不同牧草在肉羊瘤胃中的降解特性研究

陳曉琳，劉志科，孫娟*，王月超，李艷玲，姜成鋼，屠焰，刁其玉*

(1.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)草本植物應(yīng)用研究所，山東 青島266109；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院飼料研究所 農(nóng)業(yè)部生物飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

我國牧場面積遼闊，牧草資源豐富，牧草中含有大量蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，是反芻動(dòng)物必不可少的飼料來源。20世紀(jì)以來，由于對草業(yè)的重視不夠以及自然環(huán)境的惡化，導(dǎo)致牧場退化嚴(yán)重，大量牧草得不到合理利用?！叭矍璋贰笔录l(fā)生以來，人們逐漸認(rèn)識到牧草的重要地位，進(jìn)行了一系列的補(bǔ)救措施，如周期性過度放牧、保護(hù)優(yōu)質(zhì)牧草種質(zhì)資源以及改良草種等。在農(nóng)區(qū)“三元”種植模式逐步推廣，由過去單一的種植糧食作物轉(zhuǎn)變?yōu)榉N草養(yǎng)畜。雖然牧草產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景良好，但合理利用牧草資源卻是關(guān)鍵。牧草的營養(yǎng)含量是否滿足動(dòng)物的生長需要，需對其進(jìn)行營養(yǎng)價(jià)值評定，針對其營養(yǎng)特性飼喂牲畜是合理利用的前提[1-3]。

牧草中的蛋白質(zhì)含量是決定牧草質(zhì)量優(yōu)劣的因素之一，尼龍袋法是國際認(rèn)可的測定瘤胃蛋白降解率的有效方法，其操作方法簡便、能真實(shí)反映瘤胃的內(nèi)環(huán)境，還能測定其他養(yǎng)分的消化降解情況[4-5]。目前，應(yīng)用半體內(nèi)法測定牧草的蛋白質(zhì)瘤胃降解率在奶牛上研究較廣泛，例如，莫放和馮仰廉[6]建立了奶牛的常用飼料蛋白質(zhì)降解率數(shù)據(jù)庫，Hoffman等[7]和Edmunds等[8]對奶牛采食牧草的干物質(zhì)或蛋白質(zhì)的動(dòng)態(tài)降解率特點(diǎn)進(jìn)行了研究。國外學(xué)者對牧草在肉羊瘤胃中降解率也進(jìn)行了研究[9-10]，而國內(nèi)的研究數(shù)據(jù)較為缺乏。本試驗(yàn)從全國6省市主要的牧草栽培區(qū)域采集13個(gè)牧草代表樣品，分為常見的牧草種植品種和野生的牧草品種，較系統(tǒng)研究了其在肉羊瘤胃內(nèi)干物質(zhì)和蛋白質(zhì)的降解特性，包括不同時(shí)間點(diǎn)的降解規(guī)律、降解參數(shù)和有效降解率，為牧草資源的合理利用以及肉羊?qū)嶋H生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 牧草樣品

13種牧草的采集信息如表1所示。樣品采集后自然風(fēng)干，水分控制在10%以內(nèi)，干燥陰涼處密封保存。

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物及飼養(yǎng)管理

采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，選用3只體重(67±1.2)kg、裝有永久瘤胃瘺管的杜×寒F1代羯羊作為3個(gè)重復(fù)，試驗(yàn)于2013年2月-2013年3月在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南口試驗(yàn)基地進(jìn)行，預(yù)試期2周，試驗(yàn)期為44 d，試驗(yàn)羊單圈飼養(yǎng)，每日基礎(chǔ)飼糧供給量為1.3倍維持需要，日糧精粗比為4∶6，每日于8:00和18:00飼喂2次，中午添加干草1次，自由飲水?；A(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平見表2。

表1 13種牧草的采樣信息Table 1 The sample information of 13 forage grass

表2 基礎(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet (Air-dry basis)

1)預(yù)混料為每kg飼糧提供The premix provided the following per kg of diets, 多礦Minerals：Cu 15.0 mg，F(xiàn)e 100.0 mg，Mn 60.0 mg，Zn 100.0 mg，I 0.9 mg，Se 0.3 mg，Co 0.2 mg；多維Compound vitamin：VA 16000 IU，VD 4000 IU，VE 100 IU.2)代謝能為估測值，其余為實(shí)測值。Metabolizable energy (ME) was a calculated value and others were measured values.

