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        尼龍袋法評價香蕉葉單寧對瘤胃降解特性的影響

        2019-12-20 02:41:32李志威趙靜雯沈思聰羅佳璇趙國琦黃倩倩
        草業(yè)學報 2019年12期
        關鍵詞:尼龍袋單寧粗飼料

        李志威,趙靜雯,沈思聰,羅佳璇,趙國琦,黃倩倩

        (揚州大學動物科學與技術學院,江蘇 揚州 225000)

        我國南方地區(qū)地形復雜,丘陵、平原、高山、盆地交錯分布,不適宜大規(guī)模種植牧草。南方地區(qū)雖然有大量的草山草坡,但是由于地形限制,收獲極其不便,不能滿足日益增長的粗飼料需求。目前我國養(yǎng)殖業(yè)正走向規(guī)?;l(fā)展,對粗飼料的需求越來越大,導致南方秋冬季容易發(fā)生粗飼料短缺的狀況,對南方畜牧業(yè)的發(fā)展有較大的影響。但南方地區(qū)的農副產(chǎn)品豐富,因地制宜開發(fā)當?shù)氐拇诛暳腺Y源可以有效地緩解這一現(xiàn)象[1]。香蕉(Musanana)是芭蕉科芭蕉屬單子葉草本植物,在我國廣東、廣西、福建、云南、海南地區(qū)廣泛種植,是南方地區(qū)重要的經(jīng)濟作物[2]。2016年,我國香蕉種植面積達到3.8×105hm2[3],每年香蕉果實收獲后會留下數(shù)量巨大的莖、葉和皮等副產(chǎn)物。一般情況下,這些副產(chǎn)物會被隨意丟棄堆積。在南方溫暖潮濕的環(huán)境下,極易腐敗滋生細菌,促進香蕉枯萎病的蔓延,對香蕉產(chǎn)業(yè)和人畜安全造成嚴重的危害。香蕉副產(chǎn)物營養(yǎng)價值豐富[4],可作為潛在的粗飼料資源。如果將香蕉副產(chǎn)物飼料化,不僅可以解決環(huán)境污染問題,還可以有效地緩解當?shù)卮诛暳隙倘钡臓顩r。香蕉莖葉中含有單寧,被認為是影響其飼料化利用的主要因素之一。單寧長期以來被認為是一種抗營養(yǎng)因子,會降低飼料的適口性和消化率。但目前有研究表明,飼糧中單寧含量低于50 g·kg-1干物質(dry matter,DM)時,單寧不會對飼料營養(yǎng)物質的消化產(chǎn)生負面作用,對動物的生長有促進作用。Waghron等[5]使用含單寧的牧草百脈根(Lotuscorniculatus)和長柄百脈根飼喂綿羊,百脈根中單寧濃度低于50 g·kg-1DM時,增加了必需氨基酸的吸收,長柄百脈根的濃度高于50 g·kg-1DM時,降低了干物質的吸收率、減少了氨基酸在小腸的吸收率。張曉慶等[6]通過飼喂綿羊含單寧的紅豆草(Onobrychisviciifolia),發(fā)現(xiàn)單寧含量低于3.03 g·kg-1DM時,并不影響干物質、有機物質、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的消化率,但對飼糧中蛋白質的保護效果有提高,飼糧中氮的留存率有增加。Wang等[7]發(fā)現(xiàn)當百脈根中單寧含量在30~40 g·kg-1DM時,使用其飼喂綿羊,增加了綿羊的羊毛生長率和體重。單寧在抑制動物體內寄生蟲[8]、減少瘤胃甲烷的排放[9]等方面也表現(xiàn)出積極作用。植物單寧對動物的作用效果不僅與攝入量有關,而且取決于自身的化學結構。不同種類的植物所含單寧的化學結構差異很大,甚至同屬植物的不同種以及同種植物在不同生長階段都存在差異。目前有關香蕉葉中所含單寧對飼料中營養(yǎng)物質消化的影響研究很少。因此,本試驗使用香蕉葉和苜蓿干草(Medicagosativa)作為試驗材料進行瘤胃尼龍袋試驗,通過比較苜蓿干草、香蕉葉和抑制單寧活性后的香蕉葉的瘤胃降解特性,研究香蕉葉單寧對營養(yǎng)物質瘤胃降解特性的影響,為香蕉葉在反芻動物生產(chǎn)中的利用提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗材料與分組

