复合处理麦秸、青贮玉米秸和精料的组合及比例对奶牛体外瘤胃发酵的影响

孙国强 吕永艳 蔡李逢 崔海净

(青岛农业大学动物科技学院，青岛 266109)

众所周知，通过加工调制可以提高作物秸秆的营养价值[1-3]，但是，加工调制只是提高作物秸秆营养价值的技术途径之一，因为饲料的营养价值还受饲料之间组合的影响，饲料之间的组合不同则其干物质采食量、养分消化率以及瘤胃发酵参数就有所不同。因此，为了提高作物秸秆的营养价值除要对其进行有效的加工调制外，还要利用其有利于提高其营养价值的组合。有关秸秆加工调制以及在反刍动物生产中的应用已有大量报道，主要是对某一种加工调制秸秆的营养价值以及对反刍动物生产性能影响的研究报道。目前，关于加工调制秸秆之间及其与精料(concentrate，CC)之间最优组合的研究还尚未见报道。本试验通过短期人工瘤胃技术测定复合处理麦秸(combination-treated wheat straw，CW)、青贮玉米秸(maize straw silage，MS)与精料不同组合对瘤胃发酵参数的影响，旨在探讨复合处理麦秸与青贮玉米秸之间，复合处理麦秸与精料之间，青贮玉米秸与精料之间以及最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合再与精料之间的理想组合，为提高作物秸秆的消化利用率和节约饲料资源提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验材料

复合处理麦秸[麦秸中含4%尿素和2%氢氧化钙(干物质基础)]、青贮玉米秸、精料均来自青岛市，经65℃干燥48 h、粉碎、过40目筛，密封保存待用。精料组成及营养水平见表1。

1.2 试验用瘤胃液供体动物与饲粮

选用2头健康、体重相近的成年荷斯坦奶牛作为试验用瘤胃液供体动物。试验期间每天每头饲喂精料4 kg，分3次饲喂，羊草自由采食，自由饮水。精料组成:玉米58.5%、麦麸9.0%、豆粕12.0%、棉籽粕6.0%、花生粕8.0%、磷酸氢钙2.5%、小苏打1.5%、贝壳粉0.5%、预混料(每千克预混料含维生素 A 800 000 IU，维生素 D3300 000 IU，维生素 E 3 000 IU，铁 1.75 g，铜1.6 g，锌 1 g，锰 3.5 g，碘 0.1 g，硒 42 mg，钴42 mg)1.0%、食盐1.0%。

表1 精料组成及营养水平(风干基础)Table1 Composition and nutrient levels of the concentrate(air-dry basis) %

1.3 试验设计

将复合处理麦秸、青贮玉米秸、精料两两组合，且每种组合均设 6 个组合比例(0∶100、20∶80、40∶60、60∶40、80∶20、100∶0)(表 2)。筛选出最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合后再与精料以这6个比例组合(表3)。每个组合3个重复。

1.4 人工瘤胃

1.4.1 人工瘤胃装置

人工瘤胃装置主体为水浴温度可调的电热恒温水浴锅(北京市长风仪器仪表公司)和作发酵培养管之用的玻璃注射器(可计量容积为100 mL)。注射器每次使用之前洗净晾干，然后用少量凡士林涂在活塞筒四周，用来减少摩擦和防止漏气[4]。

1.4.2 培养液的制备

培养液的制备参照文献[5]的培养液配制法。

1.4.3 瘤胃液的采集

在早晨饲喂前抽取瘤胃液。令牛站立将其保定于六柱栏，戴上开口器，取液器从开口器经口腔徐徐插入食道再进入瘤胃，在瘤胃中不断变换方位，取液器另一端与真空抽虑瓶相连，真空抽虑瓶接真空泵，开动真空泵抽取足量瘤胃液，灌入经预热达39℃并通有二氧化碳(CO2)气体的保温瓶中，立即盖严瓶口，迅速返回实验室，2头牛的瘤胃液混合，经4层纱布过滤于接收瓶中，置于39℃水浴中保存，持续通入CO2气体。

