苎麻营养成分分析及瘤胃降解特性研究

魏金涛，杨雪海，严念东，熊常财，汪红武，陈芳，张乃锋，刁其玉*

(1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.湖北省农业科学院畜牧兽医研究所，湖北 武汉 430064；3.咸宁市农业科学院，湖北 咸宁 437100)



苎麻营养成分分析及瘤胃降解特性研究

魏金涛1,2，杨雪海2，严念东2，熊常财3，汪红武3，陈芳2，张乃锋1，刁其玉1*

(1.中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点实验室，北京 100081；2.湖北省农业科学院畜牧兽医研究所，湖北 武汉 430064；3.咸宁市农业科学院，湖北 咸宁 437100)

为系统的研究苎麻的营养价值及其在山羊瘤胃中的降解特性，利用化学分析等方法检测了7个茬次苎麻的粗蛋白(CP)、氨基酸(AA)组成、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)等营养成分、单宁等抗营养成分的含量，并采用3只装有永久瘤胃瘘管的波尔山羊为试验动物，对苎麻的部分营养成分的降解率和降解参数进行测定。结果表明，7个茬次苎麻的CP含量均较高且品质较好，CP平均值达到了19.57%，而且呈现出随着茬次的增加，CP含量有所下降的趋势，但是第7茬和第6茬相比CP含量略有升高。AA总和平均值达到了16.40%，占CP平均值含量的83.80%，赖氨酸(Lys)的平均含量达到了0.84%，苏氨酸(Thr)的平均含量达到了0.82%。抗营养因子方面，单宁可能是苎麻最主要的抗营养因子，平均值达到了0.67%。苎麻的干物质(DM)、CP、有机物(OM)、NDF和ADF的降解率均随着瘤胃消化时间的延长而不断提高，有效降解率分别达到了47.00%，35.53%，44.29%，57.68%和38.59%。由此得出，苎麻的营养价值较高，主要体现在CP含量高且品质较好，主要营养成分的瘤胃降解率均较高，可以作为反刍动物优良的粗饲料资源加以开发利用。

苎麻；营养成分；抗营养成分；瘤胃降解特性

苎麻(Boehmerianivea)被称为中国草，是主要种植于中国、日本和马来半岛的荨麻科苎麻属多年生草本植物和湿草类速生性多叶植物。数百年来，苎麻主要被作为优质纺织品原料使用[1]，但是作为纺织只用到了苎麻茎，其大量的副产物苎麻嫩茎叶被丢弃，造成了极大的浪费。近年来的研究表明，苎麻叶营养价值和苜蓿(Medicago)相似，具有高含量的蛋白质(约20%，以干物质计)和适度的中性洗涤纤维(NDF)。苎麻叶中蛋白质品质也较好，主要表现在其赖氨酸含量比较高，氨基酸组成也比较合理，部分品种苎麻的赖氨酸含量超过了1%，此外还含有丰富的类胡萝卜素、维生素B2和钙[2-3]。而苎麻茎具有低含量的蛋白质(约6%，以干物质计)和极高含量的NDF(约60%到70%，以干物质计)[4]。因此，苎麻不仅是优良的天然纤维作物，而且可以作为高品质的青绿牧草被建议用于家畜饲料中[5-6]。在南方地区水热资源丰富的条件下，白三叶(Trifoliumrepens)、紫花苜蓿等高产适应性强的豆科牧草难以发挥高产潜力，种植范围受到很大限制，以及在优质蛋白质饲料资源短缺的国情下，开发饲用苎麻资源是缓解南方种草养畜压力的有效途径之一。

鄂牧苎“0904”苎麻，为咸宁市农业科学院与湖北省农业科学院畜牧兽医研究所合作培育的饲料专用苎麻品种，具有生长速度快，分枝能力强，叶片大、丰富，植株高大等特点，年均干物质产量达到了20610.55 kg/hm2[7]，是较适宜作为饲料用的苎麻新品种。

但是，鄂牧苎“0904”苎麻作为饲料原料在反刍动物中的高效利用尚缺乏系统的常规营养成分、抗营养成分含量及瘤胃降解率方面的研究。本试验系统地研究了2015年度鄂牧苎“0904”苎麻7个茬次的粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、氨基酸、微量元素等营养成分，单宁、铅、汞、砷等抗营养成分的含量，并利用尼龙袋法探讨第1茬苎麻在波尔山羊瘤胃内的降解率和降解参数，为苎麻资源在反刍动物日粮中高效、合理的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 苎麻的采集与制备

