童殷迪 ， 徐志鵬 ， 玉 霞 ， 侯振平 ， 張雪蕾 ， 劉大林 ， 吳端欽

（1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院麻類研究所，湖南長(zhǎng)沙 410205）

青貯玉米是畜牧生產(chǎn)中廣泛使用的飼料之一，其生物產(chǎn)量大，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，易被瘤胃微生物消化吸收， 是反芻動(dòng)物飼糧中的重要能量來源（崔大為，2020）。 隨著國(guó)家糧改飼政策的實(shí)施以及畜禽養(yǎng)殖規(guī)模的日益擴(kuò)大， 其需求量穩(wěn)步上升，進(jìn)口需求大。 但是玉米生長(zhǎng)期內(nèi)需水量大，耐旱能力較差（楊大盛等，2019），因此產(chǎn)量波動(dòng)大， 在中等地力條件下， 畝產(chǎn)量一般在7 t左右（王運(yùn)濤等，2018）。 有研究表明，將甜高粱作為飼料飼喂奶牛，效果顯著，相比飼喂象草與青貯玉米，飼喂甜高粱奶牛增重可以提高29.5%和 9.5%（王楠等，2018）。 與玉米相比，甜高粱適應(yīng)性強(qiáng)，畝產(chǎn)量高達(dá)10 t 左右，并且莖稈糖錘度可達(dá)到20%左右， 因此適口性更優(yōu) （梁欣等，2011），同時(shí)，甜高粱較青貯玉米在價(jià)格上更便宜。 王宏博等（2018）用飼用甜高粱替代不同比例玉米秸稈飼喂奶羔羊發(fā)現(xiàn)， 用甜高粱秸稈代替50%玉米秸稈對(duì)羔羊育肥具有顯著效果。 新型飼草的開發(fā)以及飼草間組合效應(yīng)的研究是減輕飼糧需求壓力， 提高飼草利用價(jià)值的重要途經(jīng)（張吉鹍等，2003）。 甜高粱和青貯玉米組合對(duì)家畜生長(zhǎng)發(fā)育效果顯著， 且能夠降低生產(chǎn)成本（Babu 等，2015；Qu 等，2014）。 但是，兩種飼草的組合在瘤胃發(fā)酵方面的研究較少。 因此，本試驗(yàn)旨在利用體外瘤胃發(fā)酵的方法， 研究不同比例下甜高粱和青貯玉米組合對(duì)體外瘤胃發(fā)酵甲烷、氫氣和揮發(fā)性脂肪酸生成的影響，為合理利用甜高粱和青貯玉米以及降低反芻動(dòng)物飼養(yǎng)成本提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物及飼養(yǎng)管理 本試驗(yàn)選用3只年齡為三年、體重為（25.0±2.0）kg 的安裝永久性瘤胃管的健康成年公湘東黑山羊。采用單欄飼養(yǎng)，日糧為600 g/頭（干物質(zhì)基礎(chǔ)），精粗比為1:1，粗飼料采用稻草，精料組成為玉米47%、豆粕24%、麩皮22%、食鹽0.77%、石粉 2.23%、預(yù)混料4%，飼料原料的營(yíng)養(yǎng)水平見表1。 分別于08:30 和18:00等量飼喂，自由飲水。

表1 飼料原料的營(yíng)養(yǎng)水平（干物質(zhì)基礎(chǔ)）

1.2 發(fā)酵底物 本試驗(yàn)以青貯玉米和甜高粱為發(fā)酵底物，分為5組，青貯玉米和甜高粱的比例分別為 1:9（QY組 ）、3:7（QS組 ）、5:5（QW組）、7:3（QQ組）和 9:1（QJ組），將 5組混合均勻后 65 ℃烘干，再用粉碎機(jī)進(jìn)行處理，直到顆粒直徑能通過篩孔直徑為1 mm 的篩后， 密封保存后作為體外瘤胃發(fā)酵底物。 每次使用不同羊的瘤胃液將每個(gè)發(fā)酵底物以相同步驟進(jìn)行試驗(yàn)，重復(fù)3 次。

