乳酸菌制剂对灌溉区不同品种青饲玉米青贮发酵品质的影响

马淑敏，焦 婷，师尚礼，秦伟娜，王正文，赵生国，祁 娟

（1. 甘肃农业大学草业学院 / 草业生态系统教育部重点实验室 / 中-美草地畜牧业可持续发展研究中心,甘肃 兰州 730070；2. 甘肃农业大学动物科学技术学院, 甘肃 兰州 730070）

青饲玉米(Zea mays)通常被制作成优质青贮饲料用来饲喂牲畜，具有较高消化能、营养价值丰富等优良特性。随着农业供给侧结构性改革的发展和种植业结构调整的需要，特别是规模化养殖的逐步壮大，优质青贮玉米的市场需求增大。武威市位于甘肃西北部，其紧紧遵循“粮草兼顾、种养结合、循环发展”的原则，大幅缩减籽粒玉米种植面积，大力发展以青贮玉米为主的优质饲草种植产业[1]，为此前人做了大量品种筛选试验。李斌和张国龙[2]通过对种植15 个青饲玉米品种进行产量比较试验，筛选出了‘武科615’等鲜草产量较高的优质青饲品种；秦伟娜等[3]在灌溉区武威黄羊镇种植不同青饲玉米品种并进行青贮试验，筛选出‘金凯3 号’、‘北农青贮208’等优质品种，而关于添加乳酸菌制剂对不同青饲玉米品种发酵品质的影响研究少见报道。

自然青贮的玉米，其自身所携带的乳酸菌数量有限，易造成腐败菌迅速生长，导致青贮玉米干物质的损失以及蛋白质水解等，使青贮饲料品质下降[4]。而添加乳酸菌制剂，可促进有机酸的产生快速降低pH 以加快发酵进程，从而抑制腐败菌的增殖来减少青贮饲料营养流失，改善青贮品质[5]。研究表明，李君临等[6]通过在多年生黑麦草(Lolium perenne)中添加不同浓度乳酸菌进行青贮发酵，发现随着乳酸菌添加浓度的增加，青贮发酵品质更佳；郭天龙等[7]在甜菜(Beta vulgaris)茎叶中加入乳酸菌制剂进行青贮发酵后其干物质、乳酸含量上升，酸性洗涤纤维、氨态氮含量下降，因此在制作青贮玉米过程中添加乳酸菌制剂进行青贮发酵的方式可提高青贮玉米的青贮发酵品质。

本研究对种植在灌溉区(武威) 10 个青饲玉米品种在蜡熟期2/3 乳线时刈割后进行乳酸菌添加剂处理，通过对比分析供试品种的营养成分和发酵品质，得出乳酸菌制剂对灌溉区不同青饲玉米青贮发酵品质的影响，为优质青贮玉米的推广及其加工调制提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

武威黄羊镇(灌溉区)位于甘肃西北部，地理坐标为36°29′～39°27′ N，101°49′～104°16′ E，是古老的灌溉农业区，温带大陆干旱气候，干旱少雨、日照充足、昼夜温差大。年平均降水量225 mm，年蒸发量2 020 mm，年平均温度7.7 ℃，无霜期150 d 左右。

1.2 供试材料

供试材料为10 个专用型青饲玉米品种，分别为‘桂青贮1 号’、‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘利农368’、‘金凯3 号’、‘金穗715’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’、‘和盛5288’、‘蜀玉201’，各品种原料营养成分如表1 所列。

表1 青贮玉米原料营养成分Table 1 Nutrient composition of silage corn raw materials%

试验所用青贮添加剂为 Sila-Max (乳酸菌制剂，购自美国瑞科公司，主要成分是植物乳酸杆菌发酵产物、乳酸片球菌发酵产物、纯化纤维素酶、低聚糖)，添加量为0.002 5 g·kg-1。

