动物营养学报 >

2024 , Vol. 36 >Issue 11: 7185 - 7195

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.612

研究论文

纤维素分解菌与同质型乳酸菌联合接种对青贮玉米发酵品质、有氧稳定性、酶活性和瘤胃降解率的影响

  • 李双明 , 1 ,
  • 张力 2 ,
  • 闫云峰 1, 3 ,
  • 王旭哲 1 ,
  • 张凡凡 , 1, * ,
  • 马春晖 , 1, *
展开
  • 1 石河子大学动物科技学院,石河子 832000
  • 2 新疆农垦科学院作物研究所,石河子 832000
  • 3 晋州市职业技术教育中心,晋州 052260
* 张凡凡,教授,硕士生导师,E-mail: ;
马春晖,教授,博士生导师,E-mail:

李双明(1999—),男,回族,湖北恩施人,硕士研究生,研究方向为饲草生产与加工。E-mail:

Copy editor: 武海龙

收稿日期: 2024-05-18

  网络出版日期: 2024-11-09

基金资助

国家牧草产业技术体系项目(CARS-34)

国家自然科学基金项目(31460637)

新疆生产建设兵团科技特派员创新创业计划项目(2022CB022)

收起

Effects of Co-Inoculation of Cellulose Decomposition Bacteria and Homogenous Lactic Acid Bacteria on Fermentation Quality, Aerobic Stability, Enzyme Activity and Ruminal Degradability of Silage Maize

  • LI Shuangming , 1 ,
  • ZHANG Li 2 ,
  • YAN Yunfeng 1, 3 ,
  • WANG Xuzhe 1 ,
  • ZHANG Fanfan , 1, * ,
  • MA Chunhui , 1, *
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Shihezi University, Shihezi 832000, China
  • 2 Crop Research Institute of Xinjiang Academy, Agricultural Reclamation Sciences, Shihezi 832000, China
  • 3 Jinzhou Vocational and Technical Education Center, Jinzhou 052260, China
* ZHANG Fanfan, professor, E-mail: ;
MA Chunhui, professor, E-mail:

Received date: 2024-05-18

  Online published: 2024-11-09

Fold

摘要

本研究旨在探究纤维素分解菌(CDB)与同质型乳酸菌联合接种对青贮玉米发酵品质、有氧稳定性、酶活性和瘤胃降解率的影响。试验采用真空袋法调制全株青贮玉米,设计3个处理,CK处理仅添加去离子水;LP处理混合接种植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)和戊糖片球菌(Pediococcus acidilactici)(1∶1,质量比),接种量共计5×105 CFU/g FM;TX处理在LP处理的基础上接种CDB,CDB中黑曲霉菌(Aspergillus niger)、绿色木霉菌(Trichoderma viride)、枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)比例为2∶1∶1(质量比),添加量为0.3%。对发酵结束后青贮玉米的营养品质、主要微生物数量、有氧稳定性、酶活性及瘤胃降解率进行分析。结果表明: 1)TX处理的pH和乳酸(LA)、淀粉含量及霉菌数量显著高于CK和LP处理(P<0.05)。LP处理的乙酸(AA)含量显著低于CK和TX处理(P<0.05)。CK处理的干物质(DM)含量显著低于LP和TX处理(P<0.05)。TX处理的中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量均显著低于CK和LP处理(P<0.05)。2)开袋5 d时,TX处理的pH、有害微生物(酵母菌、霉菌)数量显著高于LP和CK处理(P<0.05)。CK处理的二氧化碳(CO2)产气量显著高于LP和TX处理(P<0.05)。CK和LP处理的有氧稳定时间显著高于TX处理(P<0.05)。3)发酵10、35 d时,TX处理的半纤维素酶活性显著高于CK处理(P<0.05)。发酵60 d时,各处理淀粉酶活性按高低排序为LP处理>TX处理>CK处理(P<0.05)。4)降解72 h时,LP处理的酸性洗涤纤维降解率(ADFD)显著高于CK处理(P<0.05),CK处理的有机物降解率(OMD)显著高于LP和TX处理(P<0.05)。5)CK和TX处理的有机物快速降解部分、慢速降解部分和潜在降解部分均显著高于LP处理(P<0.05)。综上所述,CDB与同质型乳酸菌联合接种提高了青贮玉米的有机酸含量和营养品质,提高了发酵过程中半纤维素酶和淀粉酶活性以及有机物降解率。

