全株玉米青貯、小麥秸稈、苜蓿干草組合的體外消化特性及組合效應(yīng)研究

程 景 張?jiān)獞c 張丹丹 李 博 靳 光 王棟才 徐 芳 孫銳鋒

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，太原 030032)

飼料原料間可產(chǎn)生組合效應(yīng)，飼糧的表觀消化率并不簡(jiǎn)單是飼糧中各組分的表觀消化率的加權(quán)值總和。大量研究表明，飼料原料在飼糧體系中存在廣泛的正負(fù)組合效應(yīng)。盧德勛[1]指出，當(dāng)飼料原料間的互作使得飼糧中某種養(yǎng)分的采食量或者利用率高于各飼料原料的加權(quán)值時(shí)為正組合效應(yīng)。飼糧中粗飼料的來(lái)源、比例、利用率及組合效應(yīng)是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)[2]。應(yīng)通過(guò)飼糧組分的合理配比來(lái)控制飼料原料間的組合效應(yīng)，盡量避免飼料原料間的負(fù)組合效應(yīng)，最大限度地發(fā)揮正組合效應(yīng)，以提高飼糧的綜合營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和利用率[3]。

隨著反芻動(dòng)物養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，粗飼料缺口日益增大，而隨著人們生活水平和動(dòng)物生產(chǎn)水平的提高，對(duì)粗飼料質(zhì)量的要求也隨之提高。小麥作為我國(guó)三大糧食作物之一，其秸稈數(shù)量龐大，但適口性差，可發(fā)酵碳水化合物含量低，作為粗飼料使用時(shí)消化率低[2]。苜蓿是公認(rèn)的優(yōu)質(zhì)粗飼料，但我國(guó)苜蓿產(chǎn)量不足，需大量進(jìn)口，且苜蓿價(jià)格居高不下。隨著“糧改飼”政策的推進(jìn)，飼用玉米現(xiàn)在廣泛種植，其生產(chǎn)的全株玉米青貯已經(jīng)不再局限于奶牛，也逐步向肉牛推廣，成為反芻動(dòng)物生產(chǎn)中最重要的粗飼料來(lái)源。針對(duì)小麥秸稈高纖維、低蛋白質(zhì)的特性，配合使用苜蓿、全株玉米青貯等優(yōu)質(zhì)粗飼料可為瘤胃微生物提供足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)合理配比來(lái)充分激發(fā)粗飼料間的正組合效應(yīng)，提高小麥秸稈的利用率[4-6]，這既能最大限度發(fā)揮飼糧的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，又能緩解環(huán)境壓力，保證畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展，推進(jìn)我國(guó)發(fā)展節(jié)糧型畜牧業(yè)的進(jìn)程[7]。因此，本試驗(yàn)通過(guò)體外產(chǎn)氣法研究以不同比例組合的全株玉米青貯、小麥秸稈、苜蓿干草的肉牛瘤胃消化特性及組合效應(yīng)，旨在探索小麥秸稈、全株玉米青貯、苜蓿干草的合理配比，為實(shí)際生產(chǎn)中肉牛飼糧中粗飼料的科學(xué)配制提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

全株玉米青貯、小麥秸稈和苜蓿干草均由朔州市朔城區(qū)雁園種牛養(yǎng)殖合作社提供，常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量測(cè)定結(jié)果見表1。

表1 全株玉米青貯、小麥秸稈和苜蓿干草的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將全株玉米青貯、小麥秸稈和苜蓿干草在風(fēng)干樣基礎(chǔ)上依照表2所設(shè)定的比例組成10種組合粗飼料，加上3種單獨(dú)的粗飼料，共計(jì)13種發(fā)酵底物。

表2 各組粗飼料配比(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.3 瘤胃液供體動(dòng)物和飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)于2019年5月在山西省太原市山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所進(jìn)行。選擇4頭體況良好、體重(570.2±41.7) kg、安裝有永久性瘤胃瘺管的晉南牛閹牛作為瘤胃液供體動(dòng)物。供體牛所采食飼糧按照《肉牛飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)》[8]配制，精粗比為40∶60，并按照山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所試驗(yàn)牛場(chǎng)日常飼養(yǎng)管理方式飼養(yǎng)。

1.4 體外發(fā)酵試驗(yàn)

