體外瘤胃發(fā)酵技術(shù)一直以來(lái)都是反芻家畜營(yíng)養(yǎng)研究中的一項(xiàng)重要研究手段，發(fā)酵氣體生成曲線不僅是理解發(fā)酵氣體生成過(guò)程的重要依據(jù)，而且能間接表征瘤胃對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解狀況，已經(jīng)成為篩選反芻動(dòng)物優(yōu)質(zhì)飼料原料和飼料添加劑的重要憑據(jù)之一。另外，瘤胃發(fā)酵所產(chǎn)生的氣體主要成份為CH4和CO2等溫室氣體，其中瘤胃產(chǎn)生的CH4占整個(gè)家畜胃腸道CH4排放總量的80%以上，是反芻家畜胃腸道溫室氣體排放的主要來(lái)源。
長(zhǎng)期以來(lái)，用于量化體外氣體生成曲線的模型和技術(shù)都是由國(guó)外研究人員建立。中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所畜禽健康養(yǎng)殖研究中心反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)團(tuán)隊(duì)以氣體生成速率與瘤胃微生物和發(fā)酵底物量成正比例為假說(shuō)前提，構(gòu)建了我國(guó)首個(gè)描述體外瘤胃發(fā)酵的氣體排放模型，并將其命名為邏輯指數(shù)(Logistic-exponential)模型，簡(jiǎn)稱LE模型(AFST, http://dx.doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2010.09.016)。同時(shí)，改進(jìn)了體外瘤胃發(fā)酵相關(guān)技術(shù)和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了體外模擬發(fā)酵溫室氣體自動(dòng)取樣和在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，提出了為該設(shè)備配套的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法。
相對(duì)動(dòng)物飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，體外模擬瘤胃發(fā)酵技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)在于成本低、易操作、可重復(fù)性強(qiáng)。但是，體外模擬瘤胃發(fā)酵也有其不足之處，即體外模擬瘤胃發(fā)酵過(guò)程是靜態(tài)的，沒(méi)有考慮到瘤胃流通速率及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收過(guò)程。許多研究表明，飼草在反芻家畜瘤胃中的滯留時(shí)間一般會(huì)小于24小時(shí)，且瘤胃內(nèi)液體的滯留時(shí)間小于14小時(shí)。上述研究提示，較長(zhǎng)時(shí)間的體外模擬瘤胃發(fā)酵數(shù)據(jù)（> 36 h）有助于了解瘤胃對(duì)飼草的降解潛力，但難以準(zhǔn)確表征反芻家畜對(duì)飼草的消化能力。為此，將體外瘤胃發(fā)酵過(guò)程分成發(fā)酵早期（< 12 h）、中期（< 24 h）和后期（≥24 h）三個(gè)階段，并在LE模型的基礎(chǔ)上，提出了量化體外模擬瘤胃發(fā)酵早期、中期和后期飼草降解速率和時(shí)間的計(jì)算模型(Animal, http://dx.doi.org/10.1017/S1751731112002443)，為深入挖掘體外發(fā)酵氣體曲線的生物學(xué)信息提供了新的方法。
同時(shí)，反芻家畜瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸的生成會(huì)伴隨著氫氣的產(chǎn)生，生成的氫氣可為瘤胃內(nèi)甲烷菌生長(zhǎng)提供主要能量，并最終生成甲烷。因此，氫氣是反芻家畜瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸、二氧化碳和甲烷生成過(guò)程中的重要中間體。與其它氣體相比，氫氣不僅是產(chǎn)氫氣微生物的代謝產(chǎn)物，還是利用氫氣微生物（例如甲烷菌）所需的底物，氫氣累積過(guò)程涉及到復(fù)雜的氫氣生成和消耗過(guò)程。體外模擬瘤胃發(fā)酵過(guò)程中氣體氫氣累積經(jīng)常表現(xiàn)出先升高后再降低的曲線特征，為此在LE模型中引入氫氣消耗組分，建立的新模型能精確描述和量化瘤胃氫氣動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程(AFST首頁(yè)發(fā)表, http://dx.doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2013.05.002)。該模型為能量代謝過(guò)程的中間體氫氣研究提供了新方法，擴(kuò)充了LE 模型的應(yīng)用范圍。
該研究得到了國(guó)家自然基金、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)項(xiàng)目的聯(lián)合資助。