黄花菜茎叶与青贮玉米混合比例对青贮质量和微生物多样性的影响
2024-12-31郑敏娜康佳惠邹璨阳侯向阳梁秀芝韩志顺陈燕妮
摘要:为探索黄花菜(Hemerocallis citrina Baroni)茎叶饲料资源化利用的新途径,本试验将黄花菜茎叶与青贮玉米按质量比100∶0(T1),80∶20(T2),60∶40(T3),40∶60(T4),20∶80(T5),0∶100(T6)进行混合青贮,发酵70 d后,对各样品进行感官鉴定、品质评价和微生物多样性分析。结果表明:与黄花菜茎叶单贮相比,黄花菜茎叶与青贮玉米混合青贮有利于改善青贮饲料的气味和结构,并且基于对16个青贮指标的灰色关联度分析发现,黄花菜茎叶与青贮玉米混合青贮品质优于黄花菜茎叶单贮。在细菌属水平上,共有1192个类群被分类,其中,植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、泛菌属(Pantoea)、未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)是所有混合青贮模式中的优势属,结合冗余分析结果发现,氨态氮含量对各样品微生物群落组成影响更显著。综上考虑,从黄花菜茎叶利用最大化角度出发,以黄花菜茎叶与青贮玉米按质量比40∶60进行混合青贮为佳。
关键词:黄花菜茎叶;青贮玉米;混合青贮;青贮质量评价;微生物多样性分析
中图分类号:S816.53""" 文献标识码:A""""" 文章编号:1007-0435(2024)12-3962-11
收稿日期:2024-03-08;修回日期:2024-04-23
基金项目:山西省牧草产业技术体系(2023CYJSTX11-08);山西省农业重大技术协同推广计划(2023XTTG03)资助
作者简介:
郑敏娜(1983-),女,汉族,甘肃通渭人,副研究员,硕士,主要从事牧草生产与加工利用研究,E-mail:zhengminna@126.com
Effects of Ratio of Daylily Stem and Leaf Mixed with Corn Silage on the
Quality of Silage and Microbial Diversity
ZHENG Min-na1,3*, KANG Jia-hui1,3, ZOU Can-yang1,2, HOU Xiang-yang3,
LIANG Xiu-zhi1,3, HAN Zhi-shun1,3, CHEN Yan-ni1,3
(1.High Latitude Crops Institute, Shanxi Agricultural University, Datong, Shanxi Province 037008, China; 2.College of Agronomy,
Shanxi Agricultural University, Taigu, Shanxi Province 030800, China; 3.Key Laboratory for Model Innovation in Forage
Production Efficiency, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Taigu, Shanxi Province 030800, China)
Abstract:In order to explore a new way of utilization of daylily stem and leaf feed resource. In this experiment,daylily by-products were mixed with silage corn according to the mass ratios of 100∶0 (T1),80∶20 (T2),60∶40 (T3),40∶60 (T4),20∶80 (T5) and 0∶100 (T6) for 70 days of fermentation,sensory identification,nutrient composition analysis,quality evaluation and microbial diversity analysis were carried out on different proportions of mixed forage. The results showed that compared to daylily stem and leaf single silage,the mixed silage of daylily stem and leaf and silage corn was beneficial to improve the smell and structure of silage. Based on the grey correlation analysis of 16 silage indicators,it was found that the quality of mixed silage of daylily stem and leaf and silage corn was better than that of daylily stem and leaf silage. At the bacterial genus level,a total of 1192 groups were classified,among which Lactiplantibacillus,Pantoea and unclassified Enterobacter (unclassified_Enterobacteriacea) were the dominant genera in all the mixed silage patterns. Combined to the results of RDA analysis,it was found that Ammonium nitrogen content (ANC) had a more significant effect on the microbial community composition of each sample. To sum up,from the angle of maximizing utilization of stems and leaves of daylily,T4 proportion silage is the best.
