玉米纤维饲料、青贮玉米和苜蓿干草间组合效应研究

郝小燕，高红，王馨影，张广宁，孙凯晶，刘岩，张永根*

玉米纤维饲料、青贮玉米和苜蓿干草间组合效应研究

郝小燕1,2，高红1，王馨影1，张广宁1，孙凯晶1，刘岩1，张永根1*

（1.东北农业大学动物科学技术学院，哈尔滨150030；2.山西农业大学动物科技学院，山西太谷030801）

试验旨在研究玉米纤维饲料（DCGF）、青贮玉米、苜蓿干草间组合效应，将DCGF与青贮玉米以0：100、15：85、25：75、35：65、45：55、100：0比例组合，利用体外瘤胃发酵技术，分析不同组合对体外发酵指标、单项组合和综合组合效应值影响，选择DCGF与青贮玉米理想组合比例（X）；再与苜蓿干草以0：100、20：80、40：60、60：40、80：20和100：0组合发酵，筛选3种饲料间适宜组合比例。结果表明，DCGF与青贮玉米各组合在产气参数上差异显著（P＜0.05），随着DCGF比例增加，菌体蛋白、总挥发性脂肪酸产量逐渐提高；多项组合效应指标评定结果表明DCGF与青贮玉米以35：65组合时正组合效应值最大。DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以80：20比例组合时产气量最大，以60：40比例组合时氨态氮组合效应值最大，以80：20组合时总挥发性脂肪酸组合效应值最大。综合组合效应指数，表明DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以60：40比例组合时效应值最大。由此可见，DCGF与青贮玉米以35：65比例组合较为适宜，DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以60：40比例组合效果较好。

玉米纤维饲料；组合效应；产气量；菌体蛋白

粗饲料是反刍动物重要营养来源，品质直接影响其健康和生产性能。优质粗饲料资源缺乏是影响我国奶牛养殖业持续发展主要问题之一。因此，开发和利用优质粮食加工副产物资源对奶牛养殖具有重要意义。德国学者在19世纪末首次发现饲料间存在组合效应，并得到广泛认同[1-2]。卢德勋指出饲料间互作时某些养分利用率或采食量高于各饲料加权值时即说明饲料间产生正组合效应，利于提高饲料采食量和利用效率[3]。郭冬生研究表明，由于动物消化生理和日粮结构差异，反刍动物较单胃动物更易受饲料间组合效应影响，且在低质饲料间组合效应更加明显[4]。

玉米纤维饲料（Dry corn gluten feed，DCGF）是一种富含可消化纤维和蛋白的优质粮食加工副产物，开发利用前景良好。DCGF是湿磨法生产玉米淀粉过程中由玉米皮和玉米浸泡水浓缩形成的玉米浆以约2：1比例混合、烘干而成的麸质饲料。DCGF中中性洗涤纤维（NDF）含量约45%～52%，粗蛋白（CP）含量约17%～21%[5]。反刍动物日粮中添加一定比例DCGF有利于稳定瘤胃内环境，有效避免瘤胃酸中毒发生[6]。目前玉米纤维饲料（湿态）在国外奶牛业应用较多，但国内应用相对较少（干、湿态）。本试验采用体外产气法研究DCGF与玉米青贮、苜蓿2种常用粗饲料间组合效应，综合评定3种饲料的适宜组合比例，为DCGF在奶牛日粮中合理应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

DCGF采自嘉吉生化有限公司（吉林），青贮玉米（corn silage，CS）和苜蓿干草（alfalfa hay，AH）均采自齐齐哈尔飞鹤原生态牧场，样品经65℃烘干48 h制成风干样，粉碎过40目筛后保存备用。经测定3种饲料原料营养成分见表1。

表13 种饲料营养成分（干物质基础）Table 1 Nutrient components of three kinds of feeds(DM basis)(%)

