玉米秸秆结合外源酶对羔羊瘤胃发酵的影响

范 瑞，董立红，翟广谦，李文和，阮福林，陈永欣*

（1.山西农业大学玉米研究所，山西忻州 034000；2.山西农业大学旱地农业研究中心，山西太原 030031）

在许多热带干旱地区，由于日常生活中牧场的耗竭，反刍动物以低质量的牧草、农作物残茬和农工业副产品为生，这些作物残茬和劣质粗饲料需要加工，以提高营养利用率。近年来，添加外源性纤维分解酶作为反刍动物饲料添加剂引起了人们的关注。已有研究表明，外源性纤维分解酶与内源性瘤胃微生物酶具有协同作用，可以提高高纤维日粮的消化率和营养价值（范小红等，2017）。张仲卿等（2019）、许富强等（2018）报道了外源纤维分解酶可以改善秸秆的消化利用率。但关于外源纤维酶的研究大多集中在青贮饲料、干草和禾本科植物上。体外试验表明，对酶的作用水平是非线性的，需要确定单个饲料中酶的最佳剂量。因此，本试验旨在评估外源酶（纤维素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶）对玉米秸秆干物质体外消化率、总糖释放及酶处理的玉米秸秆对羔羊瘤胃发酵性能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料准备 纤维素酶和木聚糖酶的添加浓度分别为0、100、200、400、800、1600、3200、6400、12800、25600、32000、38400 和44800 IU/g。体外研究所用的原料为成熟3 ～4 个月的玉米秸秆，收获后晒干，用切割器切至1 ～2cm。有机物、粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物、总灰分、钙、磷的含量分别为86.25%、3.84%、0.76%、48.31%、33.34%、9.62%、0.79%、0.62%。

1.2 体外试验 采用改良的瘤胃液两阶段体外消 化 技 术（Goering 和Van Soest，1970）研 究 羔羊瘤胃液的体外干物质消化率。根据Nsereko 等（2000）的方法估算添加不同剂量酶或组合对玉米秸秆的体外总糖释放量。

1.3 体内试验 在体内研究中，以玉米秸秆为唯一的粗饲料来源，以50 ∶50 的粗饲料精料比配制全混合日粮。用切割器将玉米秸秆切成0.5 ～1.0 cm，并与35% 的花生饼、40% 的玉米、22% 的米糠粕、2% 的盐、1% 的矿物混合物和维生素A、D3（20 g/T）。试验定量添加酶混合物（纤维素酶- 木聚糖酶12800 ～12800 IU/g 玉米秸秆）。将计算出的酶准确称量，混合到所需的精料混合物中，再与切碎的玉米秸秆人工混合约10 min，然后用于饲喂。将12 只平均体重为（20.34±2.369）kg 的公绵羊随机分为2 组，对照组饲喂全混合日粮+ 玉米秸秆，处理组饲喂全混合日粮+ 玉米秸秆+ 复合酶。试验期间称量绵羊的初重和末重，记录采食量。在饲喂0、2、4 和6 h后采集瘤胃液，用于测定pH、挥发性脂肪酸、氨氮和总氮含量。

1.4 统计分析 采用SPSS 软件一般线性模型进行单因素方差分析，采用Duncan’s 进行多重比较，P ＜5% 表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 体外试验 由表1 可知，纤维素酶浓度达到6400 IU/g 或以上时显著改善玉米秸秆的干物 质 消 化 率（P ＜0.05），其 中25600 IU/g 组 干物质体外消化率最高（P ＜0.05），但超过该浓度时（32000 ～44800 IU/g），干物质消化率逐渐降低（P ＜0.05）。木聚糖酶浓度达到800 IU/g 时对玉米秸秆干物质体外消化率无显著影响（P ＞0.05）。当木聚糖酶浓度达到1600 IU/g 时，干物质体外消化率显著升高（P ＜0.05）。玉米秸秆的总糖释放水平随纤维素酶和木聚糖酶浓度的升高而升高（P ＜0.05）。

当纤维素酶浓度为6400、12800、25600和32000 IU/g 及木聚糖浓度为12800、25600、32000、38400 和44800 IU/g 时，玉米秸秆干物质体外消化率及总糖释放量最佳（P ＜0.05）。因此，我们选用上述酶浓度作为联合使用量。当纤维素酶浓度为6400 IU/g，木聚糖酶浓度为25600 或44800 IU/g 时，玉米秸秆干物质体外消化率显著提高（P ＜0.05）。而当纤维素酶浓度为12800、25600 或32000 IU/g，木聚糖酶浓度为12800 或25600 IU/g 时，干物质体外消化率显著高于木聚糖酶浓度为32000、38400 和44800 IU/g组（P ＜0.05）。纤维素酶浓度为6400 或32000 IU/g，木聚糖酶浓度为12800 或38400 IU/g 时，玉米秸秆总糖释放量最高（P ＜0.05）。

