体外产气法研究不同饲粮中性...维水平对瘤胃发酵参数的影响_张诣贤.pdf

反刍动物营养NO.02 20237饲料研究 FEED RESEARCH体外产气法研究不同饲粮中性洗涤纤维水平对瘤胃发酵参数的影响张诣贤1 魏尊1 李树静2 张秀江3 肖阳4 梁英杰5 李秋凤1*曹玉凤1*（1.河北农业大学动物科技学院，河北 保定 071001；2.河北天和肉牛有限公司，河北 石家庄 050000；3.保定市农业农村局，河北 保定 071001；4.河北燕城食品有限公司，河北 保定 072650；5.定兴县动物疫病预防控制中心，河北 保定 072650）摘要：试验采用体外产气法研究不同日粮30 h中性洗涤纤维（dNDF30）水平对反刍动物瘤胃发酵的影响。在等能等氮（蛋白含量为16.5%）与中性洗涤纤维（NDF）水平为32%下分别配制dNDF30水平为16.4%、17.9%、19.4%、20.9%、22.4%、23.9%、25.4%和26.9%的日粮为发酵底物，分别为T1组T8组，每组8个重复。结果显示，体外发酵24 h，T1组的产气量（GP）显著低于其他各组（P0.05）。体外发酵48 h，T5组、T6组、T7组、T8组GP显著高于其他处理组（P0.05）。T8组的体外干物质消失率（IVDMD）最高，显著高于T1组、T2组、T3组、T4组（P0.05）。T8组 pH 值显著低于其他各组（P0.05）。T1组氨态氮（NH3-N）含量显著高于除 T2外的各组（P0.05）。T1组微生物蛋白（MCP）含量显著高于其他各组（P0.05）。T8组总挥发性脂肪酸含量最高，显著高于除T7组、T6组之外的各组（P0.05）。T1组乙酸含量显著高于除T2组、T3组、T4组外各组（P0.05）。T8组丙酸含量显著高于T1组、T2组（P0.05）。研究表明，较高日粮dNDF30水平有利于氨氮的利用和反刍动物瘤胃发酵。关键词：体外法；反刍动物；中性洗涤纤维；30 h中性洗涤纤维；瘤胃发酵中图分类号：S 823 文献标识码：A 文章编号：1002-2813（2023）02-0007-05 Doi：10.13557/ki.issn1002-2813.2023.02.002Effect of different dietary neutral detergent fiber levels on rumen fermentation parameters by in vitro gas productionZHANG Yi-xian WEI Zun LI Shu-jing ZHANG Xiu-jiang XIAO Yang LIANG Ying-jie LI Qiu-feng CAO Yu-fengAbstract:The experiment was to study the effect of different dietary levels of dNDF30 on ruminant rumen fermentation by using method of gas production in vitro.Under the condition of equal energy nitrogen(16.5%protein content)and 32%NDF level,the diets with 16.4%,17.9%,19.4%,20.9%,22.4%,23.9%,25.4%and 26.9%levels of dNDF30 were prepared as fermentation substrates,respectively,they are groups T1 group to T8 group,each group was set with eight replicates.The results showed that after 24 h in vitro fermentation,the GP of T1 group was significantly lower than that of other groups(P0.05).After 48 h in vitro fermentation,GP in T5 group,T6 group,T7 group and T8 group was significantly higher than that of other groups(P0.05).The IVDMD of T8 group was the highest,which was significantly higher than that of T1 group,T2 group,T3 group and T4 group(P0.05).The pH value of T8 group was significantly lower than that of other groups(P0.05).The concentration of NH3-N in T1 group was significantly higher than that