不同牧草在肉羊瘤胃中的降解特性研究

陈晓琳，刘志科，孙娟*，王月超，李艳玲，姜成钢，屠焰，刁其玉*

(1.青岛农业大学经济草本植物应用研究所，山东 青岛266109；2.中国农业科学院饲料研究所 农业部生物饲料重点实验室，北京 100081)

我国牧场面积辽阔，牧草资源丰富，牧草中含有大量蛋白质、维生素、矿物质等营养物质，是反刍动物必不可少的饲料来源。20世纪以来，由于对草业的重视不够以及自然环境的恶化，导致牧场退化严重，大量牧草得不到合理利用。“三聚氰胺”事件发生以来，人们逐渐认识到牧草的重要地位，进行了一系列的补救措施，如周期性过度放牧、保护优质牧草种质资源以及改良草种等。在农区“三元”种植模式逐步推广，由过去单一的种植粮食作物转变为种草养畜。虽然牧草产业发展前景良好，但合理利用牧草资源却是关键。牧草的营养含量是否满足动物的生长需要，需对其进行营养价值评定，针对其营养特性饲喂牲畜是合理利用的前提[1-3]。

牧草中的蛋白质含量是决定牧草质量优劣的因素之一，尼龙袋法是国际认可的测定瘤胃蛋白降解率的有效方法，其操作方法简便、能真实反映瘤胃的内环境，还能测定其他养分的消化降解情况[4-5]。目前，应用半体内法测定牧草的蛋白质瘤胃降解率在奶牛上研究较广泛，例如，莫放和冯仰廉[6]建立了奶牛的常用饲料蛋白质降解率数据库，Hoffman等[7]和Edmunds等[8]对奶牛采食牧草的干物质或蛋白质的动态降解率特点进行了研究。国外学者对牧草在肉羊瘤胃中降解率也进行了研究[9-10]，而国内的研究数据较为缺乏。本试验从全国6省市主要的牧草栽培区域采集13个牧草代表样品，分为常见的牧草种植品种和野生的牧草品种，较系统研究了其在肉羊瘤胃内干物质和蛋白质的降解特性，包括不同时间点的降解规律、降解参数和有效降解率，为牧草资源的合理利用以及肉羊实际生产提供理论依据和技术参数支持。

1 材料与方法

1.1 牧草样品

13种牧草的采集信息如表1所示。样品采集后自然风干，水分控制在10%以内，干燥阴凉处密封保存。

1.2 试验动物及饲养管理

采用单因子试验设计，选用3只体重(67±1.2)kg、装有永久瘤胃瘘管的杜×寒F1代羯羊作为3个重复，试验于2013年2月-2013年3月在中国农业科学院南口试验基地进行，预试期2周，试验期为44 d，试验羊单圈饲养，每日基础饲粮供给量为1.3倍维持需要，日粮精粗比为4∶6，每日于8:00和18:00饲喂2次，中午添加干草1次，自由饮水。基础日粮组成及营养水平见表2。

表1 13种牧草的采样信息Table 1 The sample information of 13 forage grass

表2 基础日粮组成及营养水平(风干基础)Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet (Air-dry basis)

1)预混料为每kg饲粮提供The premix provided the following per kg of diets, 多矿Minerals：Cu 15.0 mg，Fe 100.0 mg，Mn 60.0 mg，Zn 100.0 mg，I 0.9 mg，Se 0.3 mg，Co 0.2 mg；多维Compound vitamin：VA 16000 IU，VD 4000 IU，VE 100 IU.2)代谢能为估测值，其余为实测值。Metabolizable energy (ME) was a calculated value and others were measured values.

1.3 尼龙袋试验方法

1.3.1尼龙袋规格 选择孔径为300目(0.05 mm)，裁成12 cm×8 cm的尼龙布，对折后用细涤纶线缝双道，制成10 cm×6 cm的尼龙袋。散边用酒精灯烤焦，以防止尼龙布脱丝。

1.3.2称样与放袋 将牧草的风干样品粉碎过2.5 mm筛，准确称取待测样品2 g左右装入尼龙袋中，每个样品每个时间点设置2个平行，将2个尼龙袋固定在一端有开口的长约25 cm的半软塑料管上，借助细木棍将尼龙袋送入瘤胃的腹囊处。塑料管的另一端通过尼龙绳与瘘管塞连接到一起，固定牢固。每只羊的瘤胃内放置5根塑料软管。