1.4.4 人工瘤胃液的制备

将250 mL预先配制好并在39℃水浴中预热的培养液与1 000 mL在39℃水浴中预热的蒸馏水混合之后再加入312.5 mL过滤后并持续通入CO2气体的瘤胃液混合，搅拌均匀置于39℃恒温水浴锅中保存，人工瘤胃液始终用CO2气体饱和，待用。

1.4.5 操作步骤

准确称取饲料样品200 mg，置于玻璃注射器的前端，取30 mL始终用CO2气体饱和的人工瘤胃液加到每一个注射器中，排净注射器中的空气，密封，然后在39℃的水浴锅中培养24 h。每个样品设3个重复，另设置3个空白样品，分别排列于培养框架的前位与后位，以消除试验误差。

表3 复合处理麦秸与青贮玉米秸最优组合与精料的组合比例Table3 Combination proportion of the best combination of CW-MS and CC

1.4.6 振荡

培养开始后每隔8 h摇动1次。

1.5 测定指标与方法

将注射器于培养24 h后取出，迅速放入冷水浴中终止发酵，并将注射器中发酵液排出至离心管中，立刻测定瘤胃液 pH，然后将瘤胃液离心(4 000 r/min离心15 min)，上清液制样以备测定瘤胃液氨态氮(NH3-N)浓度、微生物蛋白质(MCP)产量和挥发性脂肪酸(VFA)浓度。

1.5.1 瘤胃液pH

采用25型酸度计测定(北京哈纳科仪科技有限公司)。

1.5.2 瘤胃液NH3-N浓度

参照冯宗慈等[6]的比色法进行测定。

1.5.3 瘤胃液MCP产量

参照Cotta等[7]的差速离心法进行测定。

1.5.4 瘤胃液VFA浓度

按照曹庆云等[8]的气相色谱法测定瘤胃液VFA浓度。

1.6 数据处理与分析

试验数据采用SPSS 17.0软件的一般线性模型(GLM)程序进行方差分析，并进行Duncan氏法多重比较。

2 结果与分析

2.1 瘤胃液pH、NH3-N浓度及MCP产量

从表4可见，复合处理麦秸与青贮玉米秸、复合处理麦秸与精料、青贮玉米秸与精料之间以不同比例组合对瘤胃液pH的影响均不显著(P＞0.05)。

复合处理麦秸∶青贮玉米秸为 60∶40、80∶20 和100∶0时，瘤胃液NH3-N浓度极显著高于同组合的其他比例(P＜0.01);复合处理麦秸∶精料和青贮玉米秸∶精料均以 40∶60和80∶20时瘤胃液NH3-N浓度最高，显著或极显著高于同组合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。

复合处理麦秸∶青贮玉米秸为40∶60时MCP产量最高，显著或极显著高于同组合其他比例(P＜0.05或P＜0.01);复合处理麦秸∶精料和青贮玉米秸∶精料均以60∶40时MCP产量最高，极显著高于同组合其他比例(P＜0.01)。

2.2 瘤胃液VFA浓度

由表5可见，在乙酸和乙酸+丙酸+丁酸总浓度上，复合处理麦秸∶青贮玉米秸为40∶60及60∶40的组合均极显著高于其他比例的组合(P＜0.01);复合处理麦秸∶精料和青贮玉米秸∶精料中，比例为60∶40和80∶20时均显著或极显著高于同组合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)，而这2个比例之间无显著差异(P＞0.05)。

在乙酸/丙酸上，复合处理麦秸∶青贮玉米秸中，随着复合处理麦秸比例的增加而提高，但是复合处理麦秸比例为20%～100%的4个组合在乙酸/丙酸上无显著差异(P＞0.05);复合处理麦秸∶精料和青贮玉米秸∶精料为0∶100和20∶80时乙酸/丙酸低于2.0，且极显著低于同组合其他比例(P＜0.01)，比例为80∶20的乙酸/丙酸显著高于比例为60∶40(P＜0.05)，这2个比例极显著高于同组合其他比例(P＜0.01)。

在丙酸浓度上，复合处理麦秸∶青贮玉米秸为40∶60及60∶40的组合均极显著高于其他比例的组合(P＜0.01);复合处理麦秸∶精料和青贮玉米秸∶精料均以0∶100时显著或极显著高于同组合其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。

