李志威,趙靜雯,沈思聰,羅佳璇,趙國(guó)琦,黃倩倩
(揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,江蘇 揚(yáng)州 225000)
我國(guó)南方地區(qū)地形復(fù)雜,丘陵、平原、高山、盆地交錯(cuò)分布,不適宜大規(guī)模種植牧草。南方地區(qū)雖然有大量的草山草坡,但是由于地形限制,收獲極其不便,不能滿足日益增長(zhǎng)的粗飼料需求。目前我國(guó)養(yǎng)殖業(yè)正走向規(guī)?;l(fā)展,對(duì)粗飼料的需求越來越大,導(dǎo)致南方秋冬季容易發(fā)生粗飼料短缺的狀況,對(duì)南方畜牧業(yè)的發(fā)展有較大的影響。但南方地區(qū)的農(nóng)副產(chǎn)品豐富,因地制宜開發(fā)當(dāng)?shù)氐拇诛暳腺Y源可以有效地緩解這一現(xiàn)象[1]。香蕉(Musanana)是芭蕉科芭蕉屬單子葉草本植物,在我國(guó)廣東、廣西、福建、云南、海南地區(qū)廣泛種植,是南方地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)作物[2]。2016年,我國(guó)香蕉種植面積達(dá)到3.8×105hm2[3],每年香蕉果實(shí)收獲后會(huì)留下數(shù)量巨大的莖、葉和皮等副產(chǎn)物。一般情況下,這些副產(chǎn)物會(huì)被隨意丟棄堆積。在南方溫暖潮濕的環(huán)境下,極易腐敗滋生細(xì)菌,促進(jìn)香蕉枯萎病的蔓延,對(duì)香蕉產(chǎn)業(yè)和人畜安全造成嚴(yán)重的危害。香蕉副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富[4],可作為潛在的粗飼料資源。如果將香蕉副產(chǎn)物飼料化,不僅可以解決環(huán)境污染問題,還可以有效地緩解當(dāng)?shù)卮诛暳隙倘钡臓顩r。香蕉莖葉中含有單寧,被認(rèn)為是影響其飼料化利用的主要因素之一。單寧長(zhǎng)期以來被認(rèn)為是一種抗?fàn)I養(yǎng)因子,會(huì)降低飼料的適口性和消化率。但目前有研究表明,飼糧中單寧含量低于50 g·kg-1干物質(zhì)(dry matter,DM)時(shí),單寧不會(huì)對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化產(chǎn)生負(fù)面作用,對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。Waghron等[5]使用含單寧的牧草百脈根(Lotuscorniculatus)和長(zhǎng)柄百脈根飼喂綿羊,百脈根中單寧濃度低于50 g·kg-1DM時(shí),增加了必需氨基酸的吸收,長(zhǎng)柄百脈根的濃度高于50 g·kg-1DM時(shí),降低了干物質(zhì)的吸收率、減少了氨基酸在小腸的吸收率。張曉慶等[6]通過飼喂綿羊含單寧的紅豆草(Onobrychisviciifolia),發(fā)現(xiàn)單寧含量低于3.03 g·kg-1DM時(shí),并不影響干物質(zhì)、有機(jī)物質(zhì)、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率,但對(duì)飼糧中蛋白質(zhì)的保護(hù)效果有提高,飼糧中氮的留存率有增加。Wang等[7]發(fā)現(xiàn)當(dāng)百脈根中單寧含量在30~40 g·kg-1DM時(shí),使用其飼喂綿羊,增加了綿羊的羊毛生長(zhǎng)率和體重。單寧在抑制動(dòng)物體內(nèi)寄生蟲[8]、減少瘤胃甲烷的排放[9]等方面也表現(xiàn)出積極作用。植物單寧對(duì)動(dòng)物的作用效果不僅與攝入量有關(guān),而且取決于自身的化學(xué)結(jié)構(gòu)。不同種類的植物所含單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)差異很大,甚至同屬植物的不同種以及同種植物在不同生長(zhǎng)階段都存在差異。目前有關(guān)香蕉葉中所含單寧對(duì)飼料中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的影響研究很少。因此,本試驗(yàn)使用香蕉葉和苜蓿干草(Medicagosativa)作為試驗(yàn)材料進(jìn)行瘤胃尼龍袋試驗(yàn),通過比較苜蓿干草、香蕉葉和抑制單寧活性后的香蕉葉的瘤胃降解特性,研究香蕉葉單寧對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解特性的影響,為香蕉葉在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的利用提供理論依據(jù)。
