动物营养学报 >

2023 , Vol. 35 >Issue 5: 3382 - 3389

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2023.314

研究论文

体外产气法评价不同质量分级评分等级的全株玉米青贮的饲用价值

  • 陈延斌 , 1 ,
  • 陈雅坤 2 ,
  • 刘温 2 ,
  • 闫威明 1 ,
  • 邱庆 3 ,
  • 杨鹏标 4 ,
  • 卜登攀 2 ,
  • 王建平 , 1, * ,
  • 赵连生 , 2, *
展开
  • 1 河南科技大学动物科技学院,洛阳 471000
  • 2 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,动物营养学国家重点实验室,北京 100193
  • 3 新疆农业大学,乌鲁木齐 830052
  • 4 上海牧高生物科技有限公司,上海 201306
*王建平,教授,硕士生导师,E-mail: ;
赵连生,副研究员,硕士生导师,E-mail:

陈延斌(1994—),男,河南驻马店人,硕士研究生,畜牧专业。E-mail:

Copy editor: 陈 鑫

收稿日期: 2022-11-11

  网络出版日期: 2023-05-11

基金资助

宁夏回族自治区自治区重点研发计划项目(2021BEF02018)

中国农业科学院科技创新工程(ASTIP-IAS07-1)

家畜产业技术体系北京市创新团队(BAIC05-2022)

收起

Evaluation of Feeding Value of Whole-Plant Corn Silage with Different Quality Score Grades by in Vitro Gas Production Method

  • CHEN Yanbin , 1 ,
  • CHEN Yakun 2 ,
  • LIU Wen 2 ,
  • YAN Weiming 1 ,
  • QIU Qing 3 ,
  • YANG Pengbiao 4 ,
  • BU Dengpan 2 ,
  • WANG Jianping , 1, * ,
  • ZHAO Liansheng , 2, *
Expand
  • 1 College of Animal and Technology, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471000, China
  • 2 State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing Institute of Animal Husbandry and Veterinary Medicine,Chinese Academy of Agricultural Science, Beijing 100193,China
  • 3 Xinjiang Agricultural University, Wulumuqi 830052,China
  • 4 Shanghai Mugao Biotechnology Co., Ltd., Shanghai 201306,China
*WANG Jianping, professor, E-mail:;
ZHAO Liansheng, associate professor, E-mail:

Received date: 2022-11-11

  Online published: 2023-05-11

Fold

摘要

本试验旨在通过体外产气法对不同质量分级评分(CSQS)等级的全株玉米青贮进行饲用价值评价,探究不同CSQS等级的全株玉米青贮瘤胃体外发酵30 h产气参数、营养物质降解率和发酵参数。在全国粮改饲全株玉米青贮饲料样品库中抽取5个CSQS等级的青贮饲料样品,每个等级随机抽取5个样品,共25个样品,进行体外产气评价。结果表明:1)5个等级全株玉米青贮之间30 h累积产气量具有差异显著趋势(P=0.06),且CSQS一级全株玉米青贮产气量最高。2)各等级全株玉米青贮间的干物质降解率(IVDMD)及氨态氮(NH3-N)、乙酸、丙酸含量差异显著(P<0.05),各等级全株玉米青贮间中性洗涤纤维降解率(IVNDFD)有差异显著趋势(P=0.07);CSQS一级全株玉米青贮IVDMD、IVNDFD、酸性洗涤纤维降解率(IVADFD)最高,乙酸和丙酸含量最高,NH3-N含量最低。CSQS一至五级,IVDMD、IVNDFD、IVADFD呈线性降低(P<0.05),乙酸和丙酸含量呈线性减少(P<0.05),NH3-N含量呈线性增加趋势(P=0.06)。各等级之间乙酸/丙酸差异不显著(P>0.05)。综上所述,全株玉米青贮CSQS等级越高,其质量越差,饲用价值越低。

