不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃体外发酵参数的影响

张婷，张彬，张佩华，周小乔，田瑶，朱丹，赵勐，刘士杰，张开展，陈宇光*，卜登攀,3,4*，William P.Weiss

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养国家重点实验室，北京 100193；3.东北农业大学，食品安全与营养协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150030；4.CAAS-ICRAF农用林业与可持续畜牧业联合实验室，北京 100193；5.中国饲料工业协会，北京 100125；6.北京中地种畜有限公司，北京 100028；7.俄亥俄州农业研究与发展中心动物科学系，俄亥俄州立大学，伍斯特44691)



不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃体外发酵参数的影响

张婷1,2，张彬1，张佩华1，周小乔2，田瑶1，朱丹1，赵勐2，刘士杰5，张开展6，陈宇光1*，卜登攀2,3,4*，William P.Weiss7

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.中国农业科学院北京畜牧兽医研究所，动物营养国家重点实验室，北京 100193；3.东北农业大学，食品安全与营养协同创新中心，黑龙江 哈尔滨 150030；4.CAAS-ICRAF农用林业与可持续畜牧业联合实验室，北京 100193；5.中国饲料工业协会，北京 100125；6.北京中地种畜有限公司，北京 100028；7.俄亥俄州农业研究与发展中心动物科学系，俄亥俄州立大学，伍斯特44691)

利用体外产气法研究不同能量水平与不同加工方式玉米对瘤胃体外发酵参数的影响。试验以玉米秸秆为主要粗饲料来源设计精粗比为65∶35的等氮饲粮，选用玉米青贮与过瘤胃脂肪调整低、高能量水平，普通玉米与蒸汽压片玉米作为不同加工方式，采用2×2因子试验设计。结果表明，高能水平饲粮的理论最大产气量、48 h总产气量、干物质降解率均显著高于低能(P<0.05)，普通玉米高能组的乙酸、丙酸含量显著高于低能组(P<0.05)。同一能量水平下，蒸汽压片处理组的48 h总产气量均显著高于普通玉米组(P<0.05)；而低能条件下蒸汽压片组的总挥发酸、丙酸含量显著高于普通玉米组(P<0.05)。不同饲粮营养水平与体外产气参数相关性分析表明48 h总产气量与中性洗涤纤维(NDF)呈显著负相关(P<0.05)，与中性洗涤可溶物(NDS)、非纤维性碳水化合物(NFC)和NDS/CP呈显著正相关(P<0.05)。因此，使用蒸汽压片方式处理玉米以及提高饲粮能量水平均可以显著增加体外发酵48 h总产气量；低能水平下，蒸汽压片玉米对改善瘤胃的发酵特性更为明显。

蒸汽压片玉米；能量水平；发酵参数；总产气量

近年来，我国奶牛养殖业发展较快，优质粗饲料缺口日益增大，为此，我国不得不长期从国外大量进口苜蓿(Medicagosativa)等优质粗饲料。2010年，我国从国外进口接近2.3亿t苜蓿,而本国生产的苜蓿仅有1亿t[1]。粗饲料是反刍动物饲粮中不可或缺的组成部分，粗饲料品质直接影响奶牛采食量与能量的吸收。中国每年产生有接近2亿t玉米(Zeamays)秸秆及类似稻草的秸秆型粗饲料[2]，由于科技和观念等方面的限制，我国丰富的秸秆资源未能在生产中得到合理有效的利用而遭到大量浪费。秸秆中纤维含量较高，粗蛋白和能量水平较低，且适口性差，如单纯将其作为粗饲料来源，则不能满足高产奶牛营养需要，影响其生产性能及机体健康。Wang等[3]用玉米秸秆代替苜蓿干草，降低了奶牛乳产量及乳蛋白合成，其分析原因可能是秸秆影响了营养物质的代谢及利用，导致能量供应不足。已有研究表明，饲粮能量水平与乳产量呈线性关系[4]。Zhu等[5]的研究表明，与玉米秸秆组相比，苜蓿组增加了瘤胃有效能的利用，有利于乳蛋白的合成。因此，饲粮能量供应不足可能是影响奶牛生产性能的主要因素。此外，不同加工的玉米对奶牛泌乳性能造成一定的影响，因淀粉是玉米的主要组成部分，是重要的能量来源物质，当玉米受蒸汽压片处理后，淀粉的结构发生改变，淀粉的利用率将得到提高[6]，从而影响奶牛泌乳性能。Sauvant和Milgen[7]用快速释放淀粉类代替慢速释放淀粉时，能提高十二指肠微生物蛋白(microbial protein, MCP)的流量。早期Theurer[8]研究发现，相比干扁玉米，蒸汽压片玉米能提高奶牛的泌乳性能，可以分别提高6%，8%，2%的产奶量、乳蛋白产量和乳蛋白率。Zhong等[9]研究报道，与普通玉米相比，蒸汽压片玉米能显著提高干物质采食量、乳产量、乳蛋白产量和乳脂产量。因此是否可以通过提高能量水平和利用蒸汽压片玉米结合我国现有秸秆资源，弥补秸秆型的弊端，满足奶牛养殖业对粗饲料的需求，减少对进口苜蓿的依赖。目前，以玉米秸秆为粗饲料来源，通过改变饲粮能量水平和玉米不同加工方式对泌乳性能影响的报道很少。本试验采用体外产气方法，研究不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃发酵参数的影响，旨在为生产实践和接下来的现场试验提供数据参考。