我们以纤维素酶浓度为12800 IU/g，木聚糖酶浓度为12800 或25600 IU/g 为基础，研究添加100、200 或300 IU/g 葡聚糖酶对玉米秸秆干物质体外消化率及总糖释放的影响。由表3 可知，葡聚糖酶浓度从100 ～300 IU/g 对玉米秸秆干物质体外消化率无显著影响（P ＞0.05）。当纤维素酶浓度为25600 IU/g，木聚糖酶浓度为12800 IU/g或25600 IU/kg，葡聚糖酶浓度为300 IU/g 时显著降低干物质体外消化率（P ＜0.05）。纤维素酶-木聚糖酶-葡聚糖酶浓度为25600-25600-0 IU/g，25600-12800-0 IU/g，12800-12800-0 IU/g时，干物质体外消化率依次降低。

表1 不同浓度纤维素酶和木聚糖酶对玉米秸秆干物质体外消化和糖释放的影响

表2 不同浓度纤维素酶和木聚糖酶联合使用对玉米秸秆干物质体外消化和糖释放的影响

表3 不同浓度纤维素酶和木聚糖酶对玉米秸秆干物质体外消化和糖释放的影响

2.2 体内试验 由表4 可知，各组对羔羊初重和末重均无显著影响（P ＞0.05）。全混合日粮加入酶处理的玉米秸秆对羔羊每千克代谢体重的采食量无显著影响（P ＞0.05）。瘤胃pH 在饲喂2 h 后显著下降，饲喂6 h 后继续下降（P ＜0.05）。羔羊采食4 h 后挥发性脂肪酸、氨氮和总氮浓度达到最高值（P ＜0.05），饲喂6 h 后降低。

3 讨论

Yu 等（2005）报道称，添加酶混合物（木聚糖酶2048000，纤维素酶512000，β- 葡聚糖酶32000 IU/g）提高了燕麦皮、小麦秸秆和苜蓿草的瘤胃体外降解率。本研究纤维素酶和木聚糖酶在0 ～44800 IU/g 时显著提高了玉米秸秆的糖释放量，其中在44800 IU/ 时糖释放量达到最高。纤维素、半纤维素和木质素之间的酯化结合限制了瘤胃微生物对谷物秸秆的消化（Waghorn 和McNabb，2003）。补充纤维素酶和木聚糖酶可以分解β1 ～4 连接的纤维素和半纤维素，释放可溶性糖，促进微生物的生长。这些酶与内源性瘤胃微生物酶的协同作用也可能导致干物质体外消化率升高。

表4 玉米秸秆添加纤维酶对羔羊瘤胃发酵性能的影响

Eun 和Beauchemin（2007）报道称，在1.4 mg/g 干物质水平下补充外源纤维分解酶可以提高苜蓿干草的中性洗涤纤维降解率，最高可达20.6%，玉米青贮饲料的中性洗涤纤维降解率提高达到60.3%。葡聚糖酶浓度从100 ～300 IU/g对玉米秸秆干物质体外消化率无显著影响，这可能与次优剂量或玉米秸秆细胞壁结构有关，与Jalivand 等（2008）的研究结果一致。

补充上述选择的酶液对饲喂50% 玉米秸秆的羔羊瘤胃挥发性脂肪酸和氨氮浓度具有显著影响，但酶浓度和样品采集时间无交互效应。添加复合酶的处理组挥发性脂肪酸浓度越高，瘤胃纤维分解活性越强，可发酵可溶性碳水化合物的利用率越高，这与Hristov 等（2000）的研究结果一致。无论日粮是否加酶，瘤胃pH 的平均值在采食2 h 后下降，并在采食6 h 后继续下降。

4 结论

单独补充纤维素酶和木聚糖酶或联合使用均可改善玉米秸秆的干物质体外消化率和总糖释放量，但葡聚糖酶及纤维素酶和木聚糖酶对干物质体外消化率和总糖释放无协同效应。当纤维素酶-木聚糖酶-葡聚糖酶浓度为25600-25600-0 IU/g 时，玉米秸秆的体外养分利用率最佳，而当纤维素酶- 木聚糖酶- 葡聚糖酶浓度为12800-12800-0 IU/g 时，可以提高饲喂50% 玉米秸秆羔羊的瘤胃挥发性脂肪酸和氨氮浓度。