不同生育期芦竹的营养价值及体外产气特征

欧阳富龙 陈 福 彭媛媛 蔡懿鑫 肖 亮 易自力 贺建华*

(1湖南农业大学动物科技学院，长沙410128；2湖南农业大学农学院，长沙410128)

不同生育期芦竹的营养价值及体外产气特征

欧阳富龙1陈 福1彭媛媛1蔡懿鑫1肖 亮2易自力2贺建华1*

(1湖南农业大学动物科技学院，长沙410128；2湖南农业大学农学院，长沙410128)

本试验旨在探究不同生育期芦竹的营养价值及体外产气特征。采用常规分析法测定生育期分别为75、90、105、120、135 d的整株芦竹、芦竹茎、芦竹叶的营养成分含量；用体外产气法测定芦竹体外发酵72 h的发酵液pH、干物质消失率(DMD)、中性洗涤纤维消失率(NDFD)和酸性洗涤纤维消失率(ADFD)以及产气量(GP)和产气动态参数。结果表明：1)随着生育期的推移，整株芦竹的粗蛋白质含量逐渐降低，中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)及酸性洗涤木质素(ADL)含量呈升-降-升的波浪状变动，但总体呈上升趋势；茎、叶中的营养成分含量波动较大。2)随生育期的推移，DMD、NDFD和ADFD逐渐降低，75 d与90 d差异不显著(P>0.05)，这2者显著或极显著高于105、120 d(P<0.05或P<0.01)。3)随着生育期的推移，最大GP呈现递减趋势，其中75 d与90 d无显著差异(P>0.05)，二者均显著或极显著低于其他生育期(P<0.05或P<0.01)，其中105、120和135 d的最大GP分别比90 d低了40.22%、50.98%和51.53%；产气速度呈现相似的变化趋势。综合得出，芦竹做为牧草的最佳生育期为90 d。

芦竹；不同生育期；营养价值；体外产气法

近年来，伴随着经济的不断发展，畜牧业在国民经济中的地位也变得越来越重要，加上我国畜牧养殖基数巨大，据统计我国每年需干草总量约1 000万t，但生产能力只有200万t，因此我国每年需要从国际市场进口的干草至少达500万t，其中仅从日本、韩国每年进口量就达20万t以上[1]。由此可见，我国牧草开发工作迫在眉睫。当前，在我国高蛋白质含量草产品饲料高度紧缺的情况下，发掘和利用高产量、高蛋白质含量的禾本科牧草将是及时而且有效的措施[2]。

芦竹(Arundodonax)，属芦竹属，高大禾本科的多年生植物。茎干直立，叶片大而扁平，植株可高达2～6 m，在我国分布广泛，尤其以南方江浙一带居多。芦竹繁殖性能强且生长快，2月龄株高可达1.8 m，叶片长可达20 cm，宽可达10 cm，单株鲜重可达490 g。成熟后单位面积产量可达每年每公顷40 t，在灌溉和施肥的情况下可达到60～80 t，甚至更高。我国自古就有利用芦竹嫩叶做牧草喂养动物的习惯，然而禾本科植物随着生长木质素含量会越来越高，而芦竹在抽穗期后纤维素含量迅速上升到30%，木质素含量为13%～20%[3]。而木质素含量增高则势必影响饲粮的适口性和营养物质的吸收[4]。因芦竹抗逆性好、产量高、燃烧热值大，且生长后期纤维含量极高，发酵产沼气量大，当前主要作为能源植物开发。当前有极少关于生育前期芦竹木质素及其他营养成分含量变化规律的研究，且没有任何关于其瘤胃发酵性能的研究报道。这导致了芦竹在种植过程中会出现刈割时间不明确，作为饲料的投料量无从估计等问题。因此，有必要对生育前期芦竹的营养成分含量变化规律进行研究，为其牧草资源化开发提供依据。若能将此高产能源草开发成牧草，则能在一定程度上缓解我国特别是南方地区牧草不足的现象。

