动物营养学报 >

2023 , Vol. 35 >Issue 5: 3164 - 3173

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.294

研究论文

黑沙蒿多糖对阿尔巴斯白绒山羊体外瘤胃发酵功能的影响

  • 李书仪 ,
  • 马国强 ,
  • 郭晓宇 ,
  • 赵艳丽 ,
  • 郭咏梅 ,
  • 闫素梅 , *
展开
  • 内蒙古农业大学动物科学学院,动物营养与饲料科学自治区高等学校重点实验室,呼和浩特 010018
*闫素梅,教授,博士生导师,E-mail:

李书仪(1995—),女,内蒙古赤峰人,博士研究生,从事草食动物营养与免疫研究。E-mail:

Copy editor: 菅景颖

收稿日期: 2022-08-09

  网络出版日期: 2023-05-11

基金资助

内蒙古农业大学标志性成果专项资金项目(BZCG201905)

收起

Effects of Artemisia ordosica Polysaccharide on in Vitro Rumen Fermentation Function of Albas White Cashmere Goats

  • LI Shuyi ,
  • MA Guoqiang ,
  • GUO Xiaoyu ,
  • ZHAO Yanli ,
  • GUO Yongmei ,
  • YAN Sumei , *
Expand
  • Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science at Universities of Inner Mongolia Autonomous Region, College of Animal Science, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China
*professor, E-mail:

Received date: 2022-08-09

  Online published: 2023-05-11

Fold

摘要

本试验利用体外批次培养法,通过测定培养各时间点的瘤胃发酵参数并结合多项组合效应指数(MFAEI),研究不同剂量的黑沙蒿多糖对阿尔巴斯白绒山羊体外瘤胃发酵功能的影响,为绒山羊新型替抗产品的开发及黑沙蒿资源的合理利用提供理论支撑。以内蒙古阿尔巴斯白绒山羊为瘤胃液供体动物,采用完全随机区组试验设计,分别向发酵底物中添加0(C组,作为对照组)、0.10%(AOP1组)、0.20%(AOP2组)、0.30%(AOP3组)和0.45%(AOP4组)的黑沙蒿多糖,并分别培养3、6、9、12和24 h后测定瘤胃发酵参数。结果显示:随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,氨态氮(NH3-N)、菌体蛋白(BCP)浓度和产气量均呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05),pH和原虫数量均呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05)。异丁酸、戊酸和异戊酸浓度随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加均呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05),丙酸浓度呈显著的一次线性升高(P<0.05),乙酸浓度和乙酸/丙酸值呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05);总挥发性脂肪酸(TVFA)浓度各组间差异不显著(P>0.05)。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,BCP、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度的单项组合效应指数(SFAEI)呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05),NH3-N和丙酸浓度的SFAEI呈显著的一次线性升高(P<0.05),原虫数量和乙酸浓度的SFAEI呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05),MFAEI呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05)。MFAEI由高到低排序依次是AOP3组>AOP4组>AOP2组> AOP1组>C组。由此可见,在体外培养条件下,黑沙蒿多糖的添加可改善阿尔巴斯白绒山羊体外瘤胃发酵功能,其中以添加剂量为0.30%时的改善效果为最佳。

关键词： 黑沙蒿多糖; 绒山羊; 体外瘤胃发酵; 产气量; 多项组合效应指数

本文引用格式

李书仪 , 马国强 , 郭晓宇 , 赵艳丽 , 郭咏梅 , 闫素梅 . 黑沙蒿多糖对阿尔巴斯白绒山羊体外瘤胃发酵功能的影响[J]. 动物营养学报, 2023 , 35(5) : 3164 -3173 . DOI: 10.12418/CJAN2023.294

