5种牧草蛋白质、脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及由水稻秸秆和精料补充料组成的基础饲粮中蛋白质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量的检测

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检测样品: 畜牧
检测项目: 动物营养与健康
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发布时间: 2023-09-17
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西藏地区不同牧草体外发酵特性研究 紫花苜蓿、黑麦草、芦苇、苇状羊茅、燕麦

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西藏地区不同牧草体外发酵特性研究动物营养学报2016,28(6):1804⁃1813Chinese Journal of Animal Nutrition 李 斌等:西藏地区不同牧草体外发酵特性研究6期5081 doi :10.3969/ j.issn.1006⁃267x.2016.06.023 西藏地区不同牧草体外发酵特性研究 李 斌 1 陈 亮 2∗ 巴桑珠扎 1 奥斯曼 1 周传社 2,3∗∗ (1.西藏自治区农牧科学院畜牧兽医研究所 ,拉萨 850000;2.中国科学院亚热带农业生态研究所 ,亚热带农业生态过程重点实验室 ,湖南省畜禽健康养殖工程技术中心 ,农业部中南动物营养与 饲料科学观测试验站 ,长沙 410125;3.湖南畜禽安全生产协同创新中心 ,长沙 410128) 摘 要 :本文旨在利用体外产气法评定西藏地区不同牧草营养价值 。选取西藏地区 5种常见 牧草 ,通过单因素试验设计 ,利用体外产气法评定 5种牧草体外发酵 48 h 累积产气量 、理论最大 产气量 (Vf )、初始产气速率 (FRD0)、达到最大产气量一半时所需时间 ( t0.5)、体外干物质消失率 ( IVDMD )、体外中性洗涤纤维消失率 ( IVNDFD )、pH 、氨态氮 (NH3⁃N )浓度以及挥发性脂肪酸 (VFA )产量 。结果表明 ,体外发酵 48 h 后 ,苇状羊茅体外 48 h 累积产气量 、Vf 、FRD0、IVDMD 及甲烷 (CH4)、乙酸 、丙酸 、丁酸和总 VFA 产量均显著高于其他 4种牧草 (P <0.05),但其体外发 酵 pH 及乙酸 /丙酸显著低于其他 4种牧草 (P <0.05);紫花苜蓿体外 NH3⁃N 浓度最高 ,显著高于 其他 4种牧草 (P <0.05)。综上分析 ,苇状羊茅体外发酵效果最佳 ,与其他试验牧草相比 ,更容易 被瘤胃微生物降解利用 。 关键词 :西藏 ;牧草 ;体外发酵 中图分类号 :S816.5 文献标识码 :A 文章编号 :1006⁃267X (2016)06⁃1804⁃10 草地畜牧业一直是西藏的重要经济基础 ,几 十年来一直占农业生产总值的 60%左右 [1]。近年 来 ,随着西藏人口增加和畜牧业的进一步发展 ,传 统的单纯依赖天然草地和以作物秸秆为主的畜牧 业生产模式已不能满足牲畜对饲草的需求 [2-3]。而随着家畜数量的不断增加 ,导致草畜之间矛盾 日益突出 ,生态环境不断恶化 ,严重影响西藏地区 畜牧生产系统的平衡 、稳定与发展 [4]。因此 ,大规 模人工种植适合西藏特殊生长环境的牧草 ,对满 足西藏地区畜牧业生产对牧草的需求 、维持西藏 地区生态平衡稳定 、促进藏区经济发展等都具有 重要意义 。 近年来 ,学者对西藏地区牧草以及作物秸秆 的研究较多 。曲广鹏等 [5]通过对西藏农区牧草和 饲草作物引种试验表明 ,燕麦 、多花黑麦草 、饲用 玉米 、绿麦 、红苋 5种牧草适合在西藏农区及河谷 地区种植 ,但其并未对这 5种牧草进行相关的营 养价值评价 。张中岳 [6]对西藏地区 28种牧草的 营养价值及瘤胃降解特性进行了评价 ,为进一步 研究西藏牧草提供了宝贵的基础数据 。张吉等 [7]研究了添加剂对西藏燕麦和箭筈豌豆混合青贮品 质的影响 ,结果表明添加糖蜜能显著提高混合青 贮的品质 。孙肖慧等 [8]和李君风等 [9]通过向西藏 地区燕麦和紫花苜蓿混合青贮中添加 4%糖蜜或 3.5%乙醇或 0.4%乙酸获得优质青贮饲料 。赵庆 杰等 [10]通过向西藏青稞秸秆和多年生黑麦草混合 青贮中添加糖蜜和乳酸菌显著提高了混合青贮发 酵品质 。原现军 [11]对西藏作物秸秆与牧草混合青 贮进行了研究 ,均有效地提高了混合青贮的发酵 品质 。