海拔和品種對燕麥營養(yǎng)品質及表面附著微生物的影響

趙桂琴，琚澤亮，柴繼寬

（甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院，草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點實驗室，中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅蘭州 730000）

燕麥（Avena sativa）是青藏高原及周邊地區(qū)重要的飼草來源之一，廣泛分布于氣候冷涼的青海、西藏、四川西北部以及甘肅南部和祁連山區(qū)，種植面積超過20萬hm2［1-3］。燕麥適口性好、消化率高，青刈的燕麥營養(yǎng)豐富，柔嫩多汁，既可直接飼喂家畜，也可調制干草或青貯［4］。目前這些地區(qū)飼草加工機械化程度較低，調制干草多采用自然晾曬的方式，受天氣影響較大，晾曬過程中經常遇降水，很難獲得優(yōu)質干草［5］。青貯通過乳酸菌發(fā)酵產生乳酸以長期保存青綠飼料，可有效降低營養(yǎng)損失，提高利用效率。制作青貯受氣候環(huán)境影響較小，產品的適口性更好，最大限度保留了燕麥的營養(yǎng)物質，非常適宜在青藏高原及其周邊海拔較高、收獲季節(jié)多降水的地區(qū)推廣應用。前人對燕麥青貯的研究主要集中在原料含水量、收獲時期、混合青貯、添加劑及飼喂試驗方面［6-12］，對青貯原料特性的研究較少，僅琚澤亮等［3］在甘肅省定西市通渭縣華家?guī)X鄉(xiāng)研究了同一地塊生長的不同燕麥品種青貯前的營養(yǎng)成分和微生物組成，發(fā)現(xiàn)品種間不僅粗蛋白、水溶性碳水化合物等營養(yǎng)成分含量差異顯著，而且不同品種植株上附著的微生物組成差異也極顯著（P＜0.01）。海拔如何影響青藏高原燕麥營養(yǎng)品質和附著微生物，目前尚缺乏研究報道。

海拔高度變化會引起溫度、降水、光照、紫外線輻射等發(fā)生變化，這些因素都會直接影響燕麥的生長發(fā)育，從而引起產量和品質的變化，最終導致動物采食和消化吸收的差異［13-15］。宮玉霞等［16］研究了海拔對不同燕麥品種產量及品質的影響，發(fā)現(xiàn)青海444在甘南州不同海拔地區(qū)表現(xiàn)出良好的適應性，林納和加燕2號在低海拔區(qū)產量較高，但在高海拔地區(qū)的產量不及本地燕麥。張紅梅［17］比較了青藏高原不同海拔（2965～4752 m）地區(qū)垂穗披堿草（Elymus nutans）的發(fā)酵特性，結果表明，垂穗披堿草的粗蛋白、粗纖維含量、附著乳酸菌數量和霉菌數量均隨海拔升高呈增加趨勢，可溶性糖含量則隨海拔升高而降低。另外，品種也是不容忽視的因素，不同品種在同一生產環(huán)境、同一生育時期的產量和品質也有顯著差異［18］。在同一青貯條件下，原料本身的差異是造成青貯品質變化的根本原因之一。Zhao等［19］研究發(fā)現(xiàn)，隴燕1號比隴燕3號的水溶性碳水化合物含量更高（19.9% vs.18.9%）、NDF（53.7% vs.56.0%）和ADF（30.9% vs.32.8%）含量更低、乳酸菌數量（4.45 vs.4.27 lg cfu·g-1FM）更高、酵母菌數量（4.34 vs.5.00 lg cfu·g-1FM）更低，經過60 d的青貯發(fā)酵，其上述指標仍顯著優(yōu)于隴燕3號。楊云貴等［5］的研究表明，不同品種適宜青貯的收獲時期也不盡相同，白燕8號在乳熟期收獲青貯發(fā)酵品質最好。琚澤亮等［3］研究發(fā)現(xiàn)，供試7個燕麥品種中，定莜7號的粗蛋白和水溶性碳水化合物含量最高、表面附著乳酸菌最多、好氣性細菌、酵母菌和霉菌數量最低，最適宜制作青貯。

