Chinese Journal of Animal Nutrition >

2024 , Vol. 36 >Issue 6: 3789 - 3796

DOI: https://doi.org/10.12418/CJAN2024.325

RESEARCH PAPER

Study on Nutritional Value and Ruminal Degradation Characteristics of Protein Grasses in Mutton Sheep

  • YANG Chunxu , 1, 2 ,
  • CHEN Bo 3 ,
  • ZHOU Wei 3 ,
  • CHEN Dong 4 ,
  • LI Qin 2 ,
  • ZHANG Naifeng 2 ,
  • TU Yan 2 ,
  • BI Yanliang , 2, * ,
  • CHENG Shuru , 1, * ,
  • DIAO Qiyu 2
Expand
  • 1 College of Animal Science and Technology, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070, China
  • 2 Key Laboratory of Feed Biotechnology of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Institute of Feed Research, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China
  • 3 Beijing Maosheng Protein Grass Science and Technology Industry Development Co., Ltd., Beijing 101318, China
  • 4 College of Animal Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China
*professor, E-mail: ;
professor, E-mail:

Received date: 2023-12-11

  Online published: 2024-06-07

Fold

Abstract

This study aimed to investigate the nutritional value and ruminal degradation characteristics of protein grass in sheep, in order to provide a theoretical basis for its application in ruminant diets. Chemical analysis methods were conducted to determine the conventional nutritional component contents of protein grass. In addition, the rumen degradation rate and degradation parameters at 2, 4, 6,12, 24, 36 and 48 h of 4 conventional nutritional components in protein grass were measured with 3 rumen-cannulated adult mutton sheep (n=3) using nylon bag method. The results showed that the fresh protein grass contains primary moisture of 91.12%, and the contents of organic matter (OM), crude protein (CP), ether extract (EE), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), calcium (Ca) and phosphorus (P) in dry matter (DM) of this plant were 96.99%, 31.43%, 2.45%, 31.75%, 25.45%, 0.51% and 0.40%, respectively. Moreover, the rumen degradation rates at 48 h of DM, CP, NDF and ADF of protein grass were 81.05%, 82.88%, 60.70% and 58.57%, and the effective degradation rates were 60.44%, 62.91%, 40.53% and 39.26%, respectively. In summary, protein grass contains higher CP and lower NDF and ADF, and its main nutritional components have a higher degradation rate in the rumen of mutton sheep. Thus, the protein grass can be used as a high-quality roughage resource in ruminant production.

Key words： protein grass; nutritional value; mutton sheep; nylon bag method; rumen degradation rate

Cite this article

YANG Chunxu , CHEN Bo , ZHOU Wei , CHEN Dong , LI Qin , ZHANG Naifeng , TU Yan , BI Yanliang , CHENG Shuru , DIAO Qiyu . Study on Nutritional Value and Ruminal Degradation Characteristics of Protein Grasses in Mutton Sheep[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2024 , 36(6) : 3789 -3796 . DOI: 10.12418/CJAN2024.325

改革开放以来我国经济得到迅速的发展,人们生活质量得到提升,对畜产品的需求不断增多,这使得畜牧业有了快速的发展,造成我国饲草料资源紧缺[1]。人工种植饲草的开发利用可以有效地缓解我国优质饲草料短缺的问题,对在大环境下种养结合的循环农业的发展有着重要意义。食叶草(Rumex patientia L.×Rumex tianschanicus A. Los)学名食叶草酸模,是通过杂交选育技术培养出的蓼科(Polygonaceae)酸模属(Rumex)草本植物[2],其具有生长速度快、再生能力强、产草量高、草质优良等特点[3⇓-5],可有效缓解饲草料供应不足等问题。食叶草的适应能力特别强,已经在我国很多地方规模化种植,在我国南方地区全年都可以收割,在北方地区一年中春、夏、秋三季可以收割,北方年产量20~40 t/亩(1亩≈667 m2),南方年产量35~60 t/亩,平均1个月为一个生长周期[6]。与常见的饲草相比,食叶草的蛋白质含量相对较高,并含有动物所需的维生素、矿物质和氨基酸等,适口性好,因此有“氨基酸草”“食叶菜”等美称[5];同时,食叶草对种植土壤、气候环境要求低,种植成本低,适合作为饲料原料用于畜牧业发展,但食叶草作为饲料资源的应用还处于一个探索阶段。评价牧草品质的重要指标有牧草的营养价值以及其在动物体内的降解特性。因此,本研究通过探究食叶草的营养价值及其在肉羊瘤胃中的降解特性,为食叶草作为优质饲草料在动物生产中进行推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用食叶草鲜草取自北京延庆食叶草基地。将食叶草样品切碎至约5 cm长度,在65 ℃烘箱中进行48 h烘干处理,随后进行24 h回潮,制成风干样品,通过小型粉碎机多次粉碎,过2 mm孔筛进行筛装,自封袋小心保存用于常规营养成分检测和尼龙袋试验。

