2. 河南德邻生物制品有限公司, 新乡 453000;
3. 河南广安生物科技股份有限公司, 郑州 450001
2. Henan Delin Biological Products Co., Ltd., Xinxiang 453000, China;
3. Henan Guangan Biotechnological Co., Ltd., Zhengzhou 450001, China
随着畜牧业的迅速发展,动物饲料、人类食物和生物燃料之间的竞争日益激烈,开发新型饲料原料替代传统饲料原料显得尤为重要[1]。研究不同结构碳水化合物(如非淀粉多糖)的消化代谢利用规律及合理加工替代传统的能量原料,是畜牧饲料资源开发的热点之一。而有效地将秸秆木质纤维素降解成葡萄糖和易消化利用的低分子碳水化合物进而转化成能量饲料和蛋白质饲料等,是制备动物饲料的切入点。
秸秆木质纤维素的复杂结构限制了动物的消化能力,直接用作饲料不能被有效地吸收。适当的处理可将秸秆中纤维素和半纤维素转化为低聚糖和单糖,为动物饲粮提供能量[2-3]。目前秸秆木质纤维素已被广泛应用于反刍动物饲料中,且经过微生物发酵、氨化、碱、爆破、碱+蒸汽爆破等处理后利用效率显著提高[4-7]。然而,在单胃动物中尤其是家禽,对秸秆木质纤维素消化能力较弱,至今未能实现农作物秸秆在禽生产中的应用。因此将秸秆资源应用于单胃动物仍是一个挑战。本试验根据单胃动物的生理和营养需要,采用物理(超声波)、化学(低浓度石灰、氢氧化钠、双氧水)、酶解相结合的方法,将秸秆木质纤维素转化为葡萄糖和低分子碳水化合物以作为单胃动物的饲料,开发了糖化玉米秸秆(saccharification corn straw,SCS)。糖化玉米秸秆作为一种新型的饲料原料,富含丰富的还原糖、化学离子[钙离子(Ca2+)、钠离子(Na+)、氯离子(Cl-)、硫酸根离子(SO42-)]及其他副产物。因此,本试验旨在通过饲养试验分析糖化玉米秸秆对肉仔鸡生长性能、养分代谢率、器官指数、血清指标及肠道菌群的影响,为糖化玉米秸秆的应用提供理论依据。
1 材料与方法 1.1 糖化玉米秸秆制备玉米秸秆经粉碎机粉碎后(80%过16目筛),经40-Ⅰ型饲料膨化机膨化;按照液固比13 : 1加入水,1 000 W、80 ℃超声波处理30 min;再加入6%(质量分数)氧化钙、2%(质量分数)氢氧化钠,84 ℃水浴处理6 h;降温至室温加入3%(体积分数)双氧水,处理4 h,风干。将上述预处理秸秆酶解,液固比10 : 1,用盐酸和硫酸调pH至4.3,加入32.30 FPU/g纤维素酶(包含50 U/g木聚糖酶),50 ℃酶解82 h,风干。不同秸秆主要营养成分见表 1。
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表 1 不同秸秆主要营养成分(干物质基础) Table 1 Nutrient composition of different corn straw (DM basis) |
选择1日龄健康的雌性爱拔益加(AA)肉仔鸡250只,随机分为5个组,每组5个重复,每个重复10只鸡。试验饲粮营养水平参照NRC(1994)配制,其组成及营养水平见表 2。试验分组为:基础饲粮组、4%SCS组(饲粮中添加4%SCS,SCS代谢能按照差量法测定结果15.85 MJ/kg计)、8%SCS组(饲粮中添加8%SCS、SCS代谢能按照差量法测定结果15.81 MJ/kg计)、12%SCS组(饲粮中添加12%SCS,SCS代谢能按照差量法测定结果14.38 MJ/kg计)和8%SCS(高油)组[饲粮中添加8%SCS(6.03%豆油),SCS代谢能按照强饲法测定结果4.85 MJ/kg计)。试验期21 d。采用3层笼养,自由采食和饮水;免疫程序按7、21日龄免疫新-支二联苗,14日龄免疫法氏囊多价苗。
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表 2 试验饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 2 Compositions and nutrient levels of experimantal diets (air-dry basis) |