綜上所述，海拔和品種通過影響青貯原料的營養(yǎng)品質及附著微生物種類和數量而影響青貯飼料的發(fā)酵及其品質，目前對同一地點燕麥品種影響青貯發(fā)酵的研究已有報道，但在不同海拔地區(qū)燕麥品種的營養(yǎng)成分和附著微生物如何變化尚不清楚。因此，本研究擬在青藏高原不同海拔地區(qū)對4個燕麥品種進行營養(yǎng)品質評價并分析其附著微生物組成，探討海拔和品種對燕麥青貯原料的影響，為該地區(qū)燕麥青貯生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗點概況

試驗點設在青海省西寧市湟中縣、海北州海晏縣、果洛州瑪沁縣、玉樹州稱多縣、甘肅省山丹縣、天?？h、甘南州合作市和瑪曲縣，各點海拔及3-10月平均氣溫、降水量等信息見表1，土壤養(yǎng)分概況見表2。

表1 試驗點海拔及氣候信息Table 1 Altitude and climate of each study area

表2 各試驗點土壤養(yǎng)分概況Table 2 Soil nutrients of each test site

1.2 供試材料

皮燕麥隴燕3號（L3）、隴燕5號（L5）和裸燕麥白燕2號（B2）和壩莜3號（B3），均由甘肅農業(yè)大學草業(yè)學院提供。

1.3 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積15 m2（3 m×5 m），3次重復，小區(qū)之間設隔離帶，帶寬50 cm。條播，播種深度4～5 cm，行距20 cm。于2017年4-5月根據海拔高度從低到高依次播種，海拔較低的湟中、天祝、合作分別在4月15日、4月17日和4月20日播種；海晏點4月22日播種，瑪曲點4月29日播種，瑪沁和稱多分別于5月7日和5月16日播種。各試驗點的播種量均為180 kg·hm-2。生育期除草2次，均無灌溉。各品種均在8-9月于灌漿期全區(qū)收獲測產，然后取樣進行營養(yǎng)品質及附著微生物分析。用于微生物分析的樣品裝于提前滅菌的樣袋，置于裝有冰袋的保溫箱內，迅速帶回實驗室，采用稀釋涂布法進行微生物分離培養(yǎng)和計數。

1.4 測定指標與方法

每個小區(qū)齊地刈割3個1 m樣段，現(xiàn)場稱重，計算鮮草產量。采用烘箱干燥法測定干物質（dry matter，DM）含量，稱取200 g鮮樣置于105℃烘箱15 min，再于65℃烘干60 h至恒重，烘干樣粉碎后過0.425 mm篩，用于營養(yǎng)指標測定。測定方法參考《飼料分析及飼料質量檢測技術》［20］。采用凱氏定氮法測定粗蛋白（crude protein，CP）含量；采用蒽酮比色法測定水溶性碳水化合物（water soluble carbohydrate，WSC）含量［21］。中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）與酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）采用Van soest法測定［22］。

利用梯度稀釋涂布法，分別采用MRS培養(yǎng)基［蛋白胨10.0 g，牛肉粉5.0 g，葡萄糖20.0 g，酵母粉4.0 g，乙酸鈉5.0 g，磷酸氫二鉀2.0 g，硫酸鎂0.2 g，檸檬酸三銨2.0 g，硫酸錳0.05 g，吐溫80 1 mL，瓊脂粉15 g，蒸餾水1 L，pH：（6.2±0.2）］、普通瓊脂培養(yǎng)基［蛋白胨10.0 g，牛肉膏粉3.0 g，氯化鈉5.0 g，瓊脂15.0 g，蒸餾水1 L，pH：（7.3±0.1）］和虎紅瓊脂培養(yǎng)基［蛋白胨5.0 g，葡萄糖10.0 g，磷酸二氫鉀1.0 g，孟加拉紅0.033 g，硫酸鎂0.5 g，氯霉素0.1 g，瓊脂18.5 g，pH：（6.3±0.1）］培養(yǎng)并計數乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）、好氣性細菌（aerobic bacteria）、霉菌（mold）和酵母菌（yeast）［10］，每份樣品3個平行。

1.5 數據分析

采用Excel 2019對數據進行初步整理，以SPSS 21.0軟件對不同海拔燕麥品種的測定指標進行雙因子ANOVA模型分析，結合Duncan法進行多重比較（P＜0.05）。試驗誤差以平均值的標準誤（standard error of mean，SEM）表示；回歸分析也在SPSS 21.0軟件中進行。