苜蓿干草采集于揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng),香蕉葉采集于福建省漳州市,聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。樣品設(shè)置6組,分別為苜蓿干草組(A, 100%苜蓿干草alfalfa hay)、苜蓿干草和香蕉葉混合組(AB, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉葉banana leaves)、香蕉葉組(B, 100%香蕉葉banana leaves)、苜蓿干草+PEG組(AP, 100%的苜蓿干草alfalfa hay+6% PEG)、苜蓿干草和香蕉葉+PEG組(ABP, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉葉banana leaves+6%PEG)、香蕉葉+PEG組(BP, 100%香蕉葉banana leaves+6% PEG)。PEG可以與香蕉葉中的單寧特異性結(jié)合[10],消除單寧的活性。研究表明,PEG的添加量是單寧含量的2倍以上時(shí)可以消除單寧的影響[11]。處理后測(cè)定各組的單寧含量。香蕉葉風(fēng)干后剪碎,然后將PEG溶于水后直接噴灑在香蕉葉上。所有的樣品處理后65 ℃烘干,通過2 mm網(wǎng)篩粉碎,室溫干燥后保存待用。
選擇3頭健康狀況良好, 體重相近[(500±25) kg], 裝有永久性瘤胃瘺管的泌乳中期荷斯坦奶牛。每日飼喂3次,在8:00、14:00和20:00飼喂,自由飲水,基礎(chǔ)日糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見表1。
試驗(yàn)采用尼龍袋法測(cè)定樣品的瘤胃降解特性。試驗(yàn)在揚(yáng)州大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)牧場(chǎng)進(jìn)行,于2018年10月15日起,至2018年10月22日結(jié)束。尼龍袋規(guī)格為5 cm×20 cm,孔徑為50 μm[13],使用細(xì)滌綸線雙線縫合而成,用火燎去線頭,用水浸泡并65 ℃烘干后待用。稱取4 g被測(cè)樣品裝入尼龍袋內(nèi),將同一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的尼龍袋放入大的網(wǎng)袋內(nèi)(20 cm×30 cm),并在投入瘤胃之前在溫水(39 ℃)中浸泡5 min。按“同時(shí)投入,依次取出”的原則,于清晨飼喂前將尼龍袋放入瘤胃,在放后2,4,8,12,24,48,72 h取出。取出后立即在自來水下沖洗,沖洗至水流清澈為止。其中0 h的尼龍袋不放進(jìn)瘤胃內(nèi)但在相同條件下進(jìn)行清洗。帶有消化殘?jiān)哪猃埓湃牒嫦?5 ℃烘干至恒重,保存于自封袋中,置于陰涼干燥處。每個(gè)樣品在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)設(shè)置3個(gè)平行,3個(gè)重復(fù)。
使用烘干法在105 ℃下烘干測(cè)定干物質(zhì)含量,使用凱式定氮法測(cè)定粗蛋白含量[14];參照Van-Soest[15]的方法測(cè)定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量。采用Folin-Denis比色法測(cè)定單寧含量[16]。
待測(cè)樣品干物質(zhì)、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維在某時(shí)間點(diǎn)的瘤胃降解率采用以下公式進(jìn)行計(jì)算:
表1 基礎(chǔ)飼料組成及營(yíng)養(yǎng)水平
*泌乳凈能為計(jì)算值[12],其余營(yíng)養(yǎng)水平為實(shí)測(cè)值。NELwas a calculated value,while other nutrient levels were measured values.
