全株青貯玉米品種對其發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)價值的影響

劉月，王國艮，吳浩，孟慶翔，宋恩亮，成海建，周振明*

(1.動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，北京100193;2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，山東 濟南250100)

在反芻動物生產(chǎn)中，全株玉米(Zea mays)青貯因高能量、低纖維含量及高單位面積干物質(zhì)產(chǎn)量而應(yīng)用廣泛[1]。張繼宏等[2]試驗顯示，飼喂奶牛全株玉米青貯較去穗玉米秸稈青貯產(chǎn)奶量提高0.77 kg·d-1，經(jīng)濟效益增加2.31元·頭-1·d-1。姚思名等[3]研究發(fā)現(xiàn)，全株玉米青貯占肉牛日糧的50%～70%時，日增重可達1.41 kg以上，日效益在17元·頭-1以上。近年來，我國玉米產(chǎn)量相對過剩，優(yōu)質(zhì)蛋白飼料和牧草資源供應(yīng)量嚴重不足[4]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)供給結(jié)構(gòu)不平衡，因此，在2015-2017年的“中央一號文件”中明確指出推行“糧改飼”政策，即開展青貯玉米等飼料作物種植，促進草食畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。目前，對于玉米品種全株青貯營養(yǎng)價值影響的研究較少，且說法不一。Benefield等[5]對比發(fā)現(xiàn)全株玉米青貯品種間粗蛋白、粗脂肪、淀粉、中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維含量存在明顯差異，Thomas等[6]報道不同品種全株玉米青貯的體外干物質(zhì)消化率及中性洗滌纖維消化率存在差異，但Weiss等[7]指出品種間中性洗滌纖維及酸性洗滌纖維含量無差異。鑒于此，本試驗以3個品種青貯專用型玉米為材料，結(jié)合感官評價、發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)成分、產(chǎn)量及能值、碳水化合物組分剖分及體外消化率進行研究，為青貯專用型玉米的推廣應(yīng)用提供重要的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

試驗所用全株玉米于2016年采集自山西省山陰縣，共3個青貯專用型玉米品種:鄭青貯1號、金嶺青貯17號和京科青貯516，采用5點取樣法，于1/2～3/4乳線期收獲，每個品種各刈割20株，留茬高度為10～15 cm。

1.2 青貯制作

全株玉米經(jīng)錘片式粉碎機(昌宏330型，河南滎陽昌恒機械廠)切短至1～2 cm，混勻，取約200 g切短樣品裝入紙袋，置于烘箱中烘干，用于測定青貯前干物質(zhì)含量(dry matter before silage，DMb)[8]，另取約5 kg樣品置于具有單向透氣閥的聚乙烯發(fā)酵袋(50 cm×80 cm)，擠壓排盡袋中空氣，真空密封(青葉DZ-2SE，東莞市青葉包裝機械有限公司)，于暗處室溫貯藏60 d，每個樣品3個重復(fù)。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 感官評價 采用美國田納西州(Tennessee，USA)推薦的青貯飼料質(zhì)量感官評分標準，3人同時從籽粒含量(40分)、色澤(12分)、氣味(28分)、含水量(10分)及切割長度(10分)5個方面進行評定，總評分(滿分100分)分為以下4個等級:優(yōu)級(≥90分)，良好級(80～89分)，中級(65～79分)和差級(＜65分)[9]。

1.3.2 青貯發(fā)酵品質(zhì) 準確稱取30 g混勻青貯樣品放入勻漿機(FS-2型，常州市新航儀器廠)，加入300 m L蒸餾水，間歇勻質(zhì)30 s，4層紗布過濾得到青貯浸提液[10]，用于發(fā)酵參數(shù)的測定。使用p H計(PHS-3C型，上海雷磁儀器廠)測定p H值，采用苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態(tài)氮(ammonia nitrogen，AN)[11]，使用離子色譜儀(Dionex ICS-2500型，美國)測定乳酸(lactic acid，LA)，使用氣相色譜儀(SP-3420型，北京分析儀器廠)測定乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)和丁酸(butyric acid，BA)[7]，使用自動氮素分析儀(RaPid N III，德國)測定總氮(total nitrogen，TN)。費氏評分(Flieg score，F(xiàn)S)以干物質(zhì)(dry matter，DM)和p H 值(p H value)為依據(jù)，并根據(jù)評分結(jié)果將青貯品質(zhì)分為以下4個等級:優(yōu)級(81～100分)、良好級(61～80分)、中級(41～60分)、差級(21～40分)和極差(＜20分)[12]。

