反刍动物日粮组合效应研究进展

李佳腾，高旭红，张恩平

(西北农林科技大学 动物科技学院，陕西 杨凌 712100)

对于组合效应研究的最早记载是在19世纪末，德国科学家首次发现当在动物日粮中添加过量的淀粉时会阻碍动物对饲料中干草的消化利用。1931年，正式提出了混合饲料的组合效应(Associative effects)或非加性效应(Non-additivity effect)一词[1]。1962年，相关学者研究发现，在反刍动物饲养试验中，配合饲料中各原料的表观消化率的加权求和值并不等于配合饲料的表观消化率。在随后一段时间里国内外学者对组合效应进行了大量研究，也证实了反刍动物饲料间组合效应的存在。

1 饲料间的组合效应

1.1 传统饲养体系的局限性

“可加性”原则，是在饲料配制过程中所遵循的基本原则，即忽略饲料原料之间的互作效应，假定饲料中某种养分的营养价值是恒定的,则配合饲料中这种养分的营养价值可以根据组成该饲料的各组分加权求和而得出[2]。但由于动物采食水平和饲料调制过程中使用的原料和方法等诸多因素的影响，使得表观消化率的实测值与期望值并不相同，表明在不同饲料原料间确实存在相互作用，即组合效应。

1.2 组合效应的概念

组合效应是指由于混合饲料中不同组分间的相互作用，致使动物对某一组分的采食量或利用率提高或降低的现象。当饲料的消化率与配合饲料中各组分消化率的加权求和值不相同时，即认为发生了组合效应。卢德勋等[3]也指出，组合效应的实质是饲料中的营养物质、非营养物质以及抗营养物质三者之间的整体互作效应。根据饲料间的组合效应对动物采食量和消化率的影响，可将组合效应分为三类，正组合效应、负组合效应和零组合效应。

1.3 组合效应的分类

1.3.1 正组合效应 配合饲料各组分之间的相互作用使动物对饲料某种营养素或某组分的采食量或利用率升高，即为正组合效应。Niderkorn等[4]研究发现，将黑麦草和三叶草混合后饲喂特塞尔绵羊时，混合饲料的干物质采食量要高于两种草料单独饲喂时的干物质采食量。Klopfenstein和Owen[5]证明，向低质粗饲料中加入苜蓿可以提高粗饲料的利用率。产生这种现象的原因可能是由于低质粗饲料中可发酵的碳水化合物和粗蛋白的含量较低，粗纤维的含量相对较高，从而导致瘤胃内碳源和氮源释放的比例不同步，抑制了瘤胃微生物的生长，因此当添加适量的易降解碳水化合物含量较高的苜蓿时，可在一定程度上改善碳源和氮源的释放比例不同步的现象，促进瘤胃微生物的生长，进而促进纤维的消化，提高对粗饲料的利用率。

1.3.2 负组合效应 负组合效应是指配合饲料组分间的互作效应，使动物对该饲料某组分或某种营养素的利用率或采食量低于各饲料组分相应指标的加权求和值的现象。Mould等[6]在向粗饲料中添加易发酵碳水化合物时，会促进动物对粗饲料的采食和利用，发生正组合效应；当添加过量时，反而会阻碍动物对粗纤维的利用，发生负组合效应。冯建芳等[7]在研究全株玉米青贮、苜蓿两者之间的组合效应时发现，当向全株玉米青贮加入苜蓿的比例不断增加时，正组合效应不断增大，在青贮玉米与苜蓿的混合比为60∶40时，正组合效应达到最大。但随着苜蓿的添加比继续增加，正组合效应又会减小，当青贮玉米与苜蓿的混合比为20∶80时，出现负组合效应。严冰[8]发现当向氨化饲草中同时补充桑叶与菜籽饼时，湖羊的日增重均低于两种补充物单独饲喂时的日增重，体外消化试验时也证明桑叶与菜籽饼之间存在负组合效应。

2 组合效应的衡量指标

2.1 采食量

采食量作为组合效应的衡量指标可以很直观的反映组合效应的程度,尤其是精料与粗料之间的互作更为明显。Wang等[9]在研究苜蓿干草与玉米秸秆饲料之间的组合效应时发现，随着苜蓿添加量的增多，动物对玉米秸秆的采食量不断下降，而干物质的采食量却不多增加。Minson[10]认为，当一种饲料对于动物所需的某种营养物质含量较低，而另一种饲料恰好能够补充这种营养物质，那么将这两种饲料搭配起来饲喂动物则会产生正组合效应。

