卡亚和杂交构树的饲用营养价值及其比较分析

刘果　尚秀华　张沛健　高丽琼　彭彦

关键词：卡亚；杂交构树；饲用营养价值；钙磷比；限制性氨基酸

中图分类号：S816.15 文献标识码：A

畜牧业是现代农业产业体系的重要组成部分。大力发展畜牧业，对促进农业结构优化升级，增加农民收入，改善国民膳食结构，提高国民体质具有重要意义[1]。《“十四五”全国饲草产业发展规划》中指出，饲草是草食畜牧业发展的物质基础，饲草产业是现代农业的重要组成部分，是调整优化农业结构的重要着力点。截至2020 年，我国对优质饲草的需求总量仍有近5000 万t 的缺口，占总需求量1.2 亿t 的41.67%。针对我国优质饲料资源严重短缺的现状，寻找传统饲料的补充资源和非常规饲料资源的开发利用，增加饲料原料的供给，是缓解当前需求的重要途径[2]。木本饲料作为一种新型饲料资源，不仅具有较强环境适应能力和高产量的特点，并且营养丰富，资源充足[3-4]。因此，对木本饲料的开发利用将是解决我国饲料资源短缺的突破口。

卡亚（Cnidoscolus aconitifolius）又名树菠菜或木菠菜，为大戟科（Euphorbiaceae）多年生灌木[5-6]，是一种综合营养价值较高的新型木本蔬菜，其叶和嫩枝可像菠菜一般烹调食用[7]。同时，卡亚枝叶粗蛋白质和粗脂肪含量较高、氨基酸和矿物质元素种类丰富、纤维素含量较低，是一种优质木本蛋白饲料[8]。卡亚易于生长，适宜温热、潮湿气候，能够生长于全日照或半阴环境，是一种理想的乔木林下经济植物[9-10] 。杂交构树（ hybrid Broussonetia papyrifera ） 是桑科（Moraceae）落叶乔木[11-12]，由中国科学院植物研究所利用现代生物技术和传统杂交育种方法培育的新树种，具有较强的抗逆性、速生丰产性和病虫害少等特点[13]，不仅是保护生态环境和水土保持的优良树种，其树叶蛋白质含量高，加工后可用于生产饲料，也是一种绿色、高效的木本蛋白饲料资源，已在我国很多省（区）被推广和应用[14]。

蒋剑春院士曾指出，通过以树代粮，种养循环，可以解决我国蛋白饲料原料短缺的问题[15]。因此，本研究以卡亚和杂交构树为研究对象，对这2 种新型优质的木本蛋白质饲料原料的常规营养成分、矿物质元素和氨基酸组分进行测定和比较分析，并分别对2 种木本饲料植物的主要营养成分进行相关性分析，为新型木本饲料植物的合理开发和利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试卡亚和杂交构树均种植于广东省湛江市遂溪县南方国家级林木种苗示范基地，其中，卡亚是由中国林业科学研究院速生树木研究所于2016 年引种自美国德克萨斯州。遂溪县属北热带湿润大区雷琼区北缘，为海洋性季风气候。年平均气温为23.1℃，年平均降雨量1567 mm，夏季潮湿，冬季干旱，土层深厚肥沃，具有良好的保水能力。

以3 年生卡亚和杂交构树的叶片作为测定材料，分别随机采集新鲜叶片300 g，设置3 个重复，每个重复采集3 株植株。将新鲜的卡亚和杂交构树叶片分别制成实验室干样，按照GB/T 20195—2006 标准制备样品，粉碎后过筛（1.00 mm），袋装密封保存，备用。

1.2 方法

样品中水分（moisture， M）含量的测定参照GB/T 6437—2014《饲料中水分的测定》；粗蛋白质（crude protein， CP）含量的测定参照GB/T 6437—2018《饲料中粗蛋白质测定方法》；粗脂肪（etherextract， CEE）含量的测定参照GB/T 6433—2006《饲料中粗脂肪的测定》；粗纤维（crude fibre， CF）含量的测定参照GB/T 6434—2006《饲料中粗纤维的含量测定 过滤法》；粗灰分（Ash）含量的测定参照GB/T 6438—2007《饲料中粗灰分的测定》；酸性洗涤纤维（acid detergent fiber， ADF）含量的测定参照NY/T 1459—2007《饲料中酸性洗涤纤维的测定》；中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）含量的测定参照GB/T 20805—2006《饲料中中性洗涤纤维的测定》；总磷（P）含量的测定参照GB/T 6437—2018《饲料中总磷的测定 分光光度法》；钙（Ca）含量的测定参照GB/T 6437—2018《饲料中钙的测定》；18 种氨基酸组分的测定参照GB/T 18246—2000《饲料中氨基酸的测定》；镁（Mg）、钾（K）、锰（Mn）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）等矿物质元素含量的测定参照GB/T 14924.12—2001《实验动物 配合饲料 矿物质和微量元素的测定》。每个样品进行3 个技术重复测定。