1.2 试验设计

DCGF与玉米青贮以0：100、15：85、25：75、35：65、45：55、100：0比例组合，通过测定发酵参数并计算组合效应值，选择理想组合比例（X）后再与苜蓿干草以0：100、20：80、40：60、60：40、80：20和100：0组合发酵。每组合3个重复。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 人工瘤胃液制备及发酵指标测定

瘤胃液取自3头装有永久性瘤胃瘘管的健康荷斯坦奶牛，于晨饲后2 h采集瘤胃不同位点瘤胃液，装入预热并充满CO2保温瓶中，立即密封带回实验室。将瘤胃液快速经4层纱布过滤后并与缓冲液以1：2（体积比）混合，持续通入CO2，保持温度为39℃。缓冲液参照Menke[7]方法配制。预先准确称取组合饲料样品200 mg，装入4.0 cm×1.5 cm尼龙袋中，置于发酵管（100 mL注射器）底部。每个发酵管中抽取均匀、用CO2气体饱和处理的人工瘤胃液30 mL，夹紧下端橡胶管置于39℃恒温水浴摇床中培养，同时准备空白发酵管及空白尼龙袋用于数据校正。

分别在2、4、6、8、12、16、24、36、48 h记录产气量（Gas production，GP），发酵结束后迅速在冷水浴中冷却，终止发酵。发酵液经3 500 r·min-1离心15 min后取上清液待测挥发性脂肪酸（Volatile fatty acids，VFA）、氨态氮（Ammonia nitrogen，NH3-N）和菌体蛋白（Microbial crude protein，MCP）浓度。尼龙袋及残渣用自来水漂洗直至水清澈无色，置于65℃烘箱中连续烘干48 h后，充分回潮、称重。

1.3.1.1 产气参数测定

采用Schofield[8]等的产气模型拟合不同饲料组合的产气动力学特征，模型如下：

Y=B[1-e-c(t-lag)]。

式中，Y表示t时间累计产气量（mL）；B表示理论最大产气量（mL）；c表示产气速率（mL·h-1）；lag表示延滞时间（h）；t表示发酵时间（h）。

1.3.1.2 发酵指标测定

采用AOAC（1997）[9]方法测定底物及发酵残渣干物质（DM）与CP含量，参照VanSoest[10]方法测定NDF和酸性洗涤纤维（ADF）含量，差减法计算发酵底物DM体外消失率（IVDDM）[11]。上清液经10 000×g 4℃离心15 min后，靛酚比色法测定上清液中NH3-N浓度[12]，布同良[13]方法测定MCP浓度，气相色谱法测定VFA浓度[14]。VFA浓度测定色谱条件为：载气N2，分流比40：1，进样量0.4 μL，温度220℃；色谱柱参数为HP-INNOWax毛细管色谱柱恒流模式，流量2.0 mL·min-1，平均线速度38 cm·s-1；柱温箱升温程序为120℃（3 min）-10℃/min-180℃（1 min）；检测器参数为氢气（H2）流量40 mL·min-1，空气流量450 mL·min-1，柱流量+尾吹气流量45 mL·min-1，火焰离子检测器（FID）温度250℃。每个样品指标测定3个重复。

1.3.2 组合效应计算

单项组合效应指数（single-factor associative effects index，SFAEI）和综合组合效应指数（multiple-factors associative effects index，MFAEI）参照袁翠林[15]方法。其中：

