动物营养学报 >

2025 , Vol. 37 >Issue 9: 6047 - 6060

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2025.492

研究论文

稻草-木薯渣发酵裹包替代青贮玉米对水牛生长性能、养分表观消化率和粪便微生物区系的影响

  • 魏才翔 , 1, 2, 3 ,
  • 黄晓华 1, 2 ,
  • 梁煜阳 1, 2 ,
  • 冯安东 1, 2 ,
  • 顾啟超 1 ,
  • 姚毅沛 1, 2 ,
  • 文崇利 4 ,
  • 邹彩霞 , 1, 2, 3, *
展开
  • 1 广西大学动物科学技术学院,南宁 530004
  • 2 广西扶绥乳业科技小院,崇左 532100
  • 3 广西畜禽繁育与疾病防控重点实验室,南宁 530004
  • 4 广西水牛研究所,南宁 530012
* 邹彩霞,研究员,博士生导师,E-mail:

魏才翔(2001—),男,江西鄱阳人,硕士研究生,研究方向为动物营养与饲料科学。E-mail:

Office editor: 武海龙

收稿日期: 2024-12-23

  网络出版日期: 2025-09-12

基金资助

十四五国家重点研发计划项目(2022YFD1300602)

广西科技重大专项(桂科AA22068099-5)

收起

Effects of Rice Straw-Cassava Residue Fermentation Wrapping Replacing Silage Corn on Growth Performance, Nutrient Apparent Digestibility and Fecal Microbiota of Water Buffaloes

  • WEI Caixiang , 1, 2, 3 ,
  • HUANG Xiaohua 1, 2 ,
  • LIANG Yuyang 1, 2 ,
  • FENG Andong 1, 2 ,
  • GU Qichao 1 ,
  • YAO Yipei 1, 2 ,
  • WEN Chongli 4 ,
  • ZOU Caixia , 1, 2, 3, *
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Guangxi University, Nanning 530004, China
  • 2 Science and Technology Backyard of Guangxi Fusui Dairy Industry, Chongzuo 532100, China
  • 3 Guangxi Key Laboratory of Animal Breeding, Disease Control and Prevention, Nanning 530004, China
  • 4 Guangxi Buffalo Research Institute, Nanning 530012, China
* professor, E-mail:

Received date: 2024-12-23

  Online published: 2025-09-12

Fold

摘要

本试验皆在研究稻草-木薯渣发酵裹包(RS-CRFW)替代青贮玉米对水牛生长性能、养分表观消化率和粪便微生物区系的影响。选取15~18月龄、平均体重为(319.32±24.28) kg的生长期母水牛30头,随机分为3组,每组10个重复,每个重复1头牛。A组饲喂常规粗饲料(青贮玉米、花生藤和白酒糟)的全混合日粮,B组和C组分别用RS-CRFW替代常规粗料中12.46%和24.91%的青贮玉米。预试期14 d,正试期60 d。结果表明:1)与A组相比,B组平均日增重(ADG)无显著差异(P>0.05),C组ADG显著降低(P<0.05),B组和C组干物质采食量显著降低(P<0.05)。2)与A组相比,B组中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和有机物(OM)表观消化率无显著差异(P>0.05),C组NDF、ADF和OM表观消化率显著降低(P<0.05)。3)与A组相比,B组粪便微生物Chao1指数和Observed species指数无显著差异(P>0.05),C组粪便微生物Chao1指数和Observed species指数显著降低(P<0.05)。与A组相比,B组粪便中拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度提高了36.59%(P>0.05)。综上所述,饲粮中用RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米可改善肠道菌群结构,对水牛的NDF、ADF和OM表观消化率和ADG无负面影响。

关键词： 木薯渣; 稻草; 替代; 水牛; 生长性能; 微生物; 消化率

本文引用格式

魏才翔 , 黄晓华 , 梁煜阳 , 冯安东 , 顾啟超 , 姚毅沛 , 文崇利 , 邹彩霞 . 稻草-木薯渣发酵裹包替代青贮玉米对水牛生长性能、养分表观消化率和粪便微生物区系的影响[J]. 动物营养学报, 2025 , 37(9) : 6047 -6060 . DOI: 10.12418/CJAN2025.492

