应用体外发酵法研究高精料饲粮NSC/NDF与甲烷产量之间的关系

引用本文

郑文思, 赵广永, 张婷婷, 牛文静, 董瑞兰. 应用体外发酵法研究高精料饲粮NSC/NDF与甲烷产量之间的关系[J]. 动物营养学报, 2013, 25(10): 2315-2324. 复制到剪切板

ZHENG Wensi, ZHAO Guangyong, ZHANG Tingting, NIU Wenjing, DONG Ruilan. A Study on Relationship between Dietary NSC/NDF and Methane Production of High Concentrate Diets using in Vitro Incubation Technique[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2013, 25(10): 2315-2324. 复制到剪切板

应用体外发酵法研究高精料饲粮NSC/NDF与甲烷产量之间的关系

郑文思, 赵广永 , 张婷婷, 牛文静, 董瑞兰

中国农业大学动物科技学院, 动物营养学国家重点实验室, 北京 100193

收稿日期：2013-3-27

基金项目：国家自然科学基金项目(31072055);国家"十二五"科技支撑计划项目(2011BAD26B03-4)

作者简介：郑文思(1989- ),女,山东平县人,硕士研究生,从事反刍动物营养研究。E-mail: zwslll@sina.com

通讯作者：赵广永,教授,博士生导师, E-mail: zhaogy@cau.edu.cn

摘要：本试验旨在应用体外发酵法研究高精料饲粮非结构性碳水化合物/中性洗涤纤维(NSC/NDF)与甲烷(CH₄)、产量之间的关系。采用常规饲料设计饲粮配方,共设计5个精粗比(60:40、70:30、80:20、90:10和100:0),每个精粗比设计10种饲粮,共50种试验饲粮。应用体外产气法对样品进行体外48 h发酵。发酵结束后,收集气体和液体样品,测定气体中CH₄和CO₂产量及液体中挥发性脂肪酸(VFA)产量。结果表明:饲粮NFC/NDF与体外发酵总产气量、CH₄和CO₂产量之间均存在极显著的正相关关系(P<0.01),与乙酸/丙酸和CH₄/TVFA之间均存在极显著的负相关关系(P<0.01),但是相关系数均偏低。结果提示,高精料饲粮条件下,随着饲粮NSC/NDF的提高,饲粮体外发酵的CH₄相对产量下降,但由于相关系数偏低,饲粮NSC/NDF不能作为准确预测饲粮体外发酵CH₄产量的指标。

关键词： NFC/NDF 体外发酵甲烷挥发性脂肪酸

A Study on Relationship between Dietary NSC/NDF and Methane Production of High Concentrate Diets using in Vitro Incubation Technique

ZHENG Wensi, ZHAO Guangyong , ZHANG Tingting, NIU Wenjing, DONG Ruilan

State Key Laboratory of Animal Nutrition, College of Animal Science and Technology, China Agricultural University, Beijing 100193, China

Abstract: This experiment was conducted to study the relationship between dietary non-structural carbohydrates/neutral detergent fiber (NSC/NDF) and methane (CH₄), production of high concentrate diets using in vitro incubation technique. Fifty diets with 5 ratios of concentrate to roughage (60:40, 70:30, 80:20, 90:10 and 100:0) and 10 diets for each ratio were formulated. An in vitro gas test was used for 48 h incubation. After that, gas and liquid samples were collected for the determination of CH₄ and CO₂ production in gas and volatile fatty acids (VFA) production in liquid. The results showed that significantly positive relationships were found between dietary NSC/NDF and CH₄, CO₂ and total VFA (TVFA) production (P<0.01), and significantly negative relationships were found between dietary NSC/NDF, acetate/propionate and CH₄/TVFA (P<0.01), but regression coefficients were all low. It is concluded that in vitro relative CH₄ production of high concentrate diet is decreased with the increase of dietary NSC/NDF, but the low regression coefficients indicate that in vitro CH₄ production can not be accurately predicted merely based on dietary NSC/NDF. [Chinese Journal of Animal Nutrition, 2013, 25(9):2315-2324]

Key words: NSC/NDF in vitro incubation methane volatile fatty acids

反刍动物的瘤胃中生活着大量微生物，能够发酵饲料中的碳水化合物，产生挥发性脂肪酸(VFA)、甲烷(CH₄)、二氧化碳(CO₂)和氢气(H₂)。瘤胃内的CH₄主要是由产甲烷菌利用CO₂和H₂合成的^[1]。瘤胃内CH₄的产生一方面造成饲料能量损失；另一方面还会加重地球温室效应。据联合国粮食和农业组织2006年的统计，家畜产生的温室气体占地球温室气体排放量的18%，而其中73%来自反刍动物。反刍动物瘤胃发酵过程中产生的CH₄占反刍动物CH₄ 总产量的90%^[2]。准确预测反刍动物的CH₄产量是降低瘤胃CH₄排放的基础。