关键词： 青贮玉米; 微生物; 发酵品质; 有氧稳定性; 酶活性; 瘤胃降解

本文引用格式

李双明 , 张力 , 闫云峰 , 王旭哲 , 张凡凡 , 马春晖 . 纤维素分解菌与同质型乳酸菌联合接种对青贮玉米发酵品质、有氧稳定性、酶活性和瘤胃降解率的影响[J]. 动物营养学报, 2024 , 36(11) : 7185 -7195 . DOI: 10.12418/CJAN2024.612

Abstract

The aim of this study was to investigate the effects of co-inoculation of cellulose decomposition bacteria (CDB) and homogeneous lactic acid bacteria on fermentation quality, aerobic stability, enzyme activity and rumen degradability of silage maize. The whole silage maize was prepared by vacuum bag method, and design three experimental treatments, CK treatment was added only deionized water; LP treatment was mixed inoculate Lactiplantibacillus plantarum and Pediococcus acidilactici (1∶1, mass ratio), with a total inoculation amount of 5×105 CFU/g FM; TX treatment was inoculated CDB on the basis of LP treatment, the ratio of Aspergillus Niger, Trichoderma viride and Bacillus subtilis in CDB was 2∶1∶1 (mass ratio), and the additive amount was 0.3%. At the end of fermentation, the nutritional quality, main microbial quantity, aerobic stability, enzyme activity and rumen degradability of silage maize were analyzed. The results showed as follows: 1) the pH, lactic acid (LA) and starch contents and mold quantity of TX treatment were significantly higher than those of CK and LP treatments (P<0.05). The acetic acid (AA) content of LP treatment was significantly lower than that of CK and TX treatments (P<0.05). The dry matter (DM) content of CK treatment was significantly lower than that of LP and TX treatments (P<0.05). The neutral detergent fiber (NDF) and acidic detergent fiber (ADF) contents of TX treatment were significantly lower than those of CK and LP treatment (P<0.05). 2) On opened bag 5 days, the pH and harmful microbial (yeast and mold) quantity of TX treatment were significantly higher than those of LP and CK treatments (P<0.05). The carbon dioxide (CO2) gas production of CK treatment was significantly higher than that of LP and TX treatments (P<0.05). The aerobic stability of CK and LP treatments was significantly higher than that of TX treatment (P<0.05). 3) On fermentation 10 and 35 days, the hemicellulase activity of TX treatment was significantly higher than that of CK treatment (P<0.05). On fermentation 60 days, the amylase activity of each treatment was ranked as LP treatment >TX treatment >CK treatment (P<0.05). 4) On degradation 72 hours, the acid detergent fiber degradability (ADFD) of LP treatment was significantly higher than that of CK treatment (P<0.05), and the organic matter degradability (OMD) of CK treatment was significantly higher than that of LP and TX treatments (P<0.05). 5) The rapid degradation fraction, slow degradation fraction and potential degradation fraction of organic matter of CK and TX treatments were significantly higher than those of LP treatment (P<0.05). In conclusion, the co-inoculation of CDB and homogeneous lactic acid bacteria improve the organic acid content and nutritional quality of silage maize, and improve the hemicellulase and amylase activities and organic matter degradability during fermentation process.