瘤胃養(yǎng)分降解率(%)=(1-降解后殘?jiān)B(yǎng)分含量/降解前樣品養(yǎng)分含量)×100%
添加PEG樣品計(jì)算得到的上述變量通過去除樣品中PEG的含量進(jìn)行校正。瘤胃降解參數(shù)采用Mcdonald[17]的公式進(jìn)行計(jì)算。
P=a+b(1-e-ct), (t≥0)
式中:t為飼料在瘤胃內(nèi)停留的時(shí)間(h);P為尼龍袋在瘤胃內(nèi)滯留時(shí)間t后的飼料某一營(yíng)養(yǎng)成分降解率(%);a為快速降解部分(%) ;b為慢速降解部分(%);c為b部分降解速率(%·h-1)。
瘤胃有效降解率(effective degradability, ED)按以下公式計(jì)算:
ED=a+b×c/(c+k)
式中:a,b,c和上述描述一致,k為某營(yíng)養(yǎng)成分的瘤胃外流速率,本試驗(yàn)中k值取0.0315[18]。每頭牛的常量a,b,c使用SAS程序的非線性回歸模型進(jìn)行計(jì)算。
采用Excel 2007軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總與整理,所得到的數(shù)據(jù)使用SAS 9.4系統(tǒng)的MIXED程序分析(SAS Institute Inc. 2012),差異顯著性使用SAS系統(tǒng)的LSMEANS和PDIFF進(jìn)行分析,P<0.05為差異顯著。
香蕉葉的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量高于苜蓿干草,粗脂肪和粗灰分含量也高于苜蓿干草。兩種粗飼料的粗蛋白含量相似。香蕉葉的單寧含量為2.9%,高于苜蓿干草(表2)。
由表3可知,B組和AB組在除4 h以外的各時(shí)間點(diǎn)的DM降解率均顯著低于A組(P<0.001)。A組和AP組在各時(shí)間點(diǎn)的DM降解率沒有顯著差異(P>0.05)。B組和BP組在12和24 h的DM降解率沒有顯著差異(P>0.05),在其余的孵育時(shí)間BP組的DM降解率顯著高于B組(P<0.001)。在2和8 h,ABP組的DM降解率顯著高于AB組(P<0.001),其余時(shí)間點(diǎn)二者的降解率無顯著差異(P>0.05)。BP組和ABP組在12 h及以后的降解率均明顯低于A組(P<0.001)。
表2 香蕉葉、苜蓿和香蕉葉苜蓿混合物的營(yíng)養(yǎng)成分
表3 不同處理組的DM瘤胃降解率
注:同行數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05),相同或無字母表示差異不顯著(P>0.05)。下同。
Note: Values in the same row with different letters mean significant differences (P<0.05), while with the same or no letters mean no significant differences (P>0.05). The same below.
由表4可知B組的DM快速降解部分(a)、慢速降解部分(b)、慢速降解部分降解速率(c)和有效降解率ED均顯著低于A組(P<0.001),AB組的DM慢速降解部分和有效降解率ED顯著低于A組(P<0.001),而DM快速降解部分、慢速降解部分降解速率和有效降解率ED顯著高于B組(P<0.001)。AP組除DM快速降解部分顯著高于A組之外(P<0.001),其余DM降解參數(shù)均與A組沒有顯著差異。BP組的DM降解參數(shù)a、b、c和ED均顯著高于B組(P<0.001)。與AB組相比,ABP組a值較高(P<0.001),其余參數(shù)無顯著差異。BP組和ABP組的b和ED值均顯著低于A組(P<0.001)。
表4 不同處理組的DM瘤胃降解參數(shù)
a: 快速降解部分 Rapidly degraded fraction;b: 慢速降解部分 Slowly degraded fraction;c: 慢速降解部分的降解速率 The degradation rate of b; ED: 有效降解率 Effective degradability.下同 The same below.
由表5可以看出,A、AB和B組的CP降解率在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)由高按低的排列順序是A>AB>B(P<0.001)。除在12和24 h之外的其他時(shí)間點(diǎn),BP組的降解率顯著高于B組(P<0.001)。孵育時(shí)間超過24 h,ABP組的CP降解率顯著高于AB組(P<0.001),當(dāng)孵育時(shí)間超過24 h,A組和AP組無顯著差異(P>0.05)。BP組和ABP組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的降解率均顯著低于A組(P<0.001)。
表5 不同處理組的CP瘤胃降解率
由表6可見B組的CP降解參數(shù)a、b、c和ED值均明顯低于A組(P<0.001),AB組的a、b、c和ED值低于A組(P<0.001),b、c和ED值高于B組(P<0.001)。BP組的a、b、c和ED值顯著高于B組(P<0.001)。ABP組的a、b和ED值顯著高于AB組(P<0.001),c值差異不顯著。BP組和ABP組的a、b、c和ED值均低于A組(P<0.001)。