鄂牧苎“0904”苎麻，种植于咸宁市农业科学院苎麻种植示范基地。分别于2015年5月初、6月初、7月初、8月初、9月初、10 月初、11月初在同一片区采集7个茬次的苎麻(从上往下量取80 cm进行收割)，每次收割5个采集点样品，共计收割100 kg以上。利用铡草机铡成碎段后按照四分法分出10 kg样品，置60 ℃烘箱中烘至恒重，粉碎过1 mm筛用于实验室常规营养成分及抗营养成分分析，另将第1茬样品粉碎过2.5 mm筛用于瘤胃尼龙袋降解试验，置-20 ℃冰柜中备用。

1.2 试验动物及饲养管理

采用单因子试验设计，选用3只体重(47±1.2) kg、装有永久瘤胃瘘管的波尔山羊作为3个重复。试验于2016年3-4月在湖北省农业科学院畜牧兽医研究所金水试验基地进行，预试期14 d，试验期为15 d，试验羊单圈饲养，饲粮精粗比4∶6，每日于08:00和18:00饲喂2次，自由饮水，基础饲粮组成及营养成分见表1。

1.3 瘤胃降解率的试验设计

准确称取待测样品2 g左右装入已知重量的尼龙袋中。每只羊瘤胃中，每个样品在每个时间点设置2个平行，采用“分别放入，同时取出”的方法，于放袋后0，12，24，36，48，72 h分别取出2个尼龙袋。尼龙袋从瘤胃内取出后立即放入冷水终止反应，再用自来水冲洗至水澄清。将洗净后的尼龙袋放入65 ℃干燥箱中烘干48 h至恒重，回潮24 h后置于4 ℃冰箱中保存备用。

表1 基础饲粮组成及营养成分(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (Air-dry basis)

1)1 kg预混料中含有1 kg premix contain: Fe 8000 mg，Cu 1000 mg，Zn 5000 mg，Mn 3000 mg，Se 30 mg，I 80 mg，Co 80 mg，Vitamin A 1×106IU，Vitamin D33×105IU，Vitamin E 5000 mg;2)代谢能为计算值，其余均为实测值。Metabolizable energy was a calculated value, while the others were measured values.

1.4 测定指标及方法

1.4.1 常规营养及抗营养成分指标及分析方法 粗蛋白(CP)含量测定采用凯氏定氮法(凯氏定氮仪Kjeltec 2300，丹麦福斯有限公司)；粗脂肪(EE)含量测定采用索氏抽提法(索氏抽提器 ST310，丹麦福斯有限公司)；干物质(DM)、钙(Ca)、总磷(TP)、粗灰分(Ash)和氟(F)含量测定采用张丽英(2003)[8]的方法进行。中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用Van Soest等[9]的方法测定。样品经过酸水解(6 mol/L盐酸在110 ℃水解24 h)或氧化水解(蛋氨酸和胱氨酸使用过氧甲酸进行氧化)处理后，采用氨基酸自动分析仪(日立L-8800)测定氨基酸(AA)含量(色氨酸除外)。样品经硝酸-高氯酸消解法消解后使用原子吸收分光光度计(岛津AA-7000)测定铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)、锌(Zn)、铅(Pb)等微量元素及重金属的含量。采用钨酸钠-磷钼酸分光光度法测定单宁的含量[10]；采用银盐法测定砷的含量[11]。

1.4.2 瘤胃降解率的计算方法 瘤胃不同时间点的降解率按照以下公式进行计算：

A(%)=[(B-C)/B]×100

式中：A为待测饲料的DM、CP等营养物质在瘤胃某一时间的消失率(%)；B为待测样品中DM、CP等营养物质的含量(g)；C为待测样品尼龙袋残渣中DM、CP等营养物质的含量(g)。

1.4.3 瘤胃降解参数的计算方法 瘤胃降解参数参照Фrskov等[12]提出的瘤胃动力学数学模型，计算公式为：

dP=a+b(1-e-ct)

式中：dP为待测饲料的DM或CP瘤胃t时刻的降解率；a为快速降解部分(%)；b为慢速降解部分(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)；t为瘤胃内培养时间(h)。

ED=a+bc/(k+c)

