短乳桿菌對(duì)有氧暴露過(guò)程中不同品種全株玉米青貯品質(zhì)的影響

徐生陽(yáng)，閔旭東，云 穎，玉 柱

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)科學(xué)與科技學(xué)院，北京 100193）

近年來(lái)，我國(guó)奶牛業(yè)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展[1]。全株玉米(Zea mays)青貯因具有保存效果好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，被當(dāng)作十分重要的飼料來(lái)源，在我國(guó)奶牛生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛[2]。在國(guó)際上，全株玉米青貯作為反芻動(dòng)物重要的飼料來(lái)源，在歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用[3-4]。且青貯飼料的質(zhì)量對(duì)家畜的生產(chǎn)和生長(zhǎng)都有直接影響，因此，青貯品質(zhì)倍受關(guān)注[5]。在生產(chǎn)實(shí)踐中由于沒(méi)有嚴(yán)格控制青貯飼料在發(fā)酵貯藏過(guò)程中所需的厭氧環(huán)境或在取用過(guò)程中未能妥善管理，往往會(huì)造成二次發(fā)酵，降低青貯飼料品質(zhì)[6]。其中有氧暴露時(shí)間是二次發(fā)酵過(guò)程中十分重要的影響因素，它對(duì)最后成品蛋白質(zhì)及其它營(yíng)養(yǎng)成分的含量有著直接影響[7]。

乳酸菌添加劑被廣泛用于改善青貯品質(zhì)[8]。短乳桿菌(Lactobacillus brevis)為異型發(fā)酵乳酸菌，異型乳酸菌發(fā)酵可以產(chǎn)生大量抑制真菌生長(zhǎng)的乙酸，對(duì)提高青貯產(chǎn)物的有氧穩(wěn)定性、防止有氧變質(zhì)有著重要影響。研究表明，添加異型發(fā)酵乳酸菌的黑麥草(Lolium perenne)青貯發(fā)酵品質(zhì)較好，添加禾草源異型發(fā)酵乳酸菌可以有效保證無(wú)芒雀麥(Bromus inermis)有氧暴露過(guò)程中青貯品質(zhì)的穩(wěn)定[9-10]。綜合上述因素，研究乳酸菌添加劑及有氧暴露時(shí)間在青貯飼料二次發(fā)酵過(guò)程中的影響對(duì)于指導(dǎo)青貯生產(chǎn)實(shí)踐有著重要意義。目前，塔娜等[9]、苗芳等[10]探究了異型發(fā)酵乳酸菌對(duì)青貯發(fā)酵特性、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和有氧穩(wěn)定性的影響，但大多都是針對(duì)布氏乳桿菌(L. buchneri)，而對(duì)短乳桿菌的研究較少。鑒于此，本研究主要探討短乳桿菌對(duì)有氧暴露過(guò)程中全株玉米青貯品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

先玉335(Ⅰ)、奧玉5102(Ⅱ)兩個(gè)品種的全株玉米，先玉335由美國(guó)先鋒公司選育，奧玉5102由北京奧瑞金種業(yè)股份有限公司選育。

添加劑為短乳桿菌，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)牧草青貯實(shí)驗(yàn)室提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究為雙因素對(duì)照試驗(yàn)，于河北涿州實(shí)驗(yàn)基地選取蠟熟期的兩個(gè)不同品種的玉米進(jìn)行青貯制作。將全株玉米切碎至2 cm后混勻，每個(gè)品種添加短乳桿菌 (1 × 105cfu·g-1)為處理組，對(duì)照組為空白，之后再次混勻，裝入5 L的青貯桶中用密封條密封，各處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。青貯120 d后開(kāi)封，在有氧暴露0、1、3、5、7 d通過(guò)四分法進(jìn)行取樣，分析其發(fā)酵品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

