麻葉蕁麻和羊草比例對(duì)體外培養(yǎng)瘤胃微生物發(fā)酵參數(shù)的影響

王 珊,史良峰,張振斌,王夢(mèng)芝*,張曉慶(.揚(yáng)州大學(xué) 動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225009；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 草原研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 0000)

隨著我國(guó)畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，人畜爭(zhēng)糧的情況日趨嚴(yán)重，尋找新的飼料資源，大力發(fā)展非常規(guī)飼料資源，以及如何提高飼料的利用效率成為目前的主要研究方向。麻葉蕁麻(UrticacannabinaL.)是蕁麻科多年生多功能野生草本植物，其適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱耐寒耐貧瘠，能在惡劣的生態(tài)環(huán)境中良好生長(zhǎng)，在我國(guó)西北、東北、華北、四川及內(nèi)蒙等地都有分布[1]。蕁麻是一種品質(zhì)優(yōu)良的飼草資源，能為家畜提供較為豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)和必需氨基酸[2]。對(duì)蕁麻進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用并作飼料使用，對(duì)補(bǔ)充畜禽優(yōu)質(zhì)飼草料(尤其高蛋白質(zhì)飼草)具有較為可觀的現(xiàn)實(shí)意義[3]。另外，蕁麻屬植物還具有抗炎、抗風(fēng)濕等作用，各國(guó)學(xué)者對(duì)于該屬植物研究概況綜述已有多篇。其中該屬的大蕁麻(UrticadioicaL.)因其含有木脂素、黃酮和有機(jī)酸等多種化學(xué)成分，已將其作為藥物開(kāi)發(fā)用于治療風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及良性前列腺增生的疾病[4]。羊草由于其營(yíng)養(yǎng)豐富，繁殖能力強(qiáng)，具有克隆生長(zhǎng)的特性而作為常規(guī)優(yōu)質(zhì)粗飼料資源，廣泛地應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)[5]。蕁麻在動(dòng)物生產(chǎn)中已有使用，但目前關(guān)于蕁麻在肉羊生產(chǎn)的應(yīng)用還鮮見(jiàn)有報(bào)道。本試驗(yàn)選用不同的麻葉蕁麻與羊草比例作為底物，采用體外模擬瘤胃發(fā)酵的方法進(jìn)行其不同比例組合的體外發(fā)酵試驗(yàn)，探討不同比例蕁麻對(duì)山羊瘤胃微生物生長(zhǎng)及其發(fā)酵的影響，旨在為進(jìn)一步進(jìn)行飼養(yǎng)試驗(yàn)篩選出適宜的蕁麻羊草比例，以為今后蕁麻在肉羊生產(chǎn)實(shí)踐中的科學(xué)利用提供一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

在揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)選取3只健康的裝有永久性瘤胃瘺管的山羊。麻葉蕁麻采自內(nèi)蒙古自治區(qū)正藍(lán)旗桑根達(dá)來(lái)鎮(zhèn)；羊草由揚(yáng)大實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)奶牛場(chǎng)提供，采購(gòu)自內(nèi)蒙古自治區(qū)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置麻葉蕁麻和羊草0∶100、30∶70、50∶50、70∶30、100∶0等比例分別為A、B、C、D、E等5組(各組培養(yǎng)底物即為兩種草的組合)，進(jìn)行瘤胃微生物體外培養(yǎng)試驗(yàn)24 h，并取樣測(cè)定其培養(yǎng)液的pH、氨氮濃度(NH3-N)、微生物蛋白(MCP)的含量以及產(chǎn)氣量和NDF、ADF的降解率。

1.3 體外培養(yǎng)

通過(guò)自制真空負(fù)壓裝置，在晨飼前，從瘤胃瘺管在瘤胃的不同部位抽取瘤胃液。經(jīng)過(guò)四層紗布過(guò)濾到事先通有CO2，并且39 ℃預(yù)熱過(guò)的保溫瓶中。參照Menke等[6]的方法配置人工唾液鹽，以人工唾液鹽：瘤胃液=2∶1配制體外培養(yǎng)瘤胃微生物的培養(yǎng)液，并且通入CO2至飽和。各組精確稱(chēng)取0.5000 g的底物置于150 mL的發(fā)酵瓶中，加入75 mL的培養(yǎng)液。置于恒溫水浴振蕩器中，39 ℃恒溫震蕩培養(yǎng)。

