復合處理麥秸、青貯玉米秸和精料的組合及比例對奶牛體外瘤胃發(fā)酵的影響

孫國強 呂永艷 蔡李逢 崔海凈

(青島農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，青島 266109)

眾所周知，通過加工調(diào)制可以提高作物秸稈的營養(yǎng)價值[1-3]，但是，加工調(diào)制只是提高作物秸稈營養(yǎng)價值的技術(shù)途徑之一，因為飼料的營養(yǎng)價值還受飼料之間組合的影響，飼料之間的組合不同則其干物質(zhì)采食量、養(yǎng)分消化率以及瘤胃發(fā)酵參數(shù)就有所不同。因此，為了提高作物秸稈的營養(yǎng)價值除要對其進行有效的加工調(diào)制外，還要利用其有利于提高其營養(yǎng)價值的組合。有關(guān)秸稈加工調(diào)制以及在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用已有大量報道，主要是對某一種加工調(diào)制秸稈的營養(yǎng)價值以及對反芻動物生產(chǎn)性能影響的研究報道。目前，關(guān)于加工調(diào)制秸稈之間及其與精料(concentrate，CC)之間最優(yōu)組合的研究還尚未見報道。本試驗通過短期人工瘤胃技術(shù)測定復合處理麥秸(combination-treated wheat straw，CW)、青貯玉米秸(maize straw silage，MS)與精料不同組合對瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響，旨在探討復合處理麥秸與青貯玉米秸之間，復合處理麥秸與精料之間，青貯玉米秸與精料之間以及最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合再與精料之間的理想組合，為提高作物秸稈的消化利用率和節(jié)約飼料資源提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

復合處理麥秸[麥秸中含4%尿素和2%氫氧化鈣(干物質(zhì)基礎(chǔ))]、青貯玉米秸、精料均來自青島市，經(jīng)65℃干燥48 h、粉碎、過40目篩，密封保存待用。精料組成及營養(yǎng)水平見表1。

1.2 試驗用瘤胃液供體動物與飼糧

選用2頭健康、體重相近的成年荷斯坦奶牛作為試驗用瘤胃液供體動物。試驗期間每天每頭飼喂精料4 kg，分3次飼喂，羊草自由采食，自由飲水。精料組成:玉米58.5%、麥麩9.0%、豆粕12.0%、棉籽粕6.0%、花生粕8.0%、磷酸氫鈣2.5%、小蘇打1.5%、貝殼粉0.5%、預混料(每千克預混料含維生素 A 800 000 IU，維生素 D3300 000 IU，維生素 E 3 000 IU，鐵 1.75 g，銅1.6 g，鋅 1 g，錳 3.5 g，碘 0.1 g，硒 42 mg，鈷42 mg)1.0%、食鹽1.0%。

表1 精料組成及營養(yǎng)水平(風干基礎(chǔ))Table1 Composition and nutrient levels of the concentrate(air-dry basis) %

1.3 試驗設(shè)計

將復合處理麥秸、青貯玉米秸、精料兩兩組合，且每種組合均設(shè) 6 個組合比例(0∶100、20∶80、40∶60、60∶40、80∶20、100∶0)(表 2)。篩選出最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合后再與精料以這6個比例組合(表3)。每個組合3個重復。

1.4 人工瘤胃

1.4.1 人工瘤胃裝置

人工瘤胃裝置主體為水浴溫度可調(diào)的電熱恒溫水浴鍋(北京市長風儀器儀表公司)和作發(fā)酵培養(yǎng)管之用的玻璃注射器(可計量容積為100 mL)。注射器每次使用之前洗凈晾干，然后用少量凡士林涂在活塞筒四周，用來減少摩擦和防止漏氣[4]。

1.4.2 培養(yǎng)液的制備

培養(yǎng)液的制備參照文獻[5]的培養(yǎng)液配制法。

1.4.3 瘤胃液的采集

在早晨飼喂前抽取瘤胃液。令牛站立將其保定于六柱欄，戴上開口器，取液器從開口器經(jīng)口腔徐徐插入食道再進入瘤胃，在瘤胃中不斷變換方位，取液器另一端與真空抽慮瓶相連，真空抽慮瓶接真空泵，開動真空泵抽取足量瘤胃液，灌入經(jīng)預熱達39℃并通有二氧化碳(CO2)氣體的保溫瓶中，立即蓋嚴瓶口，迅速返回實驗室，2頭牛的瘤胃液混合，經(jīng)4層紗布過濾于接收瓶中，置于39℃水浴中保存，持續(xù)通入CO2氣體。

