羅 陽 王洪榮* 侯啟瑞
(1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,揚(yáng)州 225009;2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所,鎮(zhèn)江 212018)
桑(MorusalbaL.)是我國傳統(tǒng)的藥食兼用植物[1]。桑葉(mulberry leaves,ML)以其蛋白質(zhì)含量高[占干物質(zhì)(DM)含量的20%左右]、適口性好、消化率高,并且還含有豐富的微量元素、維生素和比例適宜的氨基酸的特點(diǎn),可以被用作一種優(yōu)質(zhì)的畜禽飼料。此外,桑葉中還含有黃酮、多糖、植物甾醇、γ-氨基丁酸等生物活性物質(zhì),以及三萜類和香豆素等功能性營養(yǎng)成分,這些物質(zhì)有利于瘤胃微生物的生長繁殖,能維持瘤胃內(nèi)環(huán)境的健康穩(wěn)定,使瘤胃能夠更有效地分解利用飼糧中的各種成分。桑樹在我國大部分地區(qū)都有種植,而南方地區(qū)的許多桑葉園由于雇工成本的提高和桑蠶工業(yè)的沒落都被荒棄,造成了桑葉資源的浪費(fèi)。羊草(Leymuschinensis,LC),又稱堿草,用其調(diào)制出的干草具有顏色濃綠、氣味芳香、營養(yǎng)豐富的特點(diǎn),是一種優(yōu)良的禾本科飼草[2]。飼糧的組合效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是指來自不同飼料源的營養(yǎng)性物質(zhì)、非營養(yǎng)性物質(zhì)以及抗?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)之間互作的整體效應(yīng)[3]。增加飼糧之間的正組合效應(yīng)可以提高飼糧的利用率,節(jié)約養(yǎng)殖成本。德國霍恩海姆大學(xué)的Menke等[4]首先利用體外注射器內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)氣的方法來評(píng)價(jià)飼糧的營養(yǎng)價(jià)值,這種方法具有簡便、經(jīng)濟(jì)、快速的特點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于飼糧的營養(yǎng)價(jià)值評(píng)定。目前,人們對(duì)桑葉的研究多集中在用其替代蛋白質(zhì)飼料[5]和提取、利用它的活性成分[6]上,缺少將桑葉直接作為粗飼料利用并且是否與羊草之間存在組合效應(yīng)的研究。因此,本試驗(yàn)擬采用人工瘤胃技術(shù),將桑葉與羊草以不同比例混合作為發(fā)酵底物,測定產(chǎn)氣參數(shù)和發(fā)酵指標(biāo),進(jìn)而評(píng)價(jià)兩者之間的組合效應(yīng),旨在探究桑葉作為反芻動(dòng)物粗飼料的飼用價(jià)值以及與羊草之間的最佳組合比例。
本試驗(yàn)所用桑葉和羊草分別由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所和揚(yáng)州大學(xué)試驗(yàn)農(nóng)牧場提供。桑葉和羊草采集后,經(jīng)65 ℃烘干制成風(fēng)干樣并粉碎過40目篩保存,參照張麗英[7]主編的《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》測定樣品中的DM和粗灰分(Ash)含量,參照GB/T 6433—2006《飼料中粗脂肪的測定》[7]測定樣品中的粗脂肪(EE)含量,應(yīng)用凱氏定氮法測定樣品中的粗蛋白質(zhì)(crude protein,CP)含量,利用Van Soest氏法測定樣品中的中性洗滌纖維(neutral detergent fiber,NDF)和酸性洗滌纖維(acid detergent fiber,ADF)含量。
本試驗(yàn)選取4頭健康狀況良好、體重相近、裝有永久性瘤胃瘺管的薩能山羊?yàn)榱鑫敢汗w。山羊的飼糧為燕麥草,同時(shí)補(bǔ)飼精料(玉米∶豆粕=6∶4),日喂2次(08:00和17:00),自由飲水。試驗(yàn)當(dāng)天于晨飼前,利用自制真空負(fù)壓裝置,從3只瘺管羊瘤胃中抽取瘤胃液,混勻后迅速經(jīng)4層紗布過濾,裝入39 ℃預(yù)熱并充滿二氧化碳(CO2)的保溫瓶中,帶回實(shí)驗(yàn)室后置于39 ℃水浴鍋中保溫,并持續(xù)通入CO2以待接種。
