肉牛常用蛋白質(zhì)飼料的飼用價(jià)值評(píng)價(jià)及粗蛋白質(zhì)有效降解率預(yù)測(cè)模型建立

鄧子棋 李紫欣 李 想 王金澤 葉柏平 孟慶翔 周振明 吳 浩

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)蛋白質(zhì)飼料原料高度依賴進(jìn)口,2022年我國(guó)大豆進(jìn)口量達(dá)9 108.1萬(wàn)t[1],原料的價(jià)格和供應(yīng)受?chē)?guó)際形勢(shì)影響嚴(yán)重,加之近年來(lái)豆粕價(jià)格持續(xù)上漲,造成養(yǎng)殖成本增加。與此同時(shí),我國(guó)的飼料資源種類(lèi)豐富,棉籽粕、菜籽粕、向日葵粕、啤酒糟和干酒糟及其可溶物(DDGS)等加工副產(chǎn)物產(chǎn)量大,充分挖掘利用這些蛋白質(zhì)飼料能有效減少豆粕的使用量[2]。反芻動(dòng)物對(duì)不同飼料的利用程度不同,比較和評(píng)定蛋白質(zhì)飼料對(duì)反芻動(dòng)物的飼用價(jià)值有利于其在生產(chǎn)上的應(yīng)用。粗蛋白質(zhì)有效降解率(effective degradability of crude protein,EDCP)反映的是蛋白質(zhì)在瘤胃的可降解程度,EDCP的高低影響著瘤胃可降解蛋白質(zhì)(rumen degradable protein,RDP)和瘤胃不可降解蛋白質(zhì)(rumen undegradable protein,RUP)的含量。研究表明,高RUP飼糧能顯著提高妊娠母牛的平均日增重,并影響子代的肌纖維含量[3]。因此,測(cè)定EDCP對(duì)于蛋白質(zhì)飼料的飼糧配方設(shè)計(jì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)定具有重要意義。體外產(chǎn)氣法是在體外環(huán)境下模擬飼料在瘤胃中發(fā)酵的一種試驗(yàn)方法,通過(guò)測(cè)定產(chǎn)氣量和發(fā)酵產(chǎn)物,能反映飼料在瘤胃中的利用情況;尼龍袋法是一種被用來(lái)測(cè)定飼料養(yǎng)分瘤胃降解率的方法,該方法可以用來(lái)測(cè)定蛋白質(zhì)在瘤胃中的降解情況,測(cè)定結(jié)果接近體內(nèi)真實(shí)情況。前人研究表明,體外產(chǎn)氣法試驗(yàn)結(jié)果與尼龍袋法測(cè)定的干物質(zhì)有效降解率之間具有很強(qiáng)的相關(guān)性[4-5],存在利用體外產(chǎn)氣法試驗(yàn)結(jié)果預(yù)測(cè)EDCP的可能。因此,本試驗(yàn)采用體外產(chǎn)氣法和尼龍袋法,測(cè)定了棉籽粕、菜籽粕、豆粕、向日葵粕、啤酒糟和DDGS的EDCP、體外產(chǎn)氣量參數(shù)及發(fā)酵參數(shù),為評(píng)估6種蛋白質(zhì)飼料的飼喂價(jià)值提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ);同時(shí),對(duì)體外產(chǎn)氣量參數(shù)和發(fā)酵參數(shù)與EDCP進(jìn)行相關(guān)性分析,建立線性回歸預(yù)測(cè)方程,為預(yù)測(cè)EDCP提供簡(jiǎn)便方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)樣品

本試驗(yàn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)肉牛研究中心房山試驗(yàn)基地開(kāi)展。分別從新疆、河北和遼寧等地的飼料廠和食品加工廠采集6種蛋白質(zhì)飼料,包括棉籽粕(2種)、菜籽粕(2種)、豆粕、向日葵粕、啤酒糟和DDGS。樣品均置于65 ℃烘箱中48 h制成風(fēng)干樣,所有樣品均分成2份,分別過(guò)2 mm篩和1 mm篩,并分別用于尼龍袋試驗(yàn)和體外產(chǎn)氣試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物及飼糧

