玉米秸稈、檸條及葵花盤在灘羊瘤胃體外的消化及發(fā)酵性能

葛翠翠，梁戈，李 昊，劉 輝，卜姣姣，楊芳，辛國省

(1.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2.寧夏飼料工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021)

近年來隨著牛羊養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展和對粗飼料的需求顯著增加，粗飼料不足問題日益凸顯，草畜不平衡矛盾突出。此外，隨著飼草原料價格的攀升，養(yǎng)殖成本不斷增加，養(yǎng)殖效益進(jìn)一步下降。因此，加大飼草料資源挖掘與開發(fā)，對緩解草畜不平衡、增加養(yǎng)殖效益具有重要意義。作物秸稈、檸條(Caraganakorshinskii)、葵花(Helianthusannuus)盤作為重要的飼料資源被開發(fā)應(yīng)用[1-4]。其中玉米(Zeamays)秸稈、葵花盤作為典型的農(nóng)副產(chǎn)物在飼料資源開發(fā)利用方面研究較多，并且在調(diào)制加工、生物飼料開發(fā)、有效利用及科學(xué)飼喂等方面技術(shù)較為成熟[5-7]；然而，由于區(qū)域差異性及技術(shù)應(yīng)用不足造成其在不同地區(qū)利用率差異性較大[8-9]。檸條作為水土保持、防風(fēng)固沙作物，在生態(tài)條件惡劣的地區(qū)大面積種植，同時檸條作為耐牧作物，特別是其幼嫩枝葉，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)民放牧牛羊的良好飼料[10]。檸條資源作為平茬副產(chǎn)物在區(qū)域性飼料資源開發(fā)利用方面具有重要作用，不僅可以解決區(qū)域飼料資源不足問題，還可以作為功能性飼料資源來提高畜產(chǎn)品品質(zhì)[11]。另一方面體外消化是動物營養(yǎng)研究的重要方法，通過瘤胃體外消化特征的變化科學(xué)評價飼料的營養(yǎng)價值，對指導(dǎo)飼草料加工調(diào)制等具有重要的參考價值[12-13]。

牛羊產(chǎn)業(yè)是寧夏優(yōu)勢特色競爭力產(chǎn)業(yè)，飼草不足是限制其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，主要表現(xiàn)為飼草資源挖掘不足，加工利用水平較低[12,14]；同時受國內(nèi)外羊肉市場影響，養(yǎng)殖效益下降，綜合競爭力不足問題凸顯。因此，為解決粗飼料短缺和加工利用水平較低等問題，本研究以寧夏地區(qū)現(xiàn)有的主要粗飼料資源玉米秸稈、葵花盤及檸條為研究對象，研究其對寧夏育肥灘羊體外消化及發(fā)酵參數(shù)的影響，科學(xué)評價其營養(yǎng)價值，以期為玉米秸稈、葵花盤、檸條等飼料資源的加工調(diào)制和高效利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究選用玉米收獲后的全株玉米秸稈、結(jié)實(shí)期全株檸條、成熟期脫粒機(jī)處理后的葵花盤為試驗(yàn)材料，每種試驗(yàn)材料分別采集5份，每份約1 kg，5份樣混合成1個試驗(yàn)樣。樣品采集后，剪短至5 cm長段，105 ℃條件下干燥6 h，烘干至絕干樣，粉碎過0.425 mm篩，室溫保存?zhèn)溆谩０磭鴺?biāo)方法測定其中性洗滌纖維(neutral detergent fibre,NDF，GB/T 20806-2006)、酸性洗滌纖維(acid detergent fibre,ADF，NY/T 1459-2007)、粗蛋白(crude protein,CP，GB/T 6432-1994)、粗脂肪(ether extract,EE，GB/T 6433-2006)、粗灰分(Ash，GB/T 6438-2007)、粗纖維(crude fibre,CF，GB/T 6434-2006)的含量(表1)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)動物 試驗(yàn)選用4只、6月齡、體重相近的寧夏育肥灘羊作為瘤胃液供體動物，其日糧精粗比為1∶1，且檸條、玉米秸稈和葵花盤是該試驗(yàn)灘羊的主要粗飼料。瘤胃液于晨飼前采用瘤胃管進(jìn)行采集，每只羊采集約150 mL，采集后混合，作為試驗(yàn)用瘤胃液。

表1 原料的主要營養(yǎng)水平Table 1 Nutritive values of the main raw materials %

表中數(shù)據(jù)計(jì)算均以干物質(zhì)為基礎(chǔ)。

Data were calculated based on dry matter.