正常情况下瘤胃液中乙酸、丙酸、丁酸占总挥发性脂肪酸(TVFA)的比例分别为50% ～65%、18% ～ 25% 和 12% ～ 20%[9]，所以乙酸/丙酸为2.0～3.6属于正常范围。在乙酸/丙酸的正常范围之内，乙酸+丙酸+丁酸浓度越高说明瘤胃发酵效果越好，因而复合处理麦秸∶青贮玉米秸为40∶60和 60∶40、复合处理麦秸∶精料为 60∶40 和80∶20以及青贮玉米秸∶精料为 60∶40 和 80∶20 的组合最有利于瘤胃发酵产生VFA。

表4 复合处理麦秸、青贮玉米秸与精料的不同组合对瘤胃液pH、NH3-N浓度及MCP产量的影响Table4 Effects of different combinations of CW，MS and CC on pH，NH3-N concentration and MCP yield in rumen fluid

由于复合处理麦秸、青贮玉米秸与精料的组合及比例对瘤胃液pH影响不显著(P＞0.05)，而NH3-N浓度为11.77～18.42 mg/dL，均在正常变动范围[10]，因此对瘤胃发酵的影响就取决于MCP产量和VFA浓度，综合考虑MCP产量和VFA浓度，在复合处理麦秸∶青贮玉米秸中，以40∶60的比例为最优，在复合处理麦秸∶精料以及青贮玉米秸∶精料的不同组合中均以60∶40为最优。

2.3 瘤胃发酵参数

由表6可见，最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合(40∶60)与精料以不同比例组合对体外瘤胃液pH影响不显著(P＞0.05)。在NH3-N浓度方面，当最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合∶精料占 40∶60、80∶20 和 100∶0 时，NH3-N 浓度显著或极显著高于其他比例(P＜0.05或P＜0.01)。在MCP产量方面，复合处理麦秸青贮玉米秸的最优组合∶精料为80∶20时，MCP产量最高，极显著高于其余比例(P＜0.01)。

在乙酸和乙酸+丙酸+丁酸浓度上，最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合∶精料为60∶40和80∶20的组合极显著高于其他比例(P＜0.01)，在乙酸/丙酸上，该2比例间无显著差异(P＞0.05)，而极显著高于其他比例(P＜0.01)。在丙酸浓度上，最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合∶精料为0∶100时极显著高于其他比例(P＜0.01)。因此最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合∶精料以60∶40和80∶20的比例对瘤胃发酵产生VFA最为有利。

3 讨论

3.1 复合处理麦秸、青贮玉米秸和精料的不同组合对体外瘤胃液pH、NH3-N浓度及MCP产量的影响

维持正常范围内的pH是保证瘤胃正常发酵的前提条件之一。一般而言，瘤胃液pH随采食时间而呈周期性变化，瘤胃液正常pH变动范围为6～7[11]。本试验所有组合的pH 为(6.43 ±0.22)～(6.88±0.10)，均在正常范围内，说明饲料间不同组合对体外瘤胃液pH无显著影响(P＞0.05)。本试验中不同精粗比例的组合间体外瘤胃液 pH差异不显著，这与郭冬生[5]和崔海净等[10]的研究结果基本一致，而与王中华[14]的论述不一致，究竟是什么原因尚不清楚，有待于进一步探讨。

表5 复合处理麦秸、青贮玉米秸与精料的不同组合对瘤胃液VFA浓度的影响Table5 Effects of different combinations of CW，MS and CC on VFA concentration in rumen fluid

