喬國華，李桂杰，肖志剛，徐彩紅，解鐵民

(沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧 沈陽 110034)

甜菜顆粒替代玉米對奶牛消化及瘤胃消化動力的影響

喬國華，李桂杰，肖志剛，徐彩紅，解鐵民

(沈陽師范大學(xué)糧食學(xué)院，遼寧 沈陽 110034)

試驗使用4頭安裝有瘤胃瘺管和十二指腸套管的處于泌乳后期的中國荷斯坦奶牛，研究了甜菜顆粒替代玉米對荷斯坦奶牛消化和瘤胃消化動力的影響。試驗日糧中粗飼料(玉米青貯+紫花苜蓿)占40%，精飼料占60%，精飼料中的玉米分別用0%、6%、12%和24%的甜菜顆粒進行替代(干物質(zhì)基礎(chǔ))。4個處理組日糧中的中性洗滌纖維和淀粉的質(zhì)量分數(shù)分別為(24.3%,34.5%)、(26.2%,30.6%)、(28.0%,26.5%)和(31.6%,18.5%)。結(jié)果表明，隨著甜菜顆粒替代玉米比例的提高，瘤胃干物質(zhì)周轉(zhuǎn)率下降，瘤胃中性洗滌纖維的周轉(zhuǎn)率提高；潛在降解中性洗滌纖維在瘤胃中的降解率提高，而且降解的速率也提高了，最終日糧總消化道的中性洗滌纖維的消化率提高了。不可消化中性洗滌纖維的瘤胃外排速率并沒有受到不同處理的影響。瘤胃淀粉的消化率隨著甜菜顆粒替代玉米比例的提高而顯著下降，但是，總腸道淀粉的消化率并沒有受到影響。隨著甜菜替代玉米比例的提高，日糧纖維的消化率顯著提高，淀粉的消化率沒有受到影響。因此，處于泌乳后期的奶牛在低粗飼料飼喂條件下，日糧中15%～20%的玉米可以用甜菜顆粒進行替代。

甜菜顆粒；玉米；瘤胃消化動力；淀粉消化

為了提高奶牛的生產(chǎn)性能，在生產(chǎn)實踐中經(jīng)常采用提高日糧中淀粉含量的做法，這是因為淀粉比纖維物質(zhì)更容易被奶牛消化。然而，提高淀粉的含量經(jīng)常造成日糧纖維消化率的下降，這可能基于以下幾點原因：由于纖維物質(zhì)含量的下降，奶牛反芻行為減弱了。瘤胃液中揮發(fā)性脂肪酸濃度的上升和唾液緩沖的減弱導(dǎo)致pH值下降，從而削弱了纖維的消化[1-3]。尋找能夠比粗飼料中性洗滌纖維更容易降解的碳水化合物來源，而不影響日糧中淀粉的發(fā)酵和消化，將對提高奶牛健康狀況和降低飼喂成本起到雙重作用。甜菜顆粒含有大概40%的中性洗滌纖維，這部分纖維的可溶解性非常好，尤其是果膠部分大概占到25%(干基)。甜菜顆粒中的NDF在瘤胃中的降解速率比粗飼料中的NDF更快[4-5]。與淀粉不同，果膠的發(fā)酵并不會對瘤胃中的纖維素和半纖維素降解菌造成抑制作用[6]。因此，在高精飼料、低粗飼料的日糧中加入一定比例的甜菜顆粒有可能會提高NDF的消化率，提高總營養(yǎng)物質(zhì)的消化率。但是，淀粉的消化動力也可能會受到影響，改變其在不同消化位點的消化程度。本試驗的目的就是測定不同比例甜菜顆粒替代玉米對瘤胃、過瘤胃，總胃腸道的NDF、淀粉、干物質(zhì)和有機物質(zhì)消化的影響，從而為生產(chǎn)實踐提供必要的數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 處理和奶牛

