体外法评价张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷和燕麦草的营养价值

■邵丽玮 安永福 张一为 李 林 薄玉琨 谷粟琨 王晓芳*

（1.河北省畜牧兽医研究所, 河北保定071000；2.天津市农业发展服务中心，天津河西300061；3.张家口市畜牧技术推广站，河北张家口075000；4.河北省奶源管理办公室，河北石家庄050000）

“张杂谷”是张家口市农业科学研究院选育的高产谷子杂交品种，主要分布在张家口及我国北方半干旱地区，以产量高和抗旱为显著特征，相继育成“张杂谷”系列近20个杂交种[1]。我国谷子栽培面积及产量均位居世界第一，张杂谷秸秆即谷草中所含的粗蛋白质为6.22%～7.35%，尤其是在蜡熟期全株张杂谷粗蛋白含量更高，其营养价值与有“饲草之王”称号的苜蓿接近，高于其他禾本科牧草[2]。在体外发酵法评价张杂谷谷草方面，李妍等[3]、李蓓蓓等[4]开展了体外法评价玉米秸秆、谷草和玉米秸秆青贮饲料组合效应研究。一些专家学者也在谷草发酵提高其营养价值等方面开展了研究。但是未见用体外法比较张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷与燕麦草营养价值的研究报道。在实际饲喂应用方面，孙茂红等[5-6]进行了张杂谷谷草替代国产苜蓿干草、羊草对奶牛生产性能的影响研究，结果表明用张杂谷谷草替代苜蓿干草、羊草饲喂奶牛是可行的。众所周知，一般情况下苜宿干草营养价值相对优于燕麦草、羊草，且这三种是目前奶牛场主要使用的干草粗饲料。既然有试验表明谷草替代苜蓿、羊草饲喂奶牛时可行的，而替代燕麦草是否可行暂无报道，所以本试验用体外法评价张杂谷秸秆（谷草）、全株青贮张杂谷和燕麦草营养价值，为探讨张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷替代燕麦草饲喂奶牛是否可行奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

张杂谷秸秆（张杂谷2 号，河北巡天农业科技有限公司提供,谷子成熟后收割其谷草秸秆部分）；全株青贮张杂谷（张杂谷2 号，河北巡天农业科技有限公司提供,蜡熟期收割全株张杂谷，裹包青贮45 d）；燕麦草（购自内蒙丰禾草业）。饲料制成风干样品粉碎过20目筛，密封保存备用。参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[7]进行常规营养成分测定，经测定两种粗饲料营养成分见表1。

表1 三种原料的营养成分（干物质基础，%）

1.2 试验用瘤胃液供体动物

试验牛来自河北省保定宏达农牧业有限公司的体重约600 kg 左右健康的装有永久性瘤胃瘘管的阉牛3 头，1.3倍饲养标准水平，日饲喂2次，自由饮水。试验牛每天饲喂TMR日粮，日粮组成和营养水平见表2。

1.3 试验设计

采用单因素试验设计，将1 g张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷和燕麦草分别进行体外发酵，每组设4个重复，测定和分析这三种粗饲料体外发酵后对产气量、产气参数、挥发性脂肪酸、营养物质降解率、pH值、微生物蛋白、氨态氮的影响，进行营养价值比较。

表2 试验牛基础日粮组成及营养水平（干物质基础）

1.4 人工瘤胃

1.4.1 人工瘤胃装置及瘤胃缓冲液的配制

人工瘤胃装置为美国ANKOM RFS 气体测量系统。人工瘤胃缓冲液具体配制方法参照Goering 等[8]的方法进行配制。

1.4.2 瘤胃液的采集及体外培养程序

瘤胃液的采集：在试验当天晨饲前采集供体阉牛瘤胃液1 000 ml，置于预先通有CO2的保温瓶中，立即盖严瓶口，迅速带回实验室。把供体阉牛的瘤胃液混合均匀后经4层纱布挤压过滤于接收瓶中，置于39 ℃水浴中保存，并持续充入CO2以确保瘤胃液处于厌氧环境。

