氯化稀土对延边黄牛瘤胃微生物体外发酵的影响

冯 健 李香子 李玉林 严昌国

(1.延边大学农学院，吉林延吉 133002；2.延边畜牧开发集团有限公司，吉林延吉 133000)

稀土元素是全部镧系元素及性质相近的钇和钪17种元素的总称，常以化合态存在，天然丰度较低。我国是世界上稀土资源最丰富的国家，稀土含量占全球总储量的76%，居世界之首，已应用于工业、农业、医疗、纺织等领域。近年来，稀土元素作为饲料添加剂在畜牧业上的研究与应用日益广泛，并取得了良好的效果。王京仁等报道，奶牛日粮中添加20 mg/kg体重和12.5 mg/kg体重的硝酸稀土可提高日均产乳量、乳脂肪、乳比重。沙里等报道，肉羊日粮中按每千克体重补饲12 mg的稀土（45%氯化稀土）能够提高瘤胃内TVFA浓度。习海波等报道，稀土可改善反刍动物瘤胃微生物区系，使瘤胃保持稳定的酸性环境，各种微生物比例达到理想状态，促进瘤胃对营养物质的有效利用，但高剂量的稀土可破坏瘤胃的缓冲体系，使瘤胃内环境发生异常变化。目前，稀土在反刍动物上的应用研究诸多，但对瘤胃微生物发酵的影响报道较少。为了进一步探索稀土对瘤胃微生物发酵的影响，本试验利用体外瘤胃微生物发酵法，通过添加不同剂量的氯化稀土来探讨其对延边黄牛瘤胃发酵的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 体外瘤胃发酵底物

精料和粗料比为7∶3，精料为玉米，粗料为粉碎的苜蓿草。

1.1.2 供试氯化稀土

由包头市华商稀土有限公司提供，其主要成分是氧化镧(La2O3)、氧化铈(Ce2O3)、氧化钕(Nd2O3),含量分别占稀土氧化物(REO)总量的30.0%、50.0%、14.0%。

1.1.3 人工唾液

发酵人工唾液根据McDougall等方法配比:1 L人 工唾液含 5 880 mg NaHCO3、5 580 mg Na2HPO4、340 mg KCl、36 mg MgCl2、282 mg NaCl。配制完成后，进行全自动高压灭菌，最后调整pH值至6.5。

1.1.4 瘤胃液供体动物及其饲养与瘤胃液的采集

试验动物为3只安装有永久性瘤胃瘘管的延边黄牛,体重(400±23.5)kg。饲喂日粮精粗比为60∶40，即精料补充料6 kg/d和苜蓿草4 kg/d，每天饲喂2次（7：00和17：30），自由饮水。在早饲后2 h从3只延边黄牛瘤胃的前、中、后不同位点采集足量瘤胃食糜，充分搅拌后先用四层纱布过滤，再用12层纱布过滤，至预热过处理的收集瓶中，CO2恒温培养箱39.0℃下培养。

1.2 试验设计

本试验采用单因素多水平试验设计，试验设4个处理（0、500、1 000、2 000 mg/kg），每个处理3个重复。培养时间12 h，气体测定时间为3、6、9、12 h，其他指标测定时间为0、3、6、12 h。

1.3 体外培养程序

分别称取1.4 g精料、0.6 g粗料放入发酵瓶；氯化稀土按4个浓度水平0、500、1 000、2 000 mg/kg分别添加；加入瘤胃缓冲液30 ml，瘤胃液60 ml（二者体积比为1∶2），混匀。置于39℃恒温振荡培养箱中培养12 h。