Key words:Daylily stem and leaf;Silage corn;Mixed silage;Silage quality evaluation;Microbial diversity analysis
发展以草食牲畜为主的节粮型畜牧业,对于促进现代复合农业-畜牧业的整体进步具有重要意义。然而,近年来,随着国家农业战略调整和市场供需关系的快速变化,我国优质牧草资源的短缺问题日益凸显,饲料短缺已成为制约区域畜牧产业进一步发展的关键因素。因此,积极寻找和开发非常规饲料资源,对于缓解饲料短缺、保障畜牧业的稳定发展具有紧迫性和重要性。
黄花菜(Hemerocallis citrina Baroni)为萱草属多年生草本植物,又名金针菜、忘忧草[1-2]。截至2021年,全国黄花菜种植面积近7万hm2 [3],其中,山西大同市黄花菜产业规模发展迅速,种植面积达到了1.73万hm2,约占全国种植面积的24.8%。黄花菜产业已经成为山西北部地区的主导产业和农民脱贫致富的支柱产业,促进了区域经济的发展。但大面积的黄花菜种植产生的大量茎叶,未能被合理高效地利用,若将这类资源通过科技创新进行开发利用,不仅可以拓宽饲料来源,提高饲料的多样性和营养价值,还有助于促进农业生态系统的平衡和可持续发展。黄花菜茎叶是收获黄花后剩余的茎秆部分,茎叶生物产量较高,具备饲草化利用的特点。因此,如何利用好黄花茎叶,让其发挥更大的经济效益,成为其饲草化利用开发中我们亟待思考和解决的新问题。
随着青贮技术的发展,在我国大部分地区,青贮饲料已成为缓解草畜矛盾的重要措施。青贮作为一种经济可行资源利用方式,不仅可以延长饲草的贮存期,而且还提高饲草的营养价值和适口性[4-6]。因此,将黄花菜进行青贮化利用是新型饲草开发利用的一个重要方向。目前,国内学者对黄花菜茎叶饲草化利用的研究处于初步探索阶段,相关领域的研究报道较少,王锦等[7]通过对饲粮中添加黄花菜茎叶青贮对滩羊瘤胃菌群多样性的影响的研究,发现青贮中添加不超过20%的黄花菜茎叶能提升肉羊生产性能;梅宁安等[8]的研究结果表明,添加50%黄花菜茎叶与玉米混合青贮效果较好,对肉品质的提升贡献最明显;杨宇为等[9]的研究结果表明,生产中黄花菜茎叶与柠条按2∶8混贮,可以提高青贮样品中粗蛋白和挥发性脂肪酸的含量。以上学者们在黄花菜茎叶利用方式上的探索,为本研究的开展奠定了坚实的基础和数据参考。
黄花菜茎叶虽然生物产量高,但纤维含量高、蛋白含量较低[9-11],而青贮玉米作为一种能量饲料,既含有丰富的可溶性糖,又有较高的干物质含量,与黄花茎叶混合能够满足青贮时的需求,更有利于提高青贮的成功率和品质。因此,将黄花菜茎叶与玉米等其他作物混合制作成青贮将会是一种更好的利用方式。为更进一步探索和研究黄花菜茎叶的青贮饲用价值,本研究以黄花菜茎叶和青贮玉米为研究对象,按不同比例将黄花菜茎叶与青贮玉米混合青贮,探讨黄花菜茎叶与青贮玉米不同混合比例对青贮样品的营养成分、青贮品质、安全系数以及微生物区系的影响,以期筛选出二者混贮的最适比例,从而为黄花菜茎叶等非常规类饲料利用开发提供坚实的数据支撑,并为拓展山西乃至全国可利用的新型饲草资源种类和来源提供参考。
1" 材料与方法
1.1" 试验材料
试验以刈割收获的黄花菜茎叶和青贮玉米秸秆为试验材料。其中,全株青贮玉米品种为‘强盛30’,取自山西农业大学高寒区作物研究所毛皂试验基地,在玉米乳熟中期至蜡熟期(4月下旬播种,9月上旬收获),收获包括果穗在内的地上部植株,留茬高度10 cm,青贮玉米原料营养成分见表1;黄花菜品种为‘大同黄花’,取自山西农业大学高寒区作物研究所唐家堡试验基地,于黄花收获后30~45 d刈割茎叶(4月上旬返青,9月上旬刈割),留茬高度5~8 cm,原料营养成分见表1。糖蜜购于山西大同市农贸市场。青贮塑料袋由聚乙烯材料制成,装有单向排气阀,规格为 60 cm×90 cm,由河南侯氏塑料品厂生产。
1.2" 青贮发酵试验设计