2 結果與分析

2.1 海拔和品種對燕麥鮮草產量和營養(yǎng)成分的影響

從表3可以看出，海拔對燕麥鮮草產量、營養(yǎng)成分及主要附著微生物數量均具有極顯著影響（P＜0.001）。品種對燕麥鮮草產量、DM、WSC、CP、NDF含量及附著LAB、好氣性細菌、酵母菌數量的影響也達到極顯著水平（P＜0.001），對ADF含量及附著霉菌數量的影響顯著（P＜0.05）。二者交互作用對燕麥鮮草產量、CP、ADF含量及附著LAB數量的影響極顯著（P＜0.01），對酵母菌數量影響顯著（P＜0.05），但對燕麥DM、WSC、NDF含量及附著好氣性細菌和霉菌數量無明顯影響（P＞0.05）。

表3 海拔和品種交互作用下各指標的P值Table 3 P value of each factor under different altitudes and varieties

從表4可知，皮燕麥品種L3和L5的鮮草產量高于裸燕麥品種B2和B3。各試驗點均以L5的鮮草產量為最高，在稱多達75605 kg·hm-2，比在湟中高出3.8倍。兩個裸燕麥品種中，B2鮮草產量在湟中、天祝、合作、海晏和瑪曲均高于B3，而在更高海拔地區(qū)（瑪沁和稱多）則低于B3。皮燕麥在稱多（4217 m）平均產量最高，達73893 kg·hm-2，裸燕麥鮮草產量在山丹（2860 m）最高，平均為65440 kg·hm-2。

8個試驗點中，供試燕麥品種在灌漿期的DM含量為289.5～362.4 g·kg-1FM（表4）。L5在各試驗點DM含量均高于L3；除合作外，B3在各試驗點的DM含量均高于B2。隨著海拔升高，DM含量總體呈下降趨勢，湟中燕麥DM平均值為355.4 g·kg-1FM，比稱多（299.7 g·kg-1FM）高18.59%。WSC含量的變化則與DM相反，隨著海拔高度的上升，燕麥的WSC含量總體呈增加趨勢。稱多WSC平均含量為195.3 g·kg-1DM，較湟中（169.1 g·kg-1DM）高15.49%。品種間大部分差異不顯著，B2的WSC含量在山丹最高（201.2 g·kg-1DM），B3在瑪曲的WSC含量最低，為155.8 g·kg-1DM。

表4 海拔和品種對燕麥鮮草產量和營養(yǎng)成分的影響Table 4 Effects of altitudes and varieties on fresh yield and nutrient composition of oat

隨著海拔高度的上升，CP含量總體呈下降趨勢。湟中燕麥的CP含量均值為115.8 g·kg-1DM，較稱多（73.8 g·kg-1DM）高56.91%。品種對CP含量影響也較大，B2在湟中的CP含量最高，為119.7 g·kg-1DM，B3在稱多CP含量最低，僅為71.3 g·kg-1DM，二者相差67.88%。NDF和ADF含量在不同海拔試驗點也表現(xiàn)出較大的變化，但規(guī)律性不明顯。4個燕麥品種在灌漿期的NDF含量為494.6～604.2 g·kg-1DM，ADF為289.7～342.3 g·kg-1DM。其中L5的NDF含量較高，在8個試驗點均值為562.2 g·kg-1DM，其次為L3（552.2 g·kg-1DM）。B2的ADF含量較低，平均為316.8 g·kg-1DM。

2.2 海拔和品種對燕麥附著微生物的影響

盡管生長在同一環(huán)境，各品種植株上附著的微生物組成差異卻非常明顯（表5）?？傮w來說，測定的4種主要微生物類群數量基本符合霉菌＜乳酸菌＜酵母菌＜好氣性細菌的規(guī)律。燕麥附著LAB數量為3.90～4.73 lg cfu·g-1FM，并隨海拔上升整體呈增加趨勢。海拔最高的稱多LAB平均數量（4.52 lg cfu·g-1FM）較湟中（4.05 lg cfu·g-1FM）增加了11.60%（P＜0.05）。裸燕麥品種附著LAB數量總體高于皮燕麥，B3在8個試驗點的LAB數量均值為4.50 lg cfu·g-1FM，比L3（4.21 lg cfu·g-1FM）高6.89%。好氣性細菌是燕麥附著微生物的主要類群，各品種在8個試驗點附著好氣性細菌均超過6.00 lg cfu·g-1FM，且隨海拔上升稍有降低，但幅度不大（6.09～6.74 lg cfu·g-1FM）。

