體外產氣法評價油菜稈與玉米、豆粕的組合效應

張勇，夏天嬋，常譽，黃文明，郭海明，葉均安

(浙江大學動物科學學院，浙江 杭州 310058)

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體外產氣法評價油菜稈與玉米、豆粕的組合效應

張勇，夏天嬋，常譽，黃文明，郭海明，葉均安*

(浙江大學動物科學學院，浙江 杭州 310058)

本研究旨在探討不同比例的油菜稈與玉米、豆粕組合對體外瘤胃發酵及其組合效應的影響。采用體外發酵法研究油菜稈與玉米(0%, 15%, 30%)、豆粕(0%, 15%, 30%)組合的體外發酵參數及其組合效應值的變化，探索優化組合效果。結果表明，隨著玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸和揮發性脂肪酸生成量相應增加，乙丙比下降。當油菜稈∶玉米∶豆粕為40∶30∶30時，培養液pH，氨態氮(NH3-N)濃度和乙丙比均極顯著下降(P<0.01)；48 h產氣量、潛在產氣量、產氣速率、乙酸、丙酸、總揮發性脂肪酸(VFA)濃度和有機物消化率(OMD)均極顯著提高(P<0.01)。以48 h產氣量、NH3-N、揮發性脂肪酸濃度和OMD的組合效應值以及綜合組合效應值(AEs)為衡量指標，油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合的正組合效應最大(P<0.01)。綜上所述，在本試驗條件下，油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合的能氮比例較為合理，瘤胃發酵效率最高，為最優組合，可提高油菜桿的利用效率。

油菜稈；玉米；豆粕；組合效應

近年來隨著畜牧業結構調整，反芻動物飼養量不斷上升，南方地區粗飼料的匱乏成為反芻動物生產發展的制約因素，開發新型的粗飼料對于南方地區的養殖業來說已經迫在眉睫。國內外的研究主要集中于玉米(Zeamays)秸、稻草(Oryzasativa)秸和小麥(Triticumaestivum)秸等常見農作物秸稈上。目前有關油菜(Brassicacampestris)稈應用于反芻動物飼養的報道較少。油菜稈是油菜籽收獲后的廢棄物，油菜生產的谷草比約為1.5～1.7，是一種大宗的農業副產物，目前對油菜稈的處理方式主要是田間焚燒，造成了嚴重的環境污染。黃瑞鵬[1]研究發現油菜稈的粗蛋白含量5.87%，中性洗滌纖維(neutral detergent fiber, NDF)含量70.90%，酸性洗滌纖維(acid detergent fiber, ADF)含量54.97%，其蛋白含量與曹志軍等[2]報道的大豆(Glycinemax)秸和玉米秸基本一致，而NDF含量與羊草(Leymuschinensis)、小麥秸、玉米秸和大豆秸基本相同，ADF含量與小麥秸、稻草和花生秧(Arachishypogaea)相當。據黃瑞鵬[1]報道：粉碎處理油菜稈和不同水平氨化油菜稈替代黑麥草(Loliumperenne)(精粗比為3∶7)飼喂威寧黃牛時，牛只的日增重和營養物質表觀消化率呈降低趨勢，單純油菜稈替代黑麥草未能取得良好效果。已有研究表明利用飼料之間的組合效應可改善飼料的利用效率，Silva等[3]發現反芻動物飼料間的組合效應往往在精飼料和粗飼料之間表現得最為明顯，其中正組合效應可以提高粗飼料的消化率和采食量；閆偉杰[4]發現餅粕與纖維型基礎料組合時，當豆粕在30%或棉籽餅在40%時會發生最大的正組合效應。崔占鴻等[5]報道體外產氣法具有簡單易行、可重復性好和易于標準化等優點被廣泛應用于評價反芻動物飼料間的組合效應；蘇海涯[6]利用體外產氣法研究桑葉與餅粕之間的組合效應時，組合效應值的綜合指標(AEs)可合理地評定飼料的組合效應。本試驗通過體外產氣技術研究油菜稈與常用能量/蛋白飼料——玉米/豆粕的優化組合，確定最優的搭配組合，為油菜稈飼料化利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗時間及地點

試驗于2014年3月至12月在浙江大學奶業科學研究所進行。

1.2 供試瘤胃液

取自3頭裝有瘤胃瘺管的湖羊，4層紗布過濾，39 ℃水浴保溫，并連續沖入CO2備用。

1.3 供試人工唾液

人工唾液按Menke等[7]的方法配制。

1.4 供試樣品

油菜稈采自浙江大學紫金港校區油菜試驗基地，玉米、豆粕從市場購入，3種飼料原料的常規營養成分按楊勝[8]的方法進行測定，即：干物質(dry matter, DM)用烘干法測定，粗蛋白(crude protein, CP)用凱氏定氮法測定，粗脂肪(ether extract, EE)用抽濾法測定，粗灰分(Ash)按高溫灰化(550 ℃)的方法測定，鈣(calcium, Ca)用高錳酸鉀法測定，磷(phosphorus, P)用比色法測定，而NDF與ADF按Van Soest等[9]的方法測定。結果見表1。

