體外產(chǎn)氣法評(píng)價(jià)油菜稈與玉米、豆粕的組合效應(yīng)

張勇，夏天嬋，常譽(yù)，黃文明，郭海明，葉均安

(浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058)

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體外產(chǎn)氣法評(píng)價(jià)油菜稈與玉米、豆粕的組合效應(yīng)

張勇，夏天嬋，常譽(yù)，黃文明，郭海明，葉均安*

(浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058)

本研究旨在探討不同比例的油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)體外瘤胃發(fā)酵及其組合效應(yīng)的影響。采用體外發(fā)酵法研究油菜稈與玉米(0%, 15%, 30%)、豆粕(0%, 15%, 30%)組合的體外發(fā)酵參數(shù)及其組合效應(yīng)值的變化，探索優(yōu)化組合效果。結(jié)果表明，隨著玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸和揮發(fā)性脂肪酸生成量相應(yīng)增加，乙丙比下降。當(dāng)油菜稈∶玉米∶豆粕為40∶30∶30時(shí)，培養(yǎng)液pH，氨態(tài)氮(NH3-N)濃度和乙丙比均極顯著下降(P<0.01)；48 h產(chǎn)氣量、潛在產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率、乙酸、丙酸、總揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度和有機(jī)物消化率(OMD)均極顯著提高(P<0.01)。以48 h產(chǎn)氣量、NH3-N、揮發(fā)性脂肪酸濃度和OMD的組合效應(yīng)值以及綜合組合效應(yīng)值(AEs)為衡量指標(biāo)，油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合的正組合效應(yīng)最大(P<0.01)。綜上所述，在本試驗(yàn)條件下，油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合的能氮比例較為合理，瘤胃發(fā)酵效率最高，為最優(yōu)組合，可提高油菜桿的利用效率。

油菜稈；玉米；豆粕；組合效應(yīng)

近年來(lái)隨著畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，反芻動(dòng)物飼養(yǎng)量不斷上升，南方地區(qū)粗飼料的匱乏成為反芻動(dòng)物生產(chǎn)發(fā)展的制約因素，開(kāi)發(fā)新型的粗飼料對(duì)于南方地區(qū)的養(yǎng)殖業(yè)來(lái)說(shuō)已經(jīng)迫在眉睫。國(guó)內(nèi)外的研究主要集中于玉米(Zeamays)秸、稻草(Oryzasativa)秸和小麥(Triticumaestivum)秸等常見(jiàn)農(nóng)作物秸稈上。目前有關(guān)油菜(Brassicacampestris)稈應(yīng)用于反芻動(dòng)物飼養(yǎng)的報(bào)道較少。油菜稈是油菜籽收獲后的廢棄物，油菜生產(chǎn)的谷草比約為1.5～1.7，是一種大宗的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物，目前對(duì)油菜稈的處理方式主要是田間焚燒，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。黃瑞鵬[1]研究發(fā)現(xiàn)油菜稈的粗蛋白含量5.87%，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含量70.90%，酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量54.97%，其蛋白含量與曹志軍等[2]報(bào)道的大豆(Glycinemax)秸和玉米秸基本一致，而NDF含量與羊草(Leymuschinensis)、小麥秸、玉米秸和大豆秸基本相同，ADF含量與小麥秸、稻草和花生秧(Arachishypogaea)相當(dāng)。據(jù)黃瑞鵬[1]報(bào)道：粉碎處理油菜稈和不同水平氨化油菜稈替代黑麥草(Loliumperenne)(精粗比為3∶7)飼喂威寧黃牛時(shí)，牛只的日增重和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率呈降低趨勢(shì)，單純油菜稈替代黑麥草未能取得良好效果。已有研究表明利用飼料之間的組合效應(yīng)可改善飼料的利用效率，Silva等[3]發(fā)現(xiàn)反芻動(dòng)物飼料間的組合效應(yīng)往往在精飼料和粗飼料之間表現(xiàn)得最為明顯，其中正組合效應(yīng)可以提高粗飼料的消化率和采食量；閆偉杰[4]發(fā)現(xiàn)餅粕與纖維型基礎(chǔ)料組合時(shí)，當(dāng)豆粕在30%或棉籽餅在40%時(shí)會(huì)發(fā)生最大的正組合效應(yīng)。崔占鴻等[5]報(bào)道體外產(chǎn)氣法具有簡(jiǎn)單易行、可重復(fù)性好和易于標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)反芻動(dòng)物飼料間的組合效應(yīng)；蘇海涯[6]利用體外產(chǎn)氣法研究桑葉與餅粕之間的組合效應(yīng)時(shí)，組合效應(yīng)值的綜合指標(biāo)(AEs)可合理地評(píng)定飼料的組合效應(yīng)。本試驗(yàn)通過(guò)體外產(chǎn)氣技術(shù)研究油菜稈與常用能量/蛋白飼料——玉米/豆粕的優(yōu)化組合，確定最優(yōu)的搭配組合，為油菜稈飼料化利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2014年3月至12月在浙江大學(xué)奶業(yè)科學(xué)研究所進(jìn)行。