1.3 體外瘤胃發(fā)酵試驗(yàn) 晨飼前將3只試驗(yàn)羊的瘤胃液通過瘤胃瘺管采集，迅速裝入充滿CO2的保溫瓶帶回實(shí)驗(yàn)室。 參照Menke 等（1979）方法配制人工瘤胃營(yíng)養(yǎng)液。 取紗布過濾后的瘤胃液，在不斷充滿CO2以保持厭氧環(huán)境的試劑瓶中，與前者兩倍量的人工瘤胃營(yíng)養(yǎng)液混合，制成混合人工瘤胃培養(yǎng)液。 稱取0.6000 g 的發(fā)酵底物加入?yún)捬醢l(fā)酵瓶中，與60 mL 制備好的培養(yǎng)液混勻， 全程保持39.5 ℃恒溫，最后的體外發(fā)酵步驟使用全自動(dòng)體外模擬瘤胃發(fā)酵系統(tǒng)， 時(shí)長(zhǎng) 48 h， 該系統(tǒng)參考 Wang 等（2016）的方法。 最后甲烷、氫氣的產(chǎn)氣量可以通過計(jì)算發(fā)酵瓶頂部空間大小、壓力與氣體體積的轉(zhuǎn)化系數(shù)得出（Wang 等，2013）。

1.4 樣品采集及測(cè)定 對(duì)飼糧樣品中干物質(zhì)（DM）、有機(jī)物（OM）、粗蛋白質(zhì)（CP）含量的測(cè)定采用 AOAC（1984）方法；對(duì)中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維 （ADF） 含量的測(cè)定采用Van Soest 等（1991）的方法；測(cè)定總能使用等溫式全自動(dòng)熱量?jī)x（5E-AC8018，長(zhǎng)沙開元儀器有限公司）。

取2 mL 體外發(fā)酵試驗(yàn)結(jié)束后的發(fā)酵液離心，參考 Xu 等（2015）使用氣相色譜儀（Agilent 7890A）測(cè)定上清液中揮發(fā)性脂肪酸（VFA）濃度。用Watherburn（1967）的步驟使用分光光度計(jì)，得出上清液中氨態(tài)氮含量。 用300 目紗布過濾剩余的發(fā)酵內(nèi)容物，105 ℃烘干至恒重，得出前后的干物質(zhì)重量差算出干物質(zhì)降解率（DMO）。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

1.5.1 產(chǎn)氣擬合曲線 在NLREG 軟件里， 采用計(jì)算公式（Wang 等，2016）如下：

式中：GPt為t 時(shí)間點(diǎn)底物的累計(jì)產(chǎn)量，mL；VF 為潛在最大產(chǎn)氣量，mL；k 為產(chǎn)氣速率，h-1；b為曲線形狀參數(shù)。

1.5.2 數(shù)據(jù)處理 利用Excel 2010 對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整理和計(jì)算， 采用SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)處理結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA），并用 Duncan’s 法進(jìn)行多重比較，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 不同比例青貯玉米和甜高粱組合48 h 體外瘤胃發(fā)酵氣體生成參數(shù)的差異 由圖1 可知，不同比例青貯玉米和甜高粱體外瘤胃發(fā)酵產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速率曲線總體變化趨勢(shì)相同但數(shù)值略有差異。 由表2 可知，各組間的產(chǎn)氣量差異極顯著（P ＜0.01），其中 QJ組最高，分別比 QQ、QW、QS、QY組高 11.5%、19.8%、25.1%、45.5%。 各組間的產(chǎn)氣速率差異顯著 （P ＜ 0.01），QJ組最高， 較 QQ、QW、QS、QY組分別高出28%、33%、72%、106%。各組間干物質(zhì)降解率和潛在最大產(chǎn)氣量無顯著差異 （P ＞0.05）。 起始底物降解速率 QJ、QQ 和 QW組間無顯著差異，但極顯著高于QS組和 QY組（P ＜ 0.01）。

表2 不同比例的青貯玉米和甜高粱組合體外瘤胃發(fā)酵干物質(zhì)降解率和氣體生成參數(shù)的差異

圖1 不同比例青貯玉米和甜高粱組合體外瘤胃發(fā)酵產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率曲線的差異