參照Cone等[8]的方法配制人工唾液,將8.75 g碳酸氫鈉(NaHCO3)、1.00 g碳酸氫銨(NH4HCO3)、1.43 g磷酸氫二鈉(Na2HPO4)、1.55 g磷酸二氫鉀(KH2PO4)、0.15 g七水合硫酸錳(MgSO4·7H2O)、0.52 g硫化鈉(Na2S)、0.015 g四水合氯化錳(MnCl2·4H2O)、0.002 g六水合氯化鈷(CoCl2·6H2O)、0.012 g六水合氯化鐵(FeCl3·6H2O)、0.017 g二水合氯化鈣(CaCl2·2H2O)和1.25 mg刃天青溶解在1 L蒸餾水中,接種前在39 ℃水浴鍋中預(yù)熱并持續(xù)緩慢通入高純CO2直至pH為6.8。
1.4.1 體外發(fā)酵產(chǎn)氣試驗(yàn)
將桑葉與羊草分別按0∶100(T0組)、20∶80(T20組)、40∶60(T40組)、60∶40(T60組)、80∶20(T80組)、100∶0(T100組)的比例混合均勻作為發(fā)酵底物,營養(yǎng)水平見表1。稱取0.5 g混合后的發(fā)酵底物于不同的100 mL發(fā)酵瓶中,每組7個(gè)重復(fù)。將50 mL人工唾液和25 mL瘤胃液迅速注入培養(yǎng)瓶中,并向瓶內(nèi)持續(xù)通入CO2約5 s,后立即旋緊橡皮塞,將培養(yǎng)瓶與64路AGRS-Ⅲ型體外發(fā)酵產(chǎn)氣自動(dòng)記錄裝置的氣路相連接,在39 ℃恒溫下連續(xù)培養(yǎng)72 h。
表1 不同比例桑葉與羊草組合發(fā)酵底物的營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))
1.4.2 體外發(fā)酵批次培養(yǎng)試驗(yàn)
同上配制人工唾液和稱取底物,再添加1個(gè)空白組,即發(fā)酵瓶中只有瘤胃液與人工唾液,每組設(shè)18個(gè)重復(fù),在SHA-A型恒溫振蕩水浴鍋中進(jìn)行72 h的體外發(fā)酵培養(yǎng)。分別在培養(yǎng)開始后0、3、6、12、24、48、72 h進(jìn)行取樣[9],每次取出各組3個(gè)發(fā)酵瓶,用濾袋過濾出全部殘?jiān)⑹占^濾出的培養(yǎng)液。將培養(yǎng)液分裝至2個(gè)10 mL離心管和3個(gè)2 mL離心管中,置于-80 ℃冰箱保存,用于揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、氨氮(NH3-N)和微生物蛋白(MCP)濃度等指標(biāo)的測定。將殘?jiān)?jīng)洗滌、烘干后用于測定體外有機(jī)物消化率(IVDOM)。
1.5.1 產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)的計(jì)算
參照?rskov等[10]提出的公式數(shù)據(jù)模型對(duì)各組的產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸擬合:
GPt=a+b×(1-e-ct)。
式中:GPt為t時(shí)間點(diǎn)的累積產(chǎn)氣量(mL/g DM);a為快速產(chǎn)氣部分,即發(fā)酵初始時(shí)間點(diǎn)的產(chǎn)氣量(mL/g DM);b為緩慢產(chǎn)氣部分,即理論最大產(chǎn)氣量(mL/g DM);c為體外發(fā)酵產(chǎn)氣速率常數(shù)(mL/h),a+b表示潛在產(chǎn)氣量(mL/g DM)。
1.5.2 VFA濃度的測定
VFA濃度參照Khorasani等[11]的方法用氣相色譜測定。培養(yǎng)液經(jīng)10 000×g離心10 min后取上清液1 mL,加入0.2 mL 20%的含60 mmol/L巴豆酸的偏磷酸溶液,混勻后經(jīng)10 000×g離心,取0.4 μL上清液用于氣相色譜儀(GC-9A,日本島津公司)測定。總揮發(fā)性脂肪酸(TVFA)濃度為乙酸、丙酸和丁酸的濃度之和。
1.5.3 NH3-N濃度的測定
利用比色法測定NH3-N的濃度。取培養(yǎng)液4 mL經(jīng)400×g離心10 min后取上清50 μL于10mL試管,依次加苯酚試劑(準(zhǔn)確稱取苯酚9.975 7 g,亞硝基鐵氰化鉀50.65 mg加水溶解并定容至1 000 mL)和次氯酸鈉試劑(稱取氫氧化鈉5 g,加少量蒸餾水,冷卻后加20 mL次氯酸鈉混勻,定容至1 000 mL)各3 mL,混勻后經(jīng)60 ℃水浴10 min后立即冷水冷卻,用756型可見紫外分光光度計(jì)測定546 nm的吸光度值(OD546 nm)。
1.5.4 MCP濃度的測定
