体外产气法评价油菜秆与玉米、豆粕的组合效应

张勇，夏天婵，常誉，黄文明，郭海明，叶均安

(浙江大学动物科学学院，浙江 杭州 310058)



体外产气法评价油菜秆与玉米、豆粕的组合效应

张勇，夏天婵，常誉，黄文明，郭海明，叶均安*

(浙江大学动物科学学院，浙江 杭州 310058)

本研究旨在探讨不同比例的油菜秆与玉米、豆粕组合对体外瘤胃发酵及其组合效应的影响。采用体外发酵法研究油菜秆与玉米(0%, 15%, 30%)、豆粕(0%, 15%, 30%)组合的体外发酵参数及其组合效应值的变化，探索优化组合效果。结果表明，随着玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸和挥发性脂肪酸生成量相应增加，乙丙比下降。当油菜秆∶玉米∶豆粕为40∶30∶30时，培养液pH，氨态氮(NH3-N)浓度和乙丙比均极显著下降(P<0.01)；48 h产气量、潜在产气量、产气速率、乙酸、丙酸、总挥发性脂肪酸(VFA)浓度和有机物消化率(OMD)均极显著提高(P<0.01)。以48 h产气量、NH3-N、挥发性脂肪酸浓度和OMD的组合效应值以及综合组合效应值(AEs)为衡量指标，油菜秆∶玉米∶豆粕为55∶30∶15组合的正组合效应最大(P<0.01)。综上所述，在本试验条件下，油菜秆∶玉米∶豆粕为55∶30∶15组合的能氮比例较为合理，瘤胃发酵效率最高，为最优组合，可提高油菜杆的利用效率。

油菜秆；玉米；豆粕；组合效应

近年来随着畜牧业结构调整，反刍动物饲养量不断上升，南方地区粗饲料的匮乏成为反刍动物生产发展的制约因素，开发新型的粗饲料对于南方地区的养殖业来说已经迫在眉睫。国内外的研究主要集中于玉米(Zeamays)秸、稻草(Oryzasativa)秸和小麦(Triticumaestivum)秸等常见农作物秸秆上。目前有关油菜(Brassicacampestris)秆应用于反刍动物饲养的报道较少。油菜秆是油菜籽收获后的废弃物，油菜生产的谷草比约为1.5～1.7，是一种大宗的农业副产物，目前对油菜秆的处理方式主要是田间焚烧，造成了严重的环境污染。黄瑞鹏[1]研究发现油菜秆的粗蛋白含量5.87%，中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)含量70.90%，酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量54.97%，其蛋白含量与曹志军等[2]报道的大豆(Glycinemax)秸和玉米秸基本一致，而NDF含量与羊草(Leymuschinensis)、小麦秸、玉米秸和大豆秸基本相同，ADF含量与小麦秸、稻草和花生秧(Arachishypogaea)相当。据黄瑞鹏[1]报道：粉碎处理油菜秆和不同水平氨化油菜秆替代黑麦草(Loliumperenne)(精粗比为3∶7)饲喂威宁黄牛时，牛只的日增重和营养物质表观消化率呈降低趋势，单纯油菜秆替代黑麦草未能取得良好效果。已有研究表明利用饲料之间的组合效应可改善饲料的利用效率，Silva等[3]发现反刍动物饲料间的组合效应往往在精饲料和粗饲料之间表现得最为明显，其中正组合效应可以提高粗饲料的消化率和采食量；闫伟杰[4]发现饼粕与纤维型基础料组合时，当豆粕在30%或棉籽饼在40%时会发生最大的正组合效应。崔占鸿等[5]报道体外产气法具有简单易行、可重复性好和易于标准化等优点被广泛应用于评价反刍动物饲料间的组合效应；苏海涯[6]利用体外产气法研究桑叶与饼粕之间的组合效应时，组合效应值的综合指标(AEs)可合理地评定饲料的组合效应。本试验通过体外产气技术研究油菜秆与常用能量/蛋白饲料——玉米/豆粕的优化组合，确定最优的搭配组合，为油菜秆饲料化利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间及地点

