青贮金针菇对荷斯坦奶牛瘤胃发酵、甲烷排放及原生动物数量的影响

2019-07-12王秋玲莫建光阳春苗

中国饲料 2019年12期

王秋玲，莫建光，阳春苗*

（1.广西中医药大学赛恩斯新医药学院药学系，广西南宁 530222；2.广西华测检测有限公司，广西南宁 530222）

反刍动物肠道甲烷的产生是全球温室气体排放的原因之一，这种温室气体主要由瘤胃产甲烷菌在饲料发酵过程中释放的二氧化碳和氢气产生。原生动物数量与甲烷产量之间存在很强的正相关关系，说明原生动物和瘤胃产甲烷菌在甲烷生产过程中都发挥着重要作用。饲料的化学成分影响瘤胃发酵和生态，从而影响肠道甲烷的排放。蘑菇含有木质素分解酶的能力，帮助降解几个木质纤维素基质，并产生包括单宁在内的酚类化合物。单宁具有抗菌特性，其在饲料中有可能减少反刍动物的甲烷排放（Waghorn，2008）。然而，有关反刍动物瘤胃发酵微生物区系和发酵模式的信息有限。本试验研究日粮中添加青贮金针菇对奶牛干物质摄入量、养分消化、瘤胃发酵、甲烷产生及原生动物数量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验设计试验选择15头荷斯坦奶牛[（542±68）kg]，随机分为 5组，每组 3个重复，每个重复1头牛。试验一共设计5种日粮，对照组饲喂基础日粮，各处理组分别添加青贮金针菇，处理1组（90%青贮金针菇，10%玉米秸秆），处理2组（90%青贮金针菇，9%玉米秸秆，1%尿素），处理3组（80%青贮金针菇，20%玉米秸秆），处理4组（80%青贮金针菇，19%玉米秸秆，1%尿素）。试验期分为2周适应期和1周数据收集期。日粮组成及营养水平见表1。每天收集奶牛干物质摄入量，每天饲喂两次，进行后1 h后收集粪便，分析饲料和粪便中养分含量。

表1 日粮组成及营养水平

1.2 瘤胃发酵与原生动物数量参考较早的文献报道对瘤胃发酵性能进行评估（Pounden，1952）。瘤胃原生动物总量、全毛虫科和螺旋体原生动物数量参考Onodera等（1997）的研究方法进行分析。

1.3 甲烷排放参考Steele等（1987）的研究方法分析奶牛肠道甲烷产量。

1.4 统计分析试验数据采用SAS软件General Linear Model进行分析，组间差异用Tukey’s test进行多重比较，P＜0.05代表组间差异显著。同时分别研究金针菇添加水平和尿素的主效应。

2 结果与分析

2.1 青贮金针菇对奶牛养分摄入量和消化率的影响由表2可以看出，日粮添加不同水平青贮金针菇对酸性洗涤木质素的摄入量无显著影响（P＞0.05）。饲粮中添加青贮金针菇较对照组显著提高了酸性洗涤木质素的摄入量（P＜0.05）。不同处理日粮的干物质摄入量无显著差异（P＞0.05）。金针菇添加水平（80%和90%）和尿素对干物质和其他营养素的摄入量无显著影响（P＞0.05）。

由表3可知，青贮金针菇日粮的干物质消化率在702～725 g/kg，与对照组日粮的干物质消化率无显著差异（P＞0.05）。尽管表2的结果显示，在青贮金针菇日粮中酸性洗涤木质素的摄取量显著增加（P＜0.05），中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的摄入量数值上表现为显著增加，但其消化率并未像预期的那样变化。

表 2 日粮添加青贮金针菇对奶牛养分摄入量的影响 kg/d

2.2 青贮金针菇对奶牛瘤胃发酵性能的影响由表4可以看出，奶牛瘤胃发酵参数显示，处理组日粮中添加青贮金针菇对瘤胃pH、氨氮和丁酸浓度无显著影响（P＞0.05）。与对照组相比，在处理组日粮中添加青贮金针菇显著增加总短链脂肪酸（SCFA）和丙酸含量（P＜0.05），但乙酸含量及乙酸与丙酸比值显著降低（P＜0.05）。结果还表明，添加青贮金针菇和尿素对短链脂肪酸含量有显著影响（P＜0.05）。日粮添加80%青贮金针菇和1%尿素时，乙酸浓度显著高于未添加尿素组（P＜0.05）。另一方面，青贮金针菇日粮添加尿素显著降低了瘤胃丁酸含量（P＜0.05）。

2.3 青贮金针菇对奶牛甲烷排放和原生动物数量的影响由表5可知，不同日粮组荷斯坦奶牛瘤胃液中总原生动物种群数量差异显著（P＜0.05）。与对照组相比，在日粮中添加青贮金针菇可显著降低瘤胃原生动物总数（P＜0.05）。饲粮中添加青贮金针菇可导致荷斯坦奶牛瘤胃原生动物总数的逐步减少（P＜0.05）。青贮金针菇日粮组螺旋体数量显著高于对照组（P＜0.05），而各处理组对螺旋体数量的影响无显著差异（P＞0.05）。与对照组相比，饲喂青贮金针菇的荷斯坦奶牛甲烷排放量显著降低（P＜0.05），其中90%青贮金针菇组甲烷排放量和甲烷排放能量损失最低。