人工瘤胃培養(yǎng)液配制和體外發(fā)酵試驗(yàn)參照Menke等[9]的方法執(zhí)行。稱取0.22 g發(fā)酵底物置于培養(yǎng)管底端，每個(gè)樣品5個(gè)重復(fù)。各培養(yǎng)管分別加入30 mL人工瘤胃培養(yǎng)液，將玻璃注射器內(nèi)空氣排盡，于39 ℃搖床連續(xù)培養(yǎng)72 h，試驗(yàn)共重復(fù)3個(gè)批次，每個(gè)批次設(shè)5個(gè)空白對(duì)照。

1.5 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.5.1 常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分測(cè)定

各發(fā)酵底物、發(fā)酵后殘?jiān)某Ｒ?guī)營(yíng)養(yǎng)成分使用AOAC(2000)[10]所規(guī)定的方法測(cè)定干物質(zhì)(DM)、粗灰分(Ash)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)含量，采用Van Soest等[11]的方法測(cè)定中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量。

1.5.2 產(chǎn)氣量(GP)及產(chǎn)氣參數(shù)

記錄培養(yǎng)0、1、2、3、4、6、8、10、12、16、20、24、28、32、36、40、48、54、60、72 h時(shí)的產(chǎn)氣量。將各樣品在2、4、6、9、12、24、36、48 h時(shí)的產(chǎn)氣量代入產(chǎn)氣模型計(jì)算產(chǎn)氣參數(shù)，產(chǎn)氣模型如下：

GP=a+b(1-e-ct)。

式中：t為發(fā)酵開始后某一時(shí)間(h)；GP為發(fā)酵開始后某一時(shí)間的產(chǎn)氣量(mL)；a為快速降解部分產(chǎn)氣量(mL)；b為慢速降解部分產(chǎn)氣量(mL)；c為b的產(chǎn)氣速率常數(shù)(%/h)；a+b為潛在產(chǎn)氣量(mL)。

1.5.3 體外發(fā)酵參數(shù)

體外發(fā)酵72 h后，迅速放入冰水終止發(fā)酵，將發(fā)酵液導(dǎo)入離心管中，4 ℃、5 400 r/min離心15 min后提取上清。使用雷磁PHS3C型酸度計(jì)測(cè)定上清pH；參照馮宗慈等[12]方法測(cè)定上清中氨態(tài)氮(NH3-N)濃度；參照王加啟[13]的方法，使用Agilent-6890A型氣相色譜儀測(cè)定上清中揮發(fā)性脂肪酸(VFA)濃度。發(fā)酵后殘?jiān)褂谜麴s水清洗3遍，105 ℃烘干至恒重，用以計(jì)算體外干物質(zhì)消化率(IVDMD)，計(jì)算公式為：

近幾年，隨著我國(guó)分子生物學(xué)研究的不斷發(fā)展，對(duì)子宮肌腺癥的發(fā)病機(jī)制以及病因的相關(guān)研究也在不斷深化，特別是在遺傳因素、免疫因素、基因改變等方面都取得了突破性的進(jìn)展，主要包括患者遺傳因素[1]?；蛩?、免疫因素的改變。子宮腺肌癥的發(fā)病源主要是指子宮內(nèi)膜的基底層在受到某些因子的刺激后，相深層進(jìn)行生長(zhǎng)，然后侵入到平滑肌中，并指使平滑肌的細(xì)胞出現(xiàn)增生現(xiàn)象[2]。子宮腺肌癥主要的臨床表現(xiàn)為痛經(jīng)、經(jīng)期延長(zhǎng)、月經(jīng)量較多等，這會(huì)對(duì)女性生存的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響[3]。目前，通過(guò)對(duì)子宮腺肌癥的相關(guān)生物學(xué)發(fā)病機(jī)制進(jìn)行研究，以此對(duì)當(dāng)下臨床的診斷與治療進(jìn)行指導(dǎo)。

IVDMD(%)=[(發(fā)酵底物DM量-發(fā)酵后殘?jiān)麯M量)/發(fā)酵底物DM量]×100。

1.5.4 組合效應(yīng)指數(shù)的計(jì)算

參照王旭[14]使用的方法計(jì)算各指標(biāo)的單項(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)(single factor associative effects index，SFAEI)及多項(xiàng)組合效應(yīng)指數(shù)(multiply factor associative effects index，MFAEI)，具體公式如下：

加權(quán)估算值=全株玉米青貯實(shí)際測(cè)定值×所占比例+小麥秸稈實(shí)際測(cè)定值×所占比例+苜蓿干草實(shí)際測(cè)定值×所占比例；SFAEI=(組合后實(shí)測(cè)值-加權(quán)估算值)/加權(quán)估算值；MFAEI=ΣSFAEI。

