張婷，張彬，張佩華，周小喬，田瑤，朱丹，趙勐，劉士杰，張開展，陳宇光*，卜登攀,3,4*，William P.Weiss

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150030；4.CAAS-ICRAF農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；5.中國飼料工業(yè)協(xié)會，北京 100125；6.北京中地種畜有限公司，北京 100028；7.俄亥俄州農(nóng)業(yè)研究與發(fā)展中心動物科學(xué)系，俄亥俄州立大學(xué)，伍斯特44691)

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不同能量水平及玉米加工飼糧對瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)的影響

張婷1,2，張彬1，張佩華1，周小喬2，田瑤1，朱丹1，趙勐2，劉士杰5，張開展6，陳宇光1*，卜登攀2,3,4*，William P.Weiss7

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)，食品安全與營養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，黑龍江 哈爾濱 150030；4.CAAS-ICRAF農(nóng)用林業(yè)與可持續(xù)畜牧業(yè)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；5.中國飼料工業(yè)協(xié)會，北京 100125；6.北京中地種畜有限公司，北京 100028；7.俄亥俄州農(nóng)業(yè)研究與發(fā)展中心動物科學(xué)系，俄亥俄州立大學(xué)，伍斯特44691)

利用體外產(chǎn)氣法研究不同能量水平與不同加工方式玉米對瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)的影響。試驗(yàn)以玉米秸稈為主要粗飼料來源設(shè)計精粗比為65∶35的等氮飼糧，選用玉米青貯與過瘤胃脂肪調(diào)整低、高能量水平，普通玉米與蒸汽壓片玉米作為不同加工方式，采用2×2因子試驗(yàn)設(shè)計。結(jié)果表明，高能水平飼糧的理論最大產(chǎn)氣量、48 h總產(chǎn)氣量、干物質(zhì)降解率均顯著高于低能(P<0.05)，普通玉米高能組的乙酸、丙酸含量顯著高于低能組(P<0.05)。同一能量水平下，蒸汽壓片處理組的48 h總產(chǎn)氣量均顯著高于普通玉米組(P<0.05)；而低能條件下蒸汽壓片組的總揮發(fā)酸、丙酸含量顯著高于普通玉米組(P<0.05)。不同飼糧營養(yǎng)水平與體外產(chǎn)氣參數(shù)相關(guān)性分析表明48 h總產(chǎn)氣量與中性洗滌纖維(NDF)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)，與中性洗滌可溶物(NDS)、非纖維性碳水化合物(NFC)和NDS/CP呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。因此，使用蒸汽壓片方式處理玉米以及提高飼糧能量水平均可以顯著增加體外發(fā)酵48 h總產(chǎn)氣量；低能水平下，蒸汽壓片玉米對改善瘤胃的發(fā)酵特性更為明顯。