選用3頭體重約為320 kg、裝有永久性瘤胃瘺管的安格斯閹牛作為試驗(yàn)動(dòng)物,分別在每天08:00和16:00按美國(guó)國(guó)家科學(xué)、工程和醫(yī)學(xué)研究院(NASM)《肉牛營(yíng)養(yǎng)需要》(2016)中維持需要量的1.3倍進(jìn)行飼喂,自由飲水,飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。

表1 飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrition levels of the diet (DM basis) %

1.3 體外產(chǎn)氣試驗(yàn)

體外發(fā)酵培養(yǎng)參考Menke等[6]的方法進(jìn)行,準(zhǔn)確稱取0.200 0 g飼料樣品于裝有人工瘤胃液的特制人工瘤胃培養(yǎng)管(最小分度為1 mL),39 ℃水浴培養(yǎng)72 h,分別于0、2、4、8、10、12、16、20、24、28、32、36、42、48、60和72 h讀取產(chǎn)氣量,并測(cè)定24 h的發(fā)酵液pH以及總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)、各單一揮發(fā)性脂肪酸(VFA)和氨態(tài)氮(NH3-N)含量。

產(chǎn)氣量動(dòng)態(tài)參數(shù)根據(jù)Menke等[7]的公式進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

Y=B(1-e-ct)。

式中:Y為t時(shí)間點(diǎn)0.200 0 g底物干物質(zhì)(dry matter,DM)產(chǎn)氣量(mL);B為0.200 0 g底物DM理論最大產(chǎn)氣量(mL);c為樣本的產(chǎn)氣速度(/h);t為體外培養(yǎng)時(shí)間(h)。

1.4 尼龍袋試驗(yàn)

尼龍袋試驗(yàn)方法與?rskov等[8]相同。使用BB尼龍袋[9]測(cè)定蛋白質(zhì)降解率,并利用以下公式進(jìn)行分析。

待測(cè)飼料瘤胃動(dòng)態(tài)降解率按照?rskov等[8]提出的模型進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

Y=a+b(1-e-ct)。

式中:Y為t時(shí)間點(diǎn)待測(cè)成分的降解率(%DM);a代表飼料的快速降解成分;b代表飼料的慢速降解成分;c代表飼料的降解速率;t為飼料在瘤胃中停留的時(shí)間。

EDCP的計(jì)算公式為:

EDCP=a+(b×c)/(c+k)。

式中:a、b、c為上述模型中的值;k代表飼料在瘤胃的流通速率,參考Van Duinkerken等[10],取k=0.013 9+0.177 5c。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.5.1 飼料營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定

飼料樣品中DM、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)、粗蛋白質(zhì)(CP)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)和酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)等營(yíng)養(yǎng)成分含量按照張麗英[11]的方法進(jìn)行測(cè)定,可溶性糖(SS)含量采用3,5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定,淀粉(starch)含量參考熊易強(qiáng)[12]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.5.2 發(fā)酵液VFA和NH3-N含量以及pH測(cè)定

發(fā)酵液VFA含量使用氣相色譜儀(SP-3420,北京分析儀器廠)測(cè)定,發(fā)酵液NH3-N含量采用苯酚-次氯酸鈉比色法測(cè)定,發(fā)酵液pH采用便攜式pH計(jì)(PHSJ-4F,上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

使用Office365Excel軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步計(jì)算處理,采用SAS 9.4統(tǒng)計(jì)軟件中的一般線性模型(GLM)對(duì)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)及Duncan氏法多重比較,并利用CORR和REG模型程序?qū)DCP與體外產(chǎn)氣量參數(shù)和發(fā)酵參數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析和線性回歸分析,以P<0.05為差異顯著和相關(guān)性顯著標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼料營(yíng)養(yǎng)成分含量

