菊芋(Helianthus tuberosus L.)俗称洋姜，为菊科向日葵属多年生宿根植物，具有抗旱、抗寒、耐贫瘠、抗逆性强、分布广、用途广泛等优点，在我国黑龙江、辽宁、吉林、北京、内蒙、河北、河南、四川、山东、陕西、新疆、江苏、湖南、湖北、安徽、宁夏、山西等地区都可栽培[1]。目前关于菊芋地下块茎的研究较多[2-6]，而关于菊芋秸秆部分的研究较少[7]。对菊芋秸秆营养品质研究的结果表明，菊芋秸秆产量高，营养价值丰富，适口性好[8-10]，被认为是一种优质的粗饲料[11]。目前，在生产中，菊芋秸秆主要通过晾晒或风干来使用，这种方法降低了菊芋秸秆的营养成分和饲用效果，是一种利用率较低的使用方法[12]。采用微生物发酵技术，对菊芋秸秆进行青贮，能更好地提高菊芋秸秆的利用价值[13]。
闫琦等[13]对高寒牧区不同品种菊芋秸秆青贮饲料的饲用价值进行了测定，薛艳林等[14]从微生物添加剂和填装密度方面对菊芋秸秆青贮饲料品质的影响进行了研究，闫琦等[15]对乳酸菌添加剂对不同生育期菊芋秸秆青贮饲料发酵品质的影响进行了测定。以上研究结果表明，品种、生物添加剂、装填密度、生育期均对菊芋秸秆青贮效果均有影响。但目前关于菊芋秸秆黄贮饲料营养价值的系统评价及不同品种菊芋秸秆间是否存在差异的研究尚未见报道。因此，本研究以6个品种菊芋秸秆为试验材料，对6个品种菊芋秸秆黄贮饲料的营养成分、发酵品质、体外消化率、能量价值进行评价，以期把动物营养和菊芋育种技术结合起来，为菊芋品种的选育工作和黄贮原料的选择提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 菊芋秸秆6个品种菊芋秸秆于其成熟期采自吉林省农业科学院洮南综合试验站，收获块茎的同时收割秸秆，离地面2~10 cm收割，6个菊芋品种分别为吉菊芋1号、吉菊芋3号、吉菊芋4号、南芋1号、LY2、滨芋8号，生育期均为130 d左右。不同品种菊芋秸秆营养成分和干物质(DM)产量见表 1。
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表 1 不同品种菊芋秸秆营养成分和干物质产量(干物质基础) Table 1 Nutrient composition and dry matter yield of different varieties of jerusalem artichoke straw (DM basis) |
用铡刀将菊芋秸秆铡成1~2 cm，调整水分含量为65%左右，以0.5 kg为单位装入真空塑料袋中，每个品种菊芋秸秆黄贮饲料设3个重复，密封。室温发酵40 d后，称重，开封，取样分析。
1.3 发酵品质测定黄贮袋开启后，准确称取黄贮样品20 g，加入180 mL蒸馏水，用组织搅碎机捣碎1 min，用4层纱布和定性滤纸过滤，得到的滤液用于测定pH及氨态氮、有机酸含量。pH使用PHS-3C pH计(雷磁上海仪电科学仪器股份有限公司)测定。氨态氮含量采用苯酚-次氯酸钠法[16]，使用T6新世纪紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)测定。使用SHIMADZE-10A型高效液相色谱(赛默飞世尔科技公司)分别测定菊芋黄贮饲料的乳酸(lactic acid，LA)、乙酸(acetic acid，AA)、丙酸(propionic acid，PA)和丁酸(butyric acid，BA)含量，色谱柱型号为ShodexRspak KC-811 S-DVB gel Column，规格为30 mm×8 mm，检测器型号为SPD-M10AVP，流动相为3 mmol/L的高氯酸溶液，柱温为50 ℃，检测波长为210 nm，进样量为5 μL[17]。
1.4 营养成分测定将剩余的黄贮饲料样品置于65 ℃烘箱中烘干至恒重，过40目筛粉碎。采用近红外漫反射光谱法测定秸秆样品的干物质、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(Ash)、无氮浸出物(NEF)、粗纤维(CF)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)、酸性洗涤木质素(ADL)含量，使用的仪器为DS2500近红外反射光谱仪(丹麦FOSS公司)。试验样品装填在直径130 mm带有石英玻璃窗口的样品杯内进行扫描。光谱扫描时仪器工作参数为：谱区850~2 500 nm，每个样品重复扫描8次，取其平均光谱。可溶性碳水化合物(WSC)含量参照余汝华等[18]的方法，相对饲用价值(RFV)参照Rohweder等[19]的方法：
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采用氧弹测热法测定菊芋秸秆黄贮饲料的总能(GE)，并采用冯仰廉[20]提供的估算模型对菊芋秸秆黄贮饲料的消化能(DE)、维持净能(NEM)、产奶净能(NEL)、增重净能(NEG)进行估算。
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采用两步法[21]测定样品干物质体外消化率(IVDMD)和中性洗涤纤维体外消化率(IVNDFD)。准确称取0.5 g样品，放入培养瓶中，快速向每个培养瓶装入40 mL缓冲液，10 mL瘤胃液，混合摇匀，通入CO2，盖上橡皮塞，密闭。将装好样品的培养瓶放入38~39 ℃的恒温水浴摇床中培养48 h。培养结束时，从摇床中取出培养瓶，加入5%的HgCl2 1 mL和5% Na2CO3 2 mL，然后在4 ℃条件下，1 800×g离心15 min，倾去上清液。向沉淀物中加入50 mL胃蛋白酶溶液，pH降至1.5时，放入水浴摇床中培养48 h。培养结束后，1 800×g离心15 min，水洗，将沉淀物移入已知重量的磁坩埚中，在105 ℃烘箱中烘至恒重，准确称重，并采用范氏洗涤纤维法测定NDF含量，IVDMD和IVNDFD计算公式如下：