1 材料与方法

1.1饲料样品的制备及成分分析

参照奶牛营养需要NRC(2001)饲养标准配制4种不同饲粮：秸秆和普通玉米组成的低能玉米组(lower energy ground corn, LEGC)，秸秆和蒸汽压片玉米组成的低能蒸汽压片玉米组(lower energy steam-flaked corn, LESFC)，秸秆、 普通玉米、玉米青贮和过瘤胃脂肪组成的高能玉米组(higher energy ground corn, HEGC)以及秸秆、蒸汽压片玉米、玉米秸秆青贮和能乳发组成的高能蒸汽压片玉米组(higher energy steam-flaked corn, HESFC)，饲粮配方见表1。将配制好的饲粮，65℃烘干，粉碎过0.42 mm筛备用。干物质(dry matter, DM)参照GB/T6435-86，粗蛋白质(crude protein, CP)参照GB/T6432-94(全自动凯氏定氮仪VELP.UDKl59)，粗脂肪(ether extract, EE)按照GB/T6433-94，粗灰分(Ash)参照GB/T6438-92的方法进行测定[10]。中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)的测定参照Van Soest等[11]的方法进行，其中NDF样品分析时加入热稳定淀粉酶，计算包含灰分；淀粉(starch)按照蒽酮比色法[12]进行测定。

1.2试验动物管理

试验根据奶牛年龄、体重、胎次、泌乳量相近或相同的原则，选取3头体况良好，泌乳日龄100～150 d，装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛为试验动物。采用RIC(roughage intake control)自动饲喂系统(Insentec B.V公司，荷兰)，用全混合饲粮(total mix ration, TMR)饲喂牛群，饲粮配方见表2(来自北京中地种畜科技有限公司)，每天饲喂3次(7:00,13:00,19:00),自由采食、自由饮水，每天挤奶3次(6:30,14:00,20:30)。

1.3试验方法

1.3.1缓冲液配制 采用Menke和Steingass[14]的方法配制缓冲液，配方如下：400 mL H2O、0.1 mL微量元素溶液A(每100 mL溶液A含CaCl2·2H2O 13.2 g、MnCl2·4H2O 10 g、CoCl·6H2O 1 g 和FeCl3·6H2O 8 g)、200 mL碳酸盐、缓冲溶液B(每L溶液B含NH4HCO34 g 和NaHCO335 g)、200 mL磷酸盐、缓冲溶液C(每L溶液C含Na2HPO45.7 g、KH2PO46.2 g 和MgSO4·7H2O 0.6 g)、1 mL 1.0 g/L 刃天青溶液、40 mL还原剂溶液(每100 mL还原剂溶液含NaOH 160 mg、Na2S·9H2O 625 mg)。接种前需向瓶中充入CO2。

1.3.2瘤胃液采集与处理 2014年7月在北京市中地种畜有限公司牛场于晨饲前2 h采集3头装有瘤胃瘘管的荷斯坦奶牛的内容物3 L，混合后装于保温瓶迅速带回实验室，然后在39℃水浴环境中用4层纱布过滤，同时持续通入CO2边搅拌边加入厌氧发酵瓶，该操作尽可能在短时间内完成。

表1 饲粮原料组成及营养水平Table 1 Ingredients and nutrient levels of experimental diets 风干基础 Air-dry basis

1)LEGC:秸秆和普通玉米组成的低能玉米组TMR(total mix ration) containing corn stover as the main forage and contenting ground corn；LESFC：秸秆和压片玉米组成的低能压片玉米组TMR containing corn stover as the main forage and contenting steam-flaked corn；HEGC:秸秆、普通玉米、青贮玉米秸秆和能乳发组成的高能玉米组Containing corn stover and corn silage as the main forage and contenting ground corn；HESFC:秸秆、压片玉米、青贮玉米秸秆和能乳发组成的高能压片玉米组Containing corn stover and corn silage as the main forage and contenting steam-flaked corn.
2)每kg预混料(DM)含有One kilogram of premix (DM) contained the following：Fe 5500 mg, Cu 4080 mg, Mn 4989 mg, Zn 17500 mg, I 180 mg, Se 110 mg, Co 8805 mg; VA 2000000 IU, VD 600000 IU, VE 10800 mg。
3)非纤维性碳水化合物=100-(%中性洗涤纤维+%粗蛋白+%粗脂肪+%粗灰分)。NFC=100-(%NDF+%CP+%EE+%Ash)[13].
4)NEL为计算值，其他为实测值。 NELwas a measured value, and the others were calculated values[13].下同 The same below.

