动物营养学报  2014, Vol. 26 Issue (2): 549-556   PDF (1032KB)    
引用本文
穆会杰, 刘庆华, 邢其银. 不同生育期小麦秸营养动态及饲用价值[J]. 动物营养学报, 2014, 26(2): 549-556.  
MU Huijie, LIU Qinghua, XING Qiyin. Nutrient Dynamic and Feeding Values of Wheat Straws in Different Growing Stages[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2014, 26(2): 549-556.  
不同生育期小麦秸营养动态及饲用价值
穆会杰1,2, 刘庆华1, 邢其银1    
1. 河南牧业经济学院畜牧工程系, 郑州 450046;
2. 河南农业大学牧医工程学院, 郑州 450002
收稿日期：2013-8-7
基金项目：河南省科技攻关项目（102102110113）
作者简介：穆会杰（1987- ），女，河南滑县人，硕士研究生，从事动物营养与饲料学研究。E-mail：wnevergiveup@126.com
通讯作者：刘庆华，教授，硕士生导师，E-mail：liuqinghua16899@sohu.com
摘要：为深入揭示小麦秸饲用价值，试验采用康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系（CNCPS）对不同生育期小麦秸营养价值进行评定，测定乳熟末期、蜡熟初期、蜡熟中期和蜡熟末期以及完熟期小麦秸CNCPS营养成分与17种氨基酸含量，应用CNCPS公式计算出碳水化合物（CHO）和粗蛋白质（CP）组分。结果表明：1）小麦秸蜡熟末期CHO含量极显著高于其他各期（P<0.01）。CHO组分中，乳熟末期非结构碳水化合物和可利用纤维含量分别极显著高于和低于其他各期（P<0.01），其他各期间差异不显著（P>0.05）。2）随生育期延迟，小麦秸CP含量降至蜡熟末期最低值（P<0.01），完熟期又回升（P<0.05）。CP组分中，完熟期可溶性粗蛋白质（SP）含量极显著或显著低于其他各期（P<0.01或P<0.05），蜡熟中期显著低于蜡熟末期（P<0.05）；前2期不可降解粗蛋白质含量极显著低于后3期（P<0.01），其他各期间差异不显著（P>0.05）。3）总必需氨基酸（TEAA，%CP）含量表现为降低—回升，拐点在蜡熟末期；蛋氨酸含量（%TEAA）表现为下降—上升—下降，拐点出现在蜡熟中期与完熟期；蜡熟末期非氨基酸氮含量（%SP）极显著低于蜡熟中期与完熟期（P<0.01）。结果提示，生育期可不同程度地影响小麦秸CP和CHO含量及组成，同时也改变氨基酸模式与非氨基酸氮含量。
关键词： 康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系     生育期     小麦秸     氨基酸模式    
Nutrient Dynamic and Feeding Values of Wheat Straws in Different Growing Stages
MU Huijie1,2, LIU Qinghua1, XING Qiyin1    
1. Animal Science Department, Henan University of Animal Husbandry and Economy, Zhengzhou 450046, China;
2. College of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China
Abstract: The objective of this study was to evaluate the nutrient values of wheat straw in different growing stages using the Cornell net carbohydrate-protein system (CNCPS). The contents of common nutrients and 17 kinds of amino acids were determined by CNCPS, and carbohydrate (CHO) and crude protein (CP) constituents were calculated according to the CNCPS method in milk stage telophase, wax ripe stage initial, wax ripe stage metaphase, wax ripe stage telophase, and full ripe stage of wheat straw. The results showed as follows: 1) the CHO content of wheat straw in wax ripe stage telophase was significantly higher than that in the other growing stages (P<0.01). Among CHO constituents, non-structural carbohydrate and available fiber contents in milk stage telophase were significantly lower or higher than those in the other growing stages (P<0.01), respectively, and there were no significant differences among the other growing stages (P>0.05). 2) The CP content of wheat straw was decreased to the minimum in wax ripe stage telophase (P<0.01), and went up in full ripe stage (P<0.05). Among CP constituents, soluble crude protein (SP) content in full ripe stage was significantly lower than that in the other stages (P<0.01 or P<0.05), and significantly lower in the wax ripe stage metaphase than that in the wax ripe stage telophase (P<0.05). Unavailable crude protein content in the first two stages was significantly lower than that in the last three stages (P<0.01) with no significant differences among the other growing stages (P>0.05). 3) Total essential amino acid (TEAA) content of CP changed in a low-high dynamic pattern, and had a turning point in the wax ripe stage telophase. Methionine content of TEAA changed in a low-high-low dynamic pattern, and had a turning point in the wax ripe stage metaphase and the full ripe stage, respectively. Non-amino acid nitrogen content of SP in the wax ripe stage telophase was very significantly lower than that in wax ripe stage metaphase and full ripe stage (P<0.01). The results indicate that the growing stage of wheat straw significantly affects the contents and composition of CP and CHO, and the changes the amino acid pattern and the non-amino acid nitrogen content of CP.
Key words: Cornell net carbohydrate and protein system     growing stage     wheat straw     amino acid pattern    

