2. 山西省右玉县畜牧局, 右玉 037200;
3. 山西祥和岭上农牧开发有限公司, 右玉 037200
2. Animal Husbandry Bureau of Youyu County, Youyu 037200, China;
3. Shanxi Xianghe Lingshang Farm Animal Husbandry Development Co., Ltd., Youyu 037200, China
随着我国畜牧业的快速发展，草食畜牧业逐渐受到重视。然而，饲粮和优质牧草短缺在一定程度上限制了我国草食畜牧业的发展。我国农作物秸秆(如玉米秸秆、谷秸等)和粮食加工副产物种类多样、资源丰富。充分、合理地利用农作物秸秆和粮食加工副产物已是满足畜牧业发展需求、减弱对进口优质粗饲料依赖的重要途径。随着全混合日粮在育肥羊生产中的推广应用，其饲料原料种类也越来越广泛。目前，在北方玉米主产区，玉米秸秆是育肥羊常见的粗饲料。然而，由于玉米秸秆中的酸性洗涤纤维(ADF)和木质素(ADL)含量高，粗蛋白质(CP)含量和消化能低，使其无法满足高产动物的营养需要[1]。增加精料比例可以满足动物对高能饲粮的需求，但精料比例过高常常会导致瘤胃pH下降，纤维素分解菌数量降低，纤维消化率降低，最终对动物机体健康和生产性能产生负面影响。
玉米皮和大豆皮是典型的谷物饲料替代物，具有营养价值高、产量大等特点，在奶牛、肉牛生产中被广泛应用。玉米皮是湿法生产玉米淀粉的副产物之一，富含可消化纤维。大豆皮的中性洗涤纤维(NDF)、ADF含量较高，但ADL含量极低，研究者认为其性质与甜菜粕相似而非普通粗饲料，可以作为反刍动物的优质短纤维饲料[2]。用玉米皮和大豆皮代替部分谷物饲料，可减少高精料饲粮导致的酸中毒，形成稳定的瘤胃内环境，刺激瘤胃液中纤维分解微生物快速生长，增强纤维降解能力。刘萍等[3]研究表明，波杂山羊饲粮添加20%~40%大豆皮(替代33%~67%的稻草)可以提高山羊生长性能和消化率。迄今，有关玉米皮和大豆皮在反刍动物生产中的研究报道大多集中在奶牛和肉牛，且将玉米皮和大豆皮组合作为育肥羔羊能量和纤维来源的研究较少，在育肥羊饲粮中添加的比例也不甚明确。因此，本试验研究玉米皮和大豆皮以1 : 1组合替代育肥羊饲粮中不同比例的玉米和玉米秸秆对育肥羊生长性能、瘤胃发酵和微生物区系的影响，以期为玉米皮和大豆皮在育肥羊生产中的应用提供试验数据和理论依据。
1 材料与方法 1.1 试验设计及动物本试验于2018年6—9月在山西右玉祥和岭上养殖场进行。采用随机区组试验设计，选择36只健康、(120±11)日龄和体重[(22.20± 0.92) kg]相近的杜泊×小尾寒羊杂交公羔为试验动物，随机分为3组，每组12只，分别饲喂3种不同的饲粮：1)0玉米皮+0大豆皮(对照组)；2)9%玉米皮+9%大豆皮(18MIX组)；3)17%玉米皮+17%大豆皮(34MIX组)。试验羊均为单栏饲养，每天08:00和18:00各饲喂1次，自由饮水。试验期85 d，前15天为预试期。
1.2 试验饲粮本试验采用原平某公司的玉米皮和大豆皮，自然风干后贮存备用，其营养成分见表 1。饲粮配方根据NRC(2007)绵羊营养需要中体重20 kg、日增重300 g公羔的营养需要设计，配制3种等能等氮饲粮并制成全混合颗粒饲料。试验饲粮组成及营养水平见表 2。试验组饲粮中部分玉米、玉米秸秆及少量豆粕被替代。
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表 1 玉米皮和大豆皮的营养成分(干物质基础) Table 1 Nutritional composition of corn husk and soybean hulls (DM basis) |
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表 2 试验饲粮组成及营养水平(干物质基础) Table 2 Composition and nutrient levels of experimental diets (DM basis) |
正试期每天准确称量、记录每只试验羊的喂料量和剩料量，计算干物质采食量(DMI)。所有试验羊于正试期第1、30、70天进行空腹称重，计算平均日增重(ADG)。根据ADG和DMI计算饲料转化率。
1.3.2 饲粮营养水平的测定玉米皮、大豆皮以及试验饲粮的DM、粗灰分(Ash)、粗脂肪(EE)和CP含量参考AOAC(2000)[4]方法测定；NDF、ADF和ADL含量参考Van Soest等[5]方法，利用ANKOM A200i型半自动分析仪测定；钙(Ca)含量采用原子吸收分光光度计(EWAI，AA-7020)测定[6]，磷(P)含量采用紫外分光光度计(Mapada，UV-1800PC)测定[7]。
