应用康奈尔净碳水化合物/蛋白质体系评价甜高粱、玉米秸秆的营养价值

王宏博++郭宪++褚敏++梁春年++裴杰++阎萍

摘要：在甜高粱种植区分别采集拔节期、成熟期和青贮的样品10个，在玉米种植区分别采集成熟期玉米秸秆和青贮玉米秸秆样品10个，应用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系中碳水化合物和含氮化合物的分类方法，测定粗饲料营养成分，计算其碳水化合物和蛋白质组分，并进行分类分析。结果表明，甜高粱、玉米秸秆的可溶性粗蛋白质主要是非蛋白氮，真蛋白质含量相对较少。从结构性碳水化合物的可利用性方面比较，青贮玉米秸秆质量最好，青贮甜高粱秸秆次之，成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆稍差，成熟期玉米秸秆质量最差。从非结构性碳水化合物的含量比较，成熟期甜高粱秸秆质量最好，青贮甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆次之，拔节期甜高粱秸秆稍差，青贮玉米秸秆最差。从真蛋白质含量及其可利用性方面比较，拔节期甜高粱秸秆质量最好，青贮玉米秸秆次之，青贮甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸秆和成熟期玉米秸秆质量最差。甜高粱的收割时间以拔节期较为适宜。

关键词：康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系；甜高粱；玉米秸；营养价值

中图分类号： S816.15文献标志码： A文章编号：1002-1302（2017）06-0165-04

甜高粱（Sorghum dochna）是普通高粱（S. bicolor）的一个变种，除具有普通高粱的一般特征外，其茎秆富含糖分，营养价值高，是世界上生物学产量最高的作物之一[1]。甜高粱具有很强的抗逆力，种植地域很广泛，热带、亚热带、温带均可种植，具有很强的适应性，作为家畜饲料具有明显优势[2]，既可做牧草放牧，又可刈割做青饲、青贮、干草。目前对于甜高粱的营养评价仅限于饲养试验，对其营养价值效果未做深入研究[2]。20世纪90年代，美国康奈尔大学的动物营养学者提出了康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系（Cornell net carbohydrate and protein system，CNCPS），该体系是一个基于瘤胃降解特征的饲料评价体系，通过准确的化学分析方法对饲料组分含量进行分析，利用体外法等方法评价组分的瘤胃降解速率，结合瘤胃微生物生长的机理模型、消化道流通速度模型、动物消化生理模型等，预测饲料组分的瘤胃降解量、过瘤胃量、瘤胃微生物产量、小肠可利用量等，该过程中还综合考虑了瘤胃氮缺乏以及pH值变化对瘤胃消化的影响，对饲料的生物学价值和动物生产性能进行了有效、准确的预测。CNCPS在北美洲、欧洲、非洲的一些国家己经开始用于指导生产，并且取得了很好的效果。我国对CNCPS的应用研究始于1999年，经过十几年研究，在CNCPS饲料组分数据库、模型验证及改进方而取得了一定的研究进展[3-8]。但是，应用CNCPS对甜高粱营养价值的研究尚未见报道。本研究根据CNCPS原理和方法对甜高粱和玉米秸秆的营养成分进行分析，进一步完善我国甜高粱饲料CNCPS数据库，旨在为CNCPS在我国畜牧养殖业中的推广应用提供理论基础。

1材料与方法

1.1样品采集与制备

在甘肃省武威市民勤县分别在甜高粱拔节期、收割期采集甜高粱样品、玉米秸秆、玉米青贮各10个。

甜高粱、玉米秸秆样品采集方法：在甜高粱、玉米秸秆地按对角线法分别随机采取10个有代表性的样方，每个样方 1 m2，刈割留茬4 cm，再随机选择10株，切成长1 cm左右，混匀。青贮甜高粱和玉米秸秆采集方法：分层采样、分层设点，分层高度20～30 cm，各层设中心、四角共10个采样点。