1.3.3 常規(guī)營養(yǎng)成分 取約300 g新鮮青貯樣品裝入紙袋，置于烘箱中制成風干樣[7]。采用AOAC(Association of Official Agricultural Chemists)法[13]測定青貯后干物質(zhì)(dry matter after silage，DMa)、鈣(calcium，Ca)、磷(phosphorus，P)及粗灰分(Ash)含量;使用半自動纖維儀(ANKOMA220，美國)測定中性洗滌纖維(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber，ADF)含量;采用Van Soest等[14]推薦的方法測定酸性洗滌木質(zhì)素(acid detergent lignin，ADL)含量;使用全自動脂肪儀(ANKOM XT10l，美國)測定粗脂肪(ether extract，EE)含量;采用蒽酮-硫酸比色法[15]測定水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，WSC)含量;采用高氯酸水解-蒽酮比色法[16]測定淀粉(starch)含量;TN乘以6.25得到粗蛋白(crude protein，CP)含量。相對飼喂價值(relative feed value，RFV)根據(jù)公式RFV=DMI(%BW)×DDM(%DM)/1.29，DMI(%BW)=120/NDF(%DM)，DDM(%DM)=88.9-0.779×ADF(%DM)[17]進行計算，其中，DMI(dry matter intake)為粗飼料干物質(zhì)隨意采食量，DDM(digestible dry matter)為可消化的干物質(zhì)，BW(body weight)為體重。

1.3.4 青貯產(chǎn)量 根據(jù)威斯康辛大學(xué)開發(fā)的Milk 2006軟件計算得出干物質(zhì)產(chǎn)量(dry matter yield，DM yield)，奶噸指數(shù)(milk per ton index，MT)和奶畝指數(shù)(milk per acre index，MA)[18]。

1.3.5 能量價值 總可消化養(yǎng)分(total digestible nutrients，TDN)根據(jù)常規(guī)營養(yǎng)成分含量，由Weiss[19]推薦的公式計算得到，再以TDN為基礎(chǔ)，根據(jù)NRC[20]提供的公式估算消化能(digestible energy，DE)、代謝能(metabolic energy，ME)、維持凈能(net energy for maintenance，NEm)及增重凈能(net energy for gain，NEg)，泌乳凈能(net energy for lactation，NEL)則根據(jù)Undersander等[21]提供的公式計算。IADICP:Indigestible acid detergent insoluble crude protein。NDICP:Neutral detergent insoluble crude protein;ADICP:Acid detergent insoluble crude protein。

1.3.6 碳水化合物組分剖分 碳水化合物組分剖分及計算公式如下:

1)非中性洗滌纖維性碳水化合物(non-neutral detergent fiber，Non-NDF)

Non-NDF(%DM)=100-CP(%DM)-NDF(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM)[22]

2)有機酸(organic acid，OA)

OA=乳酸+乙酸+丙酸+丁酸+其他有機酸(丁酸及其他有機酸本試驗中未檢測到)[22]

3)水溶性碳水化合物(water soluble carbohydrate，CA)

CA(%DM)=WSC(%DM)[22]

4)淀粉(starch，CB1)

CB1(%DM)=Starch(%DM)[22]

5)中性洗滌可溶纖維(neutral detergent soluble fiber，CB2)

CB(%DM)=Non-NDF-OA-CA-CB[22]1

6)不可利用中性洗滌纖維(unavailable neutral detergent fiber，CC)

