体外法评定狼尾草属杂交牧草作为牦牛粗饲料的营养价值研究

2023-02-16高馨雨于星宇索朗旦增胡志斌王晨曦周浩珍彭忠利

中国饲料 2023年3期

姜菲，高馨雨，于星宇，索朗旦增，胡志斌，王晨曦，周浩珍，彭忠利

（西南民族大学畜牧兽医学院，青藏高原动物遗传资源保护与利用教育部重点实验室，四川成都 610041）

牦牛是青藏高原珍贵的草食家畜，因其对高海拔、低氧环境的适应且可为牧民提供丰富的畜产品（Long等，2008），是当地经济发展不可或缺的推动力。近年来，由于牧民为获取经济效益增扩牧群规模，草地资源被过度开发和利用，导致草原生态环境退化严重，草原面积急剧递减，多数牦牛长期处于“半饥饿”状态，导致生长周期加长，养殖成本升高，最终使得农牧民的经济效益受损（柴林荣，2018）。

狼尾草属（Pennisetum）是禾本科草本植物，生长周期一般为一年生或多年生，全世界约有150个种（陈卢亮，2012），现我国的许多省份均有此属牧草的分布，包括东北、华北和西南等（田宏等，2012）。狼尾草属杂交牧草属于被子植物门，单子叶植物纲，禾本科，狼尾草属，其根系发达、密集、发芽率高、分蘖能力强，具有很强的无性繁殖能力。此牧草在种植中一般无病虫害发生，适口性良好且价格低廉，可用作草食动物的粗饲料。狼尾草属杂交牧牧草在其生长至80～100 cm高时，可直接刈割喂养肉牛，也可使用晾干、烘干等加工处理法后制作成草粉，还可制作成青贮饲料，便于保存和运输。在三种狼尾草耐盐性研究中发现，随着盐浓度增加，三种狼尾草生长速度和体内代谢产生的负效应逐渐增大（缪珊等，2012）。另有研究表明，狼尾草属高大牧草的不同品种之间营养成分的含量存在一定差异，相同品种的不同生育期之间营养成分也有一定差异（赵明坤等，2019）。冯蕊华（2002）在研究江苏农科院培育出的新型杂交狼尾草属牧草时发现，每千克干物质含粗蛋白质154 g，且经过养鱼试验发现，投喂25 kg鲜杂交狼尾草可获产1～1.5 kg的鱼肉，既降低了养殖成本，又减轻了水质污染。刘远等（2018）在分析5种牧草作为饲料原料的营养价值时，通过对比蛋白质和粗纤维的含量，建议杂交狼尾叶片和多花黑麦草可作为优质粗饲料资源进行开发和利用。

目前，国内外关于狼尾草属杂交牧草在反刍动物利用上的研究较少，其营养成分及饲喂价值尚不明确。本研究应用常规养分分析、CNCPS体系和体外产气技术对此牧草进行营养价值评定并与全株玉米青贮作比较，以期为其在牦牛养殖中提供指导意义和参考价值，达到降低规模化养殖成本的目的。

1 材料与方法

1.1 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮的常规养分分析及CNCPS体系营养价值评定

1.1.1 试验样品的采集本试验全株狼尾草属杂交牧草样品于2020年11月在四川省成都市大邑县采集，刈割3～3.5 m高的牧草，切短后装袋。全株玉米青贮于2020年10月在绵阳市三台县收割当地全株玉米发酵而成，将样品带回实验室后迅速烘干（65℃，48 h）保存。

1.1.2 试验时间与地点于2020年10月～2020年12月31日在西南民族大学畜牧兽医学院动物营养与饲料研究室完成。

1.1.3 检测指标及方法常规养分分析内容包括：干物质（DM）、粗灰分（Ash）、中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤纤维（ADF）、酸性洗涤木质素（ADL）、粗蛋白质（CP）、中性洗涤不溶性蛋白（NDIP）、酸性洗涤不溶性蛋白（ADIP）和粗脂肪（EE），均参照曾钰（2020）的方法测定。CNCPS营养价值评定内容包括:碳水化合物（CHO）、结构性碳水化合物（SC）、非结构性碳水化合物（NSC）、不可利用纤维（CC）、快速降解部分（CA）、中速降解部分（CB1）、慢速降解部分（CB2）、非蛋白氮（PA）、快速降解蛋白质（PB1）、中速降解蛋白质（PB2）、慢速降解蛋白质（PB3）和不可降解蛋白质（PC）。其中可溶性蛋白质（SP）的测定参照Krishnamoorth等（1983）的方法，淀粉（Starch）的测定参照蒽酮法郭冬生（2007），非蛋白氮的测定参照三氯乙酸法（Krishnamoorthy，1982）。