综上 ,目前对西藏地区牧草及作物秸秆的 研究多数集中在西藏地区青贮料的研究领域 ,而 对牧草干草瘤胃降解特性研究鲜有报道 。因此 , 收稿日期 :2015-12-11 基金项目 :国家自然科学基金项目 (31372342);中国科学院科技服务网络计划 (KFJ⁃EW⁃STS⁃071) 作者简介 :李 斌 (1989—),男 ,黑龙江牡丹江人 ,硕士 ,从事西藏黄牛改良育种研究 。 E⁃mail :276504821@qq.com ∗同等贡献作者 本试验利用体外产气技术 ,对西藏拉萨地区常见 牧草的瘤胃体外发酵参数进行研究 ,并通过试验 数据分析 ,筛选出易被瘤胃微生物降解利用的牧 草 ,以期为西藏地区农牧业发展提供科学依据 。 1 材料与方法 1.1 试验材料 1.1.1 样品采集及处理 试验牧草 (紫花苜蓿 、黑麦草 、芦苇 、苇状羊 茅 、燕麦 )采集于西藏自治区贡嘎县岗堆镇吉纳村 草场 ,牧草经 65 ℃烘干 24 h ,粉碎经 1 mm 孔径筛 后备用 。 1.1.2 试验动物及饲粮 试验供体奶牛为健康状况良好 、体重 (500±50) kg 的 3头装有永久瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛 ,试验奶牛由湖南省长沙市望城区白若铺镇胜和奶 牛养殖基地提供 。试验期间 ,奶牛饲粮参照 NRC [12]标准配制 。基础饲粮由水稻秸秆和精料补 充料组成 ,饲粮精粗比为 40∶60。饲粮营养水平测 定依照 Hall 等 [13],使用 Fibretherm FT12全自动纤 维仪 (gerhardt analytical systems , Germany )测定中 性洗涤纤维 (neutral detergent fiber , NDF )和酸性 洗涤纤维 ( acid detergent fiber , ADF )含量 ;按照杨 胜 [14]确定的常规方法测定干物质 (dry matter ,DM )、粗蛋白质 ( crude protein , CP )含量 ,利用 ICP⁃AES 法测定钙 (Ca )、磷 (P )含量 [15]。试验饲 粮组成及营养水平见表 1。 1.2 试验方法 1.2.1 牧草营养成分分析方法 经处理后的粗饲料利用杨胜 [14]提供的饲料分 析方法分别对其进行 DM 、粗脂肪 (EE )、粗纤维 (CF )、NDF 、ADF 等营养成分含量进行测定 ;粗灰 分 ( ash )按 GB/T 6438—2007方法进行测定 (表 2)。 1.2.2 体外发酵液配制 按照 Menke 等 [17]提供的方法配制厌氧缓冲 液 。于晨饲前采集 3头瘘管牛瘤胃内容物 ,用 8层 纱布过滤 ,滤液等体积混合后装入事先充满二氧 化碳 (CO2)并预热到 39.5 ℃的保温瓶中 ,迅速带 回实验室 ,与事先在 39.5 ℃恒温水浴锅中预热的 厌氧缓冲液混合 (V 缓冲液 ∶V 瘤胃液 =9∶1)。并持续通 入 CO2。 表 1 试验饲粮组成及营养水平 (干物质基础 ) Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diet (DM basis ) % 项目Items 含量 Content 原料Ingredients 水稻秸秆 Rice straw 40.00 玉米 Corn 39.60 豆粕 Soybean meal 19.10 磷酸氢钙 CaHPO4 1.00 石粉 Limestone 0.30 预混料 Premix1) 1.00 合计 Total 100.00 营养水平 Nutrient levels2) 干物质 Dry matter 70.88 粗蛋白质 Crude protein 17.98 酸性洗涤纤维 Acid detergent fiber 42.98 中性洗涤纤维 Neutral detergent fiber 23.72 钙 Ca 0.72 磷 P 0.35 泌乳净能 7.70 Net energy for lactating cow/(MJ/kg) Net energy for lactating cow/(MJ/kg ) 1)每千克预混料含有 Per kilogram premix contained :VA ≥2 000 000 IU ,VD ≥300 000 IU ,VE ≥3 000 IU ,Cu ≥3 500 mg ,Fe ≥10 000 mg ,Zn ≥10 000 mg ,Mn ≥9 000 mg ,Mg ≥9 800 mg ,I ≥90 mg ,Se ≥40 mg ,Co ≥30 mg 。 2)泌乳净能为计算值 [16],其余为实测值 。 Net energy for lactating cow was a calculated value [16], while the others were measured values. 