參照蘇海涯[12]的方法測定培養(yǎng)液中MCP的濃度。標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作:1)分別稱取5、15、25、35、45和55 mg的酵母RNA于10 mL離心管中,并加入2 mL 0.6 mol/L的高氯酸(HClO4)于90~95 ℃水浴1 h,冷卻;2)再分別加入6 mL 28.5 mmol/L磷酸二氫銨(NH4H2PO4)溶液,于90~95 ℃15 min,冷卻后在3 000×g離心10 min;3)取1.6 mL上清液,向上清液中加入6 mL 0.2 mol/L NH4H2PO4溶液,并用濃硫酸調(diào)整溶液pH為2~3;4)取調(diào)整pH后的溶液3.8 mL,并向其中加入0.2 mL 0.4 mol/L 硝酸銀(AgNO3)溶液,混合后
于5 ℃條件下避光過夜;5)過夜后于3 000×g離心10 min,棄上清液,用4.5 mL蒸餾水(用濃硫酸調(diào)pH為2)沖洗沉淀,再于3 000×g離心10 min,棄上清液;6)向沉淀中加入5 mL 0.5 mol/L HCl,混勻在90~95 ℃條件下水浴30 min,以3 000×g離心10 min;7)上清液用0.5 mol/L HCl稀釋40倍后,以0.5 mol/L HCl作參比,在260 nm下比色,根據(jù)吸光度值作標(biāo)準(zhǔn)曲線。
培養(yǎng)液中MCP濃度的測定:取8 mL培養(yǎng)液于3個(gè)10 mL離心管,在20 000×g條件下離心20 min,棄上清液后加入2.104 mL 0.6 mol/L HClO4,于90~95 ℃水浴1 h,冷卻;按標(biāo)準(zhǔn)曲線制作的步驟2~6進(jìn)行操作;以0.5 mol/L HCl作參比,在260 nm下比色,根據(jù)吸光度值和標(biāo)準(zhǔn)曲線求出RNA測定值,再根據(jù)以下公式計(jì)算MCP濃度:
MCP濃度(mg/mL)=RNA測定值(mg/mL)× RNA含氮量(17.83%)×稀釋倍數(shù)×6.25/ 細(xì)菌中RNA含氮量(10%)。
1.5.5 IVDOM和培養(yǎng)液pH的測定
IVDOM的測定參照張麗英[7]主編的《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》中的方法,計(jì)算公式如下:
IVDOM(%)=100×[m1-(m2-m3)]/m1。
式中:m1為底物有機(jī)物含量(g);m2為殘?jiān)挠袡C(jī)物含量(g);m3為空白組殘?jiān)袡C(jī)物含量(g)。
使用pHS-3C型pH計(jì)測定培養(yǎng)液的pH。
1.5.6 組合效應(yīng)的評(píng)估公式
加權(quán)估算值=T0組測定值×羊草的比例+ T100組測定值×桑葉的比例[13]; 單項(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)(SFAEI,%)=100×(實(shí)測值- 加權(quán)估算值)/加權(quán)估算值[13]; 組合效應(yīng)綜合指數(shù)(MFAEI,%)=∑SFAEI= SFAEI累積產(chǎn)氣量+SFAEIIVDOM+SFAEIMCP+ SFAEINH3-N+SFAEITVFA[14]。
各試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2016進(jìn)行整理,利用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件的one-way ANOVA進(jìn)行單因素方差分析,使用LSD法進(jìn)行多重比較,P<0.05為顯著差異。
由表2可知,隨著桑葉比例的提高,理論最大產(chǎn)氣量、潛在產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)氣量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。T100組的理論最大產(chǎn)氣量、潛在產(chǎn)氣量和累積產(chǎn)氣量都顯著高于其他各組(P<0.05),T0、T20和T40組之間的這3個(gè)指標(biāo)沒有顯著差異(P>0.05)。
表2 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵產(chǎn)氣參數(shù)的影響
同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)無字母或相同字母時(shí)表示差異不顯著(P>0.05),肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。下表同。
In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference (P>0.05), while with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05). The same as below.
