尼龙袋法评价香蕉叶单宁对瘤胃降解特性的影响

2019-12-20李志威赵静雯沈思聪罗佳璇赵国琦黄倩倩

草业学报 2019年12期

李志威，赵静雯，沈思聪，罗佳璇，赵国琦，黄倩倩

(扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225000)

我国南方地区地形复杂，丘陵、平原、高山、盆地交错分布，不适宜大规模种植牧草。南方地区虽然有大量的草山草坡，但是由于地形限制，收获极其不便，不能满足日益增长的粗饲料需求。目前我国养殖业正走向规模化发展，对粗饲料的需求越来越大，导致南方秋冬季容易发生粗饲料短缺的状况，对南方畜牧业的发展有较大的影响。但南方地区的农副产品丰富，因地制宜开发当地的粗饲料资源可以有效地缓解这一现象[1]。香蕉(Musanana)是芭蕉科芭蕉属单子叶草本植物，在我国广东、广西、福建、云南、海南地区广泛种植，是南方地区重要的经济作物[2]。2016年，我国香蕉种植面积达到3.8×105hm2[3]，每年香蕉果实收获后会留下数量巨大的茎、叶和皮等副产物。一般情况下，这些副产物会被随意丢弃堆积。在南方温暖潮湿的环境下，极易腐败滋生细菌，促进香蕉枯萎病的蔓延，对香蕉产业和人畜安全造成严重的危害。香蕉副产物营养价值丰富[4]，可作为潜在的粗饲料资源。如果将香蕉副产物饲料化，不仅可以解决环境污染问题，还可以有效地缓解当地粗饲料短缺的状况。香蕉茎叶中含有单宁，被认为是影响其饲料化利用的主要因素之一。单宁长期以来被认为是一种抗营养因子，会降低饲料的适口性和消化率。但目前有研究表明，饲粮中单宁含量低于50 g·kg-1干物质(dry matter，DM)时，单宁不会对饲料营养物质的消化产生负面作用，对动物的生长有促进作用。Waghron等[5]使用含单宁的牧草百脉根(Lotuscorniculatus)和长柄百脉根饲喂绵羊，百脉根中单宁浓度低于50 g·kg-1DM时，增加了必需氨基酸的吸收，长柄百脉根的浓度高于50 g·kg-1DM时，降低了干物质的吸收率、减少了氨基酸在小肠的吸收率。张晓庆等[6]通过饲喂绵羊含单宁的红豆草(Onobrychisviciifolia)，发现单宁含量低于3.03 g·kg-1DM时，并不影响干物质、有机物质、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的消化率，但对饲粮中蛋白质的保护效果有提高，饲粮中氮的留存率有增加。Wang等[7]发现当百脉根中单宁含量在30～40 g·kg-1DM时，使用其饲喂绵羊，增加了绵羊的羊毛生长率和体重。单宁在抑制动物体内寄生虫[8]、减少瘤胃甲烷的排放[9]等方面也表现出积极作用。植物单宁对动物的作用效果不仅与摄入量有关，而且取决于自身的化学结构。不同种类的植物所含单宁的化学结构差异很大，甚至同属植物的不同种以及同种植物在不同生长阶段都存在差异。目前有关香蕉叶中所含单宁对饲料中营养物质消化的影响研究很少。因此，本试验使用香蕉叶和苜蓿干草(Medicagosativa)作为试验材料进行瘤胃尼龙袋试验，通过比较苜蓿干草、香蕉叶和抑制单宁活性后的香蕉叶的瘤胃降解特性，研究香蕉叶单宁对营养物质瘤胃降解特性的影响，为香蕉叶在反刍动物生产中的利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与分组