每天记录采食量,回收抛洒料;观察肉仔鸡的健康状况,记录死亡情况。记录初生重,在21日龄19:00至22日龄07:00禁食,空腹以重复为单位称重;计算每个重复鸡的平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)、料重比(F/G)。
1.3.2 养分代谢率测定采用全收粪法,每个重复鸡笼下设粪盘,收集第17~19天排泄物,称重。在60~65 ℃烘干,自然状态下回潮24 h,称重记录,粉碎过40目筛备用。饲料和粪中粗蛋白质、粗脂肪、钙、磷含量的测定分别采用凯氏定氮法、乙醚浸提法、乙二胺四乙酸二钠络合滴定法、钼黄法;饲料和粪中总能测定采用全自动氧弹测热计(IKA-C2000,德国IKA公司)。
1.3.3 肉仔鸡器官指数及肠道相对长度的测定在第21天时,各组每个重复取2只鸡,进行屠宰。称量腺胃、肌胃、心脏、肝脏、胰腺、胸腺、脾脏和法氏囊的重量。取出肠道各部分的食糜后,用生理盐水冲洗肠道内容物,称量肠道各部分的重量,并用游标卡尺量取肠道各部分的长度。计算公式:
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在屠宰前,各组每个重复取1只鸡进行颈动脉采血,每只采血5 mL,3 000 r/min离心10 min,取血清,血清生化指标采用血液生化半自动分析仪测定。血清总抗氧化能力(T-AOC)及超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定。
1.3.5 肉仔鸡肠道菌群在屠宰后,各组每个重复取1只鸡取回肠、盲肠段食糜,置于灭菌离心管中,用于大肠杆菌和乳酸菌活菌数量测定。计算菌落数并换算成每克内容物所含菌落数,结果以每克内容物所含菌落数的对数值[lg(CFU/g)]表示。
1.4 数据统计与分析采用SPSS 20.0统计分析软件对各数据进行单因素方差分析和Duncan氏法多重比较,P < 0.05表示差异显著,所有结果均以平均值±标准差表示。
2 结果 2.1 SCS对肉仔鸡生长性能的影响由表 3可知,各SCS添加组的平均日采食量与基础饲粮组差异不显著(P>0.05),8%SCS(高油)组的平均日采食量显著高于8%SCS组(P < 0.05)。末重和平均日增重随着SCS添加量的增加显著降低(P < 0.05),且8%SCS组和12%SCS组的末重和平均日增重显著低于基础饲粮组(P < 0.05);4%SCS组和8%SCS(高油)组的末重和平均日增重与基础饲粮组差异不显著(P>0.05)。8%SCS组、12%SCS组和8%SCS(高油)组的料重比均显著高于基础饲粮组和4%SCS组(P < 0.05),4%SCS组的料重比与基础饲粮组差异不显著(P>0.05)。
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表 3 SCS对肉仔鸡生长性能的影响 Table 3 Effects of SCS on growth performance of broilers |
由表 4可知,4%SCS组、8%SCS组和12%SCS组的饲粮代谢能与基础饲粮组差异不显著(P>0.05),8%SCS(高油)组的饲粮代谢能显著高于其他各组(P < 0.05)。各SCS添加组的粗脂肪和磷代谢率与基础饲粮组差异不显著(P>0.05)。能量代谢率以12%SCS组最低,且显著低于基础饲粮组和4%SCS组(P < 0.05);4%SCS组、8%SCS组和8%SCS(高油)组的能量代谢率与基础饲粮组差异不显著(P>0.05)。粗蛋白质代谢率以4%SCS组最高,显著高于其他各组(P < 0.05),且随着SCS添加量增加而显著降低(P < 0.05);8%SCS组和8%SCS(高油)组的粗蛋白质代谢率差异不显著(P>0.05)。4%SCS组的钙代谢率显著高于基础饲粮组(P < 0.05),其他SCS添加组的钙代谢率与基础饲粮组差异不显著(P>0.05)。
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表 4 SCS对肉仔鸡养分代谢率的影响 Table 4 Effects of SCS on nutrient metabolic rates of broilers |