饲粮营养水平对瘤胃CH₄产量具有重要影响。据报道，饲粮干物质采食量(dry matter intake,DMI)^{[3, 4, 5]}、能量消化率^[6]、非纤维碳水化合物(non-fibre carbohydrate，NFC)、半纤维素和纤维素(cellulose，C)^[7]、可消化粗蛋白质(digestible crude protein,DCP)、可消化粗脂肪(digestible ether extract,DEE)、可消化粗纤维(digestible crude fiber，DCF)和可消化无氮浸出物^[5]以及代谢能采食量(metabolizable energy intake，MEI)和饲草比例^[3]均与反刍动物CH₄产量之间均存在显著的相关关系。但是，在生产实际中，应用饲粮的营养成分或反刍动物的营养物质采食量预测瘤胃CH₄产量并不十分方便。

饲粮精粗比是反映反刍动物饲粮特性的重要指标。一些研究表明，饲粮精粗比对瘤胃CH₄产量有显著影响。韩继福等^[8]研究结果表明,随着饲粮精料比例(concentrate ratio，CR)的提高,肉牛单位代谢体重的CH₄产量下降。Chandramoni等^[9]研究结果表明，随着饲粮精料比例提高，绵羊的CH₄产量下降。精料比例越高，通过CH₄损失的饲料能量比例越低^[10]。反刍动物饲粮的精料比例一般不高于50%，但在肉牛快速育肥阶段，为了加快肉牛的脂肪沉积，提高牛肉嫩度，在高强度育肥条件下，肉牛饲粮的精料比例可达80%~100%^[11]。

饲料中的结构性碳水化合物(structural carbohydrates, SC)主要包括中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)，非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrates, NSC)主要包括淀粉、可溶性糖和果胶。因此饲粮NSC/NDF可被认为是更为准确的日粮精粗比。本试验拟研究高精料条件下，肉牛饲粮NSC/NDF与体外发酵CH₄产量之间的关系，阐明根据饲粮NSC/NDF与CH₄产量之间关系预测瘤胃内CH₄产量的可能性和准确性。

1 材料与方法

1.1 试验动物

以2头年龄为2.5岁、体重约为600 kg，装有永久性瘤胃瘘管的西门塔尔去势公牛作为瘤胃液供体，拴系饲养。瘤胃液供体牛的日粮组成为：精料2.0 kg，羊草(Chinese wildrye,CW) 6.0 kg。其中精料组成为：玉米58%、豆粕20%、麦麸(wheat bran,WB) 18%、磷酸氢钙2%、食盐1%、预混料1%。每天07:00和17:00分2次饲喂，自由饮水。

1.2 试验饲粮和试验设计

应用13种肉牛常用饲料为原料，包括精料玉米、豆粕、麦麸、棉籽粕(cottonseed meal,CM)、菜籽粕(rapeseed meal,RM)、次粉(wheat middling,WM)和粗料干酒糟及其可溶物(DDGS)、稻草(rice straw,RS)、麦秸(wheat straw,WS)、玉米秸(corn stover，CS)、谷草(millet straw,MS)、羊草和苜蓿。将风干饲料样品粉碎过1 mm网筛，用于配制试验饲粮。共设计5个精粗比(60∶ 40、70∶ 30、80∶ 20和90∶ 10和100∶ 0)，每个精粗比设计10种饲粮，共50种试验饲粮。试验饲粮组成见表1，营养水平见表2。

表1 试验饲粮组成(干物质基础)

Table 1 Composition of experimental diets (DM basis) %

表2 试验饲粮的营养水平(干物质基础)

Table 2 Nutrient levels of experimental diets (DM basis)