苜蓿干草采集于扬州大学实验农牧场，香蕉叶采集于福建省漳州市，聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)购自国药集团化学试剂有限公司。样品设置6组，分别为苜蓿干草组(A, 100%苜蓿干草alfalfa hay)、苜蓿干草和香蕉叶混合组(AB, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉叶banana leaves)、香蕉叶组(B, 100%香蕉叶banana leaves)、苜蓿干草+PEG组(AP, 100%的苜蓿干草alfalfa hay+6% PEG)、苜蓿干草和香蕉叶+PEG组(ABP, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉叶banana leaves+6%PEG)、香蕉叶+PEG组(BP, 100%香蕉叶banana leaves+6% PEG)。PEG可以与香蕉叶中的单宁特异性结合[10]，消除单宁的活性。研究表明，PEG的添加量是单宁含量的2倍以上时可以消除单宁的影响[11]。处理后测定各组的单宁含量。香蕉叶风干后剪碎，然后将PEG溶于水后直接喷洒在香蕉叶上。所有的样品处理后65 ℃烘干，通过2 mm网筛粉碎，室温干燥后保存待用。

1.2 试验动物及饲养管理

选择3头健康状况良好，体重相近[(500±25) kg]，装有永久性瘤胃瘘管的泌乳中期荷斯坦奶牛。每日饲喂3次，在8:00、14:00和20:00饲喂，自由饮水，基础日粮组成及营养水平见表1。

1.3 试验方法

试验采用尼龙袋法测定样品的瘤胃降解特性。试验在扬州大学实验农牧场进行，于2018年10月15日起，至2018年10月22日结束。尼龙袋规格为5 cm×20 cm，孔径为50 μm[13]，使用细涤纶线双线缝合而成，用火燎去线头，用水浸泡并65 ℃烘干后待用。称取4 g被测样品装入尼龙袋内，将同一个时间点的尼龙袋放入大的网袋内(20 cm×30 cm)，并在投入瘤胃之前在温水(39 ℃)中浸泡5 min。按“同时投入，依次取出”的原则，于清晨饲喂前将尼龙袋放入瘤胃，在放后2，4，8，12，24，48，72 h取出。取出后立即在自来水下冲洗，冲洗至水流清澈为止。其中0 h的尼龙袋不放进瘤胃内但在相同条件下进行清洗。带有消化残渣的尼龙袋放入烘箱65 ℃烘干至恒重，保存于自封袋中，置于阴凉干燥处。每个样品在每个时间点设置3个平行，3个重复。

1.4 试验指标

使用烘干法在105 ℃下烘干测定干物质含量，使用凯式定氮法测定粗蛋白含量[14]；参照Van-Soest[15]的方法测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。采用Folin-Denis比色法测定单宁含量[16]。

1.5 数据处理与分析

待测样品干物质、粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维在某时间点的瘤胃降解率采用以下公式进行计算：

表1 基础饲料组成及营养水平

*泌乳净能为计算值[12]，其余营养水平为实测值。NELwas a calculated value，while other nutrient levels were measured values.

瘤胃养分降解率(%)=(1-降解后残渣养分含量/降解前样品养分含量)×100%

添加PEG样品计算得到的上述变量通过去除样品中PEG的含量进行校正。瘤胃降解参数采用Mcdonald[17]的公式进行计算。

P=a+b(1-e-ct), (t≥0)

式中：t为饲料在瘤胃内停留的时间(h)；P为尼龙袋在瘤胃内滞留时间t后的饲料某一营养成分降解率(%)；a为快速降解部分(%) ；b为慢速降解部分(%)；c为b部分降解速率(%·h-1)。

瘤胃有效降解率(effective degradability, ED)按以下公式计算:

ED=a+b×c/(c+k)

式中：a,b,c和上述描述一致，k为某营养成分的瘤胃外流速率，本试验中k值取0.0315[18]。每头牛的常量a,b,c使用SAS程序的非线性回归模型进行计算。

采用Excel 2007软件对原始数据进行汇总与整理，所得到的数据使用SAS 9.4系统的MIXED程序分析(SAS Institute Inc. 2012)，差异显著性使用SAS系统的LSMEANS和PDIFF进行分析，P<0.05为差异显著。