由表2可知,向日葵粕DM含量為79.79%,顯著低于其他飼料(P<0.05),且其他飼料DM含量均在90%左右。棉籽粕、菜籽粕、豆粕和向日葵粕之間CP含量無(wú)顯著差異(P>0.05),均在40%以上,其中棉籽粕CP含量最高為48.67%,向日葵粕CP含量最低為40.79%;DDGS和啤酒糟CP含量較低,分別為30.18%和28.79%,顯著低于其他飼料(P<0.05)。棉籽粕、菜籽粕、豆粕和向日葵粕EE含量較低,平均值為2.14%,其中向日葵粕EE含量最低為0.70%,顯著低于其他飼料(P<0.05);DDGS的EE含量最高為12.49%,顯著高于其他飼料(P<0.05)。豆粕SS含量最高為17.57%,顯著高于其他飼料(P<0.05),是棉籽粕和向日葵粕的3倍多。啤酒糟淀粉含量最高為13.10%,顯著高于其他飼料(P<0.05);向日葵粕淀粉含量最低為0.21%,顯著低于其他飼料(P<0.05)。啤酒糟NDF含量最高為56.12%,顯著高于其他飼料(P<0.05);菜籽粕ADF、ADL和Ash含量最高,分別為34.14%、18.69%和9.07%,顯著高于其他飼料(啤酒糟ADF含量除外)(P<0.05);豆粕NDF、ADF和ADL含量均為最低,分別為28.19%、10.46%和2.22%,顯著低于其他飼料(P<0.05)。

2.2 體外產(chǎn)氣試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 體外產(chǎn)氣量參數(shù)

如圖1所示,6種蛋白質(zhì)飼料的體外發(fā)酵過(guò)程均包括產(chǎn)氣期和平臺(tái)期,產(chǎn)氣前期(0～12 h)產(chǎn)氣速度較快,隨后產(chǎn)氣速率逐漸降低,直至48 h左右,產(chǎn)氣曲線平緩達(dá)到平臺(tái)期;6種蛋白質(zhì)飼料的72 h內(nèi)總產(chǎn)氣量均程遞增趨勢(shì),其中豆粕產(chǎn)氣量最高,其次依次分別是DDGS、菜籽粕、棉籽粕、向日葵粕和啤酒糟,且棉籽粕和菜籽粕的產(chǎn)氣趨勢(shì)基本相同。

圖1 6種蛋白質(zhì)飼料的體外產(chǎn)氣動(dòng)態(tài)Fig.1 Dynamics of in vitro gas production of 6 kinds of protein feedstuffs

由表3可知,在6種蛋白質(zhì)飼料中,豆粕的12、24、48和72 h產(chǎn)氣量以及理論最大產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率均為最高,且各時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)氣量和理論最大產(chǎn)氣量顯著高于其他5種蛋白質(zhì)飼料(P<0.05);啤酒糟的12、24、48和72 h產(chǎn)氣量以及產(chǎn)氣速率最低,其中12 h產(chǎn)氣量顯著低于其他5種蛋白質(zhì)飼料(P<0.05);向日葵粕的理論最大產(chǎn)氣量最低;棉籽粕和菜籽粕的體外產(chǎn)氣量參數(shù)基本相同(P>0.05),且其產(chǎn)氣速率均高于DDGS,其余指標(biāo)略低于DDGS,但差異均不顯著(P>0.05)。

表3 6種蛋白質(zhì)飼料的體外產(chǎn)氣量參數(shù)Table 3 In vitro gas production parameters of 6 kinds of protein feedstuffs

2.2.2 體外發(fā)酵參數(shù)

由表4可知,發(fā)酵24 h時(shí),發(fā)酵液pH為6.64～6.93,其中菜籽粕發(fā)酵液pH最低,向日葵粕發(fā)酵液pH最高,除棉籽粕和DDGS之間外,其他飼料發(fā)酵液之間pH均有顯著差異(P<0.05)。發(fā)酵液NH3-N含量差異較大,其中豆粕發(fā)酵液NH3-N含量最高(50.30 mg/dL),遠(yuǎn)高于最低含量的菜籽粕發(fā)酵液(20.49 mg/dL),除向日葵粕發(fā)酵液NH3-N含量與豆粕之間沒(méi)有顯著差異(P>0.05)外,其他飼料發(fā)酵液之間NH3-N含量均有顯著差異(P<0.05)。棉籽粕、菜籽粕和豆粕發(fā)酵液TVFA含量顯著高于向日葵粕、啤酒糟和DDGS(P<0.05),且各發(fā)酵液中乙酸和丙酸含量占TVFA含量的78%以上,大部分飼料發(fā)酵液中的各VFA含量均為乙酸>丙酸>丁酸>異戊酸>異丁酸>戊酸(DDGS發(fā)酵液中的戊酸含量高于異丁酸)。豆粕發(fā)酵液TVFA含量最高(58.73 mmol/L);啤酒糟發(fā)酵液TVFA含量和戊酸含量最低(分別為30.80 mmol/L和1.12%);菜籽粕發(fā)酵液乙酸含量和乙酸/丙酸值最高(分別為70.32%和4.50),異丁酸、丁酸和異戊酸含量最低(分別為1.43%、8.73%和2.65%);DDGS發(fā)酵液丙酸和丁酸含量最高(分別為22.78%和11.89%),乙酸/丙酸值最低(2.56);棉籽粕發(fā)酵液丙酸含量最低(15.39%);向日葵粕發(fā)酵液異丁酸和戊酸含量最高(分別為3.68%和2.33%)。

