玉米秸秆、柠条及葵花盘在滩羊瘤胃体外的消化及发酵性能

2018-09-06葛翠翠梁戈卜姣姣杨芳辛国省

草业科学 2018年8期

葛翠翠，梁戈，李昊，刘辉，卜姣姣，杨芳，辛国省

(1.宁夏大学生命科学学院，宁夏银川 750021； 2.宁夏饲料工程技术研究中心，宁夏银川 750021)

近年来随着牛羊养殖业的快速发展和对粗饲料的需求显著增加，粗饲料不足问题日益凸显，草畜不平衡矛盾突出。此外，随着饲草原料价格的攀升，养殖成本不断增加，养殖效益进一步下降。因此，加大饲草料资源挖掘与开发，对缓解草畜不平衡、增加养殖效益具有重要意义。作物秸秆、柠条(Caraganakorshinskii)、葵花(Helianthusannuus)盘作为重要的饲料资源被开发应用[1-4]。其中玉米(Zeamays)秸秆、葵花盘作为典型的农副产物在饲料资源开发利用方面研究较多，并且在调制加工、生物饲料开发、有效利用及科学饲喂等方面技术较为成熟[5-7]；然而，由于区域差异性及技术应用不足造成其在不同地区利用率差异性较大[8-9]。柠条作为水土保持、防风固沙作物，在生态条件恶劣的地区大面积种植，同时柠条作为耐牧作物，特别是其幼嫩枝叶，是当地农民放牧牛羊的良好饲料[10]。柠条资源作为平茬副产物在区域性饲料资源开发利用方面具有重要作用，不仅可以解决区域饲料资源不足问题，还可以作为功能性饲料资源来提高畜产品品质[11]。另一方面体外消化是动物营养研究的重要方法，通过瘤胃体外消化特征的变化科学评价饲料的营养价值，对指导饲草料加工调制等具有重要的参考价值[12-13]。

牛羊产业是宁夏优势特色竞争力产业，饲草不足是限制其产业发展的重要因素之一，主要表现为饲草资源挖掘不足，加工利用水平较低[12,14]；同时受国内外羊肉市场影响，养殖效益下降，综合竞争力不足问题凸显。因此，为解决粗饲料短缺和加工利用水平较低等问题，本研究以宁夏地区现有的主要粗饲料资源玉米秸秆、葵花盘及柠条为研究对象，研究其对宁夏育肥滩羊体外消化及发酵参数的影响，科学评价其营养价值，以期为玉米秸秆、葵花盘、柠条等饲料资源的加工调制和高效利用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选用玉米收获后的全株玉米秸秆、结实期全株柠条、成熟期脱粒机处理后的葵花盘为试验材料，每种试验材料分别采集5份，每份约1 kg，5份样混合成1个试验样。样品采集后，剪短至5 cm长段，105 ℃条件下干燥6 h，烘干至绝干样，粉碎过0.425 mm筛，室温保存备用。按国标方法测定其中性洗涤纤维(neutral detergent fibre,NDF，GB/T 20806-2006)、酸性洗涤纤维(acid detergent fibre,ADF，NY/T 1459-2007)、粗蛋白(crude protein,CP，GB/T 6432-1994)、粗脂肪(ether extract,EE，GB/T 6433-2006)、粗灰分(Ash，GB/T 6438-2007)、粗纤维(crude fibre,CF，GB/T 6434-2006)的含量(表1)。

1.2 试验方法

1.2.1试验动物试验选用4只、6月龄、体重相近的宁夏育肥滩羊作为瘤胃液供体动物，其日粮精粗比为1∶1，且柠条、玉米秸秆和葵花盘是该试验滩羊的主要粗饲料。瘤胃液于晨饲前采用瘤胃管进行采集，每只羊采集约150 mL，采集后混合，作为试验用瘤胃液。

表1 原料的主要营养水平Table 1 Nutritive values of the main raw materials %

表中数据计算均以干物质为基础。

Data were calculated based on dry matter.

1.2.2试验设计本研究设玉米秸秆、柠条、葵花盘3个试验组，同时设空白对照组，每个组设置4个重复，分别进行体外消化和产气试验。

1.3 体外培养

1.3.1人工瘤胃培养液的配制试验所用人工培养液的配置采用Menke等[15]的方法，由常量元素溶液、微量元素溶液、缓冲液、指示剂溶液、还原剂溶液配制而成。人工培养液于瘤胃液采集前配好装入三角瓶中，置于39 ℃水浴锅预热，并向其通入CO2。瘤胃液取自晨饲前屠宰的4只宁夏育肥滩羊，屠宰后采集瘤胃液，置于保温瓶中，迅速带回实验室，在缓慢通入CO2的条件下，用4层纱布过滤到预热的三角瓶中。量取过滤后的瘤胃液，与人工瘤胃营养液按照1∶2的比例加入装有培养液的三角瓶中，并向培养液中持续通入CO2，立即放入到39 ℃水浴中保存。