瘤胃液中的NH3-N反映了特定饲粮组成下蛋白质降解与MCP合成的动态平衡关系，是一个动态平衡指标。一方面饲料被瘤胃微生物分解产生NH3-N;另一方面瘤胃中的微生物利用饲料降解的NH3-N与酮酸合成MCP。瘤胃液中的NH3-N浓度总体上反映饲料的含氮量、饲料蛋白质的可溶性和降解特性，因饲料的不同而变动较大。氨(NH3)是瘤胃内合成菌体蛋白质的主要前体物质，瘤胃中NH3的浓度过高或过低都不利于微生物的生长繁殖，进而影响MCP的产量[12]，因此保持瘤胃液最适NH3-N浓度是保证MCP合成的首要条件，有试验表明，瘤胃液最适NH3-N浓度为8～10 mg/dL，但6.3～27.5 mg/dL时也属正常变动范围，不影响微生物的活性，NH3-N浓度过高会造成氮源浪费，NH3-N浓度过低将影响瘤胃能氮平衡、降低瘤胃微生物活性、降低MCP的合成和纤维类物质的降解[13]。本试验饲料间所有组合的瘤胃液NH3-N浓度为(11.77±1.03)mg/dL～(18.42±1.27)mg/dL，均在正常变动范围内，说明瘤胃微生物活性正常。

MCP产量是反映瘤胃消化能力的最重要指标之一，MCP产量的高低实际上就是瘤胃微生物生长繁殖的快慢，该指标主要取决于瘤胃能氮平衡，即碳水化合物和蛋白质(含氮化合物)降解的数量和速度是否协调和匹配，当二者降解的数量和速度越协调就可能产生越多的MCP。复合处理麦秸与青贮玉米秸以40∶60的组合时MCP产量最高，在这个组合中复合处理麦秸(含氮量高的饲料)所占比例小;在复合处理麦秸与精料以及青贮玉米秸与精料的组合中均以60∶40为最高，在这2种粗饲料与精料的组合中同样也是以精料(含氮量高的饲料)所占比例小，说明在瘤胃液pH、NH3-N浓度都处于正常范围的条件下，瘤胃能氮平衡程度 越高的组合，越有利于MCP的生成。

表6 最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合与精料的不同比例对体外瘤胃发酵参数的影响Table6 Effects of the proportion of CC and the best combination of CW-MS on in vitro ruminal fermentation parameters

3.2 复合处理麦秸、青贮玉米秸和精料的不同组合对体外瘤胃液VFA浓度的影响

碳水化合物饲料在瘤胃中发酵的主要产物是乙酸、丙酸、丁酸等VFA，它们是反刍动物的主要能量来源。瘤胃发酵产生的VFA以乙酸、丙酸、丁酸为主，占TVFA的95%左右[11]。本试验复合处理麦秸与精料、青贮玉米秸与精料的组合中，都表明精料比例为100%时乙酸+丙酸+丁酸浓度较高，但乙酸/丙酸低，而粗饲料比例为100%时则相反，这与王中华[14]的论述是一致的。饲料不同组合VFA浓度的高低不仅说明了碳水化合物在瘤胃中消化率的高低，同时，瘤胃中VFA浓度也是衡量瘤胃微生物活力的重要指标，因为在发酵产生VFA的过程中有能量释放产生ATP，这些ATP可被微生物作为能源用于维持和生长，特别是用于 MCP 的合成[11]。

3.3 最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合与精料以不同比例组合对瘤胃发酵参数的影响

最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合与精料的不同组合中，pH和NH3-N浓度均在正常范围内，在MCP产量方面以最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合占80%时最高，2种最优组合粗饲料与精料间的组合和单一粗饲料与精料间的组合对这3个发酵参数影响的趋势是一样的;但是在乙酸+丙酸+丁酸浓度上，100%的精料与100%的最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合差异不显著，这与王中华[14]的论述不完全一致，也与本试验中单一粗饲料与精料间的组合对乙酸+丙酸+丁酸浓度的影响不一致，这可能就是最优组合粗饲料与单纯的粗饲料的区别;在最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合再与精料的组合中，精料比例为100%时乙酸/丙酸极显著低于100%的最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合，这与本试验单一粗饲料与精料组合时的情况一样。以上说明这3种饲料在此比例下组合，瘤胃能氮平衡、瘤胃其他内环境指标均有利于MCP的合成及VFA的产生。

4 结论

①各组合中的最优比例分别为复合处理麦秸∶青贮玉米秸 =40∶60、复合处理麦秸∶精料 =60∶40、青贮玉米秸∶精料 =60∶40以及最优复合处理麦秸与青贮玉米秸组合(40∶60)∶精料 =80∶20。

②复合处理麦秸、青贮玉米秸和精料最优的组合比例是 32∶48∶20。

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