氯化稀土對延邊黃牛瘤胃微生物體外發(fā)酵的影響

馮 健 李香子 李玉林 嚴昌國

(1.延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)院，吉林延吉 133002；2.延邊畜牧開發(fā)集團有限公司，吉林延吉 133000)

稀土元素是全部鑭系元素及性質(zhì)相近的釔和鈧17種元素的總稱，常以化合態(tài)存在，天然豐度較低。我國是世界上稀土資源最豐富的國家，稀土含量占全球總儲量的76%，居世界之首，已應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域。近年來，稀土元素作為飼料添加劑在畜牧業(yè)上的研究與應(yīng)用日益廣泛，并取得了良好的效果。王京仁等報道，奶牛日糧中添加20 mg/kg體重和12.5 mg/kg體重的硝酸稀土可提高日均產(chǎn)乳量、乳脂肪、乳比重。沙里等報道，肉羊日糧中按每千克體重補飼12 mg的稀土（45%氯化稀土）能夠提高瘤胃內(nèi)TVFA濃度。習(xí)海波等報道，稀土可改善反芻動物瘤胃微生物區(qū)系，使瘤胃保持穩(wěn)定的酸性環(huán)境，各種微生物比例達到理想狀態(tài)，促進瘤胃對營養(yǎng)物質(zhì)的有效利用，但高劑量的稀土可破壞瘤胃的緩沖體系，使瘤胃內(nèi)環(huán)境發(fā)生異常變化。目前，稀土在反芻動物上的應(yīng)用研究諸多，但對瘤胃微生物發(fā)酵的影響報道較少。為了進一步探索稀土對瘤胃微生物發(fā)酵的影響，本試驗利用體外瘤胃微生物發(fā)酵法，通過添加不同劑量的氯化稀土來探討其對延邊黃牛瘤胃發(fā)酵的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 體外瘤胃發(fā)酵底物

精料和粗料比為7∶3，精料為玉米，粗料為粉碎的苜蓿草。

1.1.2 供試氯化稀土

由包頭市華商稀土有限公司提供，其主要成分是氧化鑭(La2O3)、氧化鈰(Ce2O3)、氧化釹(Nd2O3),含量分別占稀土氧化物(REO)總量的30.0%、50.0%、14.0%。

1.1.3 人工唾液

發(fā)酵人工唾液根據(jù)McDougall等方法配比:1 L人 工唾液含 5 880 mg NaHCO3、5 580 mg Na2HPO4、340 mg KCl、36 mg MgCl2、282 mg NaCl。配制完成后，進行全自動高壓滅菌，最后調(diào)整pH值至6.5。

1.1.4 瘤胃液供體動物及其飼養(yǎng)與瘤胃液的采集

試驗動物為3只安裝有永久性瘤胃瘺管的延邊黃牛,體重(400±23.5)kg。飼喂日糧精粗比為60∶40，即精料補充料6 kg/d和苜蓿草4 kg/d，每天飼喂2次（7：00和17：30），自由飲水。在早飼后2 h從3只延邊黃牛瘤胃的前、中、后不同位點采集足量瘤胃食糜，充分攪拌后先用四層紗布過濾，再用12層紗布過濾，至預(yù)熱過處理的收集瓶中，CO2恒溫培養(yǎng)箱39.0℃下培養(yǎng)。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗采用單因素多水平試驗設(shè)計，試驗設(shè)4個處理（0、500、1 000、2 000 mg/kg），每個處理3個重復(fù)。培養(yǎng)時間12 h，氣體測定時間為3、6、9、12 h，其他指標測定時間為0、3、6、12 h。

1.3 體外培養(yǎng)程序

分別稱取1.4 g精料、0.6 g粗料放入發(fā)酵瓶；氯化稀土按4個濃度水平0、500、1 000、2 000 mg/kg分別添加；加入瘤胃緩沖液30 ml，瘤胃液60 ml（二者體積比為1∶2），混勻。置于39℃恒溫振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)12 h。

1.4 指標測定

1.4.1 培養(yǎng)液pH值的測定

pH值的測定使用雷磁pHS-3CpH計，在各培養(yǎng)時間點，測定體外培養(yǎng)液的pH值。

1.4.2 產(chǎn)氣量的測定

根據(jù)各培養(yǎng)時間點得到的樣品產(chǎn)氣壓力轉(zhuǎn)成產(chǎn)氣體積，通過空白對照，校正產(chǎn)氣量，計算累積產(chǎn)氣量。