饲粮 Diets	粗蛋白质 CP/%	粗脂肪 EE/%	粗灰分 Ash/%	碳水化合物 CHO/%	中性洗涤纤维 NDF/%	非结构性碳水化合物 NSC/%	非结构性碳水化合物/ 中性洗涤纤维 NSC/NDF
1	15.54	1.42	5.98	77.01	41.05	39.93	0.97
2	15.94	1.35	5.23	77.25	37.65	43.45	1.15
3	16.44	1.28	4.49	77.76	34.35	47.17	1.37
4	16.84	1.21	3.72	78.00	30.91	50.74	1.64
5	17.31	1.14	2.96	78.47	27.52	54.49	1.98
6	18.34	1.59	5.00	74.92	39.40	40.89	1.04
7	18.09	1.48	4.49	75.79	36.46	44.26	1.21
8	17.86	1.37	3.99	76.74	33.54	47.67	1.42
9	17.59	1.26	3.48	77.65	30.57	51.09	1.67
10	18.31	1.34	3.23	77.00	27.59	52.91	1.92
11	14.02	1.03	6.48	78.47	44.82	36.48	0.81
12	15.52	1.06	5.70	77.61	40.32	40.28	1.00
13	17.09	1.10	4.93	76.78	35.77	44.18	1.24
14	18.59	1.13	4.15	75.93	31.24	48.03	1.54
15	20.21	1.17	3.36	75.14	26.67	52.00	1.95
16	13.99	1.00	6.74	78.08	47.58	33.49	0.70
17	15.50	1.04	5.91	77.35	42.45	38.03	0.90
18	17.07	1.08	5.06	76.59	37.16	42.68	1.15
19	18.63	1.12	4.21	75.83	31.91	47.30	1.48
20	19.25	1.10	3.27	76.27	28.60	51.47	1.80
21	17.09	1.46	5.81	75.40	40.65	38.27	0.94
22	18.20	1.38	5.27	74.91	37.22	41.24	1.11
23	19.33	1.30	4.74	74.50	33.82	44.27	1.31
24	20.44	1.21	4.21	74.02	30.38	47.27	1.56
25	21.56	1.13	3.66	73.53	26.88	50.32	1.87
26	15.03	1.38	4.86	78.58	44.54	36.92	0.82
27	16.65	1.32	4.56	77.24	40.10	40.21	1.00
28	18.29	1.26	4.27	76.06	35.78	43.55	1.21
29	19.91	1.19	3.96	74.72	31.30	46.89	1.50
30	22.97	1.23	4.45	71.33	31.15	46.89	1.51
31	16.59	1.38	5.82	76.17	50.62	31.66	0.63
32	18.41	1.32	5.56	74.58	46.06	35.28	0.77
33	20.26	1.27	5.30	72.94	41.47	38.91	1.00
34	22.18	1.22	5.05	71.43	36.93	42.63	1.16
35	24.05	1.17	4.80	69.86	32.38	46.30	1.43
36	18.56	1.45	6.74	73.00	46.67	33.04	0.71
37	19.97	1.38	6.28	72.33	43.20	36.37	0.84
38	21.31	1.31	5.78	71.46	39.59	39.65	1.00
39	22.70	1.24	5.30	70.63	35.98	42.95	1.19
40	23.04	0.92	3.39	72.67	23.90	52.05	2.18
41	22.27	1.88	4.88	70.99	41.71	35.83	0.86
42	22.91	1.66	4.76	70.50	38.69	38.26	0.99
43	23.59	1.45	4.66	70.07	35.70	40.71	1.14
44	24.34	1.23	4.57	69.74	32.79	43.23	1.32
45	25.03	1.02	4.46	69.38	29.81	45.76	1.53
46	19.40	1.71	5.84	72.89	43.23	34.79	0.80
47	20.80	1.54	5.50	72.01	39.92	37.48	0.94
48	22.20	1.36	5.15	71.15	36.56	40.24	1.10
49	23.65	1.19	4.82	70.31	33.25	43.00	1.30
50	21.41	1.24	4.37	72.85	34.60	46.50	1.34
实测值 determined values。

表2 试验饲粮的营养水平(干物质基础)

Table 2 Nutrient levels of experimental diets (DM basis)

1.3 体外发酵

应用Menke等^[12]的体外产气法进行体外发酵。应用容积为150 mL、可计量容积为100 mL的玻璃注射器作为发酵容器，应用能够精确控制温度的生化培养箱控制培养温度。

根据Menke等^[12]的方法配制缓冲液。缓冲试剂A液：将CaCl₂·H₂O 13.2 g、MnCl₂·4H₂O 10.0 g、CoCl₂·6H₂O 1.0 g和FeCl₃·6H₂O 8.0 g溶解于蒸馏水中，定容至100 mL；缓冲试剂B液：将NaHCO₃ 35.0 g和NH₄HCO₃ 4.0 g溶解于蒸馏水中，定容至1 000 mL；缓冲试剂C液：将Na₂HPO₄ 5.7 g、KH₂PO₄ 6.2 g和MgSO₄·7H₂O 0.6 g溶解于蒸馏水中，定容至1 000 mL；还原剂溶液：将1 N NaOH 20 mL和Na₂S·9H₂O 3.125 g溶解于475 mL蒸馏水中。将上述溶液按照下列顺序混合：400 mL蒸馏水、0.1 mL A液、200 mL B液、200 mL C液、40 mL还原剂溶液，混合均匀。

试验牛经预饲12 d后，从第13天开始采集瘤胃液。在早晨饲喂后2 h，通过瘤胃瘘管分别从每头牛瘤胃中采集瘤胃液250 mL左右，使用4层纱布过滤瘤胃液，并且混合均匀，置于保温瓶内。用pH计快速测定瘤胃液pH，然后将瘤胃液与缓冲液以1∶ 2的体积比例混合均匀，并且持续通入CO₂气体。

