2. 中国农业科学院饲料研究所, 农业部饲料生物技术重点实验室, 北京 100081;
3. 新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室, 阿拉尔 843300
2. Key Laboratory of Feed Biotechnology of the Ministry of Agriculture, Feed Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China;
3. Key Laboratory of Tarim Animal Husbandry Science and Technology, Xinjiang Production and Construction Corps, Alar 843300, China
新疆维吾尔族自治区面积占全国总面积的1/6，其中天山以南的部分称为南疆，面积约108万km2，是穆斯林群众的主要聚集区。独特的地理条件和文化传统形成了南疆以牛羊养殖为主的畜牧业生产结构，在我国“一带一路”政策的实施过程中有着重要地位[1]。南疆地处暖温带，属典型的大陆性气候，是内陆干旱风沙区。南疆光热资源丰富、昼夜温差大、无霜期长，适合农作物生长，但严重的土地盐碱化却影响着农作物的多样性，从而引发了饲草料短缺问题，制约着当地畜牧业的发展[2]。因此，对新疆南疆地区肉羊精、粗饲料资源的开发和评价十分必要。因反刍动物特殊的瘤胃内环境所致，单一精饲料的营养价值评定伴随着瘤胃酸中毒等一系列不良反应，因此，如何评定谷物饲料和蛋白质饲料的营养价值是摆在研究者面前的一个难题。近年来，有研究者针对此问题进行了一些研究。赵江波[3]使用套算法评价小麦在瘤胃内的消化利用情况，证明了该方法在肉羊单一精饲料原料营养价值评定上的可行性，并确定了适宜替换水平。吴端钦[4]对多种羊常用精饲料进行了消化代谢试验、体外产气试验和康奈尔净碳水化合物-蛋白质体系(CNCPS)指标的测定，研究表明, 精饲料有效能的体外法预测值与体内法实测值相关性强，通过体外产气法和CNCPS评价体系可以快速、有效地预测精饲料能值。Norman等[5]分别采用体外法(胃蛋白酶-纤维素酶法和体外产气法)和半体内法(尼龙袋法)测定11种澳大利亚本土多年生灌木的有机物降解率，然后与体内法实测的有机物降解率进行比较，结果表明体外产气法得出的有机物降解率与体内法相关性最强[决定系数(R2)=0.904]，而胃蛋白酶-纤维素酶法预测的准确性相对较差。任鹏等[6]用瘤胃持续发酵法测定了6种饼粕饲料蛋白质的降解率，其测定结果的稳定性优于尼龙袋法，平均变异系数为2.7%，结果与尼龙袋法的结果高度相关(R2=0.99)。本试验结合饲料的常规营养成分分析、体外产气法与人工瘤胃持续发酵法，以6种蛋白质饲料和7种能量饲料为研究对象，测定其常规营养成分含量、各时间点的产气量以及干物质(DM)有效降解率，建立了用精饲料产气量预测干物质有效降解率及常规营养成分预测干物质有效降解率的模型，为探索更加简便、易行的精饲料质量评价方法、合理利用新疆南疆地区饲料资源提供基础理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料本试验所选用的13种精饲料包括蛋白质饲料6种[豆粕、棉籽粕、玉米干酒糟及其可溶物(DDGS)、玉米蛋白粉、鱼粉和鸡肉粉]和能量饲料7种(菊花粕、玉米、喷浆玉米皮、未喷浆玉米皮、麸皮、次粉、面粉)，饲料原料均采集自新疆阿克苏地区。
1.2 试验方法 1.2.1 饲料常规成分分析干物质和粗灰分(Ash)含量测定参照张丽英[7]的方法，粗蛋白质(CP)含量采用全自动凯氏定氮仪测定，粗脂肪(EE)含量采用全自动脂肪测定仪测定，中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用Van Soest[8]的方法测定，钙、磷含量参考《中国饲料成分及营养价值表》(2014年第25版)。
1.2.2 体外产气试验瘤胃培养液的制备：人工瘤胃液采用Menke等[9]方法制备。选择3只健康无病、体重为(30.0±1.5) kg、装有永久性瘤胃瘘管的多浪羊为瘤胃液供体羊，于晨饲前1 h采集瘤胃液，用4层纱布过滤放入已经预热的39 ℃保温瓶，迅速带回实验室。人工瘤胃液由微量元素溶液(A液)、缓冲溶液(B液)、常量元素溶液(C液)、刃天青溶液和还原剂溶液组成。将人工瘤胃液与瘤胃液按照2 : 1混合作为体外瘤胃培养液。