小麦是我国最主要的农作物之一，年产秸秆数量约达1亿t。实际生产中因品种特性和天气等不同，小麦收获期有所差异。然而，同种植物在不同生育期，营养物质在籽实、茎叶之间的转移与分配均不断发生变化，从而导致植株饲用价值和利用率的巨大改变[1]。目前，我国仍使用的Weende和Van Soest饲料营养价值评定体系，由于未能充分考虑反刍动物特殊的消化道结构及消化生理，因而不能较好地反映饲料的营养价值[2]。

20世纪90年代，美国提出了基于瘤胃降解特征的康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)，通过准确的化学分析方法对包含氨基酸在内的饲料组分含量进行分析，利用体外法等方法评价组分的瘤胃降解速率，结合瘤胃微生物生长的机理模型、消化道流通速度模型、动物消化生理模型等，预测包含氨基酸在内的饲料组分小肠可利用量，对饲料生物学价值与动物生产性能做出有效、准确的预测[3]。后经不断改进和增加新的方程，其模型预测的准确性和效率大大提高[4, 5, 6]。CNCPS在北美、欧洲和非洲的一些国家已经用来指导生产，并且取得很好效果。中国CNCPS的应用研究始于1999年，近年来，CNCPS在饲料组分数据库、模型的验证及改进方面取得了一定的研究进展[7, 8, 9, 10]。但是，应用CNCPS评定小麦秸营养价值仅局限于完熟期，缺乏氨基酸模式与其他生育期的研究报道。

为此，本研究旨在应用CNCPS体系的原理与方法对不同生育期小麦秸，包含氨基酸在内的饲料成分进行分析，以期为小麦秸的合理开发利用提供基础理论数据。

1 材料与方法
1.1 样品采集与制备

小麦秸来自于河南滑县栽培的小麦“百农矮抗58”，生育期230 d左右，根据不同生育阶段需水量及降雨情况，合理实施人工灌溉。按照小麦不同生育期间的外部形态特征，分别在乳熟末期、蜡熟初期、蜡熟中期、蜡熟末期和完熟期，随机选取5个代表性样方，每个样方1 m2。从中随机采集150株，分离麦穗与秸秆。将秸秆切成1 cm左右长度，混匀，按四分法取得次级样品。次级样品经120 ℃灭酶15 min后风干，粉碎，过1 mm筛，混匀，贮存于样品瓶以备分析。小麦秸采样信息见表1。

表1 小麦秸采样信息 Table 1 The sample informations of wheat straws
1.2 测定指标及方法

样品干物质(dry matter,DM)、粗蛋白质(crude protein,CP)、粗灰分(Ash)和粗脂肪(ether extract,EE)含量测定按照AOAC(1980)[11]方法进行；中性洗涤纤维(neutral detergent fiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acid detergent fiber,ADF)、酸性洗涤木质素(acid detergent lignin,ADL)、中性洗涤不溶蛋白质(neutral detergent insoluble protein,NDIP)和酸性洗涤不溶蛋白质(acid detergent insoluble protein,ADIP)含量测定按照Van Soest等[12]的方法进行；可溶性粗蛋白质(soluble crude protein,SP)含量测定按照Krishnamoorthy等[13]方法测定，非蛋白氮(non-protein nitrogen,NPN)含量测定依据AACC(1976)[14]方法进行，淀粉(Starch)含量测定按照GB/T 20378—2006/ISO方法进行。氨基酸样品经过酸水解(6 mol/L盐酸在110 ℃水解24 h)或氧化水解(蛋氨酸和胱氨酸使用过氧甲酸进行氧化)处理后，使用氨基酸自动分析仪(日立L-8800)测定氨基酸(色氨酸除外)含量。