1.4 指标测定

1.4.1 培养液pH值的测定

pH值的测定使用雷磁pHS-3CpH计，在各培养时间点，测定体外培养液的pH值。

1.4.2 产气量的测定

根据各培养时间点得到的样品产气压力转成产气体积，通过空白对照，校正产气量，计算累积产气量。

1.4.3 氨态氮(NH3-N)的测定

氨态氮（NH3-N）的测定采用靛酚比色法。

1.4.4 瘤胃挥发性脂肪酸(VFA)的测定

挥发性脂肪酸（VFA）的测定方法参照Li等方法，用Agilent TechnologiesGC-7890A气象色谱仪，采用外标法进行定量测定，FID(Flame Ionization Detector)检测器进行检测，色谱柱型号Agilent 19091F-112，240 ℃，25 m×320 μm×0.5 μm。

1.4.5 气体（CO2、CH4、H2）的测定

用岛津GC-2014C气相色谱仪参考Callaway等方法，用岛津GC-2014C气相色谱仪进行分析，采用外标法进行测定，TCD检测器进行检测，色谱柱型号：Hayesep Q，2 m×4 mm。

1.5 数据处理

所有数据经Excel初步整理后，采用SPSS17.0软件进行统计分析，各试验数据表示为“平均数±标准差”的形式。

2 结果

2.1 不同剂量氯化稀土对pH值的影响（见表1）

表1 不同发酵时间氯化稀土对瘤胃液pH值的影响

由表1可以看出，对照组与试验组的pH值随发酵时间的延长而逐渐降低，但各处理组和对照组相比差异不显著(P＞0.05)。

2.2 不同剂量氯化稀土对瘤胃发酵液产气量的影响

2.2.1 不同剂量氯化稀土对总产气量的影响（见表2）

表2 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液总产气量的影响(ml)

由表2可见，对照组和试验组瘤胃发酵产生的总产气量都随发酵时间的延长而逐渐增加;各处理组的产气量均高于对照组，3 h时500 mg/kg处理组与对照组相比差异显著（P＜0.05），其他各组间差异不显著(P＞0.05)；6～12 h时间段，500 mg/kg处理组的产气量与对照组、2 000 mg/kg组相比差异显著(P＜0.05)，9 h时500 mg/kg处理组与1 000 mg/kg组相比差异显著（P＜0.05），其他各组之间差异不显著(P＞0.05)。

2.2.2 不同剂量氯化稀土对CO2、CH4、H2含量的影响(见表3～表5)

表3 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液中CO2含量的影响(μmol)

表4 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液中含量的影响(μmol)

表4 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液中含量的影响(μmol)

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表5 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液中H2含量的影响(μmol)

从表3可以看出，对照组与试验组瘤胃发酵产生的CO2量都随发酵时间的延长而逐渐增加，各处理组与对照组相比呈上升趋势。3 h时500 mg/kg处理组CO2含量与对照组相比差异显著（P＜0.05），1 000、2 000 mg/kg组与对照组相比差异不显著(P＞0.05)，处理组500 mg/kg与1 000、2 000 mg/kg处理组间差异显著(P＜0.05)；6～9 h时间段各处理组与对照组相比，以及各处理组之间差异均不显著(P＞0.05)，12 h时1 000 mg/kg组与对照组相比差异显著(P＜0.05)，500、2 000 mg/kg处理组与对照组相比差异不显著,氯化稀土添加组之间差异不显著(P＞0.05)。总体试验结果表明，氯化稀土对CO2产生有影响。

对照组与试验组瘤胃发酵产生的CH4含量随发酵时间的延长而逐渐增加；但各处理组与对照组，以及处理组之间差异不显著（P＞0.05）。

对照组与试验组瘤胃发酵产生的H2含量随发酵时间的延长而逐渐增加,各处理组与对照组相比呈上升趋势。3～6 h时各组之间差异不显著(P＞0.05)；9～12 h时500 mg/kg组与对照组相比差异显著（P＜0.05），12 h时2 000 mg/kg组与对照组相比差异显著（P＜0.05），其余各组间差异不显著（P＞0.05）。