蒸汽壓片玉米；能量水平；發(fā)酵參數(shù)；總產(chǎn)氣量

近年來，我國奶牛養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展較快，優(yōu)質(zhì)粗飼料缺口日益增大，為此，我國不得不長期從國外大量進(jìn)口苜蓿(Medicagosativa)等優(yōu)質(zhì)粗飼料。2010年，我國從國外進(jìn)口接近2.3億t苜蓿,而本國生產(chǎn)的苜蓿僅有1億t[1]。粗飼料是反芻動物飼糧中不可或缺的組成部分，粗飼料品質(zhì)直接影響奶牛采食量與能量的吸收。中國每年產(chǎn)生有接近2億t玉米(Zeamays)秸稈及類似稻草的秸稈型粗飼料[2]，由于科技和觀念等方面的限制，我國豐富的秸稈資源未能在生產(chǎn)中得到合理有效的利用而遭到大量浪費(fèi)。秸稈中纖維含量較高，粗蛋白和能量水平較低，且適口性差，如單純將其作為粗飼料來源，則不能滿足高產(chǎn)奶牛營養(yǎng)需要，影響其生產(chǎn)性能及機(jī)體健康。Wang等[3]用玉米秸稈代替苜蓿干草，降低了奶牛乳產(chǎn)量及乳蛋白合成，其分析原因可能是秸稈影響了營養(yǎng)物質(zhì)的代謝及利用，導(dǎo)致能量供應(yīng)不足。已有研究表明，飼糧能量水平與乳產(chǎn)量呈線性關(guān)系[4]。Zhu等[5]的研究表明，與玉米秸稈組相比，苜蓿組增加了瘤胃有效能的利用，有利于乳蛋白的合成。因此，飼糧能量供應(yīng)不足可能是影響奶牛生產(chǎn)性能的主要因素。此外，不同加工的玉米對奶牛泌乳性能造成一定的影響，因淀粉是玉米的主要組成部分，是重要的能量來源物質(zhì)，當(dāng)玉米受蒸汽壓片處理后，淀粉的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，淀粉的利用率將得到提高[6]，從而影響奶牛泌乳性能。Sauvant和Milgen[7]用快速釋放淀粉類代替慢速釋放淀粉時，能提高十二指腸微生物蛋白(microbial protein, MCP)的流量。早期Theurer[8]研究發(fā)現(xiàn)，相比干扁玉米，蒸汽壓片玉米能提高奶牛的泌乳性能，可以分別提高6%，8%，2%的產(chǎn)奶量、乳蛋白產(chǎn)量和乳蛋白率。Zhong等[9]研究報道，與普通玉米相比，蒸汽壓片玉米能顯著提高干物質(zhì)采食量、乳產(chǎn)量、乳蛋白產(chǎn)量和乳脂產(chǎn)量。因此是否可以通過提高能量水平和利用蒸汽壓片玉米結(jié)合我國現(xiàn)有秸稈資源，彌補(bǔ)秸稈型的弊端，滿足奶牛養(yǎng)殖業(yè)對粗飼料的需求，減少對進(jìn)口苜蓿的依賴。目前，以玉米秸稈為粗飼料來源，通過改變飼糧能量水平和玉米不同加工方式對泌乳性能影響的報道很少。本試驗(yàn)采用體外產(chǎn)氣方法，研究不同能量水平及玉米加工飼糧對瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響，旨在為生產(chǎn)實(shí)踐和接下來的現(xiàn)場試驗(yàn)提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1飼料樣品的制備及成分分析

參照奶牛營養(yǎng)需要NRC(2001)飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)配制4種不同飼糧：秸稈和普通玉米組成的低能玉米組(lower energy ground corn, LEGC)，秸稈和蒸汽壓片玉米組成的低能蒸汽壓片玉米組(lower energy steam-flaked corn, LESFC)，秸稈、 普通玉米、玉米青貯和過瘤胃脂肪組成的高能玉米組(higher energy ground corn, HEGC)以及秸稈、蒸汽壓片玉米、玉米秸稈青貯和能乳發(fā)組成的高能蒸汽壓片玉米組(higher energy steam-flaked corn, HESFC)，飼糧配方見表1。將配制好的飼糧，65℃烘干，粉碎過0.42 mm篩備用。干物質(zhì)(dry matter, DM)參照GB/T6435-86，粗蛋白質(zhì)(crude protein, CP)參照GB/T6432-94(全自動凱氏定氮儀VELP.UDKl59)，粗脂肪(ether extract, EE)按照GB/T6433-94，粗灰分(Ash)參照GB/T6438-92的方法進(jìn)行測定[10]。中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)、酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)的測定參照Van Soest等[11]的方法進(jìn)行，其中NDF樣品分析時加入熱穩(wěn)定淀粉酶，計算包含灰分；淀粉(starch)按照蒽酮比色法[12]進(jìn)行測定。

1.2試驗(yàn)動物管理

試驗(yàn)根據(jù)奶牛年齡、體重、胎次、泌乳量相近或相同的原則，選取3頭體況良好，泌乳日齡100～150 d，裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛為試驗(yàn)動物。采用RIC(roughage intake control)自動飼喂系統(tǒng)(Insentec B.V公司，荷蘭)，用全混合飼糧(total mix ration, TMR)飼喂牛群，飼糧配方見表2(來自北京中地種畜科技有限公司)，每天飼喂3次(7:00,13:00,19:00),自由采食、自由飲水，每天擠奶3次(6:30,14:00,20:30)。