1 材料与方法

1.1草样采集与处理

在湖南农业大学芒属植物资源圃中，选用正常供水供肥的第5年生芦竹。于拔节期结束后至抽穗期前，每隔15 d生育期采集1次样品，即2016年5月下旬(生育期75 d)、6月上旬(生育期90 d)、6月下旬(生育期105 d)、7月上旬(生育期120 d)、7月下旬(生育期135 d)共5个时间点的样品，采样留茬高度2 cm，采集后去掉接近地面少量枯黄的叶片，随后茎、叶分离，分别称重后迅速放入(120±1) ℃干燥箱杀青20 min，随后65 ℃烘干，粉碎过40目筛，室温保存，四分法取样待测。

1.2体外产气试验

试验在中国科学院亚热带研究所进行，采用健康、体重相近装有永久瘘管的3头浏阳黑山羊做瘤胃液供体，饲养水平为1.5倍维持需要。采样前1天下午将瘤胃液供体羊喂料量减至1/2，并供给充足饮水。于第2天清晨，由瘘管采集3头空腹羊的瘤胃液并混合，用保温瓶装好迅速返回实验室并利用4层纱布过滤，取过滤液，待用。

参照Menke等[5]的方法配制人工唾液，将19.920 g NaHCO3、2.280 g NH4HCO3、8.168 g Na2HPO4·12H2O、3.516 g KH2PO4、0.340 g MgSO4·7H2O、19.920 g NaHCO3、0.792 mL刃天青、0.288 mL微量元素溶液放入装有2.4 L蒸馏水的玻璃瓶中，在39.5 ℃下用磁力搅拌器搅拌，并持续通入CO2。在搅拌2 h后加入5 mL还原剂。然后加入过滤后的瘤胃液600 mL。搅拌几分钟后，用取液器精准取30 mL放入加了200 mg样品的100 mL的注射器中。然后用凡士林密封注射器针头端。每个样品3个重复，每个重复1只注射器。并设3个只未装样品仅发酵液的注射器为空白对照，以减少试验误差。最后将注射器放入(39.2±0.1) ℃的恒温振荡水浴器中培养。

1.3测定指标及计算方法

1.3.1 常规营养成分含量

按贺建华[6]主编的《饲料原料分析与检测》分析常规营养成分含量，干物质(dry matter,DM)含量测定采用直接烘干法；粗蛋白质(CP)含量测定采用凯氏定氮法；粗灰分(Ash)含量测定采用马福炉灼烧法；中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)含量测定采用Van Soest纤维分析法。

中性洗涤溶解物(NDS)=1-ADF。

1.3.2 体外发酵指标

分别测量体外发酵3、6、9、12、18、24、36、48、56、72 h共10个点的产气量(GP)。待发酵72 h后，立即将注射器转移到冰水中停止发酵。随后测定发酵液的pH，采用雷氏pH计测定；用纱布抽滤发酵液，并用蒸馏水冲洗注射器收集发酵残渣，以测干物质消失率(DMD)。根据以下公式计算酸性洗涤纤维消失率(ADFD)和中性洗涤纤维消失率(NDFD)：

某物质的消失率(%)=100-100×某物质体外发酵后含量×DMD/某物质发酵前的含量。

1.3.3 体外产气指标

采用以下公式计算GP：

某时段的GP(mL)=某时段的样品注射器内气体体积-某时段对应空白管内气体体积；

采用以下模型计算产气动态参数：

y=B[1-e-c(t-lag)]。

式中：y为t时间点200 mg发酵底物的GP(mL)；B为200 mg发酵底物的最大GP(mL)；c为样品产气速度(h-1)；lag为产气延滞期(h)。

1.4数据统计分析

试验数据采用SPSS 13.0软件进行统计分析，采用单因素方差分析，用Duncan氏法进行多重比较。试验数据用平均值±标准差表示，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1不同生育期芦竹营养成分含量

从表1可以看出，随着生育期的推移，整株芦竹的CP含量波动较大(P<0.05)，其中以75 d含量较高，120 d最低。CP含量突减期为90～105 d，含量由8.92%突减到4.38%，降低了50.90%，随后在135 d有所提升，但幅度不大。不同生育期整株芦竹的EE含量没有显著差异(P>0.05)。总体来看，整株芦竹NDF、ADF、ADL含量都随着生育期的推移而上升，但在生育120 d会有一个下降的过程，随后135 d时迅速升高。其中ADL含量在生育135 d迅速升高到8.29%，升高了50.73%，这必将会影响其适口性。