表2 试验牛饲粮的组成及营养水平(干物质基础)Table 2 Ingredient composition and nutrient levels of diets (DM basis)

1.3.3体外接种处理 称取0.5 g饲料样品置于150 mL厌氧发酵罐中，每个处理设5个重复。接种时边搅拌边加入已39℃预热的缓冲液50 mL和新鲜瘤胃液25 mL于每个瓶中，并向瓶中持续通入CO25 s后，立即加上瓶塞，操作应在尽量短的时间内完成。将每个发酵瓶与产气装置(中国农业大学研制的“AGRS-III型64通路微生物发酵微量产气全自动记录装置与软件系统”[15]Automated Trace Gas Recording System for Microbial Fermentation, AGRS)的每个传感器相连接，于39℃下培养48 h，试验重复2次。

1.3.4样本采集及分析 在培养发酵48 h后结束发酵程序，从发酵瓶中采集发酵液，立即测定pH值，并用40～50 μm孔径，5 cm×10 cm的尼龙袋过滤发酵液装于4个10 mL离心管中，按与发酵液3∶1添加25%的偏磷酸溶液固氮，混匀后于-20℃冷冻保存，用于微生物蛋白、挥发性脂肪酸(volatile fatty acids, VFA)和氨态氮(ammonia nitrogen, NH3-N)指标的测定。将尼龙袋过滤的滤渣连同尼龙袋在水龙头下冲洗至水澄清，在65℃烘箱内烘至恒重。样品体外干物质降解率(invitrodry matter degradability, IVDMD)计算公式如下：

体外干物质降解率(%)=[(样品DM重-残渣DM重)/样品DM重]×100。

MCP采用Makkar 和Becker[16]根据Zinn和Owens[17]改进过的嘌呤法测定：将-20°冻存的瘤胃液解冻，取8 mL样品13200 r/min离心20 min,留沉淀加入2.104 mL 0.6 mol/L HClO4，90～95℃水浴1 h，冷却加入6 mL 28.5 mol/L NH4H2PO4，水浴15 min冷却,5130 r/min离心10 min，1.6 mL上清液加入6 mL 0.2 mol/L NH4H2PO4,用85%磷酸调整溶液pH值为2～3，取3.8 mL加入0.2 mL 0.4 mol/L AgNO3，5℃避光过夜。5130 r/min离心10 min，留沉淀，加4.5 mL pH=2的蒸馏水冲洗，于5130 r/min离心10 min,留沉淀,加入5 mL 0.5 mol/L HCl水浴30 min，5130 r/min离心10 min，取上清液在波长为260 nm下比色，以0.5 mol/L HCl作参比，以酵母RNA作标准曲线，根据光密度值和标准曲线求出样品中的RNA测定值。计算公式为：微生物蛋白氮(mg/mL)=RNA测定值(mg/mL)×RNA含氮量(17.83%)/细菌氮中RNA含氮量(10%)×稀释倍数。

VFA(Volatile fatty acids)采用气相色谱(Agilent 6890N GC system, Agilent, America)以外标法测定[18]，色谱条件如下：以氮气作为载气，色谱柱为Ø4 mm(外)×2.6 m玻璃柱(15%PEGS，Chromsorb W80/0.147 mm)；柱温160℃，气化室温度为200℃，检测器温度为250℃；柱前压力：氮气0.30 MPa，氢气0.07 MPa，空气0.40 MPa；氮气(载气)流速30 mL/min；样品进样量0.4 μL。

氨氮采用靛酚蓝比色法测定[19]，瘤胃液中的氨与次氯酸钠及苯酚试剂在亚硝基铁氰化钠催化下反应生成蓝色靛酚，通过测定蓝色靛酚的吸光度可以得到样品中氨的浓度。

1.4发酵气体指标的产气动力学模型分析

通过AGRS-III型64通路微生物发酵微量产气全自动记录装置与软件系统，实时记录产气量。

参照指数模型对不同饲粮累积产气量数据进行非线性拟合：

GPt(mL/g DM)=A/[1+(C/t)B][20]

式中，GPt为t时间点记录到的累积产气量；A为发酵时间无限延长时的理论最大产气量；B为所形成的产气曲线的平滑度；C为达到理论产气量最大值A一半时所需要的时间。

TRmaxS=C×(B-1)(1/B)
RmaxG=(A×CB×B×TRmaxS(-B-1))/(1+CB×TRmaxS(-B))2
TRmaxG=C×[(B-1)/(B-1)](1/B)

TRmaxS为达到底物最大降解率时所需要的时间(h)；RmaxG为最大产气速率(mL/h)；TRmaxG为达到最大产气速率所需要的时间(h)。

1.5数据分析

原始数据经由Excel 2013初步处理，再采用SAS 9.2软件进行双因子方差分析，以最小二乘均数形式表示统计结果，P<0.05为差异显著，P<0.01为差异极显著。