1.3試驗(yàn)方法

1.3.1緩沖液配制 采用Menke和Steingass[14]的方法配制緩沖液，配方如下：400 mL H2O、0.1 mL微量元素溶液A(每100 mL溶液A含CaCl2·2H2O 13.2 g、MnCl2·4H2O 10 g、CoCl·6H2O 1 g 和FeCl3·6H2O 8 g)、200 mL碳酸鹽、緩沖溶液B(每L溶液B含NH4HCO34 g 和NaHCO335 g)、200 mL磷酸鹽、緩沖溶液C(每L溶液C含Na2HPO45.7 g、KH2PO46.2 g 和MgSO4·7H2O 0.6 g)、1 mL 1.0 g/L 刃天青溶液、40 mL還原劑溶液(每100 mL還原劑溶液含NaOH 160 mg、Na2S·9H2O 625 mg)。接種前需向瓶中充入CO2。

1.3.2瘤胃液采集與處理 2014年7月在北京市中地種畜有限公司牛場于晨飼前2 h采集3頭裝有瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛的內(nèi)容物3 L，混合后裝于保溫瓶迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，然后在39℃水浴環(huán)境中用4層紗布過濾，同時持續(xù)通入CO2邊攪拌邊加入?yún)捬醢l(fā)酵瓶，該操作盡可能在短時間內(nèi)完成。

表1 飼糧原料組成及營養(yǎng)水平Table 1 Ingredients and nutrient levels of experimental diets 風(fēng)干基礎(chǔ) Air-dry basis

1)LEGC:秸稈和普通玉米組成的低能玉米組TMR(total mix ration) containing corn stover as the main forage and contenting ground corn；LESFC：秸稈和壓片玉米組成的低能壓片玉米組TMR containing corn stover as the main forage and contenting steam-flaked corn；HEGC:秸稈、普通玉米、青貯玉米秸稈和能乳發(fā)組成的高能玉米組Containing corn stover and corn silage as the main forage and contenting ground corn；HESFC:秸稈、壓片玉米、青貯玉米秸稈和能乳發(fā)組成的高能壓片玉米組Containing corn stover and corn silage as the main forage and contenting steam-flaked corn.
2)每kg預(yù)混料(DM)含有One kilogram of premix (DM) contained the following：Fe 5500 mg, Cu 4080 mg, Mn 4989 mg, Zn 17500 mg, I 180 mg, Se 110 mg, Co 8805 mg; VA 2000000 IU, VD 600000 IU, VE 10800 mg。
3)非纖維性碳水化合物=100-(%中性洗滌纖維+%粗蛋白+%粗脂肪+%粗灰分)。NFC=100-(%NDF+%CP+%EE+%Ash)[13].
4)NEL為計算值，其他為實(shí)測值。 NELwas a measured value, and the others were calculated values[13].下同 The same below.

表2 試驗(yàn)牛飼糧的組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Ingredient composition and nutrient levels of diets (DM basis)

1.3.3體外接種處理 稱取0.5 g飼料樣品置于150 mL厭氧發(fā)酵罐中，每個處理設(shè)5個重復(fù)。接種時邊攪拌邊加入已39℃預(yù)熱的緩沖液50 mL和新鮮瘤胃液25 mL于每個瓶中，并向瓶中持續(xù)通入CO25 s后，立即加上瓶塞，操作應(yīng)在盡量短的時間內(nèi)完成。將每個發(fā)酵瓶與產(chǎn)氣裝置(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的“AGRS-III型64通路微生物發(fā)酵微量產(chǎn)氣全自動記錄裝置與軟件系統(tǒng)”[15]Automated Trace Gas Recording System for Microbial Fermentation, AGRS)的每個傳感器相連接，于39℃下培養(yǎng)48 h，試驗(yàn)重復(fù)2次。

1.3.4樣本采集及分析 在培養(yǎng)發(fā)酵48 h后結(jié)束發(fā)酵程序，從發(fā)酵瓶中采集發(fā)酵液，立即測定pH值，并用40～50 μm孔徑，5 cm×10 cm的尼龍袋過濾發(fā)酵液裝于4個10 mL離心管中，按與發(fā)酵液3∶1添加25%的偏磷酸溶液固氮，混勻后于-20℃冷凍保存，用于微生物蛋白、揮發(fā)性脂肪酸(volatile fatty acids, VFA)和氨態(tài)氮(ammonia nitrogen, NH3-N)指標(biāo)的測定。將尼龍袋過濾的濾渣連同尼龍袋在水龍頭下沖洗至水澄清，在65℃烘箱內(nèi)烘至恒重。樣品體外干物質(zhì)降解率(invitrodry matter degradability, IVDMD)計算公式如下：