1.3.3 饲粮瘤胃降解特性的测定另外选用3只健康、安装永久性瘤胃瘘管的杜泊小尾寒羊杂交F1成年羯羊作为试验动物，采用尼龙袋法评定3种饲粮的DM、CP和NDF的瘤胃降解特性，3只羊作为3个重复。称取3 g饲粮样品于尼龙袋(面积为12 cm×8 cm，孔径为300目)中，将尼龙袋绑在塑料管上，放进试验羊瘤胃内，每个时间点设置3个平行，分别培养0、6、12、24、36、48、72 h后取出，取出后立即用自来水冲洗至水澄清为止，于65 ℃烘干48 h，回潮后称重记录，袋中残渣粉碎后测定营养成分。
参照∅ rskow等[8]的方法计算瘤胃动态降解参数。待测饲粮每个时间点瘤胃降解率的计算公式为：
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式中：A为校正袋重(g)=实际装袋样品重(g)×[1-装袋样品逃逸率(%)]，其中，装袋样品逃逸率(%)=100×[0 h装袋样品重(g)-0 h袋中残余物重(g)]/0 h装袋样品重(g)；B为0 h袋中残余物某一营养物质含量(%)；C为某一时间点尼龙袋中残余物的重量(g)；D为某一时间点尼龙袋中残余物某一营养物质含量(%)。
瘤胃降解参数计算公式为：
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式中：P为t时刻待测饲粮的瘤胃消失率(%)；a为待测饲粮的快速降解部分(%)；b为待测饲粮的慢速降解部分(%)；c为b部分的降解速率(%/h)；t为饲粮在瘤胃内停留的时间(h)。计算a、b和c值。
有效降解率(ED)的计算公式为：
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式中：k为待测饲粮的瘤胃外流速率，为0.031%/h。
1.3.4 瘤胃发酵指标的测定试验期结束的次日晨饲后3 h通过口腔采集瘤胃液，并用4层无菌纱布过滤，迅速测定pH；瘤胃液迅速分装，-20 ℃保存，用于测定挥发性脂肪酸(VFA)、氨态氮(NH3-N)浓度和酶活性，液氮速冻部分瘤胃液，-80 ℃保存，待测微生物数量。VFA浓度采用日本岛津GC-200气相色谱仪测定[9]，NH3-N浓度采用靛蓝比色法测定[10]。
1.3.5 瘤胃消化酶活性的测定瘤胃液羟甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶和果胶酶的活性按照Agarwal等[11]的方法测定。α-淀粉酶和蛋白酶活性分别采用α-淀粉酶检测试剂盒和胃蛋白酶检测试剂盒(南京建成生物工程研究所)测定。
1.3.6 瘤胃菌群定量分析微生物菌群所有序列均由北京华大基因科技有限公司进行合成，菌群引物序列见表 3。微生物总DNA采用天根(北京)粪样DNA提取试剂盒提取。利用Light Cycler 480Ⅱ型荧光定量基因扩增仪，采用实时荧光定量PCR(qPCR)比较阈值法测定微生物数量。PCR反应体系及反应参照Roche试剂盒(Gat.No.06402712001)说明书进行。目的微生物的数量以每毫升样品中16S rRNA或18S rRNA基因拷贝数(拷贝数/mL)表示[11]。
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表 3 菌群引物序列 Table 3 Microbial primer sequences |
本试验数据用Excel 2010进行初步整理，采用SPSS 22.0统计软件进行单因素方差分析，并用Duncan氏法进行多重比较，结果表示为平均值±标准差。P < 0.05表示差异显著。
2 结果与分析 2.1 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊生长性能的影响由表 4可知，各组间育肥羊的初始体重无显著差异(P>0.05)，34MIX组的终末体重和干物质采食量均显著高于对照组(P < 0.05)，与18MIX组差异不显著(P>0.05)；34MIX组和18MIX组的平均日增重显著高于对照组(P < 0.05)，34MIX组平均日增重最高；34MIX组和18MIX组饲料转化率显著高于对照组(P < 0.05)。
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表 4 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊生长性能的影响 Table 4 Effects of replacing part of corn and corn straw with corn husk and soybean hulls combination on growth performance of sheep |