由表 5可知,8%SCS组的肝脏指数显著高于其他各组(P < 0.05),其余各组之间差异不显著(P>0.05)。各SCS添加组的腺胃和盲肠指数与基础饲粮组差异不显著(P>0.05),12%SCS组的腺胃指数显著低于8%SCS组(P < 0.05)。4%SCS组的盲肠指数显著低于8%SCS组和12%SCS组(P < 0.05)。各组间其余器官指数和肠道相对长度差异不显著(P>0.05)。
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表 5 SCS对肉仔鸡器官指数及肠道相对长度的影响 Table 5 Effects of SCS on organ indices and intestinal relative length of broilers |
由表 6可知,12%SCS组的血清碱性磷酸酶活性显著高于其他各组(P < 0.05),其他各组之间差异不显著(P>0.05)。8%SCS组的血清尿酸、尿素、总蛋白、白蛋白和总胆红素含量显著高于8%SCS(高油)组(P < 0.05)。8%SCS(高油)组的血清总超氧化物歧化酶活性显著低于其他各组(P < 0.05),其他各组之间差异不显著(P>0.05)。各组之间血清免疫球蛋白G、免疫球蛋白A、免疫球蛋白M含量和谷胱甘肽过氧化物酶活性差异不显著(P>0.05)。
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表 6 SCS对肉仔鸡血清生化和抗氧化指标的影响 Table 6 Effects of SCS on serum biochemical and antioxidant indices of broilers |
由表 7可知,4%SCS组、8%SCS组和12%SCS组的回肠中大肠杆菌数量显著低于基础饲粮组和8%SCS(高油)组(P < 0.05),且4%SCS组、8%SCS组和12%SCS组之间差异不显著(P>0.05)。各SCS添加组的回肠中乳酸菌及盲肠中大肠杆菌和乳酸菌数量与基础饲粮组差异不显著(P>0.05);盲肠中大肠杆菌的数量随着SCS添加量的增加逐渐降低,4%SCS组和12%SCS组之间差异显著(P < 0.05)。
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表 7 SCS对肉仔鸡肠道菌群的影响 Table 7 Effects of SCS on intestinal microflora of broilers |
挤压膨化和超声波处理具有时间短、产量大、能耗低等优点,已在工业中广泛应用;氧化钙、氢氧化钠、过氧化氢等化学处理方法简单且价廉。玉米秸秆经过物理化学联合处理和酶解后,其原有的木质纤维素形态结构、物理特性和化学成分均发生很大变化[8]。物理性状由原来的体积膨大、容重小、系水性强的蓬松短杆状物质变成体积小、容重大、易溶于水的固体粉状颗粒;化学成分由难以被单胃动物消化分解的木质纤维素转变成葡萄糖、木糖、阿拉伯糖等多种还原糖,同时还有富含多种动物必需的化学离子(Ca2+、Na+、Cl-、SO42-)。本研究显示,4%SCS组、8%SCS组、12%SCS组及8%SCS(高油)组的平均日采食量与基础饲粮组差异不显著,4%SCS组的平均日增重和料重比与基础饲粮组差异不显著,这说明在肉仔鸡饲粮中添加4%SCS对肉仔鸡适口性和生长性能无显著影响。前人研究报道,饲粮中添加10%碱处理瓜皮和10%碱处理可可皮对肉仔鸡生长性能和适口性无影响[9-10]。Chang等[11]研究报道,在肉仔鸡饲粮中添加4%~12%生物秸秆显著降低平均日增重和饲料转化率。郭红伟[12]研究报道,在仔猪饲粮中添加5%、10%和15%生物秸秆,仔猪平均日增重和饲料转化率显著降低。本研究结果显示,在肉仔鸡饲粮中添加4%SCS对肉仔鸡日增重和饲料转化率无显著影响,首次实现了秸秆在仔鸡中的应用。8%SCS(高油)组平均日采食量和平均日增重显著高于8%SCS组,但料重比差异不显著,这表明饲粮中SCS含量高的情况下高能饲粮也不能改善肉仔鸡的饲料转化率。
