光是影响植物生存、生长及更新的最重要的环境因子，是植物生长的能量来源^[1]。随着全球气候变化，发生的阴雨寡照逆境灾害天气事件频率也日益增多^[2]，同时小麦是一种喜光作物，对光照条件极为敏感，光照强度、长度的变化势必影响小麦体内碳氮代谢等的一系列生理活动^[3]，从而影响到麦秸的品质和产量。小麦作为我国第3大粮食作物，年产量1亿多t，同时年产麦秸达1.5亿t^[4]，其中约31%用于反刍动物饲料，约15%作为肥料还田，还有约31%无处理途径，在田间燃烧或堆积，造成环境污染，同时堆积的麦秸也可能引发火灾^[4]。农作物秸秆是我国草食家畜十分重要的粗饲料来源，反刍动物的瘤胃中含有大量的厌氧微生物，可以将动物消化道不易分解的成分(如纤维素、半纤维素等)降解成挥发性脂肪酸(VFA)、氨氮等营养物质供宿主利用^[5]。据测算，1 t普通秸秆的营养价值平均与0.25 t粮食的营养价值相当^[4]。那么将更多的秸秆用于饲料是一种有效利用途径，既可弥补草食动物在枯草季节饲草供应的不足，又能减少焚烧带来的环境污染^[6]。由于拔节期是小麦茎叶生长的重要时期，弱光胁迫对其生长发育有不利的影响，在麦秸上的研究较少。因此，本试验旨在利用遮阴模拟弱光逆境，以弱筋小麦扬麦15为研究对象，探讨拔节期弱光胁迫对麦秸营养成分的影响，并通过体外发酵技术评价弱光胁迫对麦秸降解率的影响，为评价弱光逆境下小麦秸秆营养成分及其降解率提供理论依据。

以弱筋小麦扬麦15为材料，于2010年11至2011年6月在江苏省农业科学院作物所试验地种植，在拔节期进行3个遮阴水平(0、50%、66%)和3个遮阴时间(2、4、8 d)的处理。采用裂区设计，主区为遮阴水平，裂区为遮阴时间，每个处理设3个重复，每个重复小区面积2.5 m×4.0 m。采用不同密度的黑色尼龙遮阳网进行不同遮阴水平处理。遮阳网距地面2 m，以保证良好的通风条件，消除温差。小麦成熟收获麦秸，65 ℃烘干，粉碎后过20目及28目双层筛，取中间粉料做试验底物，室温保存于样品袋中备用。

瘤胃液采自南京农业大学动物房4头装有永久性瘤胃瘘管的健康成年去势波尔山羊。试验当日晨饲后2 h采集瘤胃液，保存于39 ℃预热并充满二氧化碳的塑料瓶内，迅速带回实验室，在厌氧条件下经4层纱布过滤后与5倍体积培养液^[7]充分混合，60 mL/瓶分装至含1 g麦秸的发酵瓶中，橡胶塞及铝盖封口后39 ℃静置培养72 h。

按张丽英^[8]的方法测定试验样品中干物质(DM)、有机物(OM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)和粗灰分(ash)含量，采用Van Soest等^[9]方法测定中性洗涤纤维(NDF)及酸性洗涤纤维(ADF)含量并计算中性洗涤可溶物(NDS)含量。根据马艳艳等^[10]方法计算底物干物质体外降解率(in vitro disappearance rate of DM,IVDMD)、中性洗涤纤维体外降解率(in vitro disappearance rate of NDF，IVNDFD)和酸性洗涤纤维体外降解率(in vitro disappearance rate of ADF，IVADFD)。

发酵过程中参照Theodorou等^[11]和朱伟云等^[12]方法测定动态产气量，于72 h结束发酵并测定发酵上清液pH，参照秦为琳^[13]气相色谱方法测定VFA产量。

各试验数据经Excel 2010初步整理后，利用SPSS 17.0统计软件进行Multivatiate方法进行方差分析，主效应分别是遮阴水平和遮阴时间，Duncan氏法进行多重比较。试验结果以平均值±标准误(mean±SEM)表示，以P＜0.05表示差异显著。