表1 飼料原料的常規營養成分(絕干基礎)

1.5 試驗設計

試驗分為9個處理：將玉米比例(0%，15%，30%)，豆粕比例(0%，15%，30%)進行組合，其余為油菜稈比例,見表2。

表2 各處理的底物組成

試驗采用Mauricio等[10]的壓力讀取式體外產氣系統(reading pressure system, RPT)進行體外瘤胃發酵培養。按不同處理的底物比例準確稱入500 mg的底物至120 mL產氣瓶中，在持續通入CO2氣流下加入45 mL人工唾液，密封后在39 ℃恒溫培養箱中預處理培養12 h。次日早晨抽取用4層紗布過濾后的瘤胃液5 mL加入到產氣瓶中，同時設空白對照和標準羊草對照，每個處理4個重復，培養時間分別為48 h，試驗重復2次。

1.6 瘤胃液的測定指標及方法

pH：發酵終止后，使用SartoriusPB-20型pH計測定；揮發性脂肪酸(volatile fatty acid, VFA)：發酵終止后，用氣相色譜儀(GC-2010，Shimadzu)測定乙、丙、丁酸的含量；氨態氮(NH3-N)：發酵終止后，取上混合液1 mL，采用比色法，測定氨態氮濃度[11]；微生物蛋白(microbial protein production, MCP)：用嘌呤法測定微生物蛋白產量[12]。體外有機物消化率(organic matter digestibility，OMD)與產氣量(gas production,GP)按Menke等[7]的方法計算：

式中:GPt為樣品在t時間段的產氣量(mL),Pt為t時間段讀取的壓力(MPa)；V0為瓶子體積,101.3為標準大氣壓(MPa),W為樣品干物質重。產氣過程的總積累產氣量為各時間段產氣量之和,產氣參數計算利用‘fit curve’軟件的產氣模型公式將各種樣品在2、4、6、9、12、24、36、48時間點的產氣量代入，計算消化動力參數。模型公式為：

GP=a+b[1-exp(-ct)]

式中:GP是在t時間的產氣量，a為快速產氣部分，b為緩慢產氣部分，c為b的產氣速度常數，a+b為潛在產氣量；油菜稈與玉米/豆粕組合效應的估算:

式中:實測值為實際測定的樣品產氣量(mL)，加權估算值=玉米的實測值×玉米配比(%)+豆粕實測值×豆粕配比(%)+油菜稈實測值×油菜稈配比(%)；綜合指標評定組合效應:按蘇海涯[6]的方法，測算綜合評定指標(synthetically associative effects, AEs)：

式中：GP實測值、MP實測值各為實際測定的產氣量(mL)和微生物蛋白質產氣量(mg)；加權估算值=玉米的實測值×玉米配比(%)+豆粕實測值×豆粕配比(%)+油菜稈實測值×油菜稈配比(%)；SUBGP為用于生成氣體所需的飼料底物樣品數量(mg)，SUBGP=2.27(mg/mL)×GP(mL)，其中2.27為每生成1 mL氣體平均所需的飼料底物樣品數量；SUBMP為用于生成微生物所需的飼料底物樣品數量(mg)，SUBMP=微生物蛋白質(mg)/0.625，其中0.625為微生物干物質中蛋白質的含量。

1.7 統計分析

用SAS 9.2軟件處理試驗數據，用GLM模型進行二因素方差分析，采用鄧肯法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 油菜稈與玉米、豆粕組合對發酵參數的影響

由表3可知，第1組的pH和乙丙比極顯著高于其他組(P<0.01)，而第3、6和9組的NH3-N濃度極顯著高于其他組(P<0.01)；第9組的總VFA、乙酸、丙酸和丁酸濃度極顯著高于其他組(P<0.01)。玉米和豆粕對所有的發酵參數都有極顯著影響(P<0.01)，玉米和豆粕之間在乙酸和丙酸濃度上無交互作用(P>0.05)，在其他發酵指標上有極顯著的交互作用(P<0.01)。隨著玉米比例的增加，乙酸、丙酸、丁酸、總VFA生成量呈相應上升、但乙丙比相應下降。上述結果表明在油菜稈作為粗飼料的日糧中，適度提高玉米和豆粕的比例能夠提高揮發性脂肪酸和微生物蛋白的生成量，并通過降低乙丙比，改變瘤胃發酵模式，改善油菜稈的利用。

表3 油菜稈與玉米、豆粕組合對發酵參數的影響

注：同列數據標有不同字母表示差異顯著(P<0.01)，下同。

Note: The different capital letters in the same colum mean significant differences (P<0.01), the same below.