体外培养程序：准确称量试验用张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷和燕麦草1g，放入250 ml玻璃产气瓶中。在试验当天，首先将其装有发酵底物的产气瓶39 ℃培养60 min，然后取过滤后的瘤胃液与提前配制好的人工瘤胃缓冲液以体积比1∶4混合均匀后，准确置于每个产气瓶中150 ml边操作边通入CO2，最后向每个产气瓶中再持续通入CO22 min以保证厌氧环境，立刻盖上橡胶塞，拧紧聚乙烯盖。将接种好的培养瓶放于（39.0±0.5）℃的水浴摇床中体外培养72 h，同时做空白试验。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 产气量、理论最大产气量、产气速率及延搁时间的测定

ANKOM RFS气体测量系统可以自动记录产气发酵瓶发酵产生的压力，因气压能转换成气体体积，累积产气量可按照如下公式计算得出：

Vx=VjPpsi×0.068 004 084

式中：Vx——39 ℃产气体积（ml）；

Vj——产气瓶顶部空间体积（ml）；

Ppsi——气体测量系统自动记录的压力(kPa)。

记录培养4、8、16、24、36、48、72 h的产气量，由各自产气量以及气压进行校正，除去空白发酵瓶产气量即为累积产气量。

根据不同时间的产气量，用SPSS 非线性回归模型计算理论最大产气量（B）、产气速率（c）及延搁时间（Lag）。参数表达式为：

GP=B×{1-exp[-c×(t-Lag)]}

式中：GP——t时刻1 g（DM）底物的累计产气量（ml）；

B——1 g（DM）底物理论最大产气量（ml）；

c——产气速率常数（ml/h）；

t——发酵时间（h）；

Lag——体外发酵产气延滞时间（h）。

1.5.2 营养物质降解率的测定

在体外72 h发酵结束后，迅速放置碎冰中终止发酵，立即测定以下指标。

用已编号并称重的尼龙布过滤后，再经蒸馏水冲洗产气瓶数次直至干净，以确保产气瓶内无残留干物质，待瘤胃液过滤置于接受瓶中，然后将尼龙布小心无损的转移到烘箱中以65 ℃烘48 h至恒重，用于干物质降解率(DMD)、粗蛋白质降解率(CPD)、中性洗涤纤维降解率(NDFD)和酸性洗涤纤维降解率（ADFD）的测定。

DM(CP、NDF、ADF)降解率(%)=[样品中DM(CP、NDF、ADF)量(g)-降解后残渣中DM(CP、NDF、ADF)量(g)]/样品中DM(CP、NDF、ADF)量(g)×100

1.5.3 pH值测定

采用UB-7型酸度计测定瘤胃液pH值。

1.5.4 氨态氮（NH3-N）测定

参照冯宗慈等[9]的比色法进行测定。

1.5.5 微生物蛋白（MCP）测定

菌体蛋白质的分离采用差速离心法。参照Cotta等[10]阐述的方法。

1.5.6 挥发性脂肪酸（VFA）测定

VFA 浓度参照王加启[11]的气相色谱法进行测定（安捷伦7890A气相色谱仪，美国）。

1.6 数据处理与分析

先用Excel2007 初步整理试验数据，再用SPSS17.0 软件比较均值（单因素分析）进行方差分析，结果均以“平均值±标准差”表示。

2 结果与分析

2.1 对产气量及产气参数的影响

由表3可知，这三种粗饲料的产气量随着发酵时间的延长而增加。张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷4、8、16、24、36、48、72 h的产气量及理论最大产气量（B）均极显著小于燕麦草（P＜0.01）；张杂谷秸秆8、16、24、36、72 h的产气量均极显著小于全株青贮张杂谷（P＜0.01）；产气速率（c）和延搁时间（Lag）张杂谷秸秆和燕麦草的差异均不显著（P＞0.05），但极显著低于全株青贮张杂谷（P＜0.01）。