2 结果与分析

2.1不同能量水平及玉米加工饲粮对体外产气的影响

从表3可知，在相同能量水平下，蒸汽压片玉米与普通玉米之间干物质降解率差异不显著(P>0.05)。在相同玉米加工方式下，高能水平的干物质降解率极显著高于低能(P<0.01),无显著互作效应(P>0.05)；48 h总产气量HESFC组最高，LEGC组最低，蒸汽压片玉米总产气量极显著高于普通玉米(P<0.01)。高能的总产气量极显著大于低能(P<0.01),无显著互作效应(P>0.05)。从图1可知，各组间发酵10 h前产气量快速上升，10 h后进入缓慢上升阶段。理论最大产气量(A)LEGC组显著低于其他3组饲粮。LEGC和LESFC组的产气曲线的平滑度(B)和达到理论产气量最大值A一半时所需要的时间(C)差异显著。处理组间RmaxG与TRmaxG差异不显著(P>0.05)，但处理组间RmaxG从大到小的趋势为HESFC>HEGC>LESFC>LEGC;TRmaxG为HESFC> HEGC>LEGC>LESFC。

表3 不同饲粮对体外产气参数的影响Table 3 Effect of different diets on gas production in vitro

注：同行不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。GP48:体外发酵48 h的累积产气量(mL/g DM)。SEM:平均标准误差。E:不同能量处理。C:不同玉米处理。A:发酵时间无限延长时的理论最大产气量(mL/g DM)；B:形成的产气曲线的平滑度；C:达到理论产气量最大值A一半时所需要的时间(h)；RmaxG:最大产气速率(mL/h)；TRmaxG:达到最大产气速率所需要的时间(h);下同。

Note：In the same row, values with different small letters mean significant differences (P< 0.05).GP48:Cumulative gas production at 48 h.SEM:Standard error of the mean.E:Different energy treatment.C:Different maize treatment.A:The asymptotic gas production; B:A sharpness parameter determining the shape of the curve; C:The time (h) at which half ofAis reached;RmaxG:The maximum gas production rate (mL/h);TRmaxG:The time at whichRmaxGis reached (h)； the same below.

2.2不同能量水平及玉米加工饲粮对体外培养瘤

图1 不同饲粮对体外产气量的影响

胃发酵参数影响

如表4可知，各组间pH值、微生物蛋白浓度、氨氮浓度差异不显著(P>0.05)，且均无显著互作效应(P>0.05)；普通玉米高能组总挥发酸(total volatile fatty acids, TVFA)、乙酸、丙酸与异丁酸含量显著高于普通玉米低能组(P<0.05)，而与蒸汽压片玉米无显著差异(P>0.05)。低能水平下，蒸汽压片玉米的丙酸含量显著高于普通玉米(P<0.05)，无显著互作效应(P>0.05)。

2.3不同能量水平及玉米加工饲粮与体外产气参数相关性分析

总产气量与淀粉、NDS/CP呈极显著正相关(P<0.01)；与NDS、NFC呈显著正相关(P<0.05)；与NDF呈显著负相关(P<0.05)。理论最大产气量与淀粉、NDS/CP和NFC呈显著正相关(P<0.05)。

表4 不同饲粮对瘤胃发酵参数的影响Table 4 Effect of different diets on rumen fermentation parameters in vitro

表5 不同饲粮营养水平与体外发酵参数的相关关系Table 5 Coefficients between different diets chemical compositions and fermentation parameters in vitro

* 为显著相关(P<0.05)，** 为极显著相关(P<0.01)。*mean significant correlation (P<0.05), **mean greater significant correlation (P<0.01).

3 讨论

3.1不同能量水平及玉米加工饲粮对干物质消化率与体外产气参数的影响

饲料在反刍动物瘤胃中微生物分泌的多种酶作用下，分解饲料产生大量挥发性脂肪酸和氨气(ammonia, NH3)、甲烷(methane, CH4)、二氧化碳(carbon dioxide, CO2)等气体。Menke等[21]研究发现，饲料体外发酵的总产气量与反刍动物体内发酵参数具有高度的相关性。总产气量综合反映了饲料本身的降解特性和微生物生长的情况。总产气量越大说明饲料可发酵营养水平越多，微生物活性越强；反之，饲料可发酵有机物越少，微生物活性越弱，产气量越小[22]。

从图1、表3可知，与低能水平相比，高能可以提高总产气量与干物质消化率，这可能由于低能水平的粗饲料来源为单一的玉米秸秆，纤维含量高，可发酵碳水化合物低，没有足够的可溶物，微生物生长繁殖较慢，故消化率低，总产气量低[23]。崔彦召等[24]研究表明，蒸汽压片玉米累积产气量显著高于玉米颗粒，与本试验蒸汽压片玉米组总产气量显著高于普通玉米一致。说明蒸汽压片玉米比普通玉米更有利于瘤胃微生物的降解。玉米经过蒸汽压片处理后表皮被破碎，使淀粉发生凝胶糊化反应生成α-淀粉，淀粉内部支链淀粉向直链淀粉转变增加，从而更容易被微生物及酶利用[25]。Galyean等[26]研究报道，玉米凝胶糊化程度与体外产气量有很大相关性，糊化程度越大，产气量越高，且理论最大产气量也接近48 h的实测产气量。虽然各组间RmaxG、TRmaxG不受能量与不同加工玉米的影响，但在相同能量水平下，蒸汽压片玉米最大产气速率(RmaxG)均有大于普通玉米的趋势，与辛杭书等[27]研究一致。