试验于2023年9—11月进行,采用单因素设计。将黄花菜茎叶、青贮玉米刈割收获后迅速切至1~2 cm小段,并用9RZ-6D揉丝机(河南庆云中开机械厂制造)揉丝,原料水分含量晾晒至65%左右后,将黄花菜茎叶与青贮玉米按质量比100∶0(T1),80∶20(T2),60∶40(T3),40∶60(T4),20∶80(T5),0∶100(T6)进行混合,共6个处理,分别添加等量的糖蜜,以15 kg为单位装入青贮塑料袋中,抽真空密封,每个处理设3个重复,共计18个袋,其中,糖蜜的添加量为20 g·kg-1。发酵70 d后,测定青贮样品的营养物质含量、发酵品质、秋水仙碱含量以及微生物多样性。
1.3" 样品采集与测定
1.3.1" 感官质量评定" 根据德国农业协会的青贮质量感官评分标准[12],从青贮饲料的气味、色泽和质地3方面进行评定,根据感官评分标准可将青贮饲料分为四个等级,分别为:优良(16~20分)、尚好(10~15分)、中等(5~9分)和腐败(0~4分)。
1.3.2" 常规营养成分含量的测定 "青贮样品发酵70 d后,开袋取样,每个样品袋各取样200 g,60℃烘干至恒重,测定各样品常规营养成分指标。共测定8项指标,包括:干物质(Dry matter,DM),干物质损失率(Loss rate of dry matter,LDM,%),粗蛋白质(Crude protein,CP),粗脂肪(Ether extract,EE),粗灰分(Crude ash,ASH),中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber,NDF),酸性洗涤纤维(Acid detergent fiber,ADF),酸性洗涤木质素(Acid washing lignin,ADL)含量。其中:酸性洗涤木质素(ADL)按照GB/T 20805-2006 饲料中酸性洗涤木质素的测定方法[13]进行测定;其余指标参照鲍士旦[14]的分析方法进行测定。干物质损失率(%)=青贮前干物质含量(%)-青贮后干物质含量(%)。
1.3.3" 发酵品质和秋水仙碱含量的测定" 青贮样品发酵70 d后,开袋取样60 g,与540 mL无菌水均匀混合,在4℃环境下静置 24 h后,取浸提液测定各发酵品质指标,指标主要包括:pH值,乳酸(Lactic acid,LA)、乙酸(Acetic acid,AA)、丙酸(Propionic acid,PA)、丁酸(Butyrate acid,BA)、氨态氮含量(Ammonium nitrogen content,ANC)以及秋水仙碱含量(Colchicine content,CC)等。其中,pH值采用玻璃电极法测定[15];各有机酸含量采用HPLC法[16]测定;氨态氮含量(ANC)参照张丽军[17]的方法测定。秋水仙碱含量(CC)采用HPLC法[18]测定。
1.3.4" 微生物多样性分析" 开袋后,将各样品混合均匀,首先,使用MN NucleoSpin 96 Soil(MN,Germany)试剂盒进行DNA的提取;其次,在PacBio测序平台上,以提取合格的土壤微生物DNA为模板,16SrRNA基因序列引物为扩增体系,利用正向引物27F和反向引物1492R进行PCR扩增,使用AxyPrep DNA Gel Extraction kit (Axygen,USA)提取扩增产物,用琼脂糖凝胶电泳检测。将扩增合格的样品送北京百迈克生物公司,利用SMRTbell Express Template Prep Kit 2.0试剂盒构建测序文库并在PacBio RS II上进行测序。最后,对测序得到的高质量CCS(Circular consensus sequencing)序列,应用QIIME(v1.7.0)平台,进行生物信息学分析[19]。
1.4" 数据统计分析
利用Microsoft Excel 2009进行数据整理,采用SPSS 22.0软件中的一般线性模型进行单因素方差分析(Plt;0.05);利用灰色关联度理论[20],进行各样品青贮质量的综合评价;利用Mothur v.1.30软件和R语言工具进行α多样性分析[19];利用软件QIIME进行β多样性分析[19]。
2" 结果与分析
2.1" 不同处理对青贮感官质量的影响