分别称取0.200 0 g风干饲料样品，放入注射器内顶端。每个饲粮设置4个重复。每个注射器内吸取30 mL培养液。将注射器中的气体排净，并密封注射器顶端。将注射器放入39 ℃的生化培养箱中进行发酵。每批发酵饲料样品设置3个不含饲料样品的注射器作为空白对照。

发酵持续进行48 h。发酵结束时，读取并记录注射器活塞刻度，以计算发酵总产气量。迅速测定培养液pH，分别采集5 mL气体样品和5 mL发酵液样品。向5 mL发酵液样品中加入1 mL浓度为25％偏磷酸溶液，在4 ℃下高速离心(15 000×g)15 min，取上清液置于-20 ℃的冰箱中保存。

1.4 测定指标及方法

分别使用AOAC(1990)^[13]的标准方法934.01、920.39和924.05测定饲料的干物质(dry matter,DM)、粗脂肪(ether extract，EE)和粗灰分(ash)含量。应用凯氏定氮法测定粗蛋白质(crude protein,CP)含量。应用Van Soest等^[14]的方法测定NDF含量。在测定NDF含量后，直接测定饲料的中性洗涤剂残留物的CP，作为中性洗涤剂不溶粗蛋白质(neutral detergent insoluble CP，NDICP)。

使用气相色谱仪(TP-2060T，北京北分天普仪器有限公司)测定发酵气体中的CH₄和CO₂产量。测定条件为：热导检测器(TCD),TDX-01色谱柱,规格1 m×2 mm×3 mm,柱温70 ℃,检测器温度100 ℃。载气为氩气(He)。标准气体组成(体积比)为：CH₄ 26.796%、CO₂ 65.300%、氧气(O₂)0.605%、氮气(N₂)7.100%、H₂ 0.199%。

使用气相色谱仪(TP-2060F，北京北分天普仪器有限公司)测定发酵液中的VFA产量。测定条件为：火焰离子检测器(FID)，PEG-20M+H₃PO₄玻璃柱，柱温120 ℃，检测器温度220 ℃。载气为He、H₂和空气，流速分别为30、30和300 mL/min。每个样品取2 μL用于分析。标准挥发性脂肪酸的组成为：乙酸42.0 mmol/L、丙酸32.1 mmol/L、异丁酸2.0 mmol/L、丁酸14.0 mmol/L、异戊酸7.0 mmol/L、戊酸3.0 mmol/L、2-乙基丁酸 4.0 mmol/L。其中2-乙基丁酸用作内标物。

1.5 计算方法

总产气量、CH₄、CO₂、总挥发性脂肪酸(TVFA)、乙酸、丙酸和丁酸产量计算方法如下：

Y_样品=(Y_发酵液－Y_空白)/DM。

式中；Y_样品为样品的气体(mL/g)或VFA产量(μmol/g);Y_发酵液为发酵液的气体(mL/g)或VFA产量(μmol/g);Y_空白为空白的气体(mL/g)或VFA产量(μmol/g);DM为饲料样品干物质含量(g)。

饲料样品的碳水化合物(CHO)和NSC含量(%，干物质基础)计算方法如下:

CHO=100－CP－EE－ash；

NSC=CHO－NDF－NDFICP。

1.6 数据统计与分析

应用SPSS 16.0分析饲粮精料比与各指标间的相关关系。分析模型为:y=bx+a(式中，y为体外发酵指标,x为饲粮NSC/NDF)。P<0.05为相关关系显著,P<0.01为极显著。

2 结果

体外发酵饲粮样品的气体及VFA产量见表3。

表3 体外发酵饲粮样品的气体及挥发性脂肪酸产量(干物质基础) Table 3 Gas and VFA production of diet samples after in vitro incubation (DM basis)