體外干物質(zhì)降解率(%)=[(樣品DM重-殘渣DM重)/樣品DM重]×100。

MCP采用Makkar 和Becker[16]根據(jù)Zinn和Owens[17]改進(jìn)過的嘌呤法測定：將-20°凍存的瘤胃液解凍，取8 mL樣品13200 r/min離心20 min,留沉淀加入2.104 mL 0.6 mol/L HClO4，90～95℃水浴1 h，冷卻加入6 mL 28.5 mol/L NH4H2PO4，水浴15 min冷卻,5130 r/min離心10 min，1.6 mL上清液加入6 mL 0.2 mol/L NH4H2PO4,用85%磷酸調(diào)整溶液pH值為2～3，取3.8 mL加入0.2 mL 0.4 mol/L AgNO3，5℃避光過夜。5130 r/min離心10 min，留沉淀，加4.5 mL pH=2的蒸餾水沖洗，于5130 r/min離心10 min,留沉淀,加入5 mL 0.5 mol/L HCl水浴30 min，5130 r/min離心10 min，取上清液在波長為260 nm下比色，以0.5 mol/L HCl作參比，以酵母RNA作標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)光密度值和標(biāo)準(zhǔn)曲線求出樣品中的RNA測定值。計算公式為：微生物蛋白氮(mg/mL)=RNA測定值(mg/mL)×RNA含氮量(17.83%)/細(xì)菌氮中RNA含氮量(10%)×稀釋倍數(shù)。

VFA(Volatile fatty acids)采用氣相色譜(Agilent 6890N GC system, Agilent, America)以外標(biāo)法測定[18]，色譜條件如下：以氮?dú)庾鳛檩d氣，色譜柱為?4 mm(外)×2.6 m玻璃柱(15%PEGS，Chromsorb W80/0.147 mm)；柱溫160℃，氣化室溫度為200℃，檢測器溫度為250℃；柱前壓力：氮?dú)?.30 MPa，氫氣0.07 MPa，空氣0.40 MPa；氮?dú)?載氣)流速30 mL/min；樣品進(jìn)樣量0.4 μL。

氨氮采用靛酚藍(lán)比色法測定[19]，瘤胃液中的氨與次氯酸鈉及苯酚試劑在亞硝基鐵氰化鈉催化下反應(yīng)生成藍(lán)色靛酚，通過測定藍(lán)色靛酚的吸光度可以得到樣品中氨的濃度。

1.4發(fā)酵氣體指標(biāo)的產(chǎn)氣動力學(xué)模型分析

通過AGRS-III型64通路微生物發(fā)酵微量產(chǎn)氣全自動記錄裝置與軟件系統(tǒng)，實(shí)時記錄產(chǎn)氣量。

參照指數(shù)模型對不同飼糧累積產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性擬合：

GPt(mL/g DM)=A/[1+(C/t)B][20]

式中，GPt為t時間點(diǎn)記錄到的累積產(chǎn)氣量；A為發(fā)酵時間無限延長時的理論最大產(chǎn)氣量；B為所形成的產(chǎn)氣曲線的平滑度；C為達(dá)到理論產(chǎn)氣量最大值A(chǔ)一半時所需要的時間。

TRmaxS=C×(B-1)(1/B)
RmaxG=(A×CB×B×TRmaxS(-B-1))/(1+CB×TRmaxS(-B))2
TRmaxG=C×[(B-1)/(B-1)](1/B)

TRmaxS為達(dá)到底物最大降解率時所需要的時間(h)；RmaxG為最大產(chǎn)氣速率(mL/h)；TRmaxG為達(dá)到最大產(chǎn)氣速率所需要的時間(h)。

1.5數(shù)據(jù)分析

原始數(shù)據(jù)經(jīng)由Excel 2013初步處理，再采用SAS 9.2軟件進(jìn)行雙因子方差分析，以最小二乘均數(shù)形式表示統(tǒng)計結(jié)果，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1不同能量水平及玉米加工飼糧對體外產(chǎn)氣的影響