1.4.3 氨態(tài)氮(NH3-N)的測定

氨態(tài)氮（NH3-N）的測定采用靛酚比色法。

1.4.4 瘤胃揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的測定

揮發(fā)性脂肪酸（VFA）的測定方法參照Li等方法，用Agilent TechnologiesGC-7890A氣象色譜儀，采用外標法進行定量測定，F(xiàn)ID(Flame Ionization Detector)檢測器進行檢測，色譜柱型號Agilent 19091F-112，240 ℃，25 m×320 μm×0.5 μm。

1.4.5 氣體（CO2、CH4、H2）的測定

用島津GC-2014C氣相色譜儀參考Callaway等方法，用島津GC-2014C氣相色譜儀進行分析，采用外標法進行測定，TCD檢測器進行檢測，色譜柱型號：Hayesep Q，2 m×4 mm。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)經(jīng)Excel初步整理后，采用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析，各試驗數(shù)據(jù)表示為“平均數(shù)±標準差”的形式。

2 結(jié)果

2.1 不同劑量氯化稀土對pH值的影響（見表1）

表1 不同發(fā)酵時間氯化稀土對瘤胃液pH值的影響

由表1可以看出，對照組與試驗組的pH值隨發(fā)酵時間的延長而逐漸降低，但各處理組和對照組相比差異不顯著(P＞0.05)。

2.2 不同劑量氯化稀土對瘤胃發(fā)酵液產(chǎn)氣量的影響

2.2.1 不同劑量氯化稀土對總產(chǎn)氣量的影響（見表2）

表2 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液總產(chǎn)氣量的影響(ml)

由表2可見，對照組和試驗組瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的總產(chǎn)氣量都隨發(fā)酵時間的延長而逐漸增加;各處理組的產(chǎn)氣量均高于對照組，3 h時500 mg/kg處理組與對照組相比差異顯著（P＜0.05），其他各組間差異不顯著(P＞0.05)；6～12 h時間段，500 mg/kg處理組的產(chǎn)氣量與對照組、2 000 mg/kg組相比差異顯著(P＜0.05)，9 h時500 mg/kg處理組與1 000 mg/kg組相比差異顯著（P＜0.05），其他各組之間差異不顯著(P＞0.05)。

2.2.2 不同劑量氯化稀土對CO2、CH4、H2含量的影響(見表3～表5)

表3 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液中CO2含量的影響(μmol)

表4 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液中含量的影響(μmol)

表4 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液中含量的影響(μmol)

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表5 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液中H2含量的影響(μmol)

從表3可以看出，對照組與試驗組瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的CO2量都隨發(fā)酵時間的延長而逐漸增加，各處理組與對照組相比呈上升趨勢。3 h時500 mg/kg處理組CO2含量與對照組相比差異顯著（P＜0.05），1 000、2 000 mg/kg組與對照組相比差異不顯著(P＞0.05)，處理組500 mg/kg與1 000、2 000 mg/kg處理組間差異顯著(P＜0.05)；6～9 h時間段各處理組與對照組相比，以及各處理組之間差異均不顯著(P＞0.05)，12 h時1 000 mg/kg組與對照組相比差異顯著(P＜0.05)，500、2 000 mg/kg處理組與對照組相比差異不顯著,氯化稀土添加組之間差異不顯著(P＞0.05)?？傮w試驗結(jié)果表明，氯化稀土對CO2產(chǎn)生有影響。

對照組與試驗組瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的CH4含量隨發(fā)酵時間的延長而逐漸增加；但各處理組與對照組，以及處理組之間差異不顯著（P＞0.05）。

對照組與試驗組瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的H2含量隨發(fā)酵時間的延長而逐漸增加,各處理組與對照組相比呈上升趨勢。3～6 h時各組之間差異不顯著(P＞0.05)；9～12 h時500 mg/kg組與對照組相比差異顯著（P＜0.05），12 h時2 000 mg/kg組與對照組相比差異顯著（P＜0.05），其余各組間差異不顯著（P＞0.05）。