玉米和甜菜顆粒的養(yǎng)分構(gòu)成見表1，試驗日糧配方構(gòu)成及營養(yǎng)組分見表2。

表1 玉米和甜菜顆粒的養(yǎng)分構(gòu)成

4頭安裝有瘤胃瘺管和十二指腸T型套管的中國荷斯坦奶牛[7]，試驗分為4個處理，即0%替代玉米、6%替代玉米、12%替代玉米和24%替代玉米。試驗共4個周期，每個周期為21 d。每一期的后10 d用來收集樣品和數(shù)據(jù)。試驗日糧含有40%粗飼料(玉米青貯和紫花苜蓿比例為50∶50)，玉米，甜菜顆粒(0～24%)，蛋白質(zhì)補充料(豆粕、玉米干酒精糟和玉米蛋白粉)，維生素和礦物質(zhì)元素預(yù)混合飼料(見表2)。所有的日糧均含有18%的粗蛋白質(zhì)，飼喂方式均為全混合日糧(TMR)。

1.2 數(shù)據(jù)和樣品采集

Cr2O3用作食糜指示劑來測定營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃消化率和總腸道消化率。在試驗期的第7～14 d，瘤胃灌注指示劑，在每一天的03：00,11：00和19：00分別灌注5 g指示劑，每天共15 g指示劑。在試驗期的第12～14 d收集十二指腸樣品和糞樣品，十二指腸樣品的收集量為1 000 g，糞樣品的收集量為500 g，瘤胃液樣品的收集量為100 ml。每9 h收集一次樣品，每種樣品共收集8次。分別代表每天間隔3 h的樣品。瘤胃液的樣品分別從瘤胃的背囊、背盲囊、腹囊和腹盲囊中取等量的食糜，然后壓榨，過4層濾布，過濾后的液體樣品視為瘤胃液樣品，所有的樣品都立即置于-20℃冰柜中冷凍，待測。

表2 試驗日糧配方構(gòu)成及營養(yǎng)組分

注：1.玉米青貯中含有36.2%干物質(zhì)，43.5%NDF，7.6%粗蛋白質(zhì)，13.4%不可消化NDF，28.5%淀粉和3.8%灰分。

2.紫花苜蓿中含有41.8%NDF，19.5%粗蛋白質(zhì)，26.1%不可消化NDF，3.0%淀粉和8.1%灰分。

3.蛋白質(zhì)補充料中含有75%豆粕，20%玉米酒精糟(含可溶物)和5%玉米蛋白粉。

4.預(yù)混料中含有 10.4%微量礦物質(zhì)元素預(yù)混,0.4% 維生素 D,0.4% 維生素 A,2.7% 氧化鎂,22.3% 磷酸二氫鈣,63.8% 玉米粉載體。

1.3 樣品分析和統(tǒng)計分析

每一期每頭牛的干燥和粉碎的糞樣等量進行混合。瘤胃食糜樣品進行凍干。十二指腸樣品解凍后用1 mm孔徑尼龍布過濾，將其分為固相和液相兩相。對兩相分別稱重并且取樣。固相和液相樣品分別進行凍干，粉碎，并按照初始重量比例進行重新組合。所有干燥的樣品都分析干物質(zhì)、灰分、NDF[8-10]和120 h的體外不可消化NDF的含量、潛在降解NDF含量(pdNDF,1-INDF)、CP、淀粉[11]。有機物質(zhì)(OM)、干物質(zhì)(DM)、中性洗滌纖維(NDF)、淀粉、水分和灰分等常規(guī)指標均按照AOAC中的方法進行測定[12]。

日糧原料、十二指腸食糜和糞樣都分析鉻的濃度。樣品首先用磷酸消化[13]。鉻的含量用原子吸收光譜進行分析化驗(SpectraAA 220,Victoria,澳大利亞)。采食量根據(jù)每日每頭牛的供給量和剩余量差進行計算。十二指腸微生物有機物質(zhì)的計算根據(jù)[14]中的方法進行計算。瘤胃有機物質(zhì)真降解率用有機物質(zhì)采食量減去十二指腸非微生物有機物質(zhì)的差進行計算。瘤胃有機物質(zhì)、NDF、INDF、pdNDF和淀粉的總量按照瘤胃內(nèi)容物總重量乘以樣品中每種物質(zhì)的含量百分比得到。瘤胃周轉(zhuǎn)率、瘤胃外排速率、瘤胃消化率按照以下公式進行計算：