1.4.4 人工瘤胃液的制備

將250 mL預先配制好并在39℃水浴中預熱的培養(yǎng)液與1 000 mL在39℃水浴中預熱的蒸餾水混合之后再加入312.5 mL過濾后并持續(xù)通入CO2氣體的瘤胃液混合，攪拌均勻置于39℃恒溫水浴鍋中保存，人工瘤胃液始終用CO2氣體飽和，待用。

1.4.5 操作步驟

準確稱取飼料樣品200 mg，置于玻璃注射器的前端，取30 mL始終用CO2氣體飽和的人工瘤胃液加到每一個注射器中，排凈注射器中的空氣，密封，然后在39℃的水浴鍋中培養(yǎng)24 h。每個樣品設(shè)3個重復，另設(shè)置3個空白樣品，分別排列于培養(yǎng)框架的前位與后位，以消除試驗誤差。

表3 復合處理麥秸與青貯玉米秸最優(yōu)組合與精料的組合比例Table3 Combination proportion of the best combination of CW-MS and CC

1.4.6 振蕩

培養(yǎng)開始后每隔8 h搖動1次。

1.5 測定指標與方法

將注射器于培養(yǎng)24 h后取出，迅速放入冷水浴中終止發(fā)酵，并將注射器中發(fā)酵液排出至離心管中，立刻測定瘤胃液 pH，然后將瘤胃液離心(4 000 r/min離心15 min)，上清液制樣以備測定瘤胃液氨態(tài)氮(NH3-N)濃度、微生物蛋白質(zhì)(MCP)產(chǎn)量和揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度。

1.5.1 瘤胃液pH

采用25型酸度計測定(北京哈納科儀科技有限公司)。

1.5.2 瘤胃液NH3-N濃度

參照馮宗慈等[6]的比色法進行測定。

1.5.3 瘤胃液MCP產(chǎn)量

參照Cotta等[7]的差速離心法進行測定。

1.5.4 瘤胃液VFA濃度

按照曹慶云等[8]的氣相色譜法測定瘤胃液VFA濃度。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件的一般線性模型(GLM)程序進行方差分析，并進行Duncan氏法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 瘤胃液pH、NH3-N濃度及MCP產(chǎn)量

從表4可見，復合處理麥秸與青貯玉米秸、復合處理麥秸與精料、青貯玉米秸與精料之間以不同比例組合對瘤胃液pH的影響均不顯著(P＞0.05)。

復合處理麥秸∶青貯玉米秸為 60∶40、80∶20 和100∶0時，瘤胃液NH3-N濃度極顯著高于同組合的其他比例(P＜0.01);復合處理麥秸∶精料和青貯玉米秸∶精料均以 40∶60和80∶20時瘤胃液NH3-N濃度最高，顯著或極顯著高于同組合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。

復合處理麥秸∶青貯玉米秸為40∶60時MCP產(chǎn)量最高，顯著或極顯著高于同組合其他比例(P＜0.05或P＜0.01);復合處理麥秸∶精料和青貯玉米秸∶精料均以60∶40時MCP產(chǎn)量最高，極顯著高于同組合其他比例(P＜0.01)。

2.2 瘤胃液VFA濃度

由表5可見，在乙酸和乙酸+丙酸+丁酸總濃度上，復合處理麥秸∶青貯玉米秸為40∶60及60∶40的組合均極顯著高于其他比例的組合(P＜0.01);復合處理麥秸∶精料和青貯玉米秸∶精料中，比例為60∶40和80∶20時均顯著或極顯著高于同組合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)，而這2個比例之間無顯著差異(P＞0.05)。

在乙酸/丙酸上，復合處理麥秸∶青貯玉米秸中，隨著復合處理麥秸比例的增加而提高，但是復合處理麥秸比例為20%～100%的4個組合在乙酸/丙酸上無顯著差異(P＞0.05);復合處理麥秸∶精料和青貯玉米秸∶精料為0∶100和20∶80時乙酸/丙酸低于2.0，且極顯著低于同組合其他比例(P＜0.01)，比例為80∶20的乙酸/丙酸顯著高于比例為60∶40(P＜0.05)，這2個比例極顯著高于同組合其他比例(P＜0.01)。

在丙酸濃度上，復合處理麥秸∶青貯玉米秸為40∶60及60∶40的組合均極顯著高于其他比例的組合(P＜0.01);復合處理麥秸∶精料和青貯玉米秸∶精料均以0∶100時顯著或極顯著高于同組合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。