1.3 CNCPS的计算方法
1.3.1 饲料碳水化合物(CHO)组分划分和计算

根据饲料CHO在瘤胃中的降解情况，CNCPS将其分为4个部分：CA是快速降解的糖类；CB1为中速降解的淀粉和果胶；CB2是缓慢降解的可利用纤维；CC是不可利用纤维，为ADL含量的2.4倍[15]。各组分按照Sniffen等[16]提出的计算方法进行，具体公式如下：

CHO(%DM)=100-CP(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM)；
CNSC(%CHO)=100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)；
CA(%CHO)=[100-Starch(%NSC)]×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100；
CB1(%CHO)=Starch(%NSC)×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100；
CB2(%CHO)=100×{NDF(%DM)-[NDIP(%CP)×0.01×CP(%DM)]-[NDF(%DM)×0.01×ADL(%NDF)×2.4]}/CHO(%DM)；
CC(%CHO)=100×[NDF(%DM)×0.01×ADL(%NDF)×2.4]/CHO(%DM)。

式中：CNSC为非结构碳水化合物(NSC)占CHO的百分比。

1.3.2 饲料蛋白质组分划分和计算

饲料蛋白质分为NPN、真蛋白质和不可降解粗蛋白质3部分，分别用PA、PB和PC来表示。PB又被细分为快速降解真蛋白质(PB1)、中速降解真蛋白质(PB2)和慢速降解真蛋白质(PB3)3部分。PA和PB1在缓冲液中可溶解，PB1在瘤胃中可快速降解。PC主要含有与木质素结合的蛋白质、单宁蛋白质复合物和其他高度抵抗微生物和哺乳类酶类的成分[13, 17]，在酸性洗涤剂中不能被溶解。PC不能被瘤胃细菌降解，也不能在瘤胃后消化道被消化。PB3不溶于中性洗涤剂，但可在酸性洗涤剂中溶解，由于PB3与细胞壁结合在一起，因而在瘤胃中缓慢降解，其中大部分可逃逸瘤胃降解。缓冲液中不溶蛋白质与中性洗涤不溶蛋白质的差值为PB2含量。部分PB2在瘤胃中可被发酵，部分流入后肠道中。各组分的计算公式如下:

PA(%CP)=NPN(%SP)×0.01×SP(%CP)×6.25；
PB1(%CP)=SP(%CP)-PA(%CP)；
PB2(%CP)=100-PA(%CP)-PB1(%CP)-PB3(%CP)-PC(%CP)；
PB3(%CP)=NDIP(%CP)-ADIP(%CP)；
PC(%CP)=ADIP(%CP)。

1.4 可溶性粗蛋白质中的非氨基酸氮(NAAN)计算

NAAN(%SP)=100-[100×(∑0.01×AAi×Nj×6.25)/SP]。

式中：AAi为单个氨基酸含量(%CP)；Nj为单个氨基酸含氮量(%)；SP为可溶性粗蛋白质含量(%CP)。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2003进行初步整理，用SPSS 17.0软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，用Duncan氏法进行多重比较，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析
2.1 不同生育期小麦秸CNCPS营养水平

从相关蛋白质水平(表2)看，随生育期延迟，小麦秸CP含量表现为下降—上升，由乳熟末期的7.97%线性下降到蜡熟末期的4.70%(P<0.01)，完熟期回升至5.18%(P<0.05)；NDIP含量变化趋势与CP含量相似，蜡熟末期显著或极显著低于前3期(P<0.05或P<0.01)，完熟期显著高于蜡熟末期(P<0.05)；SP含量呈现下降—上升—下降的趋势。第1个谷底出现在蜡熟中期，第2个谷底为最低值，出现在完熟期，它显著或极显著低于其他各期(P<0.05或P<0.01)；ADIP含量有逐渐增加的总趋势，完熟期达到最高水平，显著高于乳熟末期和蜡熟初期(P<0.05)，其他各期间差异不显著(P>0.05)；NPN含量的变化趋势总体上与ADIP含量相反，乳熟末期极显著高于蜡熟中、末期与完熟期(P<0.01)，后3者间差异不显著(P>0.05)。