2.3 不同剂量氯化稀土对挥发性脂肪酸含量的影响（见表6）

由表6可见，试验组和对照组的总挥发性脂肪酸(TVFA)量随发酵时间的延长而逐渐增加;其中3 h时，2 000 mg/kg处理组与对照组相比差异显著（P＜0.05）；12 h时1 000 mg/kg和2 000 mg/kg组与对照组相比差异显著（P＜0.05），6 h时差异不显著(P＞0.05)。通过本试验看出，在体外瘤胃微生物发酵下，添加氯化稀土对TVFA有提高趋势。

表6 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液中挥发性脂肪酸含量的影响

试验组和对照组相比，乙酸浓度均有不同程度的升高，在3 h时2 000 mg/kg处理组与对照组相比差异显著(P＜0.05)，其他氯化稀土组和对照组相比差异不显著(P＞0.05)。6 h时各组间乙酸浓度差异不显著(P＞0.05)。12 h时氯化稀土处理组与对照组相比乙酸浓度差异显著(P＜0.05)，500 mg/kg处理组和2 000 mg/kg组相比乙酸浓度差异显著（P＜0.05），其余各处理组间差异不显著。氯化稀土处理组与对照组相比，以及氯化稀土添加组之间丙酸含量差异不显著(P＞0.05)。丁酸含量随着发酵时间的增加而增加，试验组与对照组相比略有升高，但差异不显著（P＞0.05）。

表6结果显示，各添加氯化稀土处理组和对照组相比，乙酸丙酸比率呈上升趋势。3～6 h时间段差异不显著(P＞0.05)；12 h时1 000、2 000 mg/kg组与对照组相比差异显著（P＜0.05）。由此看出，添加氯化稀土影响了瘤胃发酵的乙酸丙酸比率。

2.4 不同剂量氯化稀土对瘤胃发酵液氨氮含量的影响(见表7)

由表7可见，氯化稀土各处理组与对照组相比瘤胃发酵液中氨氮含量在0～12 h时间内呈上升趋势。3 h时差异不显著（P＞0.05）;在6～12 h时间段，各处理组与对照组相比呈下降趋势，500、1 000 mg/kg组与对照组相比，差异显著(P＜0.05)，2 000 mg/kg组与对照组相比差异不显著(P＞0.05)；6 h时2 000 mg/kg组与500、1 000 mg/kg相比差异显著（P＜0.05）。说明添加氯化稀土能够降低氨氮含量，但在所设定浓度范围内效果不明显。

表7 不同发酵时间内氯化稀土对瘤胃液NH3-N含量的影响(mg/100 ml)

3 讨论

3.1 氯化稀土对发酵液pH值的影响

刘江波等研究表明，添加稀土对瘤胃液体外发酵pH值显著降低。但许多资料表明，稀土对瘤胃液pH值无影响，本研究结果显示，瘤胃液在经历了12 h发酵后，pH值在各个时间点随着时间的推移均呈下降趋势，但各处理组之间差异不显著。pH值的下降，可能是由于静态发酵，使得TVFA的累积造成的。

3.2 氯化稀土对产气量的影响

瘤胃内的气体主要为二氧化碳、甲烷，另外还有少量的氮气、氢气。其中甲烷含量为28.8%左右。产气量越高，瘤胃内的发酵活动越剧烈，对反刍动物的促进作用越明显。Menke等发现，饲料样品在体外发酵24 h的产气量与瘤胃内有机物降解率呈显著的正相关。Yang等发现，添加稀土能够提高瘤胃中有机物的消化率。本试验中各处理组产气量均高于对照组，这说明氯化稀土能够提高有机物降解率。另外，本试验产气量随着氯化稀土添加水平的增加而减少，说明适宜浓度的稀土元素有益于微生物生长，但提高稀土元素的浓度，对微生物的生长产生抑制作用。这与Uezu等、Valluzzi等、Zhuang等的报道相一致。