Abstract

This experiment aimed to investigate the effects of rice straw-cassava residue fermentation wrapping (RS-CRFW) replacing silage corn on growth performance, nutrient apparent digestibility and fecal microbiota of water buffaloes. Thirty 15 to 18-month-old growing female water buffaloes with an average body weight of (319.32±24.28) kg were randomly divided into 3 groups with 10 replicates per group and 1 water buffaloe per replicate. Group A was fed a total mixed ration consisting of conventional roughages (silage corn, peanut vines and distiller’s grains), while group B and group C were used RS-CRFW replacing 12.46% and 24.91% silage corn in the conventional roughages, respectively. The pre-trial period was 14 days, and the trial period was 60 days. The results showed as follows: 1) compared with the group A, the average daily gain (ADG) of group B was no significant difference (P>0.05), the ADG of group C was significantly decreased (P<0.05), and the dry matter intake of group B and group C was significantly decreased (P<0.05). 2) Compared with the group A, the apparent digestibility of neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF) and organic matter (OM) of group B were no significant difference (P>0.05), and the apparent digestibility of NDF, ADF and OM of group C were significantly decreased (P<0.05). 3) Compared with the group A, the fecal microbiota Chao1 index and Observed species index of group B were no significant difference (P>0.05), and the fecal microbiota Chao1 index and Observed species index of group C were significantly decreased (P<0.05). Compared with the group A, the relative abundance of Bacteroides in feces of group B was increased by 36.59% (P>0.05). In summary, the RS-CRFW replacing 12.46% silage corn in the diet can improve the gut microbiota structure, and has no negative effects on the ADG and apparent digestibility of NDF, ADF and OM of water buffaloes.

Key words： cassava residue; rice straw; replace; water buffaloes; growth performance; microbiota; digestibility

水牛主要分布于热带和亚热带地区,其肉品质因胆固醇含量低、瘦肉率高、氨基酸含量丰富等营养优势,消费需求快速增长[1]。然而,水牛在首次产犊前无法产生直接经济效益,且个体差异导致平均日增重(ADG)不同,ADG高的水牛可更快达到配种要求,缩短出栏时间,提升经济效益。此外,饲料中微生物[2]和肠道中微生物[3]也是影响动物生长性能的重要因素,肠道拟杆菌门(Bacteroidota)和厚壁菌门(Firmicutes)中的益生菌数量增多有助于改善菌群结构,提高机体对营养物质的吸收,从而提高ADG[4]。然而,饲料成本和资源限制常影响饲喂量,间接影响ADG。若能选用价格低廉且不影响ADG的非常规饲料,可缓解养殖产业发展与饲料资源不足的矛盾。因此,通过对农作物秸秆非常规饲料化利用,在不破坏生态环境及可持续发展的前提下解决饲料资源不足问题,是我国畜牧业重点关注的内容。
木薯广泛分布于我国广西、广东、海南等地区,经淀粉和酒精加工后会产生大量的副产物[5]。据统计,广西地区在2020—2021年木薯累计产量达到339.3万t,每生产1 t木薯会产生1.5 t湿木薯淀粉渣,其产量大、易获取,且富含微量元素,具有饲料化潜力。但因其高水分含量[6]易致饲料霉变,且高纤维含量[7]使其营养不均衡,需与粗饲料混贮以降低水分含量,以改善营养品质。研究表明,用玉米秸秆、甘蔗梢与木薯淀粉渣混贮饲喂肉牛可提高其ADG和干物质采食量(DMI)[8];饲喂发酵木薯淀粉渣能增强环江小型猪肠道屏障功能和菌群平衡[9]。目前,水牛饲粮中多使用青贮玉米和酒糟类等粗饲料,添加木薯淀粉渣的报道较少,其与稻草混贮饲喂的研究更是鲜有报道。因此,本试验旨在通过调整饲料配方,用稻草-木薯渣发酵裹包(rice straw-cassava residue fermentation wrapping,RS-CRFW)替代部分常规粗饲料,研究其对水牛生长性能、养分表观消化率及粪便微生物区系的影响,为木薯淀粉渣饲料化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计与试验饲粮

本试验的动物护理和研究方案已获得广西大学动物科学与技术学院动物护理委员会批准(批准号:GXU-2023-0267;批准日期:2023年12月4日)。
选取体型相近、健康状况良好的15~18月龄生长期母水牛30头,平均体重为(319.32±24.28) kg,采用单因素试验设计,随机分为3组,每组10个重复,每个重复1头牛。试验设计3种全混合日粮(TMR),精粗比均为25∶75,精料补充料相同,粗饲料来源不同。全混合日粮A(TMRA)采用常规粗饲料(青贮玉米、花生藤和白酒糟);全混合日粮B(TMRB)组和全混合日粮C(TMRC)分别在TMRA的基础上,用RS-CRFW分别替代常规粗饲料中12.46%和24.91%的青贮玉米。A组、B组和C组分别饲喂TMRA、TMRB和TMRC。预试期14 d,正试期60 d。
RS-CRFW制备的具体步骤如下:将稻草粉碎至3~4 cm,利用预混机将木薯淀粉渣和稻草按45∶55的比例均匀混合至水分含量为50%左右,用塑料膜裹包压实密封后,发酵10~20 d,保质期可达6个月。试验饲粮配制参考《奶牛饲养标准》(NY/T 34—2004)[10],其组成及营养水平见表1,饲料原料的化学成分见表2。
表1 试验饲粮组成及营养水平(风干基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of experimental diets (air-dry basis) %