結(jié)合傳輸設(shè)備、蓄電池的實時/在線網(wǎng)管監(jiān)測與檢測數(shù)據(jù)、充放電實驗數(shù)據(jù)、歷史運行狀態(tài)性能等動態(tài)數(shù)據(jù)，設(shè)備和業(yè)務(wù)統(tǒng)計資源靜態(tài)數(shù)據(jù)、歷史缺陷和檢修工單等流程數(shù)據(jù)、設(shè)備動環(huán)信息等數(shù)據(jù)，建立設(shè)備狀態(tài)變化分類預(yù)測模型，整體反應(yīng)設(shè)備狀態(tài)，感知設(shè)備狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。

瘤胃消化速率=瘤胃周轉(zhuǎn)率-瘤胃外排速率。

統(tǒng)計學(xué)模型為：

Yijk=μ+Ci+Pj+Tk+eijk,

式中μ為平均數(shù)；Ci為奶牛的隨機效應(yīng)(i=1～4)，Pj為試驗期的固定效應(yīng)(j=1～4)，Tk為處理的固定效應(yīng)(k=1～4)，eijk為隨機誤差，假定為正態(tài)分布。

2 結(jié)果與討論

2.1 瘤胃NDF消化率

甜菜顆粒替代玉米對瘤胃消化動力的影響見表3，瘤胃周轉(zhuǎn)率隨著甜菜顆粒比例的上升而線性提高(P<0.01)。這個周轉(zhuǎn)率的提高有可能是由于瘤胃消化速率的提高造成的，也有可能是由于瘤胃外排速率的提高造成的，或者是兩者兼而有之。根據(jù)實驗結(jié)果，INDF和pdNDF的瘤胃外排速率并沒有改變(表3)。然而，隨著甜菜顆粒在日糧中的比例加大，從0%至24%，pdNDF的消化速率提高了將近2倍，從2.73%/h提高到了5.85%/h(P<0.000 1)。

表3 甜菜顆粒替代玉米對瘤胃消化動力的影響

注：1.用0,6%,12%,24%的甜菜顆粒替代玉米.2.Trt為處理效應(yīng),L為線性效應(yīng),Q為二次效應(yīng).3.潛在降解中性洗滌纖維。4.**表示差異極顯著。

隨著日糧中甜菜顆粒百分比的提高，來源于粗飼料的NDF從70%下降到了54%，來源于甜菜顆粒中的NDF從0%提高到了30.4%(表2)。據(jù)Bhatti等[4]報道，甜菜顆粒NDF在瘤胃中的降解速率比其它來源的NDF更快。這可能是由于甜菜顆粒在制作過程中進行了熱處理的原因[15]。因此，提高甜菜顆粒的比例可以提高日糧NDF的消化。

用快速降解果膠和NDF含量高的甜菜顆粒去替代玉米也有可能會提高日糧中其它的纖維和淀粉的的消化率，因為果膠成分可以提供更多的能量給纖維降解菌，從而有效的提高纖維降解菌和纖維素酶的活力。對日糧精飼料中的淀粉進行稀釋也有利于減少因淀粉發(fā)酵對瘤胃纖維降解菌的負面影響[16]。目前的試驗中連續(xù)4 d(96 h)瘤胃液pH值并沒有受到不同處理組日糧的影響，都在較為正常的范圍內(nèi)(5.8～7.0，本論文并未列出)，這個結(jié)果說明甜菜顆粒比例大的日糧纖維降解率的提高并不是由于瘤胃液pH值引起的。然而，在瘤胃液pH值恒定的情況下，添加淀粉一樣能夠降低NDF的消化率。