Abstract

In this experiment, the effects of different doses of Artemisia ordosica polysaccharide on the in vitro rumen fermentation function of Albas white cashmere goats were investigated by measuring the rumen fermentation parameters at each time point of culture and combining the multiple-factors associative effect index (MFAEI) using the in vitro batch culture method to provide theoretical support for the development of new alternative antibiotic products for cashmere goats and the rational utilization of Artemisia ordosica resources. Using Inner Mongolian Albas white cashmere goat as rumen fluid donor animals in a completely randomized test design, 0 (C group, as control group), 0.1% (AOP1 group), 0.2% (AOP2 group), 0.3% (AOP3 group) and 0.45% (AOP4 group) of Artemisia ordosica polysaccharide were added to the fermentation substrate and to measure the rumen fermentation parameters after incubated for 3, 6, 9, 12 and 24 h, respectively. The results showed that the ammoniacal nitrogen (NH3-N), bacterial protein (BCP) concentrations and gas production increased in a significant linear and quadratic curve with the addition dose of Artemisia ordosica polysaccharide increase (P<0.05), and the pH and protozoa number decreased in a significant linear and quadratic curve (P<0.05). Isobutyric acid, valeric acid and isovaleric acid concentrations showed a significant linear and quadratic curve increase with the addition dose of Artemisia ordosica polysaccharide increase (P<0.05), propionic acid concentration showed a significant linear increase (P<0.05), acetic acid concentration and acetic acid/propionic acid value showed a significant linear and quadratic curve decrease (P<0.05), while total volatile fatty acids (TVFA) concentration did not differ significantly among groups (P>0.05). With the addition dose of Artemisia ordosica polysaccharide increase, the single-factor associative effect index (SFAEI) of BCP, isobutyric acid, valeric acid and isovaleric acid concentrations showed a significant linear and quadratic curve increase (P<0.05), the SFAEI of NH3-N and propionic acid concentrations showed a significant linear increase (P<0.05), the SFAEI of protozoa number and acetic acid concentration showed a significant linear and quadratic curve decrease (P<0.05), and the MFAEI showed a significant linear and quadratic curve increase (P<0.05). The following order of MFAEI from high to low was AOP3 group>AOP4 group>AOP2 group>AOP1 group>C group. It can be seen that the addition of Artemisia ordosica polysaccharide can improve the rumen fermentation function under in vitro culture conditions, and the best promotion effect is achieved at an addition dose of 0.3%.

Key words： Artemisia ordosica polysaccharide; cashmere goat; in vitro rumen fermentation; gas production; multiple combined effect index

阿尔巴斯白绒山羊是我国著名的绒肉兼用型品种,其肉质鲜嫩、膻味小且营养价值高。现代畜牧养殖中,集约化的舍饲育肥是绒山羊主要的饲养模式,这种养殖模式因饲养密度、养殖方式、疾病等原因极易造成其氧化应激,使得机体抗氧化、免疫机能降低,导致生产性能和经济效益呈现下降趋势。传统抗生素在一定程度上可缓解上述问题,然而抗生素在人类医学及农业生产中的大规模使用催生了细菌耐药性在环境中的快速扩散和传播,特别是多种抗生素的联合使用更是促进了多重耐药性的产生,严重威胁着人类和动物健康及食品与环境安全,而欧洲国家(瑞典)早在1986年就已实行禁抗措施[1]。我国农业农村部2020年7月份颁布全面禁抗指令,做到饲料端禁抗、养殖端限抗、食品端无抗,因此,寻找天然安全的植物源性饲料添加剂已然成为行业内的重要探索方向。黑沙蒿(Artemisia ordosica)在我国内蒙古和陕西等西北地区广泛分布,是一种常见的防风固沙的菊科蒿属植物,其富含多种生物活性物质,如多糖、黄酮和精油等化合物[2]。近年来,大量国内外学者证明了黑沙蒿水提物在增强动物机体抗氧化和抗炎方面发挥重要作用,改善了动物的健康状况[3⇓-5],是目前最具有潜力的抗生素替代品之一。然而,黑沙蒿水提物的应用研究主要集中在小鼠、肉鸡和猪上,其在反刍动物上的应用研究尚未见报道。此外,多糖作为黑沙蒿水提物的主要活性物质,其可缓解脂多糖(LPS,500 μg/kg)刺激下肉仔鸡免疫机能和生产性能的下降[6]。然而,目前有关黑沙蒿多糖(Artemisia ordosica polysaccharide,AOP)在反刍动物上的研究报道鲜少。瘤胃作为反刍动物最重要的消化器官,其功能对于营养物质和能量的获取具有重要意义[7],但相关研究工作因活体试验动物数量大、试验周期长且成本高等外界因素而受到限制,为此试验中常利用体外法模拟瘤胃内的消化过程,以研究黑沙蒿多糖的瘤胃发酵及其对营养物质的利用。因此,本试验利用体外瘤胃发酵并结合多项组合效应指数(multiple-factors associative effect index,MFAEI),研究饲粮中添加不同剂量的黑沙蒿多糖对阿尔巴斯白绒山羊瘤胃发酵功能的影响,以期为蒿属植物资源在反刍动物饲料领域的综合利用提供参考,也为绒山羊养殖中替抗产品的开发提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验所用黑沙蒿植株采集于内蒙古呼和浩特市和林境内,将其整株收割后,置于通风干燥的室内阴干,粉碎后制成干粉,其营养成分含量如下:粗蛋白质9.03%、粗脂肪7.63%、中性洗涤纤维48.56%、酸性洗涤纤维32.01%、粗灰分6.45%、钙1.14%、磷0.18%。本实验室参考邢媛媛[8]的试验方法对黑沙蒿植株进行多糖的提取。参考邢媛媛[8]的研究结果,该方法提取的黑沙蒿多糖的得率和含糖量分别为5.56%和52.65%,平均分子质量为2.1(62.6%)和1.5 kDa(37.4%),主要由阿拉伯糖、半乳糖、葡萄糖、木糖、甘露糖、半乳糖醛酸和葡萄糖醛酸组成,其摩尔比为6.87∶10.67∶54.13∶2.49∶18.37∶4.83∶2.64。

