體外法評價(jià)張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷和燕麥草的營養(yǎng)價(jià)值

■邵麗瑋 安永福 張一為 李 林 薄玉琨 谷粟琨 王曉芳*

（1.河北省畜牧獸醫(yī)研究所, 河北保定071000；2.天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津河西300061；3.張家口市畜牧技術(shù)推廣站，河北張家口075000；4.河北省奶源管理辦公室，河北石家莊050000）

“張雜谷”是張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的高產(chǎn)谷子雜交品種，主要分布在張家口及我國北方半干旱地區(qū)，以產(chǎn)量高和抗旱為顯著特征，相繼育成“張雜谷”系列近20個(gè)雜交種[1]。我國谷子栽培面積及產(chǎn)量均位居世界第一，張雜谷秸稈即谷草中所含的粗蛋白質(zhì)為6.22%～7.35%，尤其是在蠟熟期全株張雜谷粗蛋白含量更高，其營養(yǎng)價(jià)值與有“飼草之王”稱號的苜蓿接近，高于其他禾本科牧草[2]。在體外發(fā)酵法評價(jià)張雜谷谷草方面，李妍等[3]、李蓓蓓等[4]開展了體外法評價(jià)玉米秸稈、谷草和玉米秸稈青貯飼料組合效應(yīng)研究。一些專家學(xué)者也在谷草發(fā)酵提高其營養(yǎng)價(jià)值等方面開展了研究。但是未見用體外法比較張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷與燕麥草營養(yǎng)價(jià)值的研究報(bào)道。在實(shí)際飼喂應(yīng)用方面，孫茂紅等[5-6]進(jìn)行了張雜谷谷草替代國產(chǎn)苜蓿干草、羊草對奶牛生產(chǎn)性能的影響研究，結(jié)果表明用張雜谷谷草替代苜蓿干草、羊草飼喂奶牛是可行的。眾所周知，一般情況下苜宿干草營養(yǎng)價(jià)值相對優(yōu)于燕麥草、羊草，且這三種是目前奶牛場主要使用的干草粗飼料。既然有試驗(yàn)表明谷草替代苜蓿、羊草飼喂奶牛時(shí)可行的，而替代燕麥草是否可行暫無報(bào)道，所以本試驗(yàn)用體外法評價(jià)張雜谷秸稈（谷草）、全株青貯張雜谷和燕麥草營養(yǎng)價(jià)值，為探討張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷替代燕麥草飼喂奶牛是否可行奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

張雜谷秸稈（張雜谷2 號，河北巡天農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,谷子成熟后收割其谷草秸稈部分）；全株青貯張雜谷（張雜谷2 號，河北巡天農(nóng)業(yè)科技有限公司提供,蠟熟期收割全株張雜谷，裹包青貯45 d）；燕麥草（購自內(nèi)蒙豐禾草業(yè)）。飼料制成風(fēng)干樣品粉碎過20目篩，密封保存?zhèn)溆谩⒄铡讹暳戏治黾帮暳腺|(zhì)量檢測技術(shù)》[7]進(jìn)行常規(guī)營養(yǎng)成分測定，經(jīng)測定兩種粗飼料營養(yǎng)成分見表1。

表1 三種原料的營養(yǎng)成分（干物質(zhì)基礎(chǔ)，%）

1.2 試驗(yàn)用瘤胃液供體動(dòng)物

試驗(yàn)牛來自河北省保定宏達(dá)農(nóng)牧業(yè)有限公司的體重約600 kg 左右健康的裝有永久性瘤胃瘺管的閹牛3 頭，1.3倍飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)水平，日飼喂2次，自由飲水。試驗(yàn)牛每天飼喂TMR日糧，日糧組成和營養(yǎng)水平見表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將1 g張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷和燕麥草分別進(jìn)行體外發(fā)酵，每組設(shè)4個(gè)重復(fù)，測定和分析這三種粗飼料體外發(fā)酵后對產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣參數(shù)、揮發(fā)性脂肪酸、營養(yǎng)物質(zhì)降解率、pH值、微生物蛋白、氨態(tài)氮的影響，進(jìn)行營養(yǎng)價(jià)值比較。

表2 試驗(yàn)牛基礎(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.4 人工瘤胃

1.4.1 人工瘤胃裝置及瘤胃緩沖液的配制

人工瘤胃裝置為美國ANKOM RFS 氣體測量系統(tǒng)。人工瘤胃緩沖液具體配制方法參照Goering 等[8]的方法進(jìn)行配制。

1.4.2 瘤胃液的采集及體外培養(yǎng)程序

瘤胃液的采集：在試驗(yàn)當(dāng)天晨飼前采集供體閹牛瘤胃液1 000 ml，置于預(yù)先通有CO2的保溫瓶中，立即蓋嚴(yán)瓶口，迅速帶回實(shí)驗(yàn)室。把供體閹牛的瘤胃液混合均勻后經(jīng)4層紗布擠壓過濾于接收瓶中，置于39 ℃水浴中保存，并持續(xù)充入CO2以確保瘤胃液處于厭氧環(huán)境。