表2 不同生育期小麦秸CNCPS营养水平 Table 2 Nutrient levels of wheat straws in different growing stages

从相关CHO水平(表2)看，随生育期延迟，小麦秸NDF含量表现为线性增加趋势，完熟期达到最高水平，显著或极显著高于乳熟末期和蜡熟初、中期(P<0.05或P<0.01)，与蜡熟末期间差异不显著(P>0.05)；ADL含量变化趋势与SP含量相反，拐点出现在蜡熟末期，乳熟末期最低，极显著低于其他各期(P<0.01)，其他各期间差异不显著(P>0.05)；淀粉呈线型下降趋势，乳熟末期最高，极显著高于其他各期(P<0.01)，蜡熟初、中期显著或极显著高于蜡熟末期与完熟期(P<0.05或P<0.01)，蜡熟初、中期之间以及蜡熟末期和完熟期之间差异不显著(P>0.05)。

2.2 不同生育期小麦秸CNCPS CHO与蛋白质组分

从CNCPS CHO组分(表3)看，随生育期延迟，小麦秸CA含量与CB1含量呈下降趋势，乳熟末期最高，分别为26.04%与2.56%，极显著高于其他各期(P<0.01)，蜡熟初、中期CB1含量极显著高于蜡熟末期与完熟期(P<0.01)，其他各期间差异不显著(P>0.05)；CB2和CC含量呈上升趋势，乳熟末期最低，极显著低于其他各期(P<0.01)。

表3 小麦秸CNCPS CHO 与蛋白质的组分 Table 3 Carbohydrate and protein constituents of wheat straws in CNCPS

从CNCPS蛋白质组分(表3)看，完熟期PA含量最低，蜡熟末期PB1含量最高，分别为28.01%和12.96%，极显著或显著低于和高于其他各期(P<0.01或P<0.05)，其他各期间差异不显著(P>0.05)；PB2含量各期间差异不显著(P>0.05)；蜡熟末期PB3含量最低，为3.30%，极显著低于其他各期(P<0.01)，其次为完熟期，显著高于乳熟末期(P<0.05)，其他各期间差异不显著(P>0.05)；PC含量呈逐渐增加趋势，后3期极显著高于前2期(P<0.01)，其他各期间差异不显著(P>0.05)。

2.3 不同生育期小麦秸氨基酸模式

由表4可见，小麦秸前3个生育期总氨基酸含量(%CP)相对稳定，蜡熟末期显著高于前3期(P<0.05)，完熟期有进一步升高趋势，但未达到统计上的显著水平(P>0.05)；进一步考察总必需氨基酸(TEAA)发现，小麦秸TEAA含量(%CP)呈现先下降后略微上升，谷底出现在蜡熟末期，它显著或极显著低于乳熟末期、蜡熟初期与完熟期(P<0.05或P<0.01)，与蜡熟中期间差异不显著(P>0.05)，乳熟末期最高，极显著高于其他各期(P<0.01)。

蜡熟中期赖氨酸含量(%TEAA)最高，极显著高于乳熟末期、蜡熟初期与完熟期(P<0.01)，与蜡熟末期差异不显著(P>0.05)。蛋氨酸含量(%TEAA)表现为下降—上升—下降趋势，2个谷底分别出现在蜡熟中期与完熟期，均极显著低于乳熟末期、蜡熟初期与末期(P<0.01)，两者间差异不显著(P>0.05)。

表4 不同生育期小麦秸氨基酸含量Table 4 Amino acid contents of wheat straws in different growing stages
3 讨 论
3.1 生育期对小麦秸CNCPS营养成分与组分的影响