3.2不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃降解参数的影响

瘤胃微生物对pH值的变化十分敏感，如瘤胃pH值长期低于6.4，瘤胃微生物生长、繁殖，以及发酵底物的降解和利用将会受到影响[28]。因此，瘤胃pH值对瘤胃发酵起决定性作用。瘤胃pH值主要受饲粮组成和营养水平的影响，与淀粉消化的相关性很高[29]。谷物经过加工后会增加4～8 h时间段内体外培养淀粉的消化率[30]，此时，由于淀粉发酵产酸的缘故，pH值随淀粉消化率的增加而降低。Hales等[31]研究表明，体外培养6 h时蒸汽压片玉米的pH最低，而在培养18和24 h时各组间pH值差异不显著。王桂瑛等[32]研究表明，体内试验中粉碎蒸汽压片玉米与粉碎玉米的瘤胃pH值无显著差异，均在正常范围内，与本研究一致。

氨氮浓度的变化体现了发酵底物蛋白质的降解及瘤胃微生物对N的利用效率，而体外发酵降解的氨氮一部分会溶解在发酵瓶中，另一部分用来维持微生物生命活动及微生物蛋白的合成。但氨氮浓度过高或过低都不利于微生物的生长与繁殖。Murphy和Kennelly[33]研究表明，微生物发酵的最适氨氮浓度为6.3～27.5 mg/dL。本试验氨氮浓度范围为29.62～36.38 mg/dL，各组饲粮氨氮浓度由高到低的顺序为LEGC>LESFC>HEGC>HESFC。说明各组含氮底物的降解率远大于微生物利用率，发酵瓶内蛋白充足，能量水平与压片玉米组合有利于微生物对N利用的趋势。李袁飞等[34]研究表明，各组合间氨氮浓度与微生物蛋白在24 h时差异显著，在48 h时各组合间微生物蛋白差异不显著，以此来说明48 h MCP浓度已经达到了一个动态平衡，与本试验研究一致。各组间MCP差异水平可能在4～8 h，因为谷物加工的淀粉高消化在4～8 h时间段内[30]，此时能氮释放同步性能促使微生物大量繁殖和微生物蛋白合成，由此需做4～8 h时间点NH3-N、MCP含量来进一步验证。

反刍动物瘤胃发酵所产生的挥发性脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸、异丁酸、异戊酸、戊酸，其均是能量代谢的主要能量来源，而乙酸、丙酸和丁酸含量占主要能源物质的80%[35]。乙酸是乳脂合成的主要前体物质，丙酸则是糖异生的主要前体物质，而肝脏糖异生作用为体内代谢提供葡萄糖。普通玉米高能组总挥发酸、乙酸、丙酸和丁酸含量均高于低能水平的玉米组，与Corona等[36]，Zinn等[37]，Plascencia等[38]报道蒸汽压片玉米乙酸含量低于普通玉米，丁酸含量高于普通玉米的结果不一致。而本试验仅在低能水平下，蒸汽压片玉米组丙酸含量高于普通玉米组，这与Lee等[39]利用体外法研究蒸汽压片玉米丙酸含量高于普通玉米一致，可能是因为丙酸含量受饲粮可发酵碳水化合物含量的影响，低能水平下微生物发酵受限，而蒸汽压片玉米技术提高了玉米中淀粉的糊化程度，更有利于微生物的利用，使能量物质丙酸增加，从而间接提高了能量水平，增强了微生物对营养物质的降解，导致乙酸产量增加。

3.3不同能量水平及玉米加工饲粮的营养水平与体外产气参数相关性分析

Meyer和Wolin[40]研究发现体外发酵的主要气体来源于碳水化合物的发酵，其次是蛋白，而脂肪可以忽略不计。本试验中48 h实测总产气量与NDS和NDS/CP呈正相关性，与崔占鸿等[41]研究一致。NDS中主要成分是非纤维性碳水化合物、粗蛋白、粗脂肪和矿物质元素等。非纤维性碳水化合物又包括：淀粉、糖、果胶和有机酸等。矿物质在体外发酵时不产生气体，脂肪产气量可忽略不计，而各处理组间CP含量一致，所以淀粉在饲粮含量中占很大比重。本试验中48 h总产气量与淀粉呈正相关关系，所以48 h总产气量主要受饲粮中NDS的影响，其中又属淀粉贡献最大。即当NDS含量高，饲粮NDS/CP值越大，则体外发酵越强，产气量越多。杨红建和冯仰廉[42]研究表明，在氮供应稳定的情况下，适宜的结构性碳水化合物(structural carbohydrates, SC)与非结构性碳水化合物(non structural carbohydrates, NSC)比例才能保证瘤胃微生物对淀粉和纤维的最大降解率，因此体外总产气量受非结构性碳水化合物的影响较大。汤少勋等[43]和Nsahlai等[44]对不同牧草体外发酵研究表明，理论最大产气量与NDF、ADF呈负相关关系，与本研究48 h总产气量与NDF呈显著的负相关关系一致，由于本试验主要粗饲料来源为玉米秸秆和玉米青贮，可降解碳水化合物少，所以如果含量越多，则产气量随之减少。

4 结论

在以玉米秸秆为主要粗饲料来源饲粮中，通过提高饲粮能量水平可以提高48 h总产气量与干物质降解率；蒸汽压片玉米可以增加48 h总产气量；尤其在低能水平下，蒸汽压片玉米对瘤胃发酵的促进作用更为显著。

[1] Wang J Q.Five key indicators leading the direction of China dairy industry.China Animal Husbandry & Veterinary Medicine, 2011, 38:5-9.