        苜蓿干草采集于揚州大學實驗農牧場,香蕉葉采集于福建省漳州市,聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)購自國藥集團化學試劑有限公司。樣品設置6組,分別為苜蓿干草組(A, 100%苜蓿干草alfalfa hay)、苜蓿干草和香蕉葉混合組(AB, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉葉banana leaves)、香蕉葉組(B, 100%香蕉葉banana leaves)、苜蓿干草+PEG組(AP, 100%的苜蓿干草alfalfa hay+6% PEG)、苜蓿干草和香蕉葉+PEG組(ABP, 50%苜蓿干草alfalfa hay+50%香蕉葉banana leaves+6%PEG)、香蕉葉+PEG組(BP, 100%香蕉葉banana leaves+6% PEG)。PEG可以與香蕉葉中的單寧特異性結合[10],消除單寧的活性。研究表明,PEG的添加量是單寧含量的2倍以上時可以消除單寧的影響[11]。處理后測定各組的單寧含量。香蕉葉風干后剪碎,然后將PEG溶于水后直接噴灑在香蕉葉上。所有的樣品處理后65 ℃烘干,通過2 mm網(wǎng)篩粉碎,室溫干燥后保存待用。

        1.2 試驗動物及飼養(yǎng)管理

        選擇3頭健康狀況良好, 體重相近[(500±25) kg], 裝有永久性瘤胃瘺管的泌乳中期荷斯坦奶牛。每日飼喂3次,在8:00、14:00和20:00飼喂,自由飲水,基礎日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

        1.3 試驗方法

        試驗采用尼龍袋法測定樣品的瘤胃降解特性。試驗在揚州大學實驗農牧場進行,于2018年10月15日起,至2018年10月22日結束。尼龍袋規(guī)格為5 cm×20 cm,孔徑為50 μm[13],使用細滌綸線雙線縫合而成,用火燎去線頭,用水浸泡并65 ℃烘干后待用。稱取4 g被測樣品裝入尼龍袋內,將同一個時間點的尼龍袋放入大的網(wǎng)袋內(20 cm×30 cm),并在投入瘤胃之前在溫水(39 ℃)中浸泡5 min。按“同時投入,依次取出”的原則,于清晨飼喂前將尼龍袋放入瘤胃,在放后2,4,8,12,24,48,72 h取出。取出后立即在自來水下沖洗,沖洗至水流清澈為止。其中0 h的尼龍袋不放進瘤胃內但在相同條件下進行清洗。帶有消化殘渣的尼龍袋放入烘箱65 ℃烘干至恒重,保存于自封袋中,置于陰涼干燥處。每個樣品在每個時間點設置3個平行,3個重復。

        1.4 試驗指標

        使用烘干法在105 ℃下烘干測定干物質含量,使用凱式定氮法測定粗蛋白含量[14];參照Van-Soest[15]的方法測定中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量。采用Folin-Denis比色法測定單寧含量[16]。

        1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

        待測樣品干物質、粗蛋白、中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維在某時間點的瘤胃降解率采用以下公式進行計算:

        表1 基礎飼料組成及營養(yǎng)水平

        *泌乳凈能為計算值[12],其余營養(yǎng)水平為實測值。NELwas a calculated value,while other nutrient levels were measured values.

        瘤胃養(yǎng)分降解率(%)=(1-降解后殘渣養(yǎng)分含量/降解前樣品養(yǎng)分含量)×100%

        添加PEG樣品計算得到的上述變量通過去除樣品中PEG的含量進行校正。瘤胃降解參數(shù)采用Mcdonald[17]的公式進行計算。

        P=a+b(1-e-ct), (t≥0)

        式中:t為飼料在瘤胃內停留的時間(h);P為尼龍袋在瘤胃內滯留時間t后的飼料某一營養(yǎng)成分降解率(%);a為快速降解部分(%) ;b為慢速降解部分(%);c為b部分降解速率(%·h-1)。

        瘤胃有效降解率(effective degradability, ED)按以下公式計算:

        ED=a+b×c/(c+k)

        式中:a,b,c和上述描述一致,k為某營養(yǎng)成分的瘤胃外流速率,本試驗中k值取0.0315[18]。每頭牛的常量a,b,c使用SAS程序的非線性回歸模型進行計算。