1.2 供試瘤胃液

取自3頭裝有瘤胃瘺管的湖羊，4層紗布過(guò)濾，39 ℃水浴保溫，并連續(xù)沖入CO2備用。

1.3 供試人工唾液

人工唾液按Menke等[7]的方法配制。

1.4 供試樣品

油菜稈采自浙江大學(xué)紫金港校區(qū)油菜試驗(yàn)基地，玉米、豆粕從市場(chǎng)購(gòu)入，3種飼料原料的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分按楊勝[8]的方法進(jìn)行測(cè)定，即：干物質(zhì)(dry matter, DM)用烘干法測(cè)定，粗蛋白(crude protein, CP)用凱氏定氮法測(cè)定，粗脂肪(ether extract, EE)用抽濾法測(cè)定，粗灰分(Ash)按高溫灰化(550 ℃)的方法測(cè)定，鈣(calcium, Ca)用高錳酸鉀法測(cè)定，磷(phosphorus, P)用比色法測(cè)定，而NDF與ADF按Van Soest等[9]的方法測(cè)定。結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 飼料原料的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分(絕干基礎(chǔ))

1.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)分為9個(gè)處理：將玉米比例(0%，15%，30%)，豆粕比例(0%，15%，30%)進(jìn)行組合，其余為油菜稈比例,見(jiàn)表2。

表2 各處理的底物組成

試驗(yàn)采用Mauricio等[10]的壓力讀取式體外產(chǎn)氣系統(tǒng)(reading pressure system, RPT)進(jìn)行體外瘤胃發(fā)酵培養(yǎng)。按不同處理的底物比例準(zhǔn)確稱入500 mg的底物至120 mL產(chǎn)氣瓶中，在持續(xù)通入CO2氣流下加入45 mL人工唾液，密封后在39 ℃恒溫培養(yǎng)箱中預(yù)處理培養(yǎng)12 h。次日早晨抽取用4層紗布過(guò)濾后的瘤胃液5 mL加入到產(chǎn)氣瓶中，同時(shí)設(shè)空白對(duì)照和標(biāo)準(zhǔn)羊草對(duì)照，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，培養(yǎng)時(shí)間分別為48 h，試驗(yàn)重復(fù)2次。

1.6 瘤胃液的測(cè)定指標(biāo)及方法

pH：發(fā)酵終止后，使用SartoriusPB-20型pH計(jì)測(cè)定；揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)：發(fā)酵終止后，用氣相色譜儀(GC-2010，Shimadzu)測(cè)定乙、丙、丁酸的含量；氨態(tài)氮(NH3-N)：發(fā)酵終止后，取上混合液1 mL，采用比色法，測(cè)定氨態(tài)氮濃度[11]；微生物蛋白(microbial protein production, MCP)：用嘌呤法測(cè)定微生物蛋白產(chǎn)量[12]。體外有機(jī)物消化率(organic matter digestibility，OMD)與產(chǎn)氣量(gas production,GP)按Menke等[7]的方法計(jì)算：

式中:GPt為樣品在t時(shí)間段的產(chǎn)氣量(mL),Pt為t時(shí)間段讀取的壓力(MPa)；V0為瓶子體積,101.3為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(MPa),W為樣品干物質(zhì)重。產(chǎn)氣過(guò)程的總積累產(chǎn)氣量為各時(shí)間段產(chǎn)氣量之和,產(chǎn)氣參數(shù)計(jì)算利用‘fit curve’軟件的產(chǎn)氣模型公式將各種樣品在2、4、6、9、12、24、36、48時(shí)間點(diǎn)的產(chǎn)氣量代入，計(jì)算消化動(dòng)力參數(shù)。模型公式為：

GP=a+b[1-exp(-ct)]