表4 6種蛋白質(zhì)飼料24 h體外發(fā)酵參數(shù)Table 4 In vitro fermentation parameters of 6 kinds of protein feedstuffs at 24 h

2.3 瘤胃降解參數(shù)

由表5可知,隨著飼料在瘤胃中滯留時(shí)間的增加,其蛋白質(zhì)降解率也越來(lái)越高,各時(shí)間點(diǎn)蛋白質(zhì)降解率和EDCP從高到低順序大致為:向日葵粕>豆粕>啤酒糟或DDGS>棉籽粕>菜籽粕。

表5 6種蛋白質(zhì)飼料瘤胃降解參數(shù)Table 5 Rumen degradation parameters of 6 protein feedstuffs %

2.4 EDCP預(yù)測(cè)模型

由表6和表7可知,各時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)氣量、理論最大產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率與EDCP之間基本沒(méi)有相關(guān)性(P>0.05);EDCP與發(fā)酵液pH和NH3-N含量呈顯著正相關(guān)(P<0.05),與乙酸含量和乙酸/丙酸值呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與TVFA含量和其他VFA含量均無(wú)顯著相關(guān)性(P>0.05)。

表6 EDCP與體外產(chǎn)氣量參數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient between EDCP and in vitro gas production parameters

表7 EDCP與24 h體外發(fā)酵參數(shù)的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation coefficient between EDCP and 24 h in vitro fermentation parameters

本試驗(yàn)選用發(fā)酵液pH、NH3-N含量、乙酸含量和乙算/丙酸值4個(gè)相關(guān)性強(qiáng)的指標(biāo)對(duì)EDCP進(jìn)行預(yù)測(cè)。結(jié)果表明,用pH作為單一指標(biāo)構(gòu)建的預(yù)測(cè)方程的決定系數(shù)(R2)大于以NH3-N含量、乙酸含量和乙算/丙酸值為單一指標(biāo)構(gòu)建的的預(yù)測(cè)方程的R2,因此,選用pH作為預(yù)測(cè)因子。根據(jù)前人研究結(jié)果[13],引入CP、NDF、ADF含量等指標(biāo)作為預(yù)測(cè)因子,與EDCP進(jìn)行線性回歸分析,發(fā)現(xiàn)采用ADF含量能提高R2。在pH和ADF含量的基礎(chǔ)上加入其他指標(biāo),結(jié)果顯示,隨著預(yù)測(cè)指標(biāo)的增加,R2呈現(xiàn)升高的趨勢(shì),其中引入24 h產(chǎn)氣量(GP24 h)效果最好,與pH和ADF含量結(jié)合進(jìn)行預(yù)測(cè)EDCP時(shí),R2達(dá)到0.998(P<0.01),預(yù)測(cè)方程為:EDCP=-833.690+138.088pH-1.219ADF-0.689GP24 h(表8)。

表8 根據(jù)體外產(chǎn)氣量參數(shù)和24 h體外發(fā)酵參數(shù)建立的飼料EDCP的預(yù)測(cè)方程Table 8 Prediction equations of feedstuff EDCP established based on in vitro gas production parameters and 24 h in vitro fermentation parameters