1.3.2干物质消化率、NDF消化率的测定根据Tilley和Terry[16]的两阶段法测定。首先准确称量1 g样品装入纤维袋，封口机封口，4个空纤维袋作为空白对照。将封好口的纤维袋放入100 mL注射器中，并用分样器向各注射器注入60 mL人工瘤胃培养液，迅速盖好橡胶盖，放入39 ℃恒温震荡培养箱中培养48 h。48 h后加入50 mL酸性胃蛋白酶溶液(1 L的0.1 mol·L-1HCl中加入2 g胃蛋白酶)，随后放入39 ℃的水浴恒温振荡器中培养48 h，终止发酵。

1.3.3产气量的测定参照Menke等[15]体外产气法，将200 mg待测样品放入特制的100 mL注射器中，用30 mL经稀释后的瘤胃液消化，放入39 ℃的水浴恒温振荡器中，记录48 h内1、2、4、6、8、12、16、20、26、37和48 h时间点的产气量。每个样品设4个重复，同时设4个空白(人工瘤胃培养液)，用于产气量的校正。根据记录的数值求算产气量。

1.3.4发酵液pH、挥发性脂肪酸的测定当48度h培养完毕后，马上用pH-25型酸度计测定发酵液的pH，在测定前，用pH=4.0和pH=7.0的标准缓冲液校正pH计。采用气象色谱仪测定VFA浓度。

1.4 数据分析

各试验数据经Excel 2007初步整理后，利用SPSS 16.0统计软件进行单因素方差分析和显著性检验，多重比较采用one-way ANOVA中的Duncan法进行统计分析，试验结果以平均值±标准误表示，显著性水平分别为P<0.05，P<0.01。

2 结果与分析

2.1 粗饲料干物质消化率、中性洗涤纤维消化率

利用不同粗饲料作为发酵底物，试验草料的干物质消化率差异较大(图1)；其中，葵花盘的干物质消化率最高，为88.28%，玉米秸秆次之，为66.69%，柠条最低，为43.43%；葵花盘、玉米秸秆、柠条之间干物质消化率差异达到极显著水平(P<0.01)。葵花盘中性洗涤纤维消化率最高，为77.45%，玉米秸秆次之，为71.41%，柠条最低，为28.90%(图2)；其中葵花盘与玉米秸秆中性洗涤纤维消化率组间差异不显著(P>0.05)，但均与柠条组间差异显著(P<0.05)。

2.2 粗饲料体外发酵产气量

玉米秸秆、柠条和葵花盘的产气量随着培养时间延长而增加，但是前期产气量的速度要高于后期(图3)。体外发酵48 h后，葵花盘的样品产气最多(56.75 mL)，其次是玉米秸秆(53.5 mL)，柠条产气量最低(32.5 mL)，各组间48 h产气量差异显著(P<0.05)(图4)。

图1 试验料干物质消化率和中性洗涤纤维消化率Fig.1 Digestion rate of dry matter and NDF for trial forage

同一指标不同大小写字母表示不同草料间差异极显著(P<0.01)和显著(P<0.01)，图3同。

Different lowercase and capital letters for the same parameter indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, repectively; similarly for Fig.3.

图2 体外发酵0-48 h产气量变化Fig. 2 Gas production of 0-48 h during the trial forage

图3 体外发酵48 h的产气量和发酵液pHFig. 3 Gas production and pH at 48 h during the trial forage

2.3 玉米秸秆、葵花盘、柠条体外发酵液pH

瘤胃液pH是一项反映瘤胃发酵水平的重要指标，可以综合反映瘤胃微生物状态。在48 h产气中，玉米秸秆体外消化液的pH最低(6.94)，葵花盘次之(7.07)，柠条最高，为7.13(图5)。葵花盘与柠条体外消化液pH组间差异不显著(P>0.05)，同时柠条显著高于玉米秸秆组(P<0.05)。

2.4 试验草料体外消化发酵液挥发性脂肪酸

本研究中，葵花盘发酵液中总挥发性脂肪酸和乙酸浓度最高，分别为32.62和22.17 mmol·L-1，柠条发酵液中总挥发性脂肪酸、乙酸和丁酸浓度最低，分别为18.22、12.02和1.06 mmol·L-1显著低于葵花盘和玉米秸秆(P<0.05)，但是葵花盘与玉米秸秆组间差异不显著(P>0.05)(表2)。通过对发酵液中丙酸含量分析发现，玉米秸秆含量最高(7.47 mmol·L-1)，柠条含量最低(3.82 mmol·L-1)，并且不同组间差异显著(P<0.05)；异丁酸含量分析结果表明，玉米秸秆含量最高(0.44 mmol·L-1)，显著高于葵花盘和柠条(P<0.05)，但柠条和葵花盘组间差异不显著(P>0.05)。此外，戊酸、异戊酸及乙酸/丙酸组间差异均不显著(P>0.05)。

表2 粗饲料体外发酵48 h的VFA含量Table 2 VFA production of different forages after 48 h in vitro fermentation

同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Different lowercase etters within the same row indicate significant difference at the 0.05 level.