1.3 试验设计

试验分别将10 个品种的青饲玉米种植于武威黄羊镇(灌溉区)，在蜡熟期2/3 乳线时进行刈割铡短后采用桶装青贮。每个品种两个处理，对照组(CK)喷洒蒸馏水(5 mL·kg-1)，乳酸菌制剂组喷洒添加剂Sila-Max，添加量为0.002 5 g·kg-1，即每0.002 5 g溶解于5 mL 蒸馏水后均匀喷洒于1 kg 原料，每个处理3 个重复。青贮桶体积为20 L，装填后每桶重量约13 kg，青贮密度为650 kg·m-3。青贮60 d 后开桶，取样进行青贮饲料营养成分及发酵品质评定。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 营养指标测定

开封时，取出青贮样称取鲜重后，在65 ℃烘箱内烘干48 h，称取风干重后粉碎，过0.45 mm 筛，制成风干样，用于常规营养成分测定。

干物质(dry matter, DM)含量采用105 ℃烘干法测定[8]；粗蛋白(crude protein, CP)含量采用凯氏定氮法测定[9]；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)采用范氏洗涤纤维法测定[8]；粗灰分(crude ash, Ash)含量在茂福炉550 ℃下灼烧5 h 测定[8]；水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate, WSC)含量采用蒽酮-硫酸比色法测定[10]；粗脂肪(ether extract, EE)含量采用索氏浸提法测定[11]；单糖(ESC，不能再水解的糖类，是葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等的总和)含量采用蒽酮比色法测定[3]；淀粉(starch)含量采用分光光度法测定[12]。

1.4.2 发酵指标测定

准确称取30 g 混匀青贮样品放入匀浆机，加入270 mL 蒸馏水，匀质3 min，4 层纱布过滤得到浸提液，用于发酵参数的测定[13]。

使用pH 计(P611 型)测定pH，采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨态氮(NH3-N)[14]，使用SHI-MADZE-10A 型高效液相色谱分析浸提液的乳酸(lactic acid,LA)、 乙 酸 (acetic acid, AA)、 丁 酸(butyric acid,BA)含量，分析条件：色谱柱 (Shodex Rspak KC-811)，检 测 器 (SPD-M10Avp)，流 动 相：3 mmol·L-1高氯酸溶液，流速1 mL·min-1，柱温50 ℃，检测波长210 nm，进样量5 μL[15]。

1.4.3 综合评价体系

应用灰色关联度分析法进行综合评价。选用DM、干物质损失率(dry matter loss rate, DMLR)、CP、ADF、NDF、EE、Ash、Starch、ESC、WSC、pH、LA、AA、BA、NH3-N 15 个指标进行权重比较，在此基础上构建综合评价模型，进行灰色关联度分析和综合评价。选取青贮玉米各项指标的最优值为参考列，记为{X0(k)} (k= 1, 2, 3, …,n)，将参试品种的各项指标作为评价指标，构成比较数列，即参评指标观测值集合，记为{Xi(k) } (i= 1, 2, 3, …,m;k= 1, 2, …,n)。参试品种以X 表示，性状以k表示，各参试品种X 在性状k处的值构成比较数列 Xi，X0为构建的理想参考品种[16-17]。参考判断矩阵法给各指标赋权重。

式中：εi(k)为X0与Xi在第k点的关联系数[18]。ρ为分辨率系数，ρ∈(0，1)，该研究取值0.5。关联系数越大表明参试品种与参考品种的关联度大。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2010 完成进行数据记录和作图，数据均以“平均值 ± 标准误”，采用SPSS 19.0 软件进行各指标品种与乳酸菌制剂的双因素方差分析，不同处理各指标进行单因素方差分析(ANOVA)，差异显著性用LSD 法进行多重比较(P＜ 0.05)。

2 结果与分析

2.1 乳酸菌制剂对不同青饲玉米青贮营养成分的影响

2.1.1 纤维类养分及粗蛋白含量的变化

品种、Sila-Max 及二者的交互作用对NDF 含量有极显著影响(P＜ 0.01)，品种、二者交互作用对ADF 含量有极显著影响(P＜ 0.01)，品种对CP 含量有极显著影响(P＜ 0.01) (表2)。