3.2 SCS对肉仔鸡养分代谢率的影响养分代谢率是衡量动物对营养物质消化吸收的重要指标,其高低直接影响着动物的生长性能,同时也反映出饲粮的营养价值。本试验结果表明,在肉仔鸡饲粮中添加4%、8%SCS对饲粮中干物质、能量、粗蛋白质、脂肪、钙和磷的代谢率无负面影响,这说明SCS中保留的Ca2+能很好地被肉仔鸡消化吸收,可以替代饲料配方中的石粉。前人大量研究证明,高纤维素秸秆能够降低粗蛋白质、脂肪、钙、磷等营养物质代谢率[13-14]。本试验表明,在肉仔鸡饲粮中添加4%、8%SCS对肉仔鸡养分代谢率无负面影响,这说明玉米秸秆经过本方法处理后已不属于纤维素的范畴。12%SCS组的能量和粗蛋白质代谢率降低的原因可能与肉仔鸡幼龄阶段对SCS耐受性有关。8%SCS(高油)组的饲粮代谢能显著高于配方设计水平,这表明强饲法极大地低估了SCS的代谢能。
3.3 SCS对肉仔鸡器官指数及肠道相对长度的影响器官指数能够体现动物各器官生长发育、新陈代谢、功能、健康状态等情况是否正常,从而反映出动物生长性能和生理状况等[15]。胸腺、法氏囊和脾脏是禽类主要的免疫器官,免疫器官指数一定程度上反映了家禽的免疫机能[16]。关于SCS对肉仔鸡器官指数的影响还未见报道。在本研究中,饲粮中添加4%~12%SCS对肉仔鸡胸腺、法氏囊、脾脏、胰腺等指数无显著影响,饲粮中添加8%SCS显著提高了肝脏指数。前人研究显示,饲粮颗粒的大小影响胃肠道的发育[17-18]。González-Alvarado等[19]研究表明,饲喂燕麦壳和大豆壳能够提高腺胃和肌胃指数。本研究结果显示,饲粮中添加4%~12%SCS对肉仔鸡各肠段指数和相对长度无显著影响,此结果与糖化玉米秸秆的容重小、易溶于水的特性有关。
3.4 SCS对肉仔鸡血清生化和抗氧化指标的影响血清是由血浆去除纤维蛋白而形成的复杂混合物,机体分解和代谢物质均汇集于此,其组成及含量随动物的年龄、生理条件和营养条件不同而异。血清指标与机体代谢、营养及疾病有着密切的关系[20]。当机体受饲粮影响而发生生理变化时,必定会在血清指标中反映出来[21]。SCS作为高糖物质,可使机体血清葡萄糖含量升高,糖异生作用减弱。碱性磷酸酶广泛分布于动物的肝脏、骨骼、肠道等组织,经肝脏向胆外排出,是代谢过程中重要的调控酶,参与维持体内适宜的钙磷平衡[22],并对维持动物机体的免疫机能具有一定的作用。肝胆和骨骼出现损伤会导致碱性磷酸酶活性升高。本研究结果显示,12%SCS组血清碱性磷酸酶活性显著高于其他各组,具体原因有待进一步研究。血清尿酸、尿素和总蛋白是反映机体营养状况和蛋白质代谢的指标。血清中的蛋白质主要在肝脏合成,肝功能低下会引起血清总蛋白含量减少。8%SCS(高油)组的血清尿酸、尿素含量低于8%SCS组,说明其饲粮中蛋白质、氨基酸在体内代谢较好,而8%SCS(高油)组血清总蛋白和白蛋白含量显著低于8%组,推理原因与其肝脏较小相对应。总抗氧化能力是用于评价机体抗氧化系统功能的综合指标,其大小反映机体抗氧化酶及非酶系统对外部应激的代偿能力。本研究结果显示,饲粮中添加SCS对肉仔鸡血清抗氧化能力和免疫球蛋白含量无显著影响,这与部分免疫器官指数无显著变化有关。
3.5 SCS对肉仔鸡肠道菌群的影响肠道微生物是动物机体的重要组成部分,维护着动物正常生理和免疫功能,以及营养物质的消化吸收[23]。饲粮组成和营养水平的变化对肠道微生物的种类和数量都具有显著的影响[24-25],进而影响肠道对营养物质消化吸收。本试验结果显示,饲粮中添加4%、8%、12%SCS能够显著降低回肠大肠杆菌数量,对回肠乳酸菌数量没有显著影响。大肠杆菌数量降低可能与SCS中寡糖有关。有研究报道,半纤维素在分解过程中会产生木糖、葡萄糖、甘露糖和半乳糖等五碳糖和六碳糖[26],而在这些分解产物中会产生寡木糖、寡甘露糖和寡乳糖等寡糖。这些寡糖不能被动物消化吸收,可作为营养物质被有益微生物消化吸收,使其大量繁殖,同时又可以防止病原菌在肠道繁殖[27-28]。
4 结论饲粮中添加4%SCS对肉仔鸡生长性能、大部分养分代谢率、器官指数和肠道相对长度、血清生化和抗氧化指标无显著影响,使回肠中大肠杆菌数量显著降低。这表明在1~21日龄肉仔鸡饲粮中添加4%SCS替代部分能量饲料是可行的。
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