表6 不同處理組的CP瘤胃降解參數(shù)
A、AB和B組的NDF降解率在個(gè)別時(shí)間點(diǎn)上有差異,但沒有明顯的趨勢(shì)(表7)。A組和AP組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的NDF降解率也沒有明顯的差異趨勢(shì)。BP組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的NDF降解率顯著高于B組(P<0.001),ABP組的降解率顯著高于AB組(P<0.001)。除8 h時(shí)BP組與A組差異不顯著,BP組和ABP組在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的NDF降解率均顯著高于A組(P<0.001)。
表7 不同處理組的NDF瘤胃降解率
B組的NDF降解參數(shù)a、c和ED顯著低于A組(P<0.001),b值則高于A組(P<0.001)(表8)。AB組的NDF降解參數(shù)與A組相近(P>0.05),c和ED值高于B組(P<0.001)。BP組的a和ED值顯著高于B組(P<0.001),ABP組的a、b、c和ED值均顯著高于AB組(P<0.001)。BP組和ABP組的NDF降解參數(shù)a、b和ED均顯著高于A組(P<0.001),BP組的c值則顯著低于A組(P<0.001)。
表8 不同處理組的NDF瘤胃降解參數(shù)
A、AB、B和AP組的降解率在一些時(shí)間點(diǎn)有差異,但是并沒有明顯的變化趨勢(shì)(表9)。BP組的降解率在大多數(shù)的時(shí)間點(diǎn)上顯著高于B組,ABP組的降解率在24 h前顯著高于AB組(P<0.001),但是48 h后沒有顯著差異。BP、ABP和A組的降解率在24 h后沒有顯著差異。
B組的ADF降解參數(shù)a、b、c和A組沒有顯著差異,但是A組的ED值高于B組(P<0.001)(表10)。AB組的各項(xiàng)降解參數(shù)都與A組相近,沒有顯著差異。AB組的ED值高于B組(P<0.001),其他參數(shù)沒有顯著差異。BP組的a值和ED值顯著高于B組,但BP組的b值低于B組,兩組的c值沒有顯著差異。ABP組的a值和ED值顯著高于AB組,ABP組的b值低于AB組,兩組的c值沒有顯著差異。BP組和ABP組的a和ED值顯著高于A組,但是c值沒有顯著差異。
表9 不同處理組的ADF瘤胃降解率
表10 不同處理組的ADF瘤胃降解參數(shù)
有關(guān)香蕉莖葉等香蕉副產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)特性的研究國(guó)內(nèi)外已有報(bào)道,但研究結(jié)果存在差異,這與香蕉的品種、種植地區(qū)以及收獲季節(jié)和收獲部位有關(guān)。本試驗(yàn)所采集的材料為香蕉葉,CP含量為12.9%,與劉建勇等[19]報(bào)道的結(jié)果相似,NDF、ADF和EE含量則高于其結(jié)果,粗灰分含量略低。粗脂肪和粗灰分的含量與程宣等[3]報(bào)道的結(jié)果相近。本試驗(yàn)中,香蕉葉粗蛋白含量與苜蓿干草相似,NDF和ADF含量明顯高于苜蓿干草,粗脂肪和粗灰分的含量也比苜蓿干草高。值得注意的是,本試驗(yàn)中苜蓿干草粗蛋白的含量?jī)H為12.4%,低于我國(guó)苜蓿干草的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)使用的苜蓿干草的葉片部位經(jīng)過晾曬打捆后損失較多,導(dǎo)致苜蓿粗蛋白的含量偏低。
香蕉葉中含有單寧,被認(rèn)為是限制其成為飼料原料利用的主要因素。本試驗(yàn)中香蕉葉的單寧含量為2.9%(干物質(zhì)基礎(chǔ)),高于前人的報(bào)道結(jié)果[20],可能與香蕉品種和生長(zhǎng)環(huán)境有關(guān)。研究表明,各種環(huán)境因素包括溫度、光密度、水、營(yíng)養(yǎng)應(yīng)激、土壤質(zhì)量和地形等都會(huì)影響單寧在植物體中的含量[21]。
本試驗(yàn)采用的尼龍袋法,屬于半體內(nèi)法,是目前廣泛用于測(cè)定粗飼料降解規(guī)律的方法。目前采用尼龍袋法評(píng)價(jià)香蕉莖葉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的研究還不全面。DM是飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的基礎(chǔ),也是決定干物質(zhì)采食量(dry matter intake, DMI)的重要組成部分,反映飼料整體可消化的難易程度。DMI的升高,也能夠間接地提高動(dòng)物對(duì)其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。DM瘤胃降解率受飼料原料纖維素含量和木質(zhì)化程度的影響[22]。本試驗(yàn)中,香蕉葉在72 h內(nèi)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的DM瘤胃降解率均小于苜蓿干草,同時(shí),DM的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率和有效降解率也小于苜蓿干草,可以歸因于香蕉葉的NDF和ADF含量高于苜蓿干草。這表明香蕉葉不易被奶牛消化,可以推測(cè)香蕉葉的DMI低于苜蓿干草。