如表2 所示，对照组‘陇单339’的ADF 含量显著低于除‘和盛5288’以外的其他品种(P＜ 0.05)，‘蜀玉201’的CP 含量相对较高，分别显著高于‘利农368’、‘金穗715’、‘北农青贮208’ 10.23%、11.40%和9.22%(P＜ 0.05)；Sila-Max 组：‘陇单10 号’、‘蜀玉201’的ADF、NDF 含量相对较低，均显著低于‘桂青贮1号’、‘利农368’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’ (P＜ 0.05)，‘桂青贮1 号’、‘金凯3 号’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’和‘蜀玉201’的CP 含量显著高于‘利农368’、‘金穗715’、‘和盛5288’(P＜ 0.05)。与对照相比，加入Sila-Max 后，‘陇单10 号’、‘蜀玉201’的ADF 含量显著降低22.17%和34.30% (P＜ 0.05)；‘陇单10’、‘北农青贮208’、‘蜀玉201’的NDF 含量显著降低 20.40%、13.59%和30.01% (P＜ 0.05)；‘北农青贮208’的CP 含量显著升高8.41% (P＜ 0.05)。

表2 不同青饲玉米品种纤维类及粗蛋白含量的变化Table 2 Changes in fiber and crude protein contents of different green maize cultivars%

2.1.2 干物质及灰分含量的变化

品种对DM 含量、DMLR、Ash 含量有极显著影响(P＜ 0.01) (表3)。对照组 ‘陇单339’的DM 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘金穗715’、‘豫青贮23’的DMLR 显著低于其他品种，‘金穗715’的Ash含 量 最 低；Sila-Max 组‘陇 单339’、‘金 穗715’的DM 含量显著高于除‘陇单10 号’以外的其他品种(P＜0.05)，‘金穗715’、‘豫青贮23’的DMLR 显著低于其他品种，‘陇单10 号’的Ash 含量最低。与对照相比，加入Sila-Max 后，‘陇单10 号’的DM 含量显著高于对照；‘和盛5288’的DMLR 显著高于对照。

表3 不同青饲玉米品种干物质及粗灰分含量的变化Table 3 Changes in dry matter and crude ash contents of different green maize cultivars%

2.1.3 碳水化合物及脂肪类成分含量的变化

品种、二者的交互作用对Starch、WSC 含量有极显著影响(P＜ 0.01) (表4)，品种、Sila-Max 及二者的交互作用对ESC 含量有极显著影响(P＜ 0.01)，品种对EE 含量有极显著影响(P＜ 0.01)。

表4 不同青饲玉米品种糖类、脂肪成分含量的变化Table 4 Changes in carbohydrates and ether extract of different green maize cultivars%

对照组 ‘陇单339’的Starch 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘豫青贮23’的EE 含量最高且显著高于‘桂青贮1 号’、‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘利农368’、‘蜀玉201’ (P＜ 0.05)，‘北农青贮208’的WSC 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘桂青贮1 号’、‘北农青贮208’的ESC 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)；Sila-Max 组 ‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘和盛5288’、‘蜀玉201’的Starch 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘豫青贮23’的EE 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘北农青贮208’的WSC 和ESC 含量均显著高于其他品种(P＜ 0.05)。与对照相比，加入Sila-Max 后，‘陇单339’、‘豫青贮23’、‘北农青贮208’、‘和盛5288’的WSC 含量显著升高86.96%、17.42%、13.64%和41.70%(P＜ 0.05)，‘桂青贮1 号’、‘陇单10 号’、‘蜀玉201’的WSC 含量显著降低19.15%、62.67% 和65.53%；‘桂青贮1号’、‘陇单10号’、‘利农368’、‘蜀玉201’的ESC含量显著降低9.95%、38.93%、14.63% 和33.61%；‘陇单339’、‘豫青贮23’的Starch 含量显著降低(P＜0.05)，‘陇单10 号’的Starch 含量显著升高94.80%。