将采集的初级样品铡成2～3 cm，混匀，按四分法取得次级样品。将次级样品风干，粉碎，过1 mm筛，混匀，取分析样品，贮存于样品瓶备用。

1.2测定指标及方法

粗饲料样品干物质（dry matter，DM）、粗灰分（ASH）、粗蛋白质（crude protein，CP）、粗脂肪（ether extract，EE）的测定按照AOAC方法[9]进行。中性洗涤纤维（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗涤纤维（acid detergent fiber，ADF）、酸性洗涤木质素（acid detergent lignin，ADL）、中性洗涤不溶蛋白质（neutral detergent insoluble protein，NDIP）、酸性洗涤不溶蛋白质（acid detergent insoluble protein，ADIP）的分析按照van Soest 等的方法[10]进行；可溶性粗蛋白质（soluble crude protein，SOLP）按照Krishnamoorthy等的方法[11]测定，非蛋白氮（norrprotein nitrogen，NPN）、淀粉（STARCH）分析按照AACC方法[12]进行。

1.3CNCPS对蛋白质组分的剖分与计算

CNCPS将饲料的营养成分分析与植物细胞的成分以及反刍动物的消化特性结合起来，使分析结果更具有参考意义。与其他体系相比，CNCPS考虑了饲料的降解特性等因素，反映了当前国际上动物营养学发展的新方向。在CNCPS蛋白质剖分体系中，饲料蛋白质分为非蛋白氮、真蛋白质（true protein）、不可降解氮（undegradable nitrogen）3個组分，分别用PA、PB、PC表示；在瘤胃降解率的基础上，PB又可进一步划分为PB1、PB2、PB3 3个亚组分，PB1是快速降解真蛋白质，PB2是中速降解真蛋白质，PB3是慢速降解真蛋白质。

根据Sniffen等的方法[13]进行计算。

PA（%CP）=NPN（%SOLP）×0.01×SOLP（%CP）；

PB1（%CP）=SCP（%CP）-PA（%CP）；

PC（%CP）=ADIP（%CP）；

PB3（%CP）=NDIP（%CP）-ADIP（%CP）；

PB2（%CP）=100-PA（%CP）-PB1（%CP）-PB3（%CP）-PC（%CP）。

1.4CNCPS对碳水化合物（CHO）组分的剖分与计算

CNCPS将碳水化合物分为4个组分，快速降解碳水化合物（rapidly fermented carbohydrate，主要为糖类）、中速降解碳水化合物（intermediately degraded carbohydrate，主要为淀粉、果胶）、缓慢降解碳水化合物（slowly degraded carbohydrate，主要为可消化纤维素）、不可利用碳水化合物（unavailable carbohydrate，主要为细胞壁），分别用CA、CB1、CB2、CC表示。

根据Sniffen等的方法[13]进行计算。

CHO（%DM）=100-CP（%DM）-FAT（%DM）-ASH（%DM）。

CC（%CHO）=100×NDF（%DM）×0.01×LIGNIN（%NDF%×2.4）/CHO（%DM）。

CB2（%CHO）=100×[（NDF（%DM）-NDIP（%CP）×001×CP（%DM）-NDF（%DM）×0.01×LIGNIN（%NDF）×2.4）]/CHO（%DM）。

CNSC（%CHO）=100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）。

CB1（%CHO）=[STARCH（%NSC）×100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）]/100。

CA（%CHO）=[100-STARCH（%NSC）]×[100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）]/100。

1.5数据处理与分析

采用Excel 2003软件初步整理试验数据，采用SPSS 13.0软件进行单因素方差分析（one-way ANOVA），用Duncans法进行多重比较。

2结果与分析

2.1甜高粱及玉米秸秆营养水平特点

由表1可知，不同生长期甜高粱秸秆与玉米秸秆的粗蛋白质、粗灰分、酸性洗涤木质素、中性洗涤不溶蛋白质、酸性洗涤不溶蛋白质、可溶性粗蛋白质、非蛋白氮存在较大差异。其中，拔节期甜高粱秸秆的粗蛋白质含量最高，为15.49%，极显著高于成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱、成熟期玉米秸秆、青贮玉米秸秆（P<0.01）。拔节期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和青贮玉米秸秆的粗灰分显著高于成熟期甜高粱秸秆（P<0.05）。成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆的酸性洗涤木质素含量显著高于青贮甜高粱和青贮玉米秸秆（P<0.05）。成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和成熟期玉米秸秆的中性洗涤不溶蛋白质含量极显著高于拔节期甜高粱和青贮玉米秸秆（P<0.01）。成熟期甜高粱、成熟期玉米秸秆的酸性洗涤不溶蛋白质含量极显著高于拔节期甜高粱秸秆、青贮甜高粱（P<0.01）。拔节期甜高粱秸秆和青贮玉米秸秆的可溶性粗蛋白质含量极显著高于成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和成熟期玉米秸秆（P<0.01）。青贮玉米秸秆非蛋白氮含量显著高于拔节期甜高粱秸秆和青贮甜高粱（P<0.05）。

