全株玉米青贮、小麦秸秆、苜蓿干草组合的体外消化特性及组合效应研究

程 景 张元庆 张丹丹 李 博 靳 光 王栋才 徐 芳 孙锐锋

(山西农业大学(山西省农业科学院)动物科学学院，太原 030032)

饲料原料间可产生组合效应，饲粮的表观消化率并不简单是饲粮中各组分的表观消化率的加权值总和。大量研究表明，饲料原料在饲粮体系中存在广泛的正负组合效应。卢德勋[1]指出，当饲料原料间的互作使得饲粮中某种养分的采食量或者利用率高于各饲料原料的加权值时为正组合效应。饲粮中粗饲料的来源、比例、利用率及组合效应是当下研究的热点和难点[2]。应通过饲粮组分的合理配比来控制饲料原料间的组合效应，尽量避免饲料原料间的负组合效应，最大限度地发挥正组合效应，以提高饲粮的综合营养价值和利用率[3]。

随着反刍动物养殖业的发展，粗饲料缺口日益增大，而随着人们生活水平和动物生产水平的提高，对粗饲料质量的要求也随之提高。小麦作为我国三大粮食作物之一，其秸秆数量庞大，但适口性差，可发酵碳水化合物含量低，作为粗饲料使用时消化率低[2]。苜蓿是公认的优质粗饲料，但我国苜蓿产量不足，需大量进口，且苜蓿价格居高不下。随着“粮改饲”政策的推进，饲用玉米现在广泛种植，其生产的全株玉米青贮已经不再局限于奶牛，也逐步向肉牛推广，成为反刍动物生产中最重要的粗饲料来源。针对小麦秸秆高纤维、低蛋白质的特性，配合使用苜蓿、全株玉米青贮等优质粗饲料可为瘤胃微生物提供足够的营养物质，通过合理配比来充分激发粗饲料间的正组合效应，提高小麦秸秆的利用率[4-6]，这既能最大限度发挥饲粮的营养价值，又能缓解环境压力，保证畜牧业可持续发展，推进我国发展节粮型畜牧业的进程[7]。因此，本试验通过体外产气法研究以不同比例组合的全株玉米青贮、小麦秸秆、苜蓿干草的肉牛瘤胃消化特性及组合效应，旨在探索小麦秸秆、全株玉米青贮、苜蓿干草的合理配比，为实际生产中肉牛饲粮中粗饲料的科学配制提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

全株玉米青贮、小麦秸秆和苜蓿干草均由朔州市朔城区雁园种牛养殖合作社提供，常规营养成分含量测定结果见表1。

表1 全株玉米青贮、小麦秸秆和苜蓿干草的常规营养成分含量(干物质基础)

1.2 试验设计

采用单因子试验设计，将全株玉米青贮、小麦秸秆和苜蓿干草在风干样基础上依照表2所设定的比例组成10种组合粗饲料，加上3种单独的粗饲料，共计13种发酵底物。

表2 各组粗饲料配比(风干基础)

1.3 瘤胃液供体动物和饲养管理

试验于2019年5月在山西省太原市山西省农业科学院畜牧兽医研究所进行。选择4头体况良好、体重(570.2±41.7) kg、安装有永久性瘤胃瘘管的晋南牛阉牛作为瘤胃液供体动物。供体牛所采食饲粮按照《肉牛饲养标准》[8]配制，精粗比为40∶60，并按照山西省农业科学院畜牧兽医研究所试验牛场日常饲养管理方式饲养。

1.4 体外发酵试验

人工瘤胃培养液配制和体外发酵试验参照Menke等[9]的方法执行。称取0.22 g发酵底物置于培养管底端，每个样品5个重复。各培养管分别加入30 mL人工瘤胃培养液，将玻璃注射器内空气排尽，于39 ℃摇床连续培养72 h，试验共重复3个批次，每个批次设5个空白对照。

1.5 测定指标及方法

1.5.1 常规营养成分测定

各发酵底物、发酵后残渣的常规营养成分使用AOAC(2000)[10]所规定的方法测定干物质(DM)、粗灰分(Ash)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)含量，采用Van Soest等[11]的方法测定中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量。

1.5.2 产气量(GP)及产气参数

记录培养0、1、2、3、4、6、8、10、12、16、20、24、28、32、36、40、48、54、60、72 h时的产气量。将各样品在2、4、6、9、12、24、36、48 h时的产气量代入产气模型计算产气参数，产气模型如下：

