2. 西南野生动植物资源保护教育部重点实验室, 南充 637002
2. Key Laboratory of Southwest China Wildlife Resources Conservation(Ministry of Education), China West Normal University, Nanchong 637002, China
随着畜牧业的持续发展，以及我国耕地面积不断减少，饲料用粮的短缺日益严重[1]。寻找新型的可持续利用的饲料资源是解决我国饲料资源短缺问题的重要途径。巨菌草(Pennisetum giganteum)系禾本科(Poacae)狼尾草属(Pennisetum)多年生C4植物。因其抗性强、适应性广、生物量大、生长快以及无生物入侵风险等特点，已作为优质的菌草、牧草和生态治理材料等在我国广泛地栽培应用，并创造了巨大的经济和生态效益[2-5]。研究表明，巨菌草是一种适宜在我国热带、亚热带、温带地区生长和人工栽培的优质高产的刈割型牧草，一年可刈割多次，年鲜草产量可达200 t/hm2以上，是当今世界生物量最大的饲草植物[2, 4]。由于其优良的生物学特性和营养价值，目前，人们越来越关注巨菌草作为畜禽饲料的开发利用，已有牛、羊、猪、鸡、肉鸭等饲喂巨菌草的应用报道[4-5]。不同地理位置和生态环境栽培的巨菌草其生长特性和生长性能不同[6-9]，且种植方式、地理环境、收获期等影响饲草的营养价值[10]。因而，不同生态环境栽培的巨菌草营养成分变化规律是否一致有待研究。雷荷仙等[7]研究认为巨菌草最适宜在水热充沛的低海拔地区(300 m以下)生长。近年来，巨菌草在四川盆地中部丘陵地区已有大量栽培，但对其营养成分的分析研究目前未见报道。因而，本试验主要研究川中丘陵地区巨菌草的营养成分变化规律，旨在为该地区栽培的巨菌草作为畜禽饲料推广应用提供科学依据。
1 材料与方法 1.1 试验地概况本试验所用巨菌草于2019年3月从海南儋州引种，种植在四川省南充市西华师范大学生态研究院试验基地，基地位于四川省东北部，四川盆地中部，嘉陵江中游，东经106°4′23″，北纬30°48′43″，海拔309.3 m，属亚热带湿润季风气候；年降水量1 020.8 mm，主要集中在夏季，四季分明，雨热同期，夏季高温多雨，冬季气温普遍在0 ℃以上，温和湿润；年平均气温17.4 ℃，最高气温40.1 ℃，最低气温-2.8 ℃，年日照时间1 266.7 h；土壤以红棕紫泥土为主。
1.2 栽植方法选取健康、无病虫害的茎秆为种节，撕去包裹腋芽的叶片，用刀切成小段，每段保留2个节，采用扦插法，下种时将准备好的种节腋芽朝上，形成45°角斜插入土壤中。插穗长度8~12 cm，按行株距60 cm×80 cm种植，1 400株/亩(1亩≈667 m2)左右。栽培前基肥按30 kg/亩施有机肥，试验期内不作施肥管理。
1.3 试验设计采用随机区组试验设计，刈割生长高度分别为50~100 cm(处理1)、100~150 cm(处理2)、150~200 cm(处理3)、200~250 cm(处理4)，小区面积3 m×6 m=18 m2，每个处理5个小区(重复)，总计20个小区。刈割留茬2 cm。每个处理分别刈割6 kg，采集后切碎至1~2 cm，按“四分法”取得分析样本3 kg，1 kg鲜样用于测定维生素和单宁含量，2 kg鲜样在60~65 ℃的恒温鼓风烘箱中烘制，测定初水分后粉碎过40目筛(筛孔0.45 mm)制成半干样品，用于测定总能(GE)、常规营养成分和氨基酸含量。
1.4 测量指标与方法样品GE以及初水分、干物质(DM)、粗蛋白质(CP)、粗脂肪(EE)、粗纤维(CF)、酸性洗涤纤维(ADF)、中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤木质素(ADL)、粗灰分(Ash)、钙(Ca)、总磷(TP)含量的测定参照《饲料分析及饲料质量检测技术》[11]。样品中含硫氨基酸含量用离子交换色谱法(GB/T 15399—1994)测定，其他氨基酸含量按GB/T 18246—2000附录A用氨基酸自动分析仪测定。单宁含量按GB/T 27985—2011用分光光度法测定，β-胡萝卜素、维生素C、维生素E、维生素B1、维生素B2、维生素B6含量分别按照食品安全国家标准GB 5009.83—2016、GB 5009.86—2016、GB 5009.82—2016、GB 5009.84—2016、GB 5009.85—2016、GB 5009.154—2016测定。