SFAEI=（组合后实测值-加权估测值）/加权估测值

加权估测值=单一饲料实测值×所占比例+另一饲料实测值×所占比例

MFAEI等于各单项组合效应值之和。

1.4 数据处理及分析

试验数据采用Excel 2010初步整理，再用SAS 9.2软件中混合模型多重比较。

2 结果与分析

2.1 DCGF与玉米青贮不同比例组合对体外产气特性、干物质消失率及发酵特性影响

由表2可知，DCGF与青贮玉米不同比例组合后，发酵产气量和产气参数存在差异。2种饲料组合后产气量均高于单一原料发酵产气量，DCGF与青贮玉米以35：65比例组合时产气速度最快，产气延滞时间最短，延滞时间与产气量趋势相反。DCGF比例占35%时48 h产气量显著高于其他组合（P＜0.05），且DCGF与玉米青贮组合后各组均显著高于玉米青贮单一原料组产气量。2种饲料组合后IVDDM显著提高，其中DCGF比例为35%、45%和100%时IVDDM显著高于0%、15%和25%组合。总体上，组合饲料各产气参数及IVDDM均优于单一饲料。48 h体外培养产气量动态变化见图1。发酵12 h前，各组合产气速度均较慢，12 h后产气量迅速升高。DCGF比例为35%时，组合产气量处于最高水平，而玉米青贮100%时产气量最低。

DCGF和青贮玉米不同比例组合后体外发酵48 h瘤胃发酵指标存在显著差异（P＜0.05）。各组发酵液中NH3-N浓度随着DCGF比例增加而增加，青贮玉米比例100%时NH3-N浓度最低。MCP浓度随DCGF比例增加而提高，当DCGF占35%时达到最大值，与DCGF占25%和45%组合差异不显著（P＞0.05）。

各组合中DCGF比例越高，TVFA浓度越高，且发酵底物均为DCGF时VFA各组分均高于其他组合，玉米青贮比例为100%时VFA浓度最低。DCGF比例增加显著降低乙酸/丙酸（P＜0.05）。

2.2 DCGF与青贮玉米不同比例组合效应值

由表3可知，DCGF与青贮玉米各组合效应与以产气量、NH3-N、MCP和TVFA浓度计算SFAEI趋势不同。SFAEI评定时，DCGF/青贮玉米比例为35：65时产气量和IVDDM组合效应值最高，而组合比例为15：85时IVDDM组合效应值为负数。组合比例为45：55时MCP和TVFA效应值最高，所有组合均产生MCP正效应值和TVFA正效应值。以MFAEI对产气量、NH3-N、MCP和VFA综合评定时，各组合均产生正组合效应，MFAEI值排序为DCGF/青贮玉米35：45＞45：55＞25：75＞15：85。

表2 DCGF与青贮玉米不同比例组合对体外瘤胃发酵产气特性、干物质消失率、NH3-N、MCP和VFA影响Table 2 Effects of different combination proportion of DCGF and corn silage on gas parameters,dry matter degradability,NH3-N,MCP and VFA of fermented rumen fluid

图1 DCGF与玉米青贮不同比例组合48 h体外产气量动态变化Fig.1 Dynamic change of gas production of different combination proportion of DCGF and corn silage in 48 h

表3 DCGF与青贮玉米不同比例组合效应综合评定指数结果Table 3 Multiple-factors associative effects index of different combination proportion of DCGF and corn silage

2.3 DCGF/青贮玉米与苜蓿干草不同比例组合对体外产气特性、干物质消失率及发酵特性影响

由表4可知，将DCGF和玉米青贮以35：65组合后再与苜蓿干草以不同比例组合，发酵产气量和产气参数存在差异。与单一苜蓿干草相比，3种饲料组合后发酵48 h产气量增加，随DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加，产气量增加（P＜0.05），产气速度加快，产气延滞期缩短。DCGF/青贮玉米（35： 65）与苜蓿干草以80：20组合产气量显著大于单一苜蓿干草、20：80及40：60组合（P＜0.05）。DCGF/玉米青贮（35：65）与苜蓿干草以0：100、20：80、40：60组合产气速度显著低于80：20和100：0组合（P＜0.05）。

由图2可知，3种饲料组合在发酵12 h后产气量均高于单一苜蓿干草产气量，低于DCGF/玉米青贮（35：65）产气量。

表4 DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草不同比例组合对体外瘤胃发酵产气特性、干物质消失率、NH3-N、MCP和VFA影响Table 4 Effects of different combination proportion of DCGF/corn silage(35：65)and alfalfa hay on gas parameters,dry matter degradability,NH3-N,MCP and VFA of fermented rumen fluid

