Food Chemistry | 青海大学和安徽农业大学联合解析牦牛-西门塔尔牛瘤胃菌群调控乳汁营养的核心机制
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牦牛的肉、奶和皮毛是游牧牧民的重要资源。然而，牦牛的产奶量相对较低，泌乳期仅持续150至180天。此外，以高产奶著称的西门塔尔牛已被引入，兼具肉用和奶用价值，但其奶的蛋白质含量相对较低。既往研究将牦牛与牛的差异归因于遗传特征，但瘤胃微生物群和代谢物在调控产奶量中的作用仍缺乏深入研究。
2026年1月，青海大学和安徽农业大学联合在期刊Food Chemistry上发表题为“Comparative yak and Simmental rumen microbiome-metabolome across lactation stages: Implications for milk nutritional superiority”重要成果。本研究通过转录组和代谢组分析，检测了泌乳期牦牛和西门塔尔牛瘤胃微生物群和代谢物的差异，并揭示了牦牛和西门塔尔牛乳中脂肪酸、氨基酸和矿物质的变化。本研究揭示了牦牛瘤胃微生物群驱动的代谢物如何影响乳汁成分，为提高反刍动物乳品生产提供了理论基础。
期刊名称：Food Chemistry
影响因子：9.8
发表时间：2026年1月
研究物种：牦牛和西门塔尔牛
研究方法：转录组+代谢组
研究思路：
该研究以3300米高海拔地区6头牦牛和6头西门塔尔牛为试验对象，统一饲粮适应67天后，在泌乳早期（67d）、中期（97d）、晚期（127d）采集乳样和瘤胃液，开展多指标检测与分析：
乳品质分析：采用气相色谱测乳脂肪酸、酸水解结合氨基酸分析仪测氨基酸、高分辨电感耦合等离子体质谱测必需矿物质；
瘤胃发酵参数检测：测定pH，气相色谱测挥发性脂肪酸，分光光度法测微生物蛋白和氨态氮；
微生物组分析：提取瘤胃微生物DNA，扩增16S rRNA基因V3-V4区并测序，分析菌群多样性、组成及功能预测；
代谢组分析：超高效液相色谱-串联质谱对瘤胃液进行非靶向代谢组检测，结合多数据库注释代谢物；
统计分析：采用重复测量方差分析、非参数检验等进行差异分析，通过相关性分析、多变量分析探究菌群-代谢物-乳品质的关联，并用多种绘图工具可视化结果。
一、生长性能与牛乳常规指标差异
1.牦牛的干物质采食量、体重、日增重较西门塔尔牛低40.77%~48.92%不等，泌乳期产奶量低73.24%~74.66%；
2.牦牛乳脂率为西门塔尔牛的1.5~1.8倍，乳蛋白含量较其高56%~77%；
3.两者牛乳的乳糖、非脂固形物、总固形物含量无显著差异。
图1 牦牛与西门塔尔牛在泌乳期的生长性能及乳品质
二、牛乳脂肪酸组成差异
1.牦牛乳中己酸（C6:0）占比全程显著更高，癸酸（C10:0）等中链脂肪酸占比显著更低；棕榈酸（C16:0）在泌乳早、中期更高，硬脂酸（C18:0）等在中、晚期更高；
2.两者短链、饱和、单不饱和脂肪酸占比无显著差异，西门塔尔牛乳中链脂肪酸占比为牦牛的1.4~1.7倍；
3.牦牛乳长链、不饱和、多不饱和脂肪酸占比分别较西门塔尔牛高2.16%~2.89%、8.18%~14.60%、18.99%~22.69%。
图2 牦牛与西门塔尔牛泌乳期乳汁中游离脂肪酸（FFA）比例
三、牛乳氨基酸与必需矿物质差异
- 氨基酸
1.两者牛乳各类氨基酸占比无显著差异，但牦牛乳中天冬氨酸、谷氨酸、苏氨酸等9种氨基酸含量为西门塔尔牛的1.1~1.2倍；
2.两者牛乳必需/非必需氨基酸占比在各泌乳期均无显著差异。
图3 牦牛和西门塔尔牛泌乳期乳汁中氨基酸含量
- 必需矿物质
1.牦牛乳钾（K）占比/浓度在早、晚期更低，镁（Mg）、铁（Fe）全程浓度高1.5~2.2倍，锌（Zn）在中期浓度高1.2倍；
2.两者牛乳钙（Ca）、磷（P）、钠（Na）的占比与浓度均无显著差异，牦牛乳Mg浓度随泌乳期推进显著上升。
图4 牦牛与西门塔尔牛泌乳期乳汁中必需矿物质浓度
四、瘤胃发酵参数差异
1.泌乳晚期牦牛瘤胃总挥发性脂肪酸（VFA）、乙酸、异丁酸、异戊酸含量及乙酸/丙酸比显著更高，丙酸、丁酸等含量无显著差异；
2.牦牛瘤胃pH全程显著高于西门塔尔牛，晚期氨态氮（NH3-N）、中晚期微生物蛋白（MCP）浓度显著更高。
图5 牦牛和西门塔尔奶牛泌乳期瘤胃发酵参数
五、瘤胃微生物菌群结构与功能差异
1.α多样性：Ace、Chao、Shannon指数无显著差异，牦牛瘤胃Simpson指数在泌乳晚期显著更低；
2.β多样性：早、中期菌群结构差异较小，晚期差异显著，且两者各泌乳期特有扩增子序列变异（ASV）数量远高于共有数量；
3.菌群组成：门水平上牦牛瘤胃在中、晚期有特定菌门丰度显著变化；属水平上Family_XIII_AD3011_group在牦牛瘤胃中全程显著富集，为核心差异菌属；
4.功能预测：牦牛瘤胃菌群在不同泌乳期分别表现为能量代谢、辅因子与维生素代谢等通路增强，部分转运、免疫相关通路减弱；
5.菌群与发酵参数关联：Family_XIII_AD3011_group丰度全程与瘤胃pH、MCP显著正相关，晚期还与总VFA、NH3-N等显著正相关。
图6 牦牛与西门塔尔牛在泌乳阶段瘤胃微生物菌落的差异
图7 牦牛与西门塔尔牛泌乳期瘤胃菌群基因功能预测
六、瘤胃代谢组差异
1.主成分分析（PCA）和偏最小二乘判别分析（PLS-DA）显示，两者瘤胃代谢物谱在各泌乳期均能明显分离；
2.牦牛瘤胃脂类差异代谢物占比在中期达峰值，氨基酸类差异代谢物占比随泌乳期逐步上升；
3.差异代谢物显著富集于甘油磷脂代谢、丙氨酸-天冬氨酸-谷氨酸代谢通路，且脂类与氨基酸类代谢物整体呈正相关。
图8 牦牛与西门塔尔牛在泌乳阶段瘤胃代谢物的差异
七、核心微生物-代谢物与牛乳品质的关联
1.牦牛与西门塔尔牛瘤胃在各泌乳期仅存在11种共有差异代谢物，其中牦牛瘤胃谷氨酸含量全程为西门塔尔牛的2.8~5.4倍，谷氨酰胺在中、晚期高2.1~2.4倍；
2.Family_XIII_AD3011_group丰度、谷氨酸/谷氨酰胺浓度与牛乳脂、蛋白含量显著正相关，与产奶量显著负相关，该菌属主要参与谷氨酰胺-谷氨酸代谢、脂肪酸生物合成等通路；
3.谷氨酸-谷氨酰胺代谢轴是调控牛乳蛋白和脂肪合成的关键通路。
图9 调控乳品质量的关键微生物与代谢产物