Key words： silage maize; microorganisms; fermentation quality; aerobic stability; enzyme activity; rumen degradation

青贮玉米作为反刍动物的基础饲料,其优良的发酵品质、良好的发酵特性及适口性,使其成为当今世界最重要的反刍动物青贮饲料来源之一[1]。目前,在调制青贮时添加微生物制剂是提高青贮饲料发酵品质的重要方法[2-3]。微生物制剂一般是指用于青贮饲料的一类微生物添加剂,其中以乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)制剂为主,其主要是在发酵过程中建立优势地位,利用底物营养物质产生乳酸(LA)、乙酸(AA)等有机酸,降低发酵体系pH,以抑制其他有害微生物生长,最终有效减少青贮饲料的营养损失[4]。LAB根据其利用糖途径的不同,可分为同质型和异质型LAB[2],其中,接种同质型LAB,如植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)或戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)等,可在发酵早期快速利用发酵底物产生LA,使发酵体系快速进入酸性环境,从而降低青贮饲料各类营养物质的损失,进而改善青贮品质[5⇓-7];而接种异质型LAB,则会消耗更多可溶性碳水化合物(WSC)[1],产生AA,提高青贮饲料的有氧稳定性,减少二次发酵[8-9]。
为了畜牧业的高质量发展,高品质青贮饲料的供给至关重要。由于玉米粗纤维含量较高,在青贮时仅添加单一的LAB制剂难以有效降低粗纤维含量,反刍动物对其消化利用率低,因此诸多学者将LAB制剂与多菌种联合进行接种,其主要目的是利用菌种间的交互作用,达到进一步改善饲料品质的目标。纤维素分解菌(cellulose decomposition bacteria,CDB)是一类具有纤维降解能力的微生物群,其可通过降解青贮原料中难以消化吸收的纤维素、半纤维素等物质,将其转化为单糖或寡糖,以增加发酵底物营养,促进LAB发酵,进而提高饲料利用率及动物生产性能[10-11]。目前,常见的具有产胞外纤维降解酶的CDB主要有枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)、绿色木霉(Trichoderma viride)、黑曲霉(Aspergillus niger)等[12-13]。其中,枯草芽孢杆菌可减少病原微生物在肠道的生长,保护肠道绒毛,提高饲料的消化和吸收。黑曲霉可降低仔猪腹泻,提高饲料消化率[11]。此外,上述菌种经诸多学者验证,其产酶能力强、安全可靠,可单独或联合接种到青贮发酵中[12]。理论上看,这3类菌种均属好氧微生物,可加快发酵前期的氧气消耗,使得发酵体系更快进入厌氧环境,并且具有降解纤维的特性,但与同质型LAB的协同作用尚不明确。鉴于此,本研究在青贮玉米发酵过程中接种同质型LAB和CDB,探究不同菌种组合对青贮玉米发酵品质、有氧稳定性、酶活性和瘤胃降解率的影响,为复合微生物菌剂的开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选择新饲玉10号玉米(新疆农垦科学院作物研究所提供),于2022年种植于新疆农垦科学院玉米种植基地(N44°20',E88°30',海拔420 m)。当地属于温带大陆性干旱气候,年日照时间为2 722~2 809 h,年降水量为179~272 mm,年平均气温7.4~8.1 ℃。玉米籽粒乳线超过2/3时全株刈割,用粉碎机粉碎至2~3 cm,调制青贮。
试验所用CDB购自中国农业微生物菌种保藏管理中心(ACCC),同质型LAB购自中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)。CDB为绿色木霉ACCC 30595、黑曲霉ACCC 30134和枯草芽孢杆菌ACCC 19374,同质型LAB为植物乳杆菌ACCC 11016和戊糖片球菌ACCC 05481。

1.2 试验设计

菌株经活化后采用平板计数法确定其数量[14]。试验设置3个处理,CK处理仅添加去离子水;LP处理混合接种植物乳杆菌和戊糖片球菌接种比例为1∶1(质量比),接种量共计5×105 CFU/g FM;TX处理在LP处理的基础上接种CDB,CDB中黑曲霉菌、绿色木霉菌、枯草芽孢杆菌比例为2∶1∶1(质量比),添加量为0.3%,添加量与比例已在实验室理论情况下验证[12]。各处理混匀后每袋称取2.0 kg玉米装入青贮发酵袋抽真空,每个处理3个重复,每个重复18袋,共计发酵54袋,室温条件下发酵60 d,期间(0、5、10、25、35、60 d)测定酶活性,60 d时测定发酵品质、主要微生物数量及瘤胃降解率。开袋后有氧暴露5 d,期间(开袋后2、5 d)测定酶活性、主要微生物数量及有氧稳定性。
瘤胃降解率和降解参数采用尼龙袋法[15]测定。试验在石河子大学动物科技学院兽医站进行,挑选4只体况良好的瘘管绵羊,体重(35±1) kg,饲粮组成为200 g精料(玉米51.0%、麸皮24.0%、添加剂2.0%、豆粕18.0%、食盐1.0%、尿素1.5%、碳酸氢钙2.5%)和2 kg青贮玉米,每天08:00和18:00各饲喂1次,试验期间自由活动与饮水。精准称取样品3 g(过40目筛),放入尼龙袋(规格5 cm×8 cm,孔径40~50 μm,)中,测定12、24、36、48、72 h的各营养物质降解率。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 营养成分测定