图2 DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草不同比例组合48 h体外产气量的动态变化Fig.2 Dynamic change of gas production of different combination proportion of DCGF/ corn silage(35：65)and alfalfa hay in 48 h

由表4可知，3种饲料以不同比例组合对48 h发酵参数影响显著。3种饲料组合后48 h体外干物质消失率随着DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加而增加，单一苜蓿干草和DCGF/青贮玉米与苜蓿干草以20：80组合体外干物质消失率显著低于60：40、80：20、100：0组合（P＜0.05），60：40、80：20和100：0组合IVDDM差异不显著（P＞0.05）；各组间MCP产量差异均不显著（P＜0.05）；NH3-N浓度随DCGF/青贮玉米比例增加而增加，除单一苜蓿干草及60：40组合外，各组间差异不显著（P＞0.05）。总挥发性脂肪酸浓度为单一苜蓿组最低，与DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以20：80、40：60、60：40组合间差异不显著（P＞0.05），与80：20和100：0组合差异显著（P＜0.05）。各组间乙酸浓度差异不显著（P＞0.05），丙酸浓度随DCGF/青贮玉米比例增加而增加，DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以80：20组合丙酸浓度与100：0差异不显著（P＞0.05），但显著高于其他组合（P＜0.05）；随着DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加，乙酸/丙酸逐渐减小。

2.4 DCGF/青贮玉米与苜蓿干草不同比例组合效应值

由表5可知，以SFAEI评定组合效应时，DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以20：80比例组合时产气量效应值最高；干物质消失率组合效应中，DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以80：20组合时效应值最高，20：80组合时效应值最低；NH3-N组合效应中，各组均表现正组合效应，但DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以60：40组合时效应值最大。在DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以80：20组合时产生MCP正组合效应，其他比例均产生MCP效应负值。随着DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加，TVFA效应值随之增加。以MFAEI对产气量、IVDDM、NH3-N、MCP及TVFA综合评定，除DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以20：80组合时产生负组合效应，其他均产生正组合效应；其中DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草以60：40组合时效应值最大。

表5 DCGF/青贮玉米（35：65）与苜蓿干草不同比例组合效应综合评定指数结果Table 5 esults of multiple-factors associative effects index of different combination proportion of DCGF/corn silage(35：65)and alfalfa hay

3 讨论

体外发酵产气量是衡量饲料可消化性的重要指标，反映饲料可发酵程度及饲料蛋白质营养价值，产气量与饲料消化率呈正相关[16]。饲料发酵时主要产气来源是碳水化合物和粗蛋白质，饲料可发酵性和瘤胃微生物活性越高，发酵产气量越大[17]。本试验DCGF与玉米青贮和DCGF/玉米青贮与苜蓿干草组合后产气量及产气速度增加，随DCGF或DCGF/玉米青贮比例增加而增加，产气延滞期降低，原因是DCGF粗蛋白含量和可发酵碳水化合物含量较高，为微生物发酵提供充足碳源和氮源。DCGF含有大量NDF，但ADF含量较低，纤维可降解程度较高[18]。此外，非纤维性碳水化合物含量较高，淀粉、果胶等化合物在瘤胃微生物作用下快速降解，提高产气量，缩短产气延滞时间。Zhao等研究发现体外发酵产气量与饲料可发酵有机物含量相关性较高[19]。与DCGF相比，苜蓿干草含可发酵有机物相对较少，随苜蓿干草比例增加，产气量呈下降趋势。有关DCGF产气特性及与其他粗饲料间组合效应尚未见报道，缺乏试验对比。3种饲料组合后发酵产气量显著高于单一饲料产气量，说明组合后有效提高饲料消化率。本试验体外干物质消化率随DCGF或DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加而逐渐提高，表现出正组合效应，证明组合后饲料消化率提高。布同良等研究报道，粗饲料间组合效应，可通过营养素间互补，有效平衡单一粗饲料能氮不平衡缺陷，为瘤胃微生物生长创造有利条件，提高纤维素降解率和组合粗饲料整体发酵水平[13,20]。