项目
Items		 全混合日粮A
TMRA		 全混合日粮B
TMRB		 全混合日粮C
TMRC
原料Ingredients
玉米Corn 14.33 14.33 14.33
小麦麸Wheat bran 2.62 2.62 2.62
豆粕Soybean meal 6.09 6.09 6.09
磷酸氢钙CaHPO4 0.39 0.39 0.39
食盐NaCl 0.26 0.26 0.26
石粉Limestone 0.13 0.13 0.13
脱霉剂Antifungal agent 0.11 0.11 0.11
抗氧化剂Antioxidant 0.01 0.01 0.01
预混料Premix1) 0.24 0.24 0.24
白酒糟Distiller’s grains 6.12 6.12 6.12
青贮玉米Silage corn 31.14 18.68 6.23
稻草-木薯渣发酵裹包RS-CRFW 12.46 24.91
花生藤Peanut vine 38.56 38.56 38.56
合计Total 100.00 100.00 100.00
营养水平Nutrient levels2)
粗蛋白质CP 12.39 11.56 10.72
增重净能NEg/(MJ/kg) 3.54 3.20 2.87
中性洗涤纤维NDF 42.41 40.33 38.25
酸性洗涤纤维ADF 25.78 25.15 24.53
钙Ca 1.03 1.01 0.99
磷P 0.31 0.29 0.27

1)每千克预混料含 One kg of the premix contained the following:维生素A乙酸酯 vitamin A acetate 0.036 g,VD30.07 g,VB1 0.08 g,VB2 0.05 g,VB12 0.000 8 g,维生素C钠盐 sodium salt of vitamin C 0.004 g,VE 0.15 g,Fe (as ferrous sulfate) 0.33 g,Zn (as zinc sulfate) 0.18 g,Cu (as copper sulfate) 0.035 g,Mn (as manganese sulfate) 0.12 g,Mg (as Magnesium sulfate) 0.18 g,Se (as sodium selenite) 0.000 67 g,Co (as Cobalt carbonate) 0.000 2 g,I (as potassium iodide) 0.000 7 g,抗氧化剂 antioxidant 0.2 g,抗菌肽 antibacterial peptide 0.2 g,麦饭石 medical stone 8.542 63 g。

2)增重净能为计算值[11],其他营养水平为实测值。NEg was a calculated value[11], while the other nutrient levels were measured values.

表2 饲料原料的化学成分

Table 2 Chemical composition of feed raw materials %

项目
Items		 花生藤
Peanut vine		 白酒糟
Distiller’s grains		 精料
Concentrate		 青贮玉米
Silage corn		 稻草-木薯渣发酵裹包
RS-CRFW
干物质DM 93.83 42.76 94.64 21.95 44.55
粗蛋白质CP 8.58 23.87 18.75 10.12 4.77
粗灰分Ash 8.27 7.32 6.67 9.35 8.99
粗脂肪EE 2.15 9.69 2.04 5.84 2.66
中性洗涤纤维NDF 48.37 40.44 19.86 58.55 59.10
酸性洗涤纤维ADF 32.72 25.24 4.83 33.07 36.77
钙Ca 1.04 0.75 1.44 0.60 0.72
磷P 0.13 0.28 0.54 0.19 0.46

除干物质外,其余均为干物质基础。

Except DM, the others were based on dry matter.

1.2 饲养管理

本试验于2023年12月至2024年3月在广西某水牛研究所水牛种畜场内进行。试验牛采用全混合日粮单栏饲喂,每组设自动饮水装置,每日08:00和16:00各饲喂1次,自由采食和饮水。预试期准确记录饲喂量和剩料量,并逐步用RS-CRFW替代青贮玉米以达到最终替代量,每日观察试验牛反刍和排便情况。正试期每日早晨记录剩料量以计算实际采食量,其余饲养标准按场内标准执行。

1.3 样品采集

1.3.1 饲料原料的采集

分别在正试期和结束前1周采用五点取样法采集2次饲料,包括每种单一饲料原料及每组全混合日粮。放入自封袋中存放于-80 ℃冰箱内,以便后续常规化学成分和小分子化合物含量检测所用。用于微生物检测的饲料样品采用五点取样法采集,存于含有冰袋的泡沫箱内,运回实验室后放入-80 ℃冰箱内保存。

1.3.2 消化代谢试验

在正试期结束的前1周采用全收粪法进行消化代谢试验,从每组中随机选取5头牛进行试验。消化代谢期间记录每头牛的采食量。消化代谢试验前记录各组粪盆的重量,试验开始后于每日08:00对剩料量和粪量进行收集记录。采用五点取样法收集粪样约200 g,分2部分处理,一部分用10%的硫酸(浓度为10%)固氮测定,用于粗蛋白质(CP)含量;另一部分不添加硫酸,用于其他常规化学成分测定。

1.3.3 粪样的采集及处理

于消化代谢试验期间进行收粪,采集约5 g左右,用双指插入牛的肛门顺时针刺激并按摩尻部来诱导其排泄,达到最大程度减少牛的应激,并用自封袋收集未接触过地面和皮肤的直肠粪便。存于含有冰袋的泡沫箱内,运回实验室后放入-80 ℃冰箱内保存,以便后续微生物检测所用。