2.2 对体外发酵72 h挥发性脂肪酸浓度的影响

由表4 可知，体外发酵72 h 后，乙酸、丁酸、总挥发性脂肪酸浓度均是张杂谷秸秆产生的极显著低于全株青贮张杂谷和燕麦草（P＜0.01），全株青贮张杂谷与燕麦草差异不显著（P＞0.05）；丙酸、乙酸/丙酸浓度均是张杂谷秸秆极显著低于全株青贮张杂谷（P＜0.01），全株青贮张杂谷极显著低于燕麦草（P＜0.01）。

2.3 对体外发酵72 h 营养物质降解率、pH 值、微生物蛋白质产量及NH3-N浓度的影响

表3 对产气量及产气参数的影响

表3（续） 对产气量及产气参数的影响

注：1. 同列数据肩标不同小写字母表示差异显著（P＜0.05），不同大写字母表示差异极显著（P＜0.01），无字母或者相同字母表示差异不显著（P＞0.05）；下表同。

2. B为理论最大产气量，c为产气速度，Lag为延搁时间。

表4 对体外发酵72 h挥发性脂肪酸浓度的影响

表5 对体外发酵72 h营养物质降解率、pH值、微生物蛋白质产量及氨态氮浓度的影响

由表5可知，体外发酵72 h后，干物质降解率、粗蛋白质降解率、中性洗涤纤维降解率和酸性洗涤纤维降解率均表现出张杂谷秸秆极显著低于全株青贮张杂谷(P＜0.01)，全株青贮张杂谷极显著低于燕麦草(P＜0.01)；pH值变化为张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷极显著高于燕麦草(P＜0.01)，前两者差异不显著(P＞0.05)；微生物蛋白质产量三者差异均不显著(P＞0.05)，NH3-N浓度为张杂谷秸秆显著低于全株青贮张杂谷（P＜0.05），两者与燕麦草差异不显著（P＞0.05）。

3 讨论

3.1 对产气量及产气参数的影响

饲料在瘤胃中产生的气体主要来源于微生物对饲料中碳水化合物和蛋白质含碳部分的分解，体外产气量可反映瘤胃中微生物的降解活性和饲料降解率[12]，能有效预测体内干物质的代谢能及降解率，相关系数达0.98[13]。将不同的饲料原料作为发酵的底物，其产气量和产气参数等相关指标是有差异的。本试验中，张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷、燕麦草的产气量均随着时间的延长而成增加趋势，这与大多数体外发酵试验结果一致。但是与燕麦草相比，张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷在瘤胃中的产气特性比较差，尽管张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷的粗蛋白含量高于燕麦草，但可能由于二者纤维含量比较高导致此结果。而全株青贮张杂谷虽然发酵过程中一些时间点的产气量及产气速率高于张杂谷秸秆，但是理论最大产气量二者差异不显著，延搁时间也显著高于张杂谷秸秆，其中原因有待研究。

3.2 对体外发酵72 h后各挥发性脂肪酸浓度的影响

在反刍动物瘤胃中，绝大部分碳水化合物被瘤胃微生物降解为挥发性脂肪酸(VFA)，而瘤胃中产生的VFA 主要包括乙酸、丙酸和丁酸，可提供反刍动物总能量需要的70%～80%，其也是瘤胃微生物增殖的主要碳架来源[14]。乙酸是纤维分解细菌对纤维素发酵的主要产物，大多数被用于乳脂的生成。丙酸是反刍动物体内内合成葡萄糖的前体。而丁酸大部分以酮体的形式氧化。粗饲料因其中的纤维类物质如纤维素、半纤维素和木质素含量高，在瘤胃中发酵产生较多的乙酸[15]，较少丙酸。本试验中张杂谷秸秆产生的各挥发性脂肪酸含量均极显著低于全株青贮张杂谷和燕麦草（P＜0.01），但乙酸/丙酸值三者依次递减，但差异均极显著（P＜0.01）。说明张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷相对于燕麦草更倾向于乙酸发酵模式，可能与高纤维素含量有关，与李蓓蓓等[15]研究结果一致。