NH3-N是瘤胃微生物分解饲料含氮营养物质主要产物，也是微生物合成MCP主要原料之一。瘤胃液中NH3-N浓度反映饲料蛋白质在瘤胃中的降解程度及瘤胃微生物氨利用状况。瘤胃中NH3-N浓度影响MCP合成，适宜NH3-N浓度有利于MCP合成，NH3-N不足可降低MCP合成效率，NH3-N浓度过高说明氨在瘤胃内释放速度大于利用速度，利用效率降低[21]。正常瘤胃内NH3-N浓度在1～76 mg·dL-1范围内波动[22]。本试验NH3-N浓度在18.92～19.77 mg·dL-1范围内。NH3-N浓度随青贮玉米比例增加而提高，可能是两种饲料组合后微生物活性提高，蛋白质降解率提高。在DCGF与青贮玉米最佳组合基础上添加苜蓿干草发酵后，NH3-N浓度提高，表现正组合效应，可能是含氮底物及微生物活性增加双重因素造成。

VFA是反刍动物能量利用主要形式，主要包括乙酸、丙酸、丁酸，及少量异丁酸、异戊酸、戊酸等[23]。瘤胃微生物将饲料中纤维素、半纤维素、淀粉、可溶性碳水化合物等首先转化为丙酮酸，丙酮酸在三羧酸循环过程中经不同代谢途径转化为乙酸、丙酸和丁酸等物质。乙酸是合成反刍动物体脂和乳脂重要原料，丙酸是反刍动物体内葡萄糖重要前体物质。反刍动物瘤胃壁吸收丙酸后在肝脏内异生为葡萄糖，丙酸是奶牛合成乳糖重要前体物质。丁酸是合成体脂和乳脂前体物，参与体内能量代谢[24]。DCGF与青贮玉米组合后发酵TVFA产量高于玉米青贮单一发酵时产量，可能是组合后DCGF提供大量可发酵纤维，底物碳水化合物可发酵性提高；由其他发酵指标看见，DCGF和玉米青贮组合后微生物活性提高，产生更多VFA。当三种饲料原料组合后，随着DCGF/青贮玉米（35：65）比例增加，可发酵纤维含量增加为微生物发酵提供充足底物，TVFA产量提高。本试验3种饲料组合后乙酸、丙酸和丁酸产量有不同程度变化，与不同饲料原料组合后发酵影响瘤胃微生物纤维素降解酶活性有关。另一方面，瘤胃内主要纤维分解菌如溶纤维丁酸弧菌、产琥珀酸丝状杆菌、白色瘤胃球菌等数量受粗饲料类型影响，改变饲料纤维素降解和VFA组成[25]。Silva等报道反刍动物仅饲喂秸秆类粗饲料因易消化养分缺乏限制微生物生长和增值[26]；秸秆与易消化纤维性饲料饲喂时，纤维分解菌优先附着在消化率高的优质粗饲料上，微生物快速增殖，提高秸秆消化率、TVFA产量。

MCP是反刍动物重要蛋白来源，与瘤胃非降解饲料蛋白一同在小肠内被酶解吸收供反刍动物利用。MCP浓度反映发酵体系中微生物数量及能氮平衡性[27]。能量和蛋白质供应是影响MCP合成主要因素，当微生物所处发酵环境氮供给平衡时，MCP合成效率方可最大限度提高[28]。吴仙等研究表明瘤胃中MCP产量与饲料粗蛋白含量呈正相关关系[29]。本试验随DCGF或DCGF/玉米青贮（35：65）比例增加，发酵底物中可发酵碳水化合物比例增加，有利于瘤胃微生物的生长繁殖，MCP在各组合比例中均呈正组合效应。