式中：ED为待测饲料的有效降解率(%)；k为瘤胃外流速率(%/h)，本试验中k值取0.031/h[13]。

1.5 数据整理与统计分析

采用Excel 2007和SAS 9.1分析软件进行试验数据统计分析。采用SAS 9.1软件包中的非线性模型来确定指数模型中的a、b和c。

2 结果与分析

2.1 不同茬次苎麻常规营养成分含量分析结果

如表2所列，7个茬次苎麻的CP含量均较高，平均值达到了19.57%，而且呈现出随着茬次的增加，CP含量有所下降的趋势，但是第7茬和第6茬相比CP含量略有升高。7个茬次苎麻的EE、NDF、ADF和Ash的平均值分别达到了3.33%, 49.08%, 42.87%和16.62%。7个茬次苎麻Ca含量的平均值达到了3.70%，而TP的含量平均值仅为0.16%，Ca/TP平均值达到了23.57，Ca和TP的含量不平衡。

表2 试验苎麻常规营养成分含量Table 2 Nutrient levels of experimental ramie samples

2.2 不同茬次苎麻氨基酸组成分析结果

如表3所列，7个茬次苎麻的氨基酸总和平均值达到了16.40%，占CP平均值含量的83.80%，Lys的平均含量达到了0.84%，Thr的平均含量达到了0.82%，说明苎麻蛋白质的品质较好。但是苎麻中Met和Cys总和的平均含量仅有0.12%，氨基酸组成不平衡，且氨基酸的总和随着茬次的增加呈下降的趋势，但是第7茬和第6茬相比略有增加。

2.3 不同茬次苎麻微量元素含量分析结果

不同茬次苎麻微量元素含量分析结果见表4。从表4中可以看出，7个茬次苎麻的Cu含量平均为10.77 mg/kg，含量最高的是第3茬，达到了13.13 mg/kg，而最低的是第7茬，含量仅为7.88 mg/kg。Fe含量的平均值为325.46 mg/kg，含量最高的是第4茬，达到了470.83 mg/kg，最低的是第6茬，含量为218.37 mg/kg。Zn含量的平均值为39.25 mg/kg，含量最高的是第2茬，达到了45.57 mg/kg，最低的是第6茬，含量为29.65 mg/kg。Mn含量的平均值为489.56 mg/kg，含量最高的是第3茬，达到了666.84 mg/kg，最低的是第6茬，含量为237.05 mg/kg。

2.4 不同茬次苎麻部分抗营养因子含量分析结果

本试验检测了不同茬次苎麻的Pb、F、As和单宁等抗营养因子含量，结果见表5。如表5所列，不同茬次苎麻的Pb的平均含量为3.32 mg/kg，F的平均含量为27.94 mg/kg，As的含量均在检测限(<0.04 mg/kg)以下，单宁的含量较高，平均值达到了0.67%，可能是苎麻含有的最主要的抗营养因子。

2.5 苎麻主要营养物质的瘤胃降解率

如表6所列，苎麻的DM、CP、OM、NDF和ADF的降解率均随着瘤胃消化时间的延长而不断提高，除了CP，所测的营养物质均在0～36 h降解率提高很快，36～72 h趋于平稳。CP的降解率在0～12 h变化不大，直到24～36 h才提高很快，36 h后趋于平稳。

2.6 苎麻主要营养物质的瘤胃降解参数

如表7所列，苎麻DM、CP、OM、NDF和ADF的有效降解率分别达到了47.00%，35.53%，44.29%，57.68%和38.59%，DM、CP、OM、NDF和ADF的潜在降解率均比较高，分别达到了78.87%，66.36%，72.96%，79.02%和67.26%。

表3 试验苎麻氨基酸组成分析Table 3 Amino acid composition levels of experimental ramie samples %

表4 试验苎麻微量元素组成分析Table 4 Trace element composition levels of experimental ramie samples mg/kg

表5 试验苎麻部分抗营养因子含量Table 5 Parts of anti-nutrient levels of experimental ramie samples

表6 苎麻主要营养物质在山羊瘤胃内的降解率Table 6 The ruminal mainly nutrients degradability of ramie in goat %

表7 苎麻主要营养物质在山羊瘤胃内的降解参数Table 7 Parameters of mainly nutrients dynamic degradation model of ramie in goat