1.3 尼龍袋試驗(yàn)方法

1.3.1尼龍袋規(guī)格 選擇孔徑為300目(0.05 mm)，裁成12 cm×8 cm的尼龍布，對折后用細(xì)滌綸線縫雙道，制成10 cm×6 cm的尼龍袋。散邊用酒精燈烤焦，以防止尼龍布脫絲。

1.3.2稱樣與放袋 將牧草的風(fēng)干樣品粉碎過2.5 mm篩，準(zhǔn)確稱取待測樣品2 g左右裝入尼龍袋中，每個(gè)樣品每個(gè)時(shí)間點(diǎn)設(shè)置2個(gè)平行，將2個(gè)尼龍袋固定在一端有開口的長約25 cm的半軟塑料管上，借助細(xì)木棍將尼龍袋送入瘤胃的腹囊處。塑料管的另一端通過尼龍繩與瘺管塞連接到一起，固定牢固。每只羊的瘤胃內(nèi)放置5根塑料軟管。

1.3.3培養(yǎng)時(shí)間與取袋 尼龍袋在瘤胃內(nèi)停留的時(shí)間為0，6，12，24，48，72 h，于清晨飼喂前1 h放入尼龍袋，在不同的時(shí)間點(diǎn)依次放入瘤胃內(nèi)，最終在同一時(shí)間點(diǎn)取出。尼龍袋從瘤胃內(nèi)取出后立即放入冷水終止反應(yīng)，再用自來水沖洗至水澄清。將洗凈后的尼龍袋放入65℃干燥箱中烘干48 h至恒重，回潮24 h。將同一時(shí)間點(diǎn)的2個(gè)尼龍袋殘?jiān)显谝黄鹧b入自封袋，干燥處保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 測定方法

干物質(zhì)(dry matter，DM)和有機(jī)物(organic matter，OM)測定參照張麗英[11](2010)的方法，粗蛋白(crude protein，CP)采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)采用Van Soest[12]方法。

1.5 瘤胃降解率和降解參數(shù)的計(jì)算方法

1) DM、CP不同時(shí)間點(diǎn)的降解率

A(%)=[(B-C)/B]×100

式中,A為待測飼料的DM或CP瘤胃某一時(shí)間的消失率；B為待測樣品中DM或CP含量；C為待測樣品尼龍袋殘?jiān)蠨M或CP含量。

2) DM、CP降解參數(shù)及有效降解率

參照Фrskov和McDonald[13]提出的瘤胃動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，計(jì)算公式為

dP=a+b(1-e-ct)

式中,dP為待測飼料的DM或CP瘤胃某一時(shí)間的降解率，a為快速降解部分(%)，b為慢速降解部分(%)，c為慢速降解部分的降解速率常數(shù)(%/h),t為瘤胃內(nèi)培養(yǎng)時(shí)間(h)。

有效降解率(ED,%)=a+bc/(k+c)

式中,k為瘤胃外流速率，本試驗(yàn)中k值取0.031/h[14]。

1.6 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析

DM和CP各時(shí)間點(diǎn)的降解率數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行初步整理后，用SAS 9.2 NLI N(Nonlinear regression)程序計(jì)算a、b、c值，降解率及降解參數(shù)采用單因素方差分析(ANOVA)顯著性檢驗(yàn)，duncan多重比較差異性。當(dāng)P值小于0.05時(shí)為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同牧草的常規(guī)營養(yǎng)成分

13種牧草的營養(yǎng)價(jià)值如表3所示，各樣品的DM含量在91.05%～95.40%。沙打旺的OM含量較低，為71.63%，草地早熟禾、苜蓿、象草和狗尾草的OM含量均低于90%。CP含量最高的是苜蓿，為20.14%，其次為狗尾草、象草、草地早熟禾和沙打旺，其余牧草CP含量均較低，在10%以下。苜蓿和燕麥草的NDF和ADF含量低于其他牧草，披堿草和中華羊茅的NDF和ADF含量最高，NDF含量高于80%，ADF含量高于50%。

