缓释尿素替代不同比例豆粕对瘤胃体外发酵参数的影响

2022-10-12王里彦纪守坤李金辉陈佳欣田星哲杨彩虹张立申段春辉刘月琴张英杰

中国畜牧杂志 2022年10期

王里彦，纪守坤，李金辉，陈佳欣，田星哲，杨彩虹，张立申，段春辉，刘月琴，严慧*，张英杰*

（1.河北农业大学动物科技学院，河北保定 071000；2.河北省唐县农业农村局，河北保定 072350）

豆粕是大豆加工调制过程中得到的副产品，粗蛋白质（CP）含量约为43%，其中氨基酸含量丰富且比例较为适宜，是应用广泛的植物性蛋白质饲料。近年来，随畜牧业快速发展，我国对豆粕需求量增加，导致国内豆粕资源紧张，价格上涨，寻找豆粕的替代品变得极为迫切。前人研究表明，用青贮红花苜蓿、南瓜籽饼和干酒糟可替代豆粕，但用植物性蛋白质饲料替代豆粕仍存在资源不足的问题。

尿素是重要的非蛋白氮原料，因其成本低，来源广，含氮量高，被广泛应用于反刍动物的饲喂。王宁娟研究表明，尿素有利于瘤胃微生物生长繁殖、增加氮的沉积量，可改善动物的生产性能，提高反刍动物养殖的经济效益。由于普通尿素释放氨的速度过快，难以保证动物安全性和尿素利用率，极大限制着尿素产品的应用和推广。Highstreet 等研究发现，饲粮中添加Nitroshure 物理包被法制成的缓释尿素（SU）产品，能显著提高奶牛乳品质。沈冰蕾等研究发现，饲粮中添加SU 产品（脲酶抑制剂化学缓释法制成）能显著提高产奶量4.27%～6.22%。但SU 在反刍动物饲粮中的合理添加量还存在较大争议。本试验拟采用瘤胃体外发酵的方法，解析SU 替代不同比例豆粕对瘤胃体外发酵参数的影响，为找寻SU替代豆粕的适宜比例提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计及试验饲粮参照NRC 2007 肉羊（体重50 kg，日增重200 g）营养参数配制饲粮，饲粮组成和营养成分见表1。对照组为豆粕型饲粮，试验组依据等能等氮原则使用SU 替代不同比例豆粕，分别为0%SU组（对照组）、37%SU 组、71%SU 组和100%SU 组，每组设置6 个重复进行瘤胃体外发酵。

表1 发酵饲粮组成和营养成分

1.2 瘤胃体外发酵于晨饲前收集屠宰场提供的新鲜瘤胃食糜，经4 层纱布过滤后，瘤胃液转移至保温瓶（预先恒温至39℃），3 h 内带回实验室。瘤胃体外发酵试验和人工瘤胃液的配置参照Menke 等的方法，在实验室将瘤胃液与人工瘤胃液按1:2 比例混合制成混合瘤胃液，并加入0.7 g/L 的异抗坏血酸钠进行除氧，混合瘤胃液于水浴锅中（39℃）预热1 h 后使用。饲粮使用粉碎机粉碎，过40 目筛，准确称取1.5 g 饲粮置于孔隙25 μm 的纤维发酵包中。每个装有200 mL 混合瘤胃液的发酵袋放入2 个发酵包，于39℃恒温水浴摇床中发酵。

1.3 产气量指标测定在2、4、6、8、10、12、24、30 h 时用5 mL 一次性注射器测定产气量（重复6 次），并计算累积产气量。使用Φrskov 等的数学模型计算瘤胃体外发酵参数：

其中，t 为发酵产气时间（h），GP 为t 时间点的累积产气量（mL），a 为快速降解部分产气量（mL），b为慢速降解部分产气量（mL），c 为慢速降解部分产气速率（%/h）。

1.4 指标测定及计算公式发酵结束后取出饲料包测定干物质（DM）、总能（GE）、CP、中性洗涤纤维（NDF）和酸性洗涤纤维（ADF）含量。饲料和发酵残渣经105℃烘干24 h 测定其DM 含量，GE 含量用XRA-1A数显氧弹式热量计测定，CP 含量用凯氏定氮法测定，NDF 和ADF 含量用Ringbio 纤维分析仪测定。

饲料中某营养物质降解率=[（发酵前某营养物质含量-发酵后某营养物质含量）/发酵前某营养物质含量]×100%

1.5 瘤胃液指标测定发酵结束后瘤胃液pH 用pH 计测定，MCP 含量用考马斯亮蓝法测定，NH-N 含量用苯酚-次氯酸钠比色法测定。

1.6 统计分析数据用Excel 2007 进行整理，用IBM SPSS Statistics 21 进行方差分析，用Duncan's 法进行均值多重比较。＜0.05 为差异显著判断标准。

2 结果

2.1 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵产气量的影响 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵产气量的影响见表2。试验组与对照组的2、4、6、8、10、12、24、30 h 累积产气量和快速降解部分产气量（a）均差异不显著；37% SU组与0% SU 组的慢速降解部分产气量（b）和潜在产气量（a+b）均差异不显著，71% SU 组高于0% SU 组（＜0.05），100% SU 组低于0% SU 组（＜0.05）；37% SU 组、71% SU 组和100% SU 组与对照组的慢速降解部分产气速率（c）均无显著差异。