1.5 氨基酸营养评价根据氨基酸平衡理论和氨基酸比值系数(RC)进行不同生长高度巨菌草的氨基酸营养评价。氨基酸评分(AAS)根据联合国粮农组织与世界卫生组织(FAO/WHO)[12]提出的方法计算；RC根据朱圣陶等[13]提出的方法计算。
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试验数据用Excel 2016软件统计，结果用平均值±标准差表示，用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析以及LSD法多重比较。
2 结果与分析 2.1 不同生长高度巨菌草的常规营养成分分析由表 1可知，随巨菌草生长高度的增加，初水分含量减少，处理4极显著低于其他处理(P < 0.01)；DM含量随巨菌草生长高度的增加极显著增加(P < 0.01)；GE随巨菌草生长高度的增加显著增加(P < 0.05)；CP含量随巨菌草生长高度的增加而下降，各处理间差异极显著(P < 0.01)；EE含量随巨菌草生长高度的增加而增加，处理3和处理4的EE含量显著高于处理1和处理2(P < 0.05)；随巨菌草生长高度的增加，Ash含量极显著增加(P < 0.01)；CF、ADF、NDF、ADL含量随巨菌草生长高度的增加而增加，其中处理4的CF、ADF、ADL含量极显著高于其他处理(P < 0.01)；处理4的NDF含量显著高于其他处理(P < 0.05)；Ca含量各处理间差异不显著(P>0.05)；TP含量随巨菌草生长高度的增加而降低，但各处理间差异不显著(P>0.05)。
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表 1 不同生长高度巨菌草的常规营养成分 Table 1 Conventional nutritional components of Pennisetum giganteum at different growth heights |
由表 2可知，EAA含量随巨菌草生长高度的增加而呈现高—低—高—低的变化趋势，非必需氨基酸(NEAA)含量随巨菌草生长高度的增加而降低；处理1的EAA、NEAA以及总氨基酸(TAA)含量最高，且极显著高于其他处理(P < 0.01)，处理4则最低；随巨菌草生长高度的增加EAA/NEAA值呈高—低—高的变化趋势，EAA/CP值呈现高—低—高—低的变化趋势，不同生长高度巨菌草的EAA/TAA值接近。
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表 2 不同生长高度巨菌草的氨基酸含量 Table 2 Amino acid contents of Pennisetum giganteum at different growth heights |
对不同生长高度巨菌草的AAS和RC的分析(表 3和表 4)表明，处理1、处理2、处理3的第一限制性氨基酸是异亮氨酸(Ile)，第二限制性氨基酸是苏氨酸(Thr)，第三限制性氨基酸是赖氨酸(Lys)；处理4的第一限制性氨基酸是Ile，Lys含量比Thr含量略高，因而，第二限制性氨基酸是Lys，第三限制性氨基酸是Thr；各处理Ile的RC最小，故巨菌草的第一限制氨基酸是Ile。
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表 3 不同生长高度巨菌草的必需氨基酸组成及比较分析 Table 3 Composition and comparative analysis of essential amino acids of Pennisetum giganteum at different growth heights |
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表 4 不同生长高度巨菌草的AAS和RC Table 4 AAS and RC of Pennisetum giganteum at different growth heights |
氨基酸的呈味特性分为甜味氨基酸[Thr、丝氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、Lys、脯氨酸(Pro)]、酸鲜味氨基酸[天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)]、苦味氨基酸(Ile、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、组氨酸(His)、精氨酸(Arg)、蛋氨酸(Met)、缬氨酸(Val)][14]。本试验结果(表 5)显示，甜味氨基酸和酸鲜味氨基酸含量随巨菌草生长高度的增加而下降，处理1的甜味氨基酸和酸鲜味氨基酸含量最高，处理4的最低；苦味氨基酸含量随巨菌草生长高度的增加而呈现低—高—低的趋势, 处理3的苦味氨基酸含量最高；处理1的(甜味氨基酸+酸鲜味氨基酸)/苦味氨基酸值最高。
