日糧不同NFC/NDF 比例對(duì)瘤胃微生物體外消化與發(fā)酵特性的影響

普宣宣，郭雪峰,2*，劉新路，劉俊峰,2，張秀萍,2，張?zhí)K江,2

（1.塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300；2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾 843300；3.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300 ）

瘤胃是反芻動(dòng)物重要的消化器官，瘤胃上皮可直接吸收飼料代謝過(guò)程中產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA），并提供60%～80%的所需代謝能[1]，提高瘤胃發(fā)酵效率可降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。日糧調(diào)控是影響瘤胃發(fā)酵的一個(gè)重要因素，包括改變飼料種類(lèi)[2-3]、提高飼料能量[4-5]、改變?nèi)占Z精粗比構(gòu)成及粗料加工方式[6]等，其中改變?nèi)占Z結(jié)構(gòu)最有效。秦正君等[7]飼喂奶牛不同精粗比日糧發(fā)現(xiàn)，提高精料水平可有效改善瘤胃發(fā)酵，提高產(chǎn)乳量。崔安等[8]研究表明，在舍飼條件下提高秦川肉牛日糧精粗比可顯著降低甲烷氣體的排放，提高飼料利用率。關(guān)于精粗比對(duì)瘤胃發(fā)酵的影響研究很多[9-10]，用精粗比表示日糧組成太過(guò)于籠統(tǒng)，非纖維性碳水化合物/中性洗滌纖維比（NFC/NDF）能夠更具體地反映飼料中易發(fā)酵碳水化合物和纖維的比例。因此，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)不同NFC/NDF 比例日糧，通過(guò)體外法研究其對(duì)瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響及相關(guān)性分析，旨在找出適宜瘤胃發(fā)酵的NFC/NDF 比例日糧，提高能量利用效率，為科學(xué)配制提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及日糧組成 瘤胃液由平均體重為（35±3.0）kg、裝有永久性瘺管的6 只卡拉庫(kù)爾羊（飼喂于塔里木大學(xué)動(dòng)科試驗(yàn)站）供給，每日09:00 和20:00 定量飼喂，自由飲水。試驗(yàn)日糧原料均購(gòu)買(mǎi)自新疆阿克蘇地區(qū)，根據(jù)中華人民共和國(guó)肉羊飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)[11]進(jìn)行配制，試驗(yàn)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1。

1.2 瘤胃液的獲取及人工瘤胃液的制備 瘤胃液采集：于晨飼前，通過(guò)瘺管取瘤胃上中下左右不同位點(diǎn)的瘤胃液，立即測(cè)pH，4 層紗布過(guò)濾后放于提前預(yù)熱的保溫壺中，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。

人工瘤胃液的制備：按1∶2 的比例將瘤胃液倒入提前預(yù)熱的人工唾液中混合均勻，此過(guò)程需要一直通入CO2。人工唾液根據(jù)Menke 等[12]的方法制備。

表1 試驗(yàn)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)成分（風(fēng)干基礎(chǔ)）

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 體外發(fā)酵 每組日糧分別稱(chēng)取21 份，每份1.3 g放于尼龍袋中。將日糧分別放于3 個(gè)發(fā)酵罐中，倒入1 L人工瘤胃液，置于A(yíng)NKOM Dasiy 自動(dòng)體外培養(yǎng)箱中（提前預(yù)熱至39℃）。按發(fā)酵時(shí)間2、4、8、12、24、36、48 h 將每組日糧該時(shí)間點(diǎn)的3 個(gè)重復(fù)樣品取出，用自來(lái)水沖洗干凈，置于65℃烘箱烘干，稱(chēng)重，以備后續(xù)分析。同時(shí)取10 mL 瘤胃液用于測(cè)量pH 和氨態(tài)氮（NH3-N），存放于-20℃冰箱，以備分析。

1.3.2 體外產(chǎn)氣 準(zhǔn)確稱(chēng)量1 g 日糧于產(chǎn)氣瓶中（每種飼料3 個(gè)重復(fù)），加入100 mL 人工瘤胃液，同時(shí)做3個(gè)空白瓶作為對(duì)照（只加入100 mL 瘤胃液），放入恒溫?fù)u床中，與此同時(shí)連接體外產(chǎn)氣檢測(cè)系統(tǒng)（ANKOM，RFS 產(chǎn)氣測(cè)量系統(tǒng)），設(shè)定每30 min 記錄1 次數(shù)據(jù)，培養(yǎng)48 h。