通过感官鉴定(嗅、看、摸)可直观地判断青贮是否成功。德国农业协会的青贮质量感官评分标准[12]认为,品质优良的青贮饲料茎叶结构保持良好,无丁酸嗅味,有芳香果味,且色泽与原料相似。本试验结果表明(表4),T1,T2,T3,T4,T5,T6等 6个处理,总体上未发生霉变,茎叶结构良好,色泽接近玉米茎秆或黄花茎叶原色,其中,T2和T5处理无丁酸嗅味,气味芳香;T1和T6处理有微弱的丁酸嗅味,芳香气味减弱,而T3和T4处理中除有微弱的丁酸嗅味外,伴有微弱的酸味。通过综合得分(表2)可知,T5处理得分最高(20分),等级优良。
2.2" 不同处理对青贮常规营养成分的影响
2.2.1" 干物质和干物质损失率" 由图1可以看出,6个处理青贮样品的干物质(DM)含量主要分布在22.64%~32.63%之间。从T1处理到T6处理,即混合青贮中随着黄花茎叶质量比的逐渐降低,青贮样品中DM含量呈持续增加的变化趋势,在T6处理(黄花茎叶质量比为0)时到达最大,为32.63%。其中,T6与T1,T2,T3,T4,T5处理间差异显著(Plt;0.05),T3,T4,T5与T1处理间也差异显著(Plt;0.05)。
干物质损失率(LDM)表示青贮过程中干物质的减少量占总干物质的比例。在本试验中,6个处理青贮样品的LDM主要分布在32.02%~34.72%之间(图1)。其中,T1处理的LDM最大,为34.72%,T4处理次之(34.03%),T1和T4处理与T2,T3,T5,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。
2.2.2" 粗灰分、粗脂肪、粗蛋白含量" 由表3可知,6个处理青贮样品的粗灰分(ASH)含量最低的是T1处理,仅为6.36%,与T2,T3,T4,T5,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。6个处理青贮样品的粗脂肪(EE)含量变化范围为1.44%~3.00%,从T1处理到T6处理,即混合青贮中随着黄花茎叶质量比的逐渐降低,青贮样品中EE含量呈持续降低的变化趋势。其中,T1处理的EE含量最高为3.00%,与T3,T4,T5,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。6个处理青贮样品的粗蛋白(CP)含量主要分布在8.48%~12.98%之间,其中,T4,T5,T6CP含量较高,均在12.01%以上,3个处理间差异不显著;T1处理的CP含量最低,仅为8.48%,与T3,T4,T5,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。
2.2.3" 木质纤维组分含量" 由表4可知,各处理青贮样品的酸性洗涤纤维(ADF)值分布在31.19%~40.45%范围内,各处理间具有不同程度的差异。其中,T6处理的ADF含量最低,为31.19%,与T1处理间差异显著(Plt;0.05)。
各处理的中性洗涤纤维(NDF)值分布在36.78%~48.21%之间,其中,含量以T6处理最低,为36.78%,T2处理的含量值最高,为48.21%。
酸性洗涤木质素(ADL)是木质素和酸不溶灰分的组合。在本试验中,ADL随混合青贮中黄花茎叶质量比的逐渐降低呈先下降后增加再下降的变化趋势,在T1处理中含量最高,为33.95%,T4处理中次之,为32.40%,T6处理中含量最低,为22.78%,T6处理与T1,T2,T3,T4处理间差异显著(Plt;0.05)。
2.3" 不同处理对青贮品质和秋水仙碱含量的影响
pH值是反映青贮成功与否的重要指标。若青贮样品的乳酸发酵良好,pH值较低,而发生不良发酵,则pH值升高。多项试验结果表明[21-23],全株青贮玉米的适宜pH值在3.8~4.5之间,酸度过高会导致青贮饲料变质,酸度过低则会影响青贮饲料的口感和消化吸收。本试验结果表明(表5),各处理样品的pH值分布在4.13~4.51之间,其中,T3处理的pH值最低,为4.13,T6处理的pH值最高,为4.51,各处理间差异不显著。