2.2 瘤胃pH值和NDF的消化

日糧NDF消化率的提高并不是由于瘤胃pH值的變化所引起的。然而，高比例甜菜顆粒日糧的日平均瘤胃液pH值與日糧中的潛在降解NDF(pdNDF)的消化速率是正相關(guān)的(表4)。較低的瘤胃pH值平均值或者最低瘤胃pH值和較大pH值變化范圍可能減緩了日糧NDF的發(fā)酵，因為低的pH值(尤其是低于6.0)減緩了纖維降解菌的生長，可能是由于菌體內(nèi)揮發(fā)性脂肪的積累和陰離子毒性[17]。盡管瘤胃pH值平均值和最低瘤胃pH值與較多的快速降解纖維有關(guān)系，但它們與瘤胃纖維的消化率并沒有關(guān)系，因為瘤胃纖維的消化率在處理間并沒有顯著差異(P>0.30，表5)，同時瘤胃pH值平均值還與不可消化NDF(INDF)的外排速率有關(guān)系(表4)。因此，瘤胃pH值與瘤胃NDF消化速率有關(guān)系，跟瘤胃NDF消化的程度沒有關(guān)系。

表4 纖維消化動力與瘤胃pH值之間的相關(guān)關(guān)系

注：*表示相關(guān)關(guān)系顯著(P<0.05)。

2.3 總消化道NDF的消化

甜菜顆粒替代玉米對總NDF和潛在降解NDF消化的影響見表5。

表5 甜菜顆粒替代玉米對總NDF和潛在降解NDF消化的影響

注：1.用0,6%,12%,24%的甜菜顆粒替代玉米.2.Trt為處理效應(yīng),L為線性效應(yīng),Q為二次效應(yīng).3.潛在降解中性洗滌纖維。

由表5可見，隨著甜菜顆粒替代玉米比例的提高，NDF采食量和瘤胃NDF消化速率的提高，NDF在瘤胃中消化的程度也提高了(P<0.01)。瘤胃總NDF的消化率并沒有受到不同處理的影響(P>0.10)，但是，潛在降解NDF隨著甜菜顆粒添加量的提高而顯著提高了(P<0.01)。瘤胃后NDF的消化并沒有提高，因此，瘤胃中NDF的消化率決定了總胃腸道NDF的消化率。24%甜菜顆粒組在瘤胃中的NDF消化率最高，在總胃腸道中的消化率也最高(P<0.001)。

2.4 瘤胃淀粉消化動力

根據(jù)表2日糧原料構(gòu)成，結(jié)合飼喂試驗的數(shù)據(jù)，日糧淀粉的含量從0%甜菜顆粒組的8.1 kg/d降到了24%甜菜顆粒組的4.1 kg/d(表6，P<0.000 1)。瘤胃淀粉的周轉(zhuǎn)率沒有受到不同處理的影響(表3，P>0.40)。隨著甜菜顆粒替代玉米比例的增加，瘤胃淀粉的外排速率也線性的增加了(P=0.01)，同時瘤胃淀粉的消化速率線性下降了，從11.3%下降到了1.9%(P<0.01)。隨著日糧玉米的比例下降，日糧中玉米淀粉含量也下降(表2)，日糧中其它原料提供的淀粉，如玉米青貯等可能在瘤胃降解的速率比玉米淀粉要慢[18]。瘤胃淀粉的消化速率的降低有可能受到瘤胃液中較低的淀粉酶活力的影響，也可能是因為淀粉降解菌的數(shù)量低，或者是由于淀粉降解菌能利用的有效能量低而導(dǎo)致淀粉酶的活力降低。