由表 5可知，在DM降解参数方面，18MIX组和34MIX组的降解速率和有效降解率均显著高于对照组(P < 0.05)，34MIX组的快速降解部分和慢速降解部分显著高于对照组(P < 0.05)，18MIX组和对照组差异不显著(P>0.05)；在NDF降解参数方面，34MIX组和18MIX组的慢速降解部分和有效降解率均显著高于对照组(P < 0.05)，降解速率有增加趋势，但各组间差异不显著(P>0.05)；3组间CP降解参数无显著差异(P>0.05)。
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表 5 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对饲粮瘤胃降解特性的影响 Table 5 Effects of replacing part of corn and corn straw with corn husk and soybean hulls combination on rumen degradation characteristics of diets |
由表 6可知，玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃液中的pH、丙酸、丁酸、戊酸、异戊酸浓度及乙丙比无显著影响(P>0.05)，而对乙酸、异丁酸、总挥发性脂肪酸(TVFA)和NH3-N浓度影响显著(P < 0.05)。其中，34MIX组乙酸、异丁酸和TVFA浓度显著高于对照组(P < 0.05)，与18MIX组差异不显著(P>0.05)。NH3-N浓度随着玉米皮和大豆皮组合比例增加呈下降的趋势，34MIX组的NH3-N浓度显著低于对照组(P < 0.05)，与18MIX组差异不显著(P>0.05)。
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表 6 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃发酵的影响 Table 6 Effects of replacing part of corn and corn straw with corn husk and soybean hulls combination on rumen fermentation of sheep |
由表 7可知，玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃液中的α-淀粉酶、β-葡萄糖苷酶、果胶酶和蛋白酶活性无显著影响(P>0.05)；18MIX组和34MIX组的羟甲基纤维素酶和木聚糖酶活性显著高于对照组(P < 0.05)，且18MIX组和34MIX组差异不显著(P>0.05)。
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表 7 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃液消化酶活性的影响 Table 7 Effects of replacing part of corn and corn straw with corn husk and soybean hulls combination on activity of digestive enzymes in rumen fluid of sheep |
由表 8可知，玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃液中主要的纤维降解菌数量具有显著影响(P < 0.05)。18MIX组和34MIX组瘤胃液中的黄色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌、白色瘤胃球菌和溶纤维丁酸弧菌的数量显著高于对照组(P < 0.05)，且34MIX组的黄色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌的数量显著高于18MIX组(P < 0.05)。各组间的嗜淀粉瘤胃杆菌、栖瘤胃普雷沃氏菌、产甲烷菌、总菌及总厌氧真菌数量无显著差异(P>0.05)。