CC(%DM)=2.4×ADL(%DM)[23]

7)可利用中性洗滌纖維(available neutral detergent fiber，CB3)

CB3(%DM)=NDF(%DM)-CC(%DM)[22]

1.3.7 體外消化率 24及48 h干物質(zhì)消化率(in vitro dry matter digestibility，IVDMD)和中性洗滌纖維消化率(in vitro neutral detergent fiber digestibility，IVNDFD)采用活體外人工瘤胃法測定[24]，其中，IVNDFD測定分為兩步，第一步同IVDMD，第二步使用半自動纖維儀(ANKOMA 220，美國)測定NDF并計算IVNDFD。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行初步整理，隨后用SAS 9.0的一般線性模型(generalized linear model，GLM)進行單因素方差分析，均值進行鄧肯氏多重檢驗。以P＜0.05表示差異顯著，P＜0.01表示差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米品種對全株青貯感官指標的影響

不同品種全株玉米青貯的評分等級均為良好級(80～89分)(表1)。其中，品種間籽粒含量差異極顯著(P＜0.01)，色澤及氣味差異顯著(P＜0.05)。鄭青貯1號的籽粒含量顯著高于金嶺青貯17號(P＜0.05)，同時金嶺青貯17號顯著高于京科青貯516(P＜0.05)。各品種的色澤均較為理想，呈黃綠色，接近原料顏色。氣味上，除京科青貯516有淡淡果香味外，其余兩個品種均呈淡芳香味。

表1 不同品種全株玉米青貯感官評分Table 1 Sensory evaluation of whole-plant corn silage with different varieties

2.2 玉米品種對全株青貯青貯發(fā)酵品質(zhì)的影響

品種間各項發(fā)酵參數(shù)(丁酸未被檢測到)均存在極顯著差異(P＜0.01)(表2)。其中，各品種p H值在3.89～3.97，乳酸含量為4.00%～5.00%，乳酸:乙酸為3.39～4.05，鄭青貯1號和金嶺青貯17號的乳酸、乳酸:乙酸及丙酸含量極顯著高于京科青貯516(P＜0.01)。各品種的氨態(tài)氮/總氮均小于4.00%，且金嶺青貯17號的氨態(tài)氮/總氮極顯著低于其他兩個品種(P＜0.01)。另外，3個品種費氏評分分別為117.17、112.83和110.00分，青貯品質(zhì)總體評價均為優(yōu)級(≥90分)。

表2 不同品種全株玉米青貯的發(fā)酵參數(shù)Table 2 Fermentation parameters of whole-plant corn silage with different varieties

2.3 玉米品種對全株青貯常規(guī)營養(yǎng)成分的影響

各品種玉米青貯后干物質(zhì)含量差異極顯著(P＜0.01)(表3)，京科青貯516最低，為31.90%，鄭青貯1號最高，達33.78%;粗蛋白和粗灰分含量差異極顯著(P＜0.01)，金嶺青貯17號最高，分別達8.27% 和4.47%;鄭青貯1號和京科青貯516的水溶性碳水化合物(3.37%，1.82%)及淀粉含量(29.26%，27.93%)極顯著高于金嶺青貯17號(1.03%，25.77%)(P＜0.01);中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、酸性洗滌木質(zhì)素含量品種間差異極顯著(P＜0.01)，鄭青貯1號和金嶺青貯17號極顯著低于京科青貯516(P＜0.01);相對飼喂價值不同品種差異極顯著(P＜0.01)，京科青貯516最低為121.76，其余兩個品種均大于141.00，營養(yǎng)價值均較好。

2.4 玉米品種對全株青貯產(chǎn)量及能量價值的影響

不同品種全株玉米青貯的產(chǎn)量及各項能值均存在極顯著差異(P＜0.01)(表4)。其中，金嶺青貯17號的干物質(zhì)產(chǎn)量極顯著高于鄭青貯1號(P＜0.01)，鄭青貯1號的奶噸指數(shù)、總可消化養(yǎng)分及各項能值則極顯著高于金嶺青貯17號和京科青貯516(P＜0.01)，但金嶺青貯17號的奶畝指數(shù)極顯著高于京科青貯516及鄭青貯1號(P＜0.01)。