正常情況下瘤胃液中乙酸、丙酸、丁酸占總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)的比例分別為50% ～65%、18% ～ 25% 和 12% ～ 20%[9]，所以乙酸/丙酸為2.0～3.6屬于正常范圍。在乙酸/丙酸的正常范圍之內(nèi)，乙酸+丙酸+丁酸濃度越高說明瘤胃發(fā)酵效果越好，因而復合處理麥秸∶青貯玉米秸為40∶60和 60∶40、復合處理麥秸∶精料為 60∶40 和80∶20以及青貯玉米秸∶精料為 60∶40 和 80∶20 的組合最有利于瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生VFA。

表4 復合處理麥秸、青貯玉米秸與精料的不同組合對瘤胃液pH、NH3-N濃度及MCP產(chǎn)量的影響Table4 Effects of different combinations of CW，MS and CC on pH，NH3-N concentration and MCP yield in rumen fluid

由于復合處理麥秸、青貯玉米秸與精料的組合及比例對瘤胃液pH影響不顯著(P＞0.05)，而NH3-N濃度為11.77～18.42 mg/dL，均在正常變動范圍[10]，因此對瘤胃發(fā)酵的影響就取決于MCP產(chǎn)量和VFA濃度，綜合考慮MCP產(chǎn)量和VFA濃度，在復合處理麥秸∶青貯玉米秸中，以40∶60的比例為最優(yōu)，在復合處理麥秸∶精料以及青貯玉米秸∶精料的不同組合中均以60∶40為最優(yōu)。

2.3 瘤胃發(fā)酵參數(shù)

由表6可見，最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合(40∶60)與精料以不同比例組合對體外瘤胃液pH影響不顯著(P＞0.05)。在NH3-N濃度方面，當最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合∶精料占 40∶60、80∶20 和 100∶0 時，NH3-N 濃度顯著或極顯著高于其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。在MCP產(chǎn)量方面，復合處理麥秸青貯玉米秸的最優(yōu)組合∶精料為80∶20時，MCP產(chǎn)量最高，極顯著高于其余比例(P＜0.01)。

在乙酸和乙酸+丙酸+丁酸濃度上，最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合∶精料為60∶40和80∶20的組合極顯著高于其他比例(P＜0.01)，在乙酸/丙酸上，該2比例間無顯著差異(P＞0.05)，而極顯著高于其他比例(P＜0.01)。在丙酸濃度上，最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合∶精料為0∶100時極顯著高于其他比例(P＜0.01)。因此最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合∶精料以60∶40和80∶20的比例對瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生VFA最為有利。

3 討論

3.1 復合處理麥秸、青貯玉米秸和精料的不同組合對體外瘤胃液pH、NH3-N濃度及MCP產(chǎn)量的影響

維持正常范圍內(nèi)的pH是保證瘤胃正常發(fā)酵的前提條件之一。一般而言，瘤胃液pH隨采食時間而呈周期性變化，瘤胃液正常pH變動范圍為6～7[11]。本試驗所有組合的pH 為(6.43 ±0.22)～(6.88±0.10)，均在正常范圍內(nèi)，說明飼料間不同組合對體外瘤胃液pH無顯著影響(P＞0.05)。本試驗中不同精粗比例的組合間體外瘤胃液 pH差異不顯著，這與郭冬生[5]和崔海凈等[10]的研究結(jié)果基本一致，而與王中華[14]的論述不一致，究竟是什么原因尚不清楚，有待于進一步探討。

表5 復合處理麥秸、青貯玉米秸與精料的不同組合對瘤胃液VFA濃度的影響Table5 Effects of different combinations of CW，MS and CC on VFA concentration in rumen fluid

瘤胃液中的NH3-N反映了特定飼糧組成下蛋白質(zhì)降解與MCP合成的動態(tài)平衡關(guān)系，是一個動態(tài)平衡指標。一方面飼料被瘤胃微生物分解產(chǎn)生NH3-N;另一方面瘤胃中的微生物利用飼料降解的NH3-N與酮酸合成MCP。瘤胃液中的NH3-N濃度總體上反映飼料的含氮量、飼料蛋白質(zhì)的可溶性和降解特性，因飼料的不同而變動較大。氨(NH3)是瘤胃內(nèi)合成菌體蛋白質(zhì)的主要前體物質(zhì)，瘤胃中NH3的濃度過高或過低都不利于微生物的生長繁殖，進而影響MCP的產(chǎn)量[12]，因此保持瘤胃液最適NH3-N濃度是保證MCP合成的首要條件，有試驗表明，瘤胃液最適NH3-N濃度為8～10 mg/dL，但6.3～27.5 mg/dL時也屬正常變動范圍，不影響微生物的活性，NH3-N濃度過高會造成氮源浪費，NH3-N濃度過低將影響瘤胃能氮平衡、降低瘤胃微生物活性、降低MCP的合成和纖維類物質(zhì)的降解[13]。本試驗飼料間所有組合的瘤胃液NH3-N濃度為(11.77±1.03)mg/dL～(18.42±1.27)mg/dL，均在正常變動范圍內(nèi)，說明瘤胃微生物活性正常。

