青貯金針菇對荷斯坦奶牛瘤胃發(fā)酵、甲烷排放及原生動物數(shù)量的影響

王秋玲，莫建光，陽春苗*

（1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)賽恩斯新醫(yī)藥學(xué)院 藥學(xué)系，廣西南寧 530222；2.廣西華測檢測有限公司，廣西南寧 530222）

反芻動物腸道甲烷的產(chǎn)生是全球溫室氣體排放的原因之一，這種溫室氣體主要由瘤胃產(chǎn)甲烷菌在飼料發(fā)酵過程中釋放的二氧化碳和氫氣產(chǎn)生。原生動物數(shù)量與甲烷產(chǎn)量之間存在很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，說明原生動物和瘤胃產(chǎn)甲烷菌在甲烷生產(chǎn)過程中都發(fā)揮著重要作用。飼料的化學(xué)成分影響瘤胃發(fā)酵和生態(tài)，從而影響腸道甲烷的排放。蘑菇含有木質(zhì)素分解酶的能力，幫助降解幾個木質(zhì)纖維素基質(zhì)，并產(chǎn)生包括單寧在內(nèi)的酚類化合物。單寧具有抗菌特性，其在飼料中有可能減少反芻動物的甲烷排放（Waghorn，2008）。然而，有關(guān)反芻動物瘤胃發(fā)酵微生物區(qū)系和發(fā)酵模式的信息有限。本試驗研究日糧中添加青貯金針菇對奶牛干物質(zhì)攝入量、養(yǎng)分消化、瘤胃發(fā)酵、甲烷產(chǎn)生及原生動物數(shù)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計 試驗選擇15頭荷斯坦奶牛[（542±68）kg]，隨機(jī)分為 5組，每組 3個重復(fù)，每個重復(fù)1頭牛。試驗一共設(shè)計5種日糧，對照組飼喂基礎(chǔ)日糧，各處理組分別添加青貯金針菇，處理1組（90%青貯金針菇，10%玉米秸稈），處理2組（90%青貯金針菇，9%玉米秸稈，1%尿素），處理3組（80%青貯金針菇，20%玉米秸稈），處理4組（80%青貯金針菇，19%玉米秸稈，1%尿素）。試驗期分為2周適應(yīng)期和1周數(shù)據(jù)收集期。日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。每天收集奶牛干物質(zhì)攝入量，每天飼喂兩次，進(jìn)行后1 h后收集糞便，分析飼料和糞便中養(yǎng)分含量。

表1 日糧組成及營養(yǎng)水平

1.2 瘤胃發(fā)酵與原生動物數(shù)量 參考較早的文獻(xiàn)報道對瘤胃發(fā)酵性能進(jìn)行評估（Pounden，1952）。瘤胃原生動物總量、全毛蟲科和螺旋體原生動物數(shù)量參考Onodera等（1997）的研究方法進(jìn)行分析。

1.3 甲烷排放 參考Steele等（1987）的研究方法分析奶牛腸道甲烷產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計分析 試驗數(shù)據(jù)采用SAS軟件General Linear Model進(jìn)行分析，組間差異用Tukey’s test進(jìn)行多重比較，P＜0.05代表組間差異顯著。同時分別研究金針菇添加水平和尿素的主效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 青貯金針菇對奶牛養(yǎng)分?jǐn)z入量和消化率的影響 由表2可以看出，日糧添加不同水平青貯金針菇對酸性洗滌木質(zhì)素的攝入量無顯著影響（P＞0.05）。飼糧中添加青貯金針菇較對照組顯著提高了酸性洗滌木質(zhì)素的攝入量（P＜0.05）。不同處理日糧的干物質(zhì)攝入量無顯著差異（P＞0.05）。金針菇添加水平（80%和90%）和尿素對干物質(zhì)和其他營養(yǎng)素的攝入量無顯著影響（P＞0.05）。

由表3可知，青貯金針菇日糧的干物質(zhì)消化率在702～725 g/kg，與對照組日糧的干物質(zhì)消化率無顯著差異（P＞0.05）。盡管表2的結(jié)果顯示，在青貯金針菇日糧中酸性洗滌木質(zhì)素的攝取量顯著增加（P＜0.05），中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的攝入量數(shù)值上表現(xiàn)為顯著增加，但其消化率并未像預(yù)期的那樣變化。