1.6 數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)使用WPS office 2019處理后，使用SPSS 21.0的一般線性模型進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，Duncan氏法進(jìn)行組間的多重比較，并做Pearson相關(guān)性分析。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P<0.05為差異顯著的判定標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同粗飼料的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量

由表3可知，3種粗飼料經(jīng)組合后，與單一粗飼料小麥秸稈相比，各組合粗飼料的DM、NDF、ADF、Ash含量均因全株玉米青貯和苜蓿干草比例的增加而降低，CP和EE含量則隨著與全株玉米青貯和苜蓿干草比例的增加而提高。

表3 不同粗飼料的常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量(干物質(zhì)基礎(chǔ))

2.2 不同粗飼料的體外產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣參數(shù)

由表4可知，體外發(fā)酵產(chǎn)氣量隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，且發(fā)酵初期增長(zhǎng)速度較快。不同粗飼料組合對(duì)各發(fā)酵時(shí)間時(shí)的產(chǎn)氣量均有極顯著影響(P<0.01)。其中，發(fā)酵12和24 h時(shí)A組的產(chǎn)氣量顯著高于其他組(P<0.05)，發(fā)酵48和72 h時(shí)A組產(chǎn)氣量顯著高于除C組外的其他組(P<0.05)，發(fā)酵72 h時(shí)產(chǎn)氣量由大到小為A組>C組>B組>E組>D組>F組>I組>G組>J組>H組。3種單一粗飼料中小麥秸稈各發(fā)酵時(shí)間時(shí)的產(chǎn)氣量均顯著低于全株玉米青貯和苜蓿干草(P<0.05)；除發(fā)酵3 h時(shí)，全株玉米青貯各發(fā)酵時(shí)間時(shí)的產(chǎn)氣量均顯著高于苜蓿干草(P<0.05)。

表4 不同粗飼料的體外產(chǎn)氣量

從體外產(chǎn)氣參數(shù)(表5)來(lái)看，不同組合粗飼料中，快速降解部分產(chǎn)氣量(a)以A組最高，顯著高于其他各組(P<0.05)；A組的慢速降解部分產(chǎn)氣量(b)最高，顯著高于其他各組(P<0.05)，H組的b最低；b的產(chǎn)氣速率常數(shù)(c)介于0.098～0.124，以J組最低，且與除I組外的其他組差異顯著(P<0.05)；A組的潛在產(chǎn)氣量(a+b)最高，但與C組差異不顯著(P>0.05)；各組的a+b與發(fā)酵72 h時(shí)的產(chǎn)氣量變化趨勢(shì)一致。3種單一粗飼料中中，全株玉米青貯的a顯著高于小麥秸稈和苜蓿干草(P<0.05)，b和a+b依全株玉米青貯、小麥秸稈和苜蓿干草的次序降低，組間差異顯著(P<0.05)，且小麥秸稈的c顯著低于苜蓿干草和全株玉米青貯(P<0.05)。

表5 不同粗飼料的體外產(chǎn)氣參數(shù)

2.3 不同粗飼料的體外發(fā)酵參數(shù)

表6 不同粗飼料的體外發(fā)酵參數(shù)

2.4 不同組合粗飼料的組合效應(yīng)

表7反映的是不同組合粗飼料體外發(fā)酵產(chǎn)氣量、IVDMD以及體外發(fā)酵液pH、NH3-N與VFA濃度的SFAEI及MFAEI。B和H組出現(xiàn)了產(chǎn)氣量的負(fù)組合效應(yīng)，其余組的產(chǎn)氣量均為正組合效應(yīng)。IVDMD、體外發(fā)酵液pH在各組中均為正組合效應(yīng)。體外發(fā)酵液中NH3-N濃度除A組外均為正組合效應(yīng)。體外發(fā)酵液中乙酸、丙酸和丁酸濃度均以C組的正組合效應(yīng)值最高、H組的負(fù)組合效應(yīng)值最低。MFAEI排序?yàn)镃組>E組>F組>D組>I組>B組>A組>G組>J組>H組。

表7 不同組合粗飼料的組合效應(yīng)

2.5 組合粗飼料的IVDMD與常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量的相關(guān)性

由表8可知，組合粗飼料的IVDMD與DM、EE含量呈正相關(guān)，與CP、NDF、ADF和Ash含量呈負(fù)相關(guān)，其中與ADF和Ash含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，與NDF含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

表8 組合粗飼料的IVDMD與常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量的相關(guān)性

3 討 論

3.1 不同粗飼料的體外產(chǎn)氣量及產(chǎn)氣參數(shù)