饲粮 Diets	精料比例 CR/%	pH	总产气量 Total gas production/ (mL/g)	甲烷 CH₄/ (mL/g)	二氧化碳 CO₂/ (mL/g)	乙酸 Acetate/ (μmol/g)	丙酸 Propionate/ (μmol/g)	丁酸 Butyrate/ (μmol/g)	总挥发性脂肪酸 TVFA/ (μmol/g)	乙酸/丙酸 Acetate/ propionat	甲烷/ 总挥发性脂肪酸 CH₄/ TVFA/ (mL/mol)	二氧化碳/ 总挥发性脂肪酸 CO₂/ TVFA/ (mL/mol)
1	59.0	6.67±0.02	283±2	53±0	201±5	1 311±69	1 144±52	817±31	3 550±152	1.15±0.03	15.1±0.7	57.1±3.2
2	69.1	6.67±0.03	303±3	57±0	226±5	1 285±49	1 129±20	832±11	3 549±71	1.14±0.02	15.9±0.4	63.6±2.1
3	79.3	6.67±0.05	328±5	63±2	243±7	1 407±45	1 253±41	965±32	3 987±92	1.12±0.04	15.7±0.4	60.9±1.8
4	89.6	6.71±0.02	344±5	65±1	262±4	1 216±104	1 206±67	930±72	3 705±279	1.00±0.03	17.8±1.5	71.7±4.6
5	100.0	6.54±0.02	358±1	58±0	276±1	1 336±66	1 402±47	846±41	3 918±169	0.95±0.02	14.8±0.6	70.6±2.8
6	79.4	6.58±0.05	295±2	49±0	229±2	1 232±46	1 169±50	774±43	3 446±103	1.06±0.02	14.4±0.4	66.5±2.2
7	84.5	6.62±0.03	308±2	48±1	230±7	1 297±53	1 312±28	713±33	3 635±107	0.99±0.02	13.3±0.4	63.5±2.9
8	89.6	6.75±0.03	332±2	58±1	258±2	1 322±83	1 472±511	908±22	4 040±142	0.90±0.05	14.5±0.5	64.1±2.5
9	94.8	6.64±0.01	352±0	58±0	274±1	1 386±36	1 387±32	846±9	3 951±78	1.00±0.01	14.7±0.3	69.3±1.3
10	100.0	6.79±0.05	310±5	55±1	238±4	1 719±44	2 188±84	1 355±18	5 802±176	0.79±0.02	9.5±0.3	41.2±1.7
11	59.0	6.89±0.16	246±2	48±1	184±1	1 411±34	1 182±26	837±36	3 692±61	1.20±0.03	13.1±0.4	49.9±0.9
12	69.1	6.94±0.06	260±3	49±1	194±3	1 346±24	1 177±30	861±31	3 641±37	1.14±0.01	13.5±0.1	53.2±1.0
13	79.3	6.89±0.04	287±2	56±1	216±2	1 531±59	1 294±68	918±14	4 048±140	1.19±0.02	13.9±0.7	53.5±1.5
14	89.6	6.94±0.09	328±3	58±1	248±2	1 597±86	1 402±64	997±58	4 363±144	1.14±0.03	13.3±0.5	57.0±2.1
15	100.0	6.75±0.03	328±1	60±0	250±2	1 383±107	1 348±81	976±39	4 128±274	1.03±0.04	14.5±0.9	61.1±3.5
16	59.1	6.84±0.04	259±4	49±3	198±2	1 441±38	1 201±37	890±61	3 786±85	1.20±0.03	12.8±0.8	52.5±1.6
17	69.2	6.78±0.03	282±4	48±1	211±2	1 249±52	1 166±31	802±30	3 465±64	1.07±0.02	13.8±0.2	61.0±0.8
18	79.4	6.75±0.03	292±2	50±0	226±0	1 431±60	1 264±37	935±39	3 924±78	1.13±0.03	12.7±0.3	57.6±1.1
19	89.7	6.74±0.02	302±2	57±1	227±5	1 259±27	1 240±27	880±60	3 752±86	1.02±0.02	15.1±0.6	60.4±1.2
20	100.0	6.70±0.03	328±2	56±1	260±1	1 998±52	2 249±35	1 479±85	6 303±113	0.89±0.03	8.9±0.1	41.2±0.7
21	59.1	6.84±0.06	250±1	48±1	190±1	1 307±28	1 248±10	613±13	3 488±10	1.05±0.03	13.8±0.4	54.4±0.4
22	69.2	6.84±0.04	305±2	58±0	245±2	1 414±59	1 069±47	783±49	3 560±162	1.32±0.02	16.3±0.8	69.2±3.4
23	79.4	6.70±0.01	326±6	57±2	256±3	1 446±83	1 131±36	857±26	3 783±135	1.28±0.05	15.0±0.8	68.0±2.6
24	89.6	6.72±0.01	316±4	58±1	246±7	1 409±43	1 257±100	940±43	3 985±138	1.14±0.08	14.8±0.6	61.9±3.3