由表1可知，随遮阴水平增加，粗蛋白质含量呈先降低后升高的趋势；与0组相比，遮阴50%组的粗蛋白质含量显著降低(P＜0.05)；遮阴时间对营养成分没有显著影响(P>0.05)；遮阴水平与遮阴时间对麦秸营养成分的影响没有交互作用(P>0.05)。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 遮阴对麦秸营养成分的影响 Table 1 Effects of level and time of shading on nutrient composition of wheat straw % 项目 Items 干物质 DM 粗蛋白质 CP 粗脂肪 EE 粗灰分 Ash 中性洗 涤纤维 NDF 酸性洗 涤纤维 ADF 中性洗涤 可溶物 NDS 遮阴水平 Shading level/% 0 92.51±0.13 4.92±0.04a 0.95±0.15 6.07±0.06 78.37±1.05 48.36±0.90 21.63±1.05a 50 92.51±0.47 4.22±0.31b 1.20±0.11 6.33±0.45 80.00±0.50 48.67±0.34 20.00±0.50b 66 92.55±0.31 5.15±0.32a 1.13±0.12 5.34±0.58 79.33±0.83 47.68±0.72 20.67±0.83ab 遮阴时间 Shading time/d 2 92.47±0.12 4.87±0.50 1.12±0.10 6.59±0.34 78.66±0.29 48.07±0.29 21.34±0.29 4 92.99±0.26 4.63±0.40 1.10±0.13 5.53±0.47 78.94±0.44 48.08±0.82 21.06±0.44 8 92.12±0.20 4.79±0.09 1.07±0.12 5.62±0.35 80.10±0.87 48.56±0.23 19.90±0.87 P值 P-value 遮阴水平 Shading level 0.997 <0.050 0.222 0.177 0.090 0.394 0.090 遮阴时间 Shading time 0.177 0.739 0.941 0.111 0.121 0.746 0.121 遮阴水平×遮阴时间 Shading level×shading time 0.656 0.180 0.308 0.617 0.580 0.409 0.580 　表中同一主效应因子、同列数据相同或无字母肩标表示差异不显著(P>0.05)，不同小写字母肩标表示差异显著(P＜0.05)。下表同。 　In the same column,values of the same main effector with no letter or 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.

表1 遮阴对麦秸营养成分的影响 Table 1 Effects of level and time of shading on nutrient composition of wheat straw

由表2可知，随遮阴水平增加IVDMD和IVNDFD呈逐渐降低趋势，与0组相比，遮阴50%组与66%组显著降低了麦秸的IVDMD和IVNDFD(P＜0.05)，遮阴50%组与66%组差异不显著(P>0.05)；遮阴时间对营养物质体外降解率没有显著影响(P>0.05)；同时遮阴水平与遮阴时间的影响也没有交互作用(P>0.05)。

表2

Table 1

表2(Table 2)

表2 遮阴水平和遮阴时间对麦秸体外降解率的影响 Table 2 Effects of level and time of shading on in vitro disappearance rate of wheat straw 项目 Items 干物质体外降解率 IVDMD 中性洗涤纤维体外降解率 IVNDFD 酸性洗涤纤维体外降解率 IVADFD 遮阴水平 Shading level/% 0 32.45±0.93a 34.71±1.38a 25.69±2.62 50 30.73±0.44b 31.43±0.17b 25.82±0.45 66 29.92±0.23b 30.83±0.90b 24.20±0.28 遮阴时间 Shading time/d 2 31.32±0.68 32.90±0.96 25.64±0.59 4 31.16±0.67 31.76±1.55 25.26±0.46 8 30.61±0.93 32.31±1.25 24.81±0.60 P值 P-value 遮阴水平 Shading level ＜0.050 ＜0.050 0.584 遮阴时间 Shading time 0.556 0.422 0.889 遮阴水平×遮阴时间 Shading level×shading time 0.923 0.585 0.997

表2 遮阴水平和遮阴时间对麦秸体外降解率的影响 Table 2 Effects of level and time of shading on in vitro disappearance rate of wheat straw

由图1可知，各组体外发酵产气量变化趋势基本一致，发酵0~12 h产气量增加较少，12~72 h间产气量缓慢增加。发酵结束时，0组最高，为(113.46±0.83) mL；其次为遮阴2 d的，2 d 66%组和2 d 55%组分别为(111.89±0.54) mL和(110.29±0.33) mL；再次为遮阴4 d的，4 d 66%组和4 d 55%组分别为(102.36±2.17) mL和(101.63±0.29) mL，遮阴8 d的最低，8 d 66%组和8 d 55%组分别为(94.09±1.60) mL和(93.49±0.95) mL。方差分析结果显示，遮阴水平与遮阴时间对麦秸体外发酵72 h累积产气量有显著影响(P＜0.05)，且遮阴水平与遮阴时间存在交互作用(P＜0.05)。

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图1 遮阴水平和遮阴时间对麦秸体外发酵产气量的影响 Fig. 1 Effects of level and time of shading on gas production in vitro of wheat straw