将取出的样品放置在105 ℃下2 h,再转入65 ℃下至恒重,计算干物质(DM)含量。随后粉碎,过0.42 mm筛,用于测定营养成分。营养成分包括粗蛋白质(CP)、可溶性碳水化合物(WSC)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、粗脂肪(EE)、淀粉。其中,CP含量使用自动凯氏定氮仪测定,WSC含量采用蒽酮-比色法[16]测定,NDF和ADF含量使用全自动纤维分析仪测定,EE含量采用全自动脂肪分析仪测定,淀粉含量采用酶水解法[17]测定。

1.3.2 发酵指标测定

取10 g青贮饲料鲜样置于250 mL锥形瓶中,加入90 mL蒸馏水,用玻璃棒摇匀后用保鲜膜封口,放置在4 ℃冰箱24 h后取出,立即使用pH计测定pH。将浸提液经纱布过滤后,在离心机内12 800×g离心10 min,用于检测氨态氮(NH3-N)和有机酸[LA、AA、丙酸(PA)、丁酸(BA)]含量,NH3-N含量采用苯酚-次氯酸比色法[16]测定,有机酸含量采用高效液相色谱法[18]检测。

1.3.3 微生物指标测定

主要微生物测定好氧细菌(AB)、LAB、酵母菌(yeast)、霉菌(mold)数量,其中,LAB和酵母菌分别采用MRS培养基和MEA培养基,37 ℃厌氧培养48 h;好氧细菌和霉菌采用PCA培养基和SCDA培养基,28 ℃好氧培养48 h。培养结束后进行平板计数,计算主要微生物数量[14]。

1.3.4 有氧稳定性测定

取发酵60 d青贮玉米样品1.5 kg,有氧条件下测定其温度变化和二氧化碳(CO2)产气量。其中,温度采用多点式温度记录仪测定,将温度计探头放入放置于发酵袋中心,当温度升高2 ℃时,说明青贮饲料开始腐败变质[19];CO2产气量采用Ashbell等[20]的方法测定,产气装置置于30 ℃的恒温培养箱内。

1.3.5 酶活性测定

测定发酵过程中和开袋后不同时间点的酶(纤维素酶、半纤维素酶和淀粉酶)活性,其中纤维素酶活性参照杨洁等[21]的方法测定,半纤维素酶和淀粉酶活性均采用二硝基水杨酸(DNS)法[22-23]测定。

1.3.6 瘤胃降解率和降解参数测定

测定发酵60 d的青贮样品在瘤胃中不同时间点的中性洗涤纤维降解率(NDFD)、干物质降解率(DMD)、有机物降解率(OMD)和酸性洗涤纤维降解率(ADFD)。其中,DM、NDF和ADF含量的测定方法同营养指标测定,OM含量采用灰化法测定[24]。瘤胃降解参数参照Ørskov等[25]的公式计算:
A=[(B-C)/B]×100;
P=[a+b(1-e-ct)]×100;
D=[a+(b×c)/(k+c)]×100。
式中:A为某时间待测指标的瘤胃降解率(%);B为待测指标的含量(g);C为待测指标残留的含量(g);P为待测指标瘤胃内停留时间t小时的降解率(%);a为快速降解部分(%);b为慢速降解部分(%);a+b为潜在降解部分(%);c为慢速降解部分的降解速率(%/h);D为待测指标的有效降解率;k为待测指标瘤胃外流速度(%/h),k值取1.8%/h。