25	100.0	6.74±0.04	343±3	60±1	273±2	1 448±53	1 257±38	1 037±37	4 171±99	1.15±0.02	14.5±0.3	65.7±1.9
26	59.1	6.38±0.05	221±7	45±1	157±4	1 000±63	894±34	618±21	2 738±124	1.12±0.04	16.5±0.9	57.5±2.1
27	69.2	6.29±0.04	292±1	53±01	222±1	1 158±50	1 017±40	692±18	3 140±106	1.14±0.01	16.9±0.5	70.8±2.5
28	79.4	6.46±0.07	289±2	53±1	221±2	1 342±77	1 238±60	837±33	3 795±185	1.08±0.01	14.1±0.6	58.5±2.6
29	89.7	6.46±0.02	319±2	59±1	244±2	1 425±49	1 315±31	925±19	4 082±75	1.08±0.02	14.3±0.3	59.8±1.2
30	100.0	6.53±0.01	317±3	56±1	248±2	1 825±169	2 094±103	1 415±99	5 950±343	0.87±0.05	9.4±0.5	42.1±2.3
31	59.3	6.45±0.01	274±1	51±0	207±2	1 189±30	1 013±28	694±39	3 153±95	1.17±0.01	16.1±0.5	65.9±1.3
32	69.4	6.75±0.03	285±1	53±1	220±2	1 272±20	1 051±13	863±12	3 490±49	1.21±0.02	15.1±0.1	63.1±1.0
33	79.6	6.71±0.02	315±3	57±0	244±0	1 302±73	1 250±63	847±81	3 775±94	1.06±0.10	15.2±0.6	64.7±1.7
34	89.7	6.62±0.03	334±3	63±3	254±2	1 425±69	1 396±107	969±50	4 213±159	1.03±0.05	15.2±1.1	60.5±2.5
35	100.0	6.62±0.01	356±1	65±1	270±2	1 362±69	1 207±41	1 037±34	3 985±166	1.13±0.02	16.4±0.7	68.0±2.6
36	59.3	6.57±0.02	294±0	55±0	225±0	1 260±17	1 030±10	767±18	3 353±51	1.22±0.02	16.5±0.3	67.1±1.0
37	69.4	6.82±0.05	294±1	55±1	225±1	1 384±46	1 374±23	779±66	3 931±68	1.01±0.04	14.0±0.4	57.3±0.8
38	79.5	6.85±0.02	323±3	58±1	252±2	1 251±38	1 208±31	906±22	3 677±101	1.04±0.01	15.9±0.3	68.7±1.6
39	89.7	6.87±0.01	331±5	58±1	255±3	1 347±127	1 287±81	927±88	3 927±319	1.04±0.04	15.0±1.2	66.1±5.2
40	100.0	6.73±0.03	316±4	54±1	242±4	2 071±50	2 291±105	1 448±57	6 494±173	0.91±0.04	8.4±0.3	37.3±1.7
41	79.6	6.85±0.01	263±1	52±0	200±1	985±18	1 082±18	625±28	2 983±50	0.91±0.01	17.2±0.4	67.1±1.3
42	84.7	6.87±0.01	309±2	54±1	238±1	1 264±23	1 222±14	794±28	3 645±41	1.03±0.01	14.7±0.3	65.4±0.8
43	89.8	6.75±0.06	294±2	53±1	228±3	1 427±35	1 374±26	955±18	4 164±61	1.04±0.02	12.8±0.3	54.7±0.8
44	94.9	6.82±0.06	305±2	53±1	237±3	1 193±52	1 233±27	830±40	3 618±107	0.97±0.05	14.7±1.0	65.6±1.8
45	100.0	6.94±0.01	322±1	59±1	248±2	1 155±51	1 203±28	900±20	3 667±88	0.96±0.04	16.1±0.4	67.8±1.6
46	59.2	6.94±0.02	264±2	48±0	202±3	1 300±41	1 079±33	662±20	3 345±73	1.21±0.00	14.4±0.3	60.5±1.4
47	69.3	6.82±0.11	279±6	53±2	211±6	1 177±33	1 027±20	707±33	3 229±67	1.15±0.03	16.3±0.7	65.5±3.0
48	79.5	6.81±0.08	280±1	51±1	216±1	1 337±70	1 206±91	857±8	3 841±107	1.12±0.07	13.3±0.3	56.5±1.7
49	89.7	6.78±0.06	301±0	54±0	229±2	1 346±71	1 251±100	865±22	3 811±190	1.09±0.06	14.3±0.7	60.5±3.1
50	100.0	6.78±0.01	301±3	52±1	236±1	1 575±41	1 791±55	1 263±57	5 072±63	0.88±0.03	10.2±0.2	46.6±0.6