in other groups except T2 group(P0.05).The content of MCP in T1 group was significantly higher than that in other groups(P0.05).The content of total volatile fatty acids in T8 group was significantly higher than that in other groups except T7 group and T6 group(P0.05).The acetic acid content in T1 group was the highest,which was significantly higher than that in other groups except T2 group,T3 group and T4 group(P0.05).The content of propionic acid in T8 group was significantly higher than that in T1 group and T2 group(P0.05).The study indicates that higher dietary dNDF30 level is beneficial to utilization of ammonia nitrogen and ruminant rumen fermentation.Key words:in vitro method;ruminant;NDF;dNDF30;rumen fermentation第一作者：张诣贤，硕士，研究方向为反刍动物营养与饲料。通信作者：李秋凤，教授，硕士生导师；曹玉凤，教授，硕士生导师。基金项目：国家现代农业产业技术体系（项目编号：CARS-37）；河北省优质粗饲料防霉及高效利用关键技术（项目编号：19226615D）；河北省二期现代农业产业技术体系肉牛创新团队高效养殖岗位建设项目（项目编号：HBCT2018130202）收稿日期：2022-04-27反刍动物营养NO.02 20238饲料研究 FEED RESEARCH中性洗涤纤维（NDF）由木质素、纤维素和半纤维素构成。反刍动物能够利用NDF中的纤维素和半纤维素，无法利用木质素。在日粮中NDF含量基本相等的前提下，NDF 组成不同，其消化作用则存在差异。因此，研究NDF可消化性在确定日粮营养水平方面至关重要。NDF消化率作为反映NDF可消化性的指标，需要考虑其在瘤胃内时间点的降解特性。利用原位法或体外法研究出的NDF瘤胃内可降解的时间以及动态消化率能够反映纤维这一指标对反刍动物的营养作用1。根据反刍动物瘤胃滞留机制，与其他时间点相比，日粮在瘤胃内停滞30 h内可以更好地反映动物在摄入相同水平下在瘤胃内消化的最佳NDF含量2。绝对NDF量（dNDF30）表示 NDF 在瘤胃内 30 h 的消化程度，其与30 h 中性洗涤纤维消化率（NDFD30）换算关系为NDFD30NDF=dNDF30。NDF 在反刍动物中的使用价值应根据日粮在瘤胃内的消化程度体现。虽然关于NDF适宜水平的研究较多3，但针对调控日粮dNDF30水平的研究不多，部分研究仅评价优质玉米青贮加入dNDF30水平指标4，国内外鲜有研究结合日粮NDF水平与dNDF30水平对反刍动物瘤胃发酵参数的影响。本试验旨在探索日粮合理规范的dNDF30水平，采取体外产气法进行研究，为完善反刍动物NDF数据库，从而在生产中更精准地进行粗饲料配比以提高粗饲料利用率、提高经济效益提供参考。1材料与方法1.1试验材料本试验原料主要包括玉米青贮、燕麦、苜蓿、小麦青贮、芦苇、甜菜颗粒、豆粕、膨化大豆、麸皮、压片玉米等，均由河北省保定市宏达牧业提供。饲料原料营养水平见表1。1.2试验设计采用尼龙袋法对测定饲料原料 dNDF30 水平，以NRC（2021）为参照依据，在等能等氮水平（蛋白含量为16.5%）与NDF 水平为32%条件下分别配制dNDF30水平为 16.4%、17.9%、19.4%、20.9%、22.4%、23.9%、25.4%和26.9%的日粮作为发酵底物，分别为T1组T8组，共8组，各处理组日粮添加量均为0.5 g，每组均设8个重复。日粮组成及营养水平见表2。1.3瘤胃液供体动物饲养选取3头健康状态良好且生产性能相近装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦阉牛为瘤胃液供体动物。试验牛散栏饲养，每天6：00、14：00和19：30饲喂TMR饲粮，每天挤奶3次，自由饮水。日粮配方参照NRC（2021）和牛场配方，瘘管牛日粮组成为玉米20.50%、全株玉米青贮40%、羊 草 20%、豆 粕 4.36%、棉 粕 9.36%、DDGS 3.69%、预混料2.09%5，粗蛋白为10.29%、中性洗涤纤维53.33%、酸性洗涤纤维31.71%、粗脂肪1.66%、泌乳净能5.52 MJ/kg。