體外培養(yǎng)程序：準(zhǔn)確稱量試驗(yàn)用張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷和燕麥草1g，放入250 ml玻璃產(chǎn)氣瓶中。在試驗(yàn)當(dāng)天，首先將其裝有發(fā)酵底物的產(chǎn)氣瓶39 ℃培養(yǎng)60 min，然后取過濾后的瘤胃液與提前配制好的人工瘤胃緩沖液以體積比1∶4混合均勻后，準(zhǔn)確置于每個(gè)產(chǎn)氣瓶中150 ml邊操作邊通入CO2，最后向每個(gè)產(chǎn)氣瓶中再持續(xù)通入CO22 min以保證厭氧環(huán)境，立刻蓋上橡膠塞，擰緊聚乙烯蓋。將接種好的培養(yǎng)瓶放于（39.0±0.5）℃的水浴搖床中體外培養(yǎng)72 h，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.5 測定指標(biāo)及方法

1.5.1 產(chǎn)氣量、理論最大產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率及延擱時(shí)間的測定

ANKOM RFS氣體測量系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄產(chǎn)氣發(fā)酵瓶發(fā)酵產(chǎn)生的壓力，因氣壓能轉(zhuǎn)換成氣體體積，累積產(chǎn)氣量可按照如下公式計(jì)算得出：

Vx=VjPpsi×0.068 004 084

式中：Vx——39 ℃產(chǎn)氣體積（ml）；

Vj——產(chǎn)氣瓶頂部空間體積（ml）；

Ppsi——?dú)怏w測量系統(tǒng)自動(dòng)記錄的壓力(kPa)。

記錄培養(yǎng)4、8、16、24、36、48、72 h的產(chǎn)氣量，由各自產(chǎn)氣量以及氣壓進(jìn)行校正，除去空白發(fā)酵瓶產(chǎn)氣量即為累積產(chǎn)氣量。

根據(jù)不同時(shí)間的產(chǎn)氣量，用SPSS 非線性回歸模型計(jì)算理論最大產(chǎn)氣量（B）、產(chǎn)氣速率（c）及延擱時(shí)間（Lag）。參數(shù)表達(dá)式為：

GP=B×{1-exp[-c×(t-Lag)]}

式中：GP——t時(shí)刻1 g（DM）底物的累計(jì)產(chǎn)氣量（ml）；

B——1 g（DM）底物理論最大產(chǎn)氣量（ml）；

c——產(chǎn)氣速率常數(shù)（ml/h）；

t——發(fā)酵時(shí)間（h）；

Lag——體外發(fā)酵產(chǎn)氣延滯時(shí)間（h）。

1.5.2 營養(yǎng)物質(zhì)降解率的測定

在體外72 h發(fā)酵結(jié)束后，迅速放置碎冰中終止發(fā)酵，立即測定以下指標(biāo)。

用已編號并稱重的尼龍布過濾后，再經(jīng)蒸餾水沖洗產(chǎn)氣瓶數(shù)次直至干凈，以確保產(chǎn)氣瓶內(nèi)無殘留干物質(zhì)，待瘤胃液過濾置于接受瓶中，然后將尼龍布小心無損的轉(zhuǎn)移到烘箱中以65 ℃烘48 h至恒重，用于干物質(zhì)降解率(DMD)、粗蛋白質(zhì)降解率(CPD)、中性洗滌纖維降解率(NDFD)和酸性洗滌纖維降解率（ADFD）的測定。

DM(CP、NDF、ADF)降解率(%)=[樣品中DM(CP、NDF、ADF)量(g)-降解后殘?jiān)蠨M(CP、NDF、ADF)量(g)]/樣品中DM(CP、NDF、ADF)量(g)×100

1.5.3 pH值測定

采用UB-7型酸度計(jì)測定瘤胃液pH值。

1.5.4 氨態(tài)氮（NH3-N）測定

參照馮宗慈等[9]的比色法進(jìn)行測定。

1.5.5 微生物蛋白（MCP）測定

菌體蛋白質(zhì)的分離采用差速離心法。參照Cotta等[10]闡述的方法。

1.5.6 揮發(fā)性脂肪酸（VFA）測定

VFA 濃度參照王加啟[11]的氣相色譜法進(jìn)行測定（安捷倫7890A氣相色譜儀，美國）。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

先用Excel2007 初步整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，再用SPSS17.0 軟件比較均值（單因素分析）進(jìn)行方差分析，結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 對產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)的影響