关键词： 全株玉米青贮; 体外产气法; 瘤胃发酵参数; CSQS

本文引用格式

陈延斌 , 陈雅坤 , 刘温 , 闫威明 , 邱庆 , 杨鹏标 , 卜登攀 , 王建平 , 赵连生 . 体外产气法评价不同质量分级评分等级的全株玉米青贮的饲用价值[J]. 动物营养学报, 2023 , 35(5) : 3382 -3389 . DOI: 10.12418/CJAN2023.314

Abstract

The objective of this study was to evaluate feeding value of different grades of whole-plant corn silage by in vitro gas production method, and to learn the gas production parameters, nutrient degradation rate and fermentation parameters for 30 h. Samples were randomly selected from each of the five grades in the sample bank of the National Grain-to-Feed Whole-Crop Corn Silage Quality Grading Score Index (CSQS) study, for a total of 25 samples. The results showed as follows: 1) there was a significant difference in gas production among the 5 grades of whole-plant corn silage (P=0.06), and the highest gas production was found in grade 1 of whole-plant corn silage. 2) The in vitro dry matter degradation rate (IVDMD), ammonia nitrogen (NH3-N), acetic acid and propionic acid contents were significantly different among grades of whole-plant silage (P<0.05). There was a trend of significant difference (P=0.07) in the in vitro neutral detergent fiber degradation rate (IVNDFD) among the 5 grades of whole-plant corn silage, respectively. The highest values of IVDMD, IVNDFD, in vitro acid detergent fiber degradation rate (IVADFD), the highest contents of acetic acid and propionic acid and the lowest NH3-N content were all found in CSQS grade 1 whole-plant corn silage. From the CSQS grades 1 to 5, the values of IVDMD, IVNDFD and IVADFD, the contents of acetic acid and propionic acid decreased linearly (P<0.05), and the content of NH3-N increased linearly (P=0.06).There was no difference in acetate/propionate among different grades (P>0.05). In summary, the higher the grade of CSQS, the worse the quality and feeding value of whole-plant corn silage.

Key words： whole-plant corn silage; in vitro gas production method; rumen fermentation parameters; CSQS

奶牛饲粮中全株玉米青贮通常占40%~50%,是瘤胃微生物重要营养来源,其品质优劣对奶牛生产性能和健康的影响较大,快速准确评价全株玉米青贮的饲用价值意义重大[1]。目前,全株玉米青贮质量常用感官评价。感官评价以颜色、气味、质地、结构等指标较直观地反映全株玉米青贮饲料的好坏,操作简单[2]。然而感官评价受人为主观影响较大,必须要结合理化分析和消化测定才能准确评价,这增加了全株玉米青贮评价的难度,研究者开始构建简单、准确、实用的全株玉米青贮质量评价方法。Tharangani等[3]以粗蛋白质含量、淀粉含量、粗脂肪含量、30 h中性洗涤纤维消化率4个营养指标和氨、乳酸含量2个发酵指标,构建了全株玉米青贮质量综合指数(CSQI),并以CSQI为基础,换算为质量分级评分(CSQS),再结合近红外快速检测手段,可以快速评价全株玉米青贮的品质,目前该方法已经在我国粮改饲项目中推广使用,效果良好。
体外产气法是由Menke等[4]建立的一种传统评价青粗饲料的方法,具有良好的实践应用效果。体外产气法通过测定体外产气量、营养物质降解率和发酵参数评估饲料营养价值。路乐平等[5]通过体外产气法比较不同混合比例的全株藜麦和全株玉米青贮品质后发现,当其比例为90∶10时,其产气发酵和营养品质综合效果最好。夏洪泽等[6]利用体外产气法评价了不同分级指数玉米青贮-苜蓿干草组合发酵特性,发现了更能优化瘤胃环境、提高2种粗饲料消化率的最佳组合。本试验旨在利用体外产气法探究不同CSQS等级的全株玉米青贮瘤胃产气参数、营养物质降解率和发酵参数,为CSQS在奶牛生产中的实际应用提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 青贮饲料样品选取

在全国粮改饲试点省区采集全株玉米青贮饲料,按照Tharangani等[3]的方法进行CSQS分级,各级全株玉米青贮饲料品质见表1。从分级后的样品库中每个等级随机抽取5个样品,共25个样品,置于65 ℃烘箱烘48 h,回潮12 h后粉碎过1 mm筛网,装入自封袋置干燥器中待测。
表1 全株玉米青贮饲料品质