为了更好的利用采食量评估饲料的组合效应，卢德勋等[3]提出利用替代率(SR)进行定量研究饲料间的组合效应程度，公式如下：

CRDMI和TRDMI 为对照组和处理组粗饲料干物质采食量，TCDMI和CCDMI 为处理组和对照组精饲料干物质的采食量。当SR=0时，为零组合效应；当SR>0时，为负组合效应；当SR<0时，为正组合效应。SR绝对值的大小还可用于比较组合效应的程度[3]。张吉鹍等[11]在木薯渣不同补饲方式对山羊生产性能影响的研究中，利用替代率分析不同处理间的组合效应，发现通过改变木薯渣的补饲方式可以进一步的提高基础饲料在采食量上的正组合效应。

2.2 消化率

当通过“可加性”原则计算得到的日粮表观消化率的期望值不等于其实测值，即日粮的表观消化率不等于组成该日粮的各组分表观消化率的加权求和值时，则认为发生了组合效应。一种饲料的消化率与跟它搭配的饲料性质和混合比例密切相关，因此，饲料的消化率并不是恒定不变的，而是随着饲料搭配组合和比例的不同而不同。张吉鹍等[12]在体外研究稻草与氨化稻草中添加不同饲料对于消化率的影响时发现，试验各组合间均可观察到正组合效应，以添加苜蓿试验组效果最明显。

2.3 利用率

利用率也可用来衡量饲料间的组合效应，在消化层次上的组合效应必定会反映到代谢层次上，通过改变葡萄糖、菌体蛋白、挥发性脂肪酸的产量和比例，进而影响动物对饲料能量和养分的利用。Wang等[9]发现，在向小尾寒羊的玉米秸秆日粮中添加50～150 g的苜蓿时，氮的利用率会明显提高，产生正组合效应。也有研究指出，动物对乙酸的利用率受饲料精粗比的影响，随着饲料精粗比的增大，乙酸的利用率也不断提高。

2.4 生产性能

日粮各组分在消化和代谢层次存在组合效应，但对于研究营养物质和可吸收养分的代谢在动物体内的分配情况却很困难[13]。单靠饲草品质评估体系并不能准确的预测饲草对动物生产性能的影响。因此，通过测定饲料对动物生产性能的影响，并将其与饲草品质评估结合起来，可更加科学全面的评估饲料的组合效应，更加准确地反映饲料各组分在动物体内的营养素的分配状况。

3 组合效应的研究方法

3.1 动物饲养试验

通过动物饲养试验和饲料组合试验对动物的采食量、消化率、利用率和动物生产性能等指标进行测定，并以此评估饲料间的组合效应。当动物自由采食时，动物可以根据自己的喜好采食不同混合比例的饲料。Forbes和Provenza猜测[14]，动物对不同混合比例的饲料的选择可能是动物为了追求自身消化、代谢和适口性的最佳。因此，通过对采食量、消化率、利用率和动物生产性能四个层次的指标观察和测定，综合评定饲料的组合效应。吴世迪[15]在几种肉羊常用粗饲料组合效应的研究中，利用动物饲养试验探究不同粗饲料组合配方对肉羊生产性能的影响，根据日增重情况，玉米青贮∶花生秸∶羊草∶玉米秸秆比例为22∶8∶6∶10∶8组日粮饲喂效果最佳。但这种试验方法需要设计复杂的饲料组合实验，费时、费力，不利于测定方法的标准化和大批量饲料组合效应的综合评估，并且由于实验动物间存在个体差异，对试验结果的重复性也会造成影响。