[2] Pang Y Z, Liu Y P, Li X J,etal.Improving biodegradability and biogas production of corn stover through sodium hydroxide solid state pretreatment.Energy Fuels, 2008, 22:2761-2766.

[3] Wang B, Mao S Y, Yang H J,etal.Effects of alfalfa and cereal straw as a forage source on nutrient digestibility and lactation performance in lactating dairy cows.Journal of Dairy Science, 2014, 27:7706-7715.

[4] Friggens N, Emmans G C, RobertsonS,etal.The lactational responses of dairy cows to amount of feed and to the source of carbohydrate energy.Journal of Dairy Science, 1995, 78:1734-1744.

[5] Zhu W, Fu Y, Wang B,etal.Effects of dietary forage sources on rumen microbial protein synthesis and milk performance in early lactating dairy cows.Journal of Dairy Science, 2012, 96:1727-1734.

[6] Xin H S, Xu C C, Meng Q X,etal.Effect of steam-flaked technology on corn nutrition value and feed effective in dairy cattle.Chinese Journal of Animal Science, 2006, 42(10):57-60.

[7] Sauvant D, Milgen J V.Dynamic Aspects of Carbohydrate and Protein Breakdown and the Associated Microbial Matter Synthesis[M].Germany:Delmar Publishers, 1995:71-91.

[8] Theurer C B.Invited review:Summary of steam-flaking corn or sorghum grain for lactating dairy cows.Journal of Dairy Science, 1999, 82:1950-1959.

[9] Zhong R Z, Li J G, Gao Y X,etal.Effects of substitution of different levels of steam-flaked corn for finely ground corn on lactation and digestion in early lactation dairy cows.Journal of Dairy Science, 2008, 91(10):3931-3937.

[10] Ji Z H, Wang S Y.Ministry of agriculture animal husbandry and veterinary(Office of feed work throughout the country).Feed Industry Standard Assembly[M].Beijing:China Standard Press, 2002:70-72, 79-80.

[11] Van Soest P J, Robertson J B, Lewis B A.Methods for dietary fiber, neutral detergent fiber, and non starch polysaccharides in relation to animal nutrition.Journal of Dairy Science, 1991, 74(10):3583-3597.

[12] Ning K G.Practical Feed Analysis Manual[M].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Science and Technology Press, 1993.

[13] Meng Q X.Nutrient Requirements of Dairy Cattle 7th[M].Beijing:Chinese Agricultural University Press, 2002.

[14] Menke K H, Steingass H.Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis andinvitrogas production using rumen fluid.Animal Research and Development, 1988, 28:7-55.

[15] Shen Y, Song Z H, Yang H J,etal.Research and development of automated gas recording system forinvitrofermentation based on virtual instrumentation.Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2006, 22(12):159-163.

[16] Makkar H, Becker K.Purine quantification in digesta from ruminants by spectrophotometric and HPLC methods.The British Journal of Nutrition, 1999, 81(2):107-112.

[17] Zinn R A, Owens F N.A rapid procedure for purine measurement and its use for estimating net rumen protein synthesis.Canadian Journal of Animal Science, 1986, 66(1):157-166.

[18] Ding H T, Xia D H, Qin S S,etal.Effect of bacillus subtilis on dairy cattleinvitrorumen fermentation.Feed Research, 2012, (1):57-59.

[19] Wang J Q.Methods in Ruminant Nutrition Research[M].Beijing:Modern Education Press, 2011.

[20] Groot J C, Cone J W, Williams B A,etal.Multiphasic analysis of gas production kinetics forinvitrofermentation of ruminant feeds.Animal Feed Science and Technology, 1996, 64(1):77-89.

[21] Menke K H, Raaba L, Salewskia A,etal.The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feeding stuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquorinvitro.Journal of Agricultural Science, 1979, 93:217-222.

[22] Sun G Q, Lv Y Y, Zhang J J,etal.A study on the associative effect of whole corn silage-peanut vine andLeymuschinensisby rumen fermentationinvitro.Acta Prataculturae Sinica, 2014, 23(3):224-231.

[23] Yang F.Animal Nutrition (2 edition)[M].Beijing:Chinese Academy of Agricultural Press, 1999:60-75.

[24] Cui Y Z, Xu X M, Xu G Z,etal.Evaluation of Steam-flaked Corn and Corn Grain Nutritional ValueinvitroGas Production Technique[C].Zhengzhou:The Third China Dairy Industry Conference, 2012.

[25] Chen T.Effects of Steam-Flaked Corn on the Performance and Excretion of Nitrogen and Phosphorus in Dairy Cows[D].Baoding:Hebei Agricultural University, 2009.

[26] Galyean M L, Wagner D G, Johnson R K.Studies on the feasibility of prediction feedlot performance from certain laboratory grain analyses.Journal of Animal Science, 1978, 46(1):9-18.