1.3 指標(biāo)測(cè)定及方法

采用雷磁PHS-3C型pH計(jì)測(cè)定pH，采用島津LC-20A型高效液相色譜儀(色譜柱：KC-811 column, Shimadzu，日本；檢測(cè)器：SPD-M10AVP；流動(dòng)相：3 mmol·L-1高氯酸，流速 1 mL·min-1, 柱溫 50 ℃；檢測(cè)波長(zhǎng) 210 nm，進(jìn)樣量 5 μL)分析乳酸 (lactic acid, LA)和 揮 發(fā) 性 脂 肪 酸 ， 包 括 乙酸(acetic acid, AA)、 丙 酸 (propionic acid, PA)和 丁酸(butyric acid, BA)[11]。采用苯酚-次氯酸鈉法測(cè)定氨態(tài)氮/總氮 (ammonia nitrogen/total nitrogen，AN/TN)[12]。

采用Van Soest[13]的方法測(cè)青貯樣品中性洗滌纖維 (neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗滌纖維 (acid detergent fibre, ADF)含量[13]。采用硫酸-蒽酮比色法測(cè)定可溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate,WSC)[14]。 采 用 Goering 和 Van Soest[15]的 方 法 測(cè) 定青貯樣品中酸性洗滌木質(zhì)素 (acid detergent lignin, ADL)的含量[15]。采用AACC[16]的方法測(cè)定淀粉(starch)。采用 AOAC 法測(cè)定粗脂肪 (ether extract, EE)、粗蛋白質(zhì) (crude protein, CP)和干物質(zhì) (dry matter, DM)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel進(jìn)行均值±標(biāo)準(zhǔn)誤的計(jì)算，采用SPSS 17.0軟件對(duì)品種和添加劑進(jìn)行雙因素統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)各處理和有氧暴露時(shí)間分別進(jìn)行單因素分析，并用Duncan法對(duì)各測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。測(cè)定結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵品質(zhì)

添加短乳桿菌顯著降低了品種Ⅰ的AN/TN值(P＜0.05)(表 1)，品種對(duì) AN/TN 的值無(wú)顯著影響，添加劑和品種互作對(duì)AN/TN的值影響極顯著(P ＜0.01)。添加短乳桿菌后，品種Ⅰ的LA含量顯著提高，品種Ⅱ的LA含量顯著高于品種Ⅰ，品種和添加劑互作對(duì)LA的含量有顯著影響(P＜0.05)。

在各處理的有氧暴露過(guò)程中，LA和AA的含量呈降低趨勢(shì)，BA、pH和AN/TN呈升高趨勢(shì)(表2)。品種Ⅰ對(duì)照組與處理組的pH在有氧暴露3 d時(shí)出現(xiàn)差異，處理組的pH顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。在品種Ⅱ中，相較于0 d，對(duì)照組在3 d時(shí)pH就顯著提高，而處理組在5 d時(shí)pH才顯著提高(P ＜0.05)。在對(duì)照組中，有氧暴露0、3 d時(shí)品種Ⅱ的pH顯著低品種Ⅰ(P＜0.05)。品種Ⅰ處理組中，在 0、5、7 d 時(shí) AN/TN 顯著低于對(duì)照組 (P＜0.05)。

品種Ⅰ處理組中，有氧暴露0、1、3、7 d時(shí)LA的含量顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。品種Ⅱ處理組中，有氧暴露1、3 d時(shí)LA的含量顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)，且品種Ⅱ?qū)φ战M中LA的含量在0、1、3、7 d 顯著高于品種Ⅰ對(duì)照組 (P＜0.05)。兩品種中處理組AA的含量在有氧暴露1 d均顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。品種Ⅱ?qū)φ战M中AA的含量在0、1、3 d 顯著高于品種Ⅰ對(duì)照組 (P＜0.05)。

品種Ⅰ處理組BA的含量在有氧暴露0、1 d時(shí)顯著低于對(duì)照組，品種Ⅱ處理組BA的含量在有氧暴露 0、1、3 d 時(shí)顯著低于對(duì)照組 (P＜0.05)。品種Ⅱ?qū)φ战M中BA含量在0、1、3、5 d時(shí)顯著低于品種Ⅰ對(duì)照組(P＜0.05)。有氧暴露時(shí)間對(duì)發(fā)酵品質(zhì)各指標(biāo)影響均極顯著 (P＜0.01)(表 2)。