Table 1 Quality of whole corn silage feed

项目
Items		 一级
Grade 1		 二级
Grade 2		 三级
Grade 3		 四级
Grade 4		 五级
Grade 5		 SEM P值
P-value
干物质DM/% 33.89a 31.23ab 30.33ab 29.11b 23.57c 0.93 <0.01
粗蛋白质CP/% DM 8.62 8.56 10.93 9.56 9.42 0.14 0.58
酸性洗涤纤维ADF/% DM 19.34a 21.27b 24.08c 26.08d 28.99e 0.70 <0.01
中性洗涤纤维NDF/% DM 32.49a 35.17b 39.32c 41.75d 46.28e 1.02 <0.01
淀粉Starch/% DM 37.57a 33.47b 28.65c 24.90d 19.14e 1.29 <0.01
粗脂肪EE/% DM 4.56a 4.17a 3.38b 3.71ab 2.49c 0.08 0.02
粗灰分Ash/% DM 5.04d 5.99c 6.45bc 6.83b 7.66a 0.17 <0.01
pH 3.70c 9.91bc 4.01b 3.98b 4.26a 0.05 0.03
氨NH3/% CP 10.86 9.96 10.03 9.56 9.42 0.37 0.56
乳酸LA/% 4.56 4.17 3.38 3.17 2.49 0.19 0.07
乙酸AA/% 3.02 2.01 2.88 2.35 2.78 0.16 0.17
丙酸PA/% 0.39 0.33 0.37 0.37 0.38 0.02 0.88

同行数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05),相同或无字母表示差异不显著(P>0.05)。下表同。

In the same row, values with different small letter superscripts mean significant difference (P<0.05), while with the same or no letter superscripts mean no significant difference (P>0.05). The same as below.

1.2 瘤胃液的采集及缓冲液的配制

试验所用缓冲液依照Menke等[4]的方法配制,配制后持续通入二氧化碳(CO2),至pH为6.8~7.0,并于39 ℃水浴中保存备用。
在中国农业科学院北京畜牧兽医研究所昌平基地选取3头泌乳日龄为(137±37) d、体重为(550±50) kg、产奶量为(25.3±2.8) kg的3胎装有永久瘘管的健康荷斯坦奶牛。于试验当天晨饲前1 h通过瘤胃瘘管采集瘤胃液并装于预热(39 ℃)且充满CO2的保温瓶后迅速带回实验室,4层医用纱布过滤后(同时持续通入CO2)立即用于试验。

1.3 试验设计

采用完全随机试验设计,每个CSQS等级全株玉米青贮测定5个样品,每个样品测定6个平行样。

1.4 体外产气培养方法

采用中国农业大学研制的“AGRS-Ⅲ型64通路微生物发酵微量产气全自动记录装置与软件系统”进行体外产气培养[7]。用天平准确称取0.5 g青贮样品于150 mL厌氧发酵瓶中。将发酵瓶放于39 ℃恒温箱中预热,每个瓶中加入缓冲液50 mL和经4层纱布过滤的新鲜瘤胃液25 mL,并通入CO2 5 s,立即加上瓶塞,与产气装置对应的传感器连接,整个过程置于39 ℃水浴中进行,39 ℃连续培养30 h。

1.5 体外产气培养产物的处理

培养30 h后终止发酵,立即用Seven GoTM型精密pH计测定发酵液的pH。经过滤后,取滤液10 mL分置于2个10 mL离心管中,每个离心管收集5 mL,分别加入1 mL偏磷酸溶液于-20 ℃下冷冻保存,用于测定挥发性脂肪酸(VFA)及氨态氮(NH3-N)含量。收集全部滤渣,用于干物质降解率(IVDMD)、中性洗涤纤维降解率(IVNDFD)及酸性洗涤纤维降解率(IVADFD)测定。