1.2 试验动物与基础饲粮

本试验选取3只体况相近、年龄相近的阿尔巴斯白绒山羊[(35.50±3.98) kg]作为瘤胃液供体,并于每天09:00、15:00各饲喂1次,自由饮水,基础饲粮参考《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2004)并结合生产实际进行配制,其组成及营养水平见表1。
表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (air-dry basis) %

项目Items 含量Content
原料Ingredients
谷草Millet straw 58.80
苜蓿Alfalfa hay 2.96
燕麦草Oat grass 8.08
玉米Corn 14.72
大豆粕Soybean meal 5.30
干酒糟及其可溶物DDGS 3.30
亚麻仁饼Linseed cake 5.30
石粉Limestone 0.12
磷酸氢钙CaHPO4 0.12
预混料Premix1) 0.50
食盐NaCl 0.30
小苏打NaHCO3 0.50
合计Total 100.00
营养水平Nutrient levels2)
消化能DE/(MJ/kg) 10.95
粗蛋白质CP 10.04
粗脂肪EE 2.24
中性洗涤纤维NDF 54.71
酸性洗涤纤维ADF 30.98
钙Ca 0.63
磷P 0.29

1)每千克预混料中含有 One kilogram of the premix contained the following:VA 1200 000 IU,VD3 500 000 IU,VE 5 000 IU,VK3 360 mg,VB1 70 mg,VB2 1 700 mg,VB6 180 mg,烟酸 nicotinic acid 4.4 g,D-泛酸 D-pantothenic acid 3.4 g,VB12 6 mg,生物素 biotin 28 mg,叶酸 folic acid 300 mg,Fe 8 g,Cu 1.6 g,Zn 10 g,Mn 6 g,I 60 mg,Se 60 mg,Co 50 mg。

2)消化能为计算值,其余均为实测值。DE was a calculated value, while the others were measured values.

1.3 试验设计

本试验采用完全随机区组设计,共计5个组,分别是以基础饲粮作为发酵底物的对照组(C组)以及在对照组的发酵底物中按照风干基础添加0.1%(AOP1组)、0.2%(AOP2组)、0.3%(AOP3组)和0.45%(AOP4组)黑沙蒿多糖的4个试验组,每组设5个培养时间,分别为3、6、9、12和24 h,每个培养时间设6个重复。

1.4 瘤胃液采集及体外培养方法

在发酵瓶内添加1 g发酵底物后,将其放于39 ℃恒温培养箱进行提前预热。于晨饲前(07:00)经口腔采集3只阿尔巴斯白绒山羊的瘤胃液,将混合后的瘤胃液经4层纱布过滤至已预热达39 ℃并通有二氧化碳(CO2)的保温瓶中。缓冲液的配制参考Menke等[9]的方法,将采集的瘤胃液与缓冲液以1∶2的比例充分混合后,持续通入CO2,液体颜色由红色变为无色时,将其分装至各个发酵瓶,将发酵瓶密封后放于39 ℃气浴摇床培养,转速为120 r/min,达到设定的培养时间后将其迅速取出,放于冰浴上终止发酵,取样并测定各项指标。