1.3.3培养时间与取袋 尼龙袋在瘤胃内停留的时间为0，6，12，24，48，72 h，于清晨饲喂前1 h放入尼龙袋，在不同的时间点依次放入瘤胃内，最终在同一时间点取出。尼龙袋从瘤胃内取出后立即放入冷水终止反应，再用自来水冲洗至水澄清。将洗净后的尼龙袋放入65℃干燥箱中烘干48 h至恒重，回潮24 h。将同一时间点的2个尼龙袋残渣合在一起装入自封袋，干燥处保存备用。

1.4 测定方法

干物质(dry matter，DM)和有机物(organic matter，OM)测定参照张丽英[11](2010)的方法，粗蛋白(crude protein，CP)采用全自动凯氏定氮仪测定，中性洗涤纤维(neutral detergent fiber，NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber，ADF)采用Van Soest[12]方法。

1.5 瘤胃降解率和降解参数的计算方法

1) DM、CP不同时间点的降解率

A(%)=[(B-C)/B]×100

式中,A为待测饲料的DM或CP瘤胃某一时间的消失率；B为待测样品中DM或CP含量；C为待测样品尼龙袋残渣中DM或CP含量。

2) DM、CP降解参数及有效降解率

参照Фrskov和McDonald[13]提出的瘤胃动力学数学模型，计算公式为

dP=a+b(1-e-ct)

式中,dP为待测饲料的DM或CP瘤胃某一时间的降解率，a为快速降解部分(%)，b为慢速降解部分(%)，c为慢速降解部分的降解速率常数(%/h),t为瘤胃内培养时间(h)。

有效降解率(ED,%)=a+bc/(k+c)

式中,k为瘤胃外流速率，本试验中k值取0.031/h[14]。

1.6 数据整理与统计分析

DM和CP各时间点的降解率数据用Excel 2010进行初步整理后，用SAS 9.2 NLI N(Nonlinear regression)程序计算a、b、c值，降解率及降解参数采用单因素方差分析(ANOVA)显著性检验，duncan多重比较差异性。当P值小于0.05时为差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同牧草的常规营养成分

13种牧草的营养价值如表3所示，各样品的DM含量在91.05%～95.40%。沙打旺的OM含量较低，为71.63%，草地早熟禾、苜蓿、象草和狗尾草的OM含量均低于90%。CP含量最高的是苜蓿，为20.14%，其次为狗尾草、象草、草地早熟禾和沙打旺，其余牧草CP含量均较低，在10%以下。苜蓿和燕麦草的NDF和ADF含量低于其他牧草，披碱草和中华羊茅的NDF和ADF含量最高，NDF含量高于80%，ADF含量高于50%。

2.2 不同牧草在不同时间点DM的瘤胃降解率

如表4所示，牧草的种类不同，在同一时间点的DM降解率不同，苜蓿在各个时间点的降解率均最高(P<0.05)。除苜蓿外，沙打旺、燕麦草和狗尾草在72 h的降解率最高，高于60%，三者差异不显著(P>0.05)。草地早熟禾的72 h降解率为55.46%，依次高于象草、冷地早熟禾、多叶老芒麦、羊草和披碱草(P<0.05)。72 h降解率较低的是中华羊茅、芨芨草和芦苇，均低于40%。苜蓿、沙打旺、燕麦草和象草在24 h内DM降解率达到稳定，其他牧草在48 h内降解率达到稳定。

2.3 不同牧草在瘤胃内不同时间点CP的降解率

如表5所示，苜蓿的CP在各时间点(0点除外)的降解率最高(P<0.05)，在12 h的降解率就达到70%，24 h后降解率趋于稳定。不同牧草72 h的降解率中，沙打旺和狗尾草高于70%，草地早熟禾、燕麦草和披碱草为67%，差异不显著(P>0.05)，象草、冷地早熟禾、芨芨草、多叶老芒麦、羊草为41.67%～59.75%。中华羊茅和芦苇在各时间点的降解率均最低(P<0.05)。不同牧草CP在不同时间的降解率差异较大，但均能在24～48 h内达到稳定。

表3 不同牧草的营养成分含量Table 3 The nutrient content of different forage grass

表4 13种牧草的干物质在瘤胃内的降解率Table 4 The ruminal dry matter (DM) degradability of 13 forage grass in sheep %

注：同列中字母不同者表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note： Mean values in the same column with different letters were significantly different (P<0.05). The same below.