不同有机酸(LA,AA,PA,BA)含量可以反映青贮发酵过程及青贮饲料品质的优劣。由表5可知,随着青贮样品中青贮玉米含量增加、黄花茎叶含量减少,乳酸(LA)含量呈现出持续增加的变化趋势,T6处理时达到峰值,T6处理与T1,T2,T3处理间差异显著(Plt;0.05);乙酸(AA)含量则呈现先增加后降低的变化趋势,在T3处理达到峰值,为59.21 g·kg-1,与其他处理间差异显著(Plt;0.05);丙酸(PA)含量也呈现先增加后降低的变化趋势,在T4处理时达到峰值,为171.77 g·kg-1,与其他处理间差异显著(Plt;0.05);丁酸(BA)含量则呈现不同的变化规律,其中,T6和处理T3BA含量较高,分别为1.01 g·kg-1和0.98 g·kg-1,T4和处理T1BA含量次之,分别为0.27 g·kg-1和0.24 g·kg-1,T2和T5处理BA含量为0 g·kg-1,且T2和T5处理与T1,T3,T4,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。
混合青贮样品中氨态氮(ANC)含量代表青贮饲料发酵过程中蛋白的降解程度。由表5可知,T6处理的ANC最高,为3.29 g·kg-1,T3处理的ANC含量次之,为2.53 g·kg-1;T1处理的ANC含量最低,为1.27 g·kg-1,T1处理与T2处理间差异不显著,与T3,T5,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。
由表5可知,经青贮发酵后,各处理中秋水仙碱含量均为0 μg·g-1。
2.4" 不同处理对青贮质量的综合评价
采用灰色关联度分析法对不同混合比例的黄花茎叶和青贮玉米混合青贮样品进行综合评价,选取DM,LDM,CP,EE,ASH,NDF,ADF,ADL,pH,LA,AA,PA,BA,ANC,CC等15个指标的加权关联度值进行排名,加权关联度值越大表示青贮样品质量越高,其中,DM,CP,EE,ASH,LA,PA,CC含量等7个指标为正向指标,LDM,NDF,ADF,ADL,pH,AA,BA,ANC含量等 8个指标为负向指标。由表6可知,加权关联度值排序依次为:T6gt;T4gt;T3gt;T5gt;T2gt;T1,即青贮品质表现较好的混合比例是T6处理(黄花茎叶∶青贮玉米=0∶100),T4处理(黄花茎叶∶青贮玉米=40∶60)和T3处理(黄花茎叶∶青贮玉米=60∶40)次之。
2.5" 不同处理对青贮过程中微生物多样性的影响
2.5.1" Alpha多样性分析" 在本研究中,各青贮处理组的覆盖度均为1.00,可以覆盖样本中的所有微生物,由图2A和图2B可知,ACE指数和Chao1指数表现出相同的变化趋势,即T1gt;T2gt;T6gt;T5gt;T4gt;T3,各处理间差异不显著;由图2C可知,Shannon指数值由高到低的顺序依次为T1gt;T4gt;T5gt;T6gt;T2gt;T3,T2,T3与其他4个处理间差异显著(Plt;0.05);由图2D可知,T3处理的Simpson多样性指数最低,为0.261,与T1,T6处理间差异显著(Plt;0.05)。
2.5.2" Bata多样性分析" 通过主坐标分析(PCA)可以直观地解释每个处理样品中细菌间的系统发育距离。如图3所示,在本研究中,6个不同处理形成的细菌群落主要分布在第三和第四象限,各处理之间的坐标距离较小。其中,第1坐标可以解释88.90%的样本间的物种差异,第2坐标可以解释4.94%的样本间的物种差异,物种累积百分比方差达到93.84%。从PCA分析结果可以看出,不同混合比例的青贮样品形成了不同的细菌群落,但各处理间的差异不显著。
2.5.3" 青贮微生物相对丰度分析" 为了较详细地了解6个不同处理青贮样品的细菌分类差异,本研究在属水平上对细菌群落进行了分类(图4),在属水平上,共有1192个类群被分类,其中,T4,T5和T6 3个处理中类群最丰富。在6组样品中,相对丰富度占比前十位的菌属依次为植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、泛菌属(Pantoea)、未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)、肠球菌属(Enterococcus)、未分类Cyanobacteriales(unclassified_Cyanobacteriales)、乳杆菌属(Lactobacillus)、短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)、伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)。其中,植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、肠球菌属(Enterococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)、魏斯氏菌属(Weissella)、伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)和片球菌属(Pediococcus)等7个菌属属于乳酸菌属。