2.2 不同比例青貯玉米和甜高粱組合48 h 體外瘤胃發(fā)酵氫氣和甲烷生成的差異 由圖2 和圖3可知，QJ組的氫氣產(chǎn)量、 甲烷產(chǎn)量和甲烷產(chǎn)氣速率在整個(gè)體外發(fā)酵過程中始終高于其他各組，QQ組的氫氣產(chǎn)氣速率在發(fā)酵起始時(shí)最高， 隨后各組的氫氣產(chǎn)氣速率迅速降低，在體外發(fā)酵20 h 后各組間無明顯差異， 但甲烷產(chǎn)氣速率均為先升后降的規(guī)律，且在10 h 左右時(shí)，速率最高。 由表3 可知，各組間的氫氣產(chǎn)氣量、氫氣潛在最大產(chǎn)氣量、降解每克底物產(chǎn)氣量和氫氣產(chǎn)氣速率差異不顯著（P ＞ 0.05）。 各組甲烷的產(chǎn)氣量差異極顯著 （P ＜0.01）其中 QJ組最高，分別比 QQ、QW、QS 和 QY組高出7.3%、16.1%、21.2%和45.3%。

表3 不同比例青貯玉米和甜高粱組合體外瘤胃發(fā)酵48 h 氫氣和甲烷生成的差異

圖2 不同比例青貯玉米和甜高粱組合瘤胃發(fā)酵48 h 氫氣產(chǎn)量和產(chǎn)氣速率曲線的差異

圖3 不同比例青貯玉米和甜高粱組合瘤胃發(fā)酵甲烷產(chǎn)量和產(chǎn)氣速率曲線的差異

2.3 不同比例青貯玉米和甜高粱組合對(duì)體外瘤胃發(fā)酵氨態(tài)氮和揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響 由表4 可知， 各組的氨態(tài)氮濃度、pH 以及揮發(fā)性脂肪酸濃度沒有顯著差異（P ＞ 0.05）。

表4 不同比例青貯玉米和甜高粱組合對(duì)體外瘤胃48 h 發(fā)酵氨態(tài)氮和揮發(fā)性脂肪酸濃度的影響

3 討論

產(chǎn)氣量和消化率是判斷飼糧在瘤胃中可發(fā)酵程度的重要指標(biāo)， 直接反映了其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的高低（陳攀亮等，2019）。飼糧中如果含有豐富的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物，并且能快速參與發(fā)酵，那么這種飼料在被瘤胃微生物降解時(shí)，其降解速率更快，氣體產(chǎn)生更多（Hatew 等，2015）。 研究表明，青貯玉米中富含易發(fā)酵的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物， 其中淀粉的快速降解部分高達(dá) 40%（Laresen 等，2009），這會(huì)導(dǎo)致飼糧的降解速率升高并且氣體體積增多（鄭立鑫，2020）， 是反芻動(dòng)物瘤胃迅速脹滿的誘因，會(huì)對(duì)瘤胃壁血管產(chǎn)生壓迫，從而減弱機(jī)體的氣體吸收能力，不僅使飼糧能量損失，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致原生性瘤胃脹氣，影響動(dòng)物健康甚至威脅生命（王鐵，2017）。在本試驗(yàn)中，提高的甜高粱比例顯著降低了瘤胃48 h 產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣速率，這可能是由于甜高粱中中性和酸性洗滌纖維含量相對(duì)較高，因而降低飼糧的發(fā)酵速率（王榮等，2019），試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，各組合的潛在最大產(chǎn)氣量無顯著差異，說明瘤胃對(duì)各組合的利用程度較接近。