1.4 采樣設(shè)計(jì)

體外培養(yǎng)開(kāi)始后在0 h、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h記錄產(chǎn)氣量；同時(shí)，采集培養(yǎng)液分裝到5 mL的離心管中，用于pH、氨氮濃度、微生物蛋白的測(cè)定；24 h培養(yǎng)結(jié)束后測(cè)定NDF和ADF降解率的測(cè)定。

1.5 指標(biāo)測(cè)定方法

pH的測(cè)定采用上海雷磁pHS-3C型精密pH計(jì)在每次采集瘤胃液時(shí)測(cè)定pH。氨氮濃度的測(cè)定：采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定氨氮濃度。微生物蛋白含量的測(cè)定參照Hall的方法測(cè)定瘤胃液中微生物蛋白濃度。產(chǎn)氣量的測(cè)定利用AGRS-III微生物發(fā)酵微量產(chǎn)氣自動(dòng)記錄儀測(cè)定產(chǎn)氣量。NDF、ADF降解率的測(cè)定參照Van Soest的方法測(cè)定底物中和降解物中NDF、ADF含量，并計(jì)算NDF、ADF降解率。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件中Univariate模塊進(jìn)行單因素方差分析，采用鄧肯氏法進(jìn)行多重比較，以P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵pH的影響

從表1得知，采樣時(shí)間對(duì)瘤胃體外發(fā)酵pH有顯著影響(P<0.05)；同時(shí)，蕁麻與羊草的不同組合對(duì)瘤胃體外發(fā)酵pH有顯著影響(P<0.05)，且二者交互因素也顯著影響瘤胃體外發(fā)酵pH(P<0.05)。組間比較來(lái)看，0 h、12 h的時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有顯著不同；但1 h、3 h、6 h時(shí)間點(diǎn)的pH都以A組和C組的顯著較高(P<0.05)；24 h時(shí)間點(diǎn)的則以C組最高(P<0.05)。

表1 麻葉蕁麻和羊草組合對(duì)體外培養(yǎng)瘤胃pH變化的影響Table 1 The effect of Leymus chinensisto Urtica cannbinau ratio on pH value in vitro

注：同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)相同字母或無(wú)字母時(shí)表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P<0.05)。下同。

Note∶ In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference(P>0.05), different superscripts mean significant difference (P<0.05). The same below.

2.2 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵NH3-N濃度的影響

麻葉蕁麻和羊草組合對(duì)體外培養(yǎng)瘤胃NH3-N濃度的影響見(jiàn)表2。從表2知，采樣時(shí)間對(duì)體外發(fā)酵NH3-N濃度有顯著影響(P<0.05)；另外，蕁麻與羊草的不同比例對(duì)體外發(fā)酵NH3-N濃度有顯著影響(P<0.05)；而且，二者交互因素也顯著影響瘤胃體外發(fā)酵NH3-N濃度(P<0.05)。組間比較來(lái)看，0 h、1 h的時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有顯著不同；但3 h、6 h、12 h、24 h的時(shí)間點(diǎn)都以D組和E組的NH3-N濃度顯著較高(P<0.05)；其他組的較低(P<0.05)。

2.3 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵MCP含量的影響

麻葉蕁麻和羊草比例對(duì)培養(yǎng)液微生物蛋白含量的影響見(jiàn)表3。從表3可知，采樣時(shí)間對(duì)瘤胃體外發(fā)酵MCP含量有顯著影響(P<0.05)；蕁麻與羊草的不同組合對(duì)瘤胃體外發(fā)酵MCP含量有顯著影響(P<0.05)；另外，二者交互顯著影響瘤胃體外發(fā)酵MCP含量(P<0.05)。從組間比較來(lái)看，12 h的時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有顯著不同；但1 h、3 h、6 h的時(shí)間點(diǎn)都以A組和C組的微生物蛋白含量顯著較高(P<0.05)；24 h的時(shí)間點(diǎn)以C組的微生物蛋白含量最高(P<0.05)。另外，E組隨時(shí)間的波動(dòng)較大。由于0 h時(shí)間點(diǎn)部分樣品的丟失，這里沒(méi)有做分析。

表2 麻葉蕁麻和羊草組合對(duì)體外培養(yǎng)瘤胃NH3-N濃度的影響Table 2 The effect of Leymus chinensisto Urtica cannbinau ratio on NH3-N concentration in vitro