從表3可知，在相同能量水平下，蒸汽壓片玉米與普通玉米之間干物質(zhì)降解率差異不顯著(P>0.05)。在相同玉米加工方式下，高能水平的干物質(zhì)降解率極顯著高于低能(P<0.01),無顯著互作效應(yīng)(P>0.05)；48 h總產(chǎn)氣量HESFC組最高，LEGC組最低，蒸汽壓片玉米總產(chǎn)氣量極顯著高于普通玉米(P<0.01)。高能的總產(chǎn)氣量極顯著大于低能(P<0.01),無顯著互作效應(yīng)(P>0.05)。從圖1可知，各組間發(fā)酵10 h前產(chǎn)氣量快速上升，10 h后進(jìn)入緩慢上升階段。理論最大產(chǎn)氣量(A)LEGC組顯著低于其他3組飼糧。LEGC和LESFC組的產(chǎn)氣曲線的平滑度(B)和達(dá)到理論產(chǎn)氣量最大值A(chǔ)一半時所需要的時間(C)差異顯著。處理組間RmaxG與TRmaxG差異不顯著(P>0.05)，但處理組間RmaxG從大到小的趨勢為HESFC>HEGC>LESFC>LEGC;TRmaxG為HESFC> HEGC>LEGC>LESFC。

表3 不同飼糧對體外產(chǎn)氣參數(shù)的影響Table 3 Effect of different diets on gas production in vitro

注：同行不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。GP48:體外發(fā)酵48 h的累積產(chǎn)氣量(mL/g DM)。SEM:平均標(biāo)準(zhǔn)誤差。E:不同能量處理。C:不同玉米處理。A:發(fā)酵時間無限延長時的理論最大產(chǎn)氣量(mL/g DM)；B:形成的產(chǎn)氣曲線的平滑度；C:達(dá)到理論產(chǎn)氣量最大值A(chǔ)一半時所需要的時間(h)；RmaxG:最大產(chǎn)氣速率(mL/h)；TRmaxG:達(dá)到最大產(chǎn)氣速率所需要的時間(h);下同。

Note：In the same row, values with different small letters mean significant differences (P< 0.05).GP48:Cumulative gas production at 48 h.SEM:Standard error of the mean.E:Different energy treatment.C:Different maize treatment.A:The asymptotic gas production; B:A sharpness parameter determining the shape of the curve; C:The time (h) at which half ofAis reached;RmaxG:The maximum gas production rate (mL/h);TRmaxG:The time at whichRmaxGis reached (h)； the same below.

2.2不同能量水平及玉米加工飼糧對體外培養(yǎng)瘤

圖1 不同飼糧對體外產(chǎn)氣量的影響

胃發(fā)酵參數(shù)影響

如表4可知，各組間pH值、微生物蛋白濃度、氨氮濃度差異不顯著(P>0.05)，且均無顯著互作效應(yīng)(P>0.05)；普通玉米高能組總揮發(fā)酸(total volatile fatty acids, TVFA)、乙酸、丙酸與異丁酸含量顯著高于普通玉米低能組(P<0.05)，而與蒸汽壓片玉米無顯著差異(P>0.05)。低能水平下，蒸汽壓片玉米的丙酸含量顯著高于普通玉米(P<0.05)，無顯著互作效應(yīng)(P>0.05)。

2.3不同能量水平及玉米加工飼糧與體外產(chǎn)氣參數(shù)相關(guān)性分析

總產(chǎn)氣量與淀粉、NDS/CP呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)；與NDS、NFC呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；與NDF呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。理論最大產(chǎn)氣量與淀粉、NDS/CP和NFC呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。

表4 不同飼糧對瘤胃發(fā)酵參數(shù)的影響Table 4 Effect of different diets on rumen fermentation parameters in vitro

表5 不同飼糧營養(yǎng)水平與體外發(fā)酵參數(shù)的相關(guān)關(guān)系Table 5 Coefficients between different diets chemical compositions and fermentation parameters in vitro

* 為顯著相關(guān)(P<0.05)，** 為極顯著相關(guān)(P<0.01)。*mean significant correlation (P<0.05), **mean greater significant correlation (P<0.01).