2.2 油菜稈與玉米、豆粕組合對組合效應的影響

由表4可知第9組的48 h GP、a+b、c和OMD都極顯著高于其他組(P<0.01)，而第8組的48 h GP、總VFA、NH3-N和OMD的組合效應值極顯著高于其他組(P<0.01)，綜合組合效應值(AEs)在第8組中(17.32%)最高，而MCP的組合效應值與其并不一致。豆粕對MCP的組合效應值有顯著影響(P<0.05)，對其他發酵參數有極顯著的影響(P<0.01)，玉米對所有的發酵參數都有極顯著影響(P<0.01)，玉米和豆粕之間在產氣參數和組合效應值上有極顯著的交互作用(P<0.01)。以上結果表明以48 h GP、總VFA、NH3-N和OMD的組合效應值以及綜合組合效應值為主要指標，第8組為最優組合。

表4 油菜稈與玉米、豆粕組合對產氣參數及組合效應的影響

注：GP是在t時間的產氣量，a為快速產氣部分，b為緩慢產氣部分，c為b的產氣速度常數，a+b為潛在產氣量。

Note: “GP” is the gas production of “t” time, “a” represents for the rapid gas production, “b” for the slow gas production, “c” for the “b” gas production rate, “a+b” for potential gas production.

3 討論與結論

3.1 油菜稈與玉米、豆粕組合對pH、NH3-N、MCP及組合效應的影響

瘤胃液的pH是瘤胃發酵的一個重要指標，日糧精粗比、瘤胃短鏈有機酸和唾液的分泌量等因素都會影響瘤胃pH。瘤胃中大多數細菌的最適pH在6.0以上，Depeters等[13]研究表明瘤胃pH在6.6～6.8可以保證纖維分解菌的正常活動。本試驗中，隨著玉米和豆粕比例的升高，pH值呈下降趨勢。研究表明瘤胃的pH是飼料中碳水化合物和含氮物質的發酵產物綜合作用的結果，碳水化合物分解產生的揮發性脂肪酸能引起pH值的下降，而飼料中蛋白的分解又使氨濃度升高，導致pH上升,這與林奕[14]研究結果相一致。本試驗中，玉米和豆粕比例對pH有極顯著的影響，即隨著豆粕比例的增加，使得蛋白質分解加速pH值增加；隨著玉米比例的增加，碳水化合物分解加速使pH降低，在日糧配制中調節玉米豆粕的比例可實現對pH的調控。

氨態氮是飼料在瘤胃中分解的終產物之一，又是瘤胃微生物合成自身蛋白的原料，在瘤胃代謝中有著重要的作用。McDonald[15]認為瘤胃最佳的氨態氮濃度在5～25 mg/dL。本試驗中各組NH3-N濃度范圍在6.99～15.80 mg/dL，在其報道的濃度范圍內，其中第3、6和9組氨態氮濃度顯著高于其他組，其原因是這3組的豆粕比例較高，由豆粕降解的氨態氮未被微生物充分利用，這與閆偉杰[4]的研究結果相一致。玉米、豆粕對氨態氮濃度有極顯著的影響，而兩者之間交互作用也極顯著，這可能與能量、蛋白互作影響瘤胃微生物生長有關；氨態氮的組合效應值在第8組中顯著高于其他組，可能是由于底物的營養配比較為合理，使得瘤胃液中的蛋白分解菌有較高的產氨效率。

瘤胃合成的微生物蛋白占小腸可吸收氨基酸的50%～80%，是反芻動物重要的蛋白原料，而微生物蛋白質的合成主要受瘤胃內可發酵能和可降解氮的數量及其同步性的影響[16]。本試驗中，由于玉米和豆粕的比例不同，發酵底物有著不同的能量和蛋白水平，所以微生物蛋白差異較為顯著，而且玉米和豆粕對微生物蛋白的生成有交互作用。微生物蛋白的組合效應值在第3組中顯著高于其他組，其原因可能是底物中油菜稈比例較高，其具體機理還有待進一步探究。