        采用Excel 2007軟件對原始數(shù)據(jù)進行匯總與整理,所得到的數(shù)據(jù)使用SAS 9.4系統(tǒng)的MIXED程序分析(SAS Institute Inc. 2012),差異顯著性使用SAS系統(tǒng)的LSMEANS和PDIFF進行分析,P<0.05為差異顯著。

        2 結果與分析

        2.1 營養(yǎng)成分分析

        香蕉葉的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量高于苜蓿干草,粗脂肪和粗灰分含量也高于苜蓿干草。兩種粗飼料的粗蛋白含量相似。香蕉葉的單寧含量為2.9%,高于苜蓿干草(表2)。

        2.2 DM瘤胃降解特性

        由表3可知,B組和AB組在除4 h以外的各時間點的DM降解率均顯著低于A組(P<0.001)。A組和AP組在各時間點的DM降解率沒有顯著差異(P>0.05)。B組和BP組在12和24 h的DM降解率沒有顯著差異(P>0.05),在其余的孵育時間BP組的DM降解率顯著高于B組(P<0.001)。在2和8 h,ABP組的DM降解率顯著高于AB組(P<0.001),其余時間點二者的降解率無顯著差異(P>0.05)。BP組和ABP組在12 h及以后的降解率均明顯低于A組(P<0.001)。

        表2 香蕉葉、苜蓿和香蕉葉苜?;旌衔锏臓I養(yǎng)成分

        表3 不同處理組的DM瘤胃降解率

        注:同行數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著(P<0.05),相同或無字母表示差異不顯著(P>0.05)。下同。

        Note: Values in the same row with different letters mean significant differences (P<0.05), while with the same or no letters mean no significant differences (P>0.05). The same below.

        由表4可知B組的DM快速降解部分(a)、慢速降解部分(b)、慢速降解部分降解速率(c)和有效降解率ED均顯著低于A組(P<0.001),AB組的DM慢速降解部分和有效降解率ED顯著低于A組(P<0.001),而DM快速降解部分、慢速降解部分降解速率和有效降解率ED顯著高于B組(P<0.001)。AP組除DM快速降解部分顯著高于A組之外(P<0.001),其余DM降解參數(shù)均與A組沒有顯著差異。BP組的DM降解參數(shù)a、b、c和ED均顯著高于B組(P<0.001)。與AB組相比,ABP組a值較高(P<0.001),其余參數(shù)無顯著差異。BP組和ABP組的b和ED值均顯著低于A組(P<0.001)。

        表4 不同處理組的DM瘤胃降解參數(shù)

        a: 快速降解部分 Rapidly degraded fraction;b: 慢速降解部分 Slowly degraded fraction;c: 慢速降解部分的降解速率 The degradation rate of b; ED: 有效降解率 Effective degradability.下同 The same below.

        2.3 CP瘤胃降解特性

        由表5可以看出,A、AB和B組的CP降解率在各個時間點由高按低的排列順序是A>AB>B(P<0.001)。除在12和24 h之外的其他時間點,BP組的降解率顯著高于B組(P<0.001)。孵育時間超過24 h,ABP組的CP降解率顯著高于AB組(P<0.001),當孵育時間超過24 h,A組和AP組無顯著差異(P>0.05)。BP組和ABP組在各個時間點的降解率均顯著低于A組(P<0.001)。

        表5 不同處理組的CP瘤胃降解率

        由表6可見B組的CP降解參數(shù)a、b、c和ED值均明顯低于A組(P<0.001),AB組的a、b、c和ED值低于A組(P<0.001),b、c和ED值高于B組(P<0.001)。BP組的a、b、c和ED值顯著高于B組(P<0.001)。ABP組的a、b和ED值顯著高于AB組(P<0.001),c值差異不顯著。BP組和ABP組的a、b、c和ED值均低于A組(P<0.001)。

        表6 不同處理組的CP瘤胃降解參數(shù)

        2.4 NDF瘤胃降解特性

        A、AB和B組的NDF降解率在個別時間點上有差異,但沒有明顯的趨勢(表7)。A組和AP組在各個時間點上的NDF降解率也沒有明顯的差異趨勢。BP組在各個時間點上的NDF降解率顯著高于B組(P<0.001),ABP組的降解率顯著高于AB組(P<0.001)。除8 h時BP組與A組差異不顯著,BP組和ABP組在各個時間點上的NDF降解率均顯著高于A組(P<0.001)。