3 讨论

3.1 苎麻的营养特性

国内外关于苎麻营养特性的研究较多[2,14-17]，大多研究集中在常规营养物质的检测分析，结果表明苎麻营养价值十分丰富，粗蛋白含量在22%左右，和苜蓿含量相近，粗纤维含量和中性洗涤纤维含量均低于苜蓿，此外还含有丰富的类胡萝卜素、维生素B2和钙。苎麻蛋白质的氨基酸组成合理，且高赖氨酸含量(多数苎麻品种的赖氨酸含量超过1%)是苎麻蛋白质最突出的特点。本试验详细分析了同年收割7个茬次的苎麻，其粗蛋白含量平均值达到了19.57%，赖氨酸含量平均值达到了0.84%，和前人的研究结论相近。本试验研究还发现苎麻Ca含量的平均值达到了3.70%，而TP的含量平均值仅为0.16%，Ca/TP平均值达到了23.57，Ca和TP的含量不平衡，而钙磷不平衡容易引起山羊尿石症[18]。因此，将苎麻作为动物饲料原料使用时应注意钙磷不平衡的问题。

国内外关于系统的分析苎麻氨基酸组成和微量元素组成的研究报道不多，本试验研究结果发现7个茬次苎麻氨基酸总和平均值达到了16.40%，占CP平均值含量的83.80%，赖氨酸的平均含量达到了0.84%，苏氨酸的平均含量达到了0.82%，说明苎麻蛋白质的品质较好。但是苎麻中蛋氨酸和胱氨酸总和的平均含量仅有0.12%，氨基酸组成并不平衡，在使用苎麻时应注意蛋氨酸的补充。

3.2 苎麻的抗营养特性

研究新型饲料资源不但要研究其营养物质含量及特性，还应研究其抗营养因子含量及特性。苎麻的抗营养因子研究报道非常少，Contò等(2011)[14]在大鼠日粮中添加25%的苎麻叶后大鼠的生长停滞，而苎麻叶添加量超过40%后大鼠出现死亡的现象。分析其主要原因可能是由于苎麻叶中含有高含量的矿物质和单宁，或者还含有一些暂时无法确定的物质。姜涛等(2008)[19]综述了鲜苎麻叶草鱼喜食，但必须和青草搭配使用，若喂鲜苎麻叶过多，草鱼采食后会引发排便困难。这其中的主要原因也有可能是苎麻叶中所含的抗营养因子引起的。本试验分析了不同茬次苎麻的Pb、F、As和单宁等抗营养因子含量，其中单宁含量的平均值达到了0.67%，最高的样品含量达到了1%以上。单宁的化学性质活泼，易与蛋白质结合，因此，一直被认为是饲料中的抗营养因子。但是适量的单宁浓度可以降低蛋白质的瘤胃降解率而提高氮的利用率，增加小肠氨基酸流量从而提高牧草蛋白质利用效率，同时可以抑制反刍动物寄生虫病的发生[20-21]。但是，高剂量的单宁会通过降低牧草适口性和养分消化率而影响反刍动物营养代谢微环境，最终影响动物的生产性能。因此，在使用苎麻时应注意其中单宁的含量。

3.3 苎麻主要营养物质的瘤胃降解率与降解参数

DM瘤胃降解率是评定饲料营养价值的重要指标，是影响干物质采食量的一个主要因素，受饲料原料纤维素含量和木质化程度的影响，能够反映饲料被消化的难易程度[22]。饲料OM瘤胃降解率取决于植物本身的结构和组成，其细胞内容主要是可溶性碳水化合物和蛋白质，这些几乎可以完全消化，但是，细胞壁的消化率取决于植物木质化的程度，随植物的成熟，消化率逐渐降低[13]。本试验结果表明，苎麻的DM、OM在瘤胃中降解率随着时间的延长逐渐增大，最终趋于稳定。苎麻的DM、OM有效降解率和潜在降解率也均比较高，分别达到了47.00%，78.87%和44.29%，72.96%，这与Mehrez等[23]的研究结果一致。

影响瘤胃CP降解率的因素有很多，如瘤胃微生物对饲料接触的有效面积，有关物质对蛋白的保护作用，蛋白质的物理、化学特性等[24-25]。本试验结果表明，CP的降解率在0～12 h变化不大，直到24～36 h才提高很快，36 h后趋于平稳，可能是因为苎麻中单宁含量较高，单宁对苎麻蛋白质有一定的保护作用，待单宁降解失去对蛋白的保护作用后降解率才得以较快速度的提高，直到72 h时降解率达到了62.16%，而CP的潜在降解率和有效降解率分别达到了66.36%和35.35%，但是均低于苜蓿[26]。