GP=a+b(1-e-ct)。

式中：t为发酵开始后某一时间(h)；GP为发酵开始后某一时间的产气量(mL)；a为快速降解部分产气量(mL)；b为慢速降解部分产气量(mL)；c为b的产气速率常数(%/h)；a+b为潜在产气量(mL)。

1.5.3 体外发酵参数

体外发酵72 h后，迅速放入冰水终止发酵，将发酵液导入离心管中，4 ℃、5 400 r/min离心15 min后提取上清。使用雷磁PHS3C型酸度计测定上清pH；参照冯宗慈等[12]方法测定上清中氨态氮(NH3-N)浓度；参照王加启[13]的方法，使用Agilent-6890A型气相色谱仪测定上清中挥发性脂肪酸(VFA)浓度。发酵后残渣使用蒸馏水清洗3遍，105 ℃烘干至恒重，用以计算体外干物质消化率(IVDMD)，计算公式为：

近几年，随着我国分子生物学研究的不断发展，对子宫肌腺症的发病机制以及病因的相关研究也在不断深化，特别是在遗传因素、免疫因素、基因改变等方面都取得了突破性的进展，主要包括患者遗传因素[1]。基因水平、免疫因素的改变。子宫腺肌症的发病源主要是指子宫内膜的基底层在受到某些因子的刺激后，相深层进行生长，然后侵入到平滑肌中，并指使平滑肌的细胞出现增生现象[2]。子宫腺肌症主要的临床表现为痛经、经期延长、月经量较多等，这会对女性生存的质量产生严重的影响[3]。目前，通过对子宫腺肌症的相关生物学发病机制进行研究，以此对当下临床的诊断与治疗进行指导。

IVDMD(%)=[(发酵底物DM量-发酵后残渣DM量)/发酵底物DM量]×100。

1.5.4 组合效应指数的计算

参照王旭[14]使用的方法计算各指标的单项组合效应指数(single factor associative effects index，SFAEI)及多项组合效应指数(multiply factor associative effects index，MFAEI)，具体公式如下：

加权估算值=全株玉米青贮实际测定值×所占比例+小麦秸秆实际测定值×所占比例+苜蓿干草实际测定值×所占比例；SFAEI=(组合后实测值-加权估算值)/加权估算值；MFAEI=ΣSFAEI。

1.6 数据分析

原始数据使用WPS office 2019处理后，使用SPSS 21.0的一般线性模型进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，Duncan氏法进行组间的多重比较，并做Pearson相关性分析。结果以平均值±标准差表示，以P<0.05为差异显著的判定标准。

2 结果与分析

2.1 不同粗饲料的常规营养成分含量

由表3可知，3种粗饲料经组合后，与单一粗饲料小麦秸秆相比，各组合粗饲料的DM、NDF、ADF、Ash含量均因全株玉米青贮和苜蓿干草比例的增加而降低，CP和EE含量则随着与全株玉米青贮和苜蓿干草比例的增加而提高。

表3 不同粗饲料的常规营养成分含量(干物质基础)

2.2 不同粗饲料的体外产气量和产气参数

由表4可知，体外发酵产气量随着发酵时间的延长而逐渐上升，且发酵初期增长速度较快。不同粗饲料组合对各发酵时间时的产气量均有极显著影响(P<0.01)。其中，发酵12和24 h时A组的产气量显著高于其他组(P<0.05)，发酵48和72 h时A组产气量显著高于除C组外的其他组(P<0.05)，发酵72 h时产气量由大到小为A组>C组>B组>E组>D组>F组>I组>G组>J组>H组。3种单一粗饲料中小麦秸秆各发酵时间时的产气量均显著低于全株玉米青贮和苜蓿干草(P<0.05)；除发酵3 h时，全株玉米青贮各发酵时间时的产气量均显著高于苜蓿干草(P<0.05)。

表4 不同粗饲料的体外产气量

从体外产气参数(表5)来看，不同组合粗饲料中，快速降解部分产气量(a)以A组最高，显著高于其他各组(P<0.05)；A组的慢速降解部分产气量(b)最高，显著高于其他各组(P<0.05)，H组的b最低；b的产气速率常数(c)介于0.098～0.124，以J组最低，且与除I组外的其他组差异显著(P<0.05)；A组的潜在产气量(a+b)最高，但与C组差异不显著(P>0.05)；各组的a+b与发酵72 h时的产气量变化趋势一致。3种单一粗饲料中中，全株玉米青贮的a显著高于小麦秸秆和苜蓿干草(P<0.05)，b和a+b依全株玉米青贮、小麦秸秆和苜蓿干草的次序降低，组间差异显著(P<0.05)，且小麦秸秆的c显著低于苜蓿干草和全株玉米青贮(P<0.05)。