3 討 論

3.1 飼料常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量比較

本試驗(yàn)中,向日葵粕的DM含量偏低,但未出現(xiàn)腐敗等情況,可能與廠家的加工工藝有關(guān)。餅粕類(lèi)飼料是油料作物經(jīng)過(guò)浸提或榨取后的副產(chǎn)物,其CP含量一般在30%以上,常被作為蛋白質(zhì)飼料用于肉牛生產(chǎn)。本試驗(yàn)中,餅粕類(lèi)飼料CP含量均高于40%,其中棉籽粕CP含量達(dá)到48.67%,不過(guò)由于棉籽粕和菜籽粕包含2個(gè)品種,品種內(nèi)部變異較大,因此與豆粕和向日葵粕之間無(wú)顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。EE的含量主要和制作工藝有關(guān),目前我國(guó)90%以上的油脂企業(yè)采用浸出工藝生產(chǎn),該工藝能使油殘低至5%以下[14],本試驗(yàn)中所有餅粕類(lèi)飼料EE含量均小于5%。糟渣類(lèi)飼料主要是制酒、制糖、制藥等工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)物,啤酒糟和DDGS的CP含量高于20%,也常被作為蛋白質(zhì)飼料用于肉牛生產(chǎn)。大麥?zhǔn)巧a(chǎn)啤酒糟的原料,淀粉含量較高,在制作啤酒的過(guò)程中麥芽生長(zhǎng)產(chǎn)生大量的水解酶,將部分淀粉水解為SS[15],因此啤酒糟的淀粉和SS含量相對(duì)較高。本試驗(yàn)結(jié)果與宮晨[16]的測(cè)定結(jié)果相比,棉籽粕、豆粕的CP含量更低,NDF和ADF含量更高,向日葵粕、啤酒糟和DDGS的營(yíng)養(yǎng)成分含量相似;與《中國(guó)飼料成分及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值表》(2020)所公布的數(shù)值相比,棉籽粕、豆粕、向日葵粕的營(yíng)養(yǎng)成分含量接近,菜籽粕CP、ADF和ADF含量均高于該表中數(shù)值。造成這些差異的原因,與飼料品種、產(chǎn)地、采集時(shí)間、成熟度以及加工方式等存在一定關(guān)系。

3.2 體外產(chǎn)氣量參數(shù)比較

飼料中的碳水化合物和蛋白質(zhì)等養(yǎng)分在瘤胃微生物的作用下降解產(chǎn)生氫氣(H2)、二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)等氣體,體外產(chǎn)氣量能在一定程度上反映飼料被瘤胃微生物利用的程度。研究表明,豆粕的理論最大產(chǎn)氣量顯著大于其他餅粕類(lèi)蛋白質(zhì)飼料[17-18],這與本試驗(yàn)中豆粕的12、24、48和72 h產(chǎn)氣量以及理論最大產(chǎn)氣量均顯著高于其他飼料的結(jié)果相同。李倩[19]研究表明,DDGS理論最大產(chǎn)氣量高于其他酒糟,本試驗(yàn)中DDGS的各時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)氣量和理論最大產(chǎn)氣量均高于啤酒糟驗(yàn)證了這一結(jié)論。體外產(chǎn)氣量和飼料中總可消化碳水化合物含量有關(guān),Getachew等[20]研究表明,產(chǎn)氣量與飼料中淀粉、果膠及SS等非纖維性碳水化合物含量呈正相關(guān),棉籽粕、菜籽粕和向日葵粕的淀粉和SS含量較低,因此各個(gè)時(shí)間點(diǎn)產(chǎn)氣量及理論最大產(chǎn)氣量均較低;然而,本試驗(yàn)中啤酒糟的淀粉和SS含量高于豆粕,其產(chǎn)氣量卻較低,原因可能與其N(xiāo)DF和ADF含量過(guò)高有關(guān),Nsahlai等[21]指出產(chǎn)氣量與NDF和ADF含量呈負(fù)相關(guān),纖維含量過(guò)高會(huì)阻礙微生物對(duì)其他養(yǎng)分的利用,導(dǎo)致產(chǎn)氣量下降。產(chǎn)氣速率反映了瘤胃微生物對(duì)于飼料中養(yǎng)分利用的難易程度,產(chǎn)氣速率越快,說(shuō)明飼料中易被降解的組分含量越高,前期產(chǎn)氣量越大。豆粕的產(chǎn)氣速率高于其他飼料,這與12 h產(chǎn)氣量高于其他飼料相對(duì)應(yīng);啤酒糟的產(chǎn)氣速率遠(yuǎn)低于其他飼料,這也與其纖維含量過(guò)高有關(guān)。