[27] Xin H S, Ren L P, Sun C M,etal.Effect of combination of coated urea and steam-flaked corn grains on ruminal ammonia release and fermentation traitsinvitro.Journal of China Agricultural University, 2007, 12(3):41-45.

[28] Erdman R A, Hemken R W, Bull L S.Dietary sodium bicarbonate and magnesium oxide for early postpartum lactating dairy cows:effects on production, acid-base metabolism, and digestion.Journal of Dairy Science, 1988, 71:754-761.

[29] Yang W Z, Beauchemin K A, Rode L M.Effects of grain processing, forage-to-concentrate ratio, and forage particle size on rumen pH and digestion by dairy cows.Journal of Dairy Science, 2001, 84:2203-2216.

[30] Ramirez R G, Kiesling H E, Galyean M L,etal.Influence of steam-flaked, steam-whole or whole shelled corn on performance and digestion in beef steers.Journal of Animal Science, 1985, 61:1-8.

[31] Hales K E, McMeniman J P, Leibovich J,etal.Effects of varying bulk densities of steam-flaked corn and dietary roughage concentration oninvitrofermentation, performance, carcass quality, and acid-base balance measurements in finishing steers.Journal of Animal Science, 2010, 88:1135-1147.

[32] Wang G Y, Mao H M, Wen J K,etal.Effect of corn processing on rumen fluid pH.Feed Industry, 2005, 26(5):29-30.

[33] Murphy J J, Kennelly J J.Effect of protein concentration and protein source on the degradability of dry matter and protein in situ.Journal of Dairy Science, 1987, 70(9):1841.

[34] Li Y F, Hao J X, Ma Y Y,etal.Nutritive value evaluation of different types of feeds byinvitroruminal fermentation method.Chinese Journal of Animal Nutrition, 2013, 25(10):2403-2413.

[35] Bergman E N.Energy contribution of volatile fatty acids from the gastrointestinal tract in various species.Physiological Reviews, 1990, 70:567-590.

[36] Corona L, Owens F N, Zinn R A.Impact of corn vitreouness and processing on site and extent of digestion by feedlot cattle.Journal of Animal Science, 2006, 84:3020-3031.

[37] Zinn R A, Owens F N, Ware R A.Flaking corn:processing mechanics, quality standards, and impacts on energy availability and performance of feedlot cattle.Journal of Animal Science, 2002, 80:1145-1156.

[38] Plascencia A, González-Vizcarra V M, López-Soto M A,etal.Influence of cracked, coarse ground or fine ground corn on digestion, dry matter intake and milk yield in Holstein Cows.Journal of Applied Animal Research, 2009, 35:149-154.

[39] Lee S Y, Kim W Y, Ko J Y,etal.Effects of corn processing oninvitroand in situ digestion of corn grain in Holstein steers.Asian-Australian Journal of Animal Science, 2002, 15(6):851-858.

[40] Meyer J, Wolin A.Theoretical rumen fermentation balance.Journal of Dairy Science, 1960, 43:1452-1459.

[41] Cui Z H, Hao L Z, Liu S J,etal.Evaluation of the fermentation characteristics of mixed oat green hay and native pastures in the Qinghai plateau using aninvitrogas production technique.Acta Prataculturae Sinica, 2012, 21(3):250-257.

[42] Yang H J, Feng Y L.Effects of cellulose to starch ratio in substrate oninvitrovolatile fatty acids yield with equal-nitrogen purified substrate.Chinese Journal of Animal Science, 2003, 39(5):9-11.

[43] Tang S X, Jiang H L, Zhou C S,etal.Effects of different forage species oninvitrogas production characteristics.Acta Prataculturae Sinica, 2005, 14(3):72-77.

[44] Nsahlai I V, Siaw D E K A, Osuji P O.The relationships between gas production and chemical composition of 23 browses of theGenussesbania.Journal Science of Food and Agriculture, 1994, 65:13-20.

参考文献：

[6] 辛杭书, 许曾曾, 孟庆翔, 等.蒸汽压片技术对玉米营养价值及奶牛饲用效果的影响.中国畜牧杂志, 2006, 42(10):57-60.

[10] 季之华, 王随元.农业部畜牧兽医局(全国饲料工作办公室).饲料工业标准汇编[M].北京:中国标准出版社, 2002:70-72, 79-80.

[12] 宁开桂.实用饲料分析手册[M].北京:中国农业科技出版社, 1993.

[15] 沈英, 宋正河, 杨红建, 等.基于虚拟仪器技术的饲料体外发酵产气自动记录系统的研制.农业工程学报, 2006, 22(12):159-163.

[18] 丁洪涛, 夏冬华, 秦珊珊, 等.枯草芽孢杆菌对奶牛体外瘤胃发酵的影响.饲料研究, 2012, (1):57-59.

[19] 王加启.反刍动物试验研究方法[M].北京:现代教育出版社, 2011.

[22] 孙国强, 吕永艳, 张杰杰, 等.利用体外瘤胃发酵法研究全株玉米青贮与花生蔓和羊草间的组合效应.草业学报, 2014, 23(3):224-231.