NDF瘤胃降解率可反映反刍动物对饲料纤维成分的消化程度，本试验NDF 24 h降解率达到了45.85%，72 h降解率达到了67.78%，有效降解率达到了57.68%，潜在降解率达到了79.02%，均高于不同生育期与品种的紫花苜蓿[27]。这可能是因为随着牧草的成熟，细胞壁加厚，一些细胞发生木质化，其组成成分发生显著变化，这些变化导致了细胞壁难以消化，最终导致牧草消化率降低，而苎麻生长速度较快，每年可以收割7个茬次，收割时均为嫩茎叶，细胞壁的木质化程度较低，因此，NDF的消化率较高。本试验只针对营养品质最好的第1茬苎麻进行了瘤胃降解率和降解参数研究，其他茬次苎麻的瘤胃降解率和降解参数仍需进一步研究。

4 结论

苎麻的营养价值较高，主要体现在粗蛋白含量高且品质较好，赖氨酸含量较高。主要营养成分的瘤胃降解率均较高，可以作为反刍动物优良的粗饲料资源加以开发利用。但是使用过程中应该注意其氨基酸不平衡、钙磷含量不平衡以及单宁等抗营养因子含量较高等问题。

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Nutritional value of ramie and its ruminal degradability

WEI Jin-Tao1,2, YANG Xue-Hai2, YAN Nian-Dong2, XIONG Chang-Cai3, WANG Hong-Wu3, CHEN Fang2, ZHANG Nai-Feng1, DIAO Qi-Yu1*

1.KeyLaboratoryofFeedBiotechnologyofAgriculture,FeedResearchInstitute,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081，China; 2.InstituteofAnimalHusbandryandVeterinaryScience,HubeiAcademyofAgriculturalScience,Wuhan430064，China; 3.XianningAcademyofAgriculturalSciences,Xianning437100，China

The aim of this study was to investigate the nutrient components and ruminal degradability characteristics of ramie. Common nutrition components, amino acids composition, and anti-nutrient (e.g., tannin) contents were determined for seven ramie samples containing different proportions of stubble, and the ruminal degradability was estimated using three male Boer goats fitted with permanent rumen fistula. The average crude protein (CP) content of the seven stubble samples was 19.57%. The CP content decreased with increasing proportions of stubble, but the CP content in sample 7, which had the highest proportion of stubble, was slightly higher than that in sample 6, which had a slightly lower proportion of stubble. The average total amino acids content was 16.40%, accounting for 83.80% of CP. The average Lys and Thr contents were 0.84% and 0.82%, respectively. The average content of tannin, the main anti-nutrient in ramie, was 0.67%. The ruminal degradability of ramie dry matter, CP, organic matter, neutral detergent fiber, and acid detergent fiber increased with longer digestion time; the effective degradability of these nutrients was 47.00%, 35.53%, 44.29%, 57.68% and 38.59%, respectively. In conclusion, ramie has a high protein content, high-quality CP, and high rumianl degradability of some nutrients. Therefore, it is a good forage for ruminants.

ramie; nutrient; anti-nutrient; ruminal degradability

10.11686/cyxb2016223

http://cyxb.lzu.edu.cn

2016-05-27；改回日期：2016-07-06

公益性行业科研专项(201303143)，湖北省农业科技创新中心项目(2016-620-000-001-028)和湖北省农业科学院竞争性项目(2014fcxjh10)资助。

魏金涛(1981-)，男，河南灵宝人，副研究员，硕士。E-mail: jintao001@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail：diaoqiyu@caas.cn

魏金涛, 杨雪海, 严念东, 熊常财, 汪红武, 陈芳, 张乃锋, 刁其玉. 苎麻营养成分分析及瘤胃降解特性研究. 草业学报, 2017, 26(5): 197-204.

WEI Jin-Tao, YANG Xue-Hai, YAN Nian-Dong, XIONG Chang-Cai, WANG Hong-Wu, CHEN Fang, ZHANG Nai-Feng, DIAO Qi-Yu. Nutritional value of ramie and its ruminal degradability. Acta Prataculturae Sinica, 2017, 26(5): 197-204.