1.2 试验动物与饲粮

选用3只体重为(45.00±1.50) kg的健康、装有永久瘤胃瘘管的小尾寒羊(♂)为试验动物,饲喂由玉米、豆粕、羊草等原料配制的基础饲粮,其组成及营养水平见表1。3只试验羊单栏饲养,每日早(07:30)、中(13:30)、晚(18:30)进行饲喂,自由采食和饮水。
表1 基础饲粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 1 Composition and nutrient levels of the basal diet (DM basis)%

项目 Items 含量 Content
原料Ingredients
羊草 Leymus chinensis 55.00
玉米 Corn 13.00
豆粕 Soybean meal 11.00
膨化大豆 Extruded soybean 10.00
棉籽粕 Cottonseed meal 7.00
玉米干酒糟及其可溶物 Corn DDGS 2.00
碳酸氢钙 CaHPO4 0.86
食盐 NaCl 0.70
预混料 Premix1) 0.44
合计 Total 100.00
营养水平 Nutrient levels2)
有机物 OM 93.68
粗蛋白质 CP 11.90
中性洗涤纤维 NDF 59.12
酸性洗涤纤维 ADF 25.22
钙 Ca 0.93
磷 P 0.41
代谢能 ME/(MJ/kg) 10.61

1)预混料为每千克饲粮提供 Premix provided the following per kilogram of the diet:Fe 90 mg,Zn 90 mg,Cu 12.5 mg,I 1.0 mg,Mn 60 mg,Se 0.3 mg,Co 0.3 mg,VA 11 000 IU,VE 50 mg。

2)代谢能为参照《肉羊饲养标准》(NY/T 816—2004)所得计算值,其余为实测值。ME was a calculated value which referred to Feeding Standard for Meat-Producing Sheep and Goats (NY/T 816—2004), while the others were measured values.

1.3 尼龙袋试验方法

采用尼龙袋法测定食叶草的肉羊瘤胃降解特性,所用的材料为生长期50 d的食叶草鲜草,试验在北京市昌平区南口中试基地进行。选用孔径为50 μm的尼龙布,制成长×宽为6 cm×10 cm的尼龙袋,然后将边缘用细的涤纶线缝合,最后在65 ℃烘箱烘至恒重,放置备用。后续具体操作参照余烨等[10]的方法进行。

1.4 指标测定

1.4.1 常规营养成分的测定

干物质(DM)含量参照GB/T 6435—2014测定,粗蛋白质(CP)含量参照GB/T 6432—2018测定,粗脂肪(EE)含量参照GB/T 6433—2006测定,中性洗涤纤维(NDF)含量参照GB/T 20806—2022测定,酸性洗涤纤维(ADF)含量参照NY/T 1459—2022测定,粗灰分(Ash)含量参照GB/T 6438—2007测定,有机物(OM)含量通过粗灰分含量计算得出,钙(Ca)含量参照GB/T 6436—2018测定,磷(P)含量参照GB/T 6437—2018测定。

1.4.2 粗饲料干物质随意采食量(DMI)的估算

羊的粗饲料DMI根据张吉鹍[8]建立的DMI预测模型来估测。

豆科牧草:DMI[g/(kg W0.75·d)]=51.26/NDF(%DM);

禾本科牧草:DMI[g/(kg W0.75·d)]=45.00/NDF(%DM);

秸秆类饲料:DMI[g/(kg W0.75·d)]=29.75/NDF(%DM);

青贮饲料:DMI[g/(kg W0.75·d)]=29.00/NDF(%DM)。

式中:W0.75为羊体重的0.75次方,羊体重设定为40 kg。

1.4.3 粗饲料代谢能(ME)的估算[9]

ME(MJ/kg DM)=4.201 4+0.023 6×ADF(%DM)+0.179 4×CP(%DM)。

1.4.4 粗饲料分级指数(GI)的计算[7]