试验于2014年3月至12月在浙江大学奶业科学研究所进行。

1.2 供试瘤胃液

取自3头装有瘤胃瘘管的湖羊，4层纱布过滤，39 ℃水浴保温，并连续冲入CO2备用。

1.3 供试人工唾液

人工唾液按Menke等[7]的方法配制。

1.4 供试样品

油菜秆采自浙江大学紫金港校区油菜试验基地，玉米、豆粕从市场购入，3种饲料原料的常规营养成分按杨胜[8]的方法进行测定，即：干物质(dry matter, DM)用烘干法测定，粗蛋白(crude protein, CP)用凯氏定氮法测定，粗脂肪(ether extract, EE)用抽滤法测定，粗灰分(Ash)按高温灰化(550 ℃)的方法测定，钙(calcium, Ca)用高锰酸钾法测定，磷(phosphorus, P)用比色法测定，而NDF与ADF按Van Soest等[9]的方法测定。结果见表1。

表1 饲料原料的常规营养成分(绝干基础)

1.5 试验设计

试验分为9个处理：将玉米比例(0%，15%，30%)，豆粕比例(0%，15%，30%)进行组合，其余为油菜秆比例,见表2。

表2 各处理的底物组成

试验采用Mauricio等[10]的压力读取式体外产气系统(reading pressure system, RPT)进行体外瘤胃发酵培养。按不同处理的底物比例准确称入500 mg的底物至120 mL产气瓶中，在持续通入CO2气流下加入45 mL人工唾液，密封后在39 ℃恒温培养箱中预处理培养12 h。次日早晨抽取用4层纱布过滤后的瘤胃液5 mL加入到产气瓶中，同时设空白对照和标准羊草对照，每个处理4个重复，培养时间分别为48 h，试验重复2次。

1.6 瘤胃液的测定指标及方法

pH：发酵终止后，使用SartoriusPB-20型pH计测定；挥发性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)：发酵终止后，用气相色谱仪(GC-2010，Shimadzu)测定乙、丙、丁酸的含量；氨态氮(NH3-N)：发酵终止后，取上混合液1 mL，采用比色法，测定氨态氮浓度[11]；微生物蛋白(microbial protein production, MCP)：用嘌呤法测定微生物蛋白产量[12]。体外有机物消化率(organic matter digestibility，OMD)与产气量(gas production,GP)按Menke等[7]的方法计算：

式中:GPt为样品在t时间段的产气量(mL),Pt为t时间段读取的压力(MPa)；V0为瓶子体积,101.3为标准大气压(MPa),W为样品干物质重。产气过程的总积累产气量为各时间段产气量之和,产气参数计算利用‘fit curve’软件的产气模型公式将各种样品在2、4、6、9、12、24、36、48时间点的产气量代入，计算消化动力参数。模型公式为：

GP=a+b[1-exp(-ct)]

式中:GP是在t时间的产气量，a为快速产气部分，b为缓慢产气部分，c为b的产气速度常数，a+b为潜在产气量；油菜秆与玉米/豆粕组合效应的估算:

式中:实测值为实际测定的样品产气量(mL)，加权估算值=玉米的实测值×玉米配比(%)+豆粕实测值×豆粕配比(%)+油菜秆实测值×油菜秆配比(%)；综合指标评定组合效应:按苏海涯[6]的方法，测算综合评定指标(synthetically associative effects, AEs)：

式中：GP实测值、MP实测值各为实际测定的产气量(mL)和微生物蛋白质产气量(mg)；加权估算值=玉米的实测值×玉米配比(%)+豆粕实测值×豆粕配比(%)+油菜秆实测值×油菜秆配比(%)；SUBGP为用于生成气体所需的饲料底物样品数量(mg)，SUBGP=2.27(mg/mL)×GP(mL)，其中2.27为每生成1 mL气体平均所需的饲料底物样品数量；SUBMP为用于生成微生物所需的饲料底物样品数量(mg)，SUBMP=微生物蛋白质(mg)/0.625，其中0.625为微生物干物质中蛋白质的含量。

1.7 统计分析

用SAS 9.2软件处理试验数据，用GLM模型进行二因素方差分析，采用邓肯法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 油菜秆与玉米、豆粕组合对发酵参数的影响

由表3可知，第1组的pH和乙丙比极显著高于其他组(P<0.01)，而第3、6和9组的NH3-N浓度极显著高于其他组(P<0.01)；第9组的总VFA、乙酸、丙酸和丁酸浓度极显著高于其他组(P<0.01)。玉米和豆粕对所有的发酵参数都有极显著影响(P<0.01)，玉米和豆粕之间在乙酸和丙酸浓度上无交互作用(P>0.05)，在其他发酵指标上有极显著的交互作用(P<0.01)。随着玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸、总VFA生成量呈相应上升、但乙丙比相应下降。上述结果表明在油菜秆作为粗饲料的日粮中，适度提高玉米和豆粕的比例能够提高挥发性脂肪酸和微生物蛋白的生成量，并通过降低乙丙比，改变瘤胃发酵模式，改善油菜秆的利用。

表3 油菜秆与玉米、豆粕组合对发酵参数的影响

注：同列数据标有不同字母表示差异显著(P<0.01)，下同。

Note: The different capital letters in the same colum mean significant differences (P<0.01), the same below.