1.4 数据统计与分析

所有试验数据使用Excel 2021整理,采用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),采用Duncan氏法进行多重比较,使用Origin 2022作图软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 接种不同菌剂对青贮玉米发酵品质和微生物数量的影响

由表1可见,TX处理的pH和LA、淀粉含量以及霉菌数量显著高于CK和LP处理(P<0.05)。LP和TX处理的WSC含量均显著低于CK处理(P<0.05),但DM含量显著高于CK处理(P<0.05)。CK和TX处理的AA含量显著高于LP处理(P<0.05)。TX处理的NDF和ADF含量均显著低于CK和LP处理(P<0.05)。LP处理的EE含量显著低于TX处理(P<0.05)。
表1 接种不同菌剂对青贮玉米发酵品质和微生物数量的影响

Table 1 Effects of inoculating different bacterial agents on fermentation quality and microbial quantity of silage maize

项目
Items		 原料
Raw material		 处理Treatments SEM P值
P-value
CK LP TX
pH 5.33 4.09b 4.10b 4.30a 0.02 <0.001
乳酸LA/% DM 0.61 1.97b 2.06b 2.87a 0.06 <0.001
乙酸AA/% DM 0.20 2.54a 2.30b 2.64a 0.16 0.012
丙酸PA/% DM ND ND ND ND ND
丁酸BA/% DM ND ND ND ND ND
氨态氮/总氮NH3-N/TN 0.016 0.166 0.174 0.161 0.26 0.145
干物质DM/% 42.27 33.86b 36.35a 35.91a 0.26 <0.001
可溶性碳水化合物WSC/% DM 22.01 5.49a 4.88b 4.80b 0.21 0.005
粗蛋白质CP/% DM 7.31 7.05 7.01 7.02 0.02 0.661
淀粉Starch/% DM 27.73 21.78b 21.55b 23.98a 0.27 <0.001
中性洗涤纤维NDF/% DM 50.09 45.87a 44.65a 41.75b 0.32 <0.001
酸性洗涤纤维ADF/% DM 29.14 27.53a 26.86a 23.21b 0.26 <0.001
粗脂肪EE/% DM 6.68 8.01ab 7.35b 8.33a 0.12 <0.001
好氧细菌AB/[lg(CFU/g FM)] 8.19 7.40 6.58 7.30 0.20 0.216
乳酸菌LAB/[lg(CFU/g FM)] 8.44 6.89 7.27 7.69 0.19 0.619
酵母菌Yeast/[lg(CFU/g FM)] 6.10 2.46 2.98 3.37 0.17 0.302
霉菌Mold/[lg(CFU/g FM)] 5.77 3.16c 3.94b 5.35a 0.14 <0.001

原料不进行比较。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)。ND为未检测出。下表同。

The raw material was not compared. 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). ND was not detected. The same as below.

2.2 接种不同菌剂对青贮玉米有氧稳定性的影响

由表2可见,开袋5 d时,TX处理的有氧稳定性显著低于CK和LP处理(P<0.05),TX处理的pH及霉菌、酵母菌数量显著高于CK和LP处理(P<0.05),LP和TX处理的CO2产气量显著低于CK处理(P<0.05)。
表2 接种不同菌剂对青贮玉米有氧稳定性的影响

Table 2 Effects of inoculating different bacterial agents on aerobic stability of silage maize

项目
Items		 处理Treatments SEM P值
P-value
CK LP TX
pH 4.37b 4.25b 4.84a 0.01 <0.001
有氧稳定性Aerobic stability/h 195.58a 196.21a 141.79b 34.57 0.014
好氧细菌AB/[lg(CFU/g FM)] 7.45 7.60 7.70 0.15 0.714
乳酸菌LAB/[lg(CFU/g FM)] 7.60 7.31 7.85 0.16 0.748
酵母菌Yeast/[lg(CFU/g FM)] 6.72b 6.92b 7.59a 0.11 0.013
霉菌Mold/[lg(CFU/g FM)] 3.54b 4.08b 4.95a 0.04 0.016
二氧化碳产气量CO2 gas production/(g/kg DM) 5.22a 2.43b 1.48b 0.13 0.010