GI(MJ)=ME(MJ/kg DM)×DMI(kg/d)×CP(%DM)/NDF(%DM)。

1.4.5 营养成分降解率的计算[11]

某营养成分在某时间点在肉羊瘤胃中的降解率(%)=[(降解前该营养成分的含量-降解后该营养成分的含量)/降解前该营养成分的含量]×100。

1.4.6 瘤胃降解参数和有效降解率的计算[12-13]

P=a+b(1-ect)。

式中:P为某营养成分在t时间点时的降解率;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b的降解速率;t为瘤胃降解时间。

ED=a+b×c/(c+K)。

式中:ED为某营养成分的有效降解率(%);K试验待测粗饲料的瘤胃外流速率,本试验所取K值为0.031%/h。

1.5 数据统计与分析

试验结束后对数据进行整理,降解参数a、b和c的值采用SPSS 26.0软件对数据进行回归分析计算,采用单因素方差分析(one-way ANOVA)对营养成分降解率和瘤胃降解参数进行分析,多重比较采用Duncan氏法进行,P<0.05作为差异显著的判定标准,结果用平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 不同时期食叶草的常规营养成分含量及GI

2.1.1 常规营养成分含量

生长期50 d的新鲜食叶草初水分含量为91.12%,在风干基础上其DM含量为94.41%。由表2可知,在DM基础上生长期为50 d的食叶草OM含量达到96.99%,同时CP含量达到31.43%,EE含量为2.54%,NDF和ADF含量较低,分别为31.75%和25.45%,钙、磷含量分别为0.51%和0.40%,ME为10.50 MJ/kg。生长期为25 d的食叶草的常规营养成分含量与生长期为50 d的食叶草与基本相同,CP含量都在30%以上,同时纤维含量较低。与同时期收割的苜蓿相比,生长期为50 d的食叶草CP含量远高于苜蓿,而NDF和ADF含量低于苜蓿。
表2 食叶草的常规营养成分含量及GI(干物质基础)

Table 2 Conventional nutritional component contents and GI of protein grass (DM basis)

项目
Items		 50 d的食叶草
50 days of protein grass		 25 d的食叶草
25 days of protein grass		 苜蓿
Alfalfa
常规营养成分含量 Conventional nutritional component contents
有机物 OM/% 96.99 97.25 90.46
粗蛋白质 CP/% 31.43 30.12 20.12
粗脂肪 EE/% 2.54 4.48 1.21
中性洗涤纤维 NDF/% 31.75 30.19 40.61
酸性洗涤纤维 ADF/% 25.45 16.59 31.37
粗灰分 Ash/% 3.01 2.75 9.54
钙 Ca/% 0.51 0.62 1.37
磷 P/% 0.40 0.36 0.39
代谢能 ME/(MJ/kg) 10.50 10.00 8.55
干物质随意采食量 DMI/(kg/d) 1.61 1.70 1.43
粗饲料分级指数 GI/MJ 16.73 16.96 6.06

2.1.2 GI

GI是评估粗饲料质量的重要指标,通过该指数可以帮助饲养者选择合适的粗饲料,有助于提高饲养效益,促进畜禽健康生长。由表2可知,生长期为50 d的食叶草和25 d的食叶草GI分别为16.73和16.96 MJ,同方法测得同时期收割的苜蓿的GI则为6.06 MJ,由此可见食叶草的GI远高于苜蓿。

2.2 食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解率和降解参数

由图1可知,食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解趋势相似,其降解率均随着饲料在瘤胃中滞留时间的延长而增加,但达到一定时间后都趋于稳定。
图1 食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解趋势

Fig.1 DM, CP, NDF and ADF degradation trends of protein grass in rumen of mutton sheep

由表3可知,食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中各个时间点的降解率均差异显著(P<0.05)。食叶草DM的降解率在2~6 h时增幅较慢,NDF、ADF的降解率在2~6时增幅较慢,均显著低于同时间段CP的降解率(P<0.05)。食叶草DM的降解率在2 h时为23.14%,在24 h时为68.97%,36与48 h时分别为78.38%和81.05%,趋于稳定。食叶草CP的降解率在各时间点均最高,在2 h时就已经达到31.59%,在24 h时达到75.50%,在36和48 h时分别为81.75%和82.88%。食叶草NDF和ADF的降解率在2 h时相对较低,分别为20.14%和17.42%,在随后的时间段中NDF和ADF的降解率随着时间的推移而升高,在24 h时分别达到47.45%和46.12%,在48 h时NDF和ADF的降解趋势基本稳定,降解率分别为60.70%和58.57%。
表3 食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解率