1.5 测定指标与方法

饲粮中粗蛋白质、粗脂肪、钙和磷含量的测定分别参考《饲料中粗蛋白的测定 凯氏定氮法》(GB/T 6432—2018)、《饲料中粗脂肪的测定》(GB/T 6433—2006)、《饲料中钙的测定》(GB/T 6436—2018)和《饲料中总磷的测定 分光光度法》(GB/T 6437—2018),中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量的测定参考Van Soest等[10]的方法,测定仪器为ANKOM-A2000i型纤维分析仪。
瘤胃发酵参数:pH用CT-6020A型手携式pH计测定;氨态氮(NH3-N)、菌体蛋白(bacterial protein,BCP)和挥发性脂肪酸(volatile fatty acid,VFA)浓度的测定方法分别是比色法[11]、考马斯亮兰法[12]和气相色谱法[13],其中VFA浓度的测定以二乙基丁酸为内标,并计算总挥发性脂肪酸(total volatile fatty acid,TVFA)浓度;原虫数量、产气量的测定分别参考Yesilbag等[14]和Brewster等[15]的方法,产气量利用ANKOMRFS体外产气系统进行测定;单项组合效应指数(single-factor associative effect index,SFAEI)及MFAEI的计算参考卢德勋[16]的计算方法。MFAEI为不同处理的各指标SFAEI之和,各指标的SFAEI计算公式如下:
SFAEI= ∑ n m = 1 ( A 2 m - A 1 m ) / n A 2 m。
式中:m为各培养时间(m=1、2、3、4、5 h);n为培养时间的个数(n=5);A1m为对照组各单一指标不同采样时间时的数值;A2m为试验组各单一指标不同培养时间时的数值。

1.6 统计分析

对于瘤胃发酵参数,采用SAS 12.0统计软件的MIXED模型对试验处理进行双因素方差分析和回归分析,双因素方差分析包括黑沙蒿多糖的添加剂量、培养时间以及二者的交互作用(添加剂量×培养时间),回归分析是对黑沙蒿多糖进行剂量依赖性分析;对于SFAEI和MFAEI,则采用SAS 12.0统计软件的方差分析程序对黑沙蒿多糖的添加剂量进行单因素方差分析和回归分析。P<0.05表示组间差异显著或回归关系显著。

2 结果

2.1 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵pH、NH3-N与BCP浓度、原虫数量及产气量的影响

由表2可知,黑沙蒿多糖的添加显著提高了体外瘤胃发酵NH3-N、BCP浓度和产气量(P<0.05)。与C组相比,4个试验组的NH3-N浓度显著升高(P<0.05),其中以AOP3组最高,其次是AOP2组、AOP4组和AOP1组,各试验组间差异显著(P<0.05)。AOP2组、AOP3组和AOP4组的BCP浓度显著高于C组和AOP1组(P<0.05),其中AOP3组的BCP浓度最高,其次是AOP2组和AOP4组。与C组相比,4个试验组的产气量均显著升高(P<0.05),但各试验组间差异不显著(P>0.05),其中AOP3组的产气量最高。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,NH3-N与BCP浓度和产气量均呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05)。黑沙蒿多糖的添加显著降低了体外瘤胃发酵pH和原虫数量(P<0.05)。与C组相比,AOP2组和AOP3组的pH显著降低(P<0.05),且AOP3组显著低于AOP2组(P<0.05),而AOP1组和AOP4组的pH有降低趋势,但差异不显著(P>0.05)。4个试验组的原虫数量均显著低于C组(P<0.05),其中AOP3组的原虫数量最低,其次是AOP4组、AOP2组和AOP1组。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,体外瘤胃发酵pH和原虫数量均呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05)。培养时间与体外瘤胃发酵pH、NH3-N与BCP浓度、原虫数量和产气量的变化存在着密切关系。随着培养时间的延长,pH呈现下降趋势,在培养24 h时达最低值;产气量呈现上升趋势,在培养24 h时达最高值;NH3-N浓度呈现先下降后上升再下降的变化趋势,其在培养6、12和24 h时较低;BCP浓度和原虫数量均呈现先上升后下降的变化趋势,均以培养12和24 h时较低。添加剂量和培养时间的交互作用对体外瘤胃发酵pH有显著影响(P<0.05),培养3 h时各试验组pH最高,培养24 h时各试验组pH最低。
表2 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵pH、NH3-N与BCP浓度、原虫数量和产气量的影响

Table 2 Effects of AOP on pH, NH3-N and BCP concentration, protozoa number and gas production of rumen fermentation in vitro