3.2 半体内消化代谢试验

半体内消化代谢试验也是评定饲料组合效应的有效方法，其中利用最普遍的是尼龙袋法。尼龙袋法是将饲料样本装在尼龙袋内放入反刍动物瘤胃中进行降解。此法可以保证动物的生理条件，能够较为真实的反映出瘤胃内环境对饲料降解率的影响，是一种比较准确的方法。与动物消化代谢试验相比，尼龙袋法可以测定饲料在瘤胃内的动态降解率，为人们提供更多、更清晰关于饲料在瘤胃内动态降解的信息，逐步取代体内法成为评定反刍动物饲料营养价值常用的方法。赵鹤[16]利用尼龙袋法研究羊草与玉米青贮之间的组合效应，发现当两者混合比为50∶50时，羊草的NDF、ADF、CP有效降解率要显著高于其它日粮组(P<0.05)。尼龙袋法需要使用装有永久瘤胃瘘管的试验动物，动物在整个试验过程中处在应激状态下，这也会对试验结果产生影响[17]。同样由于实验动物之间的个体差异，试验结果的重复性可能相对不高。另外，由于投放到尼龙袋中的饲料未经过动物的咀嚼和反刍，因此试验结果也会有所偏差。

3.3 体外消化代谢试验

体外消化代谢试验法来是测定饲料间组合效应最为简便的方法，即采用体外发酵装置模拟动物体的消化系统，进行相关指标的测定，并综合评估饲料的组合效应。饲料发酵产生气体的量与有机物的消化率高度相关,这是体外消化试验的基本原理。因此利用人工瘤胃产气装置测定体外产气量，从而间接测定消化程度的方法被广泛接受和应用。相对于前两种方法，体外消化代谢试验具有操作简单、重复性好、便于批量测试和标准化的特点[18]。但此种方法也有局限性，研究发现体外产气量虽然与饲料中碳水化合物的消化率高度相关，但与微生物蛋白的合成量的关系并不很密切。反刍动物蛋白质总需要量的60%～70%是由瘤胃微生物合成，微生物蛋白的产量也是衡量饲料营养价值高低的重要指标[19]。Blümmel等[20]也发现菌体蛋白的合成量可能与产气量存在负相关，因此，单纯通过测定产气量的多少来评估组合效应并不合理。因此随后的研究人员对体外消化代谢试验方法进行改良，把体外产气量和微生物蛋白合的成量两方面信息结合起来，综合评估饲料间的组合效应和饲料的营养价值。苏海涯等[21]在研究桑叶与菜籽粕、豆粕和棉籽粕之间的组合效应的试验中发现，用饲料组合效应的综合指标(AEs)评定桑叶与三种饼粕间的组合效应会更加合理。曹凯等[22]将体外产气法测得的各个指标的组合效应值和AEs作为主要衡量指标，得出辣木叶与玉米的最佳组合比例为60∶40。

卢德勋等[3]也曾提出使用多项指标综合指数(Multiple-factors associative effects index, MFAEI)对饲料间的组合效应进行评估测定。MFAIE可以对饲料间的组合效应进行整体量化，从而更直观的反映组合效应的大小。王旭[23]在不同粗饲料间组合效应的研究中，应用MFAIE对饲料间的组合效应进行总体量化，并取得了良好的试验结果。孙国强等[24]在研究全株玉米青贮与花生蔓和羊草间的组合效应时，运用MFAIE对组合效应进行综合评定，得出全株玉米青贮与花生蔓和羊草间的最佳混合比例为全株玉米青贮∶花生蔓∶羊草=56∶24∶20。李婉等[25]在绒山羊常用粗饲料科学分级及搭配的研究中，同样使用MFAIE评定不同饲料之间的组合效应，得出禾本科牧草和秸秆类饲料与精料组合后的MFAEI明显高于豆科苜蓿，并且发现多种粗饲料组成的混合料的体外发酵效果优于某一粗饲料单独培养时的效果,稻草+苜蓿+小叶樟的组合效果最好。李妍等[26]运用MFAIE评定出全株玉米秸秆、谷草、玉米秸秆青贮饲料之间的最优配比为12∶8∶80。黄聪、袁翠林、李蓓蓓等均利用MFAEI对不同饲料间的组合效应进行了综合评估[27-29]。