2.4 不同牧草DM的瘤胃降解参数

13种牧草的DM瘤胃降解参数不同，DM瘤胃快速降解部分(a)差异显著(P<0.05)，最高的是苜蓿，达到了39.5%，其次为燕麦草、沙打旺，均达到30%以上。但慢速降解部分(b)最高的是羊草、狗尾草、苜蓿和披碱草，约为40%，四者差异不显著(P>0.05)，b值最低的是燕麦草，为28.67%(P<0.05)。其余7种牧草b值为30%～37%范围内。b的降解速率(c)最快的是沙打旺和苜蓿，远高于其他牧草的降解速率(P<0.05)。DM的可降解部分(a+b)最高的是苜蓿，为78.53%(P<0.05)，其次为燕麦草、狗尾草和沙打旺，均达到60%以上。苜蓿的有效降解率(ED)最高，为67.5%(P<0.05)，其次为沙打旺和燕麦草，均达到50%以上，狗尾草的有效降解率也达到了46.21%。有效降解率最低的是芨芨草、中华羊茅、芦苇和披碱草，它们之间差异不显著(P>0.05)。由表6可知，ED与a+b值的趋势一致。

表5 13种牧草的蛋白质在肉羊瘤胃内的降解率Table 5 The ruminal crude protein (CP) degradability of 13 forage grass in sheep %

表6 13种牧草干物质在肉羊瘤胃内的降解参数Table 6 Parameters of dry matter (DM) dynamic degradation model of 13 forage grass in sheep

2.5 不同牧草CP的瘤胃降解参数

由表7可知，CP的a最高的是燕麦草(P<0.05)，为46.95%，其次是冷地早熟禾，而苜蓿、草地早熟禾、象草和多叶老芒麦间差异不显著(P>0.05)。披碱草的b值显著高于其他牧草，为59.98%(P<0.05)，芦苇、中华羊茅和苜蓿的b值达到了40%以上。b的降解速率最快的是苜蓿，最慢的是芦苇(P<0.05)。a+b最高的是苜蓿，高达82.97%(P<0.05)，象草、披碱草、狗尾草和沙打旺也达到70%以上。ED最高的是苜蓿，其次为沙打旺(P<0.05)。燕麦草和象草的蛋白质的ED达到60%，草地早熟禾和狗尾草达到57%，最低的是芦苇，为19.67%(P<0.05)。

表7 13种牧草蛋白质在绵羊瘤胃内的降解参数Table 7 Parameters of CP dynamic degradation model of 13 forage grass in sheep

3 讨论

DM瘤胃降解率是影响干物质采食量的一个主要因素[15]，受饲料原料纤维素含量和木质化程度的影响，反映饲料降解的难易程度。本试验结果表明，不同牧草品种间的DM降解率差异显著，随着牧草在瘤胃中培养时间的增长，DM的降解率逐渐增大，最终趋于稳定，这与Mehrez和Фrskove[16]的报道一致。豆科牧草苜蓿和沙打旺DM在各时间点的降解率和ED高于禾本科牧草，这与刘大林等[17]的研究结果一致，与苜蓿和沙打旺的蛋白含量较高，纤维物质含量低有关。禾本科牧草燕麦草和狗尾草的ED显著高于其他9种禾本科牧草，谢昭良等[18]研究表明黄燕麦草的相对饲料价值较高，为72.29%。比较同一科属牧草的DM的降解率，草地早熟禾要高于冷地早熟禾，多叶老芒麦高于披碱草。豆科牧草苜蓿和沙打旺以及禾本科的燕麦草和象草在0～12 h消化速度较快，在24 h后达到平缓期。而其他9种牧草在48 h后降解速度达到平缓期，这与柏雪等[19]的研究结果一致。由DM的降解参数可知，DM降解率高的牧草a值较高，接近b值或者大于b值，而DM降解率低的牧草a值要远小于b值。芨芨草、芦苇和中华羊茅0～72 h的DM降解率和有效降解率接近，说明三者的饲料降解特性基本一致，在13种牧草中降解率最低，与饲料本身NDF和ADF的含量高有关。李海英等[20]利用废碱液对芨芨草处理后，DM的降解率得到显著提高，说明降解率过低的牧草可经适当的加工方式处理后再饲喂动物效果较好。