2.5 玉米品種對全株青貯碳水化合物組分剖分的影響

不同品種全株玉米青貯的碳水化合物組分均呈現(xiàn)極顯著差異(P＜0.01)(表5)。其中，鄭青貯1號和金嶺青貯17號的有機酸含量極顯著高于京科青貯516(P＜0.01);鄭青貯1號和京科青貯516的水溶性碳水化合物和淀粉含量極顯著高于金嶺青貯17號(P＜0.01);金嶺青貯17號的中性洗滌可溶纖維含量極顯著高于鄭青貯1號(P＜0.01)，且鄭青貯1號極顯著高于京科青貯516(P＜0.01);京科青貯516的可利用中性洗滌纖維及不可利用中性洗滌纖維含量極顯著高于其他兩個品種(P＜0.01)。

表3 不同品種全株玉米青貯營養(yǎng)成分Table 3 Nutritive compositions of whole-plant corn silage with different varieties

表4 不同品種全株玉米青貯的產(chǎn)量及能值 (干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 4 Yield prediction and energy value of whole-plant corn silage with different varieties(DM basis)

表5 不同品種全株玉米青貯的碳水化合物組分分析Table 5 Carbohydrate fractions analysis of whole-plant corn silage with different varieties(%DM)

2.6 玉米品種對全株青貯體外消化率的影響

不同品種24及48 h體外干物質(zhì)消化率和中性洗滌纖維消化率均存在極顯著差異(P＜0.01)(表6)。其中，金嶺青貯17號的體外干物質(zhì)消化率和中性洗滌纖維消化率均極顯著高于京科青貯516和鄭青貯1號(P＜0.01)，京科青貯516的體外干物質(zhì)消化率極顯著高于鄭青貯1號(P＜0.01)，鄭青貯1號的體外中性洗滌纖維消化率極顯著高于京科青貯516(P＜0.01)。

表6 不同品種全株玉米青貯體外消化率Table 6 In vitro digestibility of whole-plant corn silage with different varieties(%DM)

3 討論

本試驗從籽粒含量、色澤、氣味、含水量及切割長度進行整體的感官評價[9]，不同品種均能較好的完成發(fā)酵過程，達到“良好級”。分析其原因，一方面可能適時收獲較易獲得高品質(zhì)的青貯飼料[25]，另一方面，本試驗使用發(fā)酵袋青貯，同時真空封裝機排出發(fā)酵所產(chǎn)氣體，易于控制霉變及有氧發(fā)酵的不良影響，Bruning等[26]指出低壓實度和延遲封口會對青貯飼料品質(zhì)產(chǎn)生不利影響。其中，鄭青貯1號和金嶺青貯17號的色澤相對較好，可能與其乳酸含量較高，可以較快達到發(fā)酵穩(wěn)定期，同時氨態(tài)氮/總氮較低，發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)損失較少有關(guān)[28]。

p H值是評價青貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的重要指標，本試驗中，不同品種的p H值位于Santos等[27]的推薦值3.80～4.20，乳酸含量位于Wang等[28]推薦值4%～6%，發(fā)酵品質(zhì)優(yōu)良。乙酸主要來源于異型乳酸菌和腸內(nèi)細菌對糖類的發(fā)酵[29]，不同品種均低于1.30%，與Nennich等[30]研究基本一致;同時，品種間乙酸含量差異顯著，與Thomas等[6]報道相類似。在未經(jīng)處理的條件下，乳酸∶乙酸＞3∶1，青貯發(fā)酵較理想[22]。鄭青貯1號和金嶺青貯17號的乙酸及丙酸含量顯著高于京科青貯516，二者有氧穩(wěn)定性較好[22]。根據(jù)干物質(zhì)含量和p H值計算得到的費氏評分≥110.00分，發(fā)酵品質(zhì)均為優(yōu)級[12]。