表2 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵产气量的影响

2.2 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵营养物质降解的影响SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵营养物质降解的影响见表3。37% SU 组与0%SU 组的DM、GE、CP、NDF和ADF 降解率均无显著差异；71% SU 组和100% SU组的DM 和GE 降解率均高于0% SU 组（＜0.05），CP、NDF 和ADF 降解率均低于0% SU 组（＜0.05）；100% SU 组NDF 降解率低于71%SU 组（＜0.05），其他指标两组间无显著差异。随SU 替代豆粕比例上升，DM 和GE 降解率呈上升趋势，CP、NDF 和ADF 降解率呈下降趋势。

表3 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵营养物质降解率的影响 %

2.3 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵pH、NH-N 和MCP含量的影响 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵pH、NH-N和MCP 含量的影响见表4。37% SU 组发酵液pH 低于其他各组（＜0.05），71% SU 组和100% SU 组发酵液pH 与0% SU 组均差异不显著；各试验组发酵液NH-N和MCP 含量均低于对照组（＜0.05）。

表4 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵培养液pH、NH3-N 和MCP 含量的影响

3 讨论

3.1 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵中产气量的影响瘤胃中气体主要是由微生物降解碳水化合物和蛋白质生成，产气量是评价瘤胃发酵性能的重要指标。根据CNCPS 体系，瘤胃体外发酵产气量分为快速降解部分产气量和慢速降解部分产气量。快速降解部分产气量是由微生物降解葡萄糖和淀粉等微生物容易利用的有机物产生，慢速降解部分产气量是由微生物降解纤维素和半纤维素等微生物难以利用的有机物产生。Mauro 等研究表明，添加3%的SU 会减少瘤胃体外发酵产气量。而本研究结果表明，试验组的快速降解部分产气量与对照组差异不显著，71% SU 组的慢速降解部分产气量和潜在产气量均显著高于0%SU 组，但100% SU 组均显著低于0% SU 组。这一结果提示，SU 对产气量的影响存在剂量效应，即适宜的SU 替代豆粕比例不会显著影响快速降解部分产气量，可以提高慢速降解部分产气量和潜在产气量，但高比例SU（100% 替代）会降低瘤胃发酵产气量。本研究结果中快速降解部分产气量存在滞后现象，原因可能与瘤胃液预热时间较短（仅1 h），导致发酵液中微生物活化不充分有关。Zhang 等研究表明，适当延长瘤胃液预热时间可改善体外发酵体系产气滞后的情况。

3.2 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵营养物质降解率的影响瘤胃中DM、GE、CP、NDF 和ADF 消化率是衡量瘤胃消化能力的关键指标。赵二龙等研究结果表明，SU 替代豆粕能显著提高肉牛对DM 的表观消化率，对CP 的消化率无显著影响，同时显著降低NDF 和ADF消化率。Salami 等研究结果表明，饲粮中添加SU会提高反刍动物对饲粮中GE 的利用率，SU 替代豆粕的适宜比例尚不明确。本研究结果进一步表明，37%SU 组与0% SU 组各营养成分降解率无显著差异；与0%SU 组相比，71% SU 组和100% SU 组显著提高了DM和GE 降解率，同时显著降低了CP、NDF 和ADF 降解率，表明使用SU 替代71%或100% 豆粕有利于DM 和GE的降解，但会降低CP 和纤维的降解率，可能是高比例SU（71% 或100% 替代）通过改变原有瘤胃菌群特征影响了特定营养物质降解率。

3.3 SU 替代豆粕对瘤胃体外发酵pH、NH-N 和MCP的影响 SU 可以降低尿素分解成氨的速度，增强氨的生成与利用，从而提高尿素的利用效率。pH 是衡量瘤胃发酵环境的指标，其适宜范围为5.5～7.5，该范围是保证瘤胃正常发酵的前提之一。SU 的缓释作用不会造成瘤胃发酵环境出现剧烈的pH 失衡。陈亚明等研究结果表明，用羟甲基尿素代替日粮精料CP 的18.96%，羔羊瘤胃液pH 显著低于对照组。本研究结果表明，仅37% SU 组pH 显著下降，但各组均在正常范围内，表明缓释尿素对瘤胃pH 的影响有限。

NH-N 是瘤胃微生物生长的主要氮源，反映了瘤胃微生物分解饲粮CP 产生NH-N 和利用NH-N 合成MCP 的动态平衡，是评定瘤胃内环境的关键指标。瘤胃中的NH-N 水平保持动态平衡，适宜浓度为5～30 mg/dL。NH-N 浓度过高或者过低都不利于瘤胃微生物的生长繁殖。张娇娇等研究表明，日粮中添加1% SU 能够提高微生物利用NH-N 合成MCP 的效率，降低发酵液NH-N 含量。本研究结果表明，各组NH-N 含量均在正常范围内；37% SU 组、71% SU组和100% SU 组NH-N 均显著低于0% SU 组，且随SU 替代豆粕比例上升，NH-N 含量呈逐渐下降趋势，与Ying 等研究结果一致。这一结果提示，SU 替代豆粕不会造成瘤胃中氨氮水平失衡，提高SU 替代豆粕比例会降低瘤胃发酵液NH-N 含量，可能原因是CP 降解率降低导致生成NH-N 量减少。

瘤胃微生物可以利用NH-N 合成MCP，MCP 含量反映瘤胃微生物对NH-N 的利用程度，MCP 能够满足反刍动物所需蛋白质的40%～80%，是反刍动物机体氮源的主要提供者。Alipour 等研究表明，SU 以1%（DM 基础）替代日粮中尿素可显著提高瘤胃液MCP含量。本研究结果表明，各试验组MCP 含量均显著低于对照组，且不受SU 替代比例影响。这一结果提示，SU 替代豆粕会显著降低瘤胃发酵液MCP 含量，可能与NH-N 含量低导致合成MCP 的前体物质减少有关。