表1 不同生育期整株芦竹营养成分含量(风干基础)

同行数据肩标相同字母表示差异不显著(P>0.05)，相邻字母表示差异显著(P<0.05)，相间字母表示差异极显著(P<0.01)。表2～表4同。

In the same row, values with the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), and with adjacent letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with alternate letter superscripts mean extremely significant difference (P<0.01). The same as Table 2 to Table 4.

从表2可以看出，芦竹叶是一种比较优质的高蛋白质含量牧草资源，其90 d前的CP含量在13.05%以上，含量最低时也有6.73%，且其在135 d后CP含量又回升到12.71%，75、90、135d之间差异不显著(P>0.05)，其他生育期均差异显著(P<0.05)。不同生育期芦竹叶NDF、ADF、ADL含量虽然波动大，但含量并不高。

表2 不同生育期芦竹叶营养成分含量(风干基础)

从表3中可以看出，芦竹茎的CP含量比较低，最高只有2.37%，而NDF、ADF、ADL及NDS的含量都相对较高。

结合表1、表2、表3可以看出，随生育期推移，芦竹CP、EE含量降低，ADL、NDF、ADF含量升高。这主要是因为其茎部CP的含量不高，且随着生育期的推移而迅速木质化有关。

2.2不同生育期芦竹的体外发酵指标

从表4可以看出，pH随着生育期的推移呈现上升态势，105 d显著高于75、90 d(P<0.05)，120、135 d显著高于其他生育期(P<0.05)。DMD以75 d最高达到71.12%，而在105 d时下降到64.44%；而120 d相比105 d，DMD下降得稍微平缓，变化不显著(P>0.05)；而135 d相比120 d，DMD显著上升(P<0.05)。ADFD和NDFD都会随生育期的推移而降低。

表3 不同生育期芦竹茎营养成分含量(风干基础)

表4 不同生育期芦竹体外发酵指标(发酵底物200 mg)

2.3不同生育期芦竹的体外产气指标

从图1可以看出，不同生育期的芦竹其体外GP也存在不同。从GP波动性来看，芦竹体外发酵18 h内GP增加较快，即产气速度快，在后期趋于平稳状态。且生育期为105 d的芦竹GP在48 h之后趋于稳定，而生育期为75和90 d的芦竹GP在24～72 h仍变化较大，在48 h后仍有一个增长期，在56 h之后趋于稳定。

图1 不同生育期芦竹体外发酵动态产气量(干物质基础)

从表5可以看出，不同生育期芦竹的最大GP差别较大，随着生育期的推移，最大GP呈现递减形式，其中75 d与90 d无显著差异(P>0.05)，二者均显著低于105 d(P<0.05)，极显著低于120、135 d(P<0.01)。产气速度呈现相似的变化趋势。

3 讨 论

3.1不同生育期芦竹营养成分含量

牧草的品种、生育期及生长环境和自身的遗传因素都会影响其营养成分含量的变化。裴彩霞等[7]研究发现，牧草随着生育期的推进，CP、Ash的含量会逐渐下降，而NDF与ADF含量逐渐上升。张桂杰等[8]应用体外产气法对紫花苜蓿、草木樨以及野豌豆的不同生育期的营养价值进行评定，结果表明，3种植物的CP含量会随着生育期延长而下降，且差异极显著，ADF、NDF的含量有增长趋势。黄煌兴[9]也得到了相同的结果。以上结果均表明，随着生育期的推移，植物的CP含量会逐渐下降，而ADF、NDF含量会逐渐上升。

表5 不同生育期芦竹体外发酵指标(发酵底物200 mg)