项目
Items		 pH 氨态氮
NH3-N/
(mg/dL)		 菌体蛋白
BCP/
(mg/dL)		 原虫
Protozoa/
(×104个/mL)		 产气量
Gas production/
mL
添加剂量(组名) Addition dose (group name)/%
0(C) 6.355c 17.970a 13.536a 20.491c 80.467a
0.10(AOP1) 6.337bc 18.613b 14.740a 19.021b 83.287b
0.20(AOP2) 6.302b 19.049d 16.530bc 18.414b 84.383b
0.30(AOP3) 6.239a 20.264e 17.148b 16.965a 85.485b
0.45(AOP4) 6.312bc 18.884c 16.088bc 17.863ab 84.920b
培养时间Culture time/h
3 6.596E 27.114E 15.840C 13.734A 41.395A
6 6.203B 14.743A 17.096B 21.351C 63.421B
9 6.337D 21.057D 14.882A 26.706C 85.251C
12 6.282C 16.051C 15.363AB 14.933AB 99.164D
24 6.128A 15.814B 14.861A 16.029B 129.310E
均值标准误SEM 0.017 0.391 0.385 0.446 0.816
P值P-value
添加剂量Addition dose <0.001 0.002 <0.001 <0.001 0.001
培养时间Culture time <0.001 <0.001 0.001 <0.001 <0.001
添加剂量×培养时间Addition dose×culture time 0.016 0.749 0.545 0.267 0.982
线性Linear 0.003 0.013 <0.001 <0.001 <0.001
二次Quadratic 0.003 0.007 <0.001 0.004 0.012

同列数据肩标不同小写字母表示不同添加剂量间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示不同培养时间间差异显著(P<0.05),相同小写字母或大写字母以及无字母肩标表示差异不显著(P>0.05)。表3同。

In the same column, values with different small letter superscripts mean significant difference among different addition doses (P<0.05), and with different capital letter superscripts mean significant difference among different culture time (P<0.05), while with the same small letter superscripts or capital letter superscripts and without letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as Table 3.

2.2 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵VFA浓度的影响

由表3可知,黑沙蒿多糖的添加显著提高了体外瘤胃发酵丙酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度(P<0.05)。AOP2组、AOP3组和AOP4组的丙酸浓度显著高于C组(P<0.05),且AOP3组显著高于AOP1组(P<0.05),但这3个试验组间差异不显著(P>0.05),其中AOP3组的丙酸浓度最高,其次是AOP2组和AOP4组。与C组相比,AOP3组和AOP4组的异丁酸浓度显著升高(P<0.05),AOP3组的异丁酸浓度显著高于AOP2组和AOP1组(P<0.05),AOP4组的异丁酸浓度相比AOP2组和AOP1组有升高趋势,但差异不显著(P>0.05)。与C组相比,4个试验组的戊酸和异戊酸浓度显著升高(P<0.05),其中AOP3组的戊酸和异戊酸浓度显著高于其他3个试验组(P<0.05),AOP4组的戊酸浓度显著高于AOP1组(P<0.05)。此外,添加不同剂量黑沙蒿多糖后丁酸浓度也有所升高,但组间差异不显著(P>0.05),其中以AOP3组的丁酸浓度最高。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,异丁酸、戊酸和异戊酸浓度均呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05),丙酸浓度呈显著的一次线性升高(P<0.05)。黑沙蒿多糖的添加显著降低了体外瘤胃发酵的乙酸浓度和乙酸/丙酸值(P<0.05)。与C组相比,AOP2组、AOP3组和AOP4组的乙酸浓度显著降低(P<0.05),其中AOP3组的乙酸浓度最低,其次是AOP2组和AOP4组。4个试验组的乙酸/丙酸值显著低于C组(P<0.05),且AOP2组和AOP3组的乙酸/丙酸值显著低于AOP1组(P<0.05),其中AOP3组的乙酸/丙酸值最低,其次是AOP2组、AOP4组、AOP1组和C组。与C组相比,各试验组的TVFA浓度虽有所下降,但差异不显著(P>0.05)。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,乙酸浓度和乙酸/丙酸值呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05)。培养时间对体外瘤胃发酵VFA浓度有显著影响(P<0.05)。随着培养时间的延长,乙酸/丙酸值呈现先上升后下降的变化趋势,其在培养12 h时最低;而其他指标均呈现上升趋势,且在培养24 h时最高。添加剂量与培养时间的交互作用对异丁酸、戊酸和异戊酸浓度有显著影响(P<0.05),培养24 h时AOP3组的异丁酸、戊酸和异戊酸浓度最高,培养3 h时各组的异丁酸、戊酸和异戊酸浓度均较低。
表3 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵VFA浓度的影响

Table 3 Effects of AOP on VFA concentrations of rumen fermentation in vitro

项目
Items		 乙酸
Acetic
acid/
(mmol/L)		 丙酸
Propionic
acid/
(mmol/L)		 丁酸
Butyric
acid/
(mmol/L)		 异丁酸
Isobutyric
acid/
(mmol/L)		 戊酸
Valeric
acid/
(mmol/L)		 异戊酸
Isovaleric
acid/
(mmol/L)		 总挥发性
脂肪酸
TVFA/
(mmol/L)		 乙酸/丙酸
Acetic acid/
propionic
acid
添加剂量(组名) Addition dose (group name)/%
0(C) 23.401c 7.454c 2.916 0.403c 0.357d 0.512c 35.043 3.164c
0.10(AOP1) 22.588bc 7.641bc 2.954 0.416bc 0.376c 0.544b 34.519 2.979b
0.20(AOP2) 21.753ab 7.828ab 2.967 0.417bc 0.379bc 0.543b 33.890 2.809a
0.30(AOP3) 21.678a 8.000a 3.068 0.439a 0.397a 0.573a 34.155 2.764a
0.45(AOP4) 22.213b 7.820ab 2.999 0.428ab 0.386b 0.547b 34.391 2.892ab
培养时间Culture time/h
3 12.146A 4.010A 1.292A 0.292A 0.191A 0.357A 18.289A 3.030C
6 21.253B 6.808B 2.538B 0.300AB 0.277B 0.351AB 31.529B 3.139C
9 23.235C 8.105C 3.179C 0.407C 0.375C 0.516C 35.817C 2.870AB
12 24.290D 9.138D 3.245CD 0.408CD 0.395D 0.508C 37.982D 2.664A
24 30.710C 10.682E 4.649E 0.697E 0.657E 0.987D 48.379E 2.905B
均值标准误SEM 0.311 0.127 0.042 0.005 0.003 0.005 0.402 0.040
P值P-value
添加剂量Addition dose 0.001 0.035 0.124 <0.001 <0.001 <0.001 0.332 <0.001
培养时间Culture time <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
添加剂量×培养时间
Addition dose×culture time		 0.520 0.890 1.000 0.011 <0.001 <0.001 0.918 0.109
线性Linear 0.003 0.012 0.051 <0.001 <0.001 <0.001 0.236 <0.001
二次Quadratic 0.001 0.059 0.250 0.040 <0.001 <0.001 0.097 <0.001

2.3 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵SFAEI和MFAEI的影响

由表4可知,黑沙蒿多糖的添加显著升高了体外瘤胃发酵NH3-N、BCP、丙酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度的SFAEI(P<0.05)。AOP3组NH3-N和丙酸浓度的SFAEI显著高于C组(P<0.05),其余3个试验组NH3-N和丙酸浓度的SFAEI较C组有升高趋势,但差异不显著(P>0.05)。AOP2组和AOP3组BCP浓度的SFAEI显著高于AOP1组和C组(P<0.05),其中AOP3组BCP浓度的SFAEI最高。与C组相比,AOP3组异丁酸和戊酸浓度的SFAEI显著升高(P<0.05),AOP2组和AOP4组戊酸浓度的SFAEI显著升高(P<0.05)。4个试验组异戊酸浓度的SFAEI相比C组显著升高(P<0.05),其中AOP3组异戊酸浓度的SFAEI最高,其次是AOP4组、AOP2组和AOP1组。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,BCP、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度的SFAEI均呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05),NH3-N和丙酸浓度的SFAEI呈显著的一次线性升高(P<0.05)。黑沙蒿多糖的添加显著降低了原虫数量和乙酸浓度的SFAEI(P<0.05)。AOP3组原虫数量的SFAEI显著低于AOP1组和C组(P<0.05),AOP4组和AOP2组原虫数量的SFAEI相比AOP1组和C组有降低趋势,但差异不显著(P>0.05)。与C组相比,AOP2组和AOP3组乙酸浓度的SFAEI显著降低(P<0.05),其中AOP3组乙酸浓度的SFAEI最低,其他2个试验组乙酸浓度的SFAEI相比C组无显著差异(P>0.05)。AOP2组和AOP3组TVFA浓度的SFAEI相比其他组有下降趋势,但各组间差异不显著(P>0.05)。原虫数量和乙酸浓度的SFAEI均随黑沙蒿多糖添加剂量的增加呈显著的一次线性和二次曲线降低(P<0.05)。与C组相比,4个试验组的MFAEI显著升高(P<0.05),其中AOP3组的MFAEI最高,并显著高于其他试验组(P<0.05),其次是AOP4组,其MFAEI显著高于AOP2组和AOP1组(P<0.05)。随着黑沙蒿多糖添加剂量的增加,MFAEI呈显著的一次线性和二次曲线升高(P<0.05)。
表4 黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵SFAEI和MFAEI的影响