麦秸体外发酵液pH处于6.26~6.32之间。由表3可知，随着遮阴水平增加，乙酸产量呈逐渐降低趋势，与0组相比，遮阴50%组与66%组显著降低了乙酸产量(P＜0.05)，遮阴50%组与66%组对差异不显著(P>0.05)。随遮阴时间增加，总挥发性脂肪酸(TVFA)和乙酸产量呈逐渐降低趋势，与遮阴2和4 d组相比，遮阴8 d组显著降低麦秸体外发酵TVFA和乙酸产量(P＜0.05)，遮阴2 d组乙酸产量显著高于遮阴4 d组(P＜0.05)。遮阴时间显著影响麦秸体外发酵乙酸和TVFA产量(P＜0.05)，遮阴水平显著影响乙酸产量(P＜0.05)；遮阴水平和遮阴时间对乙酸产量的影响有交互作用(P＜0.05)。

表3

Table 1

表3(Table 3)

表3 遮阴水平和遮阴时间对麦秸体外发酵指标的影响 Table 3 Effects of level and time of shading on in vitro fermentation indices of wheat straw 项目 Items 总挥发性脂肪酸 TVFA/ (mmol/L) 乙酸 Acetate/ (mmol/L) 丙酸 Propionate/ (mmol/L) 丁酸 Butyrate/ (mmol/L) 乙酸/丙酸 Acetate/ propionate 遮阴水平 Shading level/% 0 49.25±1.56 29.56±0.88a 13.29±0.28 4.40±0.18 2.22±0.04 50 46.58±2.40 27.77±2.13b 13.09±0.36 4.60±0.04 2.10±0.16 66 45.79±2.77 27.54±2.15b 12.69±0.35 4.66±0.25 2.10±0.12 遮阴时间 Shading time/d 2 49.61±0.19a 30.03±0.39a 13.17±0.11 4.68±0.17 2.31±0.05 4 48.15±0.59a 28.24±0.67b 13.27±0.30 4.60±0.12 2.16±0.08 8 45.19±2.73b 26.61±2.21c 12.64±0.36 4.37±0.10 2.01±0.14 P值 P-value 遮阴水平 Shading level 0.088 <0.050 0.491 0.361 0.335 遮阴时间 Shading time <0.050 <0.050 0.426 0.236 0.067 遮阴水平×遮阴时间 Shading level×shading time 0.169 <0.050 0.714 0.420 0.174

表3 遮阴水平和遮阴时间对麦秸体外发酵指标的影响 Table 3 Effects of level and time of shading on in vitro fermentation indices of wheat straw

弱光胁迫对作物生长的影响大多数采用遮阴处理来实现。王一等^[14]研究不同生育时期遮阴对大豆形态形状和产量的影响发现，遮阴会导致大豆平均分枝数比对照组降低29.97%，而分枝数和单株产量呈极显著正相关，从而导致大豆产量显著降低。李初英等^[15]对研究不同遮光胁迫对大豆产量性状及产量影响的研究也得到了类似的结果，大豆的茎粗和分枝数均显著降低。蔡昆争等^[16]研究遮阴对水稻的影响发现，拔节期遮阴能显著增加水稻株高，显著减少其分蘖数，从而减弱叶片中的碳氮代谢，但是遮阴对成熟期水稻的影响较小。但遮阴对作物秸秆营养成分的影响尚不清楚，本研究结果表明，除粗蛋白质含量外，遮阴水平与遮阴时间对麦秸营养成分含量影响不显著。但遮阴水平能显著影响小麦秸粗蛋白质含量，遮阴50%组粗蛋白质含量显著降低，而随着遮阴水平增加，粗蛋白质含量又显著增加，因此遮阴水平对小麦秸粗蛋白质含量的影响呈现先降低后增加的趋势。遮阴50%组小麦秸粗蛋白质含量降低可能是由于遮阴处理降低了小麦叶片的光合速率，使拔节期小麦的茎粗和分枝数均减少，叶片数量相对降低，从而降低了其粗蛋白质含量^{[17, 18]}。杨东等^[19]研究弱光对不同生育期超级稻优航2号的影响也发现，拔节期弱光胁迫降低了茎鞘物质的积累与株高，从而降低了叶片数量，使其作物秸秆中蛋白质含量降低。本研究还发现遮阴66%组和50%组相比粗蛋白质含量显著升高，这可能是由于随着遮阴水平进一步增加，小麦营养器官(叶片和茎)转运到籽粒中的干物质含量降低，从而使得未被转运的干物质在营养器官中积累，导致其营养成分含量升高。牟会荣等^[20]研究遮阴对小麦植株氮素转运及品质的影响发现，拔节期至成熟期遮阴显著降低了各营养器官贮存氮素的转运量，从而降低了其对籽粒氮素的贡献率。任万军等^[21]研究弱光对杂交稻氮素积累、分配与籽粒蛋白质含量的影响发现，弱光改变杂交稻氮素在各器官中的分配比例，使叶片和茎鞘的氮素增加，分配到穗部的减少。Grashoff等^[22]研究遮阴对春大麦产量、氮素和可溶性碳水化合物的影响发现，遮阴延缓叶片的衰老，同时使营养器官转运到籽粒中氮素和碳水化合物降低。