应用CNCPS评定小麦秸营养价值仅局限于完熟期，尚未见到对不同生育期小麦秸CHO和蛋白质组分变化规律的系统研究。植物性饲料中CHO是反刍动物的主要能量来源，饲料CHO对反刍动物的营养价值主要取决于非结构碳水化合物含量和结构碳水化合物在瘤胃中降解程度。本试验按照小麦不同生育期的外部形态特征，分别测定了收获前13天至收获时小麦秸的CNCPS营养成分与组分，结果表明，除乳熟末期非结构碳水化合物与可利用纤维相对CHO含量分别极显著高于和低于蜡熟初期、中期、末期和完熟期外，其他各期间无显著差异。这说明进入蜡熟期后，小麦秸CHO对反刍动物的可利用性没有发生显著改变。这主要是由于随生育期延长，小麦营养器官CHO向籽粒流动降低，以及植株叶片老化，自身光合作用能力下降[18]。靳玲品等[7]测定了储存1年以上完熟期小麦秸的CNCPS营养成分与组分，其报道CA+CB1含量为7.56%，明显低于本试验测定的对应值13.65%，这可能与储藏期间可溶性营养物质损失有关[19]。

本试验研究发现，蜡熟末期小麦秸的CP含量与PB3含量显著或极显著低于其他各组，PB1含量极显著高于其他各组。出现这种现象的具体原因尚不清楚，推测与该期小麦籽粒蛋白质沉积特点有关。王东等[18]研究表明，小麦籽粒产量与蛋白质含量及沉积量以蜡熟末期最高。作为营养器官的小麦秸，蛋白质以较多的可溶性形态存在可能有利于向小麦籽粒转移，同时自身合成能力下降而导致其CP含量降低。

饲料蛋白质对反刍动物的营养价值取决于对小肠可代谢蛋白质(MP)的贡献量。MP是指被瘤胃以后消化的真蛋白质和被小肠吸收的氨基酸部分，主要由瘤胃微生物蛋白质(MCP)和瘤胃非降解饲料蛋白质(UCP)构成。饲料蛋白质组分与MCP合成量和UCP数量密切相关。瘤胃中容易降解的饲料蛋白质(PA+PB1)是反刍动物瘤胃微生物合成MCP的主要氮源，其中的非氨基酸氮含量能够影响MCP合成[20]。瘤胃缓慢降解的真蛋白质(PB2+PB3)贡献部分过瘤胃蛋白。瘤胃中不能降解的蛋白质(PC)全部贡献于过瘤胃蛋白，但不能被后段消化道利用，不是MP的组分。本试验结果表明，蜡熟末期小麦秸PA+PB1含量为56.15%CP，显著高于完熟期的37.15%CP；依据分析的氨基酸组成与每种氨基酸含氮量推算出的蜡熟末期(表4)非氨基酸氮(N×6.25)相对SP含量为63.40%CP，极显著低于完熟期的91.51%CP；蜡熟末期小麦秸PB2+PB3含量为11.58%CP，极显著低于完熟期的30.09%CP；小麦秸PC含量分别为32.27%CP与32.76%CP，两者无显著差异。以上事实说明，追求小麦高产量与质量而在蜡熟末期收获的小麦秸能为MCP合成提供更丰富且更佳的氮源，完熟期收获的小麦秸能为反刍动物提供相对多的可利用UCP。生产中可以此为依据，合理优化小麦秸饲粮，以使营养价值得以更充分发挥。

3.2 生育期对小麦秸氨基酸模式的影响

反刍动物利用MP效率受MP中氨基酸组成的影响，赖氨酸和蛋氨酸是反刍动物常见的2种限制性氨基酸[20]。Rulquin等[21]建立了反刍动物氨基酸子模型，应用饲料原料氨基酸含量，估测MP的EAA组成与含量。因此，非常有必要了解饲料原料的氨基酸组成模型与含量。但有关不同生育期小麦秸氨基酸组成模型报道很少。本试验结果表明，不同生育期小麦秸氨基酸模式明显不同。完熟期的总必需氨基酸含量为23.44%CP，显著高于蜡熟末期的20.81%CP。蜡熟末期的蛋氨酸含量为1.13%TEAA，极显著高于完熟期的0.91%TEAA。这些结果为生产中合理利用不同生育期小麦秸，优化饲料配方提供了基础数据。

4 结 论

生育期可不同程度地影响小麦秸蛋白质和CHO含量及其CNCPS组分，同时也改变氨基酸模式和非氨基酸氮含量。

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