1.2.2試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本研究設(shè)玉米秸稈、檸條、葵花盤3個試驗(yàn)組，同時設(shè)空白對照組，每個組設(shè)置4個重復(fù)，分別進(jìn)行體外消化和產(chǎn)氣試驗(yàn)。

1.3 體外培養(yǎng)

1.3.1人工瘤胃培養(yǎng)液的配制 試驗(yàn)所用人工培養(yǎng)液的配置采用Menke等[15]的方法，由常量元素溶液、微量元素溶液、緩沖液、指示劑溶液、還原劑溶液配制而成。人工培養(yǎng)液于瘤胃液采集前配好裝入三角瓶中，置于39 ℃水浴鍋預(yù)熱，并向其通入CO2。瘤胃液取自晨飼前屠宰的4只寧夏育肥灘羊，屠宰后采集瘤胃液，置于保溫瓶中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，在緩慢通入CO2的條件下，用4層紗布過濾到預(yù)熱的三角瓶中。量取過濾后的瘤胃液，與人工瘤胃營養(yǎng)液按照1∶2的比例加入裝有培養(yǎng)液的三角瓶中，并向培養(yǎng)液中持續(xù)通入CO2，立即放入到39 ℃水浴中保存。

1.3.2干物質(zhì)消化率、NDF消化率的測定 根據(jù)Tilley和Terry[16]的兩階段法測定。首先準(zhǔn)確稱量1 g樣品裝入纖維袋，封口機(jī)封口，4個空纖維袋作為空白對照。將封好口的纖維袋放入100 mL注射器中，并用分樣器向各注射器注入60 mL人工瘤胃培養(yǎng)液，迅速蓋好橡膠蓋，放入39 ℃恒溫震蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)48 h。48 h后加入50 mL酸性胃蛋白酶溶液(1 L的0.1 mol·L-1HCl中加入2 g胃蛋白酶)，隨后放入39 ℃的水浴恒溫振蕩器中培養(yǎng)48 h，終止發(fā)酵。

1.3.3產(chǎn)氣量的測定 參照Menke等[15]體外產(chǎn)氣法，將200 mg待測樣品放入特制的100 mL注射器中，用30 mL經(jīng)稀釋后的瘤胃液消化，放入39 ℃的水浴恒溫振蕩器中，記錄48 h內(nèi)1、2、4、6、8、12、16、20、26、37和48 h時間點(diǎn)的產(chǎn)氣量。每個樣品設(shè)4個重復(fù)，同時設(shè)4個空白(人工瘤胃培養(yǎng)液)，用于產(chǎn)氣量的校正。根據(jù)記錄的數(shù)值求算產(chǎn)氣量。

1.3.4發(fā)酵液pH、揮發(fā)性脂肪酸的測定 當(dāng)48度h培養(yǎng)完畢后，馬上用pH-25型酸度計(jì)測定發(fā)酵液的pH，在測定前，用pH=4.0和pH=7.0的標(biāo)準(zhǔn)緩沖液校正pH計(jì)。采用氣象色譜儀測定VFA濃度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

各試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2007初步整理后，利用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行單因素方差分析和顯著性檢驗(yàn)，多重比較采用one-way ANOVA中的Duncan法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，試驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示，顯著性水平分別為P<0.05，P<0.01。

2 結(jié)果與分析

2.1 粗飼料干物質(zhì)消化率、中性洗滌纖維消化率

利用不同粗飼料作為發(fā)酵底物，試驗(yàn)草料的干物質(zhì)消化率差異較大(圖1)；其中，葵花盤的干物質(zhì)消化率最高，為88.28%，玉米秸稈次之，為66.69%，檸條最低，為43.43%；葵花盤、玉米秸稈、檸條之間干物質(zhì)消化率差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)?？ūP中性洗滌纖維消化率最高，為77.45%，玉米秸稈次之，為71.41%，檸條最低，為28.90%(圖2)；其中葵花盤與玉米秸稈中性洗滌纖維消化率組間差異不顯著(P>0.05)，但均與檸條組間差異顯著(P<0.05)。

2.2 粗飼料體外發(fā)酵產(chǎn)氣量

玉米秸稈、檸條和葵花盤的產(chǎn)氣量隨著培養(yǎng)時間延長而增加，但是前期產(chǎn)氣量的速度要高于后期(圖3)。體外發(fā)酵48 h后，葵花盤的樣品產(chǎn)氣最多(56.75 mL)，其次是玉米秸稈(53.5 mL)，檸條產(chǎn)氣量最低(32.5 mL)，各組間48 h產(chǎn)氣量差異顯著(P<0.05)(圖4)。

圖1 試驗(yàn)料干物質(zhì)消化率和中性洗滌纖維消化率Fig.1 Digestion rate of dry matter and NDF for trial forage

同一指標(biāo)不同大小寫字母表示不同草料間差異極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.01)，圖3同。

Different lowercase and capital letters for the same parameter indicate significant difference at 0.05 and 0.01 levels, repectively; similarly for Fig.3.