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试验数据采用SPSS 19.0进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用Duncan氏法进行多重比较，结果以平均值±标准差(mean±SD)表示，P < 0.05为差异显著。
2 结果 2.1 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的营养成分及体外消化率从表 2可以看出，吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的干物质含量为40.80%，显著高于其他品种(P < 0.05)。吉菊芋3号、LY2菊芋秸秆黄贮饲料的CP和EE含量较高；吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的CP和EE含量最低，显著低于其他品种(P < 0.05)，分别仅为3.65%和0.69%。LY2菊芋秸秆黄贮饲料的WSC含量最高，其次是吉菊芋3号，均显著高于其他品种(P < 0.05)。吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的Ash和NFE含量显著低于其他品种(P < 0.05)。吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的NDF(61.05%)、ADF(38.49%)、ADL(6.32%)含量显著高于其他品种(P < 0.05)。南芋1号、LY2、吉菊芋1号、吉菊芋3号菊芋秸秆黄贮饲料的RFV显著高于滨芋8号和吉菊芋4号(P < 0.05)，滨芋8号显著高于吉菊芋4号(P < 0.05)。吉菊芋3号(77.44%)、LY2(78.25%)菊芋秸秆黄贮饲料的IVDMD略高于南芋1号、吉菊芋1号(P>0.05)，均显著高于滨芋8号、吉菊芋4号(P < 0.05)；滨芋8号显著高于吉菊芋4号(P < 0.05)。LY2菊芋秸秆黄贮饲料的IVNDFD(77.81%)最高，显著高于除吉菊芋3号(75.24%)外的其他品种(P < 0.05)。
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表 2 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的营养成分及体外消化率(干物质基础) Table 2 Nutrient composition and in vitro digestibility of different varieties of jerusalem artichoke straw silage feed (DM basis) |
从表 3可以看出，不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的pH接近，差异不显著(P>0.05)，均达到了黄贮饲料所需的酸性环境。LY2菊芋秸秆黄贮饲料的乳酸含量最高，吉菊芋4号的乳酸含量显著低于其他品种(P < 0.05)。吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的丙酸含量显著高于其他品种(P < 0.05)。南芋1号菊芋秸秆黄贮饲料的乙酸含量显著高于其他品种(P < 0.05)。LY2和吉菊芋3号菊芋秸秆黄贮饲料的氨态氮/总氮(NH3-N/TN)显著低于其他品种(P < 0.05)。
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表 3 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的发酵品质(干物质基础) Table 3 Fermentation quality of different varieties of jerusalem artichoke straw silage feed (DM basis) |
从表 4可以看出，吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的GE(18.21 MJ/kg)最高，显著高于其他品种(P < 0.05)。不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的DE、ME、NEM、NEG、NEL均无显著差异(P＞0.05)，其中以滨芋8号最低，吉菊芋1号最高，吉菊芋3号、LY2、南芋1号、吉菊芋4居中。
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表 4 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的能量价值(干物质基础) Table 4 Energy value of different varieties of jerusalem artichoke straw silage feed (DM basis) |
饲料的营养成分是评定饲料质量最直观的指标，通过对饲料营养成分的测定，我们能直接对饲料的质量优劣做出初步评定。CP是评价饲料作物营养价值高低的重要营养指标；EE不仅是重要的代谢物质，而且是供能的物质基础；NDF和ADF是目前反映纤维质量好坏的有效指标，其含量分别与动物采食量和消化率呈负相关[13]，NDF与ADF含量越低，表明其饲用价值越大[22]，经济价值越高。