1.4体外发酵装置采用美国ANKOM RNF气体测量系统，试验前检查系统模块正常情况并进行检测，确保工作严密性。1.5体外发酵流程称取发酵底料0.5 g放入经丙酮处理的纤维袋中，放入100 mL的产气瓶中。采集3头瘘管牛瘤胃液将其混合至1 L，4层纱布过滤，倒入密闭性强且无氧和提前经过温水预热的保温瓶中。参照任澎等6和Menke等7方法配制人工瘤胃缓冲液，在39 水浴的条件下按13分别加入15 mL和45 mL，持续通入CO2，采用铝制瓶盖和橡胶塞将产气瓶密封后放入恒温摇床中，转速为125 r/min，设置2个空白对照瓶，进行两昼夜的发酵过程，记录2、4、6、8、10、12、24、36、48 h发酵瓶中的产气值。1.6测定指标及方法1.6.1产气量利用温媛媛等5方法计算2、4、6、8、10、12、24、36、48 h各时间点产气量以及总产气量（GP）。产气动力学计算参照rskov等8。1.6.2发酵参数发酵瓶于体外发酵 48 h 后取出，冰水中冷却并停止发酵5，轻摇，测定瘤胃液 pH 值、体外干物质消化率（IVDMD）、瘤胃液氨态氮（NH3-N）9和微表1饲料原料营养水平（干物质基础）单位：%项目玉米青贮燕麦芦苇苜蓿小麦青贮豆粕膨化大豆棉粕甜菜颗粒压片玉米麸皮干物质37.2291.9692.7339.8863.1788.4592.6094.7290.7188.3389.81粗蛋白8.507.307.7619.367.7949.1639.8323.6511.198.5618.30粗脂肪4.191.912.591.753.200.9122.1512.910.723.334.04磷0.160.120.740.270.280.630.530.590.090.151.23钙0.290.270.551.660.400.400.560.481.010.300.28中性洗涤纤维37.7253.3378.9347.0857.9816.4720.3552.9050.4211.2250.35酸性洗涤纤维20.8929.7738.1135.4237.128.799.6338.5126.882.6815.08粗灰分3.419.908.058.418.106.995.534.207.221.376.33dNDF3019.1124.7732.4222.0327.9915.3417.3216.4345.557.5228.70反刍动物营养NO.02 20239饲料研究 FEED RESEARCH生 物 蛋 白（MCP）10和 挥 发 性 脂 肪 酸（VFA）11指标。1.7数据统计与分析试验数据经数据库整理，采用SAS 9.1软件进行单因素方差分析，Duncans法进行多重比较。结果以“平均值标准差”表示，P0.05表示差异显著，P0.01表示差异极显著。2结果与分析2.1日粮不同dNDF30水平对GP的影响（见表3）由表3可知，T1组的GP24 h显著低于其他各组（P0.05），T8组GP24 h显著高于T2组、T3组、T4组（P0.05）。T5组、T6组、T7组、T8组GP48 h显著高于其他组（P0.05）。2.2日粮不同 dNDF30 水平对体外发酵参数的影响（见表4）由表4可知，T8组的IVDMD显著高于T1组、T2组、T3组、T4组（P0.05)。各组pH值随着dNDF30水平升高而降低，T8组pH值显著低于其他各组（P0.05)。各组NH3-N随着dNDF30水平的升高而降低，T1组NH3-N含量显著高于除T2外的各组（P0.05)。各组MCP含量随着dNDF30水平的升高降低，T1组 MCP 含量显著高于其他各组（P0.05)。2.3日粮不同 dNDF30 水平对瘤胃液挥发性脂肪酸的影响（见表5）由表5可知，随着dNDF30水平提高，总挥发性脂肪酸含量明显升高，T8组总挥发性脂肪酸显著高于除T6组、T7组外的其他各组（P0.05)。各组乙酸含量随着dNDF30水平提高逐渐降低，T1组乙酸含量显著高于除T2组、T3组、T4组外其他各组（P0.05)。丙酸含量随着dNDF30水平提高逐渐提高，T8组丙酸含量显著高于T1组、表2日粮组成及营养水平（干物质基础）项目原料组成/%玉米青贮燕麦苜蓿小麦青贮芦苇甜菜颗粒豆粕膨化大豆麸皮压片玉米合计营养水平消化能/(MJ/kg)粗蛋白/%粗脂肪/%淀粉/%钙/%磷/%酸性洗涤纤维/%中性洗涤纤维/%dNDF30/%T1组01.601.201.2020.5007.5012.808.0047.20100.0011.6116.505.5541.200.400.4513.4532.0016.40T2组01.601.201.2020.504.505.5016.305.0044.20100.0012.2016.505.4541.400.440.4214.2932.0017.90T3组01.601.201.2016.9011.105.5016.305.0041.20100.0013.9216.505.7041.200.480.3914.6132.0019.40T4组3.301.601.201.2010.6019.104.5016.305.0037.20100.0014.6