1.4 测定指标和方法

1.4.1 饲料原料、全混合日粮和粪样化学成分的测定

对所采集的饲料原料、全混合日粮和粪样中干物质(DM)、CP、中性洗涤纤维(NDF)和粗灰分(Ash)含量的测定分别按照国家标准GB/T 6435—2014、GB/T 6432—2018、GB/T 20806—2006和GB/T 6438—2007,酸性洗涤纤维(ADF)含量的测定按照农业行业标准NY/T 1459—2007。对所采集的饲料原料及全混合日粮中粗脂肪(EE)、钙(Ca)、总磷(TP)和氨基酸含量的测定分别按照国家标准GB/T 6433—2006、GB/T 6436—2018、GB/T 6437—2018和GB/T 18246—2019,粗多糖含量的测定按照农业行业标准NY/T 1676—2023,总多酚含量的测定按照安徽省食品行业协会团体标准T/AHFIA 005—2018,多肽含量采用双缩脲法[12]测定。

1.4.2 生长性能的测定

在预试期前、预试期结束和正试期结束连续2 d空腹称重,用于计算ADG;试验期间每周记录试验动物的饲喂量与剩料量,用于计算DMI和料重比(F/G)。计算公式如下:
DMI=每头牛试验期内采食量/试验天数;
ADG=(末重-初重)/试验天数;
F/G=平均日采食量/ADG。

1.4.3 养分表观消化率

养分表观消化率计算公式如下:
食入饲粮某养分含量=饲粮中该养分含量-剩料中该养分含量;
养分表观消化率(%)=100×[(食入饲粮该养分含量-粪便中该养分含量)/食入饲粮该养分含量]。

1.4.4 微生物的检测

选用E.Z.N.A.® Soil DNA Kit试剂盒(美国Omega Bio-Tek公司)提取总DNA,使用NanoDrop 2000超微量分光光度计[迪图(上海)生物科技有限公司]进行上机检测DNA的纯度和浓度,并用1%琼脂糖凝胶电泳检测抽提的基因组DNA完整性。按指定测序区域,合成带有Barcode的特异引物。采用TransGen AP221-02试剂盒(北京全式金生物技术有限公司)在ABI GeneAmp® 9700型仪器(赛默飞世尔科技公司)上进行PCR扩增,在通过扩增DNA样品检测合格后将同一样本的PCR产物混合后用2%琼脂糖凝胶电泳检测。随后将PCR产物用QuantiFluorTM-ST蓝色荧光定量系统(美国Promega公司)进行检测定量。之后接头连接、使用磁珠筛选去除接头自连片段、利用PCR扩增进行文库模板的富集、磁珠回收PCR产物得到最终的PE250文库。基于PE250文库进行高通量测序。

1.4.5 微生物的测序分析

通过高通量测序获得原始数据,经Barcode筛选、质控过滤、拼接和去嵌合体得到优质序列,再使用DADA2或deblur去杂,获得最终扩增子序列。对扩增子序列进行操作分类单元(OTUs)聚类和物种注释,得到OTUs代表序列及各个分类水平的物种信息,并通过系统进化树推断物种进化顺序。同时,对扩增子序列进行Alpha多样性计算、物种相对丰度、Venn图、Beta多样性等分析,得到各物种微生物群落多样性、丰富度及特有和共有OTUs数量等信息。通过主成分分析(PCA)等降维分析,揭示样本间群落结构的差异和相似性。

1.5 数据统计分析

试验结果采用Excel 2019初步整理后,用SPSS 20.0统计软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA),差异显著者采用Duncan氏法进行多重比较,结果以平均值和均值标准误(SEM)表示。P>0.05表示差异不显著,P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛生长性能的影响

由表3可知,与A组相比,B组ADG无显著差异(P>0.05),C组ADG显著降低了22.93%(P<0.05)。DMI随RS-CRFW替代比例的升高而逐渐降低,与A组相比,B组和C组DMI分别显著降低了6.91%和18.82%(P<0.05)。
表3 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛生长性能的影响

Table 3 Effects of RS-CRFW replacing silage corn on growth performance of water buffaloes aged from 15 to 18 months

项目
Items		 组别Groups SEM P值
P-value
A B C
初始体重IBW/kg 313.45 325.40 319.10 4.470 0.567
终末体重FBW/kg 355.65 368.73 351.63 4.957 0.358
平均日增重ADG/g 703.33a 722.08a 542.08b 0.027 0.009
干物质采食量DMI/kg 15.20a 14.15b 12.34c 0.208 <0.001
料重比F/G 22.65 20.71 23.11 0.883 0.518

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)。表5至表7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 Table 5 to Table 7.