2.3 不同劑量氯化稀土對揮發(fā)性脂肪酸含量的影響（見表6）

由表6可見，試驗組和對照組的總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)量隨發(fā)酵時間的延長而逐漸增加;其中3 h時，2 000 mg/kg處理組與對照組相比差異顯著（P＜0.05）；12 h時1 000 mg/kg和2 000 mg/kg組與對照組相比差異顯著（P＜0.05），6 h時差異不顯著(P＞0.05)。通過本試驗看出，在體外瘤胃微生物發(fā)酵下，添加氯化稀土對TVFA有提高趨勢。

表6 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液中揮發(fā)性脂肪酸含量的影響

試驗組和對照組相比，乙酸濃度均有不同程度的升高，在3 h時2 000 mg/kg處理組與對照組相比差異顯著(P＜0.05)，其他氯化稀土組和對照組相比差異不顯著(P＞0.05)。6 h時各組間乙酸濃度差異不顯著(P＞0.05)。12 h時氯化稀土處理組與對照組相比乙酸濃度差異顯著(P＜0.05)，500 mg/kg處理組和2 000 mg/kg組相比乙酸濃度差異顯著（P＜0.05），其余各處理組間差異不顯著。氯化稀土處理組與對照組相比，以及氯化稀土添加組之間丙酸含量差異不顯著(P＞0.05)。丁酸含量隨著發(fā)酵時間的增加而增加，試驗組與對照組相比略有升高，但差異不顯著（P＞0.05）。

表6結(jié)果顯示，各添加氯化稀土處理組和對照組相比，乙酸丙酸比率呈上升趨勢。3～6 h時間段差異不顯著(P＞0.05)；12 h時1 000、2 000 mg/kg組與對照組相比差異顯著（P＜0.05）。由此看出，添加氯化稀土影響了瘤胃發(fā)酵的乙酸丙酸比率。

2.4 不同劑量氯化稀土對瘤胃發(fā)酵液氨氮含量的影響(見表7)

由表7可見，氯化稀土各處理組與對照組相比瘤胃發(fā)酵液中氨氮含量在0～12 h時間內(nèi)呈上升趨勢。3 h時差異不顯著（P＞0.05）;在6～12 h時間段，各處理組與對照組相比呈下降趨勢，500、1 000 mg/kg組與對照組相比，差異顯著(P＜0.05)，2 000 mg/kg組與對照組相比差異不顯著(P＞0.05)；6 h時2 000 mg/kg組與500、1 000 mg/kg相比差異顯著（P＜0.05）。說明添加氯化稀土能夠降低氨氮含量，但在所設(shè)定濃度范圍內(nèi)效果不明顯。

表7 不同發(fā)酵時間內(nèi)氯化稀土對瘤胃液NH3-N含量的影響(mg/100 ml)

3 討論

3.1 氯化稀土對發(fā)酵液pH值的影響

劉江波等研究表明，添加稀土對瘤胃液體外發(fā)酵pH值顯著降低。但許多資料表明，稀土對瘤胃液pH值無影響，本研究結(jié)果顯示，瘤胃液在經(jīng)歷了12 h發(fā)酵后，pH值在各個時間點隨著時間的推移均呈下降趨勢，但各處理組之間差異不顯著。pH值的下降，可能是由于靜態(tài)發(fā)酵，使得TVFA的累積造成的。

3.2 氯化稀土對產(chǎn)氣量的影響

瘤胃內(nèi)的氣體主要為二氧化碳、甲烷，另外還有少量的氮氣、氫氣。其中甲烷含量為28.8%左右。產(chǎn)氣量越高，瘤胃內(nèi)的發(fā)酵活動越劇烈，對反芻動物的促進作用越明顯。Menke等發(fā)現(xiàn)，飼料樣品在體外發(fā)酵24 h的產(chǎn)氣量與瘤胃內(nèi)有機物降解率呈顯著的正相關(guān)。Yang等發(fā)現(xiàn)，添加稀土能夠提高瘤胃中有機物的消化率。本試驗中各處理組產(chǎn)氣量均高于對照組，這說明氯化稀土能夠提高有機物降解率。另外，本試驗產(chǎn)氣量隨著氯化稀土添加水平的增加而減少，說明適宜濃度的稀土元素有益于微生物生長，但提高稀土元素的濃度，對微生物的生長產(chǎn)生抑制作用。這與Uezu等、Valluzzi等、Zhuang等的報道相一致。