1.2.3 体外培养 称取 (0.500 0±0.000 3) g 粉碎的牧草秆于发 酵瓶中 ,置于 39.5 ℃恒温培养箱中预热 ,向发酵瓶 中加入发酵液前 ,向瓶中通入 CO21 min ,随后加 入 50 mL 发酵液 ,并持续通入 CO2,立即加上瓶塞 瓶盖 ,并使用针头放气 ,使内外压强保持一致 ,然 后迅速放回恒温培养箱 ,39.5 ℃恒温静止培养 48 h 。每种发酵底物设置 12、24、48 h 3个采样时 间点重复 ,每个采样时间点设置 3个样品重复 。 1.2.4 体外发酵总产气量测定 体外发酵产气量按王祚等 [18]提供方法进行 测定 。 利用 Wang 等 [19-20]提出的逻辑斯谛 -指数 (LE )模型对累积产气量数据进行拟合 : ; 其中 :V 表示 t 时间点底物的产气量 (mL );V f 表示理论最大产气量 (mL );k 表示产气分率 ;b 和 d 是曲线的形状指标 ,b >0表示曲线为 s 形 ,b <0则表示曲线非 s 形 。 FRD0表示初始产气速率 (<12 h ),t 0.5表示达到最大产气量一半所需时间 。 表 2 牧草营养价值 Table 2 Nutrient values of pastures % 项目 干物质 DM 粗脂肪 EE 粗纤维 CF 灰分 Ash 中性洗涤纤维 NDF 酸性洗涤纤维 ADF Items 紫花苜蓿 Alfalfa 90.38 5.13 45.79 5.61 67.04 47.30 黑麦草 Perennial ryegrass 92.29 9.55 23.94 15.21 57.11 33.45 芦苇 Phragmites 92.55 4.02 33.85 12.89 70.14 48.04 苇状羊茅 Tall fescue 90.59 1.41 19.49 8.75 52.25 33.15 燕麦 Oat 90.04 5.35 30.61 7.84 68.74 40.92 1.2.5 体外发酵相关参数测定 1.2.5.1 甲烷测定及计算方法 分别于体外发酵中的 12、24、48 h 取出发酵 瓶 ,利用注射器从发酵瓶中抽取 5 mL 气体 ,注入 事先已抽真空的集气瓶中 ,然后再注入 25 mL 高 纯度氮气 (N2)。利用安捷伦 7890A 型气相色谱 仪 (USA )进行测量 ,载气使用高纯 N2,总压力 130 kPa ,总流量 30. 2 mL/min ,柱流量 1.7 mL/min ,线速度 39.8 cm/ s ,分流比 15,吹扫流 量 3 mL/min ,循环流量 8 mL/min ,氢气 (H2)流量 40 mL/min ,空气流量 400 mL/min [21]。甲烷产量 计算公式为 : 其中 :6是稀释倍数 ,V t 指在发酵时间 t 时 ,发 酵瓶中气体总体积 (mL );C 指在发酵时间 t 时 ,所 测甲烷浓度 (%);V 指在发酵时间 t 时 ,所生产 CH4甲烷体积 (mL )。 1.2.5.2 pH 测定方法 分别于体外发酵中的 12、24、48 h 取出发酵 瓶 ,发酵液经 400目尼龙布过滤 ,取 5 mL 滤液 ,利 用 pH 计 (REX PHS-3C ,上海仪器设备厂 )立即测 定滤液 pH 。 1.2.5.3 体外发酵氨态氮 (NH⁃N )浓度 3 分别于体外发酵中的 12、24、48 h 取出发酵 瓶 ,发酵液经 400目尼龙布过滤 ,取 4 mL 滤液 ,分 装到 2个容积为 2 mL 离心管中 ,放入 -20 ℃冰箱 保存 ,分别用于测量 NH3⁃N 浓度 。利用冯宗慈 等 [22]改进的比色法 ,使用紫外 /可见分光光度计 (UV-2450)进行测定 。 1.2.5.4 体外发酵挥发性脂肪酸 (VFA )含量 分别于体外发酵中的 12、24、48 h 取出发酵 瓶 ,每瓶取 2 mL 发酵液 ,经 24 100×g 离心 15 min 后 ,取 1.5 mL 上清液于 2 mL 离心管中 ,并加入 0.15 mL 25%偏磷酸 ,放入 -20 ℃冰箱保存 。样品 在常温条件下解冻 ,24 100×g 和 4 ℃条件下离心 10 min ,取 0.6 mL 装与上机瓶中 ,利用气相色谱仪 (安捷伦 7890A ,美国 )对样品中 VFA 含量进行 测定 [23]。 1.2.5.5 体外干物质消失率 ( IVDMD )测定及 计算方法 分别于体外发酵中的 12、24、48 h 取出发酵 瓶 ,发酵液经 400目尼龙布过滤 ,将过滤后的残渣 全部转移至石英坩埚中并用热蒸馏水反复冲洗 ,置于 105 ℃烘箱中烘干 8 h 以测定剩余干物质 ,并 计算其消失率 : 其中 :M 1为发酵前干物质质量 ;M 2为发酵后 干物质剩余质量 。 