 24h/mmol 2.80A 2.09B 2.06B 0.13
原虫/(×105·mL-1) 2.80aA 2.20bBA 1.45cB 0.18
2.2 SAD对瘤胃体外发酵特性的影响
2.2.1 SAD对体外培养液 pH值的影响 由表 2可
知 ， 体外培养24 h后 ，SAD组的瘤胃液pH值有所降
低，但均在正常范围之内，说明SAD没有对瘤胃发酵
环境产生不利影响。
2.2.2 SAD对体外培养液氨态氮浓度的影响 由表
2可知， 体外培养24 h后，TS组和SAD组的氨态氮浓度
均显著低于对照组（P<0.05），其中SAD组极显著低于
对照组（P<0.01）。 说明SAD可以降低氨态氮浓度。
2.2.3 SAD对体外培养液VFA的影响 由表2可知，
体外培养24 h后，各试验组总VFA均显著提高（P<0.05），
其中SAD组极显著高于对照组（P<0.01）。 各试验组乙
酸、丙酸浓度提高，且SAD组的乙酸浓度显著高于对照
组（P<0.05），丙酸浓度极显著高于对照组（P<0.01），TS
组的丙酸浓度显著高于对照组 （P<0.05）；丁酸浓度
相对于对照组降低（P>0.05），乙酸与丙酸的比例和
对照组相比变化不大。 结果说明SAD可改善瘤胃发
酵，增加总VFA产量，而对发酵模式没有显著影响。
3 讨 论
3.1 SAD对原虫数 、甲烷产量 、挥发性脂肪酸的影
响 反刍动物瘤胃中甲烷主要通过H2和CO2的还原
反应生成，CO2在一系列酶和辅酶的催化作用下 ，与
甲基呋喃化合， 经过一系列反应还原生成甲烷 [13]。
Finlay等 [14]研究发现，皂甙类物质主要通过抑制与甲
烷生成有关的微生物（甲烷菌和原虫等）而减少甲烷
生成。
瘤胃内的甲烷主要由甲烷菌产生， 甲烷的产生
依赖于H2和CO2的供给，由于瘤胃中碳水化合物发酵
可产生大量CO2，因此H2的供给是决定甲烷产量的关
键因素 [15]。瘤胃原虫自身并不产生甲烷，但是瘤胃中
很多甲烷菌附着于瘤胃原虫， 并与原虫具有内共生
或外共生的关系 [14]，附着的甲烷菌数量与瘤胃甲烷
产量相关 [16]。 在各类产氢微生物中 ，原虫占重要地
位，原虫和甲烷菌紧密黏附在一起，通过所谓的“种
间氢转移” 把氢从一方传递给另一方。 原虫数量和
甲烷排放量呈显著正相关， 因此控制原虫是缓解甲
烷产生的重要因素 [17]。 原虫数量的减少降低了与原
虫共生的这部分甲烷菌的数量和甲烷菌赖以生存的
底物氢的数量， 因此原虫数量的变化常引起瘤胃甲
烷产量的变化。 皂甙对原虫的毒害作用被认为是与
原虫表面的固醇结合的缘故，对原虫的毒性广泛存在
且无种族特异性， 去糖基后其抗原虫特性亦丧失 [9]。
皂甙对原虫有损害作用， 因此可以用作瘤胃去原虫
药物 [18-19]。另添加2%和4%苜蓿皂甙可分别降低瘤胃
中原虫34%和66%[20]。 体外试验表明，丝兰皂甙添加
表2 培养24 hSAD对瘤胃发酵特性的影响
项目 对照组 TS 组 SAD 组 SEM
pH 6.66 6.64 6.63 0.01
氨态氮/(mg·100mL-1) 15.0aA 14.4bA 13.7cB 0.24
挥发性脂肪酸/(mmol·L-1) 45.9bB 47.2aBA 47.9aA 0.32
乙酸/(mmol·L-1) 31.7b 32.5ba 32.9a 0.33
丙酸/(mmol·L-1) 10.1bB 10.7aBA 11.0aA 0.17
丁酸/(mmol·L-1) 4.2 4.1 4.0 0.04
乙/丙 3.14 3.04 3.00 0.06
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浓度为0.5 mg/mL就可减少原虫数量 [9]。本试验中，SAD
组的原虫数极显著降低（P<0.01），且显著低于TS组
（P<0.05），表明SAD对原虫有很好的抑杀作用。 原虫
数量的减少降低了与原虫共生的这部分甲烷菌的数
量和甲烷菌赖以生存的底物氢的数量， 从而降低了
甲烷的产量，这与Hu等 [21]发现，叶均安等 [10]和苑文珠
等 [22]关于TS的研究发现一致。 所以，添加SAD后，甲
烷产量显著降低， 表明SAD对甲烷的抑制排放可能
是其直接作用于与甲烷形成相关的瘤胃微生物，其
中原虫起到了重要影响作用。
瘤胃微生物厌氧发酵生成的VFAs可以为动物
提供能量需要的70%~80%，瘤胃中的甲烷产量通常
占瘤胃气体的15%~30%，以甲烷气损失的能量占饲
料总能的8%~15%[23]。 因此，有效地调控瘤胃发酵，
使瘤胃发酵损失减到最低程度， 最大限度地发挥瘤
胃发酵具有很重要的意义。 丙酸是VFAs中唯一能生
糖的有机酸， 反刍动物体内大部分葡萄糖来源于丙
酸的糖异生作用。 对于饲喂粗饲料日粮的反刍动物
来说，体内所需葡萄糖主要来自丙酸和生糖氨基酸的
糖异生作用， 丙酸可提供所需葡萄糖的80%~90%[24]。
试验添加SAD后，总VFAs提高，而对乙丙比没有显著
影响，这与Mao等 [25]和苑文珠等 [22]研究TS研究结果一
致， 说明SAD在没有改变瘤胃发酵模式下可提高瘤
胃发酵的总VFAs，从而促进瘤胃的发酵。 丙酸与甲
烷生成量之间呈负相关， 因此增加丙酸产量可降低
甲烷损失的能量。 本试验发现，SAD组丙酸浓度极显
著提高 ，24 h甲烷产量极显著降低 。 这可能是由于
SAD具有抑杀原虫的作用， 导致利用氢气的甲烷菌
减少，瘤胃内更多的氢被用于丙酸的合成，从而提高
了丙酸浓度。 丙酸浓度的提高意味着糖异生作用的
增强， 说明SAD可通过改善瘤胃的发酵作用促进饲
料能量的利用。
3.2 SAD对瘤胃发酵产气量、氨态氮和pH值的影响 研