2.2 不同牧草在不同時(shí)間點(diǎn)DM的瘤胃降解率

如表4所示，牧草的種類不同，在同一時(shí)間點(diǎn)的DM降解率不同，苜蓿在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的降解率均最高(P<0.05)。除苜蓿外，沙打旺、燕麥草和狗尾草在72 h的降解率最高，高于60%，三者差異不顯著(P>0.05)。草地早熟禾的72 h降解率為55.46%，依次高于象草、冷地早熟禾、多葉老芒麥、羊草和披堿草(P<0.05)。72 h降解率較低的是中華羊茅、芨芨草和蘆葦，均低于40%。苜蓿、沙打旺、燕麥草和象草在24 h內(nèi)DM降解率達(dá)到穩(wěn)定，其他牧草在48 h內(nèi)降解率達(dá)到穩(wěn)定。

2.3 不同牧草在瘤胃內(nèi)不同時(shí)間點(diǎn)CP的降解率

如表5所示，苜蓿的CP在各時(shí)間點(diǎn)(0點(diǎn)除外)的降解率最高(P<0.05)，在12 h的降解率就達(dá)到70%，24 h后降解率趨于穩(wěn)定。不同牧草72 h的降解率中，沙打旺和狗尾草高于70%，草地早熟禾、燕麥草和披堿草為67%，差異不顯著(P>0.05)，象草、冷地早熟禾、芨芨草、多葉老芒麥、羊草為41.67%～59.75%。中華羊茅和蘆葦在各時(shí)間點(diǎn)的降解率均最低(P<0.05)。不同牧草CP在不同時(shí)間的降解率差異較大，但均能在24～48 h內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。

表3 不同牧草的營養(yǎng)成分含量Table 3 The nutrient content of different forage grass

表4 13種牧草的干物質(zhì)在瘤胃內(nèi)的降解率Table 4 The ruminal dry matter (DM) degradability of 13 forage grass in sheep %

注：同列中字母不同者表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note： Mean values in the same column with different letters were significantly different (P<0.05). The same below.

2.4 不同牧草DM的瘤胃降解參數(shù)

13種牧草的DM瘤胃降解參數(shù)不同，DM瘤胃快速降解部分(a)差異顯著(P<0.05)，最高的是苜蓿，達(dá)到了39.5%，其次為燕麥草、沙打旺，均達(dá)到30%以上。但慢速降解部分(b)最高的是羊草、狗尾草、苜蓿和披堿草，約為40%，四者差異不顯著(P>0.05)，b值最低的是燕麥草，為28.67%(P<0.05)。其余7種牧草b值為30%～37%范圍內(nèi)。b的降解速率(c)最快的是沙打旺和苜蓿，遠(yuǎn)高于其他牧草的降解速率(P<0.05)。DM的可降解部分(a+b)最高的是苜蓿，為78.53%(P<0.05)，其次為燕麥草、狗尾草和沙打旺，均達(dá)到60%以上。苜蓿的有效降解率(ED)最高，為67.5%(P<0.05)，其次為沙打旺和燕麥草，均達(dá)到50%以上，狗尾草的有效降解率也達(dá)到了46.21%。有效降解率最低的是芨芨草、中華羊茅、蘆葦和披堿草，它們之間差異不顯著(P>0.05)。由表6可知，ED與a+b值的趨勢一致。

表5 13種牧草的蛋白質(zhì)在肉羊瘤胃內(nèi)的降解率Table 5 The ruminal crude protein (CP) degradability of 13 forage grass in sheep %

表6 13種牧草干物質(zhì)在肉羊瘤胃內(nèi)的降解參數(shù)Table 6 Parameters of dry matter (DM) dynamic degradation model of 13 forage grass in sheep

2.5 不同牧草CP的瘤胃降解參數(shù)

由表7可知，CP的a最高的是燕麥草(P<0.05)，為46.95%，其次是冷地早熟禾，而苜蓿、草地早熟禾、象草和多葉老芒麥間差異不顯著(P>0.05)。披堿草的b值顯著高于其他牧草，為59.98%(P<0.05)，蘆葦、中華羊茅和苜蓿的b值達(dá)到了40%以上。b的降解速率最快的是苜蓿，最慢的是蘆葦(P<0.05)。a+b最高的是苜蓿，高達(dá)82.97%(P<0.05)，象草、披堿草、狗尾草和沙打旺也達(dá)到70%以上。ED最高的是苜蓿，其次為沙打旺(P<0.05)。燕麥草和象草的蛋白質(zhì)的ED達(dá)到60%，草地早熟禾和狗尾草達(dá)到57%，最低的是蘆葦，為19.67%(P<0.05)。