由表3可知，這三種粗飼料的產(chǎn)氣量隨著發(fā)酵時(shí)間的延長而增加。張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷4、8、16、24、36、48、72 h的產(chǎn)氣量及理論最大產(chǎn)氣量（B）均極顯著小于燕麥草（P＜0.01）；張雜谷秸稈8、16、24、36、72 h的產(chǎn)氣量均極顯著小于全株青貯張雜谷（P＜0.01）；產(chǎn)氣速率（c）和延擱時(shí)間（Lag）張雜谷秸稈和燕麥草的差異均不顯著（P＞0.05），但極顯著低于全株青貯張雜谷（P＜0.01）。

2.2 對體外發(fā)酵72 h揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響

由表4 可知，體外發(fā)酵72 h 后，乙酸、丁酸、總揮發(fā)性脂肪酸濃度均是張雜谷秸稈產(chǎn)生的極顯著低于全株青貯張雜谷和燕麥草（P＜0.01），全株青貯張雜谷與燕麥草差異不顯著（P＞0.05）；丙酸、乙酸/丙酸濃度均是張雜谷秸稈極顯著低于全株青貯張雜谷（P＜0.01），全株青貯張雜谷極顯著低于燕麥草（P＜0.01）。

2.3 對體外發(fā)酵72 h 營養(yǎng)物質(zhì)降解率、pH 值、微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量及NH3-N濃度的影響

表3 對產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)的影響

表3（續(xù)） 對產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)的影響

注：1. 同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著（P＜0.05），不同大寫字母表示差異極顯著（P＜0.01），無字母或者相同字母表示差異不顯著（P＞0.05）；下表同。

2. B為理論最大產(chǎn)氣量，c為產(chǎn)氣速度，Lag為延擱時(shí)間。

表4 對體外發(fā)酵72 h揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響

表5 對體外發(fā)酵72 h營養(yǎng)物質(zhì)降解率、pH值、微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量及氨態(tài)氮濃度的影響

由表5可知，體外發(fā)酵72 h后，干物質(zhì)降解率、粗蛋白質(zhì)降解率、中性洗滌纖維降解率和酸性洗滌纖維降解率均表現(xiàn)出張雜谷秸稈極顯著低于全株青貯張雜谷(P＜0.01)，全株青貯張雜谷極顯著低于燕麥草(P＜0.01)；pH值變化為張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷極顯著高于燕麥草(P＜0.01)，前兩者差異不顯著(P＞0.05)；微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量三者差異均不顯著(P＞0.05)，NH3-N濃度為張雜谷秸稈顯著低于全株青貯張雜谷（P＜0.05），兩者與燕麥草差異不顯著（P＞0.05）。

3 討論

3.1 對產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)的影響

飼料在瘤胃中產(chǎn)生的氣體主要來源于微生物對飼料中碳水化合物和蛋白質(zhì)含碳部分的分解，體外產(chǎn)氣量可反映瘤胃中微生物的降解活性和飼料降解率[12]，能有效預(yù)測體內(nèi)干物質(zhì)的代謝能及降解率，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.98[13]。將不同的飼料原料作為發(fā)酵的底物，其產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)等相關(guān)指標(biāo)是有差異的。本試驗(yàn)中，張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷、燕麥草的產(chǎn)氣量均隨著時(shí)間的延長而成增加趨勢，這與大多數(shù)體外發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)果一致。但是與燕麥草相比，張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷在瘤胃中的產(chǎn)氣特性比較差，盡管張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷的粗蛋白含量高于燕麥草，但可能由于二者纖維含量比較高導(dǎo)致此結(jié)果。而全株青貯張雜谷雖然發(fā)酵過程中一些時(shí)間點(diǎn)的產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣速率高于張雜谷秸稈，但是理論最大產(chǎn)氣量二者差異不顯著，延擱時(shí)間也顯著高于張雜谷秸稈，其中原因有待研究。

3.2 對體外發(fā)酵72 h后各揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響

在反芻動(dòng)物瘤胃中，絕大部分碳水化合物被瘤胃微生物降解為揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，而瘤胃中產(chǎn)生的VFA 主要包括乙酸、丙酸和丁酸，可提供反芻動(dòng)物總能量需要的70%～80%，其也是瘤胃微生物增殖的主要碳架來源[14]。乙酸是纖維分解細(xì)菌對纖維素發(fā)酵的主要產(chǎn)物，大多數(shù)被用于乳脂的生成。丙酸是反芻動(dòng)物體內(nèi)內(nèi)合成葡萄糖的前體。而丁酸大部分以酮體的形式氧化。粗飼料因其中的纖維類物質(zhì)如纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量高，在瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生較多的乙酸[15]，較少丙酸。本試驗(yàn)中張雜谷秸稈產(chǎn)生的各揮發(fā)性脂肪酸含量均極顯著低于全株青貯張雜谷和燕麥草（P＜0.01），但乙酸/丙酸值三者依次遞減，但差異均極顯著（P＜0.01）。說明張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷相對于燕麥草更傾向于乙酸發(fā)酵模式，可能與高纖維素含量有關(guān)，與李蓓蓓等[15]研究結(jié)果一致。