2.2CNCPS评定被测饲料碳水化合物组分特点

由表2可知，成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和成熟期玉米秸秆碳水化合物含量极显著高于拔节期甜高粱秸秆（P<0.01），青贮玉米秸秆碳水化合物含量显著高于拔节期甜高粱秸秆（P<0.05）。成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和成熟期玉米秸秆非结构性碳水化合物含量极显著高于拔节期甜高粱秸秆和青贮玉米秸秆（P<0.01）。成熟期玉米秸秆缓慢降解碳水化合物含量显著低于成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆、青贮甜高粱、青贮玉米秸秆（P<0.05）。拔节期甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆不可利用碳水化合物含量极显著地高于青贮玉米秸秆（P<0.01），显著高于成熟期甜高粱秸秆和青贮甜高粱含量（P<0.05）。成熟期玉米秸秆淀粉和果胶含量显著高于成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和青贮玉米秸秆（P<0.05）。成熟期甜高粱秸秆和青贮甜高粱糖类含量显著高于拔节期甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆和青贮玉米秸秆（P<0.05）。

从结构性碳水化合物的可利用性方面比较，青贮玉米秸秆质量最好， 青贮甜高粱秸秆次之，成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆稍差，成熟期玉米秸秆质量最差。

从非结构性碳水化合物含量方面比较，成熟期甜高粱秸秆质量最好， 青贮甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆次之，拔节期

2.3CNCPS评定被测饲料蛋白质组分特点

由表3可知，拔节期甜高粱秸秆和青贮玉米秸秆非蛋白氮含量极显著高于成熟期甜高粱秸秆、青贮甜高粱和成熟期玉米秸秆（P<0.01）。成熟期玉米秸秆快速降解真蛋白质含量极显著高于成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱、青贮甜高粱和青贮玉米秸秆（P<0.01），拔节期甜高粱秸秆快速降解真蛋白质含量显著高于成熟期甜高粱秸秆（P<0.05）。成熟期玉米秸秆和青贮玉米秸秆中速降解真蛋白质含量极显著高于拔节期甜高粱秸秆（P<0.01）。成熟期玉米秸秆和青贮甜高粱慢速降解真蛋白质含量极显著高于青贮玉米秸秆（P<001），显著高于成熟期甜高粱秸秆和拔节期甜高粱秸秆（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸秆不可降解氮含量极显著高于拔节期甜高粱秸秆和青贮玉米秸秆（P<0.01）。

从真蛋白质含量及其可利用性方面比较，拔节期甜高粱秸秆质量最好，青贮玉米秸秆次之，青贮甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸秆和成熟期玉米秸秆质量最差。

3讨论

CNCPS以反刍动物消化生理特点为基础，能客观、真实地反映出词料在反刍动物体内的消化利用情况。饲料营养价值的评定，不仅要依据其营养物质含量，还要考虑其可消化程度，因为各种饲料原料所含营养物质能被动物机体消化吸收的程度不同。饲料的可利用程度与动物的生产性能之间存在高度相关性。CNCPS对同一种饲料样品的碳水化合物组分、蛋白质组分优劣顺序分别进行评定，可以针对实际生产需要，选择饲喂不同的饲料样品，提高饲料的利用价值。

3.1被测饲料的碳水化合物（CHO）组分特点

在此体系中，碳水化合物分为结构性碳水化合物（SC）及非结构性碳水化合物（NSC）；同时瘤胃微生物分为降解结构性碳水化合物的微生物、降解非结构性碳水化合物的微生物，前者的氮源提供者是氨，后者的氮源提供者是肽、氨基酸、氨。依据上述2种碳水化合物在瘤胃中的降解特性，将非结构性碳水化合物划分为快速降解糖类、中速降解淀粉和果胶，将结构性碳水化合物划分为慢速降解可利用纤维、不可利用纤维素。瘤胃微生物可有效发酵结构性碳水化合物，发酵产生的挥发性脂肪酸是反刍动物主要的能量来源。挥发性脂肪酸是反刍动物体内合成乳酸、葡萄糖等的前体物，也是合成菌体蛋白所需碳架来源。结构性碳水化合物在瘤胃内降解速度慢，可吸附酸，在一定程度上可减少酸中毒。

