日粮不同NFC/NDF 比例对瘤胃微生物体外消化与发酵特性的影响

2019-08-12普宣宣郭雪峰刘新路刘俊峰张秀萍张苏江

中国畜牧杂志 2019年8期

普宣宣，郭雪峰,2*，刘新路，刘俊峰,2，张秀萍,2，张苏江,2

（1.塔里木大学动物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆阿拉尔 843300；3.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300 ）

瘤胃是反刍动物重要的消化器官，瘤胃上皮可直接吸收饲料代谢过程中产生的挥发性脂肪酸（VFA），并提供60%～80%的所需代谢能[1]，提高瘤胃发酵效率可降低生产成本，提高经济效益。日粮调控是影响瘤胃发酵的一个重要因素，包括改变饲料种类[2-3]、提高饲料能量[4-5]、改变日粮精粗比构成及粗料加工方式[6]等，其中改变日粮结构最有效。秦正君等[7]饲喂奶牛不同精粗比日粮发现，提高精料水平可有效改善瘤胃发酵，提高产乳量。崔安等[8]研究表明，在舍饲条件下提高秦川肉牛日粮精粗比可显著降低甲烷气体的排放，提高饲料利用率。关于精粗比对瘤胃发酵的影响研究很多[9-10]，用精粗比表示日粮组成太过于笼统，非纤维性碳水化合物/中性洗涤纤维比（NFC/NDF）能够更具体地反映饲料中易发酵碳水化合物和纤维的比例。因此，本试验设计不同NFC/NDF 比例日粮，通过体外法研究其对瘤胃发酵参数的影响及相关性分析，旨在找出适宜瘤胃发酵的NFC/NDF 比例日粮，提高能量利用效率，为科学配制提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验动物及日粮组成瘤胃液由平均体重为（35±3.0）kg、装有永久性瘘管的6 只卡拉库尔羊（饲喂于塔里木大学动科试验站）供给，每日09:00 和20:00 定量饲喂，自由饮水。试验日粮原料均购买自新疆阿克苏地区，根据中华人民共和国肉羊饲养标准[11]进行配制，试验日粮组成及营养成分见表1。

1.2 瘤胃液的获取及人工瘤胃液的制备瘤胃液采集：于晨饲前，通过瘘管取瘤胃上中下左右不同位点的瘤胃液，立即测pH，4 层纱布过滤后放于提前预热的保温壶中，迅速带回实验室。

人工瘤胃液的制备：按1∶2 的比例将瘤胃液倒入提前预热的人工唾液中混合均匀，此过程需要一直通入CO2。人工唾液根据Menke 等[12]的方法制备。

表1 试验日粮组成及营养成分（风干基础）

1.3 试验设计

1.3.1 体外发酵每组日粮分别称取21 份，每份1.3 g放于尼龙袋中。将日粮分别放于3 个发酵罐中，倒入1 L人工瘤胃液，置于ANKOM Dasiy 自动体外培养箱中（提前预热至39℃）。按发酵时间2、4、8、12、24、36、48 h 将每组日粮该时间点的3 个重复样品取出，用自来水冲洗干净，置于65℃烘箱烘干，称重，以备后续分析。同时取10 mL 瘤胃液用于测量pH 和氨态氮（NH3-N），存放于-20℃冰箱，以备分析。

1.3.2 体外产气准确称量1 g 日粮于产气瓶中（每种饲料3 个重复），加入100 mL 人工瘤胃液，同时做3个空白瓶作为对照（只加入100 mL 瘤胃液），放入恒温摇床中，与此同时连接体外产气检测系统（ANKOM，RFS 产气测量系统），设定每30 min 记录1 次数据，培养48 h。

1.4 测量指标及方法取样之后，立即利用实验室的pH计（FE22）快速测定pH。取样时，取出10 mL 人工瘤胃液后立即3 000 r /min 离心15 min，采集上清液并存储在-20℃冰箱。根据冯宗慈[13]的比色法测定NH3-N 含量。取样时，取出10 mL 人工瘤胃液后，10 000 r /min离心15 min，取上清液1 mL，加入0.2 mL 25% 偏磷酸溶液，用涡旋振荡器混合均匀，再以10 000 r /min离心15 min，参照曹庆云等[14]测定VFA。

按照《动物营养与饲料科学实践教程》[15]测定日粮干物质、NDF 和酸性洗涤纤维（ADF）含量并按公式计算降解率：

式中，B 为待测样品中干物质的含量（%）；C 为待测样品尼龙袋残渣中干物质含量（%）。

NDF 和ADF 降解率同样可带入干物质降解率公式。

参照Øskove 等[16]计算有效降解率（ED），利用SAS 9.5 处理软件NLIN（Non-linear regression）程序计算a、b、c 值，计算公式：

式中，dP 为某一时间点的瘤胃降解率（%），a 为快速降解部分含量（%），b 为慢速降解部分含量（%），c 为慢速降解部分的降解速率（%/h）；t 为瘤胃内培养时间（h）。