        表7 不同處理組的NDF瘤胃降解率

        B組的NDF降解參數(shù)a、c和ED顯著低于A組(P<0.001),b值則高于A組(P<0.001)(表8)。AB組的NDF降解參數(shù)與A組相近(P>0.05),c和ED值高于B組(P<0.001)。BP組的a和ED值顯著高于B組(P<0.001),ABP組的a、b、c和ED值均顯著高于AB組(P<0.001)。BP組和ABP組的NDF降解參數(shù)a、b和ED均顯著高于A組(P<0.001),BP組的c值則顯著低于A組(P<0.001)。

        表8 不同處理組的NDF瘤胃降解參數(shù)

        2.5 ADF瘤胃降解特性

        A、AB、B和AP組的降解率在一些時間點有差異,但是并沒有明顯的變化趨勢(表9)。BP組的降解率在大多數(shù)的時間點上顯著高于B組,ABP組的降解率在24 h前顯著高于AB組(P<0.001),但是48 h后沒有顯著差異。BP、ABP和A組的降解率在24 h后沒有顯著差異。

        B組的ADF降解參數(shù)a、b、c和A組沒有顯著差異,但是A組的ED值高于B組(P<0.001)(表10)。AB組的各項降解參數(shù)都與A組相近,沒有顯著差異。AB組的ED值高于B組(P<0.001),其他參數(shù)沒有顯著差異。BP組的a值和ED值顯著高于B組,但BP組的b值低于B組,兩組的c值沒有顯著差異。ABP組的a值和ED值顯著高于AB組,ABP組的b值低于AB組,兩組的c值沒有顯著差異。BP組和ABP組的a和ED值顯著高于A組,但是c值沒有顯著差異。

        表9 不同處理組的ADF瘤胃降解率

        表10 不同處理組的ADF瘤胃降解參數(shù)

        3 討論

        3.1 常規(guī)營養(yǎng)成分分析

        有關香蕉莖葉等香蕉副產(chǎn)物營養(yǎng)特性的研究國內外已有報道,但研究結果存在差異,這與香蕉的品種、種植地區(qū)以及收獲季節(jié)和收獲部位有關。本試驗所采集的材料為香蕉葉,CP含量為12.9%,與劉建勇等[19]報道的結果相似,NDF、ADF和EE含量則高于其結果,粗灰分含量略低。粗脂肪和粗灰分的含量與程宣等[3]報道的結果相近。本試驗中,香蕉葉粗蛋白含量與苜蓿干草相似,NDF和ADF含量明顯高于苜蓿干草,粗脂肪和粗灰分的含量也比苜蓿干草高。值得注意的是,本試驗中苜蓿干草粗蛋白的含量僅為12.4%,低于我國苜蓿干草的質量標準,這可能是因為本試驗使用的苜蓿干草的葉片部位經(jīng)過晾曬打捆后損失較多,導致苜蓿粗蛋白的含量偏低。

        香蕉葉中含有單寧,被認為是限制其成為飼料原料利用的主要因素。本試驗中香蕉葉的單寧含量為2.9%(干物質基礎),高于前人的報道結果[20],可能與香蕉品種和生長環(huán)境有關。研究表明,各種環(huán)境因素包括溫度、光密度、水、營養(yǎng)應激、土壤質量和地形等都會影響單寧在植物體中的含量[21]。

        3.2 營養(yǎng)物質瘤胃降解特性

        本試驗采用的尼龍袋法,屬于半體內法,是目前廣泛用于測定粗飼料降解規(guī)律的方法。目前采用尼龍袋法評價香蕉莖葉營養(yǎng)價值的研究還不全面。DM是飼料營養(yǎng)價值的基礎,也是決定干物質采食量(dry matter intake, DMI)的重要組成部分,反映飼料整體可消化的難易程度。DMI的升高,也能夠間接地提高動物對其他營養(yǎng)物質的吸收。DM瘤胃降解率受飼料原料纖維素含量和木質化程度的影響[22]。本試驗中,香蕉葉在72 h內各個時間點的DM瘤胃降解率均小于苜蓿干草,同時,DM的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率和有效降解率也小于苜蓿干草,可以歸因于香蕉葉的NDF和ADF含量高于苜蓿干草。這表明香蕉葉不易被奶牛消化,可以推測香蕉葉的DMI低于苜蓿干草。