式中:GP是在t時(shí)間的產(chǎn)氣量，a為快速產(chǎn)氣部分，b為緩慢產(chǎn)氣部分，c為b的產(chǎn)氣速度常數(shù)，a+b為潛在產(chǎn)氣量；油菜稈與玉米/豆粕組合效應(yīng)的估算:

式中:實(shí)測(cè)值為實(shí)際測(cè)定的樣品產(chǎn)氣量(mL)，加權(quán)估算值=玉米的實(shí)測(cè)值×玉米配比(%)+豆粕實(shí)測(cè)值×豆粕配比(%)+油菜稈實(shí)測(cè)值×油菜稈配比(%)；綜合指標(biāo)評(píng)定組合效應(yīng):按蘇海涯[6]的方法，測(cè)算綜合評(píng)定指標(biāo)(synthetically associative effects, AEs)：

式中：GP實(shí)測(cè)值、MP實(shí)測(cè)值各為實(shí)際測(cè)定的產(chǎn)氣量(mL)和微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)氣量(mg)；加權(quán)估算值=玉米的實(shí)測(cè)值×玉米配比(%)+豆粕實(shí)測(cè)值×豆粕配比(%)+油菜稈實(shí)測(cè)值×油菜稈配比(%)；SUBGP為用于生成氣體所需的飼料底物樣品數(shù)量(mg)，SUBGP=2.27(mg/mL)×GP(mL)，其中2.27為每生成1 mL氣體平均所需的飼料底物樣品數(shù)量；SUBMP為用于生成微生物所需的飼料底物樣品數(shù)量(mg)，SUBMP=微生物蛋白質(zhì)(mg)/0.625，其中0.625為微生物干物質(zhì)中蛋白質(zhì)的含量。

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

用SAS 9.2軟件處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用GLM模型進(jìn)行二因素方差分析，采用鄧肯法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)發(fā)酵參數(shù)的影響

由表3可知，第1組的pH和乙丙比極顯著高于其他組(P<0.01)，而第3、6和9組的NH3-N濃度極顯著高于其他組(P<0.01)；第9組的總VFA、乙酸、丙酸和丁酸濃度極顯著高于其他組(P<0.01)。玉米和豆粕對(duì)所有的發(fā)酵參數(shù)都有極顯著影響(P<0.01)，玉米和豆粕之間在乙酸和丙酸濃度上無(wú)交互作用(P>0.05)，在其他發(fā)酵指標(biāo)上有極顯著的交互作用(P<0.01)。隨著玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸、總VFA生成量呈相應(yīng)上升、但乙丙比相應(yīng)下降。上述結(jié)果表明在油菜稈作為粗飼料的日糧中，適度提高玉米和豆粕的比例能夠提高揮發(fā)性脂肪酸和微生物蛋白的生成量，并通過(guò)降低乙丙比，改變瘤胃發(fā)酵模式，改善油菜稈的利用。

表3 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)發(fā)酵參數(shù)的影響

注：同列數(shù)據(jù)標(biāo)有不同字母表示差異顯著(P<0.01)，下同。

Note: The different capital letters in the same colum mean significant differences (P<0.01), the same below.

2.2 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)組合效應(yīng)的影響

由表4可知第9組的48 h GP、a+b、c和OMD都極顯著高于其他組(P<0.01)，而第8組的48 h GP、總VFA、NH3-N和OMD的組合效應(yīng)值極顯著高于其他組(P<0.01)，綜合組合效應(yīng)值(AEs)在第8組中(17.32%)最高，而MCP的組合效應(yīng)值與其并不一致。豆粕對(duì)MCP的組合效應(yīng)值有顯著影響(P<0.05)，對(duì)其他發(fā)酵參數(shù)有極顯著的影響(P<0.01)，玉米對(duì)所有的發(fā)酵參數(shù)都有極顯著影響(P<0.01)，玉米和豆粕之間在產(chǎn)氣參數(shù)和組合效應(yīng)值上有極顯著的交互作用(P<0.01)。以上結(jié)果表明以48 h GP、總VFA、NH3-N和OMD的組合效應(yīng)值以及綜合組合效應(yīng)值為主要指標(biāo)，第8組為最優(yōu)組合。

表4 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)產(chǎn)氣參數(shù)及組合效應(yīng)的影響

注：GP是在t時(shí)間的產(chǎn)氣量，a為快速產(chǎn)氣部分，b為緩慢產(chǎn)氣部分，c為b的產(chǎn)氣速度常數(shù)，a+b為潛在產(chǎn)氣量。

Note: “GP” is the gas production of “t” time, “a” represents for the rapid gas production, “b” for the slow gas production, “c” for the “b” gas production rate, “a+b” for potential gas production.