2.2 乳酸菌制剂对不同青饲玉米青贮发酵品质的影响

品种、Sila-Max 及二者的交互作用对LA、AA含量有极显著影响(P＜ 0.01) (表5)，品种对pH、NH3-N 含量有极显著影响(P＜ 0.01)。

表5 不同青饲玉米品种青贮发酵品质的变化Table 5 Changes in fermentation quality of silage in different green maize cultivars

对照组和Sila-Max 组：‘桂青贮1 号’、‘金凯3 号’pH 均 显 著 低 于 其 他 品 种(P＜ 0.05)，‘陇单339’、‘金穗715’、‘蜀玉201’的NH3-N 含量均较低，‘桂青贮1 号’、‘金凯3 号’的LA 含量均显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘豫青贮23’、‘北农青贮208’的AA 含量均显著高于其他品种(P＜ 0.05)。与对照相比，加入Sila-Max 后，‘桂青贮1 号’、‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘利农368’、‘金凯3 号’、‘金穗715’、‘豫青 贮23’、‘北 农 青 贮208’LA 含 量 后 显 著 升高18.41%、18.44% 、9.11% 、22.17% 、19.94% 、8.32%、18.49%和20.87% (P＜ 0.05)，‘蜀玉201’显著降低12.42%；‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘金凯3 号’、‘金穗715’、‘北农青贮208’AA 含量显著升高128.38%、71.88%、20.35%、32.95%和32.83% (P＜ 0.05)；‘陇单10 号’NH3-N 含量显著降低(P＜ 0.05)；各品种BA 含量均较低且加入Sila-Max 后与对照无显著差异。

2.3 灰色关联度分析

关联值越大，样本数列与参考数列的关系就越接近，说明其综合品质越好。灰色关联度分析结果表明(表6)：对照组，青贮品质较好的品种依次为‘陇单339’、‘金穗715’、‘和盛5288’；Sila-Max 组，青贮品质较好的品种依次为‘北农青贮208’、‘豫青贮23’、‘金穗715’、‘蜀玉201’、‘桂青贮1 号’。

表6 灰色关联度综合评价Table 6 Comprehensive evaluation of grey relational degree

3 讨论

3.1 品种对青饲玉米青贮发酵品质的影响

本研究中方差分析表明各品种对营养成分含量有极显著的影响，孙志强等[19]研究中也表明不同品种的全株玉米青贮饲料发酵后其ADF、CP、WSC 含量有差异。本研究通过青贮试验筛选出最优品种为‘北农青贮208’，其CP 含量较高，且WSC、ESC 含量显著高于除‘桂青贮1 号’以外的其他品种(P＜ 0.05)，这与秦伟娜等[3]研究中筛选出的最优品种一致，说明其适合作为青饲品种进一步青贮加工。营养品质的好坏直接决定着青贮饲料的优劣，其中CP、纤维是反映青贮饲料品质的重要指标，CP 的消化吸收受纤维含量的影响，纤维含量越低越利于CP 的吸收利用[20]，本研究中，各品种青贮玉米CP 含量均符合国家二级青贮玉米(CP ≥ 7%)要求[21]。青贮前后对比，‘和盛5288’的 ADF、NDF 含量均较低，‘金凯3 号’CP 含量均较高，而‘利农368’青贮前后CP 含量均较低，这表明原料成分差异会对青贮饲料营养成分产生影响[21]，同时本研究中，青贮前‘北农青贮208’CP 含量最高(表1)，但自然青贮后其CP 含量较低，在加入乳酸菌制剂后进行青贮其CP 含量则显著升高，这表明各品种营养成分差异除了与原料自身营养有关[19]，也可能是由于玉米原料的营养成分不同，影响了青贮过程中微生物菌群的结构的变化规律[22]，导致各品种发酵效果不一；近年来，国内牧场对青贮饲料要求Starch 含量要达到30%[23]，本研究中‘蜀玉201’、‘和盛5288’等品种达到要求，但由于品种差异[21]，‘桂青贮1 号’等品种Starch 含量较低。