        飼料CP瘤胃降解率受飼料蛋白質的含量、組成及飼料在瘤胃內的滯留時間等因素的影響[23]。盡管本試驗中香蕉葉CP含量與苜蓿干草相同,但在各個時間點的降解率和有效降解率均低于苜蓿干草,這可能是因為香蕉葉CP的快速降解部分、慢速降解部分及其降解速率均小于苜蓿干草。研究指出,飼料的CP降解率受飼料本身性質影響很大,不同飼料快速降解部分、慢速降解部分和不易降解部分的比例不同,會表現(xiàn)出不同的瘤胃降解特性[24]。同時,飼料的化學成分分析和動物試驗相結合才能準確評定飼料的營養(yǎng)價值。香蕉葉CP在奶牛瘤胃的降解率低于苜蓿干草,也可能與其含有單寧有關。

        飼料NDF和ADF的瘤胃降解率是衡量粗飼料品質的關鍵指標,其大小反映了粗飼料中纖維部分在瘤胃內消化的難易程度。香蕉葉和苜蓿的NDF和ADF降解率在12 h之前隨著時間的延長增長比較緩慢,降解率較低,12 h之后降解加速,表明瘤胃內纖維的消化主要發(fā)生在12 h之后。香蕉葉NDF和ADF的降解率在早期雖然較低,但在后期與苜蓿的降解率相差并不大。Makkar等[25]的試驗表明,飼料中單寧的存在抑制了瘤胃中纖維降素分解酶的活力,導致前期纖維的降解率降低,后期單寧與蛋白質結合,對纖維降解菌的抑制減少。因此試驗中香蕉葉前期的NDF和ADF降解率低于苜蓿,但后期香蕉葉ADF和NDF降解率與苜蓿干草的降解率相近。

        總的來說,香蕉葉的營養(yǎng)價值明顯低于苜蓿干草,不適合單獨飼喂。苜蓿干草和香蕉葉混合飼料的DM和CP瘤胃降解率比香蕉葉高,但低于苜蓿干草,NDF和ADF的降解率與兩者相似,這可能是因為香蕉葉和苜蓿干草混合飼喂后,對飼料降解率的影響變小,這表明混合飼喂可以提高其飼喂價值。

        3.3 香蕉葉單寧對營養(yǎng)物質降解的影響

        聚乙二醇(PEG)是單寧的吸附劑,可以與單寧相結合使單寧失去活性,在國內外廣泛被用來屏蔽單寧對動物營養(yǎng)代謝的副作用。因此,本試驗通過比較未添加PEG組和添加PEG組來評價香蕉葉中單寧對營養(yǎng)物質瘤胃降解率的影響。添加PEG的苜蓿干草的DM、CP和NDF瘤胃降解率與未添加組相近,可以說明PEG對飼料營養(yǎng)物質在奶牛瘤胃內的降解沒有影響。添加PEG的香蕉葉和混合粗飼料的DM、CP和NDF瘤胃降解率均高于相應的未添加組,表明香蕉葉中的單寧含量在2.9%和1.8%時均降低了營養(yǎng)物質的瘤胃降解率。單寧對飼料營養(yǎng)物質瘤胃降解的負面作用主要歸因于3方面:1)單寧可以與大分子營養(yǎng)物質相結合,形成穩(wěn)定的復合體,從而避免被瘤胃微生物降解[24];2)單寧具有抑制瘤胃內蛋白和纖維降解菌的作用[26-27];3)單寧可以與瘤胃微生物分泌的酶相結合,從而抑制酶的活性[28]。單寧對蛋白瘤胃降解的抑制作用可以增加過瘤胃蛋白數(shù)量,有利于提高反芻動物對飼料蛋白的利用率。通常來說,當飼料中單寧濃度低于5%(干物質基礎)時對DM和粗纖維消化率沒有影響[29],但本試驗觀察到香蕉葉單寧濃度在2.9%時降低了DM、NDF和ADF的瘤胃降解率,這可能與單寧的化學結構有關[30]。目前關于香蕉葉單寧化學結構的研究尚未見報道,有待后續(xù)研究。

        4 結論

        香蕉葉單寧降低了香蕉葉的DM、CP和NDF的瘤胃降解率,減少單寧的攝入量,可以有效地提高香蕉葉的瘤胃降解率。與苜蓿相比,香蕉葉的飼喂價值較低。由于單寧的存在,香蕉葉不適宜作為粗飼料單獨飼喂動物,但與苜蓿干草等其他不含單寧的粗飼料混合飼喂可以改善其飼喂價值。

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