活体发酵试验过程：称取粉碎过筛后的14种精饲料风干样品(每种样品2个重复)于洗净的产气瓶中，同时做2个空白样；将分装好样品的产气瓶放入恒温摇床上进行培养，连接体外产气监测系统(ANKOM，RFS产气测量系统)，设定每0.5 h记录1次数据，培养48 h。之后，人为选择2~48 h中偶数整数时间点共24个进行产气量统计分析。
1.2.3 人工瘤胃持续发酵试验体外瘤胃培养液制备同1.2.2。
样品的准备：将称量完毕的待测样品用纸带送入尼龙袋底部，用尼龙绳将装有样品的尼龙带绑紧，称重，同时制作空白样(即在尼龙袋中不加入饲料样品)。随后放入烘箱60 ℃条件下烘干至恒重。
样品的分装和培养：待测样品在培养箱中的培养时间点分别设为2、4、8、16、24、36和48 h。将4个发酵瓶分别编为1、2、3、4号，1号瓶中放入2和48 h 2个时间段的尼龙袋，2号瓶中放入4和36 h的尼龙袋，3号瓶中放入8和36 h的尼龙袋，4号瓶中放入16 h的尼龙袋，发酵罐提前放入瘤胃体外模拟装置(ANKOM Daisy自动体外培养箱)中预热。用量筒向每个发酵瓶中分别加入1 200 mL制备好的体外瘤胃培养液，同时在发酵瓶瓶口通入CO2约30 s，迅速盖上盖子，转入人工瘤胃培养箱中培养。
尼龙袋的取出和处理：将装有待测样品的尼龙袋放入培养箱后，开始记录培养时间。每到一个时间点需将该时间点的尼龙袋取出，浸泡在冰水中，并立即用自来水冲洗。在冲洗过程中可用手轻轻挤压，直至水澄清为止。在冲洗过程中应防止尼龙袋中残余物的损失。将洗净过的尼龙袋(连同之中的残余物)置于60 ℃烘箱内干燥至恒重，取出称重，需精确至0.000 1 g。
1.3 计算公式 1.3.1 体外产气试验产气参数的计算基于Ørskov等[10]提出的产气模型：
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式中：GP为t时刻的产气量(mL/g)；a为快速产气部分产气量(mL/g)；b为慢速产气部分产气量(mL/g)；c为产气速率(%/h)；a+b为潜在产气量(mL/g)。用SAS 9.4处理软件NLIN(Nonlinear regression)程序计算a、b、c值。
1.3.2 人工瘤胃持续发酵试验采用以下公式计算干物质不同时间点的降解率：
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式中：A为待测饲料的干物质某一时间点的消失率(%)；B为待测样品中干物质的含量(%)；C为待测样品尼龙袋残渣中干物质含量(%)。
参照Ørskov等[10]提出的瘤胃动力学数学模型计算各时间点干物质降解率和干物质有效降解率，计算公式为：
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式中：dP为待测饲料的干物质瘤胃某一时间点的降解率(%)；a为快速降解部分含量(%)；b为慢速降解部分含量(%)；c为慢速降解部分的降解速率(%/h)；t为瘤胃内培养时间(h)；ED为有效降解率(%)；k为瘤胃外流速率，本试验中k值取0.022 1%/h[6]。
1.4 数据统计分析所有数据先采用Excel 2016进行初步整理。使用SAS 9.3处理软件中单因素方差分析(one-way ANOVA)程序进行显著性检验。Duncan氏法多重比较差异性，当P < 0.05表示差异显著，P>0.05表示差异不显著。对体外产气试验及人工瘤胃持续发酵试验所得的数据进行整理后，使用SPSS 22.0软件对变量进行Pearson相关性分析和线性回归分析。
2 结果与分析 2.1 6种蛋白质饲料及7种能量饲料的营养物质含量分析分析测定的6种蛋白质饲料和7种能量饲料的常规营养成分含量分别见表 1和表 2。
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表 1 6种蛋白质饲料的常规营养成分含量(干物质基础) Table 1 Common nutrient component contents of six protein feedstuffs (DM basis) |
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表 2 7种能量饲料的常规营养成分含量(干物质基础) Table 2 Common nutrient component contents of seven energy feedstuffs (DM basis) |