本次试验所采的样品均来自同一种植地，因此样品各营养成分含量的变化主要是生育期造成的。本试验中，随着生育期不断推移，整株芦竹CP含量迅速下降，这与前面几位研究结果一致。这是因为禾本科植物在营养生长阶段，新叶面积增长、光合作用加强，蛋白质沉淀较快，而在生育后期蛋白质沉淀变慢，其他物质沉淀速度增加，使CP含量相对降低[10]。而ADF、NDF以及ADL含量在生育120 d存在降低的现象，这可能因为芦竹属于碳4植物，7月初的光照强度突然增大，刺激其短时间茎、叶生长。但整体看来，ADF、NDF以及ADL含量都在不断升高，这是由于禾本科植物会随着生育期推移不断木质化。张桂杰等[8]在对6种禾本科植物不同生育期营养价值变化的研究中也得到了相同结果。茎、叶中的营养成分含量变化波动大，特别是茎和叶中的Ash，随生育期延长，总体呈降低趋势。可能是因为灰分中主要含有矿物质元素，而植物中的矿物质元素是可以整体调动的，一般由老叶流向新叶，由旧组织流向新组织。这与杨信等[11]的研究结果是一致的。也就是说，芦竹能带走土壤肥力，而从本试验结果来看，芦竹的Ash含量较大。但本试验未测定灰分中微量元素的含量，因此未能确定的主要矿物质元素含量。

CP含量是评定饲料营养价值高低的主要指标之一。CP含量越高，牧草营养价值越高。本试验测得芦竹的CP在生育70 d前较高，随后呈下降趋势。这与陈碧成等[12]的研究结果是一致的。我国常见优质牧草紫花苜蓿的CP含量为17.3%～21.2%，而芦竹CP含量能达8%～9%，其CP含量虽比紫花苜蓿少，但与青玉米的含量(7%～10%)[13]相当。芦竹叶CP含量最高达15%，可单独做优质的高蛋白质含量牧草使用。纤维物质含量高低也是牧草营养价值高低的一个重要指标。NDF可以影响适口性与采食量，NDF越高则适口性越差，采食量则下降。本试验中，生育期为90 d的整株芦竹NDF含量为65.38%，这与开花期的羊草(含量为64.79%)、野燕麦(含量65.35%)[14]相当，但在135 d，NDF含量攀升到71.19%，ADL含量也高达8.29%。由此看来，生育90 d前的芦竹营养成分含量与当前常用的牧草相当，且在此时期单株重可达400 g，具有产量优势，因此具有牧草资源开发价值。生育期在105 d以后，因NDF、ADF特别是ADL含量的升高，影响其采食量与消化率，可能不再适宜做牧草。

3.2不同生育期芦竹的体外发酵指标

DMD是评定反刍动物饲料营养价值的重要指标。研究表明，禾本科牧草随着生育期的推移，DMD会逐渐下降[15]。而NDF及ADF是反刍重要的能量来源，其可以被瘤胃微生物发酵生成挥发性脂肪酸(VFA)、甲烷以及ATP等物质[16]。因此，NDFD及ADFD是纤维物质在反刍动物体内消化程度的主要参考指标。本试验种，从生育期75 d至生育期120 d，芦竹的DMD由71.12%下降到62.13%，存在显著差异，而NDFD及ADFD也呈现相同态势。这可能是因为随着生育期的推移，芦竹的NDF、ADF以及ADL的含量升高，造成植物细胞难以破壁而被瘤胃微生物发酵。pH是评定瘤胃代谢的重要指标，其综合反映瘤胃发酵代谢产物有机酸的产生、吸收、中和的情况[17]。正常的pH一般在6～7，若瘤胃液pH常时低于5.5，则会导致反刍动物酸中毒[18]。而本试验中，不同生育期的芦竹其发酵液pH均在6.37～6.65，因此不会导致酸中毒现象。