3 讨论

3.1 试验饲草料体外发酵48 h干物质消化率和中性洗涤纤维消化率

饲料的干物质消化率代表该饲料被微生物转化的能力，消化率越高说明瘤胃的发酵效果越好，瘤胃微生物的活性越强[17]。饲料干物质的消化率随饲料品种不同存在一定的差异，消化率的高低与营养物质的结构、微生物对底物的附着能力以及微生物分泌酶的催化能力有关[18]。有研究表明，脱粒葵花盘中除中性洗涤纤维、磷外，其他15项营养指标均高于全株青贮玉米，且易于消化吸收，常作为粗饲料在反刍动物养殖中广泛使用[2]。本研究中，葵花盘的干物质消化率最高，进一步证明葵花盘具有较高的营养价值。尽管柠条粗蛋白含量最高，但其干物质消化率最低，这可能与其较高的酸性洗涤纤维水平有关。

中性洗涤纤维的消化率是表示粗饲料营养价值的一个重要指标。不同饲料中中性洗涤纤维的化学组分及其所含的纤维素、半纤维素和木质素的比例不同，会影响中性洗涤纤维的可消化性[19]，不同来源的粗饲料可影响其消化率[20]。本研究中，葵花盘的中性洗涤纤维消化率最高，这可能与葵花盘中NDF的纤维素、半纤维素等的含量和比例有关。

3.2 试验饲草料体外发酵产气量

体外产气量在一定程度上反映了饲料在反刍动物瘤胃内的降解特性[21]，将不同的粗饲料原料作为发酵底物，产气量是有差异的。一定时间内产气量的多少反映了底物被微生物利用的程度，代表底物营养价值的高低[22]。碳水化合物及粗蛋白作为底物发酵时的主要产气来源物质，直接影响着底物在体外培养时的产气发酵特性[23-24]，其含量越多，产气量越大；随着时间延长，碳水化合物和粗蛋白的含量减少，发酵过程减缓，产气量趋于稳定[25]。本研究体外发酵48 h，所有粗饲料产气量曲线呈“S”型，产气速率呈现先增大后减小，最后产气量逐步趋于稳定。同时，汤少勋等[23]研究表明，粗饲料发酵累计产气量受非结构性碳水化合物和粗蛋白比例的影响。非结构性碳水化合物与粗蛋白的比值越大时，产气量越高，反之产气量越小。本研究中，葵花盘产气量最高，柠条产气量最低，这可能与其非结构性碳水化合物和粗蛋白比例有关，葵花盘饲料组底物能够很好地促进微生物发酵。

3.3 不同试验饲草料体外发酵液pH

瘤胃液pH是衡量反刍动物瘤胃发酵状况的敏感指标，该值受微生物代谢产物、底物营养成分种类和数量等各种因素的影响，研究显示瘤胃pH的正常变化范围是5.5～7.5[18]。本研究中各饲料组发酵液pH均在正常范围内。瘤胃pH的大小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的下降[26]，而饲料中蛋白的分解又使氨浓度升高，导致pH上升。本研究与张勇等[27]研究结果一致，玉米秸秆体外发酵液pH较低，这可能与其相对较高的总挥发性脂肪酸含量和较低粗蛋白含量有关，尽管葵花盘试验组总挥发性脂肪酸含量最高，但是由于其蛋白含量高于玉米秸秆，蛋白质分解产生的氨中和了一部分酸，使其pH高于玉米秸秆组。

3.4 不同试验饲草料体外发酵液挥发性脂肪酸

挥发性脂肪酸(VFA)主要是日粮中碳水化合物的发酵产物，是维持反刍动物生命和生产的主要能量来源，可以为反刍动物提供其总能需要量的70%～80%[28-29]。VFA包括乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸、戊酸等，其中乙酸、丙酸、丁酸约占瘤胃发酵产生VFA总产量的95%左右[28,30]。一般情况下中性洗涤纤维比例降低时，乙酸/丙酸也随之降低，故通常乙酸/丙酸也被用于日粮相对营养价值的估测[28]。本研究因为是静态模拟瘤胃发酵，故乙酸/丙酸的变化即反映了发酵底物的营养价值[28]。另外，葵花盘的TVFA、乙酸的浓度最高，丙酸浓度也较高，可能与葵花盘含有较高的营养价值，且其营养组分更易被瘤胃微生物分解和促进瘤胃发酵等有关。相关研究表明，体外发酵的VFA含量与产气量有关[31]。本研究与其研究结果一致，即葵花盘组VFA及其产气量均为最高。