2.3 接种不同菌剂对青贮玉米酶活性的影响

由图1-A可见,不同时间点,各处理之间纤维素酶活性差异不显著(P>0.05)。
图1 接种不同菌剂对青贮玉米酶活性的影响

相同时间数据标相同小写字母表示差异不显著(P>0.05),不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。下图同。

Fig.1 Effects of inoculating different bacterial agents on enzyme activities of silage maize

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

由图1-B可见,青贮玉米发酵5和60 d时,CK和LP处理的半纤维素酶活性显著高于TX处理(P<0.05);发酵10 d时,TX处理的半纤维素酶活性显著高于CK和LP处理(P<0.05);发酵25 d时和开袋后2 d时,CK处理的半纤维素酶活性显著高于TX处理(P<0.05);发酵35 d时,LP和TX处理的半纤维素酶活性显著高于CK处理(P<0.05);开袋后5 d时,CK处理的半纤维素酶活性显著高于LP处理(P<0.05)。
由图1-C可见,发酵10 d时,TX和LP处理的淀粉酶活性显著高于CK处理(P<0.05);发酵60 d时,各处理淀粉酶活性按大小排序为LP处理>TX处理>CK处理(P<0.05);开袋后2 d时,LP处理的淀粉酶活性显著高于CK处理(P<0.05);开袋后5 d时,LP处理的淀粉酶活性显著高于CK和TX处理(P<0.05)。

2.4 接种不同菌剂对青贮玉米瘤胃降解率的影响

由图2可见,降解36 h时,LP和TX处理的NDFD显著高于CK处理(P<0.05),LP的ADFD显著高于CK处理(P<0.05)。降解48 h时,CK处理的DMD显著高于LP和TX处理(P<0.05),CK和TX处理的OMD显著高于LP处理(P<0.05),TX处理的ADFD显著低于CK和LP处理(P<0.05)。降解72 h时,LP处理的ADFD显著高于CK处理(P<0.05),CK处理的OMD显著高于LP和TX处理(P<0.05)。
图2 接种不同菌剂对青贮玉米瘤胃降解率影响

Fig.2 Effects of inoculating different bacterial agents on rumen degradation rate of silage maize

由表3可见,LP和TX处理的DM基础含量显著高于CK处理(P<0.05)。CK和TX处理的NDF基础含量显著高于LP处理(P<0.05)。CK和LP处理的ADF基础含量显著高于TX处理(P<0.05)。CK处理的OM基础含量显著高于LP和TX处理(P<0.05),CK和TX处理的OM快速降解部分、慢速降解部分和潜在降解部分均显著高于LP处理(P<0.05)。
表3 接种不同菌剂对青贮玉米对瘤胃降解参数的影响

Table 3 Effects of inoculating different bacterial agents on rumen degradation parameters of silage maize