2.2 油菜秆与玉米、豆粕组合对组合效应的影响

由表4可知第9组的48 h GP、a+b、c和OMD都极显著高于其他组(P<0.01)，而第8组的48 h GP、总VFA、NH3-N和OMD的组合效应值极显著高于其他组(P<0.01)，综合组合效应值(AEs)在第8组中(17.32%)最高，而MCP的组合效应值与其并不一致。豆粕对MCP的组合效应值有显著影响(P<0.05)，对其他发酵参数有极显著的影响(P<0.01)，玉米对所有的发酵参数都有极显著影响(P<0.01)，玉米和豆粕之间在产气参数和组合效应值上有极显著的交互作用(P<0.01)。以上结果表明以48 h GP、总VFA、NH3-N和OMD的组合效应值以及综合组合效应值为主要指标，第8组为最优组合。

表4 油菜秆与玉米、豆粕组合对产气参数及组合效应的影响

注：GP是在t时间的产气量，a为快速产气部分，b为缓慢产气部分，c为b的产气速度常数，a+b为潜在产气量。

Note: “GP” is the gas production of “t” time, “a” represents for the rapid gas production, “b” for the slow gas production, “c” for the “b” gas production rate, “a+b” for potential gas production.

3 讨论与结论

3.1 油菜秆与玉米、豆粕组合对pH、NH3-N、MCP及组合效应的影响

瘤胃液的pH是瘤胃发酵的一个重要指标，日粮精粗比、瘤胃短链有机酸和唾液的分泌量等因素都会影响瘤胃pH。瘤胃中大多数细菌的最适pH在6.0以上，Depeters等[13]研究表明瘤胃pH在6.6～6.8可以保证纤维分解菌的正常活动。本试验中，随着玉米和豆粕比例的升高，pH值呈下降趋势。研究表明瘤胃的pH是饲料中碳水化合物和含氮物质的发酵产物综合作用的结果，碳水化合物分解产生的挥发性脂肪酸能引起pH值的下降，而饲料中蛋白的分解又使氨浓度升高，导致pH上升,这与林奕[14]研究结果相一致。本试验中，玉米和豆粕比例对pH有极显著的影响，即随着豆粕比例的增加，使得蛋白质分解加速pH值增加；随着玉米比例的增加，碳水化合物分解加速使pH降低，在日粮配制中调节玉米豆粕的比例可实现对pH的调控。

氨态氮是饲料在瘤胃中分解的终产物之一，又是瘤胃微生物合成自身蛋白的原料，在瘤胃代谢中有着重要的作用。McDonald[15]认为瘤胃最佳的氨态氮浓度在5～25 mg/dL。本试验中各组NH3-N浓度范围在6.99～15.80 mg/dL，在其报道的浓度范围内，其中第3、6和9组氨态氮浓度显著高于其他组，其原因是这3组的豆粕比例较高，由豆粕降解的氨态氮未被微生物充分利用，这与闫伟杰[4]的研究结果相一致。玉米、豆粕对氨态氮浓度有极显著的影响，而两者之间交互作用也极显著，这可能与能量、蛋白互作影响瘤胃微生物生长有关；氨态氮的组合效应值在第8组中显著高于其他组，可能是由于底物的营养配比较为合理，使得瘤胃液中的蛋白分解菌有较高的产氨效率。

瘤胃合成的微生物蛋白占小肠可吸收氨基酸的50%～80%，是反刍动物重要的蛋白原料，而微生物蛋白质的合成主要受瘤胃内可发酵能和可降解氮的数量及其同步性的影响[16]。本试验中，由于玉米和豆粕的比例不同，发酵底物有着不同的能量和蛋白水平，所以微生物蛋白差异较为显著，而且玉米和豆粕对微生物蛋白的生成有交互作用。微生物蛋白的组合效应值在第3组中显著高于其他组，其原因可能是底物中油菜秆比例较高，其具体机理还有待进一步探究。