3.3 氯化稀土对CO2、CH4及H2含量的影响

反刍动物在通过微生物发酵利用其它动物不能利用的纤维素、半纤维素等结构性碳水化合物的过程中产生大量的CO2和H2。本试验中二氧化碳和氢气含量升高，说明氯化稀土能够提高纤维素的利用率，这与Ortega等报道的稀土可以促进瘤胃纤维素类物质消化的结果相一致。

甲烷菌生成甲烷的路径有以下几种:①以H2和CO2为底物生成甲烷（4H2+CO2—CH4+2H2O）；②利用甲醇和甲胺转化成甲烷；③通过乙酸发酵产生甲烷。

Wolin等、Moun等研究结果表明，在这3种途径中，以H2和CO2为底物生成甲烷为主。本试验中甲烷无显著变化，二氧化碳和氢气含量升高。这说明当CH4生成受到抑制时，引起H2和CO2的累积。这也是本试验中H2和CO2含量升高的原因之一。

3.4 不同剂量的氯化稀土对瘤胃VFA浓度的影响

桂荣等报道，添加0.02%稀土饲喂绒山羊，稀土组瘤胃液总VFA及乙酸占总酸的比值分别比对照组高7.24%和33.50%；本试验在体外高精料日粮条件下，以及在所设定浓度范围内氯化稀土提高了总挥发性脂肪酸和乙酸的浓度，这与上述报道中稀土对总酸和乙酸的影响相一致；但氯化稀土对丙酸和丁酸含量无显著影响。刘强报道，添加氯化镧饲喂中国西门塔尔牛阉牛，瘤胃乙酸、丁酸浓度没有显著变化，但丙酸和总酸含量显著高于对照组。刘江波等报道的在南江黄羊瘤胃体外发酵中添加不同水平的氯化铈，总酸、乙酸、丙酸、丁酸均显著高于对照组。这可能由于选择添加的稀土和供试动物以及添加剂量不同而引起的差异。

陈喜斌等发现，瘤胃24 h可发酵有机物与瘤胃VFA产量、ADF降解量与乙酸产量、中性洗涤剂溶解物的降解量与丙酸产量具有较高的正相关。本试验中氯化稀土提高了乙酸的浓度，这说明氯化稀土能够促进日粮ADF的降解。

3.5 不同剂量的氯化稀土对瘤胃内NH3-N浓度的影响

Satter等试验的结果表明，NH3-N的浓度小于2.50 mg/100 ml时，发酵的“解偶联”作用引起微生物产量降低，生产效率下降，该值被广泛用作瘤胃最低NH3-N浓度标准;相关研究认为，瘤胃微生物依靠NH3-N而生长，且需要一个适宜的水平，其最佳NH3-N浓度为6.3～27.5 mg/100 ml。本试验中，3 h后各组NH3-N浓度均在这个范围内，这说明各组瘤胃微生物均能够正常生长。桂荣等在绒山羊日粮中添加0.02%的硝酸稀土(混合物),发现试验组瘤胃内NH3-N浓度显著低于对照组。于静给绵羊日粮中添喂216.49 mg/kg硝酸稀土（混合物），发现微生物利用NH3-N的程度显著提高。本研究也发现，6～12 h添加氯化稀土的500、1 000 mg/kg组NH3-N浓度显著低于对照组，这可能是因为稀土可以提高瘤胃内氨氮的利用效率所致。

4 结论

通过添加不同剂量的氯化稀土对延边黄牛瘤胃微生物体外发酵的测定和分析，表明氯化稀土能够提高瘤胃液中TVFA、乙酸浓度，提高了VFA中乙酸/丙酸的比值，降低瘤胃液中氨氮浓度，同时提高了总产气量、二氧化碳产量。因此，氯化稀土在体外条件下，可以在一定程度上提高延边黄牛的瘤胃微生物发酵功能，并以1 000 mg/kg添加量较为适宜。

（参考文献25篇，刊略，需者可函索）