从图4和图5中还可以看出,植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)在T1-T6样品中均占主导地位,为第一优势菌属,在各处理中的相对丰度占比在51.4%以上,在T3处理甚至达到93.1%,显著高于T1和T6处理(Plt;0.05)。泛菌属(Pantoea)和未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)均在T1和T6处理中相对丰度较高,其中泛菌属(Pantoea)在T1处理中相对丰度占比达到8.90%,在T6处理中为1.91%,而在其他4个处理中丰富度明显降低,与T2,T3,T4和T5处理间差异显著(Plt;0.05)。未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)则在T6处理中相对丰度占比最高,为6.56%,T1处理次之,为2.54%,二者与T2,T3处理间差异显著(Plt;0.05)。肠球菌属(Enterococcus)在T2,T3,T4,T5和T6处理中为优势菌群,相对丰度主要分布在1.3%~2.1%之间,而在T1处理中处于较低水平,仅为0.5%,与各处理间差异显著(Plt;0.05)。此外,乳杆菌属(Lactobacillus)在T6处理中处于较高水平,相对丰度为5.71%;短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)在T4和T1处理中处于较高水平,相对丰度分别为2.20%和1.19%,而其余各处理的乳杆菌属(Lactobacillus)和短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)的相对丰度均在1%以下,且各处理间差异均不显著。而魏斯氏菌属(Weissella)、伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)相对丰度则均在T4和T5处理中处于较高水平(gt;1%),与其他各处理间差异均不显著。
2.5.4" 青贮细菌群落结构与环境因子的关系" 为了解影响青贮饲料中细菌群落组成的主导因子,以青贮饲料中细菌群落属水平已分类且相对丰度大于1.0% 的类群为响应变量,以DM,LDM,CP,EE,ASH,NDF,ADF,ADL,pH,LA,AA,PA,BA,ANC等指标为解释变量进行冗余分析(图6)。在属水平上,RDA1和RDA2成分能够解释细菌菌群57.23%的变化。由图6可知,植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)、伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)相对丰度与PA,EE,BA,ADL,CP,LA,ASH,ADF,NDF含量呈正相关关系(Plt;0.05),与pH,DM,ANC,AA含量呈负相关关系(Plt;0.05);魏斯氏菌属(Weissella)相对丰度与PA,AA含量呈负相关关系(Plt;0.05),与其他含量间呈正相关关系(Plt;0.05);片球菌属(Pediococcus)、未分类的肠杆菌属(Unclassified_Enterobacteriacea)、肠球菌属(Enterococcus)相对丰度与PA,EE含量呈负相关关系(Plt;0.05);未分类Cyanobacteriales(unclassified_Cyanobacteriales)和乳杆菌属(Lactobacillus)相对丰度则和BA,PA,EE含量呈负相关关系(Plt;0.05)。此外,RDA结果揭示出ANC,ADF,NDF,Ash,ADL含量对不同处理下的微生物群落组成有着更为显著的影响。