2.2 饲料原料及全混合日粮小分子化合物含量的差异分析

由表4可知,白酒糟和精料中总氨基酸含量显著高于青贮玉米、花生藤和RS-CRFW(P<0.05),青贮玉米中游离氨基酸、总多酚含量和游离氨基酸/总氨基酸显著高于花生藤、白酒糟、RS-CRFW和精料(P<0.05),白酒糟和精料中粗多肽含量显著高于青贮玉米、花生藤和RS-CRFW和精料(P<0.05),精料中粗多糖含量显著高于青贮玉米、花生藤、白酒糟和RS-CRFW和精料(P<0.05)。TMRB中粗多糖含量显著高于TMRA和TMRC(P<0.05),总多酚含量显著低于TMRA和TMRC(P<0.05)。
表4 饲料原料及全混合日粮小分子化合物含量的差异分析

Table 4 Differential analysis of contents of small molecule compounds in feed raw materials and TMR %

项目
Items		 总氨基酸
Total amino
acid		 游离氨基酸
Free amino
acid		 游离氨基酸/
总氨基酸
Free amino
acid/total
amino acid		 多肽
Polypeptide		 粗多糖
Crude
polysaccharides		 总多酚
Total
polyphenols
饲料原料feed raw materials
青贮玉米Silage corn 8.90b 1.02a 11.40a 7.88b 1.41bc 0.84a
花生藤Peanut vine 7.07bc 0.55b 7.82b 6.52bc 1.20c 0.69b
白酒糟Distiller’s grains 25.04a 0.72b 2.87cd 24.32a 1.53bc 0.44d
稻草-木薯渣发酵裹包RS-CRFW 4.56c 0.14c 3.30c 4.42c 1.37bc 0.62c
精料Concentrate 23.29a 0.29c 1.22d 23.00a 3.23a 0.63c
SEM 2.884 0.106 1.262 2.878 0.251 0.043
P值P-value <0.001 0.001 <0.001 <0.001 <0.001 <0.001
全混合日粮TMR
全混合日粮A TMRA 13.27 1.00 7.50 12.27 1.14b 0.58b
全混合日粮B TMRB 10.00 0.78 7.71 9.22 1.55a 0.26c
全混合日粮C TMRC 12.34 0.63 5.01 11.71 1.27b 0.65a
SEM 0.777 0.094 0.014 0.728 0.080 0.075
P值P-value 0.227 0.338 0.246 0.196 0.012 <0.001

同列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)。

In the same column, 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).

2.3 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛生长养分表观消化率的影响

由表5可知,B组和C组之间DM表观消化率差异不显著(P>0.05),且均显著高于A组(P<0.05)。A组和B组之间OM、NDF、ADF和CP表观消化率差异不显著(P>0.05),且均显著高于C组(P<0.05)。
表5 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛养分表观消化率的影响

Table 5 Effects of RS-CRFW replacing silage corn on nutrient apparent digestibility of water buffaloes aged from 15 to 18 months %

项目
Items		 组别Groups SEM P值
P-value
A B C
干物质DM 74.95b 79.38a 80.24a 0.592 <0.001
有机物OM 61.70a 62.34a 48.55b 1.407 <0.001
中性洗涤纤维NDF 58.51a 58.63a 45.21b 1.993 0.006
酸性洗涤纤维ADF 41.05a 46.64a 28.79b 2.286 0.004
粗蛋白质CP 53.91a 51.75a 34.73b 1.758 <0.001

2.4 RS-CRFW替代青贮玉米对全混合日粮和5~18月龄水牛粪便中微生物区系的影响

2.4.1 OTUs分析

如图1所示,全混合日粮中,TMRA、TMRB、TMRC中分别包含517、598、675个OTUs。TMRA、TMRB、TMRC之间共有419个OTUs,TMRA和TMRB之间共有48个OTUs,TMRA和TMRC之间共有40个OTUs,TMRB和TMRC之间共有114个OTUs。TMRA、TMRB、TMRC分别独有10、17、102个OTUs。
图1 全混合日粮(A)和粪便中(B)OTUs Venn图

Fig.1 OTUs Venn diagram of TMR (A) and feces (B)

TMRA:全混合日粮A total mixed ration A;TMRB:全混合日粮B total mixed ration B;TMRC:全混合日粮C total mixed ration C;A:A组 group A;B:B组 group B;C:C组 group C。下图同 the same as below。

粪便中,A、B、C组分别包含1 185、1 169、1 100个OTUs。3组之间共有1 045个OTUs,A组和B组之间共有83个OTUs,A组和C组之间共有18个OTUs,B组和C组之间共有30个OTUs。A、B、C组分别独有39、11、7个OTUs。

2.4.2 Alpha多样性分析

2.4.2.1 全混合日粮微生物Alpha多样性分析

如图2所示,与TMRA相比,TMRB中微生物Shannon指数显著提高(P<0.05),TMRC中微生物Shannon指数显著降低(P<0.05)。与TMRA相比,TMRB中微生物Simpson指数无显著差异(P>0.05),TMRC中微生物Simpson指数显著降低(P<0.05)。
图2 全混合日粮微生物Alpha多样性分析

数据柱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.2 Microbial Alpha diversity analysis of TMR

Value columns 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.