表 2 日糧添加青貯金針菇對奶牛養(yǎng)分?jǐn)z入量的影響 ??????????kg/d

2.2 青貯金針菇對奶牛瘤胃發(fā)酵性能的影響由表4可以看出，奶牛瘤胃發(fā)酵參數(shù)顯示，處理組日糧中添加青貯金針菇對瘤胃pH、氨氮和丁酸濃度無顯著影響（P＞0.05）。與對照組相比，在處理組日糧中添加青貯金針菇顯著增加總短鏈脂肪酸（SCFA）和丙酸含量（P＜0.05），但乙酸含量及乙酸與丙酸比值顯著降低（P＜0.05）。結(jié)果還表明，添加青貯金針菇和尿素對短鏈脂肪酸含量有顯著影響（P＜0.05）。日糧添加80%青貯金針菇和1%尿素時，乙酸濃度顯著高于未添加尿素組（P＜0.05）。另一方面，青貯金針菇日糧添加尿素顯著降低了瘤胃丁酸含量（P＜0.05）。

2.3 青貯金針菇對奶牛甲烷排放和原生動物數(shù)量的影響 由表5可知，不同日糧組荷斯坦奶牛瘤胃液中總原生動物種群數(shù)量差異顯著（P＜0.05）。與對照組相比，在日糧中添加青貯金針菇可顯著降低瘤胃原生動物總數(shù)（P＜0.05）。飼糧中添加青貯金針菇可導(dǎo)致荷斯坦奶牛瘤胃原生動物總數(shù)的逐步減少（P＜0.05）。青貯金針菇日糧組螺旋體數(shù)量顯著高于對照組（P＜0.05），而各處理組對螺旋體數(shù)量的影響無顯著差異（P＞0.05）。與對照組相比，飼喂青貯金針菇的荷斯坦奶牛甲烷排放量顯著降低（P＜0.05），其中90%青貯金針菇組甲烷排放量和甲烷排放能量損失最低。

表4 日糧添加青貯金針菇對奶牛瘤胃發(fā)酵性能的影響

表5 日糧添加青貯金針菇對奶牛甲烷排放和原生動物數(shù)量的影響

3 討論

3.1 化學(xué)組成 蘑菇生長在培養(yǎng)基上，培養(yǎng)基通常由木屑、木皮和刨花等富含纖維素和木質(zhì)素的物質(zhì)組成。木質(zhì)素通過阻斷瘤胃微生物對纖維素和半纖維素的接觸，降低了瘤胃微生物消化木質(zhì)素多糖的能力（于榮利等，2004）。然而，金針菇在生長過程中會分泌包括苯酚氧化酶和過氧化物酶在內(nèi)的胞外酶，能有效分解木質(zhì)纖維素，使其更容易被反芻動物消化。因此，廢蘑菇底物的灰分、粗蛋白質(zhì)和脂肪含量隨時間增加而增加，但不隨細(xì)胞壁化合物的增加而增加（袁仲，2005）。本試驗結(jié)果顯示，青貯金針菇日糧的纖維高于對照組，其他化學(xué)成分的濃度在以青貯金針菇為基礎(chǔ)的日糧組和對照組之間沒有差異，這表明以青貯金針菇可用作反芻動物的粗飼料來源。在處理日糧中添加青貯金針菇導(dǎo)致日糧總酚和單寧含量增加與Aslam和Saifullah（2013）的研究結(jié)果一致。Chang和Miles（2004）報道，金針菇在青貯過程中酚類化合物從木質(zhì)素中釋放出來，其認(rèn)為木質(zhì)素的分解過程并不清楚，但青貯在降解木質(zhì)素和細(xì)胞外的酚類酶（乳酸酶、過氧化物酶和酪氨酸酶）的產(chǎn)生之間存在明顯相關(guān)性，這些酶會氧化酚類化合物，如沒食子酸和單寧酸，長期以來認(rèn)為這些氧化反應(yīng)參與了復(fù)雜酚類物質(zhì)向簡單芳香族化合物的轉(zhuǎn)化，這些芳香族化合物可以被蘑菇菌絲吸收用于自身生長。這也是解釋本研究中發(fā)現(xiàn)青貯金針菇日糧中總酚和單寧含量較高的原因。