2.5 淀粉消化的位點

由于不同處理組日糧淀粉的采食量上的巨大差異，淀粉外排速率的差異和瘤胃淀粉消化率的很大變化導(dǎo)致了瘤胃淀粉真消化率的差異(P<0.01，表6)。甜菜顆粒6%替代日糧玉米使得日糧中的淀粉含量從34.5%降到了30.6%，這個小的變化使得瘤胃淀粉的消化率下降了31%(從46.5%下降到32.3%)。最大替代組日糧中的淀粉下降了48%，瘤胃淀粉真消化量下降了82%(3.8 kg下降到0.7 kg)，瘤胃淀粉真消化率下降了64%(從46.5%下降到16.9%)。這個結(jié)果與Ipharraguerre等[19]用大豆皮替代玉米的結(jié)果較為一致，用大豆皮替代玉米可以降低非結(jié)構(gòu)性碳水化合物的瘤胃表觀消化率。

表6 甜菜顆粒替代玉米對淀粉消化的影響

隨著甜菜顆粒添加比例的提高，瘤胃淀粉消化率降低。但是淀粉的小腸消化率提高了。日糧淀粉含量從34.5%下降到了18.5%，而其相應(yīng)的小腸淀粉消化量占總采食淀粉的比例從45.6%提高到了77.4%(P=0.02)。小腸內(nèi)的淀粉消化率從77.8%提高到了84.7%(P=0.02)。這個結(jié)果也證實了Ipharraguerre等[19]的試驗結(jié)論，他們在高精料日糧中使用大豆皮替代玉米，結(jié)果提高了日糧淀粉在瘤胃后的消化率。小腸中的淀粉被酶解生成葡萄糖，繼而被吸收進入腸道細胞為動物提供能量，而在瘤胃中降解的淀粉生成揮發(fā)性脂肪酸，前者提供能量的效率比后者要高[20]，因此，奶牛對含淀粉低的日糧中的淀粉的利用效率更高。由于淀粉的瘤胃后補償性的消化吸收，日糧淀粉總胃腸道的消化率在各個日糧處理組中并沒有顯著差異(P>0.4)。

淀粉的來源能影響瘤胃和小腸淀粉的消化。在目前的試驗中玉米被甜菜顆粒替代的比例逐漸升高，日糧來源于玉米的淀粉的比例從72.7%下降到了43.7%(表2)。有理由認為，隨著甜菜顆粒比例的上升，瘤胃淀粉的消化速率和數(shù)量都會下降，因為，隨著日糧玉米含量的下降，玉米青貯中的淀粉占日糧總淀粉的比例在上升，而玉米青貯中的淀粉在瘤胃中降解的速率是較慢的，因為玉米青貯中的表面積/重量比要比滾壓的玉米低。然而，總胃腸道日糧淀粉消化率在各個日糧處理組中的差異不顯著(表7)，因此，到達十二指腸的淀粉是可消化的，如果是不可消化的，那么，當甜菜顆粒比例升高時，總消化道淀粉的消化率是應(yīng)該降低的。玉米青貯中的非降解淀粉比玉米中非降解淀粉抵抗小腸消化的能力更強，因此日糧中大比例的玉米青貯淀粉在腸道中和日糧中大比例的玉米淀粉具有相同的消化程度是不可能的。玉米青貯籽實的在瘤胃中的消化受到日糧淀粉濃度的影響，同時也受到淀粉來源和瘤胃外排速率的影響。

如果十二指腸酶活力限制了淀粉消化的數(shù)量，那么隨著十二指腸淀粉流量的提高，其消化率應(yīng)該下降，淀粉的消化程度應(yīng)該有一個最高值。然而，在試驗中發(fā)現(xiàn)淀粉的十二指腸消化率線性的提高了(R=0.98，P<0.000 1)，沒有出現(xiàn)二次效應(yīng)(P>0.85)，因此，淀粉的十二指腸消化并沒有達到最大值。這個研究結(jié)果與[18]的研究結(jié)果是一致的。這個現(xiàn)象可能是由于十二指腸淀粉可以刺激其相應(yīng)消化酶分泌的增加，或者是跟十二指腸食糜中的淀粉的理化特性有關(guān)系。