不同品種玉米青貯的干物質(zhì)和常規(guī)營養(yǎng)成分含量基本均存在極顯著差異，這與Benefield等[5]的研究結(jié)果相似。同時，鄭青貯1號和金嶺青貯17號的中性洗滌纖維含量略高于45%，酸性洗滌纖維含量略高于20%，與Andrae等[31]在1/2乳線期的結(jié)論基本一致。相對飼喂價值是中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的綜合反映，數(shù)值越大，營養(yǎng)價值越高，最低的京科青貯516也達121.76，整體上營養(yǎng)價值較好[17]。

鄭青貯1號的奶噸指數(shù)、總可消化養(yǎng)分及各項能值顯著最高，但干物質(zhì)產(chǎn)量及奶畝指數(shù)顯著最低，其營養(yǎng)價值較高，但營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量較低。同樣，金嶺青貯17號的干物質(zhì)產(chǎn)量及奶畝指數(shù)顯著最高，總可消化養(yǎng)分及各項能值顯著較高，可見，金嶺青貯17號的單位面積全株青貯營養(yǎng)價值最高，其次為京科青貯516，其干物質(zhì)產(chǎn)量及奶畝指數(shù)顯著較高，單位面積營養(yǎng)價值較高。

肉牛營養(yǎng)需要模型將碳水化合物分成六大組分，其中，有機酸(OA)即青貯飼料發(fā)酵所產(chǎn)生的酸以及青貯原料中所含的植物有機酸[32]，認為是100%可消化的，金嶺青貯17號含量較高;水溶性碳水化合物(CA)被認為是在瘤胃中可被完全利用的物質(zhì)，淀粉(CB1)在瘤胃中部分降解，可利用中性洗滌纖維(CB3)認為其瘤胃后消化率為20%，鄭青貯1號和京科青貯516以上組分含量均較高;中性洗滌可溶纖維在瘤胃內(nèi)很快降解(20%·h-1～40%·h-1)，而不可利用中性洗滌纖維(CC)在瘤胃、小腸和后腸道均不可被消化，京科青貯516中含量顯著高于金嶺青貯17號，由此推測京科青貯516中營養(yǎng)物質(zhì)在瘤胃中降解速度較慢[22-23]。

不同品種的24和48 h體外干物質(zhì)消化率及中性洗滌纖維消化率數(shù)值上發(fā)生變化，可見經(jīng)24 h消化后仍有部分營養(yǎng)物質(zhì)未被消化。Chackerian等[33]研究表明牧草干物質(zhì)分為兩部分，一部分是細胞內(nèi)含物，一部分是消化率低的植物細胞壁，包括纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等，而影響飼草[象草(Pennisetum purpureum)]消化率的主要因素是植物細胞壁組分。由于金嶺青貯17號的體外干物質(zhì)消化率、中性洗滌纖維消化率均顯著高于京科青貯516和鄭青貯1號，且金嶺青貯17號的木質(zhì)素含量顯著低于二者，所以，可能是由于金嶺青貯17號的木質(zhì)素含量較高，抑制了其干物質(zhì)和中性洗滌纖維消化率[22]。張霞等[34]在研究象草細胞壁成分與體外干物質(zhì)消化率之間的關(guān)系時也發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素和半纖維素含量是象草細胞壁成分中影響體外干物質(zhì)消化率的主要因素。Freearetto等[35]報道不同品種玉米青貯的體外中性洗滌纖維消化率差異顯著，與本試驗結(jié)果相一致。

4 結(jié)論

綜上所述，本試驗中，玉米品種對其全株青貯感官評價、發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)成分、產(chǎn)量及能值、碳水化合物組分剖分及體外消化率均具有顯著影響。金嶺青貯17號為優(yōu)異的專用型青貯玉米品種，其次為京科青貯516。