表5 不同粗饲料的体外产气参数

2.3 不同粗饲料的体外发酵参数

表6 不同粗饲料的体外发酵参数

2.4 不同组合粗饲料的组合效应

表7反映的是不同组合粗饲料体外发酵产气量、IVDMD以及体外发酵液pH、NH3-N与VFA浓度的SFAEI及MFAEI。B和H组出现了产气量的负组合效应，其余组的产气量均为正组合效应。IVDMD、体外发酵液pH在各组中均为正组合效应。体外发酵液中NH3-N浓度除A组外均为正组合效应。体外发酵液中乙酸、丙酸和丁酸浓度均以C组的正组合效应值最高、H组的负组合效应值最低。MFAEI排序为C组>E组>F组>D组>I组>B组>A组>G组>J组>H组。

表7 不同组合粗饲料的组合效应

2.5 组合粗饲料的IVDMD与常规营养成分含量的相关性

由表8可知，组合粗饲料的IVDMD与DM、EE含量呈正相关，与CP、NDF、ADF和Ash含量呈负相关，其中与ADF和Ash含量呈极显著负相关(P<0.01)，与NDF含量呈显著负相关(P<0.05)。

表8 组合粗饲料的IVDMD与常规营养成分含量的相关性

3 讨 论

3.1 不同粗饲料的体外产气量及产气参数

体外发酵的主要气体来源为饲粮中的碳水化合物和CP，同时产气活动还受到瘤胃微生物活性的影响，即饲粮中可发酵成分含量越多，瘤胃微生物活性越高，产气量相应就越多[15]。而瘤胃中的能氮平衡又决定瘤胃微生物对有机物的分解能力，这与饲粮中可发酵有机物的含量相关[16]。本试验中，单一粗饲料以全株玉米青贮的72 h产气量最高，苜蓿干草次之，小麦秸秆相对较低，这是因为全株玉米青贮中含有较多的可用于发酵的碳水化合物；发酵3 h时，小麦秸秆的产气量仅为5.33 mL，苜蓿干草则达到17.28 mL，与全株玉米青贮相当，但在发酵72 h时小麦秸秆的产气量达到50.17 mL，略低于苜蓿干草的54.10 mL，这是由于苜蓿干草中CP等可快速发酵化合物含量丰富，由此发酵初期产气量迅速上升，而小麦秸秆中NDF含量高，反刍动物可利用NDF转化为营养物质，后期发酵水平也逐步提高。各组合粗饲料中，随着全株玉米青贮比例的增加，72 h产气量增加，但其水平均低于全株玉米青贮、高于小麦秸秆和苜蓿干草，可见全株玉米青贮在发酵产气过程中起主导作用。C组的72 h产气量高于B组，E组高于D组，I组高于G组，即在全株玉米青贮比例相同的前提下，可发酵成分含量较高的苜蓿干草占比多时72 h产气量反而小于苜蓿干草占比少时，这可能是因为发酵底物中组分的不同造成非结构性碳水化合物和碳水化合物、碳水化合物和蛋白质之间比例有所不同，导致各组合的产气规律不同，其机制需进一步研究。体外产气能力差的小麦秸秆和苜蓿干草，在与发酵能力较高的全株玉米青贮组合以后，整体产气水平优于单一粗饲料的发酵。从体外产气参数来看，苜蓿干草和全株玉米青贮的a+b均略低于72 h产气量，小麦秸秆的a+b高于72 h产气量，这与小麦秸秆中纤维含量高，发酵速度慢有关，72 h的发酵时间对于小麦秸秆而言，还未能完全利用其中的营养成分。