由表3可知,隨著時(shí)間的延長,培養(yǎng)液pH呈現(xiàn)下降趨勢。在3、6和12 h時(shí),各組培養(yǎng)液pH沒有顯著差異(P>0.05);在24 h時(shí),T100組的培養(yǎng)液pH顯著低于T0、T20和T40組(P<0.05);在48和72 h時(shí),T60、T80和T100組的培養(yǎng)液pH都顯著低于T0、T20和T40組(P<0.05)。
表3 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵培養(yǎng)液pH的影響
由表4可知,隨著時(shí)間的延長,各組培養(yǎng)液乙酸和丙酸的濃度總體呈現(xiàn)先升高趨勢。在12和48 h時(shí),T80組的培養(yǎng)液乙酸和TVFA的濃度顯著高于其他各組(P<0.05)。在72 h時(shí),T60、T80和T100組的培養(yǎng)液乙酸和TVFA的濃度沒有顯著差異(P>0.05),但均顯著高于其他各組(P<0.05)。在12和48 h時(shí),T80和T100組的培養(yǎng)液丙酸濃度顯著高于其他各組(P<0.05)。在12、72 h時(shí),T60、T80組的培養(yǎng)液乙酸/丙酸顯著高于其他各組(P<0.05)。
表4 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵培養(yǎng)液VFA濃度的影響
由表5可知,隨著時(shí)間的延長,各組培養(yǎng)液NH3-N的濃度呈上升趨勢。在3 h時(shí),T40、T60、T80和T100組的NH3-N濃度要顯著高于T0組(P<0.05);在6、12和72 h時(shí),T60、T80和T100組的培養(yǎng)液NH3-N濃度顯著高于T0、T20和T40組(P<0.05);在24 h時(shí),T60組的NH3-N濃度顯著高于其他各組(P<0.05);在48 h時(shí),T80組NH3-N濃度顯著高于T0、T20、T40和T60組(P<0.05)。
表5 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵NH3-N濃度的影響
由表6可知,在12和48 h時(shí),T60、T80和T100組的培養(yǎng)液MCP濃度沒有顯著差異(P>0.05),在72 h時(shí),T60和T100組的培養(yǎng)液MCP濃度沒有顯著差異(P>0.05),但都顯著高于其他各組(P<0.05)。在6和24 h時(shí),T100組的培養(yǎng)液MCP濃度顯著高于其他各組(P<0.05)。
表6 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵培養(yǎng)液MCP濃度的影響
由表7可知,隨著時(shí)間的延長和桑葉比例的提高,IVDOM呈現(xiàn)升高的趨勢。在6、24、48和72 h時(shí),T100組的IVDOM顯著高于其他各組(P<0.05)。
表7 不同比例桑葉與羊草組合對(duì)72 h體外發(fā)酵IVDOM的影響
由表8可知,T40組累積產(chǎn)氣量、TVFA、MCP和NH3-N的SFAEI和MFAEI,以及T20和T80組累積產(chǎn)氣量、T20組NH3-N的SFAEI存在負(fù)組合效應(yīng),而其他各組指標(biāo)則都是正組合效應(yīng)或不存在組和效應(yīng)。T60組MCP、TVFA和NH3-N的SFAEI高于其他各組,IVDOM的SFAEI隨著桑葉比例的提高有降低的趨勢。T60組的MFAEI高于其他各組。
表8 不同比例桑葉與羊草的組合效應(yīng)指數(shù)
產(chǎn)氣量的多少可以反映飼料的可發(fā)酵程度的高低,它由瘤胃微生物的降解能力與發(fā)酵底物的自身特性共同決定[15],其中底物中的CP較容易被發(fā)酵,NDF則不易被發(fā)酵。Nsahlai等[16]研究發(fā)現(xiàn),體外發(fā)酵的累積產(chǎn)氣量與發(fā)酵底物的CP含量呈正相關(guān),而與底物的NDF含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在本試驗(yàn)中,桑葉的CP含量高于羊草,而NDF含量則低于羊草,隨著桑葉比例的提高,底物中CP含量提高,NDF含量降低,累積產(chǎn)氣量也隨之升高。此外,Liu等[17]將稻草與桑葉以不同比例混合作為底物進(jìn)行體外發(fā)酵產(chǎn)氣試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨著桑葉比例的提高,累積產(chǎn)氣量也隨之提高,與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。
pH的高低可以在一定程度上反映瘤胃的發(fā)酵情況,瘤胃微生物適宜生長繁殖的pH范圍是6~7。在本試驗(yàn)中,由于體外發(fā)酵會(huì)導(dǎo)致VFA的積累,從而使培養(yǎng)液的pH隨著時(shí)間的延長呈現(xiàn)下降的趨勢,但均在適宜范圍內(nèi),不會(huì)影響瘤胃微生物的活性。