3 討論與結(jié)論

3.1 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)pH、NH3-N、MCP及組合效應(yīng)的影響

瘤胃液的pH是瘤胃發(fā)酵的一個(gè)重要指標(biāo)，日糧精粗比、瘤胃短鏈有機(jī)酸和唾液的分泌量等因素都會(huì)影響瘤胃pH。瘤胃中大多數(shù)細(xì)菌的最適pH在6.0以上，Depeters等[13]研究表明瘤胃pH在6.6～6.8可以保證纖維分解菌的正?；顒?dòng)。本試驗(yàn)中，隨著玉米和豆粕比例的升高，pH值呈下降趨勢(shì)。研究表明瘤胃的pH是飼料中碳水化合物和含氮物質(zhì)的發(fā)酵產(chǎn)物綜合作用的結(jié)果，碳水化合物分解產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸能引起pH值的下降，而飼料中蛋白的分解又使氨濃度升高，導(dǎo)致pH上升,這與林奕[14]研究結(jié)果相一致。本試驗(yàn)中，玉米和豆粕比例對(duì)pH有極顯著的影響，即隨著豆粕比例的增加，使得蛋白質(zhì)分解加速pH值增加；隨著玉米比例的增加，碳水化合物分解加速使pH降低，在日糧配制中調(diào)節(jié)玉米豆粕的比例可實(shí)現(xiàn)對(duì)pH的調(diào)控。

氨態(tài)氮是飼料在瘤胃中分解的終產(chǎn)物之一，又是瘤胃微生物合成自身蛋白的原料，在瘤胃代謝中有著重要的作用。McDonald[15]認(rèn)為瘤胃最佳的氨態(tài)氮濃度在5～25 mg/dL。本試驗(yàn)中各組NH3-N濃度范圍在6.99～15.80 mg/dL，在其報(bào)道的濃度范圍內(nèi)，其中第3、6和9組氨態(tài)氮濃度顯著高于其他組，其原因是這3組的豆粕比例較高，由豆粕降解的氨態(tài)氮未被微生物充分利用，這與閆偉杰[4]的研究結(jié)果相一致。玉米、豆粕對(duì)氨態(tài)氮濃度有極顯著的影響，而兩者之間交互作用也極顯著，這可能與能量、蛋白互作影響瘤胃微生物生長(zhǎng)有關(guān)；氨態(tài)氮的組合效應(yīng)值在第8組中顯著高于其他組，可能是由于底物的營(yíng)養(yǎng)配比較為合理，使得瘤胃液中的蛋白分解菌有較高的產(chǎn)氨效率。

瘤胃合成的微生物蛋白占小腸可吸收氨基酸的50%～80%，是反芻動(dòng)物重要的蛋白原料，而微生物蛋白質(zhì)的合成主要受瘤胃內(nèi)可發(fā)酵能和可降解氮的數(shù)量及其同步性的影響[16]。本試驗(yàn)中，由于玉米和豆粕的比例不同，發(fā)酵底物有著不同的能量和蛋白水平，所以微生物蛋白差異較為顯著，而且玉米和豆粕對(duì)微生物蛋白的生成有交互作用。微生物蛋白的組合效應(yīng)值在第3組中顯著高于其他組，其原因可能是底物中油菜稈比例較高，其具體機(jī)理還有待進(jìn)一步探究。

3.2 油菜稈與玉米、豆粕組合對(duì)VFA、GP及組合效應(yīng)的影響

瘤胃液中的VFA是反芻動(dòng)物碳水化合物在瘤胃的降解產(chǎn)物，總VFA濃度增加表明微生物分解產(chǎn)生了較多的碳水化合物，乙酸是反芻動(dòng)物合成脂肪的原料，丙酸的濃度可反應(yīng)瘤胃的能量利用效率，它是瘤胃中唯一能生糖的有機(jī)酸，反芻動(dòng)物代謝需要的大部分葡萄糖源自丙酸的糖異生作用，乙丙比代表了瘤胃的發(fā)酵模式[17]。本試驗(yàn)中第9組的總VFA、乙酸、丙酸濃度都極顯著高于其他組，主要由于玉米和豆粕的比例較高，提供更多的可發(fā)酵碳水化合物。而VFA的組合效應(yīng)值在第8組中顯著高于其他組，為最優(yōu)組合，其原因是底物中可降解碳水化合物水平較為合理，促使瘤胃微生物利用纖維類物質(zhì)產(chǎn)生揮發(fā)性脂肪酸的效率最高。