3.2 不同粗饲料的体外发酵72 h的IVDMD与发酵参数

IVDMD与饲粮中可溶性碳水化合物含量呈正相关，与优质粗饲料相比，低质的粗饲料中可溶性碳水化合物含量较低，反刍动物瘤胃对其消化利用率也较低[17]。不同组合粗饲料的IVDMD随着组合中全株玉米青贮比例的提高而提高，这是因为全株玉米青贮富含非结构性碳水化合物，可消化有机物含量高，更容易被瘤胃微生物发酵利用。本试验条件下，10种组合粗饲料和3中单一粗饲料发酵72 h后发酵液的pH在6.70～6.85，均在微生物发酵所需的适宜pH范围内，以碳水化合物含量较高的全株玉米青贮的pH最低。NH3-N的浓度反映了饲粮中蛋白质的降解以及微生物利用其合成菌体蛋白的动态平衡[18]，浓度过高或者过低均不利于微生物的生长与繁殖。13种发酵底物经72 h发酵后，发酵液中NH3-N浓度为16.17～20.93 mg/dL，均在有关文献[19]的报道范围内，说明其浓度可以确保瘤胃微生物的正常生长。

3.3 不同粗饲料体外发酵72 h时发酵液中VFA浓度

瘤胃发酵产生的VFA主要包括乙酸、丙酸、丁酸等，乙酸是合成体脂和乳脂的原料，可为反刍动物提供所需的大部分能量，丙酸则是葡萄糖合成的前体，其能为反刍动物提供生产和生长所需的能量，提高VFA中丙酸的比例可提高肉牛、肉羊的增重性能[20]。不同组合粗饲料体外发酵72 h后，因粗饲料中含有大量的纤维素和半纤维素，乙酸产量明显大于丙酸产量，这与Zhang等[21]的研究结果一致。本试验条件下，乙酸/丙酸值在2.48～3.01，符合正常情况下乙酸/丙酸值范围(2.0～3.6)[22]。3种单一粗饲料中，全株玉米青贮的TVFA浓度最高，乙酸/丙酸值最低，表明全株玉米青贮此类禾本科饲草更容易被消化吸收，这与史卉玲等[23]研究结果一致。而不同组合粗饲料中，乙酸/丙酸值在2.62～2.80，差异不大，但均比苜蓿干草和小麦秸秆乙酸/丙酸值低，说明将3种粗饲料混合后提高了养分在瘤胃中的消化利用率，更易被消化吸收。

3.4 不同组合粗饲料的组合效应

本试验条件下单一的体外发酵指标并未呈现一致的规律性变化，可见以单一指标作为选择依据不能合理确定全株玉米青贮、小麦秸秆、苜蓿干草组合的最佳配比，只有综合多项指标评定才能得出更为准确的结论。本试验结果表明，小麦秸秆、苜蓿干草和全株玉米青贮按照各不同比例组合，表现出不同程度的组合效应，当全株玉米青贮比例达到60%及以上时，各组合均表现出正组合效应。秸秆类非常规粗饲料与豆科类牧草具有协同作用，组合配制饲粮时组合效应显著，这与刘丽英等[2]的研究结果一致。据报道，粗饲料按照60%或者80%的全株玉米青贮与40%或者20%的稻草组合可产生正组合效应[24]。本试验条件下，全株玉米青贮∶小麦秸秆∶苜蓿干草为70∶20∶10、60∶20∶20时组合效应较高，也就是说，在全株玉米青贮和苜蓿干草中加入20%的小麦秸秆，提高了本试验条件下粗饲料的降解率和消化率。其原因可能是不同粗饲料以适宜的比例组合后，营养成分之间互补，促进了微生物的生长及其对营养成分的消化，提高了混合粗饲料的整体发酵水平，并且改善了低质量小麦秸秆的消化率，这与韩肖敏等[25]的研究结果一致。

3.5 组合粗饲料IVDMD与常规营养成分含量的相关性

组合粗饲料IVDMD与EE含量呈正相关，与CP、NDF、ADF和Ash含量呈负相关。当EE含量高时，可发酵碳水化合物含量提高，由此IVDMD可提高。张霞等[26]、杨志林等[27]研究发现，饲草CP含量较低时可提高微生物活性，有利于微生物发酵。

4 结 论

本试验条件下，与小麦秸秆和苜蓿干草相比，全株玉米青贮的体外发酵产气量、IVDMD以及体外发酵液中乙酸、丙酸、丁酸浓度均最高，发酵速度快；全株玉米青贮、小麦秸秆、苜蓿干草按照不同比例组合后，以MFAEI评定的最优配比为全株玉米青贮∶小麦秸秆∶苜蓿干草为70∶20∶10。