项目
Items		 降解参数
Degradation parameters		 处理Treatments SEM P值
P-value
CK LP TX
干物质DM 基础含量Basic content/% 33.52b 35.99a 35.55a 0.253 0.017
快速降解部分a/% 3.61 1.29 4.52 1.103 0.521
慢速降解部分b/% 55.37 47.18 64.44 5.602 0.486
潜在降解部分a+b/% 58.97 48.47 68.93 6.664 0.487
慢速降解部分的降解速率c/(%/h) 0.22 0.39 0.05 0.107 0.473
有效降解率D/% 6.06 4.64 5.07 1.329 0.917
中性洗涤纤维
NDF		 基础含量Basic content/% 45.41a 41.33b 44.20a 0.319 0.005
快速降解部分a/% 3.32 4.59 2.58 0.473 0.357
慢速降解部分b/% 64.46 95.43 67.39 5.691 0.191
潜在降解部分a+b/% 67.77 100.01 69.97 5.896 0.126
慢速降解部分的降解速率c/(%/h) 0.02 0.01 0.02 0.002 0.219
有效降解率D/% 3.58 4.81 2.85 0.460 0.339
酸性洗涤纤维
ADF		 基础含量Basic content/% 27.25a 26.59a 22.98b 0.255 0.001
快速降解部分a/% 0.03 0.28 0.21 0.049 0.261
慢速降解部分b/% 54.52 56.59 55.83 0.377 0.214
潜在降解部分a+b/% 54.55 56.86 56.02 0.417 0.218
慢速降解部分的降解速率c/(%/h) 0.10 0.11 0.07 0.009 0.398
有效降解率D/% 1.23 1.55 1.07 0.066 0.113
有机物OM 基础含量Basic content/% 90.75a 86.58b 87.33b 0.262 0.001
快速降解部分a/% 45.21a 41.83b 44.21a 0.248 0.014
慢速降解部分b/% 45.03a 41.61b 44.22a 0.278 0.034
潜在降解部分a+b/% 90.24a 83.44b 88.44a 0.520 0.024
慢速降解部分的降解速率c/(%/h) 2.06 3.51 7.14 1.225 0.354
有效降解率D/% 59.44 59.67 69.80 2.407 0.269

3 讨论

3.1 接种不同菌剂对青贮玉米发酵品质和微生物数量的影响

一般而言,pH在4.2左右即为优质青贮[1]。本研究中,TX处理的pH最高(4.30),并未达到优质青贮的标准,这可能是因为接种CDB导致青贮玉米抵御外来好氧微生物的能力减弱,最终导致pH略微升高。NH3-N和有机酸含量可以反映青贮饲料中CP和WSC转化情况,在青贮过程中微生物消耗转化底物蛋白质产出NH3-N[4]。本研究中,NH3-N和CP含量差异均不显著,这说明接种LAB和CDB后,CP依然得到较好保存。有研究表明,接种同质型LAB或与纤维素酶联合添加均可显著降低青贮饲料的pH和增加青贮饲料中有机酸含量[8,10]。本研究中,LAB和CDB联合接种后的LA和AA含量最高,这可能是由于CDB产生的多种酶将纤维素、半纤维素分解为WSC,从而提高了有机酸含量,说明LAB的产酸能力并没有因为接种CDB而受到影响[12]。TX处理的霉菌数量显著高于其他处理,这可能是由于发酵时pH降低缓慢,导致对霉菌的抑制效果变弱,另外CDB中的黑曲霉、绿色木霉也属于霉菌,也在一定程度上也增加了霉菌数量。添加LAB菌剂可有效降低DM的损失[26]。本试验中,联合接种LAB和CDB后的DM含量低于单独接种LAB,这可能是由于纤维素酶对NDF、ADF的降解导致的[10]。
CDB与LAB联合接种可降低青贮玉米NDF、ADF含量[10-11,13]。本研究中,联合接种LAB和CDB处理的NDF和ADF含量最低,这与前人的研究结果[12]一致。这主要是因为CDB产生的纤维素酶、酸性蛋白酶、果胶酶、糖化酶、木聚糖酶等多种胞外酶,特别是半纤维素酶,在酸性条件下仍具有较高活性,这些酶类物质能够将NDF和ADF分解为WSC,提高发酵体系内的底物含量和青贮玉米的营养品质[10⇓⇓-13]。本研究中,WSC和淀粉含量相较于发酵前有所降低,这是由于发酵体系中的微生物对于糖类物质的利用导致的[4]。而联合接种LAB和CDB处理的淀粉含量显著高于CK和LP处理,这可能是由于酸性环境导致淀粉酶活性降低导致的,也可能是由于枯草芽孢杆菌产生的α-淀粉酶活性较低导致[27]。各处理EE含量显著高于原料,可能是由于青贮过程中水分的散失,使得总的青贮质量下降;而TX处理的EE含量有所提高,可能是由于CDB的作用减少了脂肪的降解[28]。