CNCPS各组分（%DM）计算方式如下：

1.1.4 数据统计分析用Excel软件对试验数据进行基本处理后用SPSS 18.0软件进行单因素方差分析和差异显著性检验，多重比较分析用Duncan's程序进行。

1.2 体外产气试验比较狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮的产气量及养分降解率

1.2.1 试验样品的采集同1.1.1。

1.2.2 瘤胃液采集与处理本试验所用瘤胃液于2021年2月初于四川省成都市青白江屠宰场采集。选取体况较好的7头麦洼公牦牛，待其屠宰后立即采集瘤胃液，采集后混合并用4层0.125 mm的纱布过滤装入提前预热好的50℃左右的保温瓶中，并在采集期间始终通入CO2保持厌氧条件，采集结束后迅速带回实验室进行体外产气试验。

1.2.3 混合培养液的配制参照Menke等（1988）的方法配制人工唾液原液。微量元素A液：13.20 g CaCl2·2H2O+10.00 g MnCl2·4H2O+1.00 g CoCl2·6H2O+8.00 g FeCl3·6H2O，加蒸馏水溶解并定容至100 mL。缓冲液B液：4.00 g NH4HCO3+35.00 g NaHCO3，加蒸馏水溶解并定容至100 mL。常量元素C液：9.45 g Na2HPO4·12H2O+6.20 g KH2PO4+0.60 g MgSO4·7H2O，加蒸馏水溶解并定容至1000 mL。0.1%刃天青D液：100.00 mg刃天青加蒸馏水溶解，定容至100 mL。还原剂E液：1 moL 4.00 mL NaOH+0.625 g Na2S·9H2O+蒸馏水95.00 mL。

人工瘤胃营养液的配制比例为：0.10 mL A液＋208.10 mL B液＋208.10 mL C液＋1.00 mL D液＋62.40 mL E液＋520.20 mL蒸馏水。现配现用，混合后在39℃水浴锅中预热并持续通入CO2保持厌氧条件，约20 min后混合溶液颜色变淡或变为无色。加入还原剂E液后继续通入CO2气体，直到溶液接近无色。

1.2.4 试验步骤本试验使用100 mL具塞一次性注射器作为体外培养装置，分别准确称取700 mg试验样品放于注射器底部，两种粗饲料试验样品分别设置7个重复。在注射器的活塞表面涂抹适量凡士林，充分增强其气密性及减少与管壁之间的摩擦。将装好样品的注射器放置在39℃培养箱中预热后，将瘤胃液与配制好的人工瘤胃营养液按1:2（体积比）配制成混合培养液，分别量取50 mL的混合培养液到每支注射器内。加液完毕后将注射器进液端竖直向上排尽管内空气，轻微振荡摇匀并排出气泡后，用铁夹夹住进液端橡胶管，并记录初始数值，设置仅含有混合培养液的6个空白对照管，置于（39.0±0.5）℃的恒温培养箱中连续培养72 h。分别记录0、2、4、6、8、12、18、24、36、48、72 h各时间点注射器上的刻度值，若产气量超过刻度值应及时放气并做好记录。72 h后，取出体外培养管，进行冰浴（0±0.5）℃，终止其发酵。

1.2.5 测定指标及计算方法累积产气量的计算：

总产气量/mL=72 h内培养管产气量（mL）－空白管总产气量（mL）。

某时间段产气量测定及计算：

某段时间的产气量/mL＝该时间段内培养管气体产生量（mL）－对应时间段内空白管气体产生量（mL）。

发酵液pH的测定：体外培养结束后，将培养管放到装满冰块的桶内使其终止发酵。待其冷却后，立即用便携式pH计（PHS-10型）测定培养管内发酵液的pH。

养分降解率的测定：将发酵内容物用预先烘干并称重的250目尼龙布过滤，放入65℃的烘箱中烘48 h后称重，用于测定体外干物质降解率（IVDMD）、NDF降解率（IVNDFD）和ADF降解率（IVADFD）（测定方法同1.1.3）。