圖2 體外發(fā)酵0-48 h產(chǎn)氣量變化Fig. 2 Gas production of 0-48 h during the trial forage

圖3 體外發(fā)酵48 h的產(chǎn)氣量和發(fā)酵液pHFig. 3 Gas production and pH at 48 h during the trial forage

2.3 玉米秸稈、葵花盤、檸條體外發(fā)酵液pH

瘤胃液pH是一項(xiàng)反映瘤胃發(fā)酵水平的重要指標(biāo)，可以綜合反映瘤胃微生物狀態(tài)。在48 h產(chǎn)氣中，玉米秸稈體外消化液的pH最低(6.94)，葵花盤次之(7.07)，檸條最高，為7.13(圖5)。葵花盤與檸條體外消化液pH組間差異不顯著(P>0.05)，同時檸條顯著高于玉米秸稈組(P<0.05)。

2.4 試驗(yàn)草料體外消化發(fā)酵液揮發(fā)性脂肪酸

本研究中，葵花盤發(fā)酵液中總揮發(fā)性脂肪酸和乙酸濃度最高，分別為32.62和22.17 mmol·L-1，檸條發(fā)酵液中總揮發(fā)性脂肪酸、乙酸和丁酸濃度最低，分別為18.22、12.02和1.06 mmol·L-1顯著低于葵花盤和玉米秸稈(P<0.05)，但是葵花盤與玉米秸稈組間差異不顯著(P>0.05)(表2)。通過對發(fā)酵液中丙酸含量分析發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈含量最高(7.47 mmol·L-1)，檸條含量最低(3.82 mmol·L-1)，并且不同組間差異顯著(P<0.05)；異丁酸含量分析結(jié)果表明，玉米秸稈含量最高(0.44 mmol·L-1)，顯著高于葵花盤和檸條(P<0.05)，但檸條和葵花盤組間差異不顯著(P>0.05)。此外，戊酸、異戊酸及乙酸/丙酸組間差異均不顯著(P>0.05)。

表2 粗飼料體外發(fā)酵48 h的VFA含量Table 2 VFA production of different forages after 48 h in vitro fermentation

同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Different lowercase etters within the same row indicate significant difference at the 0.05 level.

3 討論

3.1 試驗(yàn)飼草料體外發(fā)酵48 h干物質(zhì)消化率和中性洗滌纖維消化率

飼料的干物質(zhì)消化率代表該飼料被微生物轉(zhuǎn)化的能力，消化率越高說明瘤胃的發(fā)酵效果越好，瘤胃微生物的活性越強(qiáng)[17]。飼料干物質(zhì)的消化率隨飼料品種不同存在一定的差異，消化率的高低與營養(yǎng)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、微生物對底物的附著能力以及微生物分泌酶的催化能力有關(guān)[18]。有研究表明，脫粒葵花盤中除中性洗滌纖維、磷外，其他15項(xiàng)營養(yǎng)指標(biāo)均高于全株青貯玉米，且易于消化吸收，常作為粗飼料在反芻動物養(yǎng)殖中廣泛使用[2]。本研究中，葵花盤的干物質(zhì)消化率最高，進(jìn)一步證明葵花盤具有較高的營養(yǎng)價值。盡管檸條粗蛋白含量最高，但其干物質(zhì)消化率最低，這可能與其較高的酸性洗滌纖維水平有關(guān)。

中性洗滌纖維的消化率是表示粗飼料營養(yǎng)價值的一個重要指標(biāo)。不同飼料中中性洗滌纖維的化學(xué)組分及其所含的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的比例不同，會影響中性洗滌纖維的可消化性[19]，不同來源的粗飼料可影響其消化率[20]。本研究中，葵花盤的中性洗滌纖維消化率最高，這可能與葵花盤中NDF的纖維素、半纖維素等的含量和比例有關(guān)。