1.2.5.6 体外中性洗涤纤维消失率 ( IVNDFD )测 定及计算方法 测定过干物质消失率后的剩余干物质 ,按照 Hall 等 [13]提供的方法进行测定 ,并计算 IVNDFD : IVNDFD (%)=[1-(m 2/m 1)]×100。 其中 :m 1为发酵前发酵底物中 NDF 质量 ;m 2为发酵后剩余干物资中 NDF 质量 。 1.3 数据分析 试验数据采用 SAS 8.2的 MIXED 过程统计 , 统计差异显著性定义为 P <0.05。 2 结 果 2.1 不同牧草对体外产气量的影响 不同牧草体外发酵产气量如图 1。由图 1可 知 ,5种牧草体外发酵产气量在发酵初期 1~4 h 均 无明显差异 ,第 4 h 后 ,各牧草体外产气量开始逐 渐上升 ,且由各曲线斜率可知 ,5种牧草体外发酵 产气速率也逐渐增大 ;在第 12~24 h ,各曲线斜率 达到最大 ,体外发酵产气速率到达最大值 。体外 发酵 36 h 以后 ,5种牧草曲线逐渐斜率变小 ,产气 速率逐渐趋于稳定 。同时由图 1可知 ,苇状羊茅 体外产气量在第 4 h 后始终高于其他牧草体外产 气量 。体外发酵 24和 48 h 时 ,苇状羊茅体外产气 量分别为 72.16、88.15 mL ,均高于其他 4种牧草 ;芦苇体外产气最低 ,分别为 35.44、48.84 mL ,均低 于其他牧草体外产气量 。 5种牧草体外发酵 48 h 体外累积产气量按苇状羊茅 、燕麦 、黑麦草 、紫花 苜蓿 、芦苇的顺序依次降低 。 图 1 不同牧草对体外产气量的影响 Fig.1 Effects of different pastures on in vitro gas production 2.2 不同牧草对体外发酵产气参数及甲烷 (CH4)产量的影响 不同牧草对体外发酵产气参数及 CH4产量的 影响如表 3所示 。由表 3可知 ,5种牧草体外理论 最大产气量 (Vf )、初始产气速率 (FRD0)和 CH4产量均以苇状羊茅最高 ,均显著高于其他 4种牧 草 (P <0.05)。 FRD0越高 ,意味着对应的达到最大 产气量一半时所需时间 ( t0.5)越短 。而 t0.5则以苇 状羊茅和紫花苜蓿最低 ,两者之间没有显著差异 (P >0.05),但均显著低于其余 3种牧草 (P <0.05)。 2.3 不同牧草对 IVDMD 和 IVNDFD 的影响 不同牧草对 IVDMD 以及 IVNDFD 的影响如 表 4所示 。 5种牧草之间 IVDMD 均存在显著差 异 (P < 0. 05),其中苇状羊茅 IVDMD 最高 (56.25%),显著高于其他 4种牧草 (P <0.05)。 5种牧草 IVDMD 大小按苇状羊茅 、黑麦草 、燕麦 、紫 花苜蓿 、芦苇的顺序依次显著降低 (P <0.05)。对 于 IVNDFD ,苇状羊茅 IVNDFD 显著高于紫花苜 蓿和芦苇 (P <0.05),与燕麦和黑麦草无显著差异 (P >0.05);紫花苜蓿 IVNDFD 最低 (14.03%),显 著低于其他 4种牧草 (P <0.05)。 2.4 不同牧草对体外发酵 pH 和 NH3⁃N 浓度的 影响 不同牧草对体外发酵 pH 和 NH3⁃N 浓度影响 见表 5。 5种牧草以紫花苜蓿体外发酵 pH 最高 ,其次为芦苇和燕麦 ,三者之间无显著差异 (P >0.05),但均显著高于苇状羊茅和黑麦草 (P <0.05);5种牧草以苇状羊茅体外发酵 pH 最低 (6.32),显著低于其他 4种牧草 (P <0.05)。对于 体外发酵液中 NH3⁃N 浓度 ,5种牧草相互之间存 在显著差异 (P <0.05),紫花苜蓿 NH3⁃N 浓度最高 (18.64 mg/dL ),显著高于其他 4种牧草 (P <0.05);苇状羊茅 NH3⁃N 浓度最低 (6.26 mg/dL )。5种牧草体外发酵 48 h 后 ,发酵液中 NH3⁃N 浓度 按紫花苜蓿 、燕麦 、黑麦草 、芦苇 、苇状羊茅的顺序 显著降低 。 2.5 不同牧草对体外发酵 VFA 产量的影响 不同牧草对体外发酵 VFA 产量的影响如表 6所示 。 5种牧草中 ,以苇状羊茅体外乙酸 、丙酸 、丁 酸和总 VFA 产量最高 ,均显著高于其他 4种牧草 (P <0.05);而乙酸 /丙酸则以苇状羊茅最低 ,显著 低于其余 4种牧草 (P <0.05)。 3 讨 论 3.1 不同牧草对体外产气量的影响 研究表明 ,5种牧草之间体外产气量均存在差 异 ,以苇状羊茅 48 h 累积产气量最高 ,这可能是由 于不同牧草所含的碳水化合物不同所造成的 。