DM降解率＝（DM发酵前－DM发酵后）／DM发酵前×100%；

某养分降解率＝（某养分发酵前×DM发酵前－某养分发酵后×DM发酵后）／某养分发酵前×DM发酵前×100%。

1.2.6 数据统计分析同1.1.4。

2 结果

2.1 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮的常规养分分析比较由表1可知，狼尾草属杂交牧草的EE、CP、Starch和P的含量分别为1.51%、6.59%、20.63%和0.19%。均极显著低于全株玉米青贮（P＜0.01），其中，EE、CP、Starch和P的含量较全株玉米分别低55%、25%、51%和46%。狼尾草属杂交牧草的ADF和NDF含量分别为51.17%和76.57%，二者都极显著高于全株玉米青贮（P＜0.01），分别高44%和67%。狼尾草属杂交牧草的NPN和NDIP含量分别为5.43%和2.83%，二者都显著高于全株玉米青贮（P＜0.05），分别高38%和59%。两组之间DM、ADL和SP含量无显著差异（P＞0.05）。

表1 两种粗饲料的常规养分分析（DM）%

2.2 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮CNCPS评价体系营养价值比较由表2可知，CHO组分中，狼尾草属杂交牧草的CB1和NSC含量分别为20.63%和21.22%，分别低于全株玉米青贮50%和50%，二者差异极显著（P＜0.01）。CB2含量为60.92%，比全株玉米青贮高78%且差异显著（P＜0.05）。两组CHO、CC和CA的含量差异不显著（P＞0.05）。

表2 CNCPS中两种粗饲料的碳水化合物各组分分析%

由表3可知，蛋白质各组分中，狼尾草属杂交牧草的PA和PB2的含量分别为3.01%和0.69%，分别比全株玉米青贮低27%和72%，差异显著（P＜0.05）。二者PB1、PB3和PC含量无显著差异（P＞0.05）。

表3 CNCPS中两种粗饲料的蛋白质各组分分析%

2.3 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮的体外发酵产气量及养分降解率比较由表4可知，两种粗饲料在2～8 h产气量差异不显著（P＞0.05）。在12～72 h差异极显著（P＜0.01），狼尾草属杂交牧草的72 h产气量为59.28 mL，全株玉米青贮的72 h产气量为108.48 mL，狼尾草属杂交牧草72 h总产气量比全株玉米青贮少45%。

表4 两种粗饲料不同时间的体外发酵产气量mL

由表5可知，狼尾草属杂交牧草的IVDMD为50.52%，比全株玉米青贮低24%，差异显著（P＜0.05）。狼尾草属杂交牧草组平均pH为6.75，全株玉米青贮组平均pH为6.61，差异显著（P＜0.05）。两种粗饲料的IVNDFD和IVADFD之间差异不显著（P＞0.05）。

表5 两种粗饲料的体外发酵pH和养分降解率%

3 讨论

3.1 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮的常规养分分析比较牧草中ADF和NDF的含量会影响饲料的消化率和适口性，其含量越多，可被反刍动物吸收的营养成分就越少（徐敏云等，2011）。本试验中，狼尾草属杂交牧草中NDF和ADF的含量极显著高于全株玉米青贮，说明狼尾草属杂交牧草中可供动物吸收的营养成分相比全株玉米青贮较少。

李洋等（2015）研究表明，粗饲料在青贮的过程中，淀粉会被发酵性和水解性细菌分解，产生挥发性脂肪酸（VFA）等物质。在本研究中，狼尾草属杂交牧草中淀粉的含量约为全株玉米青贮的50%，说明狼尾草属杂交牧草在青贮过程中淀粉损失情况可能比全株玉米青贮好。EE含有较多热量，是提供能量的重要物质（徐敏云等，2011），一般来说是衡量饲料营养价值水平的重要指标。本研究中全株玉米中EE的含量极显著高于狼尾草属杂交牧草，说明全株玉米中含有较多的热量，对机体供能的效果更好。

3.2 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮CNCPS分析比较 CNCPS对膳食碳水化合物的分组不仅反映了CHO的组成，而且反映了瘤胃的发酵特性。Dong等（2013）报道，CNCPS碳水化合物组分CA、CB1、CB2与体外发酵瘤胃总产气量和甲烷产量呈多重线性关系，推测本研究中CNCPS碳水化合物组分中的CA、CB和CB可能是预测VFA产量的合适变量。在CNCPS体系中，CHO是植物性饲料中反刍动物的主要能量来源，但饲料中CHO对反刍动物的营养价值主要取决于NSC的含量（陈艳等，2015）。本研究中，狼尾草属杂交牧草和全株玉米CHO的含量分别为80.92%和80.90%，这与陈艳等（2015）、靳玲品等（2013）和潘晓花等（2014）等的研究相似。CA为糖类，可在瘤胃中快速降解，本研究狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮CA含量差异不显著，有研究表明青贮中CA的含量高于天然和人工干燥干草，保存CA的效果更好（徐生阳等，2020），推测可能狼尾草属杂交牧草中的CA含量也高于天然和人工干燥干草。CC是CHO中不可利用的细胞壁，其含量主要与ADL的含量有关，本研究中全株玉米青贮的CC含量较高，这与本研究中常规分析中测得的ADL含量较高结果相对应。