表1 品種及添加劑對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 1 Fermentation quality of whole plant corn silage with different hybrids and additives

2.2 營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

添加短乳桿菌顯著降低了品種Ⅰ中ADF和NDF的含量，品種Ⅱ中ADF和NDF的含量顯著高于品種Ⅰ(P＜0.05)(表 3)。品種和添加劑互作對(duì) ADF 和NDF的含量有極顯著影響(P＜0.01)。添加短乳桿菌后顯著減少了品種Ⅰ淀粉的損失，品種Ⅰ淀粉的含量顯著高于品種Ⅱ(P＜0.05)。品種和添加劑互作對(duì)淀粉的含量有極顯著影響(P＜0.01)。添加短乳桿菌后兩品種DM含量均顯著降低，品種Ⅱ的DM含量顯著低于品種Ⅰ(P＜0.05)。品種和添加劑互作對(duì)淀粉含量有極顯著影響(P＜0.01)。

表2 品種及添加劑對(duì)有氧暴露過(guò)程中全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 2 Fermentation quality of whole plant corn silage with different hybrids and additives during aerobic exposure

表3 品種及添加劑對(duì)全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響Table 3 Nutrient content of whole plant corn silage with different hybrids and additives

在各處理的有氧暴露過(guò)程中，NDF的含量呈顯著增加趨勢(shì)，淀粉、EE、DM、CP的含量呈顯著降低趨勢(shì) (P＜0.05)(表 4)。品種Ⅰ處理組中，0、3、5 d 時(shí) ADF 的含量顯著低于對(duì)照組 (P＜0.05)。品種Ⅰ處理組中，有氧暴露各個(gè)時(shí)期內(nèi)NDF的含量顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。對(duì)照組中，有氧暴露各個(gè)時(shí)期內(nèi)品種Ⅰ的NDF和ADF含量始終顯著低于品種Ⅱ(P＜0.05)。

表4 品種及添加劑對(duì)有氧暴露過(guò)程中全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分的影響Table 4 Nutrient content of whole plant corn silage with different hybrids and additives during aerobic exposure

品種Ⅰ處理組中0、1、3 d淀粉的含量顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)。對(duì)照組中，有氧暴露各個(gè)時(shí)期內(nèi)，品種Ⅰ淀粉的含量始終顯著高于品種Ⅱ(P ＜0.05)。品種Ⅰ處理組中，3、5、7 d時(shí)DM的含量顯著高于對(duì)照組，0、1 d時(shí)DM的含量顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。在對(duì)照組有氧暴露過(guò)程中，品種Ⅰ的DM含量始終顯著高于品種Ⅱ(P＜0.05)。

品種Ⅰ對(duì)照組中，有氧暴露1 d時(shí)WSC的含量顯著降低，7 d 時(shí) WSC 的含量顯著提高 (P＜0.05)。品種Ⅰ處理組中，3 d時(shí)WSC的含量顯著降低，5、7 d 時(shí) WSC 的含量顯著提高，3、5 d 時(shí) WSC 的含量顯著低于對(duì)照組(P＜0.05)。有氧暴露時(shí)間對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)各指標(biāo)影響均極顯著(P＜0.01)。

3 討論

3.1 品種及添加劑對(duì)有氧暴露過(guò)程中全株玉米青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

pH是評(píng)價(jià)青貯品質(zhì)的重要指標(biāo)，pH越低，酸度越高，青貯越容易保存[18]。有氧暴露條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，好氣性微生物大量繁殖使得青貯的pH逐漸升高[19]。通常認(rèn)為制作成功的青貯pH應(yīng)在4.2以下，AN/TN應(yīng)低于10%[20-21]。