饲料间组合效应是不同饲料来源营养成分、非营养成分以及抗营养因子之间互作效应。组合效应产生机制复杂，一种或多种指标难以准确评价饲料间组合效应，需要结合各指标评价效果综合评估。多项指标综合指数（MFAEI）通过体外人工瘤胃产气法将各项发酵指标综合后得出组合效应评估指数，王旭、林曦采用MFAEI综合评定几种粗饲料或副产物间组合效应[27,30]。本试验DCGF与玉米青贮组合后均表现不同程度正组合效应，说明组合后营养成分互补提高整体发酵水平及饲料利用效率。MFAEI直接受其他单一指标的影响，每批次发酵结果瘤胃液质量变化较大；有关DCGF与其他粗饲料间组合效应研究有限，缺乏试验结果对比，有关DCGF与其他粗饲料间组合比例仍待深入探讨。

4 结论

本试验结果表明，DCGF与玉米青贮、DCGF/玉米青贮与苜蓿干草以不同比例组合后，发酵指标均受到一定影响。DCGF与玉米青贮适宜以36：65比例组合，DCGF/玉米青贮与苜蓿干草适宜以60：40比例组合，MFAEI值均达到最大。以上为体外模拟瘤胃发酵结果，尚需动物试验进一步验证。

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Study on associative effects of dry corn gluten feed,corn silage and alfalfa hay/

HAO Xiaoyan,GAO Hong,WANG Xinying,ZHANG Guangning,SUN Kaijing,LIU Yan, ZHANG Yonggen
(1.School of Animal Sciences and Technology,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.School ofAnimal Sicence and Veterinary Medicine,ShanxiAgricultural University,Taigu Shanxi 030801,China)

This experiment was conducted to investigate the associative effects of dry corn gluten feed(DCGF),corn silage(CS)and alfalfa hay(AH).DCGF and CS were mixed in rations of 0：100,15：85,25：75,35：65,45：55 and 100：0 with three replicates,respectively.The associative effects were assessed by thein vitrorumen fermentation technology to monitor fermentation indictors,single-factor associative effect index(SFAEI)and multiple-factor associative effect index(MFAEI).Then,the optimal combination of DCGF and CS was assessed and mixed with AH in rations of 0：100,20：80,40：60,60：40,80：20 and 100：0.The results showed that there were significant differences in gas production among different combinations of DCGF and CS(P＜0.05).With the increase of DCGF ratio,the yields of microbial crude protein(MCP)and the total volatile fatty acid(TVFA)were increasing.According to theMFAEI results,DCGF/CS in ration of 35：65 had the optimal associative effects.DCGF/CS(35：65)/AH in ration of 80：20 had the maximum gas production rate,DCGF/CS(35：65)/AH in ration of 60：40 had the maximum associative effect for NH3-N,and the maximum associative effect for TVFA in ration of 80：20.MFAEI results showed that DCGF/CS(35：65)/AH had the optimal associative effect in ration of 60：40.It was concluded from MFAEI that the combinations of DCGF/CS in ration of 35：65 and DCGF/ CS(35：65)/AH in ration of 60：40 were appropriate,respectively.

dry corn gluten feed;associative effect;gas production;microbial crude protein

S816.4

A

1005-9369（2017）08-0025-08

时间2017-9-12 11:36:21[URL]http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20170912.1136.008.html

郝小燕,高红,王馨影,等.玉米纤维饲料、青贮玉米和苜蓿干草间组合效应研究[J].东北农业大学学报,2017,48(8):25-32.

Hao Xiaoyan,Gao Hong,Wang Xinying,et al.Study on associative effects of dry corn gluten feed,corn silage and alfalfa hay[J].Journal of Northeast Agricultural University,2017,48(8):25-32.(in Chinese with English abstract)

2016-08-27

国家奶牛产业技术体系项目（CARS-37）

郝小燕（1990-），女，博士，研究方向为反刍动物营养。E-mail:haoxiaoyan1990@sina.com

*通讯作者：张永根，教授，博士生导师，研究方向为反刍动物营养。E-mail:zhangyonggen@sina.com