表7 13種牧草蛋白質(zhì)在綿羊瘤胃內(nèi)的降解參數(shù)Table 7 Parameters of CP dynamic degradation model of 13 forage grass in sheep

3 討論

DM瘤胃降解率是影響干物質(zhì)采食量的一個(gè)主要因素[15]，受飼料原料纖維素含量和木質(zhì)化程度的影響，反映飼料降解的難易程度。本試驗(yàn)結(jié)果表明，不同牧草品種間的DM降解率差異顯著，隨著牧草在瘤胃中培養(yǎng)時(shí)間的增長，DM的降解率逐漸增大，最終趨于穩(wěn)定，這與Mehrez和Фrskove[16]的報(bào)道一致。豆科牧草苜蓿和沙打旺DM在各時(shí)間點(diǎn)的降解率和ED高于禾本科牧草，這與劉大林等[17]的研究結(jié)果一致，與苜蓿和沙打旺的蛋白含量較高，纖維物質(zhì)含量低有關(guān)。禾本科牧草燕麥草和狗尾草的ED顯著高于其他9種禾本科牧草，謝昭良等[18]研究表明黃燕麥草的相對飼料價(jià)值較高，為72.29%。比較同一科屬牧草的DM的降解率，草地早熟禾要高于冷地早熟禾，多葉老芒麥高于披堿草。豆科牧草苜蓿和沙打旺以及禾本科的燕麥草和象草在0～12 h消化速度較快，在24 h后達(dá)到平緩期。而其他9種牧草在48 h后降解速度達(dá)到平緩期，這與柏雪等[19]的研究結(jié)果一致。由DM的降解參數(shù)可知，DM降解率高的牧草a值較高，接近b值或者大于b值，而DM降解率低的牧草a值要遠(yuǎn)小于b值。芨芨草、蘆葦和中華羊茅0～72 h的DM降解率和有效降解率接近，說明三者的飼料降解特性基本一致，在13種牧草中降解率最低，與飼料本身NDF和ADF的含量高有關(guān)。李海英等[20]利用廢堿液對芨芨草處理后，DM的降解率得到顯著提高，說明降解率過低的牧草可經(jīng)適當(dāng)?shù)募庸し绞教幚砗笤亠曃箘?dòng)物效果較好。

牧草DM的瘤胃降解率不同受試驗(yàn)動(dòng)物、日糧類型、牧草的種類、產(chǎn)地、收獲時(shí)期、采樣方式等因素的影響，對本試驗(yàn)而言，牧草的種類和收獲時(shí)期不同是最重要的影響因素。牧草被采食后，被瘤胃內(nèi)的微生物和其所分泌的酶降解，降解程度因牧草的化學(xué)結(jié)構(gòu)不同而有差異。牧草收獲的時(shí)期決定牧草的品質(zhì)，隨著成熟期的增加，牧草品質(zhì)下降，可消化能濃度、凈能含量及粗蛋白含量都將降低[21]。本試驗(yàn)中，苜蓿DM的降解率與靳玲品等[22]測定的河南苜蓿的結(jié)果一致。沙打旺的72 h降解率低于張永根等[23]測定的72.36%的降解率，可能與沙打旺的有機(jī)物含量偏低有關(guān)。燕麥草72 h降解率為61.31%，低于劉大林等[17]和洪金鎖等[24]的研究結(jié)果，狗尾草72 h降解率為60.75%，高于冷靜等[25]對非洲狗尾草的研究報(bào)道，早熟禾品種的牧草的DM降解率低于曹社會等[26]對早熟禾的研究。象草的ED為37.63%，顯著高于楊信[27]測定的DM的降解率(25.21%)，可能與增施氮肥有關(guān)，梁志霞等[28]研究表明施氮能提高象草的光合能力，有利于碳水化合物的積累，與楊膺白等[29]測定的72 h降解率50.06%一致。羊草是農(nóng)區(qū)肉羊飼養(yǎng)主要的牧草之一，而其在瘤胃內(nèi)消化率低于本試驗(yàn)中大部分牧草，與王麗娟等[30]對東北地區(qū)羊草的研究結(jié)果一致。