Table 4 Effects of AOP on SFAEI and MFAEI of rumen fermentation in vitro

项目
Items		 组别Groups 均值
标准误
SEM		 P值P-value
C AOP1 AOP2 AOP3 AOP4 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
单项组合效应指数SFAEI
氨态氮浓度NH3-N concentration 0.000a 0.033ab 0.056ab 0.096b 0.077ab 0.020 0.020 0.003 0.128
菌体蛋白浓度BCP concentration 0.000a 0.080b 0.178c 0.204c 0.158bc 0.019 <0.001 <0.001 <0.001
产气量Gas production 0.000 0.031 0.044 0.058 0.050 0.015 0.093 0.018 0.128
原虫数量Protozoa number 0.000c -0.080bc -0.122ab -0.209a -0.149ab 0.026 0.001 <0.001 0.006
乙酸浓度Acetic acid concentration 0.000b -0.038ab -0.078a -0.080a -0.055ab 0.016 0.011 0.012 0.007
丙酸浓度Propionic acid concentration 0.000a 0.024ab 0.044ab 0.067b 0.047ab 0.014 0.034 0.010 0.063
丁酸浓度Butyric acid concentration 0.000 0.014 0.016 0.050 0.027 0.012 0.083 0.040 0.198
异丁酸浓度Isobutyric acid concentration 0.000b 0.031b 0.035b 0.084a 0.058ab 0.010 <0.001 <0.001 0.018
戊酸浓度Valeric acid concentration 0.000c 0.049bc 0.058b 0.099a 0.073ab 0.006 <0.001 <0.001 <0.001
异戊酸浓度Isovaleric acid concentration 0.000c 0.055b 0.055b 0.104a 0.061b 0.005 <0.001 <0.001 <0.001
总挥发性脂肪酸浓度
TVFA concentration		 0.000 0.013 -0.012 -0.002 0.006 0.027 0.976 0.995 0.776
多项组合效应指数MFAEI 0.000a 0.019b 0.025c 0.043e 0.032d 0.001 <0.001 <0.001 <0.001

同行数据肩标不同小写字母表示不同组间差异显著(P<0.05),相同小写字母或无字母表示差异不显著(P>0.05)。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference among different groups (P<0.05), while with the same small letter superscripts or without letter superscripts mean no significant difference (P>0.05).