飼料CP瘤胃降解率受飼料蛋白質(zhì)的含量、組成及飼料在瘤胃內(nèi)的滯留時(shí)間等因素的影響[23]。盡管本試驗(yàn)中香蕉葉CP含量與苜蓿干草相同,但在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的降解率和有效降解率均低于苜蓿干草,這可能是因?yàn)橄憬度~CP的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率均小于苜蓿干草。研究指出,飼料的CP降解率受飼料本身性質(zhì)影響很大,不同飼料快速降解部分、慢速降解部分和不易降解部分的比例不同,會(huì)表現(xiàn)出不同的瘤胃降解特性[24]。同時(shí),飼料的化學(xué)成分分析和動(dòng)物試驗(yàn)相結(jié)合才能準(zhǔn)確評(píng)定飼料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。香蕉葉CP在奶牛瘤胃的降解率低于苜蓿干草,也可能與其含有單寧有關(guān)。
飼料NDF和ADF的瘤胃降解率是衡量粗飼料品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo),其大小反映了粗飼料中纖維部分在瘤胃內(nèi)消化的難易程度。香蕉葉和苜蓿的NDF和ADF降解率在12 h之前隨著時(shí)間的延長(zhǎng)增長(zhǎng)比較緩慢,降解率較低,12 h之后降解加速,表明瘤胃內(nèi)纖維的消化主要發(fā)生在12 h之后。香蕉葉NDF和ADF的降解率在早期雖然較低,但在后期與苜蓿的降解率相差并不大。Makkar等[25]的試驗(yàn)表明,飼料中單寧的存在抑制了瘤胃中纖維降素分解酶的活力,導(dǎo)致前期纖維的降解率降低,后期單寧與蛋白質(zhì)結(jié)合,對(duì)纖維降解菌的抑制減少。因此試驗(yàn)中香蕉葉前期的NDF和ADF降解率低于苜蓿,但后期香蕉葉ADF和NDF降解率與苜蓿干草的降解率相近。
總的來說,香蕉葉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值明顯低于苜蓿干草,不適合單獨(dú)飼喂。苜蓿干草和香蕉葉混合飼料的DM和CP瘤胃降解率比香蕉葉高,但低于苜蓿干草,NDF和ADF的降解率與兩者相似,這可能是因?yàn)橄憬度~和苜蓿干草混合飼喂后,對(duì)飼料降解率的影響變小,這表明混合飼喂可以提高其飼喂價(jià)值。
聚乙二醇(PEG)是單寧的吸附劑,可以與單寧相結(jié)合使單寧失去活性,在國(guó)內(nèi)外廣泛被用來屏蔽單寧對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝的副作用。因此,本試驗(yàn)通過比較未添加PEG組和添加PEG組來評(píng)價(jià)香蕉葉中單寧對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解率的影響。添加PEG的苜蓿干草的DM、CP和NDF瘤胃降解率與未添加組相近,可以說明PEG對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在奶牛瘤胃內(nèi)的降解沒有影響。添加PEG的香蕉葉和混合粗飼料的DM、CP和NDF瘤胃降解率均高于相應(yīng)的未添加組,表明香蕉葉中的單寧含量在2.9%和1.8%時(shí)均降低了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的瘤胃降解率。單寧對(duì)飼料營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解的負(fù)面作用主要?dú)w因于3方面:1)單寧可以與大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)相結(jié)合,形成穩(wěn)定的復(fù)合體,從而避免被瘤胃微生物降解[24];2)單寧具有抑制瘤胃內(nèi)蛋白和纖維降解菌的作用[26-27];3)單寧可以與瘤胃微生物分泌的酶相結(jié)合,從而抑制酶的活性[28]。單寧對(duì)蛋白瘤胃降解的抑制作用可以增加過瘤胃蛋白數(shù)量,有利于提高反芻動(dòng)物對(duì)飼料蛋白的利用率。通常來說,當(dāng)飼料中單寧濃度低于5%(干物質(zhì)基礎(chǔ))時(shí)對(duì)DM和粗纖維消化率沒有影響[29],但本試驗(yàn)觀察到香蕉葉單寧濃度在2.9%時(shí)降低了DM、NDF和ADF的瘤胃降解率,這可能與單寧的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)[30]。目前關(guān)于香蕉葉單寧化學(xué)結(jié)構(gòu)的研究尚未見報(bào)道,有待后續(xù)研究。
香蕉葉單寧降低了香蕉葉的DM、CP和NDF的瘤胃降解率,減少單寧的攝入量,可以有效地提高香蕉葉的瘤胃降解率。與苜蓿相比,香蕉葉的飼喂價(jià)值較低。由于單寧的存在,香蕉葉不適宜作為粗飼料單獨(dú)飼喂動(dòng)物,但與苜蓿干草等其他不含單寧的粗飼料混合飼喂可以改善其飼喂價(jià)值。