3.3 體外發(fā)酵參數(shù)比較

瘤胃pH是評(píng)價(jià)瘤胃發(fā)酵情況和健康狀況的一個(gè)重要指標(biāo),維持瘤胃液的正常pH對(duì)反芻動(dòng)物健康和養(yǎng)分消化率具有積極作用。正常瘤胃pH波動(dòng)范圍在6.0～7.0[22],瘤胃的pH變化通常會(huì)影響微生物對(duì)纖維類(lèi)物質(zhì)的降解能力,當(dāng)pH低于6.4時(shí),對(duì)纖維素的降解具有消極影響,同時(shí)瘤胃液的緩沖能力也會(huì)下降[23];pH低于5.6時(shí),會(huì)損害瘤胃上皮的完整性,影響其對(duì)養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運(yùn),造成間質(zhì)組織微生物感染[24]。本試驗(yàn)中的發(fā)酵液pH在6.64～6.93,說(shuō)明發(fā)酵過(guò)程在適宜條件下進(jìn)行。培養(yǎng)液的pH受發(fā)酵后的產(chǎn)生的VFA等酸性物質(zhì)含量和NH3-N等緩沖物質(zhì)含量影響,菜籽粕發(fā)酵后的VFA含量較高,NH3-N含量顯著低于其他5種飼料,所以pH顯著低于其他飼料。盡管豆粕發(fā)酵后的VFA含量略高于菜籽粕,但其產(chǎn)生的NH3-N含量遠(yuǎn)高于菜籽粕,因此豆粕發(fā)酵液的pH高于菜籽粕。

培養(yǎng)液中的NH3-N來(lái)源于瘤胃微生物對(duì)飼料中蛋白質(zhì)的降解,其含量反映了微生物降解含氮物質(zhì)產(chǎn)生氨(NH3)及其對(duì)NH3攝取利用的情況。瘤胃NH3-N含量降低時(shí),微生物生長(zhǎng)緩慢,對(duì)碳水化合物的分解和合成微生物蛋白(MCP)的能力降低;瘤胃NH3-N含量升高時(shí),過(guò)多的NH3-N會(huì)通過(guò)瘤胃壁經(jīng)血液流入肝臟合成尿素,部分尿素可通過(guò)瘤胃氮循環(huán)途徑重新回到瘤胃被微生物利用,剩余尿素被以尿液的形式排出體外,造成浪費(fèi)[24]。通常認(rèn)為,8 mg/dL的NH3-N含量是瘤胃微生物生長(zhǎng)所需的最低含量,隨著NH3-N含量的升高,MCP產(chǎn)量增加,超過(guò)50 mg/dL對(duì)MCP的產(chǎn)量沒(méi)有影響[25]。本試驗(yàn)中的NH3-N含量為20.49～50.30 mg/dL,豆粕和向日葵粕發(fā)酵液的NH3-N含量遠(yuǎn)高于其他4種飼料,說(shuō)明豆粕和向日葵粕中的CP更容易被瘤胃微生物降解。姜旭明等[26]研究表明,棉籽粕和菜籽粕發(fā)酵液NH3-N含量高于豆粕,與本試驗(yàn)結(jié)果相反;Getachew等[20]研究結(jié)果顯示,NH3-N與原料CP含量呈顯著正相關(guān),因此,該爭(zhēng)議可能是由于其試驗(yàn)中使用的豆粕CP含量低于本試驗(yàn)。棉籽粕和菜籽粕發(fā)酵液的NH3-N含量較低,說(shuō)明瘤胃微生物難以降解棉籽粕和菜籽粕中的蛋白質(zhì),可能是由于棉籽粕和菜籽粕富含抗?fàn)I養(yǎng)因子,棉籽粕中的游離棉酚和菜籽粕中的單寧能降低瘤胃微生物對(duì)蛋白質(zhì)的降解率[27-28],起到蛋白質(zhì)保護(hù)作用。