本研究中，被测饲料的CHO含量为74.25%～87.11%，说明甜高粱和玉米秸秆是以提供CHO为主的粗饲料。尤其是当甜高粱和玉米秸秆成熟后，CHO含量较高（80%以上），但其中NSC、CC含量也较高。与成熟期玉米秸秆相比，成熟期甜高粱含有较高的NSC，而玉米秸秆青贮处理后，其NSC含量有所下降，但甜高粱（青贮前26.85%）青贮处理前后其变化不大（青贮后25.24%）。甜高粱和玉米秸秆成熟期时CC含量均较高（分别为29.66%、45.65%），且成熟期玉米秸秆CC含量高于甜高粱，说明未经青贮处理的成熟期甜高粱秸秆的利用价值较高，而经过青贮处理后，甜高粱CC含量下降，玉米秸秆的CC含量也下降，说明青贮处理可很好地提高玉米秸秆的利用价值。成熟期甜高粱的CA含量显著高于成熟期玉米秸秆，CC含量显著低于玉米秸秆，说明成熟期甜高粱秸秆CHO在瘤胃中降解速度较快，利用率较高。其营养价值由高到底依次为青贮玉米秸秆、青贮甜高粱秸秆、拔節期甜高粱秸秆、成熟期甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆。

3.2被测饲料的蛋白质组分特点

CNCPS结合反刍动物对饲料蛋白质的消化生理特点，将其划分为5部分：PA即非蛋白氮，可在瘤胃中快速降解，参与瘤胃微生物蛋白质的合成，补充蛋白质；PB1即真蛋白质在瘤胃中可快速降解的部分；PB2即真蛋白质在反刍动物机体中速降解部分；PB3即真蛋白质在反刍动物机体慢速降解部分；PC是不能被反刍动物消化吸收的那部分蛋白质。反刍动物可有效利用PA，以节约饲粮蛋白质，非反刍动物对PA利用率较低。PC不能被动物机体消化吸收，其在动物饲粮中的含量不能高于10%。

拔节期甜高粱的CP含量不仅较高，而且PC含量比例较低，说明拔节期甜高粱CP消化率、利用率较高，品质较好。甜高粱和玉米秸秆可溶性粗蛋白质中非蛋白氮含量都很高，都大于70%，说明甜高粱秸秆和玉米秸秆可溶性粗蛋白质大部分为非蛋白氮，真蛋白质较少，这与李建云等报道的粗饲料的可溶性粗蛋白质主要是非蛋白氮结果[14]一致。

拔节期甜高粱PA含量最高，达54.65%，青贮甜高粱PB1含量最低，说明青贮处理后，CP中NPN比例有所提高，可溶性真蛋白含量减少。目前甜高粱的青贮处理主要在其成熟后进行，与甜高粱秸秆相比，青贮甜高粱的PA含量虽有所下降，但下降幅度不太明显，其主要原因是甜高粱在青贮前，在田间收割期间就已进行了粉碎，然后直接进行青贮，甜高粱未经晾晒、萎缩所致。玉米秸秆与青贮玉米秸秆比较，青贮玉米秸秆的PA含量显著增加，PC含量显著减少，其主要原因是玉米秸秆在收割后，快速晾干和调制使其pH值迅速下降，从而减缓了蛋白质的降解并减少了真蛋白质向NPN的转化。这是玉米秸秆PA含量低于青贮玉米秸秆的原因。

4结论

本研究结果表明，甜高粱和玉米秸秆的可溶性粗蛋白主要是NPN，真蛋白质含量相对较少。从结构性碳水化合物的可利用性方面比较，青贮玉米秸秆质量最好，青贮甜高粱秸秆次之，成熟期甜高粱秸秆、拔节期甜高粱秸秆稍差，成熟期玉米秸秆质量最差。从非结构性碳水化合物的含量方面比较，成熟期甜高粱秸秆质量最好，青贮甜高粱秸秆、成熟期玉米秸秆次之，拔节期甜高粱秸秆稍差，青贮玉米秸秆最差。

从真蛋白质含量及其可利用性方面比较，拔节期甜高粱秸秆质量最好，青贮玉米秸秆次之，青贮甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸秆和成熟期玉米秸秆质量最差，因此甜高粱的收割时间以拔节期较为适宜。

CNCPS测定指标较多，可在一定程度上反映动物对饲料利用的情况，对饲料营养价值的评价更为准确。

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