由表 3可见，6种蛋白质饲料的产气量均随着时间的增加而升高。2 h时，6种蛋白质饲料的产气量差异较大。48 h时，各种蛋白质饲料产气量差异显著(P < 0.05)，其中豆粕的产气量为87.44 mL/g，最高，鸡肉粉为39.75 mL/g，最低；棉籽粕的产气量在4 h与豆粕差异不显著(P>0.05)，36 h开始趋于稳定，48 h达63.64 mL/g，仅次于豆粕，与玉米蛋白粉接近；DDGS在2 h的产气量为19.78 mL/g，显著低于玉米蛋白粉、豆粕、棉籽粕、鱼粉(P < 0.05)，在48 h达54.78 mL/g；鱼粉、鸡肉粉在48 h的产气量分别为49.51、39.75 mL/g。
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表 3 6种蛋白质饲料体外发酵48 h的产气量 Table 3 Gas production of six protein feedstuffs during 48 h in vitro fermentation |
由表 4可见，6种蛋白质饲料的潜在产气量由高至低为豆粕(81.00 mL/g)、棉籽粕(54.66 mL/g)、DDGS(54.10 mL/g)、玉米蛋白粉(53.77 mL/g)、鱼粉(41.38 mL/g)、鸡肉粉(33.98 mL/g)；产气速率为鱼粉>棉籽粕>玉米蛋白粉>鸡肉粉>DDGS>豆粕。
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表 4 6种蛋白质饲料体外发酵48 h的产气参数 Table 4 Gas production parameters of six protein feedstuffs during 48 h in vitro fermentation |
由表 5可见，7种能量饲料的产气量均随着时间的增加而升；高菊花粕在2 h的产气量为43.38 mL/g，在48 h达到107.66 mL/g，均显著高于其他6种能量饲料(P < 0.05)；麸皮在2 h的产气量为15.33 mL/g，在48 h达到60.53 mL/g，均显著低于其他6种能量饲料(P < 0.05)；面粉在2 h产气量为30.43 mL/g，8 h达到83.90 mL/g，之后逐渐趋于稳定，前6 h产气量升高幅度最大；玉米在24 h的产气量显著高于其他6种能量饲料(P < 0.05)，达到95.62 mL/g，之后趋于稳定。
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表 5 7种能量饲料体外发酵48 h的产气量 Table 5 Gas production of seven energy feedstuffs during 48 h in vitro fermentation |
由表 6可见，7种能量饲料的潜在产气量由高至低为：菊花粕(101.50 mL/g)、玉米(96.76 mL/g)、面粉(87.32 mL/g)、喷浆玉米皮(83.65 mL/g)、未喷浆玉米皮(82.67 mL/g)、次粉(76.97 mL/g)、麸皮(60.04 mL/g)；产气速率为面粉>麸皮和次粉>玉米>菊花粕和喷浆玉米皮>未喷浆玉米皮。
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表 6 7种能量饲料体外发酵48 h产气参数 Table 6 Gas production parameters of seven energy feedstuffs during 48 h in vitro fermentation |
由表 7可见，除了4 h时与玉米蛋白粉干物质降解率差异不显著(P>0.05)外，豆粕在各时间点的干物质降解率均显著高于其他种蛋白质饲料(P < 0.05)，在48 h达到97.79%；鸡肉粉的干物质降解率在各时间点均显著低于其他5种植物类蛋白质饲料(P < 0.05)，在48 h达到32.67%，仅次于鱼粉的54.54%。6种蛋白质饲料的干物质有效降解率为豆粕>玉米蛋白粉>DDGS>棉籽粕>鱼粉>鸡肉粉。
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表 7 6种蛋白质饲料的干物质降解率 Table 7 Degradation rate of DM of six protein feedstuffs |