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表 5 不同生长高度巨菌草的呈味氨基酸含量 Table 5 Contents of taste amino acids of Pennisetum giganteum at different growth heights |
由表 6可知，β-胡萝卜素含量随巨菌草生长高度的增加极显著增加(P < 0.01)，维生素C含量随巨菌草生长高度的增加而增加，处理1显著低于其他处理(P < 0.05)；维生素B6含量随巨菌草生长高度的增加而增加，处理4显著高于其他处理(P < 0.05)；维生素B1含量各处理间无显著差异(P>0.05)；维生素E、维生素B2在实验室条件下未检出。单宁含量随巨菌草生长高度的增加而降低，处理1显著高于处理3和处理4(P < 0.05)，与处理2差异不显著(P>0.05)。
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表 6 不同生长高度巨菌草的维生素及单宁含量(鲜样基础) Table 6 Vitamin and tannin contents of Pennisetum giganteum at different growth heights (fresh sample basis) |
本试验研究表明，巨菌草的初水分含量随巨菌草生长高度的增加而减少，DM含量则随巨菌草生长高度的增加而增加，与娄秀伟等[15]的研究结果一致。段传宏等[8]研究认为，巨菌草区别于其他禾本科狼尾草属植物，没有开花和结果的过程，淮河源地区的巨菌草DM含量在生长期间呈现先慢后快的增长趋势。有研究认为巨菌草青贮饲喂牛、羊的效果好于玉米和甜高粱青贮[16]。由于牧草水分含量高、DM含量低，影响青贮品质[17]。因而，本试验中生长高度200 cm下的巨菌草因初水分含量在80%以上，不宜单独青贮，如果用于青贮，可以与DM含量高的物料混合后青贮；即使是生长高度200 cm以上的巨菌草，在单独青贮时建议进行田间预干燥调制。
植物的营养物质主要存在于DM中，因而随巨菌草生长高度的增加GE增加。本试验中EE和Ash含量随巨菌草生长高度的增加而增加，但陈碧成等[18]的研究认为EE和Ash含量随巨菌草生长时间的延长而下降，本试验结果与之报道不一致，可能是样品采集有别或是生态环境、田间管理等不同所致，其具体原因有待探讨。
本试验测得CP含量随巨菌草生长高度的增加而下降，与段传宏等[8]、娄秀伟等[15]、陈碧成等[18]、丁铭等[19]分别在淮河源地区、贵州海拔1 386 m的关岭县、福建、新疆栽培的巨菌草CP含量变化规律一致。但本试验中50~100 cm的巨菌草CP含量最高为10.90%，200~250 cm的巨菌草CP含量为9.03%，与上述研究有差异，其原因可能与样品采集有别以及不同生态环境有关。段传宏等[8]、丁铭等[19]、陈碧成等[18]按不同生长期采样，娄秀伟等[15]采样高度不同，但与本试验采集的相同生长高度的巨菌草的CP含量也有差异。由于不同生态环境下巨菌草的生长特性和生长性能不同[6-9]，因而，不同生态环境栽培的巨菌草即使同一生长期的CP含量也不同。雷荷仙等[7]认为海拔高度通过影响环境因子(如温度、湿度、水分、光照等)影响植物生长，尤其是温度，其是影响植物生长的关键因素。有研究认为土壤条件也影响牧草CP含量，施用氮肥可以显著提高牧草CP含量[20]。因而，巨菌草作为畜禽饲料时对于其CP含量应根据实际情况采样实测。
本试验结果表明，CF、ADF、NDF和ADL含量随巨菌草生长高度的增加而增加，与陈碧成等[18]、段传宏等[8]的研究结果一致，也与不同生长高度的象草[21]和王草[22]中CF、ADF、NDF和ADL含量的变化规律一致。
纤维对于单胃动物主要是非营养作用[23]。由于单胃动物不能分泌纤维素酶，对纤维的消化能力有限，纤维含量高影响其他营养物质的消化利用[24]，因而，建议单胃动物应尽量选择生长高度低于100 cm的巨菌草。对于反刍动物(羊和牛等)，因瘤胃中存在大量的微生物，对纤维消化利用率高，纤维能够供给部分能量[25-26]，并且一定量的ADF、NDF和ADL有助于促进消化器官的发育[27]。因而，反刍动物比单胃动物能利用更多纤维，可选择生长高度100 cm以上的巨菌草。