體外發(fā)酵的主要?dú)怏w來(lái)源為飼糧中的碳水化合物和CP，同時(shí)產(chǎn)氣活動(dòng)還受到瘤胃微生物活性的影響，即飼糧中可發(fā)酵成分含量越多，瘤胃微生物活性越高，產(chǎn)氣量相應(yīng)就越多[15]。而瘤胃中的能氮平衡又決定瘤胃微生物對(duì)有機(jī)物的分解能力，這與飼糧中可發(fā)酵有機(jī)物的含量相關(guān)[16]。本試驗(yàn)中，單一粗飼料以全株玉米青貯的72 h產(chǎn)氣量最高，苜蓿干草次之，小麥秸稈相對(duì)較低，這是因?yàn)槿暧衩浊噘A中含有較多的可用于發(fā)酵的碳水化合物；發(fā)酵3 h時(shí)，小麥秸稈的產(chǎn)氣量?jī)H為5.33 mL，苜蓿干草則達(dá)到17.28 mL，與全株玉米青貯相當(dāng)，但在發(fā)酵72 h時(shí)小麥秸稈的產(chǎn)氣量達(dá)到50.17 mL，略低于苜蓿干草的54.10 mL，這是由于苜蓿干草中CP等可快速發(fā)酵化合物含量豐富，由此發(fā)酵初期產(chǎn)氣量迅速上升，而小麥秸稈中NDF含量高，反芻動(dòng)物可利用NDF轉(zhuǎn)化為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，后期發(fā)酵水平也逐步提高。各組合粗飼料中，隨著全株玉米青貯比例的增加，72 h產(chǎn)氣量增加，但其水平均低于全株玉米青貯、高于小麥秸稈和苜蓿干草，可見全株玉米青貯在發(fā)酵產(chǎn)氣過(guò)程中起主導(dǎo)作用。C組的72 h產(chǎn)氣量高于B組，E組高于D組，I組高于G組，即在全株玉米青貯比例相同的前提下，可發(fā)酵成分含量較高的苜蓿干草占比多時(shí)72 h產(chǎn)氣量反而小于苜蓿干草占比少時(shí)，這可能是因?yàn)榘l(fā)酵底物中組分的不同造成非結(jié)構(gòu)性碳水化合物和碳水化合物、碳水化合物和蛋白質(zhì)之間比例有所不同，導(dǎo)致各組合的產(chǎn)氣規(guī)律不同，其機(jī)制需進(jìn)一步研究。體外產(chǎn)氣能力差的小麥秸稈和苜蓿干草，在與發(fā)酵能力較高的全株玉米青貯組合以后，整體產(chǎn)氣水平優(yōu)于單一粗飼料的發(fā)酵。從體外產(chǎn)氣參數(shù)來(lái)看，苜蓿干草和全株玉米青貯的a+b均略低于72 h產(chǎn)氣量，小麥秸稈的a+b高于72 h產(chǎn)氣量，這與小麥秸稈中纖維含量高，發(fā)酵速度慢有關(guān)，72 h的發(fā)酵時(shí)間對(duì)于小麥秸稈而言，還未能完全利用其中的營(yíng)養(yǎng)成分。

3.2 不同粗飼料的體外發(fā)酵72 h的IVDMD與發(fā)酵參數(shù)

IVDMD與飼糧中可溶性碳水化合物含量呈正相關(guān)，與優(yōu)質(zhì)粗飼料相比，低質(zhì)的粗飼料中可溶性碳水化合物含量較低，反芻動(dòng)物瘤胃對(duì)其消化利用率也較低[17]。不同組合粗飼料的IVDMD隨著組合中全株玉米青貯比例的提高而提高，這是因?yàn)槿暧衩浊噘A富含非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，可消化有機(jī)物含量高，更容易被瘤胃微生物發(fā)酵利用。本試驗(yàn)條件下，10種組合粗飼料和3中單一粗飼料發(fā)酵72 h后發(fā)酵液的pH在6.70～6.85，均在微生物發(fā)酵所需的適宜pH范圍內(nèi)，以碳水化合物含量較高的全株玉米青貯的pH最低。NH3-N的濃度反映了飼糧中蛋白質(zhì)的降解以及微生物利用其合成菌體蛋白的動(dòng)態(tài)平衡[18]，濃度過(guò)高或者過(guò)低均不利于微生物的生長(zhǎng)與繁殖。13種發(fā)酵底物經(jīng)72 h發(fā)酵后，發(fā)酵液中NH3-N濃度為16.17～20.93 mg/dL，均在有關(guān)文獻(xiàn)[19]的報(bào)道范圍內(nèi)，說(shuō)明其濃度可以確保瘤胃微生物的正常生長(zhǎng)。