在整個(gè)有氧暴露過(guò)程中，本研究中所有AN/TN的值均小于10%。品種Ⅰ對(duì)照組與處理組的pH在有氧暴露3 d時(shí)出現(xiàn)差異，處理組的pH顯著低于對(duì)照組。在品種Ⅱ中，相較于0 d，對(duì)照組在3 d時(shí)pH就顯著提高，而處理組在5 d時(shí)pH才顯著提高。說(shuō)明添加短乳桿菌能夠延緩各品種pH的升高。

有機(jī)酸、水溶性碳水化合物和蛋白質(zhì)可以被梭菌等有害菌作為發(fā)酵底物，產(chǎn)生氨態(tài)氮和丁酸，不但造成了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失，而且還會(huì)影響飼料口感，甚至造成動(dòng)物中毒，因此氨態(tài)氮和丁酸的含量是評(píng)價(jià)青貯飼料品質(zhì)的重要指標(biāo)[22]。王旭哲[23]的研究表明，隨著有氧暴露天數(shù)的增加，氨態(tài)氮的含量逐漸增加，這與本研究的結(jié)果相類似，品種Ⅰ處理組與對(duì)照組在有氧暴露1 d時(shí)AN/TN的含量顯著提高，之后AN/TN的值隨著有氧暴露天數(shù)的增加而增加，說(shuō)明有氧暴露使得青貯品質(zhì)變劣。品種Ⅰ處理組AN/TN的值在有氧暴露0、5、7 d時(shí)顯著低于對(duì)照組，說(shuō)明添加短乳桿菌有利于減少AN/TN中的含量。

短乳桿菌能夠進(jìn)行異型乳酸發(fā)酵，具有高產(chǎn)酸能力[8]。本研究中，品種Ⅰ處理組中在有氧暴露0、1、3、7 d時(shí)的LA顯著高于對(duì)照組，品種Ⅱ處理組中，有氧暴露1、3 d時(shí)LA的含量顯著高于對(duì)照組。品種Ⅰ處理組中，有氧暴露1 d時(shí)AA的含量顯著高于對(duì)照，品種Ⅱ處理組中，有氧暴露1、3 d時(shí)AA的含量顯著高于對(duì)照組。乳酸和乙酸的含量較高在玉米青貯中是良好的指標(biāo)[24]。且有研究表明，乙酸可以穩(wěn)定提高青貯飼料有氧穩(wěn)定性[25]。說(shuō)明添加短乳桿菌有利于增強(qiáng)各品種的有氧穩(wěn)定性。

乙酸可以有效抑制青貯飼料有氧暴露階段酵母、霉菌和真菌的生長(zhǎng)繁殖[26]。在本研究中，品種Ⅰ處理組在有氧暴露0、1 d時(shí)BA的含量顯著低于對(duì)照組；在品種Ⅱ處理組中，有氧暴露1、3 d時(shí)BA的含量顯著低于對(duì)照組。說(shuō)明，添加短乳桿菌產(chǎn)生了酸類物質(zhì)，抑制了梭菌等有害菌的繁殖，從而減少了BA的含量。

對(duì)照組中，品種Ⅱ品種在有氧暴露0、3 d時(shí)pH顯著低品種Ⅰ，LA的含量在0、1、3、7d時(shí)顯著高于品種Ⅰ對(duì)照組，AA的含量在0、1、3 d時(shí)顯著高于品種Ⅰ對(duì)照組，BA的含量在0、1、3 d時(shí)顯著低于品種Ⅰ對(duì)照組。綜上，添加短乳桿菌可以提高各品種在有氧暴露時(shí)期全株玉米青貯的發(fā)酵品質(zhì)，品種Ⅱ在有氧暴露時(shí)期全株玉米青貯的發(fā)酵品質(zhì)要好于品種Ⅰ。