1.6 体外产气培养产物测定

采用靛酚比色法[8]测定发酵液中NH3-N含量,取5 mL已添加偏磷酸的发酵液,3 000×g离心10 min,取上清液进行前处理,用氯化铵作为标准品配制标准液,使用酶标仪(Thermo Electron Varioskan Flash,美国)在550 nm条件下测定标准液及发酵液的光密度值,并根据标准曲线和光密度值计算出NH3-N含量;VFA含量利用气相色谱法测定,取2 mL发酵液,150 000×g离心10 min,用微量注射器取上清液1 μL,注入气相色谱仪(Agilent 6890N GC system,美国)[9],得到气相色谱图,发酵液中VFA含量采用峰面积外标法计算;分别参照GB 6435—1986、GB/T 20806—2006及NY/T 1459—2007的方法测定底物和发酵残渣中干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)及酸性洗涤纤维(ADF)含量。
IVDMD、IVNDFD、IVADFD的计算公式如下:
IVDMD(%)=100×[发酵前底物重(g)-发酵后残留底物重(g)]/发酵前底物重(g);
IVNDFD(%)=100×(发酵前底物NDF含量-发酵后残留底物NDF含量)/发酵前底物NDF含量;
IVADFD(%)=100×(发酵前底物ADF含量-发酵后残留底物ADF含量)/发酵前底物ADF含量。

1.7 产气参数计算

根据以下动态发酵模型,采用SAS 9.4软件计算动态产气参数,计算公式如下:
GPt=B×(1-e-ct)。
式中:GPt代表t时间点0.5 g发酵底物的产气量(mL);B代表0.5 g发酵底物30 h理论最大产气量(mL);c代表产气速率(mL/h);t代表体外发酵时间(h)。

1.8 统计分析

采用SAS 9.4软件MIXED模块进行统计学检验,统计模型中包含发酵瓶的随机因素和试验处理的固定因素,并对处理用多项式矩阵(polynomial contrast)检验了线性、二次曲线的显著性。变量的统计结果均以最小二乘均数形式列表,显著水平为P<0.05,有显著趋势水平为0.05≤P<0.10。

2 结果与分析

2.1 不同CSQS等级全株玉米青贮的体外发酵产气参数

由表2可知,不同CSQS等级全株玉米青贮30 h累积产气量有差异显著的趋势(P=0.06)。不同CSQS等级全株玉米青贮理论最大产气量随着等级的升高而降低,其中一级全株玉米青贮理论最大产气显著高于三级、四级和五级(P<0.05),二级、三级和四级显著高于五级(P<0.05)。不同CSQS等级全株玉米青贮产气速率无显著差异(P>0.05)。随着CSQS等级升高,30 h累积产气量和理论最大产气量均呈线性降低(P<0.05)。
表2 不同CSQS等级全株玉米青贮对体外发酵产气参数的影响

Table 2 Effects of whole-plant corn silage with different CSQS grades on gas production parameters of in vitro fermentation

项目
Items		 等级Grades SEM P值P-value
一 二 三 四 五 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
30 h累积产气量
30 h cumulated gas
production/mL		 51.43 48.79 46.56 42.71 43.05 1.17 0.06 <0.01 0.80
理论最大产气量
Predicted maximum gas
production/mL		 123.70a 115.01ab 98.63b 95.56b 80.84c 4.27 <0.01 <0.01 0.69
产气速率
Rate of gas
production/(mL/h)		 0.15 0.15 0.14 0.13 0.13 0.01 0.94 0.97 0.98

2.2 不同CSQS等级全株玉米青贮的营养物质降解率

由表3可知,全株玉米青贮IVDMD随着等级的升高而降低,其中一级、二级全株玉米青贮IVDMD显著高于四级、五级(P<0.05),三级和四级显著高于五级(P<0.05)。不同CSQS等级全株玉米青贮IVNDFD有差异显著的趋势(P=0.07),一级全株玉米青贮IVNDFD高于四级、五级。不同CSQS等级全株玉米青贮IVADFD有显著差异的趋势(P=0.05),一级全株玉米青贮IVADFD高于四级。随着CSQS等级的升高,全株玉米青贮IVDMD、IVADFD和IVNDFD呈线性降低(P<0.05)。
表3 不同CSQS等级全株玉米青贮对营养物质降解率的影响