反芻動(dòng)物瘤胃的液相和固相食糜滯留時(shí)間分別小于14 h 和22 h，因此，體外模擬瘤胃發(fā)酵的起始底物降解速率（ ＜12 h）可以反映反芻動(dòng)物對(duì)飼糧的消化降解情況。 較高的起始底物降解速率能促進(jìn)反芻動(dòng)物對(duì)飼糧的消化吸收（Oshita 等，2008）。 茹彩霞等（2006）試驗(yàn)指出，起始底物降解速率與飼糧CP 含量呈顯著正相關(guān)，與NDF 含量呈顯著負(fù)相關(guān)。 在本試驗(yàn)中， 當(dāng)青貯玉米比例在50%以下時(shí)， 起始底物降解速率的變化符合該規(guī)律，但是隨著組合中青貯玉米比例進(jìn)一步提高，飼糧的CP 和NDF 含量差距進(jìn)一步變大，但起始底物降解速率卻未觀察到顯著變化。 這可能是由于當(dāng)兩者的組合比例達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)時(shí)， 反芻動(dòng)物瘤胃微生物對(duì)組合飼糧的消化降解能力達(dá)到了極限，CP 和NDF 的含量不再能夠顯著影響到起始底物的降解速率。

甲烷作為瘤胃發(fā)酵產(chǎn)物的一種，既是造成溫室效應(yīng)加重的原因之一（Devisscher 等，2003），也是對(duì)飼料利用的一種浪費(fèi)（Jhnson 等，1995）。 因此， 減少反芻動(dòng)物甲烷生成能夠幫助實(shí)現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖和有效降低飼養(yǎng)成本。 研究表明，易消化的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵過程中，會(huì)伴生甲烷菌合成甲烷的主要前體物質(zhì)——溶解態(tài)氫氣（Czerkawaski 等，1972）。 同時(shí)，甲烷的合成還與甲烷菌的數(shù)量和活性有關(guān)， 較高的纖維含量對(duì)甲烷菌的繁殖與活性均有抑制作用（Tuyen 等，2013）。 在本試驗(yàn)中，隨著甜高粱比例提高，易消化的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量降低，但氫氣產(chǎn)量并沒有發(fā)生顯著變化。 這可能是組合中的較高的纖維含量抑制了甲烷菌的活性，導(dǎo)致甲烷菌對(duì)溶解態(tài)氫氣的利用率降低， 最終冗余的溶解態(tài)氫氣狀態(tài)發(fā)生改變， 變成氣態(tài)氫氣，與原有的氣態(tài)氫氣混合排除，從而導(dǎo)致氫氣產(chǎn)量變化不顯著， 但也可能是由于甲烷菌的活性受到抑制，同時(shí)飼糧中CP 含量降低，氮源減少，因而甲烷產(chǎn)量降低。

揮發(fā)性脂肪酸是瘤胃代謝中最為關(guān)鍵的一環(huán)， 能夠滿足動(dòng)物機(jī)體80%左右的能量需要，其中丙酸是葡萄糖合成的前體物質(zhì)， 而乙酸則是合成乳脂的主要成分， 二者可占總揮發(fā)性脂肪酸90%以上（葛翠翠等，2018）。乙酸主要由植物細(xì)胞壁中的纖維素和半纖維素被瘤胃中的纖維分解菌降解而成（Iwamoto 等，2001），在本試驗(yàn)中，各組合的乙酸濃度較高且沒有顯著差異， 說明青貯玉米和甜高粱的植物纖維都易于被瘤胃消化利用。 同時(shí)，各組合丙酸的濃度也較為接近。這可能是因?yàn)楸釋儆诤臍洚a(chǎn)物， 其生成與氫氣的累積有密切關(guān)系（Demeyer，1981），而本試驗(yàn)中各組合的氫氣產(chǎn)量沒有顯著差異。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)條件下，提高組合中青貯玉米的比例，能夠提高瘤胃產(chǎn)氣量、 產(chǎn)氣速率和起始底物降解速率，從而提高發(fā)酵強(qiáng)度，而提高組合中甜高粱的比例，能夠降低飼養(yǎng)成本，降低瘤胃甲烷的生成，減少能量損失。 推薦青貯玉米與甜高粱組合的比例為5:5，在此比例下，瘤胃起始底物降解速率較高，飼糧的吸收效果較好，甲烷產(chǎn)量較低，能量損失較少，在環(huán)保與經(jīng)濟(jì)效益之間取得一個(gè)平衡。