牧 草体外发酵产气来源主要是碳水化合物 ,虽然牧 草所含 CP 在体外发酵时也会产生一部分气体 ,但 整个体外发酵过程中 ,CP 对体外产气量的贡献量 远低于碳水化合物 [24],Cone 等 [25]对酪蛋白和淀 粉的体外发酵研究发现 ,发酵 72 h 后蛋白质发酵 的产气量仅为碳水化合物的 30%。此外 ,本试验 所用 5种牧草除紫花苜蓿为豆科外 ,其他 4种牧草 均为禾本科牧草 ;种属不同可能也是粗饲料体外 产气量存在差异的原因之一 。有研究报道指出不 同类型粗饲料体外发酵产气特性有较大差异 ,通 常情况下 ,种内差异较小 ,种间差异较大 [24]。本试 验结果表明 ,粗饲料体外发酵在 6~24 h 时 ,体外 产气量均急剧上升 ,36 h 以后趋于平缓 ,此结果与 刘书杰 [26]已报道结果有差异 。刘书杰 [26]利用阉 割牦牛对青海高原天然牧草营养价值进行评价时 报道 ,天然牧草在 12~48 h 产气量的平均值急剧 上升 ,48 h 以后平均产气量的增加逐渐平缓 。两 者之间差异可能是由于发酵底物不同和发酵液成 分不同造成的 。 表 3 不同牧草对体外发酵产气参数和 CH4产量的影响 Table 2 Effects of different pastures on in vitro fermentation gas production parameters and CH4 production 项目 理论最大产气量 Vf / mL 初始产气速率 FRD0 /(10-2 mL/h) 达到最大产气量 一半时所需时间 t0.5 / h 甲烷 CH4 /(mL/g) Items 紫花苜蓿 Alfalfa 58.54±1.69d 4.26±0.01b 11.20±1.49c 17.54±1.36b 芦苇 Phragmites 56.36±5.75d 3.25±0.01c 18.92±2.06a 10.41±1.25d 苇状羊茅 Tall fescue 88.42±1.74a 7.26±0.01a 8.78±2.07c 20.63±1.98a 燕麦 Oat 77.78±2.47b 4.70±0.01b 14.73±0.44b 17.21±1.56b 黑麦草 Perennial ryegrass 71.68±1.22c 3.07±0.01c 16.69±1.93ab 15.59±1.43c 同列数据肩标不同小写字母表示差异显著 (P <0.05),相同或无字母表示差异不显著 (P >0.05)。下表同 。 In the same column , values with different small lettersuperscripts mean significant difference (P <0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P >0.05) . The same as below. 表 4 不同牧草对 IVDMD 和 IVNDFD 的影响 Table 4 Effects of different pastures on IVDMD and IVNDFD % 项目 体外干物质消失率 体外中性洗涤纤维消失率 IVNDFD Items IVDMD 紫花苜蓿 Alfalfa 30.69±2.01d 14.03±1.03d 芦苇 Phragmites 25.58±2.31e 19.13±2.31c 苇状羊茅 Tall fescue 56.25±1.52a 39.86±2.61ab 燕麦 Oat 41.04±1.63c 35.55±2.01b 黑麦草 Perennial ryegrass 51.38±1.54b 40.29±2.36a 表 5 不同牧草对体外发酵 pH 及 NH3 ⁃N 浓度的影响 Table 5 Effects of different pasture on in vitro fermentation pH and NH3 ⁃N concentration 项目Items pH 氨态氮 NH3 ⁃N /(mg/dL) 紫花苜蓿 Alfalfa 6.59±0.12a 18.64±1.02a 芦苇 Phragmites 6.56±0.32a 10.11±1.09d 苇状羊茅 Tall fescue 6.32±0.25c 6.26±0.65e 燕麦 Oat 6.56±0.21a 15.76±1.28b 黑麦草 Perennial ryegrass 6.47±0.23b 13.84±1.96c 表 6 不同牧草对体外发酵 VFA 产量的影响 Table 6 Effects of different pastures on in vitro fermentation VFA production 项目 乙酸 丙酸 丁酸 总挥发性脂肪酸 乙酸 /丙酸 A/P Acetic acid/ Propanoic acid/ Butyric acid/ Total VFA/ Items (mmol/L) (mmol/L) (mmol/L) (mmol/L) 紫花苜蓿 Alfalfa 21.57±2.35b 6.57±0.56bc 1.77±0.08c 30.99±2.30b 3.28±0.65a 芦苇 Phragmites 17.61±2.31d 5.52±0.52c 1.81±0.10c 25.48±2.51c 3.27±0.41a 苇状羊茅 Tall fescue 27.85±2.96a 13.60±0.96a 3.67±0.15a 46.02±3.01a 2.09±0.36c 燕麦 Oat 18.61±1.32c 6.21±0.87c 2.51±0.06b 29.82±3.12bc 2.98±0.12b 黑麦草 Perennial ryegrass 22.80±1.30b 7.76±0.23b 2.36±0.17b 33.74±2.65b 2.97±0.21b 3.2 不同牧草对体外发酵产气参数及 CH4产量的 影响 在体外发酵过程中 ,发酵底物为瘤胃微生物 所利用的程度可以通过体外发酵累积产气量来反 映 [27]。本试验中 ,各牧草之间理论最大产气量存 在明显差异 ,这可能是由于不同牧草可溶性非结 构性碳水化合物与 CP 的比例不同所造成的 。汤 少勋等 [24]研究报道 ,当可溶性非结构性碳水化合 物与 CP 之间的比例越大时 ,理论最大产气量越 高 ;比例越小时 ,理论最大产量越低 ,亦即随着牧 草中非结构性碳水化合物含量的增加 ,体外发酵 增强 。高巍等 [28]研究表明 ,青贮玉米秸秆及苜蓿 干草中性洗涤可溶物 (DNS )的产气量占饲草累积 产气量的绝大部分 。 FRD0表示体外发酵 12 h 之前产气速率 ,t0.5表 示体外累积产气量达到最大值一半时所需时间 ,通常情况下 ,FRD0越大 , t0.5越小 [29]。在本试验 中 ,牧草中以苇状羊茅 FRD0最大 ,其 t0.5也最小 。Muck 等 [30]研究报道 ,体外发酵过程中 65%~70%产气量在发酵初期 9~10 h 内产生 ,而本试验中 ,除苇状羊茅外 ,其余 4种牧草体外发酵产气量达 到总产气量 50%时所需时间为 10~19 h 之间 ,明 显高于 Muck 等 [30]所报道的结论 ,可能是由于两 者体外培养方式以及发酵底物的不同而导致 FRD0和 t0.5上存在差异 。 反刍动物瘤胃中 CH4是由瘤胃中碳水化合物 经瘤胃微生物厌氧发酵所生成的 [31]。在瘤胃代谢 过程中 ,瘤胃中 CH4的生成是瘤胃发酵能量损失 的主要原因之一 ,据报道 ,6%~15%的饲料能量以 CH4的形式散失 [32]。瘤胃中 CH4的生成与饲粮 中 CP 、ADF 、NDF 、无氮浸出物 (NFE )以及 IVD⁃MD 相关 [33]。在本研究中 ,不同牧草之间体外发 酵 CH4产量存在显著差异 ,其中 ,以苇状羊茅体外 CH4产量最高 ,与刘树军等 [34]研究结果一致 ,这种 差异可能是不同粗饲料中可发酵的碳水化合物类 型以及与 CH4生成相关的牧草成分含量的不同所 致 [35]。有报道指出牧草纤维物质含量是影响 CH4产量的一个重要因素 [36],这可能是由于富含纤维 物质的饲料能促进一些纤维分解菌和 CH4合成菌 的共生引起的 ,这类微生物可以偶联碳水化合物 的降解产物 ,利用氢气还原 CO2以合成 CH4[37]。 3.3 不同牧草对 IVDMD 和 IVNDFD 的影响 IVDMD 和 IVNDFD 是体现瘤胃发酵过程中 粗饲料利用率的重要指标 [18]。粗饲料在瘤胃中的 降解实际上是微生物以及微生物分泌的酶相互作 用的结果 ,而降解率的高低与营养物质的结构 、微 生物对底物的附着能力以及微生物分泌酶的催化 能力有关 [6]。在本试验中 ,不同牧草 IVDMD 存在 明显差异 ,其中 ,牧草以苇状羊茅 IVDMD 最高 。这中差异可能是由于牧草富含非结构性碳水化合 物以及可消化的有机物含量不同造成的 ,苇状羊 茅非结构性碳水化合物和可消化有机物含量高于 其他牧草 ,此种结果也暗示苇状羊茅很容易被瘤 胃微生物降解利用 ;而芦苇的 IVDMD 最低 ,可能 由于其结构不利用微生物的附着及生长所造 成的 。 由于 NDF 的降解性影响动物的生长性能 ,并 且牧草在反刍动物瘤胃中的降解率差异比较大 ,因此 ,牧草中 NDF 的降解率是评定牧草品质的一 个重要指标 。本研究中 ,牧草以苇状羊茅 IVNDFD 最高 ,而其他牧草的 IVNDFD 也存在明显差异 ,造 成这种差异的原因可能与微生物与底物的吸附能 力以及底物的结构有关 ,相对于其他牧草 ,苇状羊 茅可能更容易吸附纤维降解菌 。 