2.4.2.2 粪便中微生物Alpha多样性分析

如图3所示,与A组相比,B组粪便微生物Chao1指数和Observed species指数无显著差异(P>0.05),C组粪便微生物Chao1指数和Observed species指数显著降低(P<0.05)。
图3 粪便微生物Alpha多样性分析

Fig.3 Microbial Alpha diversity analysis of feces

2.4.3 Beta多样性分析

如图4所示,TMRA、TMRB和TMRC之间距离存在明显的差距,说明各全混合日粮物种群落相似度低。A组与C组之间存在重叠,与A组和C组相比,B组内之间的距离无明显分离,说明用RS-CRFW替代12.46%青贮玉米会影响肠道微生物的群落组成。
图4 全混合日粮(A)和粪便(B)微生物Beta多样性分析

Fig.4 Microbial Beta diversity analysis of TMR (A) and feces (B)

2.4.5 微生物菌群物种组成分析

2.4.5.1 全混合日粮菌群物种组成分析

如图5所示,从门水平上看,各组全混合日粮细菌门水平的主要优势菌群为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门、蓝菌门(Cyanobacteria)和拟杆菌门。由表6可知,从变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门上看,TMRA中相对丰度分别为37.42%、58.39%和2.27%,TMRB中相对丰度分别为48.70%、41.16%和3.95%,TMRC中相对丰度分别为72.90%、19.81%和2.08%。与TMRA相比,TMRB中变形菌门的相对丰度显著提高了30.14%(P<0.05),厚壁菌门的相对丰度无显著差异(P>0.05)。TMRC中变形菌门的相对丰度显著提高了94.81%(P<0.05),厚壁菌门的相对丰度显著降低了66.07%(P<0.05)。与TMRA相比,TMRB中拟杆菌门的相对丰度显著提高了74.01%(P<0.05),TMRC中拟杆菌门的相对丰度无显著差异(P>0.05)。
图5 全混合日粮细菌门水平的组成(前10)

Proteobacteria:变形菌门;Firmicutes:厚壁菌门;Cyanobacteria:蓝菌门;Bacteroidota:拟杆菌门;Actinobacteriota:放线菌门;Patescibacteria:髌骨菌门;Nitrospirota:硝化螺旋门;Chloroflexi:绿弯菌门;Myxococcota:黏菌门;Others:其他。

Fig.5 Composition of bacterial at phylum level of TMR (top 10)

表6 全混合日粮细菌门水平的相对丰度(前5)

Table 6 Relative abundance of bacterial at phylum level of TMR (top 5) %

项目
Items		 全混合日粮TMR SEM P值
P-value
TMRA TMRB TMRC
变形菌门Proteobacteria 37.42c 48.70b 72.90a 5.447 <0.001
厚壁菌门Firmicutes 58.39a 48.83a 19.81b 5.980 <0.001
蓝菌门Cyanobacteria 0.64 4.28 3.61 0.739 0.077
拟杆菌门Bacteroidota 2.27b 3.95a 2.08b 0.304 <0.001
放线菌门Actinobacteriota 1.21 1.80 1.16 0.141 0.105

2.4.5.2 粪便菌群物种组成分析

如图6所示,从属水平看,各组粪便细菌属水平的主要优势菌群为UCG-005、理研菌科RC9肠道群(Rikenellaceae RC9 gut group)和拟杆菌属(Bacteroides)。由表7可知,从拟杆菌属上看,A组的相对丰度为4.09%,B组的相对丰度为6.45%,C组的相对丰度为5.47%。与A组相比,B组中Bacteroides的相对丰度提高了36.59%(P>0.05);与B组相比,C组中Bacteroides的相对丰度降低了15.19%(P>0.05)。
图6 各组粪便细菌属水平的组成(前10)

Rikenellaceae RC9 gut group:理研菌科RC9肠道群;Bacteroides:拟杆菌属;Monoglobus:单球菌属;Prevotellaceae UCG-003:普雷沃氏菌科UCG-003;Romboutsia:罗姆布茨菌属;Christensenellaceae R-7 group:克里斯滕森菌科R-7群;Lachnospiraceae NK4A136 group:毛螺菌科NK4A136群;Prevotellaceae UCG-004:普雷沃氏菌科UCG-004;Others:其他。

Fig.6 Composition of bacteria at genera level in feces of each group (top 10)

表7 各组粪便细菌属水平的相对丰度(前5)

Table 7 Relative abundance ofbacteria at genus level in feces of each group (top 5) %