1.4 測(cè)量指標(biāo)及方法 取樣之后，立即利用實(shí)驗(yàn)室的pH計(jì)（FE22）快速測(cè)定pH。取樣時(shí)，取出10 mL 人工瘤胃液后立即3 000 r /min 離心15 min，采集上清液并存儲(chǔ)在-20℃冰箱。根據(jù)馮宗慈[13]的比色法測(cè)定NH3-N 含量。取樣時(shí)，取出10 mL 人工瘤胃液后，10 000 r /min離心15 min，取上清液1 mL，加入0.2 mL 25% 偏磷酸溶液，用渦旋振蕩器混合均勻，再以10 000 r /min離心15 min，參照曹慶云等[14]測(cè)定VFA。

按照《動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)實(shí)踐教程》[15]測(cè)定日糧干物質(zhì)、NDF 和酸性洗滌纖維（ADF）含量并按公式計(jì)算降解率：

式中，B 為待測(cè)樣品中干物質(zhì)的含量（%）；C 為待測(cè)樣品尼龍袋殘?jiān)懈晌镔|(zhì)含量（%）。

NDF 和ADF 降解率同樣可帶入干物質(zhì)降解率公式。

參照?skove 等[16]計(jì)算有效降解率（ED），利用SAS 9.5 處理軟件NLIN（Non-linear regression）程序計(jì)算a、b、c 值，計(jì)算公式：

式中，dP 為某一時(shí)間點(diǎn)的瘤胃降解率（%），a 為快速降解部分含量（%），b 為慢速降解部分含量（%），c 為慢速降解部分的降解速率（%/h）；t 為瘤胃內(nèi)培養(yǎng)時(shí)間（h）。

式中，k 為瘤胃外流速率，取0.022 1%/h[17]。

根據(jù)?skove 等[16]提出的產(chǎn)氣模型進(jìn)行計(jì)算產(chǎn)氣參數(shù)，產(chǎn)氣模型：

式中，GP 為某時(shí)刻的產(chǎn)氣量（mL/g），a 為快速產(chǎn)氣部分產(chǎn)氣量（mL/g），b 為慢速產(chǎn)氣部分產(chǎn)氣量（mL/g），c 為產(chǎn)氣速率（%/h），a+b 為潛在產(chǎn)氣量（mL/g）。同上述計(jì)算a、b、c 值。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析 用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理，SPSS 17.0 處理軟件中單因素方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，LSD法多重比較其差異性，試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，P＜0.05 表示差異顯著。

2 結(jié) 果

2.1 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液的pH 分析 由圖1 可知，各組培養(yǎng)液pH 在4 h 后均隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減小，48 h 時(shí)各組pH 均達(dá)到最低。2 h 時(shí)，Ⅲ組和Ⅱ組pH極顯著高于Ⅰ組，Ⅲ組pH 顯著高于Ⅰ組，其余時(shí)間點(diǎn)pH 均為Ⅲ組＜Ⅱ組＜Ⅰ組（P＜0.01）。

圖1 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液pH 的比較

2.2 不同NFC/NDF 比例對(duì)日糧發(fā)酵液NH3-N 濃度的影響 由表2 可知，Ⅰ組NH3-N 濃度隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高；Ⅱ組NH3-N 濃度在36 h 前隨時(shí)間延長(zhǎng)逐漸升高；除8～12 h 時(shí)，Ⅲ組NH3-N 濃度有所下降，其余時(shí)間段逐漸升高。除12、24 h 時(shí)NFC/NDF 日糧對(duì)各組NH3-N濃度影響差異不顯著，其余時(shí)間點(diǎn)NH3-N 濃度均為Ⅲ組高于Ⅰ組和Ⅱ組（P＜0.01）。

表2 不同NFC/NDF 比例日糧不同時(shí)間點(diǎn)的NH3-N 濃度 mg/dL

2.3 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液VFA 濃度分析 由表3 可知，各組VFA 總量隨時(shí)間的延長(zhǎng)均增大，24 h時(shí)，Ⅱ組的VFA 濃度高于Ⅰ組（P＜0.05）。乙酸濃度隨NFC/NDF 比例的升高而逐漸降低，3～24 h 時(shí)，Ⅰ組的乙酸濃度高于Ⅱ組和Ⅲ組（P＜0.05）；丙酸濃度隨NFC/NDF 比例的升高而增加，3～24 h 時(shí)，Ⅱ組、Ⅲ組的丙酸濃度高于Ⅰ組（P＜0.05）。隨著NFC/NDF 比例的升高，各時(shí)間點(diǎn)乙酸/丙酸值逐漸降低，3～24 h 時(shí)，Ⅱ組、Ⅲ組乙酸/丙酸值顯著低于Ⅰ組（P＜0.05）。