表3 麻葉蕁麻和羊草比例對(duì)培養(yǎng)液微生物蛋白含量的影響Table 3 The effect of Leymus chinensis to Urtica cannbinau ratio on MCP content in vitro

2.4 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵產(chǎn)氣量和NDF、ADF降解率的影響

從表4可知，3～6h、6～12 h時(shí)間段產(chǎn)氣量組間沒(méi)有顯著不同(P>0.05)；但0～1 h、1～3 h的時(shí)間點(diǎn)都以A組、B組和C組的產(chǎn)氣量顯著較高(P<0.05)；其中以C組的產(chǎn)氣量最高(P<0.05)。24 h的累計(jì)產(chǎn)氣量也以C組的為高。

麻葉蕁麻與羊草的不同組合對(duì)瘤胃體外發(fā)酵24 h NDF有顯著影響(P<0.05)，其中以C組最高(P<0.05)、E組的最低。而ADF降解率在24 h的時(shí)間點(diǎn)沒(méi)有顯著不同(P>0.05)。

表4 體外培養(yǎng)各組的產(chǎn)氣量和NDF、ADF降解率的影響Table 4 The effect of gas yield and 24 h in vitro digestibility of NDF and ADF

3 討 論

3.1 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵pH的影響

正常的瘤胃pH對(duì)于瘤胃發(fā)酵至關(guān)重要，通常認(rèn)為正常的瘤胃pH為5.50 ～7.50，當(dāng)pH低于6.0時(shí)，瘤胃中的纖維降解菌和原蟲(chóng)的生長(zhǎng)就會(huì)受到抑制[7]。本試驗(yàn)培養(yǎng)液的pH為6.50～6.96，均在正常范圍內(nèi)。瘤胃pH受到唾液，瘤胃緩沖物質(zhì)，有機(jī)酸的生成，吸收和排出等因素的影響。體外培養(yǎng)影響培養(yǎng)液pH的主要因素是培養(yǎng)液中的堿性物質(zhì)(如NH3-H)和有機(jī)酸。本試驗(yàn)中隨著時(shí)間點(diǎn)的變化，各組pH均先上升后下降。這可能是因?yàn)?～3 h時(shí)間段內(nèi)NH3-N濃度相對(duì)較高，而所產(chǎn)生的有機(jī)酸(VFA、乳酸等)較低所致。后期由于產(chǎn)生有機(jī)酸的不斷積累，而導(dǎo)致pH降低，這與歐陽(yáng)克蕙等[8]的體外試驗(yàn)結(jié)果一致。本試驗(yàn)中麻葉蕁麻與羊草的不同比例對(duì)瘤胃體外發(fā)酵pH有顯著影響，以50∶50組為較高。這可能是由于一定比例的麻葉蕁麻可以提高發(fā)酵底物中蛋白質(zhì)和可消化蛋白質(zhì)的含量，蛋白質(zhì)的大量降解促進(jìn)了氨氮濃度的增加，最終提高了pH,這在氨氮濃度的結(jié)果中可得到驗(yàn)證。

3.2 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵NH3-N濃度的影響

NH3-N是瘤胃內(nèi)飼料中蛋白質(zhì)、肽、氨基酸、氨化物、尿素和非蛋白氮化合物分解的最終產(chǎn)物，同時(shí)也是微生物合成菌體蛋白的主要原料[9]。約50%的瘤胃細(xì)菌是以NH3-N作為唯一的氮源，26%的細(xì)菌只能利用NH3-N合稱(chēng)自體蛋白[10]，保持合適的NH3-N濃度是保證微生物蛋白合成的條件之一。氨氮濃度的高低是由瘤胃微生物分解蛋白質(zhì)和利用氨合成微生物蛋白質(zhì)的速度共同決定的, 氨氮濃度變化主要來(lái)源于蕁麻羊草比例的變化[11]。本試驗(yàn)中隨著蕁麻在底物中比例的增加，NH3-N濃度呈遞減趨勢(shì)，可能是由于蕁麻具有較高蛋白質(zhì)含量的原因。張曉慶等[12]研究發(fā)現(xiàn)麻葉蕁麻粗蛋白含量最高可達(dá)34.39%。其他研究也表明，蕁麻屬植物均含有大量的蛋白質(zhì)風(fēng)干樣中含有23%～24%，其中70%為可消化蛋白[13]。