本研究中青饲玉米品种对发酵指标影响显著，说明不同品种间发酵品质差异较大，可能是由于各品种原料糖含量、表面微生物等不同而引起的差异[24]。任丽娟[25]的研究中采集33 个品种的全株玉米青贮饲料进行发酵品质分析表明不同品种LA 含量存在极显著差异，而本研究中品种对青贮玉米LA 含量也产生了极显著影响。研究表明，LA 含量是评价青贮饲料质量的重要指标，LA 含量高表明青贮发酵充分，而BA 含量代表梭菌等有害微生物的增殖[26]，本研究中‘金凯3 号’和‘桂青贮1 号’的LA 含量显著高于其他品种(P＜ 0.05)，‘豫青贮23’、‘北农青贮208’的AA 含量显著高于其他品种(P＜0.05)，同时各品种BA 含量均较低，这可能是由于

LA 含量升高，pH 迅速下降，抑制了丁酸梭菌、肠细菌等有害微生物的生长，从而使BA 含量低[27]。NH3-N 增高意味着蛋白质的流失，因此优质青贮玉米的重要特点之一是NH3-N 含量低[28]，本研究中‘陇单339’、‘陇单10 号’、‘金穗715’、‘蜀玉201’的NH3-N 含量均较低。

3.2 乳酸菌制剂对青饲玉米青贮发酵品质的影响

方差分析表明乳酸菌制剂会对青贮品质(乳酸、乙酸) 产生显著影响。本研究中‘陇单10 号’、‘蜀玉201’在添加乳酸菌制剂后纤维含量显著下降(P＜ 0.05)，WSC、ESC 含量显著下降(P＜ 0.05)，说明乳酸菌制剂中的纤维素酶分解其纤维转化为糖类供乳酸菌繁殖，因此提升了青贮品质，而王莹和玉柱[29]的研究中也表明在紫花苜蓿(Medicago sativa)中添加乳酸菌进行青贮试验显著降低了苜蓿纤维含量。本研究表明加入乳酸菌制剂后，‘和盛5288’的DMLR 显著升高，而其余品种DMLR 及Ash 含量均无显著差异，类似研究表明在棉花(Gossypiumspp.)秸秆中添加乳酸菌对青贮饲料的DM、EE、NDF、ADF 和Ash 含量无显著影响[30]，而‘北农青贮208’在加入乳酸菌制剂后，其CP 含量显著上升(P＜0.05)，这可能是由于‘北农青贮208’与其他玉米品种相比其原料所携带的乳酸菌数量相对较少，从而导致自然青贮下有害菌分解CP，而加入乳酸菌制剂后，pH 迅速下降抑制有害菌生长[31]，从而保存CP 导致其含量显著上升。pH 是衡量青贮饲料品质的重要指标之一[30]。本研究中各个品种pH 均低于4.0，符合优良青贮饲料品质要求，本研究乳酸菌制剂处理下各品种青贮玉米的pH 与对照组无显著差异，这可能是由于全株玉米原料具有大量可溶性糖，且附着的乳酸菌数量足够启动发酵进程[19]，从而快速降低了pH。LA 和AA 的含量越高则青贮饲料发酵品质越好[32]，本研究中‘北农青贮208’、‘金穗715’等在加入乳酸菌制剂后，其LA、AA 含量升高，这可能是由于乳酸菌大量繁殖分解糖类，使得大量产酸，因此提高部分品种玉米青贮发酵品质，但由于品种差异，发酵效果不一。

4 结论

本研究表明添加乳酸菌制剂后青贮发酵品质较好的品种有‘北农青贮208’、‘豫青贮23’、‘金穗715’、‘蜀玉201’、‘桂青贮1 号’。