3.2 試驗(yàn)飼草料體外發(fā)酵產(chǎn)氣量

體外產(chǎn)氣量在一定程度上反映了飼料在反芻動物瘤胃內(nèi)的降解特性[21]，將不同的粗飼料原料作為發(fā)酵底物，產(chǎn)氣量是有差異的。一定時間內(nèi)產(chǎn)氣量的多少反映了底物被微生物利用的程度，代表底物營養(yǎng)價值的高低[22]。碳水化合物及粗蛋白作為底物發(fā)酵時的主要產(chǎn)氣來源物質(zhì)，直接影響著底物在體外培養(yǎng)時的產(chǎn)氣發(fā)酵特性[23-24]，其含量越多，產(chǎn)氣量越大；隨著時間延長，碳水化合物和粗蛋白的含量減少，發(fā)酵過程減緩，產(chǎn)氣量趨于穩(wěn)定[25]。本研究體外發(fā)酵48 h，所有粗飼料產(chǎn)氣量曲線呈“S”型，產(chǎn)氣速率呈現(xiàn)先增大后減小，最后產(chǎn)氣量逐步趨于穩(wěn)定。同時，湯少勛等[23]研究表明，粗飼料發(fā)酵累計(jì)產(chǎn)氣量受非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和粗蛋白比例的影響。非結(jié)構(gòu)性碳水化合物與粗蛋白的比值越大時，產(chǎn)氣量越高，反之產(chǎn)氣量越小。本研究中，葵花盤產(chǎn)氣量最高，檸條產(chǎn)氣量最低，這可能與其非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和粗蛋白比例有關(guān)，葵花盤飼料組底物能夠很好地促進(jìn)微生物發(fā)酵。

3.3 不同試驗(yàn)飼草料體外發(fā)酵液pH

瘤胃液pH是衡量反芻動物瘤胃發(fā)酵狀況的敏感指標(biāo)，該值受微生物代謝產(chǎn)物、底物營養(yǎng)成分種類和數(shù)量等各種因素的影響，研究顯示瘤胃pH的正常變化范圍是5.5～7.5[18]。本研究中各飼料組發(fā)酵液pH均在正常范圍內(nèi)。瘤胃pH的大小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的下降[26]，而飼料中蛋白的分解又使氨濃度升高，導(dǎo)致pH上升。本研究與張勇等[27]研究結(jié)果一致，玉米秸稈體外發(fā)酵液pH較低，這可能與其相對較高的總揮發(fā)性脂肪酸含量和較低粗蛋白含量有關(guān)，盡管葵花盤試驗(yàn)組總揮發(fā)性脂肪酸含量最高，但是由于其蛋白含量高于玉米秸稈，蛋白質(zhì)分解產(chǎn)生的氨中和了一部分酸，使其pH高于玉米秸稈組。

3.4 不同試驗(yàn)飼草料體外發(fā)酵液揮發(fā)性脂肪酸

揮發(fā)性脂肪酸(VFA)主要是日糧中碳水化合物的發(fā)酵產(chǎn)物，是維持反芻動物生命和生產(chǎn)的主要能量來源，可以為反芻動物提供其總能需要量的70%～80%[28-29]。VFA包括乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、異戊酸、戊酸等，其中乙酸、丙酸、丁酸約占瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生VFA總產(chǎn)量的95%左右[28,30]。一般情況下中性洗滌纖維比例降低時，乙酸/丙酸也隨之降低，故通常乙酸/丙酸也被用于日糧相對營養(yǎng)價值的估測[28]。本研究因?yàn)槭庆o態(tài)模擬瘤胃發(fā)酵，故乙酸/丙酸的變化即反映了發(fā)酵底物的營養(yǎng)價值[28]。另外，葵花盤的TVFA、乙酸的濃度最高，丙酸濃度也較高，可能與葵花盤含有較高的營養(yǎng)價值，且其營養(yǎng)組分更易被瘤胃微生物分解和促進(jìn)瘤胃發(fā)酵等有關(guān)。相關(guān)研究表明，體外發(fā)酵的VFA含量與產(chǎn)氣量有關(guān)[31]。本研究與其研究結(jié)果一致，即葵花盤組VFA及其產(chǎn)氣量均為最高。

4 小結(jié)

葵花盤擁有較高的營養(yǎng)價值，其干物質(zhì)消化率、體外產(chǎn)氣量最高，可以作為良好的粗飼料資源進(jìn)行開發(fā)利用；盡管檸條擁有相對較高的蛋白質(zhì)水平，但其體外消化率和產(chǎn)氣量最低，飼喂價值較低，這也是其作為飼料資源開發(fā)利用所面臨的主要問題。