416.505.5642.200.520.3514.8532.0020.90T5组8.301.601.201.203.6027.103.7016.305.0032.00100.0015.3316.505.2541.700.560.3015.1732.0022.40T6组9.301.601.201.200.6032.903.6016.305.0028.30100.0018.4616.505.0941.200.590.2815.6932.0023.90T7组5.301.601.201.20039.404.1015.303.0028.90100.0020.0116.504.8841.200.630.2416.0332.0025.40T8组3.001.601.201.20043.404.6015.00030.00100.0022.4716.504.8841.300.660.2116.2232.0026.90表3日粮不同dNDF30水平对GP的影响 单位：mL/g项目T1组T2组T3组T4组T5组T6组T7组T8组P值GP24 h98.164.76a103.382.59bcd103.852.57bcd105.003.72bcd107.792.60cde108.493.27cde109.214.63de110.732.80e0.01GP48 h133.495.76a137.011.56a146.105.59b148.183.55b167.035.44c167.682.82c169.282.85c170.114.89c0.01注：同列数据肩标不同字母表示差异显著（P0.05）；下表同。反刍动物营养NO.02 202310饲料研究 FEED RESEARCHT2组（P0.05）。各组乙丙比随着dNDF30水平的升高而降低，T8组乙丙比最低。3讨论3.1日粮不同dNDF30水平对产气量的影响体外产气法可快速评定底物的发酵情况与日粮的营养价值12，产出的气体越多，日粮在瘤胃内发酵程度越好，反之表明发酵程度一般13。日粮中NDF可溶物中的非结构性碳水化合物是产气量的来源，非结构性碳水化合物越多，产气量越多。本研究表明，产气量随着不同dNDF30水平升高而升高，与Coblentz等14的GP与可消化NDF水平呈正相关的结论一致。郑玮才等15研究表明，日粮中NDF消化率水平越高，则产气量越高，原因是NDF消化率水平越高则日粮非结构性碳水化合物消耗减少，使产气量升高。本试验中，同一NDF水平下的不同dNDF30 水平下 DMD 与 GP 结果均呈同步趋势。Menke等16研究表明，体外培养时发酵的产气量与日粮的DMD具有高度正相关性，与本试验结论一致。3.2日粮不同dNDF30水平对发酵参数的影响IVDMD可反映发酵底物是否发酵完全的程度。本试验中，IVDMD含量随dNDF30水平提高逐渐下降，主要是受日粮中iNDF的影响。iNDF制约瘤胃驱动并直接影响瘤胃消化负荷与日粮摄入17，使反刍动物DMD发生变化18。本试验中，随着dNDF30水平提高，iNDF水平逐渐降低，DMD逐渐降低，DMD与NDF消化率呈极显著正相关性19。瘤胃pH值是反映机体瘤胃内酸碱平衡的重要指标20，适宜 pH 值范围为 5.07.521。本试验所得瘤胃 pH 值为6.346.61，符合正常标准且利用纤维消化与营养物质需求。解彪22研究表明，pH值随着NDF水平升高而升高，原因是随着日粮NDF水平的提高，不同水平NDF的日粮发酵程度降低23，高NDF组日粮的瘤胃液pH值显著提高。史仁煌24研究发现，日粮中含有较多难消化的纤维素与半纤维素，即日粮NDF水平越高，其对应的瘤胃液pH值越高。本试验研究表明，pH值随着dNDF30水平的增高呈降低趋势。原因可能是随着dNDF30水平增高，产生的总挥发性脂肪酸增多；而总挥发性脂肪酸和瘤胃pH值存在负相关关系25，导致pH值也随之降低。Oba等26研究认为，当瘤胃中NDF降解率增大时，瘤胃中挥发性脂肪酸也会随之增大，导致pH值降低。瘤胃液 NH3-N 正常范围为 50250 mg/L27，本试验NH3-N范围是79.9104.3 mg/L，属于正常范围。瘤胃内NH3-N含量取决于氮的消耗速率及瘤胃内微生物对氮的利用。dNDF30更能反映瘤胃内可消化NDF水平。本试验中，NH3-N随着处理组dNDF30水平呈升高趋势。原因可能是dNDF30水平越大，提高NDF消化率可改善瘤胃发酵，为瘤胃微生物提供更多能量，使瘤胃微生物增多，进而增加瘤胃微生物对氮的利用效率，NH3-N随之降低。瘤胃内MCP含量可以反映瘤胃微生物分解蛋白质与非蛋白氮情况。本试验中，随着dNDF30水平升高，MCP含量随之升高。