3 討論

3.1不同能量水平及玉米加工飼糧對干物質(zhì)消化率與體外產(chǎn)氣參數(shù)的影響

飼料在反芻動物瘤胃中微生物分泌的多種酶作用下，分解飼料產(chǎn)生大量揮發(fā)性脂肪酸和氨氣(ammonia, NH3)、甲烷(methane, CH4)、二氧化碳(carbon dioxide, CO2)等氣體。Menke等[21]研究發(fā)現(xiàn)，飼料體外發(fā)酵的總產(chǎn)氣量與反芻動物體內(nèi)發(fā)酵參數(shù)具有高度的相關(guān)性。總產(chǎn)氣量綜合反映了飼料本身的降解特性和微生物生長的情況?？偖a(chǎn)氣量越大說明飼料可發(fā)酵營養(yǎng)水平越多，微生物活性越強(qiáng)；反之，飼料可發(fā)酵有機(jī)物越少，微生物活性越弱，產(chǎn)氣量越小[22]。

從圖1、表3可知，與低能水平相比，高能可以提高總產(chǎn)氣量與干物質(zhì)消化率，這可能由于低能水平的粗飼料來源為單一的玉米秸稈，纖維含量高，可發(fā)酵碳水化合物低，沒有足夠的可溶物，微生物生長繁殖較慢，故消化率低，總產(chǎn)氣量低[23]。崔彥召等[24]研究表明，蒸汽壓片玉米累積產(chǎn)氣量顯著高于玉米顆粒，與本試驗(yàn)蒸汽壓片玉米組總產(chǎn)氣量顯著高于普通玉米一致。說明蒸汽壓片玉米比普通玉米更有利于瘤胃微生物的降解。玉米經(jīng)過蒸汽壓片處理后表皮被破碎，使淀粉發(fā)生凝膠糊化反應(yīng)生成α-淀粉，淀粉內(nèi)部支鏈淀粉向直鏈淀粉轉(zhuǎn)變增加，從而更容易被微生物及酶利用[25]。Galyean等[26]研究報道，玉米凝膠糊化程度與體外產(chǎn)氣量有很大相關(guān)性，糊化程度越大，產(chǎn)氣量越高，且理論最大產(chǎn)氣量也接近48 h的實(shí)測產(chǎn)氣量。雖然各組間RmaxG、TRmaxG不受能量與不同加工玉米的影響，但在相同能量水平下，蒸汽壓片玉米最大產(chǎn)氣速率(RmaxG)均有大于普通玉米的趨勢，與辛杭書等[27]研究一致。

3.2不同能量水平及玉米加工飼糧對瘤胃降解參數(shù)的影響

瘤胃微生物對pH值的變化十分敏感，如瘤胃pH值長期低于6.4，瘤胃微生物生長、繁殖，以及發(fā)酵底物的降解和利用將會受到影響[28]。因此，瘤胃pH值對瘤胃發(fā)酵起決定性作用。瘤胃pH值主要受飼糧組成和營養(yǎng)水平的影響，與淀粉消化的相關(guān)性很高[29]。谷物經(jīng)過加工后會增加4～8 h時間段內(nèi)體外培養(yǎng)淀粉的消化率[30]，此時，由于淀粉發(fā)酵產(chǎn)酸的緣故，pH值隨淀粉消化率的增加而降低。Hales等[31]研究表明，體外培養(yǎng)6 h時蒸汽壓片玉米的pH最低，而在培養(yǎng)18和24 h時各組間pH值差異不顯著。王桂瑛等[32]研究表明，體內(nèi)試驗(yàn)中粉碎蒸汽壓片玉米與粉碎玉米的瘤胃pH值無顯著差異，均在正常范圍內(nèi)，與本研究一致。