VFA是反芻動(dòng)物的主要供能物質(zhì),在瘤胃微生物發(fā)酵過(guò)程中75%～85%的能量物質(zhì)會(huì)被轉(zhuǎn)化為VFA[29],含量可達(dá)30～200 mmol/L。乙酸、丙酸和丁酸是碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生的主要產(chǎn)物,占TVFA的90%以上。本試驗(yàn)中,豆粕、棉籽粕和菜籽粕的TVFA含量遠(yuǎn)高于向日葵粕、啤酒糟和DDGS,表明豆粕、棉籽粕和菜籽粕的碳水化合物發(fā)酵較為完全。乙酸和丁酸生成的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生H2,產(chǎn)甲烷菌能利用H2將CO2還原成CH4[30],CH4的生成會(huì)造成能量的損失,丙酸生成時(shí)會(huì)消耗H2,降低CH4的生成,因此乙酸/丙酸值越低,微生物發(fā)酵導(dǎo)致能量的損耗越小。本試驗(yàn)中,DDGS發(fā)酵液的乙酸/丙酸值最低,說(shuō)明其發(fā)酵過(guò)程中能量損耗小于其他5種飼料。支鏈脂肪酸是氨基酸的降解產(chǎn)物,豆粕和向日葵粕發(fā)酵液中異丁酸和異戊酸的含量顯著高于其他4種飼料,從側(cè)面反映出其蛋白質(zhì)降解率可能會(huì)更高,這與尼龍袋試驗(yàn)結(jié)果一致。

3.4 瘤胃降解參數(shù)比較

EDCP反映的是蛋白質(zhì)在瘤胃的可降解程度,表示RDP占飼料中總蛋白質(zhì)含量的百分比,飼料中RDP和RUP含量一般通過(guò)測(cè)定飼料的EDCP得出,EDCP越高,RDP含量越高,RUP含量越低。飼料的RDP和RUP含量對(duì)反芻動(dòng)物的飼料配制具有重要意義,研究表明,降低飼料中CP含量或提高RUP含量能顯著降低氮排泄[31],降低RDP含量能顯著提高奶牛產(chǎn)奶量和乳蛋白含量[32-33];RDP含量過(guò)低會(huì)阻礙瘤胃微生物生長(zhǎng),影響纖維的降解率[34]。本試驗(yàn)結(jié)果與趙天章[35]的試驗(yàn)結(jié)果具有相同的趨勢(shì),EDCP均為向日葵粕>豆粕>棉籽粕>菜籽粕,但相同飼料的EDCP并不完全相同,本試驗(yàn)中豆粕和向日葵粕的EDCP相對(duì)更高,菜籽粕的EDCP相對(duì)更低。此外,本試驗(yàn)中豆粕和棉籽粕的EDCP與包淋斌等[36]的試驗(yàn)結(jié)果相似,向日葵粕、啤酒糟、DDGS的EDCP高于前人的試驗(yàn)結(jié)果[37]。影響蛋白質(zhì)降解率的因素眾多,試驗(yàn)飼糧、動(dòng)物等差異會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響,同時(shí)飼料原料加工方式不同也會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)產(chǎn)生差異[38-39]。