[23] 杨凤.动物营养学2版[M].北京:中国农业出版社, 1999:60-75.

[24] 崔彦召, 徐晓明, 徐国忠, 等.体外产气法评定蒸汽压片玉米和玉米颗粒的营养价值[C].郑州： 第三届中国奶业大会, 2012.

[25] 陈涛.蒸汽压片玉米对奶牛生产性能和氮磷排放的影响[D].保定:河北农业大学, 2009.

[27] 辛杭书, 任丽萍, 孙长勉, 等.包被尿素与蒸汽压片玉米组合对活体外瘤胃氨氮释放和发酵参数的影响.中国农业大学学报, 2007, 12(3):41-45.

[32] 王桂瑛, 毛华明, 文际坤, 等.玉米的加工处理对瘤胃液pH的影响.饲料工业, 2005, 26(5):29-30.

[34] 李袁飞, 郝建祥, 马艳艳, 等.体外瘤胃发酵法评定不同类型饲料的营养价值.动物营养学报, 2013, 25(10):2403-2413.

[41] 崔占鸿, 郝力壮, 刘书杰, 等.体外产气法评价青海高原燕麦青干草与天然牧草组合效应.草业学报, 2012, 21(3):250-257.

[42] 杨红建, 冯仰廉.不同纤维素与淀粉比率等氮纯化饲粮瘤胃发酵挥发性脂肪酸产生量.中国畜牧杂志, 2003, 39(5):9-11.

[43] 汤少勋, 姜海林, 周传社, 等.不同牧草品种对体外发酵产气特性的影响.草业学报, 2005, 14(3):72-77.

Effects of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parametersinvitro

ZHANG Ting1,2, ZHANG Bin1, ZHANG Pei-Hua1, ZHOU Xiao-Qiao2, TIAN Yao1, ZHU Dan1, ZHAO Meng2, LIU Shi-Jie5, ZHANG Kai-Zhan6, CHEN Yu-Guang1*, BU Deng-Pan2,3,4*, William P.Weiss7

1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,InstituteofAnimalSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China; 3.SynergeticInnovationCenterofFoodSafetyandNutrition,Harbin150030,China; 4.WordAgroforestryCentre,EastandCentralAsia,Beijing100193,China; 5.Chinafeedindustryassociation,Beijing100125,China; 6.BeijingSinoFarm,Beijing100028,China; 7.DepartmentofAnimalSciences,OhioAgriculturalResearchandDevelopmentCenter,TheOhioStateUniversity,Wooster44691,America

Invitrobatch cultures were grown to investigate the effect of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parameters in a 2×2 factorial experiment.Isonitrogenous diets were constructed with a concentrate-to-forage ratio of 65∶35 using corn straw as the main forage, and corn silage and rumen-protected fat were added to adjust the diets’ energy levels.In addition, steam-flaked corn and ground corn were tested as different corn processing products.The results showed that the theoretical maximum gas production, 48 h total gas production and dry matter degradability of the high-energy diets were significantly higher than for the low energy diets (P<0.05).The acetate and propionate of high-energy diets were significantly higher than low-energy diets with ground corn (P<0.05).At the same energy level, the 48 h total gas production of diets with steam-flaked corn was higher than for ground corn (P<0.05).Furthermore, at the low-energy level the total volatile fatty acid and propionate of diets with steam-flaked corn were higher than for ground corn (P<0.05).Correlation analysis between the different feed nutrition levels and fermentation parametersinvitroshowed that 48 h total gas production was significantly negatively related to neutral detergent fiber (P<0.05), while it had a significantly positive correlation with neutral detergent-soluble (NDS) and non-fiber carbohydrates and with NDS/crude protein (P<0.05).In conclusion, both steam-flaked corn and high-energy level diets can increase 48 h total gas productioninvitro, and steam-flaked corn can improve ruminal fermentation under low-energy level diets.

steam-flaked corn; energy level; fermentation parameters; total gas production

10.11686/cyxb2015060

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-01-27；改回日期：2015-04-09

“十二五”科技支撑计划(2012BAD12B02-5)，动物营养与饲料基础数据的整合与应用(2013ywf-zd-3)和湖南省“海外名师”项目计划(湘教通[2014]309号)资助。

张婷(1987-)，女，湖南浏阳人，在读硕士。E-mail：zting729@163.com

*通信作者Corresponding author.E-mail:ayu800@126.com, budengpan@126.com

张婷, 张彬, 张佩华, 周小乔, 田瑶, 朱丹, 赵勐, 刘士杰, 张开展, 陈宇光, 卜登攀, William P.Weiss.不同能量水平及玉米加工饲粮对瘤胃体外发酵参数的影响.草业学报, 2015, 24(12):102-111.

ZHANG Ting, ZHANG Bin, ZHANG Pei-Hua, ZHOU Xiao-Qiao, TIAN Yao, ZHU Dan, ZHAO Meng, LIU Shi-Jie, ZHANG Kai-Zhan, CHEN Yu-Guang, BU Deng-Pan, William P.Weiss.Effects of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parametersinvitro.Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12):102-111.