Table 3 Effects of whole-plant corn silage with different CSQS grades on degradation rate of nutrients %

项目
Items		 等级Grades SEM P值P-value
一 二 三 四 五 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
干物质降解率IVDMD 47.89a 47.31a 45.25ab 41.03bc 39.72c 0.72 <0.01 <0.01 0.21
中性洗涤纤维降解率IVNDFD 47.68 43.26 43.81 39.14 40.80 1.01 0.07 <0.01 0.95
酸性洗涤纤维降解率IVADFD 31.05 27.82 25.41 27.44 20.42 1.08 0.05 0.03 0.74

2.3 不同CSQS等级全株玉米青贮的瘤胃发酵参数

由表4可知,不同CSQS等级全株玉米青贮的pH及乙酸和丙酸含量均无显著差异(P>0.05)。全株玉米青贮的NH3-N含量随等级的升高而增加,其中一级、二级全株玉米青贮NH3-N含量显著低于三级、四级和五级(P<0.05)。总VFA、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸含量随等级的升高而降低,一级全株玉米青贮总VFA、乙酸、丙酸、异丁酸、异戊酸含量显著高于其他等级(P<0.05)。随着CSQS等级的升高,全株玉米青贮总VFA、乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸含量呈线性降低(P<0.05),NH3-N含量呈线性增加趋势(P=0.06)。
表4 不同CSQS等级全株玉米青贮对瘤胃发酵参数的影响

Table 4 Effects of whole-plant corn silage with different CSQS grades on rumen fermentation parameters

项目
Items		 等级Grades SEM P值P-value
一 二 三 四 五 处理
Treatment		 线性
Linear		 二次
Quadratic
pH 6.07 6.05 6.10 6.15 6.23 0.04 0.68 0.50 0.69
氨态氮NH3-N/(mg/dL) 25.04a 25.89ab 27.72c 27.43c 28.34c 0.36 0.03 0.06 0.61
总挥发性脂肪酸Total VFA/(mmol/L) 95.17a 82.83b 71.37c 65.43c 63.52c 2.10 <0.01 <0.01 0.43
乙酸Acetate/(mmol/L) 55.25a 47.22b 40.10bc 36.20c 35.18c 1.37 <0.01 <0.01 0.44
丙酸Propionate/(mmol/L) 16.80a 14.37b 11.91c 11.61c 11.09c 0.37 <0.01 <0.01 0.14
丁酸Butyrate/(mmol/L) 14.49a 13.15ab 11.52bc 10.02cd 9.69d 0.32 <0.01 <0.01 0.89
异丁酸Isobutyric acid/(mmol/L) 2.89a 2.77b 2.70bc 2.69c 2.63c 0.02 <0.01 <0.01 0.20
异戊酸Isovaleric acid/(mmol/L) 2.88a 2.64b 2.58bc 2.44c 2.48bc 0.03 <0.01 <0.01 0.40
乙酸/丙酸Acetate/propionate 3.10 2.99 3.14 3.03 3.20 0.07 0.37 0.32 0.32

3 讨论

3.1 不同CSQS等级全株玉米青贮对体外发酵30 h产气量的影响

产气量是反映饲料总体发酵程度的重要指标,取决于饲料中可发酵碳水化合物的含量和瘤胃微生物的活性[10]。饲料中可发酵碳水化合物含量受原料本身的营养特性影响,而瘤胃微生物活性与瘤胃能氮平衡有关,即瘤胃中碳水化合物的发酵和蛋白质降解速率的同步及协调程度,影响瘤胃微生物活性,导致产气量的变化[11]。张文佳[12]研究表明,产气量受粗蛋白质含量影响较大,产气量随着粗蛋白质含量的增高而提高。汤少勋等[13]研究表明,中性洗涤纤维可溶物中非结构性碳水化合物是体外产气量的主要来源,粗蛋白质可以为微生物生长繁殖提供氮源。在本试验中,一、二级全株玉米青贮的产气量最高,随着等级逐渐降低,产气量越来越小,可能是由于一、二级全株玉米青贮含有较高的可发酵碳水化合物和粗蛋白质,可以提供给微生物更多的生长所需氮源,随着等级增大,可发酵底物及粗蛋白质含量越低,进而导致其产气量随之降低。产气量结果可以从所用样品化学组成得到解释,随着CSQS等级的升高,玉米青贮的样品中干物质和淀粉含量逐渐降低,NDF和ADF含量逐渐增加。