氨氮濃度的變化體現(xiàn)了發(fā)酵底物蛋白質(zhì)的降解及瘤胃微生物對N的利用效率，而體外發(fā)酵降解的氨氮一部分會溶解在發(fā)酵瓶中，另一部分用來維持微生物生命活動及微生物蛋白的合成。但氨氮濃度過高或過低都不利于微生物的生長與繁殖。Murphy和Kennelly[33]研究表明，微生物發(fā)酵的最適氨氮濃度為6.3～27.5 mg/dL。本試驗(yàn)氨氮濃度范圍為29.62～36.38 mg/dL，各組飼糧氨氮濃度由高到低的順序?yàn)長EGC>LESFC>HEGC>HESFC。說明各組含氮底物的降解率遠(yuǎn)大于微生物利用率，發(fā)酵瓶內(nèi)蛋白充足，能量水平與壓片玉米組合有利于微生物對N利用的趨勢。李袁飛等[34]研究表明，各組合間氨氮濃度與微生物蛋白在24 h時差異顯著，在48 h時各組合間微生物蛋白差異不顯著，以此來說明48 h MCP濃度已經(jīng)達(dá)到了一個動態(tài)平衡，與本試驗(yàn)研究一致。各組間MCP差異水平可能在4～8 h，因?yàn)楣任锛庸さ牡矸鄹呦?～8 h時間段內(nèi)[30]，此時能氮釋放同步性能促使微生物大量繁殖和微生物蛋白合成，由此需做4～8 h時間點(diǎn)NH3-N、MCP含量來進(jìn)一步驗(yàn)證。

反芻動物瘤胃發(fā)酵所產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸、異丁酸、異戊酸、戊酸，其均是能量代謝的主要能量來源，而乙酸、丙酸和丁酸含量占主要能源物質(zhì)的80%[35]。乙酸是乳脂合成的主要前體物質(zhì)，丙酸則是糖異生的主要前體物質(zhì)，而肝臟糖異生作用為體內(nèi)代謝提供葡萄糖。普通玉米高能組總揮發(fā)酸、乙酸、丙酸和丁酸含量均高于低能水平的玉米組，與Corona等[36]，Zinn等[37]，Plascencia等[38]報道蒸汽壓片玉米乙酸含量低于普通玉米，丁酸含量高于普通玉米的結(jié)果不一致。而本試驗(yàn)僅在低能水平下，蒸汽壓片玉米組丙酸含量高于普通玉米組，這與Lee等[39]利用體外法研究蒸汽壓片玉米丙酸含量高于普通玉米一致，可能是因?yàn)楸岷渴茱暭Z可發(fā)酵碳水化合物含量的影響，低能水平下微生物發(fā)酵受限，而蒸汽壓片玉米技術(shù)提高了玉米中淀粉的糊化程度，更有利于微生物的利用，使能量物質(zhì)丙酸增加，從而間接提高了能量水平，增強(qiáng)了微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的降解，導(dǎo)致乙酸產(chǎn)量增加。

3.3不同能量水平及玉米加工飼糧的營養(yǎng)水平與體外產(chǎn)氣參數(shù)相關(guān)性分析

Meyer和Wolin[40]研究發(fā)現(xiàn)體外發(fā)酵的主要?dú)怏w來源于碳水化合物的發(fā)酵，其次是蛋白，而脂肪可以忽略不計。本試驗(yàn)中48 h實(shí)測總產(chǎn)氣量與NDS和NDS/CP呈正相關(guān)性，與崔占鴻等[41]研究一致。NDS中主要成分是非纖維性碳水化合物、粗蛋白、粗脂肪和礦物質(zhì)元素等。非纖維性碳水化合物又包括：淀粉、糖、果膠和有機(jī)酸等。礦物質(zhì)在體外發(fā)酵時不產(chǎn)生氣體，脂肪產(chǎn)氣量可忽略不計，而各處理組間CP含量一致，所以淀粉在飼糧含量中占很大比重。本試驗(yàn)中48 h總產(chǎn)氣量與淀粉呈正相關(guān)關(guān)系，所以48 h總產(chǎn)氣量主要受飼糧中NDS的影響，其中又屬淀粉貢獻(xiàn)最大。即當(dāng)NDS含量高，飼糧NDS/CP值越大，則體外發(fā)酵越強(qiáng)，產(chǎn)氣量越多。楊紅建和馮仰廉[42]研究表明，在氮供應(yīng)穩(wěn)定的情況下，適宜的結(jié)構(gòu)性碳水化合物(structural carbohydrates, SC)與非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(non structural carbohydrates, NSC)比例才能保證瘤胃微生物對淀粉和纖維的最大降解率，因此體外總產(chǎn)氣量受非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的影響較大。湯少勛等[43]和Nsahlai等[44]對不同牧草體外發(fā)酵研究表明，理論最大產(chǎn)氣量與NDF、ADF呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與本研究48 h總產(chǎn)氣量與NDF呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系一致，由于本試驗(yàn)主要粗飼料來源為玉米秸稈和玉米青貯，可降解碳水化合物少，所以如果含量越多，則產(chǎn)氣量隨之減少。