3.3不同生育期芦竹的体外产气指标

体外产气法是通过体外产气装置模拟瘤胃发酵，并通过对发酵所产生的气体来评估牧草营养价值的一种高效的模拟方法[19]。瘤胃产的气体主要是由瘤胃微生物发酵可溶性碳水化合物及其他营养物质产生的低级脂肪酸、甲烷和氢气等组成[20]。研究表明，瘤胃发酵GP与VFA产量之间具有正相关，而与微生物量呈负相关[1]，这提示生育90 d以前的芦竹可能具有较高的瘤胃发酵VFA产量。郭春燕等[21]、李文娟等[22]利用体外产气法对精料、经济作物以及甘蔗渣的营养价值进行了评定，均取得较为客观的结果。本试验结果表明，随着生育期的推移，芦竹的体外发酵GP也随之降低，从生育期75 d到生育期135 d，其最大GP由34.64 mL下降到15.63 mL，下降了54.88%。这与随着生育期的推移，禾本科植物的CP、EE含量降低有关。本试验表明，GP与DMD呈正相关，这与Khazaal等[23]、Tuah等[24]的研究结果一致。其原因是可能是牧草中的蛋白质等营养物质发酵后具有更高的缓冲能力和产生较少气体。

产气速度和延滞期是瘤胃产气动态模型的重要参数，其能直接反映牧草在瘤胃内的动态消化情况[25]。本试验中，不同生育期的芦竹产气速度与延滞期差别较大。以生育前期产气速度大，而生育后期则相对较慢。总体来看，75和90 d的GP大约在发酵72 h趋于稳定，而90～135 d刈割的芦竹在发酵48 h后GP基本趋于稳定状态，这可能与不同生长时期芦竹的可溶部分和不可溶部分含量不一有关，这与唐一国等[26]报道的结果是一致的。

4 结 论

① 拔节期后至抽穗期前，不同生育期的芦竹茎、叶中营养成分含量差别较大，其主要原因是随着生育期的推移其茎部迅速木质化。

② 芦竹的叶CP含量高，纤维物质含量低，可作为一种优质饲料原料。

③ 综合CP含量以及GP等指标考虑，芦竹做牧草应该在生育90 d前刈割最为合适。

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*Corresponding author， professor， E-mail： 895732301@qq.com

(责任编辑 王智航)

Nutrition Values and in Vitro Gas Production Characteristics of Arundo donax in Different Growth Periods

OUYANG Fulong1CHEN Fu1PENG Yuanyuan1CAI Yixin1XIAO Liang2YI Zili2HE Jianhua1*

(1. College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University， Changsha 410128, China; 2. College of Agronomy, Hunan Agricultural University， Changsha 410128, China)

This study was conducted to explore nutrition values andinvitrogas production characteristics ofArundodonaxin different growth periods. Whole plant, leave and stem ofArundodonaxin different growth periods (75, 90, 105, 120 and 135 d) were determine for nutrient contents by conventional analysis methods; fermentation fluid pH, dry matter disappearance rate (DMD), neutral detergent fiber disappearance rate (NDFD) and acid detergent fiber disappearance rate (ADFD), as well as gas production (GP) and GP dynamic parameters ofArundodonaxwere determined after fermented for 72 h by aninvitroGP method. The results showed as follows: 1) with the extension of growth period, in whole plant ofArundodonax, crude protein content was gradually decreased, and neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and acid detergent lignin (ADL) contents showed up-down-up of wave shape changes, but overall is on rise; nutrient contents in leave and stem were in great change. 2) With the extension of growth period, DMD, NDFD and ADFD were decreased, there were no significant differences between 75 and 90 d (P>0.05), and the two periods were significantly higher than 105 and 120 d (P<0.05 orP<0.01). 3) With the extension of growth period, maximum GP showed decreasing tendency, there was no significant difference between 75 and 90 d (P>0.05), and the two periods were significantly lower than the other periods (P<0.05 orP<0.01), and 105, 120 and 135 d were 40.22%, 50.98% and 51.53% lower than 90 d, respectively; GP rate showed similar tendency. In conclusion,Arundodonaxusing as a forage grass should be cut before 90 d.[ChineseJournalofAnimalNutrition,2017,29(9)：3385-3391]

Arundodonax； different growth periods; nutrition value;invitrogas production

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.09.044

2017-03-05

欧阳富龙(1990-)，男，湖南衡阳人，硕士研究生，研究方向动物营养与饲料科学。E-mail: yang117371@163.com

*通信作者：贺建华，教授，博士生导师，E-mail： 895732301@qq.com

S816

：A

：1006-267X(2017)09-3385-07