3.2 不同CSQS等级全株玉米青贮对体外发酵参数的影响

IVDMD和IVNDFD是评价粗饲料营养价值的重要指标。干物质降解率反映了体外发酵时底物中有机物的降解效果,降解率越高,全株玉米青贮的可利用程度越高[14]。底物中纤维素的含量也对瘤胃降解率特性研究具有较高的利用价值[15]。本试验中,一、二级全株玉米青贮IVDMD显著高于四、五级,一级全株玉米青贮IVNDFD显著高于四级、五级,各等级全株玉米青贮之间的IVDMD具有显著性差异,随着其等级增大,IVDMD、IVNDFD和IVADFD逐渐降低。原因可能是一、二级全株玉米青贮含有较多的有机物及NDF在发酵时提供了底物与能量,从而使其达到了较好的降解效果[16]。
瘤胃pH是反映瘤胃发酵程度及模式的重要指标,对瘤胃发酵产物和瘤胃功能有重要影响,也是瘤胃生理状况的最直接表现,且与饲粮营养成分密切相关[17-18],可综合反映瘤胃微生物活动,也可反映有机酸生成状况[19]。根据李新等[20]研究表明,反刍动物瘤胃液的pH正常变化范围为5.5~7.5,本研究中pH均在正常变化范围内,且无显著性差异。
瘤胃微生物所需要的主要氮源由饲料中蛋白质分解产生的NH3-N提供,而NH3-N含量是限制微生物蛋白合成的重要因素,其含量过高会限制微生物生长并造成氮源的浪费,过低会降低瘤胃微生物活性[21]。研究表明,瘤胃微生物生长所需的适宜NH3-N含量为6.3~27.5 mg/dL[22-23]。NH3-N为约80%的瘤胃细菌提供生长所需氮源,瘤胃原虫可以产生NH3-N,但无法利用NH3-N合成蛋白质[24]。在体外培养过程中,饲粮中含氮化合物和碳水化合物降解的同步性决定着瘤胃NH3-N的含量[25]。Fox等[26]研究表明,NH3-N含量低表明反刍动物对碳水化合物的利用效率高。张立涛等[27]在试验中也表明,随着饲粮在降解过程中对氮的同步释放量的提高,碳水化合物的利用率随之升高,NH3-N含量随之降低。本试验中,一级、二级、三级、四级全株玉米青贮的NH3-N含量均在正常范围内,五级全株玉米青贮NH3-N含量较高,为28.34 mg/dL,且一级、二级全株玉米青贮的NH3-N含量显著低于其他各级,说明一级、二级全株玉米青贮碳水化合物的利用效率高于其他各等级全株玉米青贮。
VFA是饲粮中碳水化合物在瘤胃中发酵的主要产物,是反刍动物能量的主要来源,其含量和组成比例反映了瘤胃的消化代谢情况[28]。乙酸是反刍动物机体合成乳脂的主要成分,丙酸是糖异生的主要底物通过肝脏参与乳中乳糖的合成[29],乙酸/丙酸能准确反映瘤胃发酵类型及牛奶乳脂率的变化,可对奶牛的生产性能和牛奶组成进行预测[30]。本试验中,乙酸和丙酸含量随着全株玉米青贮等级的升高而降低,表明瘤胃对营养物质的降解性变差。

4 结论

① 随着CSQS等级的升高,全株玉米青贮的体外发酵30 h累积产气量呈线性降低;IVDMD、IVNDFD、IVADFD呈线性降低;乙酸和丙酸含量呈线性减少;NH3-N含量呈线性增加趋势。
② CSQS等级越高,全株玉米青贮的质量越低,其营养品质越差,饲用价值越低。

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