3.3 對體外發(fā)酵72 h 后營養(yǎng)物質(zhì)降解率、pH 值、微生物蛋白質(zhì)產(chǎn)量及氨態(tài)氮濃度的影響

干物質(zhì)降解率是反映飼料被動(dòng)物利用程度大小的重要指標(biāo)，降解率越高，飼料的可利用程度就越高[16]，與體內(nèi)消化率具有高度相關(guān)性[17]，其是評定飼料營養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)。飼料粗蛋白在瘤胃的降解率是反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)新體系的基本參數(shù)[18]，并已逐漸被用到生產(chǎn)實(shí)踐中。飼料中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的瘤胃降解率也是評價(jià)飼料營養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)重要指標(biāo)。其降解率受飼料中纖維組成的影響。本試驗(yàn)中各營養(yǎng)物質(zhì)降級率均表現(xiàn)出張雜谷秸稈極顯著低于全株青貯張雜谷（P＜0.01），全株青貯張雜谷又極顯著低于燕麥草（P＜0.01），李妍等[3]用體外發(fā)評價(jià)玉米秸稈、谷草不同比例組合效益的時(shí)候，也表現(xiàn)出，玉米秸稈與谷草分別在100∶0 和0∶100 的比例組合下，谷草干物質(zhì)降解率低于玉米秸稈，但玉米秸稈與谷草在60∶40時(shí)，正組合效益達(dá)到最高?？梢姀堧s谷秸稈單獨(dú)在瘤胃中的降解特性不是很好，全株青貯張雜谷相對較好，但也次于燕麥草，三者的組合效應(yīng)有待研究。

瘤胃液pH值是反映瘤胃發(fā)酵狀況及微生物活性的一項(xiàng)重要生理指標(biāo)，pH 值過高或過低對于正常瘤胃微生物生長、繁育和發(fā)酵活動(dòng)及瘤胃功能均有不利的影響[19]。瘤胃pH 值正常范圍為6.0～7.0，本試驗(yàn)中張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷體外發(fā)酵72 h 后pH 值均極顯著高于燕麥草（P＜0.01），但也在正常范圍內(nèi)，分別為6.57、6.55 和6.48，說明各培養(yǎng)液的環(huán)境較穩(wěn)定，適合瘤胃微生物的生長。

微生物蛋白產(chǎn)量主要反映飼料中可供微生物利用蛋白的能力[20]。其合成效率主要受日糧中蛋白的組成及水平、碳水化合物的含量和種類、碳水化合物和蛋白質(zhì)降解的同步性等多重因素的影響[21]。本試驗(yàn)中雖然燕麥草的微生物蛋白濃度稍微大于張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷，但三種粗飼料的微生物蛋白濃度差異均不顯著（P＞0.05），說明三者所含營養(yǎng)成分對微生物蛋白合成能力影響不顯著。

氨態(tài)氮是瘤胃發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)代謝的重要產(chǎn)物及微生物蛋白合成的主要原料。瘤胃液中其濃度過高，說明瘤胃微生物不能充分利用其合成微生物蛋白，將影響其他營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用并造成氮的浪費(fèi)；瘤胃液中其濃度過低，對瘤胃發(fā)酵也會(huì)產(chǎn)生不利影響，會(huì)降低發(fā)酵效率。瘤胃液中NH3-N濃度一般在1～76 mg/dl范圍內(nèi)變化[22]。本試驗(yàn)中燕麥草的氨態(tài)氮含量與其他兩者差異不顯著；全株青貯張雜谷的顯著高于張雜谷秸稈，微生物蛋白卻小于張雜谷秸稈，具體原因有待研究。但三者氨態(tài)氮濃度均在適宜正常范圍內(nèi)，說明三者均可確保瘤胃微生物的正常生長。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，張雜谷秸稈、全株青貯張雜谷體外發(fā)酵在產(chǎn)氣量、營養(yǎng)物質(zhì)降解率等方面相對次于燕麥草，可能與其含有較高的纖維含量有關(guān)。全株青貯張雜谷相對優(yōu)于張雜谷秸稈，可能與全株青貯張雜谷蛋白含量高，發(fā)酵過程微生物促進(jìn)纖維降解等有關(guān)，具體原因及實(shí)際飼喂應(yīng)用效果有待進(jìn)一步研究。