Fernando 等 [38]报 道细菌与底物的吸附能力是影响底物消化率的重 要因子 ,徐俊等 [39]研究报道 ,苜蓿茎被瘤胃微生物 降解的速率及程度受其组织结构及组分影响 ,同 时其指出微生物对植物组织的吸附方式的不一致 性也可能是造成不同底物纤维降解率不同的原因 之一 。 3.4 不同牧草对体外发酵 pH 和 NH3⁃N 浓度的 影响 瘤胃 pH 是评价瘤胃内环境的重要指标之一 ,维持瘤胃正常 pH 是保证瘤胃正常发酵的前提 ,而 正常奶牛瘤胃液 pH 的正常范围为 5.5~7.5[40],在 本试验中 ,5种发酵底物体外发酵液 pH 范围为 6.32~6.59,均在正常范围内 。已有报道指出 ,当 pH 大于 5.7时 ,瘤胃微生物具有最大生长速 度 [41],由此可知 ,本试验中粗饲料体外发酵均有利 于微生物的生长 。瘤胃 pH 的大小受反刍动物唾 液分泌 ,有机酸的生成 、吸收和排出等多种因素影 响 ,但其波动的根本原因在于饲粮结构 [42],本试验 中 ,牧草以苇状羊茅体外发酵液中 pH 最低 ,可能 是由于发酵产生较高的 VFA 所造成的 。牧草体外 发酵液 pH 大小与各粗饲料对应体外发酵 VFA 总 量基本保持一致 。 瘤胃中 NH3⁃N 是瘤胃微生物合成微生物蛋白 和机体蛋白的主要原料 ,也是微生物生长的重要 氮源 ,其浓度在一定程度上可以反应出瘤胃中蛋 白质降解与合成之间的平衡状态 [43]。 Suwanlee 等 [44]研究指出 ,瘤胃中 NH3⁃N 的最佳浓度范围为 6.2~27.5 mg/dL ,而在本试验中 ,5种发酵底物体 外发酵液中 NH3⁃N 浓度范围为 6. 26 ~19.74 mg/dL ,均在所报道的最佳浓度范围内 。同 时 ,牧草之间体外 NH3⁃N 浓度均存在显著差异 ,这 种差异可能是由于不同牧草蛋白质含量不同所造 成的 。其中 ,牧草以紫花苜蓿体外 NH3⁃N 浓度最 高 ,且显著高于其他牧草 ,这可能是由于紫花苜蓿 为豆科植物 ,其他牧草为禾本科植物造成的 。已 有报道指出豆科植物的蛋白质含量大于禾本科植 物的蛋白质含量 [6],由此可知 ,豆科的紫花苜蓿的 蛋白质含量高于禾本科的其他牧草 ,因此体外发 酵 NH3⁃N 浓度高于其他牧草 。 3.5 不同牧草对体外发酵 VFA 产量的影响 VFA 主要是由瘤胃微生物对饲料营养物质进 行厌氧发酵而得到的终产物 [45],是反刍动物赖以 生存 、保持正常生长 、泌乳和繁殖的主要能源 ,可 提供反刍动物总能量需要的 70%~80%,因而在反 刍动物碳水化合物营养中占有重要地位 [46]。 VFA 的种类主要有乙酸 、丙酸 、丁酸 、戊酸 、异丁酸 、异 戊酸等 ,而对动物代谢最为重要的是乙酸 、丙酸 、丁酸 ,三者约占瘤胃 VFA 总量的 95%,其中又以 乙酸是产量最大的 VFA ,喂粗料饲粮时占 VFA 总 产量的 70%~75%[47]。 在本试验中 ,不同牧草体外 VFA 产量及其组 成均存在明显差异 ,牧草中苇状羊茅体外乙酸 、丙 酸 、丁酸以及总 VFA 的产量均显著高于其他牧 草 ,但乙酸 /丙酸却相对较低 ;芦苇体外总 VFA 含 量相对较低 ,但其乙酸 /丙酸相对较高 ,这种差异 可能是由不同牧草所含可发酵有机物以及 NDF 含 量不同所引起的 。郭冬生等 [47]研究报道 ,VFA 的 生成量主要取决于可发酵有机物 ,李旺 [48]研究报 道 ,饲料中矿物元素也会影响到 VFA 的产量 ,同 时指出 VFA 的组成受饲料中 NDF 和非 NDF 的影 响较大 。此外 ,不同来源植物细胞壁体外发酵 VFA 产量也存在显著差异 ;张元庆等 [49]研究报道 6种不同来源植物细胞壁发酵产生总 VFA 含量及 其除丁酸含量外的其他 VFA 组分均存在显著性 差异 。 4 结 论 ①体外发酵 48 h 后 ,苇状羊茅体外产气量 、Vf 、FRD0、 IVDMD 及 CH4、乙酸 、丙酸 、丁酸 、总 VFA 产量均显著高于其他 4种牧草 。 ②体外发酵 48 h 后 ,苇状羊茅体外发酵 pH 及乙酸 /丙酸显著低于其他试验牧草 ,紫花苜蓿体 外 NH3⁃N 浓度最高 ,为 18.64 mg/dL ,显著高于其 他试验牧草 。 ③综合不同牧草体外产气参数 、体外发酵指 标和降解率发现 ,以苇状羊茅体外发酵效果最佳 ,与其他试验牧草相比 ,更容易被瘤胃微生物降解 利用 。 致谢 : 感谢南京农业大学草业学院邵涛教授为本试验提供牧 草试验材料 。 参考文献 : [ 1] 呼天明 ,边巴卓玛 ,曹中华 ,等 .施行草地农业推进西 藏畜牧业的可持续发展 [ J ] .家畜生态学报 ,2005, 26(1):78-80. 