CNCPS中将CHO划分为SC和NSC，其中SC包括CB2和CC，NSC包括CA和CB1。研究表明肉牛在日粮中SC/NSC为2.39时MCP的含量达到最高（余群莲，2011），在本研究中，狼尾草属杂交牧草的SC/NSC比例为3.49，全株玉米青贮的SC/NSC比例为1.23，两种饲料都没达到获得最大MCP值的要求，因此，在实际饲养中应进行科学配比，兼顾结构性CHO和非结构性CHO的需要量，提高反刍动物对养分的利用率。

本研究中狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮SC/CHO都在60%以上，说明其CHO均主要为结构性CHO，其中狼尾草属杂交牧草的SC/CHO比值为91.50%，全株玉米青贮的SC/CHO比值为64.86%，这与付洋洋等（2018）的研究结果相近。在SC中又以CB2为主，其中狼尾草属杂交牧草的CB2/SC比值为82.28%，全株玉米青贮的CB2/SC比值为65.07%，说明狼尾草属杂交牧草中不可利用纤维比例较高。

粗饲料中的蛋白质含量对粗饲料的营养价值起着重要决定作用，两种粗饲料的CP含量差异极显著，本研究中全株玉米青贮的CP含量更高，且PC的含量比狼尾草属杂交牧草低，PC在反刍动物体内不能被消化吸收，说明全株玉米青贮的CP利用率较狼尾草属杂交牧草更高，PC在全株玉米青贮中减少的主要原因是全株玉米青贮在发酵过程中其本身蛋白质和纤维被微生物降解，改变了其单元结构使得蛋白质分解成小分子的肽、NH3和游离的氨基酸（Soest，1994）。有研究表明，在收割牧草存放后，草类的蛋白酶会在收割后晾干过程中使pH迅速降低，从而减少蛋白质的降解和向非蛋白氮的转化。在本试验中，两种粗饲料的NPN含量差异显著，可能使得牦牛瘤胃微生物在瘤胃体内利用NPN的效果有一定区别。另有研究表明，评价粗饲料价值的另一指标是饲粮中PC/CP比值（靳玲品等，2013），因此，在实际养殖应用中使用狼尾草属杂交牧草时可考虑与消化率较高的粗饲料或蛋白质、能量含量较高的精饲料配合使用，使得PC/CP比值合理，满足牦牛的营养需要。

3.3 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮体外发酵产气量产气量与饲料中有机物含量息息相关，饲料中有机物含量越高其体外发酵后的产气量也会相应地越高（张元庆等，2019）。有研究表明，CP含量与产气量呈负相关。主要由于蛋白质的发酵能大约是CHO的30%以及培养基中的氨浓度也会降低蛋白质的发酵，此外，Virk等（1989）指出，氨基酸消化产生的氨与CO2发生部分反应，生成碳酸氢铵，使产气量降低。Cone等（2010）发现，作为蛋白质来源的酪蛋白培养40 h后，每百分比单位酪蛋白的产气量减少2.5 mL，Cardoso-Gutierrez等（2020）也观察到了同样的现象（每百分比单位蛋白质9.8 mL），这可能与牧草中天然蛋白质含量的差异有关。

本研究中狼尾草属杂交牧草的CP含量显著低于全株玉米青贮但同时CB1含量也显著低于全株玉米青贮，两者均影响产气量，可能导致狼尾草属杂交牧草72 h的产气量较少。

3.4 狼尾草属杂交牧草和全株玉米青贮体外发酵干物质降解率及pH 体外产气法适用于pH值在6.5以上，因为瘤胃pH降低到6.0以下时，产气量会大幅减少并且会出现相当大的偏差。本试验中，测定两组瘤胃发酵液在培养72 h时的pH均在6.6～6.9，保证了模拟发酵环境的适宜性。

体外干物质消化率（IVDMD）与瘤胃微生物消化饲料中养分的能力有关（王雯熙等，2012），本试验中全株玉米青贮在72 h时IVDMD更高，表现出了较好的易消化性，而狼尾草属杂交牧草相对较低，且其NDF及ADF的含量较高，这与文亦芾等（2009）的IVDMD与NDF、ADF的含量呈负相关的研究结果相一致。推测全株玉米青贮的IVDMD高可能主要是因为青贮后的全株玉米NSC含量较高，可消化的有机物含量高，更加容易被瘤胃微生物发酵利用。