影響瘤胃CP降解率的因素很多，如瘤胃微生物對飼料侵襲的有效面積，其他成分的保護(hù)性，蛋白質(zhì)的物理、化學(xué)特性[31]。牧草中蛋白在瘤胃降解后產(chǎn)生氮，被微生物利用產(chǎn)生微生物蛋白，進(jìn)入小腸被消化吸收。牧草中蛋白主要是含氮化合物，存在于細(xì)胞內(nèi)容物中，而細(xì)胞壁中纖維素的結(jié)構(gòu)影響蛋白質(zhì)的降解速度，隨著植物的成熟老化，木質(zhì)化程度加深影響氮的釋放和分解[32]。本試驗(yàn)表明，苜蓿的CP在瘤胃內(nèi)各時(shí)間點(diǎn)的降解率和ED顯著高于其他牧草，沙打旺次于苜蓿，高于其他禾本科牧草的降解率。狗尾草、燕麥草、草地早熟禾和象草的72 h降解率和ED低于沙打旺，但高于其他禾本科牧草，與DM的降解規(guī)律基本一致。披堿草蛋白的a+b值高達(dá)76.86%，ED為50.08%，但其原料中CP含量較低，NDF和ADF含量較高，可能披堿草中可被微生物利用的蛋白高于不可溶解的蛋白，需要進(jìn)一步通過CNCPS方法對其各蛋白組分進(jìn)行詳細(xì)的測定。早熟禾和老芒麥的a值遠(yuǎn)高于b值，說明飼料剛進(jìn)入瘤胃內(nèi)就被快速降解，72 h內(nèi)的降解速度穩(wěn)定。蘆葦、羊草、中華羊茅和披堿草的b值遠(yuǎn)高于a值，由于其纖維物質(zhì)含量較高，微生物附著后的分泌物對其消化過程緩慢。飼料中蛋白的不可降解部分在瘤胃中可能發(fā)生美拉德反應(yīng)、和木質(zhì)素結(jié)合以及生成單寧酸-蛋白質(zhì)復(fù)合物等，瘤胃微生物以及酶類不能對該部分蛋白利用[33]。本試驗(yàn)中CP的a+b值較低的是蘆葦、中華羊茅和羊草，相應(yīng)的其ED較低，分別為19.67%, 24.41%和31.56%。

由表3和表7可知，牧草原料中的CP含量高低順序與牧草在瘤胃中的降解率高低順序不一致，僅通過化學(xué)分析方法不能完全判斷牧草的營養(yǎng)價(jià)值，牧草被動(dòng)物采食或與瘤胃液接觸后才能判斷其可利用性。不同的牧草品種CP的降解率差異較大，苜蓿CP 72 h的降解率達(dá)86.18%，與王興菊[34]的研究結(jié)果一致，但與劉美[35]對苜蓿的測定結(jié)果差異較大。燕麥草和象草CP的ED高于60%，可作為反芻動(dòng)物采食的優(yōu)質(zhì)牧草品種。狗尾草和草地早熟禾的ED高于50%，說明其在瘤胃內(nèi)的消化性較好。本研究中對蘆葦研究結(jié)果表明，蘆葦?shù)慕到馓匦暂^差，而與劉華[36]測定的蘆葦有效降解率為70.82%差異較大，這與蘆葦?shù)漠a(chǎn)地、品種與物候期有關(guān)。采自青海地區(qū)的老芒麥和貴州地區(qū)的狗尾草與曹仲華等[37]對西藏地區(qū)兩種野生牧草的測定的CP降解率相近。目前，對于芨芨草、披堿草、中華羊茅的研究較少，缺乏數(shù)據(jù)。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)采用的13種牧草中，DM和CP的有效降解率較高的牧草在24 h內(nèi)消化率基本達(dá)到穩(wěn)定，有效降解率偏低的牧草在48 h內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定。牧草潛在可降解部分比例越高，慢速降解部分的降解速率越快，牧草有效降解率則越高。

綜合DM和CP的動(dòng)態(tài)降解特性，豆科牧草要優(yōu)于禾本科牧草，豆科牧草的苜蓿降解率高于沙打旺，禾本科牧草的燕麥草、草地早熟禾、象草、狗尾草的降解率高于其他禾本科牧草。同一科屬的牧草中，草地早熟禾要優(yōu)于冷地早熟禾，老芒麥要優(yōu)于披堿草。

芨芨草、蘆葦和中華羊茅的纖維含量較高，DM和CP的降解率偏低，需搭配精料或營養(yǎng)價(jià)值較高的牧草混合飼喂肉羊。