项目
Items		 组别Groups SEM P值
P-value
A B C
UCG-005 24.20 20.13 22.82 1.394 0.543
理研菌科RC9肠道群Rikenellaceae RC9 gut group 8.82 7.36 8.81 0.568 0.548
拟杆菌属Bacteroides 4.09 6.45 5.47 0.447 0.071
单球菌属Monoglobus 3.16 3.70 3.73 0.151 0.239
普雷沃氏菌科UCG-003 Prevotellaceae UCG-003 4.07 2.85 2.88 0.613 0.712

3 讨论

3.1 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛生长性能的影响

动物的ADG、DMI和F/G不仅是反映动物生长性能和肠道健康的直观指标,也是盈利化企业最关注的指标之一[13]。ADG高的生长牛能更快达到配种要求,缩短出栏时间,进而提高经济效益[14]。添加一定比例的木薯淀粉渣能提高动物的ADG,但超过一定比例会降低ADG及采食量。樊懿萱等[15]研究表明,用发酵木薯淀粉渣替代饲粮中20%的玉米饲喂湖羊,能显著提高ADG及采食量,但替代40%的玉米则显著降低ADG及采食量。Zheng等[16]研究表明,木薯淀粉渣替代25%及以下的碎玉米可为泌乳中期奶牛瘤胃微生物提供稳定、适宜的生长环境,替代30%的碎玉米时瘤胃中挥发性脂肪酸(VFA)合成会受到不利影响。本研究中,B组的ADG高于A组和C组,B组的F/G低于A组和C组。这与樊懿萱等[15]的研究结果一致,可能是木薯淀粉渣和稻草裹包在发酵过程中,降低了木薯淀粉渣中的水分含量以减少有害微生物的繁殖,同时稻草和木薯淀粉渣本身的微生物有效降解了木质纤维素,从而提高木薯淀粉渣的营养价值,促进动物对其的消化吸收,进而促进生长性能。但替代比例到24.91%时,水牛的ADG和DMI降低,可能由于木薯淀粉渣中营养成分不均衡及其抗营养因子等因素,降低了其适口性和消化率,对生长性能产生不良影响。DMI随RS-CRFW替代比例的增多而逐渐减少,说明木薯淀粉渣和稻草中富含纤维素,从而导致适口性差,采食量降低。综上所述,用RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米能提高水牛ADG,但替代24.91%的青贮玉米则会降低ADG,且DMI随RS-CRFW替代比例的增多而逐渐降低。

3.2 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛养分表观消化率的影响

养分表观消化率可以直接反映动物机体对饲粮中各养分的消化情况,影响养分表观消化率最主要的因素是饲粮中纤维含量[17]。本试验中,B组的NDF、ADF和OM表观消化率均显著高于C组,可能是由于RS-CRFW替代比例在12.46%时使得饲粮整体营养价值更均衡,纤维含量达到瘤胃纤维素降解菌的最适范围,从而提高了NDF和ADF表观消化率。DM表观消化率随饲粮能量水平的降低而逐渐升高,可能是由于RS-CRFW适口性较差,替代比例越大导致采食量越低,排泄量越低,从而引起DM表观消化率提高。综上所述,RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米对CP表观消化率无显著影响,能提高NDF、ADF和OM表观消化率,但替代比例达24.91%时会降低NDF、ADF和OM表观消化率。

3.3 RS-CRFW替代青贮玉米对饲料原料及全混合日粮中小分子物质含量的影响

饲料中小分子物质主要包括维生素、氨基酸、多肽和多糖[18]。氨基酸在动物的生长发育和体脂沉积中发挥着至关重要的作用,其中游离氨基酸和小肽可以被肠道直接吸收,从而促进蛋白质沉积和提供组织生长所需的营养物质[19]。蒋慧姣[20]研究表明,用发酵木薯淀粉渣饲喂环江香猪能提高血液中缬氨酸等游离氨基酸含量,进而影响香猪的生长发育。本试验中,全混合日粮中游离氨基酸/总氨基酸与ADG的变化趋势相一致,其中与TMRA相比,TMRB中游离氨基酸/总氨基酸提高了2.80%,TMRC中游离氨基酸/总氨基酸降低了33.20%,说明游离氨基酸/总氨基酸与生长性能呈正相关。可能是由于饲粮中RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米时,与其他饲料原料之间营养互补,进而促进微生物高效降解大分子物质形成小分子肽及游离氨基酸,而替代比例达24.91%时可能打破营养均衡,进而降低微生物对饲料的利用率。此外,添加植物性多糖具有提高动物生长效率、免疫调节功能和抗氧化活性等作用[21]。孙甜甜[22]研究表明,在饲粮中添加枸杞粗多糖可提高肉鸡的生长性能。王进宇等[23]研究表明,在饲粮中添加适宜的紫花苜蓿粗多糖能提高蛋鸡的生长性能和改善肠道微生物。本试验中,TMRB中粗多糖含量显著高于TMRA和TMRC,说明提高粗多糖含量能促进动物的生长性能,可能是由于其能调节肠道菌群平衡,促进有益菌生长,抑制有害菌繁殖,从而提高动物免疫力,改善对饲料中淀粉多糖的消化吸收,进而促进动物生长性能。综上所述,提高饲粮中游离氨基酸/总氨基酸可促进动物对营养物质的吸收,加速蛋白质和脂质沉积;粗多糖则能增强机体免疫力和抗氧化活性,并为机体提供充足碳源。