4 結(jié)論

在以玉米秸稈為主要粗飼料來源飼糧中，通過提高飼糧能量水平可以提高48 h總產(chǎn)氣量與干物質(zhì)降解率；蒸汽壓片玉米可以增加48 h總產(chǎn)氣量；尤其在低能水平下，蒸汽壓片玉米對瘤胃發(fā)酵的促進(jìn)作用更為顯著。

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Effects of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parametersinvitro

ZHANG Ting1,2, ZHANG Bin1, ZHANG Pei-Hua1, ZHOU Xiao-Qiao2, TIAN Yao1, ZHU Dan1, ZHAO Meng2, LIU Shi-Jie5, ZHANG Kai-Zhan6, CHEN Yu-Guang1*, BU Deng-Pan2,3,4*, William P.Weiss7

1.CollegeofAnimalScienceandTechnology,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China; 2.StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,InstituteofAnimalSciences,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100193,China; 3.SynergeticInnovationCenterofFoodSafetyandNutrition,Harbin150030,China; 4.WordAgroforestryCentre,EastandCentralAsia,Beijing100193,China; 5.Chinafeedindustryassociation,Beijing100125,China; 6.BeijingSinoFarm,Beijing100028,China; 7.DepartmentofAnimalSciences,OhioAgriculturalResearchandDevelopmentCenter,TheOhioStateUniversity,Wooster44691,America

Invitrobatch cultures were grown to investigate the effect of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parameters in a 2×2 factorial experiment.Isonitrogenous diets were constructed with a concentrate-to-forage ratio of 65∶35 using corn straw as the main forage, and corn silage and rumen-protected fat were added to adjust the diets’ energy levels.In addition, steam-flaked corn and ground corn were tested as different corn processing products.The results showed that the theoretical maximum gas production, 48 h total gas production and dry matter degradability of the high-energy diets were significantly higher than for the low energy diets (P<0.05).The acetate and propionate of high-energy diets were significantly higher than low-energy diets with ground corn (P<0.05).At the same energy level, the 48 h total gas production of diets with steam-flaked corn was higher than for ground corn (P<0.05).Furthermore, at the low-energy level the total volatile fatty acid and propionate of diets with steam-flaked corn were higher than for ground corn (P<0.05).Correlation analysis between the different feed nutrition levels and fermentation parametersinvitroshowed that 48 h total gas production was significantly negatively related to neutral detergent fiber (P<0.05), while it had a significantly positive correlation with neutral detergent-soluble (NDS) and non-fiber carbohydrates and with NDS/crude protein (P<0.05).In conclusion, both steam-flaked corn and high-energy level diets can increase 48 h total gas productioninvitro, and steam-flaked corn can improve ruminal fermentation under low-energy level diets.

steam-flaked corn; energy level; fermentation parameters; total gas production

10.11686/cyxb2015060

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-01-27；改回日期：2015-04-09

“十二五”科技支撐計劃(2012BAD12B02-5)，動物營養(yǎng)與飼料基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的整合與應(yīng)用(2013ywf-zd-3)和湖南省“海外名師”項目計劃(湘教通[2014]309號)資助。

張婷(1987-)，女，湖南瀏陽人，在讀碩士。E-mail：zting729@163.com

*通信作者Corresponding author.E-mail:ayu800@126.com, budengpan@126.com

張婷, 張彬, 張佩華, 周小喬, 田瑤, 朱丹, 趙勐, 劉士杰, 張開展, 陳宇光, 卜登攀, William P.Weiss.不同能量水平及玉米加工飼糧對瘤胃體外發(fā)酵參數(shù)的影響.草業(yè)學(xué)報, 2015, 24(12):102-111.

ZHANG Ting, ZHANG Bin, ZHANG Pei-Hua, ZHOU Xiao-Qiao, TIAN Yao, ZHU Dan, ZHAO Meng, LIU Shi-Jie, ZHANG Kai-Zhan, CHEN Yu-Guang, BU Deng-Pan, William P.Weiss.Effects of different energy levels and corn processing diets on ruminal fermentation parametersinvitro.Acta Prataculturae Sinica, 2015, 24(12):102-111.