3.5 EDCP預(yù)測(cè)模型構(gòu)建

尼龍袋法測(cè)定瘤胃有效降解率是目前技術(shù)比較成熟的方法,但需要對(duì)試驗(yàn)動(dòng)物安裝瘤胃瘺管,造價(jià)昂貴且存在手術(shù)風(fēng)險(xiǎn),試驗(yàn)動(dòng)物的體況對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有一定的影響。為尋求更加經(jīng)濟(jì)有效的測(cè)定方法,人們開(kāi)始使用其他方法對(duì)瘤胃有效降解率進(jìn)行預(yù)測(cè)。前人利用飼料營(yíng)養(yǎng)成分與有機(jī)物、DM、淀粉有效降解率建立回歸方程,R2能達(dá)到0.90以上[40-42];馬紹楠[4]在試驗(yàn)中使用短期人工瘤胃法測(cè)出動(dòng)態(tài)體外消化率,并使用Menke等[7]提出的有效降解率預(yù)測(cè)模型計(jì)算出了體外DM有效降解率;大量研究表明,DM有效降解率、NDF有效降解率、ADF有效降解率與產(chǎn)氣量有關(guān)[43-45],達(dá)勒措[5]利用產(chǎn)氣量建立了DM和CP降解率的三次多項(xiàng)式回歸方程。然而,飼料在瘤胃內(nèi)的降解特性不僅和飼料養(yǎng)分含量有關(guān),還與自身的結(jié)構(gòu)有關(guān),利用飼料營(yíng)養(yǎng)成分預(yù)測(cè)單一飼料原料或一類(lèi)飼料原料的有效降解率效果更好,預(yù)測(cè)不同種類(lèi)的飼料時(shí)可能與瘤胃真實(shí)降解情況具有一定的差異;正常瘤胃內(nèi)是有物質(zhì)流通的,短期人工瘤胃法沒(méi)有考慮培養(yǎng)過(guò)程中終產(chǎn)物的排出而使發(fā)酵終產(chǎn)物不斷積累,導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果差異較大[40];產(chǎn)氣量與有效降解率之間的相關(guān)性暫時(shí)沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論,Blümmel等[46]在研究中并未發(fā)現(xiàn)產(chǎn)氣量與降解率之間的相關(guān)性。體外發(fā)酵產(chǎn)物是瘤胃微生物利用飼料中養(yǎng)分的代謝產(chǎn)物,與飼料的降解情況有著直接的關(guān)系,關(guān)于體外發(fā)酵產(chǎn)物與有效降解率之間的關(guān)系的報(bào)道很少。

本試驗(yàn)測(cè)定了體外產(chǎn)氣試驗(yàn)的產(chǎn)氣量和發(fā)酵產(chǎn)物,探究與EDCP的關(guān)系。試驗(yàn)中EDCP與體外產(chǎn)氣量參數(shù)相關(guān)性很低,這一結(jié)論與Getachew等[20]相同,這可能與蛋白質(zhì)在降解過(guò)程中產(chǎn)生的氣體很少有關(guān)。本試驗(yàn)表明,EDCP與發(fā)酵液pH和NH3-N含量呈顯著正相關(guān),與乙酸含量和乙酸/丙酸值呈顯著負(fù)相關(guān),說(shuō)明pH和NH3含量越高,乙酸含量和乙酸/丙酸值越低,EDCP越高。pH能夠反映發(fā)酵液中包括NH3-N、乙酸和丙酸等堿性或酸性物質(zhì)的含量情況,其與EDCP的相關(guān)性最高,且測(cè)定方法較為簡(jiǎn)單,因此,pH是一個(gè)很好的預(yù)測(cè)因子;引入ADF含量使預(yù)測(cè)方程R2升高,可能與ADF含量與CP降解率呈顯著負(fù)相關(guān)有關(guān)[47-48];盡管GP24 h與EDCP的相關(guān)系數(shù)較小,但是在pH的基礎(chǔ)上,增加ADF含量和GP24 h指標(biāo)能夠提高預(yù)測(cè)模型的R2,3種指標(biāo)同時(shí)使用時(shí),R2達(dá)到0.998,方程為EDCP=-833.690+138.088pH-1.219ADF-0.689GP24 h。在適宜的pH范圍內(nèi),利用該方程能對(duì)EDCP進(jìn)行預(yù)測(cè),pH過(guò)高或過(guò)低都會(huì)影響預(yù)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 論

① 不同蛋白質(zhì)飼料的體外發(fā)酵和瘤胃降解特性不同,豆粕的體外發(fā)酵指標(biāo)高于其他飼料,向日葵粕的EDCP高于豆粕和其他蛋白質(zhì)飼料。

② EDCP與體外產(chǎn)氣試驗(yàn)的發(fā)酵液pH和NH3-N含量呈顯著正相關(guān),與乙酸含量和乙酸/丙酸值呈顯著負(fù)相關(guān)。

③ 在合理的pH范圍內(nèi),利用發(fā)酵液的pH、ADF含量和GP24 h能對(duì)飼料的EDCP做出預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)方程為:EDCP=-833.690+138.088pH-1.219ADF-0.689GP24 h。