3.2 青貯金針菇對奶牛養(yǎng)分?jǐn)z入量和消化率的影響 青貯金針菇組纖維的日攝入量較高，這與基礎(chǔ)日糧中添加青貯金針菇使日糧纖維水平升高有關(guān)。青貯金針菇日糧主要是細(xì)胞壁成分，但消化率系數(shù)不受高粗纖維和酸性洗滌木質(zhì)素攝入量的影響。本研究結(jié)果表明，金針菇青貯飼料可在不顯著改變大多數(shù)營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的情況下替代荷斯坦牛日糧中高達(dá)400 g/kg的干草。本研究得到的青貯金針菇對養(yǎng)分消化率的影響結(jié)果與Khattaba等（2013）一致。Okano等（2005）報道尿素處理青貯金針菇對粗蛋白質(zhì)和纖維含量的消化率有正向影響，因為添加尿素后消化率的提高是由于分解纖維的微生物氮供應(yīng)增加，以及可能通過尿素水解的堿性產(chǎn)物-氨可以分解木質(zhì)纖維素鍵（Islam 等，2001）。

3.3 青貯金針菇對奶牛瘤胃發(fā)酵性能的影響Eugene等（2004）認(rèn)為，瘤胃螺旋體原蟲影響瘤胃對飼料的發(fā)酵，進(jìn)而影響瘤胃微生物生態(tài)學(xué)，這也導(dǎo)致了包括甲烷在內(nèi)的瘤胃發(fā)酵最終產(chǎn)物的數(shù)量和比例發(fā)生變化。當(dāng)原生動物在發(fā)酵過程中攝入有機(jī)物和水解纖維時，產(chǎn)生的短鏈脂肪酸主要為乙酸和丁酸，丙酸含量相對較低。日糧中纖維含量的增加通常會導(dǎo)致反芻動物pH、乙酸與丙酸比值的增加，以及短鏈脂肪酸總濃度的降低。然而，本試驗的研究結(jié)果顯示，青貯金針菇組瘤胃中乙酸的含量低于對照組，作者推測這可能是因為金針菇的粒徑小于干草，因為較小的飼料顆?？赡芫哂休^高的消化率和通過后腸的速度。

3.4 青貯金針菇對奶牛甲烷排放和原生動物數(shù)量的影響 瘤胃中有兩種主要的原生動物類群，即螺旋體和全毛蟲，它們對營養(yǎng)物質(zhì)的需求不同，前者主要攝取和發(fā)酵顆粒物質(zhì)，而后者主要利用可溶性碳水化合物（Newbold等，2015）。瘤胃原生動物種群大小與纖維素分解菌和產(chǎn)甲烷菌種群大小呈正相關(guān)，有報道指出，甲烷排放與瘤胃原生動物種群之間是正相關(guān)關(guān)系（Newbold等，2015）。本研究結(jié)果也表明了甲烷排放與原生動物種群之間存在正相關(guān)關(guān)系。Zhang等（2007）報道了產(chǎn)甲烷菌的最佳pH為6.8～7.2，本試驗中以青貯金針菇為基礎(chǔ)的日糧飼喂奶牛后瘤胃pH為6.62～6.72，低于最優(yōu)pH范圍，但采用對照日糧飼養(yǎng)的奶牛瘤胃pH=6.81，在最優(yōu)pH范圍內(nèi)，這與本研究的甲烷排放結(jié)果一致，對照組甲烷排放量要高于青貯金針菇組。

包括單寧在內(nèi)的酚類化合物被認(rèn)為是瘤胃發(fā)酵的調(diào)節(jié)劑，具有抑制甲烷產(chǎn)生的潛力（Bhatta等，2014）。酚類化合物通過與細(xì)胞外微生物酶相互作用，以及分解微生物生長所需的基質(zhì)發(fā)揮著重要的抗菌作用（Patra和 Saxana，2011）。在本研究中，日糧中總酚和單寧含量隨青貯金針菇水平的增加而增加，這也解釋了該組瘤胃發(fā)酵和原生動物種群顯著減少的原因。

4 結(jié)論

金針菇廢棄底物與尿素、玉米秸稈混合日糧可以提高奶牛日糧的營養(yǎng)價值。日糧添加青貯金針菇顯著降低了奶牛瘤胃原生動物種群和腸道甲烷排放量。因此，以青貯金針菇為基礎(chǔ)的青貯飼料是降低反芻動物甲烷排放導(dǎo)致能量損失的一種可行方法。