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表 8 玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆对绵羊瘤胃菌群的影响 Table 8 Effects of replacing part of corn and corn straw with corn husk and soybean hulls combination on rumen microflora of sheep |
玉米皮和大豆皮的营养价值较高，富含可消化纤维，前人研究其碳水化合物中不可降解碳水化合物含量较低，可作为反刍动物良好的纤维性饲料原料[12]。由于其可消化碳水化合物中淀粉含量远低于谷物类饲料，用其替代谷物饲料可以避免瘤胃中淀粉快速发酵而导致的瘤胃内环境紊乱。关于玉米皮和大豆皮单独应用在反刍动物生产中的研究较多，大多数研究表明玉米皮和大豆皮替代饲粮中玉米、大麦或玉米青贮等可以提高动物采食量和生产性能[13-16]。谷物纤维替代谷物淀粉或牧草纤维后，一方面改善了瘤胃内环境，促进了瘤胃微生物的发酵，提高营养物质消化率；另一方面，谷物纤维的颗粒度较牧草纤维更小，替代部分粗饲料后降低瘤胃充盈度，提高营养物质采食量，提高动物生产性能。
瘤胃液pH是反映瘤胃发酵水平和瘤胃内环境状况的1项综合性指标，食入饲粮在瘤胃内的发酵产物VFA和乳酸等诸多因素的共同作用下，处于一个动态平衡的状态[17]。本研究中各组瘤胃液pH无显著差异，且均在正常范围之内。饲粮中的碳水化合物通过瘤胃微生物发酵产生的VFA，其不仅是瘤胃利用饲粮碳水化合物的终产物，而且是反刍动物能量利用的主要形式[18]，瘤胃VFA的产量和组成比例是评价瘤胃发酵方式和能量转化的直接指标。本试验中，34MIX组瘤胃液中乙酸、异丁酸和TVFA的浓度显著提高，这主要是因为玉米皮和大豆皮显著提高饲粮中可消化纤维含量，促进了纤维降解菌的生长和繁殖，提高了纤维素酶的活性，从而促进瘤胃内乙酸的生成。瘤胃液中的NH3-N浓度是反映瘤胃内氮代谢的重要指标，受瘤胃壁的吸收以及微生物合成微生物蛋白效率等多方面因素的影响[19]。本试验中，随着玉米皮和大豆皮组合替代比例的增加，瘤胃液中NH3-N浓度显著降低，这可能是由于试验组饲粮中豆粕比例降低，且玉米皮和大豆皮促进了瘤胃微生物蛋白的合成。
饲粮在瘤胃内被消化主要依赖于瘤胃微生物分泌的各种酶，其活性与瘤胃微生物的数量和代谢密切相关[20]。羧甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、木聚糖酶及果胶酶的活性能够反映瘤胃纤维分解菌的数量和活力，淀粉酶和蛋白酶活性分别反映瘤胃降解淀粉和蛋白质的能力[17]。瘤胃微生物分泌的酶分为胞内酶和胞外酶[21]，本试验对采集的瘤胃液进行了破壁处理，测定的是胞内酶和胞外酶总体的活性。试验结果表明，随着玉米皮和大豆皮组合替代比例增加，瘤胃液中的羧甲基纤维素酶和木聚糖酶活性呈现明显的上升趋势，这与孙健[22]的研究结果一致，这主要是由于随着玉米皮和大豆皮组合替代比例的增加，饲粮内可降解NDF的含量增加，从而促进纤维分解菌的繁殖，提高了瘤胃内羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的活性。而瘤胃液中淀粉酶和蛋白酶的活性没有受到玉米皮和大豆皮替代组合比例增加的显著影响，可能是由于饲粮等能等氮，且饲粮蛋白质瘤胃降解特性相近，没有对瘤胃内降解淀粉和蛋白质的微生物造成显著影响。
饲粮结构是影响瘤胃微生物菌群最直接的因素[23]。溶纤维丁酸弧菌、白色瘤胃球菌、黄色瘤胃球菌和产琥珀酸丝状杆菌是瘤胃内优势纤维分解菌，且纤维分解菌对瘤胃酸度的变化最敏感，过低的瘤胃pH直接抑制纤维分解菌的活性[24]。本试验结果表明，玉米皮和大豆皮组合代替部分玉米和玉米秸秆显著提高了绵羊瘤胃液中白色瘤胃球菌、黄色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌和溶纤维丁酸弧菌的数量，这与潘春方等[25]、郝小燕等[26]的研究结果一致，Silva等[27]研究发现，与难降解的纤维相比，瘤胃微生物在容易降解的纤维表面附着的能力更强，即微生物对纤维素的降解效率更高，其自身生长繁殖速率也更快。因此，本试验中随着玉米皮和大豆皮组合替代比例的增加，饲粮内可降解NDF的含量增加，从而促进纤维分解菌的生长，提高了瘤胃纤维分解菌的数量。
4 结论在本试验中，利用玉米皮和大豆皮组合替代育肥羊饲粮中部分玉米和玉米秸秆，可以显著提高育肥羊平均日增重和饲料转化率，提高饲粮DM和NDF瘤胃降解率，提高瘤胃乙酸和TVFA的浓度，提高纤维降解菌数量。综合以上研究结果，绵羊饲粮中玉米皮和大豆皮组合代替一定比例的玉米和玉米秸秆能够改善育肥羊瘤胃代谢，促进生长。
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