3.3 不同粗飼料體外發(fā)酵72 h時(shí)發(fā)酵液中VFA濃度

瘤胃發(fā)酵產(chǎn)生的VFA主要包括乙酸、丙酸、丁酸等，乙酸是合成體脂和乳脂的原料，可為反芻動(dòng)物提供所需的大部分能量，丙酸則是葡萄糖合成的前體，其能為反芻動(dòng)物提供生產(chǎn)和生長(zhǎng)所需的能量，提高VFA中丙酸的比例可提高肉牛、肉羊的增重性能[20]。不同組合粗飼料體外發(fā)酵72 h后，因粗飼料中含有大量的纖維素和半纖維素，乙酸產(chǎn)量明顯大于丙酸產(chǎn)量，這與Zhang等[21]的研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)條件下，乙酸/丙酸值在2.48～3.01，符合正常情況下乙酸/丙酸值范圍(2.0～3.6)[22]。3種單一粗飼料中，全株玉米青貯的TVFA濃度最高，乙酸/丙酸值最低，表明全株玉米青貯此類禾本科飼草更容易被消化吸收，這與史卉玲等[23]研究結(jié)果一致。而不同組合粗飼料中，乙酸/丙酸值在2.62～2.80，差異不大，但均比苜蓿干草和小麥秸稈乙酸/丙酸值低，說(shuō)明將3種粗飼料混合后提高了養(yǎng)分在瘤胃中的消化利用率，更易被消化吸收。

3.4 不同組合粗飼料的組合效應(yīng)

本試驗(yàn)條件下單一的體外發(fā)酵指標(biāo)并未呈現(xiàn)一致的規(guī)律性變化，可見以單一指標(biāo)作為選擇依據(jù)不能合理確定全株玉米青貯、小麥秸稈、苜蓿干草組合的最佳配比，只有綜合多項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定才能得出更為準(zhǔn)確的結(jié)論。本試驗(yàn)結(jié)果表明，小麥秸稈、苜蓿干草和全株玉米青貯按照各不同比例組合，表現(xiàn)出不同程度的組合效應(yīng)，當(dāng)全株玉米青貯比例達(dá)到60%及以上時(shí)，各組合均表現(xiàn)出正組合效應(yīng)。秸稈類非常規(guī)粗飼料與豆科類牧草具有協(xié)同作用，組合配制飼糧時(shí)組合效應(yīng)顯著，這與劉麗英等[2]的研究結(jié)果一致。據(jù)報(bào)道，粗飼料按照60%或者80%的全株玉米青貯與40%或者20%的稻草組合可產(chǎn)生正組合效應(yīng)[24]。本試驗(yàn)條件下，全株玉米青貯∶小麥秸稈∶苜蓿干草為70∶20∶10、60∶20∶20時(shí)組合效應(yīng)較高，也就是說(shuō)，在全株玉米青貯和苜蓿干草中加入20%的小麥秸稈，提高了本試驗(yàn)條件下粗飼料的降解率和消化率。其原因可能是不同粗飼料以適宜的比例組合后，營(yíng)養(yǎng)成分之間互補(bǔ)，促進(jìn)了微生物的生長(zhǎng)及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分的消化，提高了混合粗飼料的整體發(fā)酵水平，并且改善了低質(zhì)量小麥秸稈的消化率，這與韓肖敏等[25]的研究結(jié)果一致。

3.5 組合粗飼料IVDMD與常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分含量的相關(guān)性

組合粗飼料IVDMD與EE含量呈正相關(guān)，與CP、NDF、ADF和Ash含量呈負(fù)相關(guān)。當(dāng)EE含量高時(shí)，可發(fā)酵碳水化合物含量提高，由此IVDMD可提高。張霞等[26]、楊志林等[27]研究發(fā)現(xiàn)，飼草CP含量較低時(shí)可提高微生物活性，有利于微生物發(fā)酵。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)條件下，與小麥秸稈和苜蓿干草相比，全株玉米青貯的體外發(fā)酵產(chǎn)氣量、IVDMD以及體外發(fā)酵液中乙酸、丙酸、丁酸濃度均最高，發(fā)酵速度快；全株玉米青貯、小麥秸稈、苜蓿干草按照不同比例組合后，以MFAEI評(píng)定的最優(yōu)配比為全株玉米青貯∶小麥秸稈∶苜蓿干草為70∶20∶10。