3.3 氯化稀土對CO2、CH4及H2含量的影響

反芻動物在通過微生物發(fā)酵利用其它動物不能利用的纖維素、半纖維素等結(jié)構(gòu)性碳水化合物的過程中產(chǎn)生大量的CO2和H2。本試驗中二氧化碳和氫氣含量升高，說明氯化稀土能夠提高纖維素的利用率，這與Ortega等報道的稀土可以促進瘤胃纖維素類物質(zhì)消化的結(jié)果相一致。

甲烷菌生成甲烷的路徑有以下幾種:①以H2和CO2為底物生成甲烷（4H2+CO2—CH4+2H2O）；②利用甲醇和甲胺轉(zhuǎn)化成甲烷；③通過乙酸發(fā)酵產(chǎn)生甲烷。

Wolin等、Moun等研究結(jié)果表明，在這3種途徑中，以H2和CO2為底物生成甲烷為主。本試驗中甲烷無顯著變化，二氧化碳和氫氣含量升高。這說明當CH4生成受到抑制時，引起H2和CO2的累積。這也是本試驗中H2和CO2含量升高的原因之一。

3.4 不同劑量的氯化稀土對瘤胃VFA濃度的影響

桂榮等報道，添加0.02%稀土飼喂絨山羊，稀土組瘤胃液總VFA及乙酸占總酸的比值分別比對照組高7.24%和33.50%；本試驗在體外高精料日糧條件下，以及在所設(shè)定濃度范圍內(nèi)氯化稀土提高了總揮發(fā)性脂肪酸和乙酸的濃度，這與上述報道中稀土對總酸和乙酸的影響相一致；但氯化稀土對丙酸和丁酸含量無顯著影響。劉強報道，添加氯化鑭飼喂中國西門塔爾牛閹牛，瘤胃乙酸、丁酸濃度沒有顯著變化，但丙酸和總酸含量顯著高于對照組。劉江波等報道的在南江黃羊瘤胃體外發(fā)酵中添加不同水平的氯化鈰，總酸、乙酸、丙酸、丁酸均顯著高于對照組。這可能由于選擇添加的稀土和供試動物以及添加劑量不同而引起的差異。

陳喜斌等發(fā)現(xiàn)，瘤胃24 h可發(fā)酵有機物與瘤胃VFA產(chǎn)量、ADF降解量與乙酸產(chǎn)量、中性洗滌劑溶解物的降解量與丙酸產(chǎn)量具有較高的正相關(guān)。本試驗中氯化稀土提高了乙酸的濃度，這說明氯化稀土能夠促進日糧ADF的降解。

3.5 不同劑量的氯化稀土對瘤胃內(nèi)NH3-N濃度的影響

Satter等試驗的結(jié)果表明，NH3-N的濃度小于2.50 mg/100 ml時，發(fā)酵的“解偶聯(lián)”作用引起微生物產(chǎn)量降低，生產(chǎn)效率下降，該值被廣泛用作瘤胃最低NH3-N濃度標準;相關(guān)研究認為，瘤胃微生物依靠NH3-N而生長，且需要一個適宜的水平，其最佳NH3-N濃度為6.3～27.5 mg/100 ml。本試驗中，3 h后各組NH3-N濃度均在這個范圍內(nèi)，這說明各組瘤胃微生物均能夠正常生長。桂榮等在絨山羊日糧中添加0.02%的硝酸稀土(混合物),發(fā)現(xiàn)試驗組瘤胃內(nèi)NH3-N濃度顯著低于對照組。于靜給綿羊日糧中添喂216.49 mg/kg硝酸稀土（混合物），發(fā)現(xiàn)微生物利用NH3-N的程度顯著提高。本研究也發(fā)現(xiàn)，6～12 h添加氯化稀土的500、1 000 mg/kg組NH3-N濃度顯著低于對照組，這可能是因為稀土可以提高瘤胃內(nèi)氨氮的利用效率所致。

4 結(jié)論

通過添加不同劑量的氯化稀土對延邊黃牛瘤胃微生物體外發(fā)酵的測定和分析，表明氯化稀土能夠提高瘤胃液中TVFA、乙酸濃度，提高了VFA中乙酸/丙酸的比值，降低瘤胃液中氨氮濃度，同時提高了總產(chǎn)氣量、二氧化碳產(chǎn)量。因此，氯化稀土在體外條件下，可以在一定程度上提高延邊黃牛的瘤胃微生物發(fā)酵功能，并以1 000 mg/kg添加量較為適宜。

（參考文獻25篇，刊略，需者可函索）