碳水化合物（total carbohydrate， TC）和无氮浸出物（nitrogen free extract， NFE）参照以下公式计算[16]：

1.3 相关预测模型及计算

（1）利用CP、EE 和TC 的热卡系数（Atwaterfactors）（4， 9， 4）对能量值（caloric values， CV）进行计算，其预测模型为：CV=4×CP+9×EE+4×TC。CV 单位为kcal/100 g[17]。

（2）干物质随意采食量（dry matter intake，DMI）预测模型为：DMI（%）=120/NDF（%）。

（3）可消化干物质（digestible dry matter，DDM）的预测模型为：DDM（%）=88.9?0.779×ADF（%）。

（4）饲料相对值（relative feed value， RFV）的预测模型为：RFV ＝ DMI（%）×DDM（%） /1.29。式中，DMI 為占体重的百分比（%）；DDM 为占干物质的百分比（%）[18]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2016 软件进行整理，并利用SPSS 20.0 软件进行t 检验的差异分析和Pearson 相关性分析。

2 结果与分析

2.1 常规营养成分含量的比较分析

概略养分分析法把饲料组成成分分为水分（M）、粗灰分（Ash）、粗蛋白质（CP）、粗脂肪或乙醚浸出物（EE）、粗纤维（CF）和无氮浸出物（NFE）[19]。根据对卡亚和杂交构树样品进行常规营养成分含量的测定结果显示（表1），卡亚叶片含水量为86.34%，极显著高于杂交构树叶片的含水量（71.64%）；二者样品中的CP 含量均较高，其中卡亚叶片中CP 含量（23.96%）显著高于杂交构树（21.04%）；EE 在卡亚（4.20%）和雜交构树（3.87%）中的含量差异不显著；杂交构树中的CF含量为12.22%，显著高于卡亚叶片中CF 含量（9.80%）；杂交构树叶片中Ash 含量为15.47%，极显著高于卡亚中Ash 含量（10.42%）；TC 在卡亚和杂交构树中的含量分别为41.42%和40.29%，差异不显著；卡亚的ADF 含量与杂交构树中的含量相近差异不显著，而杂交构树中的NDF 含量（23.30%）极显著高于卡亚中NDF 含量（15.38%）。由此可知，卡亚和杂交构树2 种木本植物作为饲用植物的营养价值均较高，卡亚的几种常规营养成分略优于杂交构树，二者均是蛋白质含量较高且纤维含量较低的优质木本蛋白饲料原料。

对于有饲用价值的植物，能量值（CV）是其饲用价值的评价标准之一[20]。利用热卡系数分别对卡亚和杂交构树样品中的CV 进行计算，结果（表1）显示，2 种植物的CV 均较高，其中卡亚的CV（ 299.34 kcal/100 g）显著高于杂交构树（280.13 kcal/100 g）。饲料相对值（RFV）是广泛使用的粗饲料质量评定指数之一[21]，其预测仅依赖于ADF、NDF 含量。由表1 可知，卡亚和杂交构树的RFV 分别为475.98 和307.56，ADF 值分为13.64 和15.77，NDF 值分别为15.38 和23.30。根据中国畜牧业协会制定的T/CAAA 001—2018《苜蓿 干草质量分级》[22]中特级、优级、一级、二级和三级的标准可得，卡亚满足CP≥ 22.00%，NDF<34.0%，ADF<27.0%，RFV>185 的优级标准。由此说明，卡亚属于特级木本饲料原料，杂交构树属于优级木本饲料原料，二者作为粗饲料整体效果均较优，饲用价值高。

2.2 矿物质元素含量的比较分析

对卡亚和杂交构树叶片分别进行8 种矿物质含量的测定，结果表明（表2），杂交构树中Ca 含量显著高于卡亚，Fe 和Mn 含量极显著高于卡亚，卡亚中P 含量极显著高于杂交构树，卡亚中Zn 含量是杂交构树中的19.48 倍，极显著高于杂交构树，卡亚中Cu 含量极显著高于杂交构树，卡亚中Mg含量与杂交构树中的含量差异不显著。