表3 体外发酵饲粮样品的气体及挥发性脂肪酸产量(干物质基础)

Table 3 Gas and VFA production of diet samples after in vitro incubation (DM basis)

2.1 饲粮NSC/NDF与产气量之间的关系

统计分析结果显示，饲粮NSC/NDF(x,%)与体外发酵总产气量(y₁,mL/g)、CH₄(y₂,mL/g)和CO₂产量(y₃,mL/g)之间均存在极显著的正相关关系(P<0.01)。

y₁= (56.3±8.0)x+(233.0±10.3),

R² = 0.71，P<0.000 1,n=50；

y₂=(6.9 ±1.5)x+(46.3±1.9),

R²= 0.56, P<0.000 1,n=50；

y₃=(47.3 ±6.9)x+(173.3±8.9),

R²=0.70,P<0.000 1，n=50。

2.2 饲粮NSC/NDF与不同发酵指标比例之间的关系

统计分析结果显示，饲粮NSC/NDF比例(x,%)与体外发酵乙酸/丙酸(y₄,%)和CH₄/TVFA(y₅，mL/mmol)之间存在极显著的负相关关系(P<0.01)，但与CO₂/TVFA(y₆，mL/mmol)之间的相关关系不显著(P>0.05)。

y₄=(-0.16±0.04)x+(1.26±0.05),

R²=0.52,P<0.000 1,n=50；

y₅= (-2.20±0.73)x+(17.02±0.95),

R²=0.40,P=0.004 0,n=50；

y₆=(-4.82±3.09)x+(66.23±3.99),

R²=0.22,P=0.125 0>0.050,n=50。

3 讨论

饲料的SC主要包括NDF，NSC主要包括淀粉、可溶性糖和果胶。因此，考虑到碳水化合物组成，饲粮NSC/NDF可被看作更为精确的饲粮精粗比。

本试验结果显示，饲粮NSC/NDF与体外发酵总产气量、CH₄、CO₂产量以及VFA产量之间均存在显著正相关关系。这说明饲粮的可发酵程度随着饲粮NSC比例的提高而提高。这与饲粮精料比例与各发酵指标之间的相关关系一致。

本试验结果还显示，饲粮NSC/NDF与体外发酵与乙酸/丙酸和CH₄/TVFA之间存在显著的负相关关系。说明随着饲粮NSC比例的提高，乙酸的比例下降，丙酸的比例提高，即NSC有利于提高丙酸的产量。另外，随着饲粮NSC比例的提高，CH₄的相对产量下降，这与饲粮精料比例与乙酸/丙酸和CH₄/TVFA之间的关系一致。

需要指出的是，尽管饲粮NSC/NDF与总产气量、CO₂、CH₄产量之间存在显著的正相关关系，但所有相关方程的相关系数也偏低。造成这一结果的原因是:1)尽管CH₄、CO₂是碳水化合物发酵产生的，但CP、EE和粗灰分等均有可能影响碳水化合物发酵，进而影响发酵产物CH₄、CO₂的产量;2)从理论上讲，饲粮NSC和NDF含量与体外发酵指标之间存在密切的相关关系，但饲粮NSC和NDF含量并不能代表被实际发酵的数量。

Moe等^[7]研究表明，奶牛CH₄产量与可溶解残留物(中性洗涤剂可溶解物-CP-EE)、半纤维素和纤维素采食量之间的决定系数R²=0.67，而奶牛CH₄产量与消化的可溶解残留物、半纤维素和纤维素之间的决定系数R²=0.73。Kirchgessner等^[15]研究表明，反刍动物的饲粮粗纤维、无氮浸出物、CP和EE采食量与反刍动物CH₄产量之间的多元决定系数R²=0.69。Jentsch等^[5]研究表明，反刍动物DCP、DEE、DCF和可消化无氮浸出物采食量与反刍动物CH₄产量之间的多元决定系数R²=0.896。比较上述结果可知，可消化营养成分与反刍动物CH₄产量之间的相关关系更为密切，因为可消化营养成分反映了动物对营养成分实际消化利用的过程。

NSC/NDF能够很好地反映饲粮碳水化合物的组成成分，但与瘤胃发酵总产气量、CH₄、CO₂产量以及乙酸/丙酸、CH₄/TVFA、CO₂/TVFA之间的相关程度并不高。这可能是因为NSC/NDF并不能反映NSC和NDF在瘤胃中的可发酵程度。可以推测，可发酵NSC/可发酵NDF比例与瘤胃发酵总产气量、CH₄、CO₂产量以及乙酸/丙酸、CH₄/TVFA、CO₂/TVFA之间的相关程度可能更高。因此，这一比例可能更适合作为准确预测饲粮瘤胃发酵情况的指标。

4 结论

高精料饲粮条件下，随着饲粮NSC/NDF的提高，饲粮体外发酵的CH₄相对产量下降，但由于相关系数偏低，饲粮NSC/NDF不能作为准确预测饲粮体外发酵CH₄产量的唯一指标。