究表明， 饲料有机物质的消化率与体外培养时的产
气量具有高度相关性 [26]，产气量高，说明饲料在瘤胃
内的发酵程度高。 添加SAD提高了瘤胃发酵产气量，
说明SAD可促进瘤胃发酵， 增加饲料在瘤胃内的消
化率，提高饲料底物的利用率。
相对稳定的瘤胃内环境是瘤胃微生物发挥正常
功能的必要条件，当瘤胃pH低于6.2时，将影响饲料
纤维物质的消化率 [15]。 本试验瘤胃液体外发酵24 h
后 ，TS组和SAD组的瘤胃培养液pH值都有所降低 ，
但pH值的变化范围未超出瘤胃微生物的最适生长
范围，没有对瘤胃发酵环境产生不利影响。
瘤胃液中的氨态氮是瘤胃氮代谢过程中外源蛋
白质和内源含氮物质降解的重要产物， 它同时也是
瘤胃微生物合成菌体蛋白的原料。 其浓度是瘤胃内
环境参数的一个重要指标， 它反映了瘤胃内微生物
氮的供应状况。 本试验中， 对照组瘤胃培养液氨态
氮浓度为15.02 mg/100mL，添加SAD后氨态氮浓度显
著降低， 仍在微生物对氨态氮浓度耐受的临界范围
内 （6~30 mg/100mL） [27]，这与TS作用相似 [10]，说明添
加SAD能提高瘤胃微生物对氮源的利用效率。 试验
组氨态氮浓度降低可能是由于TS和SAD在瘤胃内抑
制了原虫作用， 原虫在瘤胃内可分泌脱氨酶产生氨
态氮，其本身又不能利用氨氮合成自身蛋白质，因此
原虫是氨的净生产者， 原虫数量的减少可能是降低
瘤胃中氨氮浓度的原因。
4 结 语
添加无患子皂甙可抑制原虫， 从而有效抑制甲
烷的产生。 无患子皂甙可以改善瘤胃发酵， 提高总
VFAs，增加乙酸 、丙酸的浓度 ，降低丁酸的浓度 ，使
瘤胃发酵更有利于动物生产。
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The Effects of Sapindoside on Rumen Fermentation and Methane Production in vitro
WANG Xiao-xia, WANG Kan, WU Cheng-hui,WANG Jia-kun, LIU Jian-xin,YE Jun-an*
(Institute of Dairy Science, Zhejiang University, Zhejiang Hangzhou 310029, China)
Abstract: The study was conducted to investigate the effects of Sapindoside (SAD)addition on rumen fermentation and
methane production in vitro. The pure tea saponin (TS)as positive control was added at 1.5% of DM against mixture of
corn meal and grass meal (1/1, w/w)in 100 mL rumen fluid,and the SAD was added at a level at which the amount of
added saponins was similar to that in TS.After incubation for 12 and 24 h,gas and methane production were
determined. The pH, ammonia nitrogen (N), volatile fatty acids (VFAs), and protozoa counts were determined after 24 h
incubation.Compared to the control without additives,gas production at 12 h and 24 h was increased in SAD-added
group (P<0.01 and P<0.05,respectively). Methane production of SAD- and TS-added groups were decreased after 12 h
and 24 h incubation (P<0.05 and P<0.01 respectively). Total VFAs for SAD- and TS-added treatments were increased
(P <0.01 and P <0.05 respectively). The concentrations of acetate, propionate were increased (P <0.05 and P <0.01
respectively)in SAD treatment, and concentrations of propionate was increased in TS treatment (P <0.05). Both
ammonia -N concentration and protozoa counts were decreased (P <0.01)in SAD and TS treatment (P <0.05). It is
suggested that the SAD addition could improve the rumen fermentation,and decrease methane emission through
inhibiting protozoa growth.
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