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Key Laboratory of Agro⁃Ecological Processesin Substropical Region , Hunan Research Center of Livestock &Poultry Science , South⁃Central Experimental Station of Animal Nutrition and Feed Science in Ministry of Agriculture ,Institute of Substropical Agriculture , Chinese Academy of Sciences , Changsha 410125, China ; 3. Hunan Co⁃Innovation Center of Animal Production Safety , Changsha 410128, China ) Abstract : The articleaimed to assess the nutritional value of different pastures in Tibet using in vitro gas pro⁃duction technique. Five kinds of common pasture were selected in Tibet , the cumulative gas production after 48h fermentation (V ), the theoretical maximum gas production (V ), the initial fractional rate of degradationf (FRD ),the elapsed time until half of the maximum gas production ( t ),in vitro dry matter disappearance00.5( IVDMD ),in vitro neutral detergent fiber disappearance ( IVNDFD ), pH , ammoniacal nitrogen (NH⁃N )3concentration and volatile fatty acid (VFA ) production were determined using in vitro gas production technique by the single factor experimental design. The results showed that after 48 h fermentation in vitro , the V , V ,f FRD ,t , IVDMD and methane (CH ), acetic acid , propionic acid , butyric acid and the total VFA produc⁃00.54tion of tall fescue were significantly higher than those of the other four kinds of pastures (P <0.05), while the in vitro fermentation pH and the ratio of acetic acid to propionic acid were significantly lower than those of the other four kinds of pastures (P <0.05) . The NH⁃N concentration of alfalfa was the highest and it was signifi⁃3cantly higher than that of the other four kinds of pastures (P <0.05) . The results demonstrate thattallfescue possesses the best in vitro fermentation effect and it is more easily to be utilized by the rumen microorganisms compared to the other pastures.[Chinese Journal of Animal Nutrition , 2016, 28(6):1804⁃1813] Key words : Tibet ; pasture ;in vitro fermentation ∗Contributed equally
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