3.3 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵MCP含量的影響

瘤胃微生物是瘤胃微生物經(jīng)過(guò)復(fù)雜的發(fā)酵過(guò)程合成的，是反芻動(dòng)物最重要的氮源供應(yīng)者，可滿足動(dòng)物需要量的40%～80%[14]。飼料以及發(fā)酵環(huán)境等多種因素影響著瘤胃微生物蛋白的合成量。本試驗(yàn)中，在培養(yǎng)后的1 h、3 h、6 h都以蕁麻和羊草比例為0∶100組和50∶50組的MCP含量較高，而在24 h則以C組的含量最高。這可能是由于羊草為優(yōu)質(zhì)牧草，作為培養(yǎng)底物更有利于微生物的生長(zhǎng)，隨著底物中蕁麻比例的增加、羊草比例的下降導(dǎo)致了MCP的合成量有所下降，但在50∶50時(shí)羊草的養(yǎng)分與蕁麻的養(yǎng)分有一定的互補(bǔ)互作效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致其微生物蛋白的合成增加，結(jié)果也顯示該組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)MCP含量都高于全羊草的A組。對(duì)于所檢測(cè)的蕁麻和羊草比例為100∶0組其微生物蛋白含量隨培養(yǎng)時(shí)間的波動(dòng)較大，分析其可能的原因是由于蕁麻有一定的藥理作用對(duì)微生物的作用所致。

3.4 對(duì)瘤胃體外發(fā)酵產(chǎn)氣量和纖維降解率的影響

體外發(fā)酵產(chǎn)氣量是評(píng)定反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵的重要指標(biāo)，飼料中有機(jī)物消化率與體外培養(yǎng) 24 h 的產(chǎn)氣量呈正相關(guān)，產(chǎn)氣量越高，則說(shuō)明飼料中有機(jī)物在瘤胃中的降解率越高[15]。體外產(chǎn)氣量反映了瘤胃中微生物的降解活性和飼料降解率[6]。研究表明, 碳水化合物的發(fā)酵是粗飼料產(chǎn)氣量主要來(lái)源[16]。本試驗(yàn)表明，在培養(yǎng)6～24 h產(chǎn)氣量最高。這可能是因?yàn)槲⑸锛?xì)菌前期利用飼料中所提供的可消化糖和淀粉作為能量，后期利用飼料中的纖維素、非蛋白含氮物產(chǎn)生各種氣體的原因。蕁麻和羊草比例為50∶50組產(chǎn)氣量同樣最高，這可能是因?yàn)槭n麻和羊草的搭配相對(duì)合理，同時(shí)蕁麻具有較高的蛋白質(zhì)含量，更有利于微生物對(duì)底物的發(fā)酵活性所致。

范氏(Van Soest)的洗滌纖維分析法測(cè)定的飼料中NDF降解率是表示飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)。NDF的主要成分是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，其組成成分會(huì)影響飼料在瘤胃內(nèi)的降解率。粗飼料中，纖維素含量通常為25%～40%，消化率約為 65%[17]，家畜主要利用的是纖維素和半纖維素，對(duì)木質(zhì)素很難利用。在酸性洗滌劑的作用下，半纖維素被除去后為ADF[18]。有研究表明，ADF很難被動(dòng)物利用，即與消化率呈負(fù)相關(guān)[19]。本試驗(yàn)中，24 h的ADF降解率組間并沒(méi)有顯著不同，這可能是因?yàn)锳DF不易被動(dòng)物利用的原因。而本試驗(yàn)中的NDF消化率則以蕁麻和羊草比例為50∶50的C組為最高，這可能是因?yàn)樵摫壤牡孜镙^更高比例的蕁麻組其纖維素，半纖維素含量較高，而且蕁麻中含有較高的蛋白質(zhì)，使得底物中碳氮供應(yīng)的平衡，利于微生物的增殖和其底物的降解所致。上述該組的產(chǎn)氣量也最高與本結(jié)果一致。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)表明，麻葉蕁麻和羊草比例為50∶50時(shí)提高了山羊瘤胃微生物體外培養(yǎng)的pH、產(chǎn)氣量和微生物蛋白含量；相對(duì)降低了培養(yǎng)液的氨氮濃度；同時(shí)，促進(jìn)了24 h NDF的降解率，表明了該比例有利于體外培養(yǎng)瘤胃微生物的發(fā)酵與底物的降解。

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