研究表明，适宜的钙磷比，对禽畜的生长发育和繁殖等有至关重要的作用[23]。杂交构树叶片中钙和磷的含量分别高达2894.33、362.33 mg/100 g，钙磷比例为接近8∶1，远高于一般饲料中钙磷比的需求。卡亚中钙和磷含量分别为2309.25、1265.62 mg/100 g，二者比例为1.82∶1，接近正常情况下饲料中钙磷比（2∶1）。由此可知，卡亚和杂交构树中矿物质元素种类丰富，Ca 元素含量高，卡亚中钙磷比例较杂交构树更优，更能够较好满足畜禽生长发育过程中的矿质元素需求。

2.3 氨基酸含量的比较分析

卡亚和杂交构树2 种植物样品中18 种氨基酸含量（表3）的分析表明，有12 种氨基酸含量在卡亚和杂交构树样品中存在显著差异，其中，10种氨基酸（天冬氨酸Asp、丝氨酸Ser、谷氨酸Glu、脯氨酸Pro、胱氨酸Cys、缬氨酸Val、络氨酸Tyr、组氨酸His、精氨酸Arg 和色氨酸Trp）在卡亚和杂交构树的含量中达到差异极显著水平。由表3 可知，卡亚和杂交构树中各氨基酸含量比例相似且均较理想，2 种植物均以谷氨酸Glu含量最高，分别为4.16%和3.19%，其次为亮氨酸Leu（分别为2.37%和2.12%），天冬氨酸Asp在杂交构树中含量也较高（2.20%）。另外，卡亚和杂交构树中均以胱氨酸Cys 和色氨酸Trp 含量最低。卡亚的氨基酸总含量（24.02%）显著高于杂交构树的氨基酸总含量（22.60%）。18 种氨基酸中， 卡亚和杂交构树的11 种必需氨基酸（essential amino acid， EAA）总含量占氨基酸总量比例分别为48.14%和45.69%，非必需氨基酸（non-essential amino acid， NEAA）含量占氨基酸总量分别为51.86%和54.31%。联合国粮农组织（ FAO ） 和世界卫生组织（ WHO ） 推荐，EAA/NEAA 在60%以上，EAA/TAA 在40%以上为质量较高的蛋白质[24]。卡亚和杂交构树中EAA/NEAA 均在60%以上，且EAA/TAA 均大于40%，由此可知，卡亚和杂交构树均能为禽畜提供比较优质的蛋白质。

饲料蛋白质中常将赖氨酸Lys、蛋氨酸Met或色氨酸Trp 分别称为第一、第二和第三限制性氨基酸（limiting amino acid， LAA）。3 种LAA的含量与动物机体能否顺利合成蛋白质密切相关[25]。在卡亚和杂交构树中3 种LAA 的总含量分别为2.92%和2.90%，其中，赖氨酸Lys 的含量较高且差异不显著，分别为1.40%和1.45%。含硫氨基酸包括蛋氨酸Met 和胱氨酸Cys，是反刍动物营养中的限制性氨基酸，也是构成家畜毛角蛋白最重要的氨基酸[25]。由表3 可知，卡亚和杂交构树中含硫氨基酸含量较高，分别为0.76%和0.51%。由此可知，卡亚和杂交构树LAA 种类齐全，含量丰富，适合禽畜生长和发育。

2.4 各营养指标间的相关性分析

利用Pearson 相关系数法分别分析卡亚和杂交构树各营养指标间的相关性。由表4 可知，卡亚叶片中M 与CV 呈强负相关关系（r=?0.60），CP 与NFE、TC 呈强负相关关系，与EE 呈强负相关关系（r=?0.89）；EE 与NFE、ADF 呈强正相关关系，其中与ADF 达极强正相关（r=0.81）；Ash 与NEF、TC、CF、ADF、NDF 均呈强负相关关系，与RFV 呈极强正相关关系（r=0.92）；NFE 与TC、CF 呈强正相关关系，其中与TC 相关性达到极强水平（r=0.80）；TC 与CF、ADF、NDF 呈强正相关关系；CF 与NDF 呈极强正相关关系（r=0.96），与ADF 呈强正相关关系；NDF和ADF 间呈极强正相关关系（r=0.87），并且二者均与RFV 呈极强负相关关系（ r=?0.91，r=?1.00）。由此可得，卡亚样品中RFV 与NDF、ADF、CF、TC 均呈负相关，即NDF、ADF、CF、TC 含量越低，RFV 越高，卡亚饲用价值越高；反之，卡亚样品中Ash 与RFV 呈正相关，即卡亚中Ash 越高，RFV 越高，卡亚饲用价值越高。卡亚样品中CV 仅与M 呈负相关关系，即卡亚中M越低，CV 越高，单位重量的卡亚提供的能量值越高。卡亚中EE、NFE 均与RFV 呈中等程度相关，CP、M、CV 均与RFV 呈弱相关关系。