参考文献

[1]	ØRSKOV E R,RYLE M.Energy nutrition in ruminants[M]. :Elsevier Applied Science,1990. (1)
[2]	STEINFELD H,GERBER P,WASSENAAR T,et al.Livestock's long shadow:environmental issues and options.Rome:Food and Agriculture Organisation of the United Nations,2006. (1)
[3]	MILLS J A N,KEBREAB E,YATES C M,et al.Alternative approaches to predicting methane emissions from dairy cows[J]. Journal of Animal Science,2003,81(12):3141-3150. (2)
[4]	ELLIS J L,KEBREAB E,ODONGO N E,et al.Prediction of methane production from dairy and beef cattle[J]. Journal of Dairy Science,2007,90(7):3456-3466. (1)
[5]	JENTSCH W,SCHWEIGET M,WEISSBACH F,et al.Methane production in cattle calculated by the nutrient composition of the diet[J]. Archives of Animal Nutrition,2007,61(1):10-19. (3)
[6]	BLAXTER K L,CLAPPERTON J L.Prediction of the amount of methane produced by ruminants[J]. British Journal of Nutrition,1965,19(1):511-522. (1)
[7]	MOE P W,TYRREL H F.Methane production in dairy cows[J]. Journal of Dairy Science,1979,62(10):1583-1586. (2)
[8]	韩继福,冯仰廉,张晓明,等.阉牛不同日粮的纤维消化、瘤胃内VFA对甲烷产生量的影响[J]. 中国兽医学报,1997,17(3):278-280. (1)
[9]	CHANDRAMONI,JADHAO S B,TIWARTI C M,et al.Energy metabolism with particular reference to methane production in Muzaffarnagari sheep fed rations varying in roughage to concentrate ratio[J]. Animal Feed Science and Technology,2000,83(3/4):287-300. (1)
[10]	LOVETT D,LOVELL S,STACK L,et al.Effect of forage/concentrate ratio and dietary coconut oil level on methane output and performance of finishing beef heifers[J]. Livestock Production Science,2003,84(2):135-146. (1)
[11]	赵广永.肉牛规模养殖技术[M]. 北京:中国农业科学技术出版社,2003. (1)
[12]	MENKE K H,RAAB L,SALEWSKI A,et al.The estimation of the digestibility and metabolizable energy content of ruminant feeding stuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquor in vitro[J]. The Journal of Agricultural Science,1979,93(1):217-222. (2)
[13]	AOAC.Official methods of analysis[M]. 15th ed.Arlington,V.A.:Association of Official Analytical Chemists,1990. (1)
[14]	VAN SOEST P J,ROBERTSON J B,LEWIS B A.Methods for dietary fiber,neutral detergent fiber,and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition[J]. Journal of Dairy Science,1991,74(10):3583-3597. (1)
[15]	KIRCHGESSNER M,WINDISCH W,MUELLER H L,et al.Release of methane and of carbon dioxide by dairy cattle[J]. Agrobiological Research,1991,44:91-102. (1)

本文献在全文中的定位：

... 瘤胃内的CH₄主要是由产甲烷菌利用CO₂和H₂合成的^[1] ...

本文献在全文中的定位：

... 反刍动物瘤胃发酵过程中产生的CH₄占反刍动物CH₄ 总产量的90%^[2] ...

本文献在全文中的定位：

... 饲粮干物质采食量(dry matter intake,DMI)^{[3, 4, 5]}、能量消化率^[6]、非纤维碳水化合物(non-fibre carbohydrate ...

... MEI)和饲草比例^[3]均与反刍动物CH₄产量之间均存在显著的相关关系 ...

本文献在全文中的定位：

... 饲粮干物质采食量(dry matter intake,DMI)^{[3, 4, 5]}、能量消化率^[6]、非纤维碳水化合物(non-fibre carbohydrate ...

本文献在全文中的定位：

... 饲粮干物质采食量(dry matter intake,DMI)^{[3, 4, 5]}、能量消化率^[6]、非纤维碳水化合物(non-fibre carbohydrate ...

... DCF)和可消化无氮浸出物^[5]以及代谢能采食量(metabolizable energy intake ...

... Jentsch等^[5]研究表明 ...

本文献在全文中的定位：

... 饲粮干物质采食量(dry matter intake,DMI)^{[3, 4, 5]}、能量消化率^[6]、非纤维碳水化合物(non-fibre carbohydrate ...

本文献在全文中的定位：

... C)^[7]、可消化粗蛋白质(digestible crude protein,DCP)、可消化粗脂肪(digestible ether extract,DEE)、可消化粗纤维(digestible crude fiber ...

...

Moe等^[7]研究表明 ...

本文献在全文中的定位：

... 韩继福等^[8]研究结果表明,随着饲粮精料比例(concentrate ratio ...

本文献在全文中的定位：

... Chandramoni等^[9]研究结果表明 ...

本文献在全文中的定位：

... 通过CH₄损失的饲料能量比例越低^[10] ...

本文献在全文中的定位：

... 肉牛饲粮的精料比例可达80%~100%^[11] ...

本文献在全文中的定位：

... 应用Menke等^[12]的体外产气法进行体外发酵 ...

... 根据Menke等^[12]的方法配制缓冲液 ...

本文献在全文中的定位：

... 分别使用AOAC(1990)^[13]的标准方法934.01、920.39和924.05测定饲料的干物质(dry matter,DM)、粗脂肪(ether extract ...

本文献在全文中的定位：

... 应用Van Soest等^[14]的方法测定NDF含量 ...

本文献在全文中的定位：

... Kirchgessner等^[15]研究表明 ...


动物营养学报 2013, Vol. 25 Issue (10): 2315-2324	PDF (1126 KB)