3.3 对体外发酵72 h 后营养物质降解率、pH 值、微生物蛋白质产量及氨态氮浓度的影响

干物质降解率是反映饲料被动物利用程度大小的重要指标，降解率越高，饲料的可利用程度就越高[16]，与体内消化率具有高度相关性[17]，其是评定饲料营养价值的重要指标。饲料粗蛋白在瘤胃的降解率是反刍动物蛋白质新体系的基本参数[18]，并已逐渐被用到生产实践中。饲料中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的瘤胃降解率也是评价饲料营养价值的一个重要指标。其降解率受饲料中纤维组成的影响。本试验中各营养物质降级率均表现出张杂谷秸秆极显著低于全株青贮张杂谷（P＜0.01），全株青贮张杂谷又极显著低于燕麦草（P＜0.01），李妍等[3]用体外发评价玉米秸秆、谷草不同比例组合效益的时候，也表现出，玉米秸秆与谷草分别在100∶0 和0∶100 的比例组合下，谷草干物质降解率低于玉米秸秆，但玉米秸秆与谷草在60∶40时，正组合效益达到最高。可见张杂谷秸秆单独在瘤胃中的降解特性不是很好，全株青贮张杂谷相对较好，但也次于燕麦草，三者的组合效应有待研究。

瘤胃液pH值是反映瘤胃发酵状况及微生物活性的一项重要生理指标，pH 值过高或过低对于正常瘤胃微生物生长、繁育和发酵活动及瘤胃功能均有不利的影响[19]。瘤胃pH 值正常范围为6.0～7.0，本试验中张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷体外发酵72 h 后pH 值均极显著高于燕麦草（P＜0.01），但也在正常范围内，分别为6.57、6.55 和6.48，说明各培养液的环境较稳定，适合瘤胃微生物的生长。

微生物蛋白产量主要反映饲料中可供微生物利用蛋白的能力[20]。其合成效率主要受日粮中蛋白的组成及水平、碳水化合物的含量和种类、碳水化合物和蛋白质降解的同步性等多重因素的影响[21]。本试验中虽然燕麦草的微生物蛋白浓度稍微大于张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷，但三种粗饲料的微生物蛋白浓度差异均不显著（P＞0.05），说明三者所含营养成分对微生物蛋白合成能力影响不显著。

氨态氮是瘤胃发酵过程中蛋白质代谢的重要产物及微生物蛋白合成的主要原料。瘤胃液中其浓度过高，说明瘤胃微生物不能充分利用其合成微生物蛋白，将影响其他营养物质的消化利用并造成氮的浪费；瘤胃液中其浓度过低，对瘤胃发酵也会产生不利影响，会降低发酵效率。瘤胃液中NH3-N浓度一般在1～76 mg/dl范围内变化[22]。本试验中燕麦草的氨态氮含量与其他两者差异不显著；全株青贮张杂谷的显著高于张杂谷秸秆，微生物蛋白却小于张杂谷秸秆，具体原因有待研究。但三者氨态氮浓度均在适宜正常范围内，说明三者均可确保瘤胃微生物的正常生长。

4 结论

本试验条件下，张杂谷秸秆、全株青贮张杂谷体外发酵在产气量、营养物质降解率等方面相对次于燕麦草，可能与其含有较高的纤维含量有关。全株青贮张杂谷相对优于张杂谷秸秆，可能与全株青贮张杂谷蛋白含量高，发酵过程微生物促进纤维降解等有关，具体原因及实际饲喂应用效果有待进一步研究。