Table 3 DM, CP, NDF and ADF degradation rates of protein grass in rumen of mutton sheep%

时间
Time/h		 降解率 Degradation rate
干物质 DM 粗蛋白质 CP 中性洗涤纤维 NDF 酸性洗涤纤维ADF
2 23.14±1.04b 31.59±0.50a 20.14±0.09c 17.42±0.32d
4 23.74±0.40b 34.51±0.40a 22.55±0.40c 18.02±0.20d
6 27.03±0.13b 41.40±0.43a 23.45±0.70c 19.18±0.21d
12 49.02±0.76b 55.84±0.46a 32.31±0.37c 24.50±0.78d
24 68.97±0.44b 75.50±0.53a 47.45±0.15c 46.12±0.85d
36 78.38±0.62b 81.75±0.37a 53.44±0.40c 50.06±0.53d
48 81.05±0.79b 82.88±0.25a 60.70±0.74c 58.57±0.58d

同行数据肩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)。下表同。

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

由表4可知,食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解参数均存在显著差异(P<0.05)。CP和DM的快速降解部分(a)分别最高和最低,NDF的快速降解部分显著高于ADF(P<0.05)。DM、ADF、CP、NDF的慢速降解部分(b)依次降低,DM、CP、ADF、NDF的潜在可降解部分(a+b)依次降低,CP、DM、ADF、NDF的慢速降解部分的降解速率(c)依次降低。在有效降解率(ED)方面,CP的有效降解率显著高于DM、NDF和ADF(P<0.05),有效降解率依次降低的顺序为CP、DM、ADF、NDF,有效降解率最高的CP和最低的ADF分别为58.93%和34.94%。
表4 食叶草DM、CP、NDF、ADF在肉羊瘤胃中的降解参数

Table 4 DM, CP, NDF and ADF degradation parameters of protein grass in rumen of mutton sheep%

项目 Items 干物质 DM 粗蛋白质 CP 中性洗涤纤维 NDF 酸性洗涤纤维ADF
a 10.77±0.02d 21.35±0.05a 15.73±0.02b 11.91±0.04c
b 78.06±0.04a 66.22±0.04c 60.61±0.02d 72.72±0.04b
c 0.053 2±0.000 1b 0.063 8±0.001 4a 0.028 2±0.000 1c 0.021 8±0.000 1d
a+b 88.83±0.02a 87.57±0.01b 76.34±0.01d 84.63±0.09c
ED 56.13±0.01b 58.93±0.01a 36.36±0.20c 34.94±0.04d

a:快速降解部分;b:慢速降解部分;c:慢速降解部分的降解速率;a+b:潜在可降解部分;ED:有效降解率。

a: fast degradation part; b: slow degradation part; c: the degradation rate of the slow degradation part; a+b: potential degradation part; ED: effective degradation rate.

3 讨论

3.1 食叶草的营养价值

新鲜食叶草的DM含量较低,只有8.60%,但食叶草有机物(OM)含量高,在DM基础上达到96.99%,其中CP含量高达31.43%,这也是食叶草被称为蛋白草的主要原因;食叶草EE含量为2.54%,Ca和P含量分别为0.51%和0.40%,同时食叶草纤维含量较低,其中NDF含量为31.75%,ADF含量为25.45%。从食叶草营养成分含量来看,食叶草是一种优质的饲草资源。刘昕桐等[14]在研究饲喂食叶草对SD大鼠尿酸影响的研究中测定了食叶草的营养成分,其中食叶草CP含量为31.2%,与本研究测得的食叶草CP含量相似。雷丽莉等[15]在全混合食叶草发酵饲粮饲喂育肥猪的研究中测得食叶草CP含量为22.48%,NDF和ADF含量仅分别为27.97%和17.19%,均低于本试验中测得的食叶草的CP、NDF和ADF含量。柏绿山等[16]的试验测得的食叶草CP含量为36.8%,略高于本试验所测结果。在不用研究中所测得的食叶草营养成分含量不一致,可能是所用食叶草收获时期或生长条件不同所致。
将食叶草与苜蓿的营养成分进行对比,发现食叶草相比于苜蓿有较高的CP含量和较低的NDF和ADF含量。郭涛等[17]测定了国内140份苜蓿干草的CP含量,其所测得的各品种紫花苜蓿的CP含量均低于本试验中食叶草的CP含量。在本试验中,食叶草CP含量达到31.43%,这远远超过我国《苜蓿 干草质量分级》[18]中的特级苜蓿的CP含量。赵力兴等[19]对20个苜蓿品种的生产性能及营养品质的比较研究中发现苜蓿的NDF含量在28.77%~46.24%,ADF含量在21.15%~35.75%。本试验所测得的食叶草NDF与ADF含量低于大部分苜蓿的NDF与ADF含量。饲草的纤维含量与饲草生长期密切相关,不同生长期收割会有不同的营养成分。
需要注意的是食叶草含水量通常在90%以上,收割后需迅速晾干或制作成青贮。食叶草可以单独制作成青贮,也可以与其他粗饲料混合制作成青贮,青贮可以延长食叶草存储时间,减少营养成分的流失。此外,食叶草也可以与其他精饲料、预混料等按照一定比例混合,制作成全价饲料。