由表 8可见，菊花粕的干物质降解率在48 h干物质降解率最低，为74.16%；玉米的干物质降解率在前6 h快速增加，在24 h达88.44%，之后趋于稳定；喷浆玉米皮和未喷浆玉米皮的干物质降解率随着时间的增加始终呈现大幅度的提高，在48 h分别为90.88%和89.07%；次粉的干物质降解率在36 h达到80.24%；面粉在36、48 h的干物质降解率分别为90.65%、90.91%与喷浆玉米皮在同一时间点的干物质降解率差异不显著(P>0.05)，其余各时间点的干物质降解率均显著高于其他6种能量饲料(P < 0.05)；7种能量饲料的干物质有效降解率为面粉>喷浆玉米皮>玉米>次粉>麸皮>未喷浆玉米皮>菊花粕。
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表 8 7种能量饲料的干物质降解率 Table 8 Degradation rate of DM of seven energy feedstuffs |
由表 9可见，8 h的产气量与干物质有效降解率呈现显著正相关关系(P < 0.05)，16、24、36、48 h产气量及潜在产气量与干物质有效降解率呈极显著正相关关系(P < 0.01)，与24 h产气量相关性最强[相关系数(r)=0.783]，其次是36 h产气量(r=0.782)和潜在产气量(r=0.744)。
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表 9 产气量与干物质有效降解率的相关系数 Table 9 Coefficient correlation of GP and effective degradation rate of DM |
以24、36和48 h的产气量为参数建立的利用产气量预测干物质有效降解率的方程见表 10。由表可见，利用3个预测因子均可得出干物质有效降解率的预测模型，最佳预测因子为24 h产气量(R2=0.613)，其次是36 h产气量(R2=0.612)和潜在产气量(R2=0.553)。
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表 10 产气量预测干物质有效降解率的方程 Table 10 Prediction of effective degradation rate of DM by GP |
由表 11可见，干物质有效降解率与饲料NDF含量呈显著负相关关系(r=-0.852)，与饲料ADF含量呈极显著负相关关系(r=-0.880)。
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表 11 常规营养成分含量与干物质有效降解率的相关系数 Table 11 Correlation coefficient of common nutrient component contents and effective degradation rate of DM |
利用单一精饲料的常规营养成分含量预测其干物质有效降解率的方程见表 12。由表可见，饲料ADF或NDF含量均可预测干物质有效降解率，随着预测因子的增加，方程的R2增加；预测方程的最佳单一预测因子为饲料ADF含量，所建方程的R2为0.775；以饲料ADF和NDF含量共同建立的干物质有效降解率预测模型的R2为0.855。
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表 12 饲料常规营养成分含量预测干物质有效降解率的方程 Table 12 Prediction equation for effective degradation rate of DM by common nutrient component contents in feedstuffs |
本试验结果表明，6种蛋白质饲料原料的产气量与干物质有效降解率均随时间的延长呈不同程度的增加，其中，动物性蛋白质饲料鸡肉粉、鱼粉的CP、EE含量虽显著高于其他4种植物性蛋白质饲料，但其体外产气量和干物质有效降解率均较低，这是由于动物性蛋白质饲料具有天然过瘤胃蛋白质补充料的特殊属性所致[11]。李袁飞等[12]研究表明，豆粕的48 h产气量和干物质降解率均显著高于其他饼粕类蛋白质饲料。与本试验中豆粕的潜在产气量、干物质有效降解率均显著高于其他蛋白质饲料的结果相同。孔平等[13]研究表明，玉米蛋白粉在肉羊瘤胃内的干物质有效降解率为72.86%，玉米蛋白粉为59.66%。低于本试验所得结果，这可能是由于试验动物及试验方法不同造成的。李晓燕[14]试验测得DDGS和棉籽粕的干物质有效降解率分别为50.04%和46.82%，二者差异不显著，与本试验中二者干物质有效降解率(74.86%和63.62%)，差异显著的结果有较大差异。这2项研究的结果与本试验之间的差别可能主要是瘤胃液供体羊的品种、试验方法和饲料原料产地的不同造成的。在本试验中，虽然玉米蛋白粉、DDGS与棉籽粕3种饲料的潜在产气量高低顺序与干物质有效降解率的规律不同，但三者的潜在产气量差异不显著，结果与张文璐等[15]体外产气量与体内干物质降解率呈高度正相关的结论一致。