牧草DM的瘤胃降解率不同受试验动物、日粮类型、牧草的种类、产地、收获时期、采样方式等因素的影响，对本试验而言，牧草的种类和收获时期不同是最重要的影响因素。牧草被采食后，被瘤胃内的微生物和其所分泌的酶降解，降解程度因牧草的化学结构不同而有差异。牧草收获的时期决定牧草的品质，随着成熟期的增加，牧草品质下降，可消化能浓度、净能含量及粗蛋白含量都将降低[21]。本试验中，苜蓿DM的降解率与靳玲品等[22]测定的河南苜蓿的结果一致。沙打旺的72 h降解率低于张永根等[23]测定的72.36%的降解率，可能与沙打旺的有机物含量偏低有关。燕麦草72 h降解率为61.31%，低于刘大林等[17]和洪金锁等[24]的研究结果，狗尾草72 h降解率为60.75%，高于冷静等[25]对非洲狗尾草的研究报道，早熟禾品种的牧草的DM降解率低于曹社会等[26]对早熟禾的研究。象草的ED为37.63%，显著高于杨信[27]测定的DM的降解率(25.21%)，可能与增施氮肥有关，梁志霞等[28]研究表明施氮能提高象草的光合能力，有利于碳水化合物的积累，与杨膺白等[29]测定的72 h降解率50.06%一致。羊草是农区肉羊饲养主要的牧草之一，而其在瘤胃内消化率低于本试验中大部分牧草，与王丽娟等[30]对东北地区羊草的研究结果一致。

影响瘤胃CP降解率的因素很多，如瘤胃微生物对饲料侵袭的有效面积，其他成分的保护性，蛋白质的物理、化学特性[31]。牧草中蛋白在瘤胃降解后产生氮，被微生物利用产生微生物蛋白，进入小肠被消化吸收。牧草中蛋白主要是含氮化合物，存在于细胞内容物中，而细胞壁中纤维素的结构影响蛋白质的降解速度，随着植物的成熟老化，木质化程度加深影响氮的释放和分解[32]。本试验表明，苜蓿的CP在瘤胃内各时间点的降解率和ED显著高于其他牧草，沙打旺次于苜蓿，高于其他禾本科牧草的降解率。狗尾草、燕麦草、草地早熟禾和象草的72 h降解率和ED低于沙打旺，但高于其他禾本科牧草，与DM的降解规律基本一致。披碱草蛋白的a+b值高达76.86%，ED为50.08%，但其原料中CP含量较低，NDF和ADF含量较高，可能披碱草中可被微生物利用的蛋白高于不可溶解的蛋白，需要进一步通过CNCPS方法对其各蛋白组分进行详细的测定。早熟禾和老芒麦的a值远高于b值，说明饲料刚进入瘤胃内就被快速降解，72 h内的降解速度稳定。芦苇、羊草、中华羊茅和披碱草的b值远高于a值，由于其纤维物质含量较高，微生物附着后的分泌物对其消化过程缓慢。饲料中蛋白的不可降解部分在瘤胃中可能发生美拉德反应、和木质素结合以及生成单宁酸-蛋白质复合物等，瘤胃微生物以及酶类不能对该部分蛋白利用[33]。本试验中CP的a+b值较低的是芦苇、中华羊茅和羊草，相应的其ED较低，分别为19.67%, 24.41%和31.56%。

由表3和表7可知，牧草原料中的CP含量高低顺序与牧草在瘤胃中的降解率高低顺序不一致，仅通过化学分析方法不能完全判断牧草的营养价值，牧草被动物采食或与瘤胃液接触后才能判断其可利用性。不同的牧草品种CP的降解率差异较大，苜蓿CP 72 h的降解率达86.18%，与王兴菊[34]的研究结果一致，但与刘美[35]对苜蓿的测定结果差异较大。燕麦草和象草CP的ED高于60%，可作为反刍动物采食的优质牧草品种。狗尾草和草地早熟禾的ED高于50%，说明其在瘤胃内的消化性较好。本研究中对芦苇研究结果表明，芦苇的降解特性较差，而与刘华[36]测定的芦苇有效降解率为70.82%差异较大，这与芦苇的产地、品种与物候期有关。采自青海地区的老芒麦和贵州地区的狗尾草与曹仲华等[37]对西藏地区两种野生牧草的测定的CP降解率相近。目前，对于芨芨草、披碱草、中华羊茅的研究较少，缺乏数据。

4 结论

在本试验采用的13种牧草中，DM和CP的有效降解率较高的牧草在24 h内消化率基本达到稳定，有效降解率偏低的牧草在48 h内达到稳定。牧草潜在可降解部分比例越高，慢速降解部分的降解速率越快，牧草有效降解率则越高。

综合DM和CP的动态降解特性，豆科牧草要优于禾本科牧草，豆科牧草的苜蓿降解率高于沙打旺，禾本科牧草的燕麦草、草地早熟禾、象草、狗尾草的降解率高于其他禾本科牧草。同一科属的牧草中，草地早熟禾要优于冷地早熟禾，老芒麦要优于披碱草。

芨芨草、芦苇和中华羊茅的纤维含量较高，DM和CP的降解率偏低，需搭配精料或营养价值较高的牧草混合饲喂肉羊。