3" 讨论
3.1" 青贮常规营养成分的影响
青贮原料是青贮质量的优良基础保障。混合发酵后,饲料中各营养指标含量直接表征其品质的优劣。干物质(DM) 含量是青贮发酵的重要指标之一[24],青贮原料的特性及混合比例会引起DM含量的变化。在本研究中,随着青贮饲料中青贮玉米含量增加、黄花茎叶含量减少,青贮样品的干物质(DM)含量呈现出持续增加的趋势,T2,T3,T4,T5,T6处理中的DM含量显著高于T1处理,这一结果表明青贮玉米的添加能够显著提高青贮饲料的DM含量,从而增强饲料的营养价值。同时,相对于黄花菜单贮(T1),青贮样品中添加适量青贮玉米有助于减少青贮过程中的干物质损失,提高饲料的贮存效果。杨宇为等[10]研究表明黄花菜茎叶青贮中适当添加玉米有助于提高混合青贮样品的干物质含量,与本研究结果一致。
粗脂肪(EE)和粗灰分(ASH)是植物体营养贮存物质,是维生素、矿物质吸收不可缺少的媒介[25-26]。本研究中随着黄花茎叶质量比的逐渐降低,青贮样品中EE含量呈持续降低的变化趋势,说明将黄花茎叶应用于青贮玉米中有助于提高饲料的EE含量;而粗灰分含量呈持续增加的趋势,但各处理间差异不显著。由此也可验证,通过向青贮玉米中加入不同原料进行混合青贮,有助于青贮品质改善[27]。
青贮饲料中,蛋白质(CP)含量越高,其营养价值也越高[28]。同时,木质纤维组分(ADF,NDF,ADL等)含量也是评价青贮饲料品质好坏最直接的指标[29]。梁小玉等[30]研究表明,全株玉米和菊苣以1∶1等比例混合青贮后其CP含量显著升高,NDF和ADF含量显著降低;郑林峰等[31]研究发现青贮饲料中NDF与ADF含量呈现正相关变化规律,二者和CP含量呈负相关变化规律。本研究结果表明,相对于黄花菜茎叶单贮(T1),青贮样品中添加适量的青贮玉米后,不但提高了饲料中粗蛋白的含量,而且也提高了饲料的消化率和利用率,从而适当改善饲料的营养品质和适口性。
3.2" 青贮发酵品质和安全系数的影响
pH值的高低作为青贮成功与否的重要指标,反映了青贮过程中的发酵程度。适宜的pH值范围为3.8~4.5,不仅能够有效抑制有害微生物的生长,还能维持青贮饲料的口感和营养价值[32]。本试验中,各处理样品的pH值均基本分布在这一理想范围内,且差异不显著,表明各处理均实现了良好的乳酸发酵。
乳酸(LA)作为青贮发酵的主要产物之一,其含量高低与乳酸菌的活性强弱紧密相关,LA含量越高越有利于青贮饲料的保存和品质提升[33]。本研究中,随着青贮玉米比例的增加,乳酸含量持续增加,说明青贮玉米表面附着的菌群更有利于青贮的发酵[25],这一结论与其他学者[30-33]的结论是一致的。值得注意的是,在T4处理中丙酸(BA)含量显著高于其他处理,这个可能是因为在青贮过程中存在较多数量的肠杆菌,利用已糖和戊糖发酵生成丙酸,从而导致丙酸含量增加[29];而丁酸(AA)含量在T2和T5处理中含量为0,这可能因为pH值在4.32~4.38这个范围内抑制了能够生成丁酸梭状芽胞杆菌、酪酸菌的繁殖[23]。
氨态氮含量(ANC)作为反映青贮饲料发酵过程中蛋白降解程度的重要指标,其高低直接关系到青贮饲料的营养价值[34-35]。本试验中,T6处理的氨态氮含量最高,说明相同发酵条件下,玉米单贮更容易造成蛋白质的损失,若青贮玉米中适当添加一些如黄花菜茎叶等原料有助于降低营养成分的损耗,这与梅宁安等[8]研究结果类似。
此外,秋水仙碱含量(CC)是评估黄花菜青贮饲料安全性的一项重要指标。秋水仙碱主要存在于鲜黄花菜中,这是导致黄花菜中毒的主要原因。在黄花茎叶饲料的使用过程中,有必要控制秋水仙碱的含量,以避免对动物造成危害。本试验中各处理均为0 μg·g-1,表明各处理条件下均未产生秋水仙碱,从而保证了青贮饲料的安全性。秋水仙碱在黄花茎叶饲料中虽然不是一个重要的营养成分,但在饲料的生产和使用过程中,有必要检测其含量,以确保饲料的安全性和有效性。
3.3" 青贮微生物多样性的影响