干物质的降解率反映了底物在发酵体系中被微生物降解的程度，也是瘤胃发酵中粗饲料利用率的重要指标^[23]。本试验结果表明，遮阴处理显著降低了麦秸IVDMD和IVNDFD。这可能是由于遮阴处理降低麦秸非结构性碳水化合物的含量，从而导致其可消化有机质含量降低，使其不易被瘤胃微生物降解利用。虽然本研究中遮阴处理对麦秸NDS含量没有显著影响，但麦秸中NDS含量有降低趋势。余苗等^[24]对不同生育期虎尾草的研究表明：虎尾草的IVDMD和NDS含量呈显著的正相关关系，NDS含量越低，IVDMD就越低，反之，则越高。前人对不同刈割茬次苜蓿的研究中也得到了类似的结论，第2茬苜蓿由于其NDF含量升高及NDS含量降低，导致其苜蓿IVDMD和IVNDFD降低^[25]。马艳艳等^[26]研究也显示，稻草经过复合碱处理以后，提高了粗蛋白质和可溶性碳水化合物的含量，从而提高了IVDMD。

反刍动物所采食的饲料在瘤胃微生物降解和消化作用下可以产生大量的二氧化碳、甲烷、氢气等气体，因而气体产量的高低一方面取决于饲料可发酵成分的含量，另一方面取决于微生物的降解能力^[27]。本研究中，0~12 h产气量增加较少，12~72 h产气量缓慢增加并逐渐平缓，可能是由于本试验所用麦秸中可快速发酵的成分含量较低，纤维类成分含量较高，纤维降解与营养成分释放是一个缓慢进行的过程，因此发酵速度比较缓慢。本研究结果显示，遮阴能显著降低麦秸体外发酵累积产气量，这可能与麦秸中粗蛋白质含量及可溶性碳水化合物含量有关。有研究报道，不同类型的牧草作为底物体外发酵时，其产气量及理论最大产气量主要受可溶性碳水化合物比例的影响^[28]。而Nsahlai等^[29]在豆科田菁属牧草的研究中发现，理论最大产气量与粗蛋白质含量间呈正相关关系。另外也有研究报道，体外发酵累积产气量与底物粗蛋白质和可溶性碳水化合物的比例有关，当粗蛋白质和可溶性碳水化合物的比例越大，理论最大产气量就越高，反之，比例越小时，理论产气量就越低^[30]。

反刍动物瘤胃微生物将饲粮中的营养物质发酵产生的VFA是动物和微生物维持和生长的重要能量来源，其产量和组成反映了瘤胃微生物的发酵模式^[31]。Dubuc等^[32]研究发现，瘤胃发酵产生的VFA可满足1 d内奶牛所需能量的60%~70%。本研究中遮阴处理显著降低了发酵液乙酸产量，从而降低了TVFA产量。而乙酸产量主要来自于底物纤维或者粗饲料的发酵降解，这与IVDMD、IVNDFD及产气量降低一致，遮阴导致小麦秸可降解消化的营养物质含量降低，从而导致其体外降解率降低、累积产气量降低，同时乙酸产量降低。Tang等^[33]对不同成熟阶段玉米秸秆的研究发现，粗纤维含量与产气量和VFA产量呈负相关，粗纤维含量越高营养价值越低，导致产气量和VFA的产量降低。Kumar等^[34]对几种水牛饲粮的研究中发现，棉籽饼粕型饲粮由于粗纤维含量高，与豆粕型饲粮相比，其TVFA和乙酸的产量显著降低。

拔节期遮阴处理降低了麦秸粗蛋白质含量、IVDMD和IVNDFD、产气量、TVFA与乙酸产量，但对乙酸/丙酸没有影响；遮阴效果随时间与水平增加而增加。