原因可能是随着处理组水平提高，瘤胃微生物分解NH3-N水平能力变强，氮源利用率降低导致MCP水平升高，表明表4日粮不同dNDF30水平对体外发酵参数的影响 项目T1组T2组T3组T4组T5组T6组T7组T8组P值IVDMD/%65.041.97a65.740.53ab67.991.56b70.881.18c74.691.25d75.583.52d76.160.54d76.171.16d0.01pH值6.580.02d6.570.03d6.560.02cd6.540.01c6.500.04b6.500.02b6.500.01b6.470.01a0.01NH3-N/(mg/L)104.308.90c97.2016.00bc93.4010.80ab89.4015.30ab85.9013.00ab81.709.20ab84.505.50ab79.909.80a0.01MCP/(mg/L)790.209.80c678.9014.00b628.4025.40ab581.608.00a589.1017.40a591.7029.10a615.9030.60a593.307.60a0.01表5日粮不同dNDF30水平对瘤胃液挥发性脂肪酸的影响 项目T1组T2组T3组T4组T5组T6组T7组T8组P值乙酸/(mmol/L)66.072.97c63.942.02bc64.052.81bc61.151.96ab60.361.87a59.560.93a59.011.66a59.232.17a0.01丙酸/(mmol/L)20.022.50a21.822.11ab22.892.22cd22.950.77cd23.610.61cd25.472.01cd26.850.98d27.322.24d0.01异丁酸/(mmol/L)0.540.200.680.360.610.270.800.330.780.120.790.410.830.060.830.050.59丁酸/(mmol/L)13.122.4613.290.8013.140.7315.020.4915.331.6315.612.4415.573.2216.222.900.45异戊酸/(mmol/L)0.940.361.120.701.070.471.350.361.180.311.300.401.510.311.430.130.50戊酸/(mmol/L)2.350.232.371.022.390.542.530.742.630.492.140.812.700.252.680.090.90总挥发性脂肪酸/(mmol/L)103.021.48a103.262.30ab106.832.53ab103.930.89abc104.782.66bcd106.163.17cde108.584.72de111.444.15e0.01乙丙比3.300.18b2.930.26b2.800.11b2.660.13b2.560.17b2.340.25b2.200.26ab2.170.46a0.01反刍动物营养NO.02 202311饲料研究 FEED RESEARCHMCP含量与NH3-N含量具有高度密切的相关性。研究表明，CP与淀粉消化率的水平及其协同性影响MCP合成28，日粮的淀粉和NDF消化率成正相关29。本试验中，随着dNDF30水平升高，淀粉消化率也逐渐升高，作用在瘤胃微生物上使固氮效果达到最佳，从而使MCP含量逐渐提高。3.3日粮不同dNDF30水平对挥发性脂肪酸的影响挥发性脂肪酸为反刍动物机体提供70%80%的能量。乙酸利于提高反刍动物的乳脂率，在日粮纤维高的情况下一般进行乙酸型发酵。丙酸为合成葡萄糖的前体物质，在淀粉较高的情况下进行丙酸型发酵。瘤胃液总挥发性脂肪酸、丙酸和丁酸浓度随着日粮NDF水平的提高逐步降低，而乙酸浓度和乙丙比相应提高30。本试验中，总挥发性脂肪酸随着dNDF30水平的增高显著上升，原因是可消化NDF提高，导致瘤胃液中的微生物将富含纤维的饲料转化为可利用碳水化合物的效率增高，转化为能量分解为大量的VFA31。本试验中，随着dNDF30水平增加，乙酸含量呈下降趋势，原因可能是底物中可消化NDF大部分来自粗饲料，可消化NDF水平提高，底物精料比例增加，VFA中乙酸和丁酸含量下降，丙酸含量上升，从而使乙丙比逐渐提高。4结论本研究结果表明，随着日粮dNDF30水平提高，总挥发性脂肪酸水平和GP48 h、GP24 h增高，体外发酵培养液pH值、乙丙比、NH3-N、MCP降低。因此，较高的日粮dNDF30水平利于反刍动物机体对氨氮的利用和瘤胃发酵。参考文献1 Fustini M,Palmonari A,Canestrari G,et al.Effect of undigested neutral detergent fiber content of alfalfa hay on lactating dairy cows:Feeding behavior,fiber digestibility,and lactation performanceJ.Journal of Dairy Science,2017,100(6):4475-4492.2 Kahyani A,Ghorbani G R,Alikhani M.Adjusting for 30-hour undigested neutral detergent fiber in substitution of wheatstraw and 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