青贮发酵是一个微生物群落动态演变的过程[36]。大量研究已证实,青贮原料配比的改变都会不同程度地促使青贮饲料中微生物群落的多样性和丰富度发生改变[37-39],通常将微生物多样性降低作为青贮发酵成功的标志[40]。在本研究中,发酵70 d后,T1处理组的物种丰富度指数(ACE和Chao1)最高,而T3处理组的物种丰富度指数(ACE和Chao1)最低,结合细菌群落多样性(Shannon指数)变化趋势,发现T3处理组在物种丰富度上没有显著差异,但它们的均匀度却显著降低。这可能是由于T3处理组在发酵70 d后,乳酸菌群成为优势菌群(图3),快速生长和繁殖,从而降低了群落的均匀度,这也说明了T3处理有利于提高青贮发酵成功率和品质。
青贮饲料中微生物群落结构和功能会在青贮原料配比和发酵时间的共同作用下表现出不同的响应机制或响应策略[39,41]。本研究中,在属水平上植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)作为第一优势菌属,其相对丰度占比超过51.4%,甚至在T3处理中高达93.1%。植物乳杆菌作为乳酸菌的一种,其能够利用多用种糖进行发酵[42],青贮玉米质量比越高发酵环境中含糖量越高,这就为植物乳酸杆菌提供了更充足的能量来源和发酵底物,产生大量乳酸,这与研究中乳酸含量的变化趋势相吻合。此外,其他乳酸菌属如肠球菌属(Enterococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、短促生乳杆菌属(Levilactobacillus)等也在不同处理中占据一定比例,这些乳酸菌的协同作用共同促进了青贮发酵的进行。泛菌属(Pantoea)在T1处理中相对丰度占比较大,这可能与黄花茎叶的含量较高有关,更有利于其在有机物的分解和转化过程中起到了相对主导作用,进而对青贮饲料的发酵品质产生一定影响。未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)在T6处理中相对丰度占比最高,这可能意味着在青贮玉米含量较高的条件下,其表面附着的菌群在发酵过程中发挥着重要作用[42]。肠球菌属(Enterococcus)作为一种常见的乳酸菌[36],在青贮发酵过程中可能与其他乳酸菌共同作用,促进乳酸的生成和有机物的转化,在本研究中T2,T3,T4,T5,T6处理中的相对丰度远高于T1处理,这可能是由于青贮玉米中具有的营养成分为肠球菌属菌群提供了更多的能量来源。魏斯氏菌属(Weissella)和伴生乳杆菌属(Companilactobacillus)在T4和T5处理中相对丰度较高,这可能与这2个处理中黄花茎叶和青贮玉米的混合比例有关,不同的原料配比影响了微生物群落的组成和活性[37]。此外,虽然各处理间细菌群落的差异在PCA分析结果中并未显示出显著差异,但通过进一步的分类分析,我们发现了不同处理对细菌群落结构的影响差异。例如,如泛菌属(Pantoea)在T1和T6处理中的相对丰度占比较大,而未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)在T6处理中的相对丰度占比最高,这些差异可能反映了不同处理条件下微生物群落的多样性和功能差异。此外,混合青贮饲料中不同原料添加比例引起的环境因素变化对群落中不同微生物群的贡献各不相同[19],从本试验结果来看,木质纤维组分(ADF,NDF,ADL等)含量对青贮的细菌群落有着更为显著的影响。
4" 结论
本研究发现,与黄花菜茎叶单贮相比,黄花菜茎叶与青贮玉米混合青贮有利于改善青贮饲料的气味和结构;基于对16个青贮指标的灰色关联度分析发现,青贮玉米单贮的青贮品质最优,黄花菜茎叶与青贮玉米以40∶60混合青贮的品质次之。通过微生物多样性分析进一步发现,植物乳杆菌属(Lactiplantibacillus)、泛菌属(Pantoea)、未分类的肠杆菌属(unclassified_Enterobacteriacea)是所有混合青贮模式中的优势属,并且ANC,ADF,NDF,ASH,ADL含量等对各样品微生物群落组成有着更为显著的影响。综上考虑,从黄花菜茎叶利用最大化角度出发,以T4(黄花菜茎叶∶青贮玉米=40∶60)比例青贮为佳。
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