3.4 RS-CRFW替代青贮玉米对15~18月龄水牛粪便微生物区系的影响

水牛的健康和生长速率与饲粮及肠道微生物菌落密切相关,饲粮中微生物直接影响肠道菌群,粪便微生物则间接反映肠道菌落环境。肠道菌落稳态可抵御病原菌侵袭,增强宿主生物合成能力,促进营养物质吸收[24]。OTUs Venn图展示各组样本共有和特有核心OTUs数量,直观比较物种丰富度。Alpha多样性分析通过Chao、Simpson、Shannon及Observed species指数反映微生物群落多样性和丰富度[25]。PCA能反映样本间差异和距离,离散度越小则样本组成越相似[26]。本试验中,全混合日粮中,TMRB和TMRC中的OTUs数量均比TMRA中要多,说明添加RS-CRFW能提高饲料中物种的丰富度。粪便中,A组、B组和C组之间共有的OTUs占84.8%,他们之间物种丰富度无明显差异,说明RS-CRFW并不影响水牛的粪便物种丰富度。全混合日粮中,TMRA中Simpson和Shannon指数低于TMRB中,但显著高于TMRC中,与ADG的变化趋势相一致。这说明饲粮中RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米能改善饲料中微生物群落的多样性和丰富度。粪便中,A组和B组Chao1指数和Observed species指数无显著差异,C组Chao1指数和Observed species指数显著低于A组和B组。这说明饲粮中RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米不会影响肠道微生物群落的丰富度和可视物种度,但饲粮中RS-CRFW替代24.91%的青贮玉米会降低肠道微生物群落的丰富度和可视物种度,可能是木薯淀粉渣中CP含量过低,替代水平过大导致整体饲粮中CP含量过低,无法满足部分微生物对氮元素的需求,从而打破微生物菌群的平衡。
反刍动物肠道微生物以厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门为主[27]。厚壁菌门是胃肠道分解纤维素的主要菌群,能分解纤维素生成短链脂肪酸和脂质,促进体脂沉积[28-29]。拟杆菌门参与碳水化合物和蛋白质代谢,促进动物对脂类、蛋白质、多糖等代谢活动的吸收[30-31]。变形菌门不稳定,过度繁殖可能导致菌群失调,引发肠道炎症和腹泻[32-33]。王宏迪等[34]研究表明,饲粮中添加乳酸菌饲喂苏尼特羊能提高厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度,使其在饲喂30 d时ADG显著提高了21.86%。潘金海等[35]研究表明,饲粮中添加6%和9%的银杏叶粉饲喂安格斯牛能提高厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度,进而提高ADG。本研究中,从全混合日粮中细菌门水平上看,TMRA和TMRB中厚壁菌门的相对丰度无显著差异,TMRB中拟杆菌门的相对丰度均高于TMRA和TMRC中,说明RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米能提高饲粮中拟杆菌门的相对丰度,促进碳水化合物的降解;TMRB中粗多糖含量最高,进一步表明粗多糖增加会提升拟杆菌门的相对丰度。变形菌门的相对丰度依次为TMRC>TMRB>TMRA,说明变形菌门的相对丰度随着RS-CRFW替代比例的增加而增加,可能与过量木薯淀粉渣所富含的淀粉被变形菌门等有害菌利用有关,破坏微生物稳态[36]。粪便细菌属水平上,B组的拟杆菌属的相对丰度高于A组和C组,与全混合日粮中细菌门水平中拟杆菌门的相对丰度变化趋势相一致,说明饲粮中拟杆菌门相对丰度的提高促进了肠道和粪便中拟杆菌属菌群的增长。
综上所述,A组的ADG低于B组而显著高于C组的原因归因于饲粮中厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度和粪便中拟杆菌属相对丰度的改变,这些因素的提高有利于提高机体对营养物质的消化吸收,维持肠道菌群平衡,提高免疫力,从而提高动物的生长性能。

4 结论

① 饲粮中RS-CRFW替代12.46%的青贮玉米能提高全混合日粮中游离氨基酸和粗多糖含量,提高全混合日粮中厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度,改善肠道菌群结构,对水牛的NDF、ADF和OM表观消化率以及ADG无负面影响。
② 饲粮中RS-CRFW替代24.91%的青贮玉米会降低全混合日粮中游离氨基酸/总氨基酸,影响适口性和采食量,促进变形菌门等有害菌繁殖,破坏肠道菌群平衡,抑制微生物生长,降低NDF、ADF和OM表观消化率,降低动物生长性能。
③ 本试验条件下,饲粮中RS-CRFW对青贮玉米的适宜替代比例为12.46%。

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