3.2 油菜秆与玉米、豆粕组合对VFA、GP及组合效应的影响

瘤胃液中的VFA是反刍动物碳水化合物在瘤胃的降解产物，总VFA浓度增加表明微生物分解产生了较多的碳水化合物，乙酸是反刍动物合成脂肪的原料，丙酸的浓度可反应瘤胃的能量利用效率，它是瘤胃中唯一能生糖的有机酸，反刍动物代谢需要的大部分葡萄糖源自丙酸的糖异生作用，乙丙比代表了瘤胃的发酵模式[17]。本试验中第9组的总VFA、乙酸、丙酸浓度都极显著高于其他组，主要由于玉米和豆粕的比例较高，提供更多的可发酵碳水化合物。而VFA的组合效应值在第8组中显著高于其他组，为最优组合，其原因是底物中可降解碳水化合物水平较为合理，促使瘤胃微生物利用纤维类物质产生挥发性脂肪酸的效率最高。

研究表明体外产气量和化学成分结合估算的消化率与体内法测定的消化率高度相关，而体外瘤胃发酵的产气量与反刍动物饲料体内消化率呈正相关[18]。本试验中第9组的48 h产气量、潜在产气量和产气速率都极显著高于其他组，表明该组的消化率最高，这与段智勇[19]、闫伟杰[4]的研究结果相一致，这是由于该组精粗比最高，而精料易于消化，所以导致其产气量最高。而产气量的组合效应值在第8组中显著高于其他组，说明该组的瘤胃微生物利用碳水化合物效率最高，产生了更多的气体，为饲料利用效率较高的组合。

研究表明低质粗饲料补饲蛋白饲料后，能提高饲料的消化率。牧草补饲少量豆粕和玉米后，在消化率上产生了正组合效应[20]。郭旭生[21]研究表明能量与蛋白的比例和使用量，对粗饲料纤维的利用率影响很大，是产生组合效应的一个主要原因。在本试验中，第8组油菜秆∶玉米∶豆粕为55∶30∶15时综合组合效应值最大，与段智勇[19]发现玉米比例为33.3%时，与稻草NDF有最大的组合效应相似。可能原因是：与其他组相比，第8组的底物中饲料原料的配比较为合理，饲料养分的平衡性与互补性较好，实现了能氮相对平衡，提高了能氮同步利用效率，从而提高了瘤胃发酵和饲料利用效率。

在本试验条件下，以48 h产气量、NH3-N、总VFA浓度和OMD的组合效应值以及综合组合效应值(AEs)为主要衡量指标，第8组即油菜秆∶玉米∶豆粕为55∶30∶15组合能氮平衡较为合理，正组合效应最大，瘤胃发酵效率最高，可提高油菜秆的利用效率，为最优组合。因此，充分发挥组合效应的作用优化饲料原料的配比，是实现油菜秆饲料化利用的有效途径。

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Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An*

CollegeofAnimalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China

This study was conducted to investigate the associative effects of different mixtures of rape straw, corn and soybean meal on rumen fermentation. Rape straw was mixed with 0%, 15% and 30% proportions of corn; the straw was also mixed with soybean meal using the same proportions. The mixtures were incubatedinvitrousing the Reading Pressure Technique (RPT) to evaluate the best combination according to rumen fermentation parameters and associative effects. The results showed that with rising proportions of corn, the yield rates of acetate, propionate and volatile fatty acid (VFA) also increased, but that the ratio of acetate to propionate decreased. Rumen pH, NH3-N, VFA, acetate, and the ratio of acetate to propionate of treatments with 30% corn and 30% soybean meal were significantly lower than the other treatments (P<0.01), but their total gas production, potential gas production, rate of gas production, acetate, propionate, VFA, and organic matter digestibility (OMD) were higher than the other treatments (P<0.01). When the associative effects of gas production, NH3-N, VFA, OMD and the synthetic associative effects (AEs) were used as evaluation indexes, the value of associative effects of the 30% corn and 15% soybean meal treatments were the highest (P<0.01), indicating that these mixture ratios provide the most acceptable balance of energy and nitrogen.

rape straw; corn; soybean meal; associative effects

10.11686/cyxb2015555

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-12-09；改回日期：2016-02-16

浙江省科技厅团队科技特派员专项资助。

张勇(1992-)，男，山西忻州人，在读硕士。E-mail: 15700078495@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail: yja@zju.edu.cn

张勇，夏天婵，常誉，黄文明，郭海明，叶均安. 体外产气法评价油菜秆与玉米、豆粕的组合效应. 草业学报, 2016, 25(11): 185-191.

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An. Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(11): 185-191.