表4 日粮添加青贮金针菇对奶牛瘤胃发酵性能的影响

表5 日粮添加青贮金针菇对奶牛甲烷排放和原生动物数量的影响

3 讨论

3.1 化学组成蘑菇生长在培养基上，培养基通常由木屑、木皮和刨花等富含纤维素和木质素的物质组成。木质素通过阻断瘤胃微生物对纤维素和半纤维素的接触，降低了瘤胃微生物消化木质素多糖的能力（于荣利等，2004）。然而，金针菇在生长过程中会分泌包括苯酚氧化酶和过氧化物酶在内的胞外酶，能有效分解木质纤维素，使其更容易被反刍动物消化。因此，废蘑菇底物的灰分、粗蛋白质和脂肪含量随时间增加而增加，但不随细胞壁化合物的增加而增加（袁仲，2005）。本试验结果显示，青贮金针菇日粮的纤维高于对照组，其他化学成分的浓度在以青贮金针菇为基础的日粮组和对照组之间没有差异，这表明以青贮金针菇可用作反刍动物的粗饲料来源。在处理日粮中添加青贮金针菇导致日粮总酚和单宁含量增加与Aslam和Saifullah（2013）的研究结果一致。Chang和Miles（2004）报道，金针菇在青贮过程中酚类化合物从木质素中释放出来，其认为木质素的分解过程并不清楚，但青贮在降解木质素和细胞外的酚类酶（乳酸酶、过氧化物酶和酪氨酸酶）的产生之间存在明显相关性，这些酶会氧化酚类化合物，如没食子酸和单宁酸，长期以来认为这些氧化反应参与了复杂酚类物质向简单芳香族化合物的转化，这些芳香族化合物可以被蘑菇菌丝吸收用于自身生长。这也是解释本研究中发现青贮金针菇日粮中总酚和单宁含量较高的原因。

3.2 青贮金针菇对奶牛养分摄入量和消化率的影响青贮金针菇组纤维的日摄入量较高，这与基础日粮中添加青贮金针菇使日粮纤维水平升高有关。青贮金针菇日粮主要是细胞壁成分，但消化率系数不受高粗纤维和酸性洗涤木质素摄入量的影响。本研究结果表明，金针菇青贮饲料可在不显著改变大多数营养物质表观消化率的情况下替代荷斯坦牛日粮中高达400 g/kg的干草。本研究得到的青贮金针菇对养分消化率的影响结果与Khattaba等（2013）一致。Okano等（2005）报道尿素处理青贮金针菇对粗蛋白质和纤维含量的消化率有正向影响，因为添加尿素后消化率的提高是由于分解纤维的微生物氮供应增加，以及可能通过尿素水解的碱性产物-氨可以分解木质纤维素键（Islam 等，2001）。

3.3 青贮金针菇对奶牛瘤胃发酵性能的影响Eugene等（2004）认为，瘤胃螺旋体原虫影响瘤胃对饲料的发酵，进而影响瘤胃微生物生态学，这也导致了包括甲烷在内的瘤胃发酵最终产物的数量和比例发生变化。当原生动物在发酵过程中摄入有机物和水解纤维时，产生的短链脂肪酸主要为乙酸和丁酸，丙酸含量相对较低。日粮中纤维含量的增加通常会导致反刍动物pH、乙酸与丙酸比值的增加，以及短链脂肪酸总浓度的降低。然而，本试验的研究结果显示，青贮金针菇组瘤胃中乙酸的含量低于对照组，作者推测这可能是因为金针菇的粒径小于干草，因为较小的饲料颗粒可能具有较高的消化率和通过后肠的速度。

3.4 青贮金针菇对奶牛甲烷排放和原生动物数量的影响瘤胃中有两种主要的原生动物类群，即螺旋体和全毛虫，它们对营养物质的需求不同，前者主要摄取和发酵颗粒物质，而后者主要利用可溶性碳水化合物（Newbold等，2015）。瘤胃原生动物种群大小与纤维素分解菌和产甲烷菌种群大小呈正相关，有报道指出，甲烷排放与瘤胃原生动物种群之间是正相关关系（Newbold等，2015）。本研究结果也表明了甲烷排放与原生动物种群之间存在正相关关系。Zhang等（2007）报道了产甲烷菌的最佳pH为6.8～7.2，本试验中以青贮金针菇为基础的日粮饲喂奶牛后瘤胃pH为6.62～6.72，低于最优pH范围，但采用对照日粮饲养的奶牛瘤胃pH=6.81，在最优pH范围内，这与本研究的甲烷排放结果一致，对照组甲烷排放量要高于青贮金针菇组。

包括单宁在内的酚类化合物被认为是瘤胃发酵的调节剂，具有抑制甲烷产生的潜力（Bhatta等，2014）。酚类化合物通过与细胞外微生物酶相互作用，以及分解微生物生长所需的基质发挥着重要的抗菌作用（Patra和 Saxana，2011）。在本研究中，日粮中总酚和单宁含量随青贮金针菇水平的增加而增加，这也解释了该组瘤胃发酵和原生动物种群显著减少的原因。