3.2 接种不同菌剂对青贮玉米有氧稳定性的影响

青贮饲料开封后,在有氧暴露条件下,各类AB开始活动,利用发酵体系中的营养物质和有机酸,产生水、CO2和热量,从而导致青贮饲料变质及营养物质损失[29]。本研究中,LP和TX处理的CO2产气量最低,这可能是AA在一定程度上抑制好氧细菌的生长,使得CO2产气量更低[3]。但TX处理的有氧稳定性最低,这可能是由于接种的CDB均为好氧细菌,在开袋后作为主要好氧微生物分解底物,导致青贮变质,且均不产生CO2。以往研究表明,同质型LAB发酵对于青贮饲料的有氧稳定性较差,这是因为同质型LAB通过分解底物产生大量LA和少量AA,而LA对于维持有氧稳定性的效果较差[29-30]。霉菌、酵母菌和好氧细菌是引起青贮饲料变质的主要原因[19]。本研究中,联合接种LAB和CDB处理的霉菌和酵母菌数量最高。酵母菌数量的升高可能是因为pH上升,对酵母菌的抑制减弱[4],其次接种CDB后,发酵体系内的黑曲霉、绿色木霉和枯草芽孢杆菌数量增加,也使得青贮饲料的有氧稳定性变差。

3.3 接种不同菌剂对青贮玉米酶活性的影响

酶本质是蛋白质,其活性受温度、pH、自身浓度、底物浓度和离子强度等因素影响[12]。本研究发现,纤维素酶活性在整个发酵期间都受到抑制。这可能是由于在酸性条件下,纤维素酶活性受到抑制,其活性降低[31]。其次,CDB中的黑曲霉和绿木霉属于霉菌,而发酵体系内pH迅速降低从而抑制了各类霉菌的生长[10,13],使得CDB的产酶活性也降低。本研究中,TX处理添加CDB中含有的枯草芽孢杆菌具有产纤维素酶的特性[32],其可能未受到LAB生长和环境作用的抑制。本研究中,各处理半纤维素酶活性均在发酵过程中达到最高,这可能是因为半纤维素酶在偏酸性的条件下活性更高[33];而在开袋后5 d时半纤维素酶活性升高,这可能是由于二次发酵产热使得其活性增高。各处理的淀粉酶活性从发酵0 d开始到开袋后5 d呈现出下降趋势。其活性下降的主要原因与纤维素酶活性一样,LAB分解底物产生LA,使得环境pH降低,抑制了淀粉酶的活性[13]。

3.4 接种不同菌剂对绵羊瘤胃降解率和降解参数的影响

青贮玉米实际利用效率最直接的指标就是其瘤胃降解率[1,34],瘤胃降解率受到多种因素影响,比如原料收割时期、粉碎长度、LAB、酶制剂等影响,其中LAB和酶制剂对瘤胃降解率的影响较大[34]。青贮玉米在瘤胃的消化时间决定了其营养物质的消化率[35]。在本试验中,青贮饲料的DMD、DNFD、ADFD和OMD在瘤胃中随着时间的延长(12~72 h)逐渐升高。有研究表明,在玉米青贮和甘蔗青贮中添加纤维素酶,均不同程度提高了青贮饲料的NDF消化率[36-37],这与本试验的结果一致。瘤胃的内环境是一个极其复杂的微生物系统,各种微生物在当中发挥着不同的作用[1]。在本试验中,各处理NDF、ADF、DM和OM在瘤胃中有效降解率没有发生显著变化,可能是由于接种的菌剂只对青贮发酵品质有改善作用,对于复杂的瘤胃微生物环境影响较小。LP处理的OM在瘤胃当中的快速降解部分、慢速降解部分和潜在降解部分高于其他处理,这可能是由于LAB改变青贮饲料表面细胞微观结构,使得营养物质消化率更高[4]。

4 结论

青贮玉米中单独或联合接种同质型LAB和CDB,有利于DM和淀粉的保存,增加发酵体系中LA和AA含量,提高发酵过程中半纤维素酶和淀粉酶活性,从而降低粗纤维含量。参考国标《青贮玉米品质分级》[38],接种同质型LAB和CDB后的青贮玉米,除淀粉含量为二级,其余各指标(NDF、ADF、CP)均达到一级青贮的标准。

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