3.2 油菜稈與玉米、豆粕組合對VFA、GP及組合效應的影響

瘤胃液中的VFA是反芻動物碳水化合物在瘤胃的降解產物，總VFA濃度增加表明微生物分解產生了較多的碳水化合物，乙酸是反芻動物合成脂肪的原料，丙酸的濃度可反應瘤胃的能量利用效率，它是瘤胃中唯一能生糖的有機酸，反芻動物代謝需要的大部分葡萄糖源自丙酸的糖異生作用，乙丙比代表了瘤胃的發酵模式[17]。本試驗中第9組的總VFA、乙酸、丙酸濃度都極顯著高于其他組，主要由于玉米和豆粕的比例較高，提供更多的可發酵碳水化合物。而VFA的組合效應值在第8組中顯著高于其他組，為最優組合，其原因是底物中可降解碳水化合物水平較為合理，促使瘤胃微生物利用纖維類物質產生揮發性脂肪酸的效率最高。

研究表明體外產氣量和化學成分結合估算的消化率與體內法測定的消化率高度相關，而體外瘤胃發酵的產氣量與反芻動物飼料體內消化率呈正相關[18]。本試驗中第9組的48 h產氣量、潛在產氣量和產氣速率都極顯著高于其他組，表明該組的消化率最高，這與段智勇[19]、閆偉杰[4]的研究結果相一致，這是由于該組精粗比最高，而精料易于消化，所以導致其產氣量最高。而產氣量的組合效應值在第8組中顯著高于其他組，說明該組的瘤胃微生物利用碳水化合物效率最高，產生了更多的氣體，為飼料利用效率較高的組合。

研究表明低質粗飼料補飼蛋白飼料后，能提高飼料的消化率。牧草補飼少量豆粕和玉米后，在消化率上產生了正組合效應[20]。郭旭生[21]研究表明能量與蛋白的比例和使用量，對粗飼料纖維的利用率影響很大，是產生組合效應的一個主要原因。在本試驗中，第8組油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15時綜合組合效應值最大，與段智勇[19]發現玉米比例為33.3%時，與稻草NDF有最大的組合效應相似。可能原因是：與其他組相比，第8組的底物中飼料原料的配比較為合理，飼料養分的平衡性與互補性較好，實現了能氮相對平衡，提高了能氮同步利用效率，從而提高了瘤胃發酵和飼料利用效率。

在本試驗條件下，以48 h產氣量、NH3-N、總VFA濃度和OMD的組合效應值以及綜合組合效應值(AEs)為主要衡量指標，第8組即油菜稈∶玉米∶豆粕為55∶30∶15組合能氮平衡較為合理，正組合效應最大，瘤胃發酵效率最高，可提高油菜稈的利用效率，為最優組合。因此，充分發揮組合效應的作用優化飼料原料的配比，是實現油菜稈飼料化利用的有效途徑。

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Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An*

CollegeofAnimalSciences,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China

This study was conducted to investigate the associative effects of different mixtures of rape straw, corn and soybean meal on rumen fermentation. Rape straw was mixed with 0%, 15% and 30% proportions of corn; the straw was also mixed with soybean meal using the same proportions. The mixtures were incubatedinvitrousing the Reading Pressure Technique (RPT) to evaluate the best combination according to rumen fermentation parameters and associative effects. The results showed that with rising proportions of corn, the yield rates of acetate, propionate and volatile fatty acid (VFA) also increased, but that the ratio of acetate to propionate decreased. Rumen pH, NH3-N, VFA, acetate, and the ratio of acetate to propionate of treatments with 30% corn and 30% soybean meal were significantly lower than the other treatments (P<0.01), but their total gas production, potential gas production, rate of gas production, acetate, propionate, VFA, and organic matter digestibility (OMD) were higher than the other treatments (P<0.01). When the associative effects of gas production, NH3-N, VFA, OMD and the synthetic associative effects (AEs) were used as evaluation indexes, the value of associative effects of the 30% corn and 15% soybean meal treatments were the highest (P<0.01), indicating that these mixture ratios provide the most acceptable balance of energy and nitrogen.

rape straw; corn; soybean meal; associative effects

10.11686/cyxb2015555

http://cyxb.lzu.edu.cn

2015-12-09；改回日期：2016-02-16

浙江省科技廳團隊科技特派員專項資助。

張勇(1992-)，男，山西忻州人，在讀碩士。E-mail: 15700078495@163.com*通信作者Corresponding author. E-mail: yja@zju.edu.cn

張勇，夏天嬋，常譽，黃文明，郭海明，葉均安. 體外產氣法評價油菜稈與玉米、豆粕的組合效應. 草業學報, 2016, 25(11): 185-191.

ZHANG Yong, XIA Tian-Chan, CHANG Yu, HUANG Wen-Ming, GUO Hai-Ming, YE Jun-An. Evaluation of the associative effects of rape straw, corn and soybean meal using aninvitrogas production technique. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(11): 185-191.