2.4 不同NFC/NDF 比例日糧的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)降解率分析

2.4.1 干物質(zhì)降解率 由表4 可知，干物質(zhì)降解率隨時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大，48 h 時(shí)，各組干物質(zhì)降解率均達(dá)到最大值，且Ⅱ極顯著高于組Ⅰ組和Ⅲ組。除8 h 和24 h，其他時(shí)間點(diǎn)3 組干物質(zhì)降解率均差異極顯著。由表5 可知，Ⅱ組的干物質(zhì)ED 為61.43%高于Ⅰ組（P＜0.05）。

2.4.2 NDF 降解率 由表6 可知，各組NDF 降解率均隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，48 h 時(shí)均達(dá)到最大值，除12 h 時(shí)3 個(gè)組NDF 降解率差異不顯著，其余時(shí)間點(diǎn)3 組NDF降解率均差異極顯著。由表7 可知，Ⅱ組的NDF 的ED在48 h 達(dá)到65.04%，高于Ⅲ組和Ⅰ組（P＜0.05）。

表3 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液VFA 濃度

表4 不同NFC/NDF 比例日糧干物質(zhì)降解率

表5 不同NFC/NDF 比例日糧干物質(zhì)降解率參數(shù) %

表6 不同NFC/NDF 比例日糧NDF 降解率 %

表7 不同NFC/NDF 比例日糧的NDF 降解率參數(shù) %

2.5 干物質(zhì)降解率與NDF、ADF 含量的相關(guān)性分析 經(jīng)分析得干物質(zhì)降解率與NDF、ADF 含量之間的相關(guān)系數(shù)分別為-0.974、-0.757，即干物質(zhì)降解率與NDF、ADF含量之間呈極顯著負(fù)相關(guān)。

2.6 不同NFC/NDF 比例日糧的體外產(chǎn)氣量分析 由表8 可知，除I 組24～36 h，3 個(gè)組的體外產(chǎn)氣量均隨時(shí)間延長(zhǎng)而增大，各組產(chǎn)氣量均在48 h 達(dá)到最大值。3 組各個(gè)時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)氣量為Ⅲ組＞Ⅱ組＞Ⅰ組（P＜0.01）。48 h 時(shí)，Ⅲ組的產(chǎn)氣量高于Ⅱ組和Ⅰ組（P＜0.05）。由表9 可知，潛在產(chǎn)氣量與產(chǎn)氣速率均為Ⅲ組＞Ⅱ組＞Ⅰ組。

2.7 產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率的相關(guān)性分析 由表10 可知，12 、36 h 的產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中12 h 的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)為0.924，其次為36 h，相關(guān)系數(shù)為0.836。24 h 和48 h 的產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率呈顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.698 和0.728。

表8 不同NFC /NDF 比例日糧體外的產(chǎn)氣量 mL/g

表9 不同NFC/NDF 比例日糧的產(chǎn)氣量參數(shù)

表10 產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率的相關(guān)系數(shù)

3 討 論

3.1 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液的pH 分析 pH 是反映瘤胃是否正常的最基本指標(biāo)，日糧組成和營(yíng)養(yǎng)水平是影響pH 的關(guān)鍵因素[18]。本試驗(yàn)中，4 h 后培養(yǎng)液pH 逐漸下降，而且精料比例越高，培養(yǎng)液pH 越低，這與劉潔等[19]、魏德泳等[20]試驗(yàn)結(jié)果相一致。而甘伯中等[21]飼喂羔羊不同精粗比的全顆粒飼料發(fā)現(xiàn)，各組pH 差異不顯著。瘤胃液正常pH 為6.0～7.0，本試驗(yàn)中48 h 時(shí)Ⅲ組的瘤胃液pH 低于6.0。Yang 等[22]指出，pH 處于6 左右時(shí)說(shuō)明動(dòng)物長(zhǎng)期處于病理狀態(tài)，因此Ⅲ組日糧可能會(huì)對(duì)瘤胃產(chǎn)生一定影響，需進(jìn)一步進(jìn)行動(dòng)物試驗(yàn)得以驗(yàn)證。

3.2 不同NFC/NDF 比例日糧發(fā)酵液的NH3-N 濃度分析NH3-N 為飼料被瘤胃微生物降解后的產(chǎn)物，微生物利用NH3-N 等合成微生物蛋白，NH3-N 濃度過(guò)高或過(guò)低均不利于微生物的生長(zhǎng)與繁殖。Murphy 等[23]研究表明，微生物發(fā)酵的最適NH3-N 濃度為6.3～27.5 mg/dL。本試驗(yàn)中，發(fā)酵48 h 后產(chǎn)生的NH3-N 濃度為21.27～21.89 mg/dL，符合瘤胃微生物蛋白質(zhì)合成的適宜范圍；培養(yǎng)48 h 時(shí)，Ⅱ組的NH3-N 濃度降低，這可能是由于此時(shí)Ⅱ組產(chǎn)生的NH3-N 被微生物利用合成菌體蛋白，表明Ⅱ組日糧可能更有利于培養(yǎng)液微生物對(duì)NH3-N 的利用。