2.6 干物質(zhì)和有機物質(zhì)的消化

用高可降解纖維替代快速可發(fā)酵淀粉改變了瘤胃消化和瘤胃淀粉和纖維的外排速率，這個改變是通過日糧的物理性質(zhì)和瘤胃微生物的改變來實現(xiàn)的。這導(dǎo)致了瘤胃干物質(zhì)表觀消化率的下降(P=0.10)，但是，并沒有改變瘤胃有機物質(zhì)表觀和真消化率(表7)。

表7 甜菜顆粒替代玉米對日糧干物質(zhì)和有機物質(zhì)消化的影響

由于瘤胃后淀粉消化的補償性提高，高甜菜顆粒日糧的整胃腸道有機物質(zhì)消化率提高了。因此，干物質(zhì)采食量盡管隨著甜菜顆粒比例的上升而下降了，但是，干物質(zhì)和有機物質(zhì)表觀消化的數(shù)量并沒有發(fā)生改變。用高可消化NDF替代快速降解淀粉的做法沒有降低干物質(zhì)消化的總量，而是通過提高日糧NDF消化率，使得日糧總體的消化率得到了提高。

3 結(jié)論

提高甜菜顆粒替代玉米的比例降低了瘤胃淀粉的消化速率，提高了淀粉的外排速率，較大程度上改變了日糧淀粉的消化位點，從瘤胃淀粉消化走向了腸道消化淀粉。隨著甜菜顆粒日糧比例的提高，潛在降解NDF的瘤胃消化速率顯著提高了，同時日糧的總消化道NDF消化率也顯著提高了。在不影響干物質(zhì)表觀消化率的前體下，玉米可以成功的被甜菜顆粒替代。同時甜菜顆粒部分的替代玉米可以降低奶牛瘤胃酸中毒的風(fēng)險。建議在高精料日糧條件下用15%～20%甜菜顆粒替代玉米。

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(責(zé)任編輯：梅 竹)

Effect of sugar beet pulp substitution of corn on digestion and rumen digestion kinetics in cows

QIAO Guo-hua,LI Gui-jie,XIAO Zhi-gang,XU Cai-hong，XIE Tie-ming

(College of Grain Science and Technology,Shenyang Normal University,Shenyang 110034,China)

4 lactating Chinese Holstein dairy cows with ruminal and duodenal fistula were used to study the effect of sugar beet pulp substitution of corn on digestion and rumen digestion kinetics.Experimental diet (dry matter basis) was consisted of 40% forage (corn silage and alfalfa) and 60% concentrate.Concentrate contained 0,6%,12%,or 24% beet pulp substituted for high-moisture corn on a dry matter basis.NDF and starch contents of 4 treatments diets were 24.3% and 34.5%,26.2% and 30.6%,28.0% and 26.5%,31.6% and 18.5%,respectively.With the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn,rumen turnover rate of dry matter was decreased,rumen NDF turnover rate was increased,potentially degradable NDF degraded in the rumen was increased and its degraded rate was increased,as a result,the whole tract digestibility of NDF was increased.The passage rate of Indigestible NDF (INDF) was not affected by the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn.With the increase of substituting ratio of sugar beet pulp to corn,starch digested in the rumen was decreased significantly.But the whole tract digestibility of starch was not affected.With increasing sugar beet pulp substitution,the digestibility of diet fiber was increased significantly and starch digestion was not affected.Therefore,15%～20% sugar beet pulp substitution of corn in high concentrate diet in cows in late milk period was practical.

pelleted sugar beet pulp;corn;rumen digestion kinetics;starch digestion

2016-12-03；

2017-01-03

遼寧省科技廳農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目2015211003；遼寧省自然基金項目201602675。

喬國華(1980-)，男，高級畜牧師，主修動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)。

李桂杰(1959-)，女，教授，主要研究方向為糧食加工利用與儲藏工程。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.03.010

S816.4

A

1003-6202(2017)03-0038-07