研究表明體外產(chǎn)氣量和化學(xué)成分結(jié)合估算的消化率與體內(nèi)法測(cè)定的消化率高度相關(guān)，而體外瘤胃發(fā)酵的產(chǎn)氣量與反芻動(dòng)物飼料體內(nèi)消化率呈正相關(guān)[18]。本試驗(yàn)中第9組的48 h產(chǎn)氣量、潛在產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率都極顯著高于其他組，表明該組的消化率最高，這與段智勇[19]、閆偉杰[4]的研究結(jié)果相一致，這是由于該組精粗比最高，而精料易于消化，所以導(dǎo)致其產(chǎn)氣量最高。而產(chǎn)氣量的組合效應(yīng)值在第8組中顯著高于其他組，說(shuō)明該組的瘤胃微生物利用碳水化合物效率最高，產(chǎn)生了更多的氣體，為飼料利用效率較高的組合。

研究表明低質(zhì)粗飼料補(bǔ)飼蛋白飼料后，能提高飼料的消化率。牧草補(bǔ)飼少量豆粕和玉米后，在消化率上產(chǎn)生了正組合效應(yīng)[20]。郭旭生[21]研究表明能量與蛋白的比例和使用量，對(duì)粗飼料纖維的利用率影響很大，是產(chǎn)生組合效應(yīng)的一個(gè)主要原因。在本試驗(yàn)中，第8組油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15時(shí)綜合組合效應(yīng)值最大，與段智勇[19]發(fā)現(xiàn)玉米比例為33.3%時(shí)，與稻草NDF有最大的組合效應(yīng)相似。可能原因是：與其他組相比，第8組的底物中飼料原料的配比較為合理，飼料養(yǎng)分的平衡性與互補(bǔ)性較好，實(shí)現(xiàn)了能氮相對(duì)平衡，提高了能氮同步利用效率，從而提高了瘤胃發(fā)酵和飼料利用效率。

在本試驗(yàn)條件下，以48 h產(chǎn)氣量、NH3-N、總VFA濃度和OMD的組合效應(yīng)值以及綜合組合效應(yīng)值(AEs)為主要衡量指標(biāo)，第8組即油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合能氮平衡較為合理，正組合效應(yīng)最大，瘤胃發(fā)酵效率最高，可提高油菜稈的利用效率，為最優(yōu)組合。因此，充分發(fā)揮組合效應(yīng)的作用優(yōu)化飼料原料的配比，是實(shí)現(xiàn)油菜稈飼料化利用的有效途徑。

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Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An*

CollegeofAnimalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China

This study was conducted to investigate the associative effects of different mixtures of rape straw, corn and soybean meal on rumen fermentation. Rape straw was mixed with 0%, 15% and 30% proportions of corn; the straw was also mixed with soybean meal using the same proportions. The mixtures were incubatedinvitrousing the Reading Pressure Technique (RPT) to evaluate the best combination according to rumen fermentation parameters and associative effects. The results showed that with rising proportions of corn, the yield rates of acetate, propionate and volatile fatty acid (VFA) also increased, but that the ratio of acetate to propionate decreased. Rumen pH, NH3-N, VFA, acetate, and the ratio of acetate to propionate of treatments with 30% corn and 30% soybean meal were significantly lower than the other treatments (P<0.01), but their total gas production, potential gas production, rate of gas production, acetate, propionate, VFA, and organic matter digestibility (OMD) were higher than the other treatments (P<0.01). When the associative effects of gas production, NH3-N, VFA, OMD and the synthetic associative effects (AEs) were used as evaluation indexes, the value of associative effects of the 30% corn and 15% soybean meal treatments were the highest (P<0.01), indicating that these mixture ratios provide the most acceptable balance of energy and nitrogen.

rape straw; corn; soybean meal; associative effects

10.11686/cyxb2015555

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-12-09；改回日期：2016-02-16

浙江省科技廳團(tuán)隊(duì)科技特派員專項(xiàng)資助。

張勇(1992-)，男，山西忻州人，在讀碩士。E-mail: 15700078495@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail: yja@zju.edu.cn

張勇，夏天嬋，常譽(yù)，黃文明，郭海明，葉均安. 體外產(chǎn)氣法評(píng)價(jià)油菜稈與玉米、豆粕的組合效應(yīng). 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(11): 185-191.

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An. Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(11): 185-191.