燕麥植株表面附著霉菌數量隨海拔上升總體呈下降趨勢（表5）?，斍囼烖c霉菌數量最低，平均為3.66 lg cfu·g-1FM；湟中最高，平均為4.00 lg cfu·g-1FM。不同品種在8個試驗點的植株表面附著霉菌數量差異顯著（P＜0.05），L5在海晏縣霉菌數量最低，為3.60 lg cfu·g-1FM，B2在湟中霉菌數量最多（4.12 lg cfu·g-1FM）。酵母菌數量變化與霉菌類似，隨海拔上升呈下降趨勢，且不同海拔間變幅較大（3.72～5.24 lg cfu·g-1FM）。與稱多（3.90 lg cfu·g-1FM）相比，湟中試驗點燕麥附著酵母菌平均數量為5.10 lg cfu·g-1FM，增加了30.77%。就品種而言，B3在除合作外的其他7個試驗點酵母菌數量均為最多，B2在海拔較高的海晏、瑪曲、瑪沁和稱多試驗點酵母菌數量均為4個品種中最低。

表5 海拔和品種對燕麥附著微生物數量的影響Table 5 Effects of altitudes and varieties on epiphytic microorganisms of oat（lg cfu·g-1 FM）

2.3 燕麥鮮草產量、營養(yǎng)成分及附著微生物與海拔的關系

將每個品種的產量、營養(yǎng)成分和附著微生物數量與海拔進行回歸分析，線性回歸方程為y=a+bx。從圖1可知，燕麥鮮草產量、DM、CP、NDF、ADF含量與海拔極顯著相關（P＜0.01），WSC含量與海拔顯著（P＜0.05）相關，DM和CP含量的決定系數（R2）較高，分別為0.4268和0.5685，說明二者受海拔高度的影響較大；燕麥灌漿期DM含量隨海拔高度的增加顯著下降，CP和ADF含量也是如此。但鮮草產量和NDF含量則隨海拔高度的升高而增加。

圖1 燕麥鮮草產量及營養(yǎng)成分與海拔的關系Fig.1 Relationships of oat fresh grass yield and nutrient composition to the altitude

就燕麥植株表面附著微生物數量來看（圖2），LAB、霉菌和酵母菌均與海拔高度呈極顯著相關（P＜0.001），其中酵母菌隨海拔高度的上升顯著下降（R2=0.7170），LAB數量則隨海拔升高明顯增加。但好氣性細菌數量受海拔的影響較小，波動不大（P=0.823）。

圖2 燕麥附著微生物數量與海拔的關系Fig.2 Relationships of oat epiphytic microorganisms to the altitude

3 討論

了解飼草本身的營養(yǎng)價值及其表面附著微生物對青貯發(fā)酵具有重要意義。制作優(yōu)質青貯不僅要求原料含水量適宜，還應有充足的WSC含量。原料含水量過高會引起梭菌發(fā)酵，過低則不易壓實，容易引發(fā)霉變；WSC是乳酸菌生長繁殖的底物［23］。研究表明，新鮮原料含水量55%～65%、WSC含量25～35 g·kg-1DM，是青貯成功的最低條件［24］，而優(yōu)質青貯的獲得則需要60%～70%的原料含水量［25］、40 g·kg-1DM以上的WSC含量［26］。本試驗中，4個燕麥品種在8個不同海拔試驗區(qū)灌漿期收獲時，干物質含量為289.5～362.4 g·kg-1FM，WSC含量均超過150 g·kg-1DM，是優(yōu)質的青貯原料。NDF和ADF是反映飼草纖維品質最主要的指標，ADF與動物消化率呈負相關，含量越低，飼草的消化率越高，飼用價值越高［27］。琚澤亮等［3］對不同燕麥品種在甘肅中部的營養(yǎng)價值及青貯發(fā)酵品質進行了綜合評價，發(fā)現(xiàn)品種間青貯發(fā)酵品質有顯著差異。本研究中，B2的ADF含量較低，飼用價值相對較高。