本试验结果表明，不同生长高度巨菌草的Ca含量无显著差异，但TP含量随生长高度的增加而降低。钟小仙等[28]研究认为施肥显著影响杂交狼尾草植株TP和镁(Mg)含量，对Ca含量无显著影响。基肥施用氮磷钾复合肥，可促进植株对Ca、Mg的吸收，显著提高植株TP含量。因而不同地域或不同生长环境的巨菌草，其Ca、TP等矿物质的含量随生长时间推移的变化规律可能不同。
3.1.2 不同生长高度巨菌草的氨基酸组成分析本试验中巨菌草TAA含量随生长高度的增加呈下降趋势，与陈碧成等[18]在福建栽培的巨菌草的研究结果一致。因氨基酸是构成蛋白质的基本原料，EAA的含量和比值与蛋白质的营养价值密切相关[10]。FAO/WHO提出的理想蛋白质的EAA/TAA值应达到40%左右；EAA/NEAA值应在60%以上[12, 29]，并且越接近该标准，牧草蛋白质营养价值越高。本试验中，不同生长高度巨菌草的EAA含量丰富，氨基酸种类齐全、且EAA/TAA值为42%~44%，大于40%，EAA/NEAA值为70%以上，大于60%，表明巨菌草的蛋白质营养价值较高，可以作为畜禽饲粮的优质蛋白质源。
植物原料蛋白质的主要限制性氨基酸是Met和Lys[30-31]。刘远等[32]对在福建栽培的杂交狼尾草的研究发现Met是第一限制性氨基酸。陈碧成等[18]对在福建栽培的巨菌草的测定结果为含硫氨基酸(Met和Cys)含量最低，认为含硫氨基酸是巨菌草的限制性氨基酸。而本试验根据AAS和RC得出巨菌草的第一限制性氨基酸为Ile，与上述研究结果不一致。田春丽等[20]研究发现，不同硒、锌水平配施苜蓿对其氨基酸含量和组成有显著影响，低硒、高锌可以提高EAA含量以及EAA/NEAA和EAA/TAA值更接近FAO/WHO的标准，低硒可以提高含硫氨基酸含量，高硒会显著降低含硫氨基酸含量；施用氮肥可以显著提高牧草EAA含量。因而，生长环境不同是否对巨菌草氨基酸合成能力有影响，有待于进一步研究探讨。
动物采食量可衡量其摄入营养物质数量，适口性影响动物的采食量[33-35]。研究认为，氨基酸会影响动物采食[36]，适量Arg可以促进动物采食，增加Thr含量可以促进采食，Leu、Ile、Val对动物采食量的影响具有拮抗作用[37]。本试验中，50~100 cm、100~150 cm、150~200 cm、200~250 cm巨菌草的甜味氨基酸+酸鲜味氨基酸含量分别是苦味氨基酸含量的2.21倍、1.89倍、1.71倍、1.62倍，说明不同生长高度巨菌草的口感不同，50~100 cm巨菌草的适口性较好。猪对饲料的味道比较敏感，因此，生长高度50~100 cm的巨菌草对于猪的适口性可能较好。
3.1.3 不同生长高度巨菌草的维生素含量分析有研究表明，多年生牧草中维生素含量随季节性变化而变化[38]。本试验分析表明，β-胡萝卜素、维生素C、维生素B6含量随巨菌草生长高度的增加而增加，不同生长高度巨菌草的维生素B1含量变化不大，说明维生素含量随巨菌草的生长高度不同变化不同。维生素E、维生素B2在实验室条件下未检出，说明巨菌草中这2种维生素的含量很低。
3.2 不同生长高度巨菌草的单宁含量分析单宁具有苦涩味，是影响牧草对动物适口性的重要因素。单宁与营养物质如蛋白质、氨基酸等络合而降低营养物质的消化利用[39]。有研究认为，猪和家禽饲粮DM中单宁含量低于1%为宜；反刍动物对单宁的耐受性较高，饲粮DM中单宁含量低于3%或5%为宜[40]。本试验中，50~100 cm、100~150 cm、150~200 cm、200~250 cm巨菌草中单宁含量(鲜样基础)分别为4.96、4.91、4.71、4.15 mg/g，即本试验中巨菌草单宁含量随巨菌草生长高度的增加而降低。谢焰锋等[40]研究认为巨菌草叶中单宁含量随生长时间的延长逐渐增多。本试验分析结果与之报道不一致，其可能原因是否与样品采集有别或生长环境有异有关，有待进一步研究。
4 结论巨菌草的营养成分受生长期的影响明显，川中丘陵地区的巨菌草与其他生态环境的巨菌草的部分营养成分变化规律不同。单胃动物宜选择生长高度100 cm以下的巨菌草，反刍动物选择生长高度100 cm以上的巨菌草较适宜。因而，巨菌草作为畜禽用饲料应根据当地栽培的巨菌草营养成分实测值进行配制应用。
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