式中，k 为瘤胃外流速率，取0.022 1%/h[17]。

根据Øskove 等[16]提出的产气模型进行计算产气参数，产气模型：

式中，GP 为某时刻的产气量（mL/g），a 为快速产气部分产气量（mL/g），b 为慢速产气部分产气量（mL/g），c 为产气速率（%/h），a+b 为潜在产气量（mL/g）。同上述计算a、b、c 值。

1.5 统计分析用Excel 对数据进行初步整理，SPSS 17.0 处理软件中单因素方差分析进行显著性检验，LSD法多重比较其差异性，试验结果用平均值±标准差表示，P＜0.05 表示差异显著。

2 结果

2.1 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液的pH 分析由图1 可知，各组培养液pH 在4 h 后均随时间的延长而减小，48 h 时各组pH 均达到最低。2 h 时，Ⅲ组和Ⅱ组pH极显著高于Ⅰ组，Ⅲ组pH 显著高于Ⅰ组，其余时间点pH 均为Ⅲ组＜Ⅱ组＜Ⅰ组（P＜0.01）。

图1 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液pH 的比较

2.2 不同NFC/NDF 比例对日粮发酵液NH3-N 浓度的影响由表2 可知，Ⅰ组NH3-N 浓度随时间延长逐渐升高；Ⅱ组NH3-N 浓度在36 h 前随时间延长逐渐升高；除8～12 h 时，Ⅲ组NH3-N 浓度有所下降，其余时间段逐渐升高。除12、24 h 时NFC/NDF 日粮对各组NH3-N浓度影响差异不显著，其余时间点NH3-N 浓度均为Ⅲ组高于Ⅰ组和Ⅱ组（P＜0.01）。

表2 不同NFC/NDF 比例日粮不同时间点的NH3-N 浓度 mg/dL

2.3 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液VFA 浓度分析由表3 可知，各组VFA 总量随时间的延长均增大，24 h时，Ⅱ组的VFA 浓度高于Ⅰ组（P＜0.05）。乙酸浓度随NFC/NDF 比例的升高而逐渐降低，3～24 h 时，Ⅰ组的乙酸浓度高于Ⅱ组和Ⅲ组（P＜0.05）；丙酸浓度随NFC/NDF 比例的升高而增加，3～24 h 时，Ⅱ组、Ⅲ组的丙酸浓度高于Ⅰ组（P＜0.05）。随着NFC/NDF 比例的升高，各时间点乙酸/丙酸值逐渐降低，3～24 h 时，Ⅱ组、Ⅲ组乙酸/丙酸值显著低于Ⅰ组（P＜0.05）。

2.4 不同NFC/NDF 比例日粮的营养物质降解率分析

2.4.1 干物质降解率由表4 可知，干物质降解率随时间延长而逐渐增大，48 h 时，各组干物质降解率均达到最大值，且Ⅱ极显著高于组Ⅰ组和Ⅲ组。除8 h 和24 h，其他时间点3 组干物质降解率均差异极显著。由表5 可知，Ⅱ组的干物质ED 为61.43%高于Ⅰ组（P＜0.05）。

2.4.2 NDF 降解率由表6 可知，各组NDF 降解率均随时间延长而增大，48 h 时均达到最大值，除12 h 时3 个组NDF 降解率差异不显著，其余时间点3 组NDF降解率均差异极显著。由表7 可知，Ⅱ组的NDF 的ED在48 h 达到65.04%，高于Ⅲ组和Ⅰ组（P＜0.05）。

表3 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液VFA 浓度

表4 不同NFC/NDF 比例日粮干物质降解率

表5 不同NFC/NDF 比例日粮干物质降解率参数 %

表6 不同NFC/NDF 比例日粮NDF 降解率 %

表7 不同NFC/NDF 比例日粮的NDF 降解率参数 %

2.5 干物质降解率与NDF、ADF 含量的相关性分析经分析得干物质降解率与NDF、ADF 含量之间的相关系数分别为-0.974、-0.757，即干物质降解率与NDF、ADF含量之间呈极显著负相关。

2.6 不同NFC/NDF 比例日粮的体外产气量分析由表8 可知，除I 组24～36 h，3 个组的体外产气量均随时间延长而增大，各组产气量均在48 h 达到最大值。3 组各个时间点产气量为Ⅲ组＞Ⅱ组＞Ⅰ组（P＜0.01）。48 h 时，Ⅲ组的产气量高于Ⅱ组和Ⅰ组（P＜0.05）。由表9 可知，潜在产气量与产气速率均为Ⅲ组＞Ⅱ组＞Ⅰ组。

2.7 产气量与干物质降解率的相关性分析由表10 可知，12 、36 h 的产气量与干物质降解率均呈极显著正相关关系，其中12 h 的相关性最强，相关系数为0.924，其次为36 h，相关系数为0.836。24 h 和48 h 的产气量与干物质降解率呈显著相关，相关系数分别为0.698 和0.728。