杂交构树与卡亚样品中各指标间的相关性存在差异（表5）。其中，杂交构树样品中水分含量与CF 呈强正相关关系；EE 与TC、CF 呈强负相关关系， 其中与TC 的相关性达到极强水平（r=?0.91）；Ash 与NFE 呈强正相关关系；NFE与NAF、CV 呈强负相关关系，与RFV 呈极强正相关关系（r=0.86）；CF 与CV 呈强正相关关系；ADF 与CV 呈极强正相关关系；NDF 与CV 呈极强正相关关系（r=0.94）；杂交构树样品的CV 与RFV 呈极强负相关关系（r=?0.96）。由此可知，与卡亚样品不同的是，杂交构树样品中CV 与NDF、ADF、CF 均呈正相关关系，与NFE、Ash呈负相关关系，即NDF、ADF 和CF 越高或者NEF 和Ash 越低时，构树样品中CV 越高，单位质量的构树能够为禽畜提供更多的能量；并且CV越低或者NFE 越高时，杂交构树的RFV 越高，即CV 越低或NFE 越高时，杂交构树的饲用价值越高。另外，杂交构树中M、CP 均与RFV 呈弱相关关系，EE、TC 与RFV 间的相关性极弱，CF与RFV 呈中等程度负相关关系（表5）。

2 种木本饲用植物的各营养指标间的相关性一致的是，在卡亚和杂交构树中CP、EE 与RFV之间的相关性较弱，这与仅依据ADF 和NDF 进行预测RFV 值有关；CF 与ADF 呈强正相关关系，这与刘磊等[26]研究得出饲料ADF 与CF 间呈高度正相关的结论一致；Ash 与ADF、NDF、CV 均呈强负相关关系，与RFV 呈极强正相关关系；ADF 与NDF 呈极强正相关关系，与RFV 呈极强负相关关；NDF 与RFV 呈极强负相关关系。因此，卡亚和杂交构树中Ash 含量越高，ADF 和NDF 含量越低，其饲用价值越高。

3 讨论

木本饲用植物的产量是草本植物的2～4倍，还可多年利用，是禽畜饲料的宝库[27]。我国木本饲用植物资源丰富，拥有近千种木本饲用植物，发展潜力巨大[28]。分析饲料原料的营养价值是研究饲料营养物质利用的最基础工作。

饲用植物资源的营养品质很大程度上取决于CP 和CF 含量，一般认为CP 含量越高，CF 含量越低的饲用植物，其营养价值越高[29]。本研究中卡亚和杂交构树的CP 含量均超过20%，远高于常规饲料原料苜蓿（alfalfa）（11.40%）[16]、玉米（corn grain）（9.40）[30]和新型优质蛋白饲料原料辣木（Moringa oleifera）（17.98%）[31]；二者CF含量分别为9.80%和12.22%，远低于木本饲料原料柠条（Caragana korshinskii）（46.30%）[32]、辣木（27.74%）[31]和常规饲料原料苜蓿（33.20%）[16]。研究表明，NDF 和ADF 含量直接影响饲用植物的品质及禽畜消化率[33]。NDF 含量高，饲草的适口性则差，将大大降低禽畜采食量；ADF 含量越高，则会大幅降低可消化干物质的消化率[34]。本研究中卡亚和杂交构树中ADF 含量差异不显著，杂交构树中NDF 显著高于卡亚。由此说明，卡亚和杂交构树中可消化干物质的消化率相似，但卡亚的适口性显著优于杂交构树。EE 是饲料中的一个重要组成部分，含量过高易引起禽畜腹泻或肥胖，甚至影响禽畜的消化功能[35]。卡亚和杂交构树的EE 含量均低于5%，低于常规饲料原料大豆（ soybean ）（ 17.30%） [30] 和木本飼料原料桑树（ Ramulus mori ）（ 5.60%） [36]和槐树（locust ）（8.20%）[37]。TC 是植物性饲料的主要组成成分，是禽畜热能的主要来源，也是形成组织器官不可缺少的成分[38]。卡亚和杂交构树的TC 含量均较高，均可充分供给禽畜生命活动所需的能量。饲料中的NFE 主要包括糖和淀粉，也有部分半纤维素和木质素，可用来初步评定饲料原料营养价值的高低。NFE 含量越高，饲草的适口性更好，消化率更高，提供给禽畜的能量越多[28]。本研究中卡亚的NFE 含量为51.40%，与植物性籽实和块根、块茎类饲料中的NFE 含量（50%以上）相近，卡亚比杂交构树的淀粉和可溶性糖类物质含量更高，适口性更好，更易被各类禽畜消化吸收。Ash主要为矿物质氧化物和盐类等无机物质，能够反映饲草矿物元素的总体含量。Ash 含量越高表明饲料品质越差[31]。本研究中卡亚和杂交构树的Ash 含量分别为10.42%和15.47%，与VICTOR等[39]和施海娜等[12]的研究结果基本一致。结合RFV、CP、CF、Ash、ADF 和NDF 等指标，卡亚和杂交构树营养成分丰富，各种营养成分的含量比例适宜，尤其是粗蛋白质含量较高且粗纤维含量较低，其中卡亚属于特级木本饲料原料，杂交构树属于优级木本饲料原料，二者均为营养价值高的优质木本蛋白饲料原料，饲用价值高。