飼糧中的多糖分解產(chǎn)生的單糖被瘤胃微生物攝取后,在細(xì)胞內(nèi)酶的作用下迅速地被降解為VFA,它們是反芻動(dòng)物主要的能量來源。瘤胃液中VFA的比例和濃度與飼糧的組成有關(guān),當(dāng)飼糧中的纖維含量提高時(shí),瘤胃液中TVFA濃度降低,但其中乙酸比例會(huì)有所提高[18]。Allen[19]和韓繼福等[20]都發(fā)現(xiàn),瘤胃液中乙酸濃度與飼糧中NDF含量間具有高度的正相關(guān)。本試驗(yàn)中,隨著桑葉比例的提高,底物中NDF的含量降低,而乙酸和丙酸的濃度都呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢,其中T60和T80組的乙酸和丙酸濃度要高于其他各組。這可能是由于桑葉的可發(fā)酵性高于羊草,更容易被微生物分解利用,所以桑葉能快速發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸等VFA,從而使乙酸和丙酸的濃度隨著桑葉比例的增加而提高,且桑葉與羊草存在組合效應(yīng)使T60和T80組乙酸和丙酸濃度要高于T0和T100組的乙酸和丙酸的濃度,這與孫麗莎[21]研究蠶沙和稻秸的組合效應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果一致。
瘤胃中的NH3-N是瘤胃微生物的主要氮源,適宜的NH3-N濃度可以促進(jìn)瘤胃微生物的生長繁殖,而NH3-N濃度過高會(huì)造成氮源浪費(fèi),過低則會(huì)限制瘤胃微生物的活力。在本試驗(yàn)第6、12和72 h時(shí),T60、T80和T100組的NH3-N濃度都要顯著的高于其他3組,由于培養(yǎng)液中的NH3-N主要來自瘤胃微生物對(duì)底物中含氮物質(zhì)的降解所產(chǎn)生,而這3組底物中的蛋白質(zhì)含量要高于其他3組,從而可能造成了NH3-N濃度的升高。
MCP是反芻動(dòng)物最主要的蛋白質(zhì)供應(yīng)者,它能提供反芻動(dòng)物蛋白質(zhì)需要的40%~80%。飼糧的類型對(duì)MCP的合成有顯著影響。Stern等[22]研究發(fā)現(xiàn),飼糧的碳水化合物和蛋白質(zhì)以及兩者的同步分解水平?jīng)Q定著瘤胃微生物的生長,從而能改變MCP的合成效率。本試驗(yàn)中,隨著桑葉比例的提高,底物中優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的含量提高,MCP濃度有著升高的趨勢,這與李妍等[23]的研究結(jié)果相一致。
飼糧中粗纖維含量越高,消化率越低,而CP含量越高,消化率則越高。劉潔等[24]研究發(fā)現(xiàn)IVDOM和飼料中的CP和NDF含量顯著相關(guān)。Menke等[25]研究發(fā)現(xiàn)IVDOM與累積產(chǎn)氣量存在高度正相關(guān)的關(guān)系。本試驗(yàn)中,隨著桑葉比例的提高,CP含量升高,NDF含量降低,累積產(chǎn)氣量和IVDOM都隨之提高,與前人的研究結(jié)果一致。
盧德勛[26]針對(duì)體外培養(yǎng)中多時(shí)間點(diǎn)、多指標(biāo)組合效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估,提出用MFAEI將體外發(fā)酵所測得的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合量化,再來評(píng)定飼糧間的組合效應(yīng)。因此,本試驗(yàn)綜合考慮累積產(chǎn)氣量、VFA、NH3-N、MCP和IVDOM幾個(gè)因素進(jìn)行計(jì)算分析,發(fā)現(xiàn)72 h時(shí)組合效應(yīng)最大的組合是T60組,而T40組出現(xiàn)了負(fù)組合效應(yīng),這可能是由于本試驗(yàn)只考慮了72 h這1個(gè)時(shí)間點(diǎn)的MFAEI,存在時(shí)間上一定的片面性,從而出現(xiàn)了暫時(shí)的負(fù)組合效應(yīng),對(duì)總體的試驗(yàn)結(jié)果并沒有影響。在實(shí)際生產(chǎn)中,羊的飼糧中添加了精料,由于精料更容易被瘤胃微生物分解利用,在飼糧進(jìn)入在羊的瘤胃后,精料會(huì)迅速發(fā)酵成短鏈脂肪酸等物質(zhì),期間伴隨著極少部分的粗料被降解,而在精料快被利用完全時(shí),瘤胃微生物才會(huì)去利用較難分解的粗料,所以體外桑葉與羊草的最佳比例在實(shí)際生產(chǎn)中也具有一定的參考價(jià)值。
桑葉與羊草的組合能夠改善體外瘤胃發(fā)酵特性,即存在正組合效應(yīng),其中桑葉與羊草的最佳比例為60∶40。
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