3.2 单一能量饲料的体外发酵特性本试验中所采用的7种能量饲料可分为3类，第1类为玉米及其副产物，其中包括玉米、喷浆玉米皮、未喷浆玉米皮；第2类为糠麸类能量饲料，其中包括麸皮、次粉和面粉；第3类为菊花粕。在第1类饲料中，玉米皮是在玉米深加工过程中产生的副产品之一，可作为优质的饲料资源，其氨基酸含量远高于玉米[16]。而喷浆玉米皮的干物质有效降解率为三者中最高，主要是因为其浸泡液中含有丰富的蛋白质及矿物质，大大提高了营养物质含量。在第2类饲料中，面粉的各营养成分含量及产气量在7种能量饲料中均处于中间水平，但其产气速率较高，干物质有效降解率显著高于其他饲料原料。苏华维等[17]在荷斯坦公犊牛饲喂全乳至35日龄后，向全乳中添加6%廉价的小麦粉，结果表明添加小麦粉虽然会在一定程度上降低饲料的消化率却仍提高了犊牛的生长性能、屠宰性能，改善了肉质，降低了生产成本。因此，适宜添加量的面粉作为幼龄反刍动物饲料具有良好的营养价值和经济效益。第3类饲料菊花粕作为一种具有地域特色的非常规能量饲料，其常规营养成分中除CP含量较低且与玉米相近外，其他营养成分含量均显著高于其他6种能量饲料，其中NDF、ADF含量分别为46.12%和29.21%。刘洁[18]指出，NDF的含量越高，饲粮的结构性碳水化合物含量越高，易消化的非结构性碳水化合物含量越低，从而降低了瘤胃微生物对营养物质的消化利用。这一结论解释了本试验中菊花粕的潜在产气量高而干物质有效降解率低于其他6种能量饲料的原因。
3.3 精饲料产气量与干物质有效降解率的相关性分析饲料在一定时间内的产气量可以反映饲料原料被瘤胃微生物消化利用的情况，可代表饲料原料营养价值的高低[19]。潘美娟等[20]以3种不同粗饲料组合的全混合日粮为试验原料，进行了体外产气法与尼龙袋法的相关性分析，结果表明体外产气法与体内干物质有效降解率呈显著正相关，可以代替尼龙袋法。洪金锁等[21]用体外产气法与尼龙袋法评定青海当地燕麦青干草营养价值并进行相关性分析，其r为0.98，表明体外产气法可替代尼龙袋法评价粗饲料的瘤胃发酵特性；任鹏等[7]测定了6种饼粕类蛋白质饲料的瘤胃有效降解率，结果表明持续发酵法与尼龙袋法结果的R2高达0.99，且相比尼龙袋法具有更好的重复性和稳定性，说明人工瘤胃持续发酵法可代替半体内尼龙袋法测定饲料的干物质有效降解率，具有大规模评定饲料蛋白质有效降解率、提高工作效率及瘘管动物利用率的优势。本试验将6种蛋白质饲料和7种能量饲料的产气量与干物质有效降解率进行了相关性分析，说明二者具有较高的相关性，与以上研究者的研究结果相似；也说明在评价单一精饲料瘤胃有效降解率的多种试验方法中，体外产气法是快速、简便、有效、低成本的方法，值得推行和应用。
3.4 精饲料常规营养成分含量与干物质有效降解率的相关性分析Nsahlai等[22]对豆科田菁属牧草的研究发现，产气量与NDF的含量呈显著负相关, 与CP含量间呈正相关。茹彩霞等[23]研究发现，干物质有效降解率与CP的含量呈显著正相关；陈晓琳[24]使用尼龙袋法建立了常规营养成分预测瘤胃干物质有效降解率的方程为：干物质有效降解率=92.666 5+0.113 5CP-0.636 6NDF-0.350 6ADF(R2=0.85)，表明饲料的干物质有效降解率与CP含量呈正相关关系，与NDF和ADF含量呈负相关关系。郭春燕等[25]研究表明，当CP含量高、粗纤维含量低时，精饲料产气量较高；当CP含量低、粗纤维含量高时，产气量较低；本试验结果与前人的试验结果基本相似，发现了精饲料的干物质有效降解率与NDF、ADF含量呈显著负相关关系。但本试验结果中，饲料的干物质有效降解率与CP的含量无显著相关关系，这可能是因为能量饲料与蛋白质饲料的蛋白质含量差异较大，影响了分析结果。
4 结论① 体外产气法可以代替尼龙袋法预测饲料的干物质有效降解率，可对饲料的降解性能做出快速、合理、有效的评价。
② 利用饲料中的纤维含量来预测其他主要营养物质在瘤胃内降解率的方法切实可行。
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