饲料中矿物质元素供应不足会严重影响禽畜机体正常发育，甚至引起缺乏症[40-41]。其中Ca对禽畜的骨骼和牙齿等的正常发育和蛋壳形成具有重要作用[42]。卡亚和杂交构树中矿物质元素种类丰富，二者Ca 含量显著高于苜蓿（1.4%）[30]、玉米（0.10%）[30]、大豆（0.30%）[30]等常规饲料原料，以及桑树（2.10%）[34]、槐树（2.10%）[35]等木本饲料原料。杂交构树中钙磷比例偏高，在配合饲料时必须注意对其钙磷比例的调整。因此，卡亚作为木本饲料的矿物质元素含量更平衡，更能够满足禽畜生长和发育的需求。

氨基酸是家畜合成肉、奶、毛、皮等产品的原料，是饲料营养价值的重要指标[43]。卡亞和杂交构树的氨基酸种类丰富，二者EAA 含量远高于苜蓿（4.98%）[30]、大豆（8.55%）[30]、玉米（3.34%）[30]和黑麦草（Lolium perenne）（8.40%）[24]等常规饲料植物，以及桑树（3.78%）[34]、辣木（8.85%）[37]和槐树（4.46%）[35]等木本饲料植物。赖氨酸和蛋氨酸是配制日常饲料最受关注的LAA[42]。卡亚和杂交构树中赖氨酸含量远高于桑树（0.52%）[34]、苜蓿（0.82%）[30]和玉米（0.22%）[30]。蛋氨酸在卡亚和杂交构树中的含量是苜蓿和玉米中的2 倍[43]。植物性饲料中含硫氨基酸的组成特点对于衡量饲料品质具有重要意义[42]。卡亚和杂交构树的含硫氨基酸含量均高于粳草（japonicagrass）（0.45%）[44]、玉米（0.33%）[44]和苜蓿（0.22%）[44]等。因此，卡亚和杂交构树的氨基酸种类全面且含量丰富，比常规饲料更适合畜牧生长。

综上所述，卡亚和杂交构树均为优质的非常规木本蛋白饲料资源，二者粗蛋白质含量较高且粗纤维含量较低，矿物质元素和氨基酸种类全面且含量丰富，均可作为大豆、苜蓿等常规饲料的补充或替代产品。但作为木本植物，单宁和木质素等含量较高是限制木本饲料作为基础日粮的重要原因[45]。研究表明，卡亚和杂交构树叶片中单宁含量分别为0.52%～0.31%[46]和1.55%[45]，满足反刍动物饲料中对单宁含量的要求，高于猪、鸡等单胃动物的适应范围，可通过青贮或发酵等处理以达到更佳的饲用效果；二者ADF 含量均较低，且杂交构树中木质素含量（15.72%）[45]低于桑树（19.28%）[47]和胡枝子（Lespedeza davurica）（17.73%）[48]等木本饲料植物，可采取多次平茬刈割的方式控制卡亚和杂交构树的木质素含量，以保障其作为饲料原料的品质。

卡亚作为引种新资源，对适生条件有一定的要求，目前在我国种植面积较小，但作为新型木本蛋白饲料资源，其各种营养成分的含量和比例均优于我国原生物种杂交构树。因此，为更好地开发和利用卡亚和杂交构树这2 种优质木本蛋白饲料植物，在加强栽培技术研究的同时，应注重卡亚的适生区域的扩大和适宜我国气候的新品种选育，将荒山造林、林下经济与卡亚、杂交构树结合起来，统筹发展，不仅能够缓解我国养殖业和饲料业对蛋白饲料资源的需求，还能实现创建“以树代粮”和“种养循环”的生态农牧业经济模式，对农村脱贫、环境保护、生态修复具有重要意义。