3.2 品種及添加劑對(duì)有氧暴露過(guò)程中全株玉米青貯營(yíng)養(yǎng)成分的影響

ADF影響家畜對(duì)飼料的消化，NDF含量與飼料適口性相關(guān)，二者含量可以間接反映飼料品質(zhì)，ADF和NDF含量越多，說(shuō)明可供牲畜吸收的營(yíng)養(yǎng)成分就越少[27-28]。在有氧暴露過(guò)程中，本研究所有處理中NDF的含量呈顯著增加趨勢(shì)。品種Ⅰ處理組中，有氧暴露0、3 d時(shí)ADF的含量顯著低于對(duì)照組，有氧暴露各個(gè)時(shí)期內(nèi)NDF的含量顯著低于對(duì)照組。有研究表明，NDF和ADF的含量會(huì)隨著青貯開(kāi)窖后含量會(huì)逐步增加[29]，與本研究結(jié)果相類似。這可能是隨著有氧暴露時(shí)間的增加，易分解的部分逐步分解，從而造成不易分解部分濃度的相對(duì)增加[30]。說(shuō)明，有氧暴露時(shí)間會(huì)減少品種Ⅰ可供牲畜吸收的營(yíng)養(yǎng)成分，而添加短乳桿菌會(huì)減少有氧暴露過(guò)程中品種Ⅰ可供牲畜吸收的營(yíng)養(yǎng)成分的損失。

淀粉是玉米青貯中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，影響著瘤胃發(fā)酵，淀粉含量的降低可能是有氧暴露過(guò)程中，霉菌等一些有害微生物增長(zhǎng)所導(dǎo)致的[8,31]。品種Ⅰ對(duì)照組中，有氧暴露1 d時(shí)淀粉的含量顯著降低，品種Ⅰ處理組中3 d時(shí)淀粉的含量顯著降低。說(shuō)明，添加短乳桿菌可以延緩淀粉的降解。品種Ⅰ處理組中，有氧暴露0、1、3 d淀粉的含量顯著高于對(duì)照組(P＜0.05)，說(shuō)明添加短乳桿菌有利于減少有氧暴露過(guò)程中品種Ⅰ淀粉的損失。青貯有氧暴露后，會(huì)由于好氣性微生物的增殖導(dǎo)致青貯飼料不穩(wěn)定，具體表現(xiàn)為DM下降等[32]，所以品種Ⅰ對(duì)照組中有氧暴露3 d時(shí)DM含量顯著降低。但品種Ⅰ處理組中，有氧暴露1、3 d時(shí)DM的含量顯著提高，這可能是由于所取青貯樣較少，添加短乳桿菌減緩了全株玉米青貯的有氧腐敗，玉米青貯滲出液的流失導(dǎo)致了青貯中DM的含量相對(duì)增加[8]。品種Ⅰ處理組0、1 d時(shí)DM的含量顯著低于對(duì)照組，3、5、7 d時(shí)DM的含量顯著高于對(duì)照組。雖然初期的DM小于對(duì)照組，但后期處理組DM的含量仍高于對(duì)照組，說(shuō)明短乳桿菌在有氧暴露過(guò)程中減緩DM的損失效果依然是明顯的。品種Ⅰ對(duì)照組中，有氧暴露1 d時(shí)WSC的含量顯著降低，7 d時(shí)WSC的含量顯著提高。品種Ⅰ處理組中，有氧暴露3 d時(shí)WSC的含量顯著降低，3、5、7 d時(shí)WSC的含量顯著低于對(duì)照組。說(shuō)明有氧暴露初期，好氧性微生物利用WSC等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量增殖使得WSC含量不斷減少，而后期WSC含量增加可能是由于部分不溶性碳水化合物降解所造成的[8]。綜上，添加短乳桿菌可以提高有氧暴露過(guò)程中品種Ⅰ的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

4 結(jié)論

奧玉5102在有氧暴露時(shí)期全株玉米青貯的發(fā)酵品質(zhì)要好于先玉335。添加短乳桿菌可以提高有氧暴露過(guò)程中先玉335和奧玉5102的發(fā)酵品質(zhì)，可以提高有氧暴露過(guò)程中先玉335的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。