3 讨论

蒿属植物对瘤胃发酵功能具有促进作用,其可能原因是影响了瘤胃微生物与酶的活性[17]。瘤胃微生物区系主要由50%~80%的细菌和20%~50%的原虫构成,其数量的变化关系到瘤胃发酵效果及宿主的消化代谢,当原虫数量降低,原虫吞噬细菌受到抑制,进而改变瘤胃微生物区系[18];瘤胃液BCP浓度与饲粮蛋白质降解率、微生物活性及数量存在着密不可分的关系,饲粮蛋白质通过细菌降解生成BCP合成的前体物质NH3-N,提示瘤胃原虫数量的降低、NH3-N浓度的上升可引起BCP浓度的上升[19]。本研究表明,黑沙蒿多糖的添加显著降低了体外瘤胃发酵原虫数量,提高了NH3-N及BCP浓度,说明黑沙蒿多糖促进体外瘤胃发酵的氮降解及对氮的利用,这可能是原虫数量的降低致使瘤胃微生物区系结构发生改变导致的。余诗强等[20]研究报道,青蒿提取物的添加可显著增加奶牛瘤胃菌群中普雷沃氏菌属1和解琥珀酸菌属的相对丰度,提示青蒿提取物可促进奶牛瘤胃中蛋白质和可溶性碳水化合物的降解,这也解释了奶牛瘤胃液中NH3-N、BCP、丙酸和TVFA浓度上升的原因,因此推测黑沙蒿多糖的添加可能提高了瘤胃菌群中普雷沃氏菌属和解琥珀酸菌属的相对丰度。然而,黑沙蒿多糖对瘤胃微生物区系的影响仍需要进一步探讨。瘤胃中充足数量的BCP合成需要适宜的pH(5.5~7.5),以保证微生物的生长和代谢[21]。本试验结果表明,添加黑沙蒿多糖后瘤胃pH在6.24~6.36,均在BCP合成所需适宜pH范围内。VFA主要包括乙酸、丙酸和丁酸,这3种物质占TVFA的95%,可为机体提供约90%的能量,也是重要的碳架来源。研究发现,产气量和VFA浓度的上升与瘤胃微生物活性呈正向相关关系,并且产气量的多少与饲粮发酵程度密切相关,VFA浓度与饲粮碳水化合物含量呈正向相关关系[22]。本研究发现,黑沙蒿多糖的添加可增加体外瘤胃发酵产气量,其中AOP3组在6、9、12和24 h的产气量相比其余各组均有升高趋势,且与显著降低了乙酸浓度和乙酸/丙酸值,显著提高了丙酸和TVFA浓度,这与王洪荣等[23]的研究结果一致,提示黑沙蒿多糖的添加可能影响了瘤胃微生物区系,其中瘤胃球菌科和丁酸球菌科是瘤胃内主要的纤维降解菌[24],其可参与乙酸代谢,导致乙酸浓度降低,并促使瘤胃发酵更趋向于丙酸型发酵,而丙酸是生糖物质,瘤胃液中丙酸浓度越高说明其可用于增重的能量越高。研究发现,宿主-瘤胃-微生物相互作用参与许多重要的生理过程,瘤胃微生物区系的组成与结构通过改善瘤胃发酵功能,影响宿主对饲粮营养物质的消化与吸收[25-26],提示微生物多样性、VFA浓度和纤维素降解率三者存在极大相关性。本课题组前期研究表明,黑沙蒿多糖的添加可显著提高绒山羊对中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的表观消化率[27],而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维表观消化率的高低可以反映饲粮中纤维在瘤胃的降解效果,这间接说明了黑沙蒿多糖的添加提高了体外瘤胃发酵对中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维的降解率,但本试验尚未对其进行研究,确切结果仍需开展进一步研究。此外,有研究报道,在绵羊饲粮中添加沙蒿多糖可减少肠道脱硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)、弧菌属(Vibrio)、空肠弯曲菌等相关致病菌的比例[28],这为后续黑沙蒿多糖的深入研究提供了更多维度的参考方向。
MFAEI代表了饲料间的整体互作,其常被应用于判断饲料的组合效应和适宜配比,也被用于判断影响瘤胃发酵功能的植物提取物的最佳添加剂量[29]。本研究结果表明,添加不同剂量的黑沙蒿多糖对体外瘤胃发酵原虫数量和乙酸浓度具有负效应,而对其他参数及MFAEI均具有正效应,即黑沙蒿多糖的添加降低了体外瘤胃发酵原虫数量和乙酸浓度,增加了产气量以及NH3-N、BCP、丙酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度,说明黑沙蒿多糖的添加对瘤胃发酵呈促进效果。体外瘤胃发酵乙酸浓度随着黑沙蒿多糖添加量的增加呈显著的一次线性和二次曲线降低,且乙酸在TVFA组成中所占的比重也较大,因此导致黑沙蒿多糖具有降低TVFA浓度的趋势,但各组间差异不显著,这与崔乔等[30]的试验结果保持一致。MFAEI由高到低排序依次是AOP3组>AOP4组>AOP2组>AOP1组>C组,提示黑沙蒿多糖对绒山羊体外瘤胃发酵的促进效果呈剂量依赖性,低剂量添加的AOP1组和AOP2组尽管能改善瘤胃发酵模式,但其作用效果较AOP3组和AOP4组差,AOP3组和AOP4组的作用效果较好,但高剂量添加的AOP4组并不能进一步增加其促进效果,反而有降低的趋势。由此得出,当黑沙蒿多糖的添加量为0.3%时,其对瘤胃发酵的促进效果为最优。

4 结论

饲粮中添加不同剂量(0.10%~0.45%)的黑沙蒿多糖均可促进阿尔巴斯白绒山羊的体外瘤胃发酵,降低体外瘤胃发酵原虫数量、乙酸浓度和乙酸/丙酸值,提高NH3-N、BCP、丙酸、异丁酸、戊酸和异戊酸浓度,其中以中剂量(0.30%)的促进效果为最佳,高剂量(0.45%)的促进效果有所减弱,但其作用效果要优于低剂量(0.10%、0.20%)。

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