3.3 不同NFC /NDF 比例日糧發(fā)酵液的VFA 濃度分析乙酸、丙酸、丁酸在反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)酵中起著重要的作用，產(chǎn)生主要來(lái)源于碳水化合物的發(fā)酵，為瘤胃提供能量，維持瘤胃內(nèi)環(huán)境的酸度，調(diào)節(jié)日糧結(jié)構(gòu)可改變揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)量。由本試驗(yàn)結(jié)果可知，隨著NFC/NDF比例上升，乙酸含量在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)均逐漸下降，丙酸含量逐漸上升，乙酸/ 丙酸值逐漸降低。胡紅蓮等[24]研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中NFC/NDF 的比值增大，總VFA、丙酸、丁酸的產(chǎn)量逐漸增大。華金玲等[25]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂綿羊精料由30%提高到50%時(shí)，丙酸產(chǎn)量顯著升高，而乙酸和丁酸產(chǎn)量隨之下降，這與本試驗(yàn)結(jié)果相一致。日糧中精料增加可減少乙酸產(chǎn)量、增加丙酸產(chǎn)量，生成乙酸時(shí)產(chǎn)生的氫氣可以用來(lái)合成甲烷，造成飼料浪費(fèi)，生成丙酸時(shí)則可以利用氫氣，減少飼料浪費(fèi)。

3.4 不同NFC/NDF 比例日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解率分析本試驗(yàn)中，48 h 時(shí)Ⅱ組干物質(zhì)和NDF 降解率及ED 均為最高，表明Ⅱ組日糧更有利于日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的降解，日糧中精料水平過(guò)高不利于干物質(zhì)和NDF 降解。Ⅱ組日糧于實(shí)際生產(chǎn)中精料水平為0.5 kg/d，這與李華等[26]報(bào)道相類(lèi)似，其指出日糧精料水平對(duì)綿羊瘤胃中玉米秸稈的降解率有較大影響，隨著精料水平的提高，NDF和ADF 的降解率逐漸下降，試驗(yàn)得出利用玉米秸稈時(shí)，精料水平以不大于0.5 kg/d 為宜。

3.5 不同NFC /NDF 比例日糧的體外產(chǎn)氣量分析 產(chǎn)氣量可在一定程度上反映出日糧的降解特性。由本試驗(yàn)結(jié)果可知，產(chǎn)氣量隨精料比例的增高而增大，在48 h 時(shí)Ⅲ組的產(chǎn)氣量、潛在產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣速率均高于Ⅰ組和Ⅱ組。這與王志敬等[27]試驗(yàn)結(jié)果相一致。鄭文思等[28]研究發(fā)現(xiàn)，NFC/NDF 與體外發(fā)酵總產(chǎn)氣量、CH4和 CO2產(chǎn)量之間均存在極顯著的正相關(guān)關(guān)系，這一結(jié)果與本次試驗(yàn)結(jié)果相一致。這是由于隨著NFC 水平的提高，易發(fā)酵碳水化合物含量增大，粗纖維含量降低，干物質(zhì)降解率變大，降解過(guò)程中產(chǎn)生的CO2、CH4等氣體增多，導(dǎo)致Ⅲ組產(chǎn)氣量顯著高于Ⅰ組和Ⅱ組。

3.6 干物質(zhì)降解率與產(chǎn)氣量的相關(guān)性分析 產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率存在一定關(guān)系。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，干物質(zhì)降解率與12 h 產(chǎn)氣量的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.924，在利用產(chǎn)氣量預(yù)測(cè)干物質(zhì)降解率上具有一定的可靠性。但馬紹楠等[29]對(duì)單一飼料體外產(chǎn)氣量與有效降解率進(jìn)行分析，結(jié)果顯示有效干物質(zhì)降解率與24 h 產(chǎn)氣量相關(guān)性最強(qiáng)。因此，需要進(jìn)一步試驗(yàn)來(lái)研究產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率之間的關(guān)系。

4 結(jié) 論

綜合pH、NH3-N 濃度和干物質(zhì)、NDF 降解率等指標(biāo)評(píng)定日糧，NFC/NDF（1.61）日糧更利于瘤胃發(fā)酵；干物質(zhì)降解率與NDF、ADF 含量呈顯著負(fù)相關(guān)，12 h產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率的相關(guān)性最高。