2 结果与分析

2.1 营养成分分析

香蕉叶的中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量高于苜蓿干草，粗脂肪和粗灰分含量也高于苜蓿干草。两种粗饲料的粗蛋白含量相似。香蕉叶的单宁含量为2.9%，高于苜蓿干草(表2)。

2.2 DM瘤胃降解特性

由表3可知，B组和AB组在除4 h以外的各时间点的DM降解率均显著低于A组(P<0.001)。A组和AP组在各时间点的DM降解率没有显著差异(P>0.05)。B组和BP组在12和24 h的DM降解率没有显著差异(P>0.05)，在其余的孵育时间BP组的DM降解率显著高于B组(P<0.001)。在2和8 h，ABP组的DM降解率显著高于AB组(P<0.001)，其余时间点二者的降解率无显著差异(P>0.05)。BP组和ABP组在12 h及以后的降解率均明显低于A组(P<0.001)。

表2 香蕉叶、苜蓿和香蕉叶苜蓿混合物的营养成分

表3 不同处理组的DM瘤胃降解率

注：同行数据不同字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下同。

Note: Values in the same row with different letters mean significant differences (P<0.05), while with the same or no letters mean no significant differences (P>0.05). The same below.

由表4可知B组的DM快速降解部分(a)、慢速降解部分(b)、慢速降解部分降解速率(c)和有效降解率ED均显著低于A组(P<0.001)，AB组的DM慢速降解部分和有效降解率ED显著低于A组(P<0.001)，而DM快速降解部分、慢速降解部分降解速率和有效降解率ED显著高于B组(P<0.001)。AP组除DM快速降解部分显著高于A组之外(P<0.001)，其余DM降解参数均与A组没有显著差异。BP组的DM降解参数a、b、c和ED均显著高于B组(P<0.001)。与AB组相比，ABP组a值较高(P<0.001)，其余参数无显著差异。BP组和ABP组的b和ED值均显著低于A组(P<0.001)。

表4 不同处理组的DM瘤胃降解参数

a: 快速降解部分 Rapidly degraded fraction;b: 慢速降解部分 Slowly degraded fraction;c: 慢速降解部分的降解速率 The degradation rate of b; ED: 有效降解率 Effective degradability.下同 The same below.

2.3 CP瘤胃降解特性

由表5可以看出，A、AB和B组的CP降解率在各个时间点由高按低的排列顺序是A>AB>B(P<0.001)。除在12和24 h之外的其他时间点，BP组的降解率显著高于B组(P<0.001)。孵育时间超过24 h，ABP组的CP降解率显著高于AB组(P<0.001)，当孵育时间超过24 h，A组和AP组无显著差异(P>0.05)。BP组和ABP组在各个时间点的降解率均显著低于A组(P<0.001)。

表5 不同处理组的CP瘤胃降解率

由表6可见B组的CP降解参数a、b、c和ED值均明显低于A组(P<0.001)，AB组的a、b、c和ED值低于A组(P<0.001)，b、c和ED值高于B组(P<0.001)。BP组的a、b、c和ED值显著高于B组(P<0.001)。ABP组的a、b和ED值显著高于AB组(P<0.001)，c值差异不显著。BP组和ABP组的a、b、c和ED值均低于A组(P<0.001)。

表6 不同处理组的CP瘤胃降解参数

2.4 NDF瘤胃降解特性

A、AB和B组的NDF降解率在个别时间点上有差异，但没有明显的趋势(表7)。A组和AP组在各个时间点上的NDF降解率也没有明显的差异趋势。BP组在各个时间点上的NDF降解率显著高于B组(P<0.001)，ABP组的降解率显著高于AB组(P<0.001)。除8 h时BP组与A组差异不显著，BP组和ABP组在各个时间点上的NDF降解率均显著高于A组(P<0.001)。