表8 不同NFC /NDF 比例日粮体外的产气量 mL/g

表9 不同NFC/NDF 比例日粮的产气量参数

表10 产气量与干物质降解率的相关系数

3 讨论

3.1 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液的pH 分析 pH 是反映瘤胃是否正常的最基本指标，日粮组成和营养水平是影响pH 的关键因素[18]。本试验中，4 h 后培养液pH 逐渐下降，而且精料比例越高，培养液pH 越低，这与刘洁等[19]、魏德泳等[20]试验结果相一致。而甘伯中等[21]饲喂羔羊不同精粗比的全颗粒饲料发现，各组pH 差异不显著。瘤胃液正常pH 为6.0～7.0，本试验中48 h 时Ⅲ组的瘤胃液pH 低于6.0。Yang 等[22]指出，pH 处于6 左右时说明动物长期处于病理状态，因此Ⅲ组日粮可能会对瘤胃产生一定影响，需进一步进行动物试验得以验证。

3.2 不同NFC/NDF 比例日粮发酵液的NH3-N 浓度分析NH3-N 为饲料被瘤胃微生物降解后的产物，微生物利用NH3-N 等合成微生物蛋白，NH3-N 浓度过高或过低均不利于微生物的生长与繁殖。Murphy 等[23]研究表明，微生物发酵的最适NH3-N 浓度为6.3～27.5 mg/dL。本试验中，发酵48 h 后产生的NH3-N 浓度为21.27～21.89 mg/dL，符合瘤胃微生物蛋白质合成的适宜范围；培养48 h 时，Ⅱ组的NH3-N 浓度降低，这可能是由于此时Ⅱ组产生的NH3-N 被微生物利用合成菌体蛋白，表明Ⅱ组日粮可能更有利于培养液微生物对NH3-N 的利用。

3.3 不同NFC /NDF 比例日粮发酵液的VFA 浓度分析乙酸、丙酸、丁酸在反刍动物瘤胃发酵中起着重要的作用，产生主要来源于碳水化合物的发酵，为瘤胃提供能量，维持瘤胃内环境的酸度，调节日粮结构可改变挥发性脂肪酸的产量。由本试验结果可知，随着NFC/NDF比例上升，乙酸含量在各个时间点均逐渐下降，丙酸含量逐渐上升，乙酸/ 丙酸值逐渐降低。胡红莲等[24]研究发现，随着日粮中NFC/NDF 的比值增大，总VFA、丙酸、丁酸的产量逐渐增大。华金玲等[25]研究发现，饲喂绵羊精料由30%提高到50%时，丙酸产量显著升高，而乙酸和丁酸产量随之下降，这与本试验结果相一致。日粮中精料增加可减少乙酸产量、增加丙酸产量，生成乙酸时产生的氢气可以用来合成甲烷，造成饲料浪费，生成丙酸时则可以利用氢气，减少饲料浪费。

3.4 不同NFC/NDF 比例日粮营养物质的降解率分析本试验中，48 h 时Ⅱ组干物质和NDF 降解率及ED 均为最高，表明Ⅱ组日粮更有利于日粮营养物质的降解，日粮中精料水平过高不利于干物质和NDF 降解。Ⅱ组日粮于实际生产中精料水平为0.5 kg/d，这与李华等[26]报道相类似，其指出日粮精料水平对绵羊瘤胃中玉米秸秆的降解率有较大影响，随着精料水平的提高，NDF和ADF 的降解率逐渐下降，试验得出利用玉米秸秆时，精料水平以不大于0.5 kg/d 为宜。

3.5 不同NFC /NDF 比例日粮的体外产气量分析产气量可在一定程度上反映出日粮的降解特性。由本试验结果可知，产气量随精料比例的增高而增大，在48 h 时Ⅲ组的产气量、潜在产气量及产气速率均高于Ⅰ组和Ⅱ组。这与王志敬等[27]试验结果相一致。郑文思等[28]研究发现，NFC/NDF 与体外发酵总产气量、CH4和 CO2产量之间均存在极显著的正相关关系，这一结果与本次试验结果相一致。这是由于随着NFC 水平的提高，易发酵碳水化合物含量增大，粗纤维含量降低，干物质降解率变大，降解过程中产生的CO2、CH4等气体增多，导致Ⅲ组产气量显著高于Ⅰ组和Ⅱ组。

3.6 干物质降解率与产气量的相关性分析产气量与干物质降解率存在一定关系。本试验结果显示，干物质降解率与12 h 产气量的相关性最高，相关系数达0.924，在利用产气量预测干物质降解率上具有一定的可靠性。但马绍楠等[29]对单一饲料体外产气量与有效降解率进行分析，结果显示有效干物质降解率与24 h 产气量相关性最强。因此，需要进一步试验来研究产气量与干物质降解率之间的关系。