3.2 食叶草DM、CP、NDF、ADF的瘤胃降解率

粗饲料在瘤胃中的降解率以及降解参数能够准确地反映其在瘤胃中的消化特性[20]。由于食叶草为新型饲料资源,对其营养成分在瘤胃中降解率和降解参数的研究至关重要。饲草DM在瘤胃中降解率的大小是饲草瘤胃降解率的科学指标,DM降解率的高低反映着饲料在瘤胃中消化的难易程度。饲草CP在瘤胃中的降解率主要与饲草在瘤胃中的停留时间、饲草本身的CP含量和饲草细胞壁纤维素结构的成熟程度有关[21]。本试验中,食叶草CP和DM在瘤胃中的降解率随着其在瘤胃中滞留时间的延长而升高,在48 h后趋于平缓,降解率分别达到82.88%和81.05%,说明食叶草CP和DM的瘤胃降解率较高。纤维含量是影响饲料DM瘤胃降解率的重要因素,纤维物质在饲料中的占比越高,该种饲料的DM在动物瘤胃中的降解率就会越低[22]。本研究中NDF和ADF含量较低是食叶草DM瘤胃降解率较高的原因。饲料中含有较多的NDF,会不同程度地影响反刍动物对饲料的采食,采食量减少会影响动物的反刍以及瘤胃中的微生物环境[23-24]。ADF主要包括纤维素、硅酸盐和酸性洗涤木质素等,难以被瘤胃消化分解。NDF和ADF瘤胃降解率的大小反映了粗饲料消化的难易程度,NDF和ADF降解率高说明粗饲料中纤维物质容易被瘤胃微生物分解利用[25]。在本试验中,NDF和ADF瘤胃降解率在48 h时达到峰值且趋于平缓,降解率分别达到60.70%和58.57%,说明食叶草中的纤维物质容易被瘤胃微生物利用。
苜蓿是我国肉羊养殖中常用的粗饲料。郝建辉[26]测得苜蓿DM、CP在陶塞特肉羊瘤胃中48 h的降解率分别为76.24%、87.17%,有效降解率分别为68.45%和71.55%。杨颖等[27]测得苜蓿DM、CP、NDF和ADF在山羊瘤胃中48 h的降解率分别为61.01%、72.79%、39.99和33.61%,有效降解率分别为54.59%、66.36%、28.33%和23.23%。在不同研究中苜蓿各营养成分有着不同的降解率,造成这种现象的原因可能与各种研究中研究者所用的苜蓿品种不同有关,也可能是苜蓿收割的时间不同所致。将本试验得出的食叶草主要营养成分的降解率与苜蓿进行比较发现,食叶草主要营养成分在肉羊瘤胃中的降解率高于杨颖等[27]测定的苜蓿主要营养成分在陶塞特肉羊瘤胃中的降解率,与郝建辉[26]的测定结果相似。通过对比可以得出食叶草在瘤胃中的降解率优于苜蓿,因此食叶草可以作为优质的饲草资源在畜牧业生产中应用。

4 结论

食叶草CP含量较高,NDF和ADF含量较低,同时食叶草各种营养成分在肉羊瘤胃中的降解率较高,因此食叶草可作为优质粗饲料资源在反刍动物生产中推广应用。

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