本研究中，不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的CP、Ash含量与孔涛等[8]测定的结果一致，EE含量低于孔涛等[8]测定的结果，NDF和ADF含量与闫琦等[13]、薛艳林等[14]测定的结果相接近。不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的CP、EE、NDF、ADF、WSC含量有差异，LY2和吉菊芋3号菊芋秸秆黄贮饲料的CP、EE、WSC含量高于其他品种。黄贮饲料含有的WSC和由多糖转化而来的WSC对反刍动物很重要，因为黄贮饲料中的可溶性糖是反刍动物瘤胃微生物合成菌体蛋白重要的能源[23]。本试验6个品种菊芋秸秆黄贮饲料的WSC含量均高于5%。而其他研究结果表明，玉米秸秆青贮饲料的WSC含量低于5%[24-25]。可见菊芋秸秆黄贮饲料在WSC含量方面优于玉米秸秆青贮饲料。吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的CP、EE、WSC含量最低，而NDF、ADF、ADL含量最高，可以看出品种对黄贮饲料的NDF和ADF含量有影响[26]。黄贮饲料中NDF含量在38%~48%可满足奶牛纤维需要[13]，本研究中，除吉菊芋4号外，其他品种菊芋秸秆黄贮饲料的NDF含量均在此范围内。
本研究中，吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的GE最高，DE、ME和NE均以吉菊芋1号最高，其次是吉菊芋3号、LY2、南芋1号、吉菊芋4号，滨芋8号最低。由于营养成分含量是饲料能量价值计算的基础，不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的DE、ME和NE与前面营养成分的结果相一致。
3.2 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的发酵品质pH是影响青贮质量的重要因素之一，pH快速下降，有助于限制植物酶活性，减少蛋白质降解损失，抑制产生高水平乙酸、丁酸的有害微生物以及其他有害微生物的数量[27]。本试验测定的不同品种菊芋秸秆黄贮饲料pH介于闫琦等[13]与薛艳林等[14]测定的pH之间，低于4.5，属于品质优良的黄贮饲料[28]。有机酸是青贮过程中微生物的代谢产物，是青贮品质评定的关键性指标，其中最重要的是乳酸、乙酸和丁酸，乳酸是保证青贮饲料长期保存的最主要的有机酸，乙酸和丙酸含量虽然较少，但它们不仅在青贮饲料保存上发挥着与乳酸类似的作用，而且能够提高青贮饲料的有氧稳定性[29]，其中，乳酸含量越高越好[30]。本试验中，吉菊芋3号、LY2菊芋秸秆黄贮饲料的乳酸含量较高，可能与吉菊芋3号、LY2的WSC含量高有关。不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的乳酸含量低于闫琦等[13]、薛艳林等[14]测定的结果，可能是本试验的菊芋原料上附着的乳酸菌数量较少，不能满足黄贮饲料对乳酸菌数量的要求；不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的乙酸含量介于闫琦等[13]、薛艳林等[14]测定结果的范围内，吉菊芋4号菊芋秸秆黄贮饲料的丙酸含量最高。青贮饲料中NH3-N/TN被广泛用于衡量青贮好坏的重要指标，反映了青贮饲料蛋白质降解的程度[31]，其比值越大，说明氨基酸和蛋白质分解越多，青贮质量越差。本试验的6个品种的NH3-N/TN均低于5%，发酵良好[32]，并存在差异，吉菊芋3号、LY2菊芋秸秆黄贮饲料的NH3-N/TN最低，说明在黄贮过程中这2个品种的CP被微生物降解的少，蛋白质保存情况良好。
3.3 不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的体外消化率饲料中各营养成分的含量只说明饲料本身的特性，不能反映饲料被动物消化、吸收的情况，IVDMD和IVNDFD是2个反映粗饲料消化、吸收的重要指标。其中，IVDMD受粗饲料中纤维素含量和木质化程度的影响，反映粗饲料在动物体内消化降解的难易程度。IVDMD越高，粗饲料品质越好，ADF是植物细胞壁中最不容易消化的部分，即使对于反刍动物来讲，其可消化的部分也很有限。有研究表明，ADF含量越高，饲料的消化率越低，IVDMD与ADF和NDF含量呈极显著负相关，与WSC含量呈极显著正相关[33]。品种对青贮饲料的IVDMD也有影响[34]。本试验中，菊芋秸秆黄贮饲料IVDMD不仅与品种有关，也与ADF、NDF、ADL含量呈负相关，与WSC呈正相关。IVNDFD也是普遍认可的消化率指标[35]，Oba等[36]指出，通过IVNDFD可以对粗饲料品质进行评价和分级，牧草消化率与纤维和细胞壁含量呈负相关[37]。Weiss等[38]研究表明，品种间ADL含量影响NDF的消化率。本试验中，不同品种菊芋秸秆黄贮饲料的IVNDFD差异与其ADF和ADL含量结果相一致，均呈负相关，即ADF与ADL含量越高，IVNDFD消化率越低。
4 结论6个菊芋品种的菊芋秸秆均可制作成优良的黄贮饲料，综合其干物质产量、营养成分、体外消化率、发酵品质、能量价值，LY2与其他5个品种相比，具有较好的发酵品质和营养品质，适宜制作黄贮饲料。
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