4 组合效应的发生机制

4.1 日粮中不同类型碳水化合物的比例

反刍动物的组合效应多发生在纤维类和易发酵碳水化合物饲料间，主要表现在结构性碳水化合物(Structural Carbohydrates, SC)和非结构性碳水化合物(Non-structural carbohydrates，NSC)的不同比例所产生的不同程度的组合效应。霍鲜鲜等[30]证实日粮的SC/NSC比影响饲料DM、NDF和ADF的降解率, SC∶NSC对饲料的降解率影响的高低顺序为SC/NSC=1.53>SC/NSC=2.32>SC/NSC= 1.23。张显东等[31]也在研究补饲淀粉对湖羊生产性能和血液生化指标的影响时发现，适当补饲淀粉会提高湖羊的生产性能，过量则会阻碍其生长。产生这种现象的原因可能是当非结构性碳水化合物含量较少时，日粮中粗纤维物含量较高，可发酵的碳水化合物和粗蛋白的含量较低，使瘤胃释放的碳源和氮源比例不同步，抑制了瘤胃微生物的生长。因此适当提高非结构性碳水化合物占比时可在一定程度上改善碳源和氮源的释放比例，促进瘤胃微生物的生长，进而促进纤维的消化，产生正组合效应。若非结构性碳水化合物占比过高时，瘤胃微生物会快速分解日粮中的糖和淀粉，产生大量的挥发性脂肪酸，而当挥发性脂肪酸的生成速度大于其吸收速度时，挥发性脂肪酸便会在瘤胃内大量沉积，使瘤胃pH快速下降。而瘤胃内的纤维素分解菌对pH的变化十分敏感，当瘤胃pH低于6.0～6.1时，便会对瘤胃微生物的活动产生抑制作用，导致粗料的消化率降低。

4.2 饲料中的能氮平衡

能氮平衡即瘤胃可降解氮/可消化有机物(RDN/DOM)，瘤胃微生物的生长与氮和碳水化合物的利用率关系密切。饲料中的蛋白质部分在瘤胃内被相关酶降解成氨基酸、寡肽和氨态氮，瘤胃微生物则利用发酵产生的能量将糖类降解产生的挥发性脂肪酸和蛋白质的降解产物合成微生物蛋白。瘤胃内可降解氮与可发酵碳水化合物的比例不当，则会影响动物对饲料的利用率，产生负组合效应。苏海涯等[21]在研究桑叶和菜籽粕间的组合效应时发现，当桑叶和菜籽粕以40∶60混合时，产生正组合效应；当混合比例是20∶80时，产生负组合效应。

在动物饲料的配制过程中，常常会添加适量的蛋白质来提高动物对饲料的消化率[32]。其机理可能是蛋白质的添加改善了瘤胃内可降解氮与可发酵碳水化合物的比例，改善了瘤胃内环境，使瘤胃内氨态氮的浓度更加适宜瘤胃微生物的生长和微生物蛋白的合成。

4.3 饲料中脂肪的添加

动物生产实践中，为了弥补反刍动物能量的不足，可在饲料中添加一定量的的脂肪。但瘤胃微生物只能适应相对较低水平的脂肪添加量，若添加量超过干物质的2%～3%就会抑制瘤胃微生物的生长活动，添加量越高，抑制作用越大[1]。Mohamed等[33]在研究奶牛日粮中添加脂类物质对牛奶的产量和成分的影响时发现，当添加未脱脂的油菜籽2 g/kg或大豆油40 g/kg时，NDF和干物质的消化率显著降低。产生这种现象的原因可能有以下几点：其一，消化液对饲料的消化和瘤胃微生物对底物的利用的基本前提是消化液和微生物与饲料紧密接触，而添加过量的脂肪则会使脂肪在饲料颗粒表面形成一层物理包被薄膜，阻止动物对饲料的利用；其二，过量的脂肪也会抑制纤维分解菌的活性；其三，脂肪的添加也会影响革兰氏阳性菌和瘤胃纤毛虫的活性，提高瘤胃内游离脂肪酸的浓度，改变瘤胃微生物区系。可见，在反刍动物日粮中添加脂肪时，应严格控制其添加量，只有当饲料中脂肪所占的比例在合适的范围内，才会产生正组合效应。

5 小 结

随着饲料原料和饲料添加剂的种类不断增多，饲料间的组合效应问题也日益突出。有些饲料因搭配和比例不当，产生负组合效应，影响反刍动物对饲料营养价值的利用。现行的饲料营养价值评估体系对饲料间的组合效应不能准确测评，因此，需要建立一种行之有效的评估体系来阐明其发生机制，完善营养价值评定标准，使饲料中的营养价值发挥最大的应用，提高反刍动物生产性能。

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