MCP產(chǎn)量是反映瘤胃消化能力的最重要指標之一，MCP產(chǎn)量的高低實際上就是瘤胃微生物生長繁殖的快慢，該指標主要取決于瘤胃能氮平衡，即碳水化合物和蛋白質(zhì)(含氮化合物)降解的數(shù)量和速度是否協(xié)調(diào)和匹配，當二者降解的數(shù)量和速度越協(xié)調(diào)就可能產(chǎn)生越多的MCP。復合處理麥秸與青貯玉米秸以40∶60的組合時MCP產(chǎn)量最高，在這個組合中復合處理麥秸(含氮量高的飼料)所占比例小;在復合處理麥秸與精料以及青貯玉米秸與精料的組合中均以60∶40為最高，在這2種粗飼料與精料的組合中同樣也是以精料(含氮量高的飼料)所占比例小，說明在瘤胃液pH、NH3-N濃度都處于正常范圍的條件下，瘤胃能氮平衡程度 越高的組合，越有利于MCP的生成。

表6 最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合與精料的不同比例對體外瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響Table6 Effects of the proportion of CC and the best combination of CW-MS on in vitro ruminal fermentation parameters

3.2 復合處理麥秸、青貯玉米秸和精料的不同組合對體外瘤胃液VFA濃度的影響

碳水化合物飼料在瘤胃中發(fā)酵的主要產(chǎn)物是乙酸、丙酸、丁酸等VFA，它們是反芻動物的主要能量來源。瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的VFA以乙酸、丙酸、丁酸為主，占TVFA的95%左右[11]。本試驗復合處理麥秸與精料、青貯玉米秸與精料的組合中，都表明精料比例為100%時乙酸+丙酸+丁酸濃度較高，但乙酸/丙酸低，而粗飼料比例為100%時則相反，這與王中華[14]的論述是一致的。飼料不同組合VFA濃度的高低不僅說明了碳水化合物在瘤胃中消化率的高低，同時，瘤胃中VFA濃度也是衡量瘤胃微生物活力的重要指標，因為在發(fā)酵產(chǎn)生VFA的過程中有能量釋放產(chǎn)生ATP，這些ATP可被微生物作為能源用于維持和生長，特別是用于 MCP 的合成[11]。

3.3 最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合與精料以不同比例組合對瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響

最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合與精料的不同組合中，pH和NH3-N濃度均在正常范圍內(nèi)，在MCP產(chǎn)量方面以最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合占80%時最高，2種最優(yōu)組合粗飼料與精料間的組合和單一粗飼料與精料間的組合對這3個發(fā)酵參數(shù)影響的趨勢是一樣的;但是在乙酸+丙酸+丁酸濃度上，100%的精料與100%的最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合差異不顯著，這與王中華[14]的論述不完全一致，也與本試驗中單一粗飼料與精料間的組合對乙酸+丙酸+丁酸濃度的影響不一致，這可能就是最優(yōu)組合粗飼料與單純的粗飼料的區(qū)別;在最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合再與精料的組合中，精料比例為100%時乙酸/丙酸極顯著低于100%的最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合，這與本試驗單一粗飼料與精料組合時的情況一樣。以上說明這3種飼料在此比例下組合，瘤胃能氮平衡、瘤胃其他內(nèi)環(huán)境指標均有利于MCP的合成及VFA的產(chǎn)生。

4 結(jié)論

①各組合中的最優(yōu)比例分別為復合處理麥秸∶青貯玉米秸 =40∶60、復合處理麥秸∶精料 =60∶40、青貯玉米秸∶精料 =60∶40以及最優(yōu)復合處理麥秸與青貯玉米秸組合(40∶60)∶精料 =80∶20。

②復合處理麥秸、青貯玉米秸和精料最優(yōu)的組合比例是 32∶48∶20。

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