表7 不同处理组的NDF瘤胃降解率

B组的NDF降解参数a、c和ED显著低于A组(P<0.001)，b值则高于A组(P<0.001)(表8)。AB组的NDF降解参数与A组相近(P>0.05)，c和ED值高于B组(P<0.001)。BP组的a和ED值显著高于B组(P<0.001)，ABP组的a、b、c和ED值均显著高于AB组(P<0.001)。BP组和ABP组的NDF降解参数a、b和ED均显著高于A组(P<0.001)，BP组的c值则显著低于A组(P<0.001)。

表8 不同处理组的NDF瘤胃降解参数

2.5 ADF瘤胃降解特性

A、AB、B和AP组的降解率在一些时间点有差异，但是并没有明显的变化趋势(表9)。BP组的降解率在大多数的时间点上显著高于B组，ABP组的降解率在24 h前显著高于AB组(P<0.001)，但是48 h后没有显著差异。BP、ABP和A组的降解率在24 h后没有显著差异。

B组的ADF降解参数a、b、c和A组没有显著差异，但是A组的ED值高于B组(P<0.001)(表10)。AB组的各项降解参数都与A组相近，没有显著差异。AB组的ED值高于B组(P<0.001)，其他参数没有显著差异。BP组的a值和ED值显著高于B组，但BP组的b值低于B组，两组的c值没有显著差异。ABP组的a值和ED值显著高于AB组，ABP组的b值低于AB组，两组的c值没有显著差异。BP组和ABP组的a和ED值显著高于A组，但是c值没有显著差异。

表9 不同处理组的ADF瘤胃降解率

表10 不同处理组的ADF瘤胃降解参数

3 讨论

3.1 常规营养成分分析

有关香蕉茎叶等香蕉副产物营养特性的研究国内外已有报道，但研究结果存在差异，这与香蕉的品种、种植地区以及收获季节和收获部位有关。本试验所采集的材料为香蕉叶，CP含量为12.9%，与刘建勇等[19]报道的结果相似，NDF、ADF和EE含量则高于其结果，粗灰分含量略低。粗脂肪和粗灰分的含量与程宣等[3]报道的结果相近。本试验中，香蕉叶粗蛋白含量与苜蓿干草相似，NDF和ADF含量明显高于苜蓿干草，粗脂肪和粗灰分的含量也比苜蓿干草高。值得注意的是，本试验中苜蓿干草粗蛋白的含量仅为12.4%，低于我国苜蓿干草的质量标准，这可能是因为本试验使用的苜蓿干草的叶片部位经过晾晒打捆后损失较多，导致苜蓿粗蛋白的含量偏低。

香蕉叶中含有单宁，被认为是限制其成为饲料原料利用的主要因素。本试验中香蕉叶的单宁含量为2.9%(干物质基础)，高于前人的报道结果[20]，可能与香蕉品种和生长环境有关。研究表明，各种环境因素包括温度、光密度、水、营养应激、土壤质量和地形等都会影响单宁在植物体中的含量[21]。

3.2 营养物质瘤胃降解特性

本试验采用的尼龙袋法，属于半体内法，是目前广泛用于测定粗饲料降解规律的方法。目前采用尼龙袋法评价香蕉茎叶营养价值的研究还不全面。DM是饲料营养价值的基础，也是决定干物质采食量(dry matter intake, DMI)的重要组成部分，反映饲料整体可消化的难易程度。DMI的升高，也能够间接地提高动物对其他营养物质的吸收。DM瘤胃降解率受饲料原料纤维素含量和木质化程度的影响[22]。本试验中，香蕉叶在72 h内各个时间点的DM瘤胃降解率均小于苜蓿干草，同时，DM的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率和有效降解率也小于苜蓿干草，可以归因于香蕉叶的NDF和ADF含量高于苜蓿干草。这表明香蕉叶不易被奶牛消化，可以推测香蕉叶的DMI低于苜蓿干草。