飼草產量及營養(yǎng)物質含量受基因型和環(huán)境的綜合影響［28］，這在本研究中得到了很好的體現(xiàn)。品種和海拔及其交互作用對燕麥鮮草產量、營養(yǎng)成分含量及表面附著微生物組成均有顯著影響。一般情況下，海拔高度每升高100 m，溫度降低0.5～0.6℃，光照增加4%～5%，紫外線輻射增加3%～4%［17］。這些因素會影響植物的生長發(fā)育過程，并反映在生長速度、產量和質量上。溫度主要通過影響植物生長發(fā)育速度及葉和莖的相對比例來影響飼草產量和質量。飼草在高于適宜溫度下生長時，生育期會縮短，莖葉比增加，草產量下降，青貯性能降低［29］。紫花苜蓿（Medicago sativa）在34℃晝/26℃夜條件下的莖葉比明顯高于26℃晝/18℃夜下的［30］。飼草在低于適宜溫度下生長，生育期會延長，碳水化合物積累會增加［31］。本研究中，隨著海拔升高，氣溫降低，晝夜溫差加大，燕麥生育期延長，灌漿期鮮草產量顯著增加，在湟中（2295 m）平均鮮草產量為17853.5 kg·hm-2，在海晏（3052 m）平均為49433.8 kg·hm-2，到稱多（4217 m）則增至平均68557.8 kg·hm-2；WSC含量也隨海拔高度的升高而增加。但干物質含量則呈相反的趨勢，隨海拔升高而明顯降低。另外，營養(yǎng)成分也有變化，較長的日照時間及夜間低溫導致呼吸損耗減少，使得糖分積累增加，WSC和NDF含量增加，CP和ADF含量降低［32］。品種間也存在差異，皮燕麥品種L3和L5的NDF含量在高海拔下相對較高，鮮草產量也高于兩個裸燕麥品種。

植物株體表面附著有大量的微生物，它們與植物長期共存，因植物葉表蠟質層及分泌物等的組成差異，不同植物、同一植物不同品種和生育階段都具有獨特的微生物群落［33］。牧草附著微生物受很多因素影響，由于其本身及環(huán)境因素的變化，微生物種類和數量都存在很大差異，且在青貯過程中不斷演替變化，進而影響青貯發(fā)酵品質［34］。施清平等［35］在增城研究了10個玉米（Zea mays）品種的青貯潛力，發(fā)現(xiàn)不同品種葉表面附著的好氣性細菌和酵母菌沒有差異，但乳酸菌和霉菌差異顯著（P＜0.05），對青貯效果影響很大。本研究中，品種間附著乳酸菌數量差異顯著，且隨海拔上升而明顯增加。張紅梅［17］在垂穗披堿草上也得到了類似的結果，青藏高原垂穗披堿草附著乳酸菌數量也隨海拔升高而呈上升趨勢。Moran等［36］研究發(fā)現(xiàn)，在溫帶海洋氣候條件下生長的冷季禾草上附著的乳酸菌數量平均為6.4 log10cfu·g-1FM，其中花序、上部莖、下部莖、葉片和枯葉上附著乳酸菌數量分別為4.8、5.3、6.5、6.6和7.4 log10cfu·g-1FM?；亢退ダ辖M織上乳酸菌數量相對較高，可能是由于它們和植株上部相比，處于相對更穩(wěn)定、濕潤和較低紫外輻射環(huán)境，從而降低了不利環(huán)境的影響。本研究中，燕麥附著乳酸菌數量隨海拔高度的上升而增加、好氣性細菌數量變化不明顯，可能是在更高海拔地區(qū)隨著燕麥鮮草產量增加和生育期延長，繁茂的上部莖葉遮擋了大量紫外線輻射，提供了保護作用。Muck等［37］也報道了類似的研究結果，在產量更高的苜蓿植株上附著乳酸菌的數量更多，歸因于其更大的太陽輻射保護作用。

4 結論

海拔和品種對燕麥營養(yǎng)成分含量及附著微生物數量有顯著影響。不同品種在同一生長環(huán)境、同一品種在不同環(huán)境的產量、品質及附著微生物數量均存在顯著差異。燕麥灌漿期鮮草產量、WSC含量及附著LAB數量隨海拔上升呈增加趨勢，而DM、CP含量、酵母菌和霉菌數量隨海拔上升逐漸下降。隴燕3號和隴燕5號在海拔3000 m以上地區(qū)表現(xiàn)更優(yōu)，在3000 m以下地區(qū)4個品種均可用于青貯生產。