饲料CP瘤胃降解率受饲料蛋白质的含量、组成及饲料在瘤胃内的滞留时间等因素的影响[23]。尽管本试验中香蕉叶CP含量与苜蓿干草相同，但在各个时间点的降解率和有效降解率均低于苜蓿干草，这可能是因为香蕉叶CP的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率均小于苜蓿干草。研究指出，饲料的CP降解率受饲料本身性质影响很大，不同饲料快速降解部分、慢速降解部分和不易降解部分的比例不同，会表现出不同的瘤胃降解特性[24]。同时，饲料的化学成分分析和动物试验相结合才能准确评定饲料的营养价值。香蕉叶CP在奶牛瘤胃的降解率低于苜蓿干草，也可能与其含有单宁有关。

饲料NDF和ADF的瘤胃降解率是衡量粗饲料品质的关键指标，其大小反映了粗饲料中纤维部分在瘤胃内消化的难易程度。香蕉叶和苜蓿的NDF和ADF降解率在12 h之前随着时间的延长增长比较缓慢，降解率较低，12 h之后降解加速，表明瘤胃内纤维的消化主要发生在12 h之后。香蕉叶NDF和ADF的降解率在早期虽然较低，但在后期与苜蓿的降解率相差并不大。Makkar等[25]的试验表明，饲料中单宁的存在抑制了瘤胃中纤维降素分解酶的活力，导致前期纤维的降解率降低，后期单宁与蛋白质结合，对纤维降解菌的抑制减少。因此试验中香蕉叶前期的NDF和ADF降解率低于苜蓿，但后期香蕉叶ADF和NDF降解率与苜蓿干草的降解率相近。

总的来说，香蕉叶的营养价值明显低于苜蓿干草，不适合单独饲喂。苜蓿干草和香蕉叶混合饲料的DM和CP瘤胃降解率比香蕉叶高，但低于苜蓿干草，NDF和ADF的降解率与两者相似，这可能是因为香蕉叶和苜蓿干草混合饲喂后，对饲料降解率的影响变小，这表明混合饲喂可以提高其饲喂价值。

3.3 香蕉叶单宁对营养物质降解的影响

聚乙二醇(PEG)是单宁的吸附剂，可以与单宁相结合使单宁失去活性，在国内外广泛被用来屏蔽单宁对动物营养代谢的副作用。因此，本试验通过比较未添加PEG组和添加PEG组来评价香蕉叶中单宁对营养物质瘤胃降解率的影响。添加PEG的苜蓿干草的DM、CP和NDF瘤胃降解率与未添加组相近，可以说明PEG对饲料营养物质在奶牛瘤胃内的降解没有影响。添加PEG的香蕉叶和混合粗饲料的DM、CP和NDF瘤胃降解率均高于相应的未添加组，表明香蕉叶中的单宁含量在2.9%和1.8%时均降低了营养物质的瘤胃降解率。单宁对饲料营养物质瘤胃降解的负面作用主要归因于3方面：1)单宁可以与大分子营养物质相结合，形成稳定的复合体，从而避免被瘤胃微生物降解[24]；2)单宁具有抑制瘤胃内蛋白和纤维降解菌的作用[26-27]；3)单宁可以与瘤胃微生物分泌的酶相结合，从而抑制酶的活性[28]。单宁对蛋白瘤胃降解的抑制作用可以增加过瘤胃蛋白数量，有利于提高反刍动物对饲料蛋白的利用率。通常来说，当饲料中单宁浓度低于5%(干物质基础)时对DM和粗纤维消化率没有影响[29]，但本试验观察到香蕉叶单宁浓度在2.9%时降低了DM、NDF和ADF的瘤胃降解率，这可能与单宁的化学结构有关[30]。目前关于香蕉叶单宁化学结构的研究尚未见报道，有待后续研究。