高 洋 徐 明 劉南南 趙向輝 劉嬋娟 姚軍虎

(西北農(nóng)林科技大學(xué)，楊凌 712100)

粗飼料是反芻動(dòng)物飼糧的主體，可為反芻動(dòng)物提供最基本的能量和蛋白質(zhì)等養(yǎng)分，同時(shí)飼糧中適宜的粗飼料含量可刺激咀嚼，增加唾液量，維持瘤胃液pH及乳脂穩(wěn)定，使動(dòng)物保持健康［1-2］。NRC(2001)［3］認(rèn)為中性洗滌纖維(NDF)是表示纖維性飼料的最好指標(biāo)。其中，粗飼料源中性洗滌纖維(forage NDF，F(xiàn)NDF)在維持動(dòng)物機(jī)體健康方面起著決定性的作用［2-4］。Mertens［4］提出了物理有效中性洗滌纖維(physically effective NDF，peNDF)的概念，認(rèn)為飼料NDF含量、牧草長(zhǎng)度及韌性對(duì)動(dòng)物健康有影響。NDF由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素構(gòu)成，其中木質(zhì)素在瘤胃中不能降解，但高含量木質(zhì)素可增加飼料韌性，進(jìn)而可能影響動(dòng)物的采食行為以及瘤胃發(fā)酵。目前關(guān)于牧草長(zhǎng)度、NDF含量對(duì)瘤胃健康的影響已有較多研究［4-5］，但有關(guān)NDF組分對(duì)山羊采食行為、瘤胃發(fā)酵特性等方面影響的研究則較少。本試驗(yàn)選擇不同生長(zhǎng)期的黑麥草，切割成不同長(zhǎng)度作為粗飼料，研究黑麥草酸性洗滌木質(zhì)素/中性洗滌纖維(ADL/NDF)、長(zhǎng)度對(duì)山羊采食行為、瘤胃液pH和纖維素酶活性的影響，為評(píng)價(jià)黑麥草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及其合理利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用初花期黑麥草(ryegrass at early-bloom stage，REB)和盛花期黑麥草(ryegrass at full-bloom stage，RFB)，分別切割成20 mm(93QS-218，廣東佳農(nóng))或粉碎成5 mm(9FQ-40A，廣州未來(lái))理論長(zhǎng)度，制備成4種粗飼料。4種粗飼料營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1。初花期黑麥草制成的粗飼料干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗灰分和非纖維性碳水化合物(NFC)含量顯著較低(P ＜0.05)，NDF、酸性洗滌纖維(ADF)和 ADL含量顯著較高(P＜0.05)。黑麥草生長(zhǎng)期、長(zhǎng)度對(duì)DM和ADL存在交互作用(P ＜0.05)。

表1 4種粗飼料營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 1 Nutrient levels of the four roughages(DM basis) %

1.2 試驗(yàn)動(dòng)物及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用4只體重(40.0±1.8)kg安裝有瘤胃瘺管的健康成年山羊，采用兩因素4×4拉丁方設(shè)計(jì)將試驗(yàn)羊分為4個(gè)處理。根據(jù)FNDF相同設(shè)計(jì)粗飼料在飼糧中比例，設(shè)計(jì)4種試驗(yàn)飼糧。因素1、2分別為飼糧中粗飼料 ADL/NDF(低、高)、長(zhǎng)度(20、5 mm)。參照 NRC(2007)［6］推薦的干奶期奶山羊營(yíng)養(yǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)飼糧，營(yíng)養(yǎng)水平滿足或超過(guò)40 kg干奶期奶山羊營(yíng)養(yǎng)需要，試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表2。

1.3 飼養(yǎng)管理

試驗(yàn)羊單籠(0.75 m ×1.50 m)飼養(yǎng)，全天24 h光照，每天飼喂2次(08:00和20:00)混合飼糧，自由飲水。試驗(yàn)每期20 d，其中預(yù)試期13 d，正試期7 d。每期試驗(yàn)結(jié)束后直接進(jìn)入下一期。

1.4 測(cè)定指標(biāo)與方法

1.4.1 粗飼料和飼糧長(zhǎng)度分布

正試期收集各處理粗飼料和飼糧各50 g及全部剩料，測(cè)定長(zhǎng)度分布［7］及營(yíng)養(yǎng)水平［8］。長(zhǎng)度分布用有 3 個(gè)篩層(19.00、8.00 和 1.18 mm)、1 個(gè)篩底的賓夕法尼亞篩測(cè)定，各篩層peNDF由相應(yīng)的物理有效因子(physically effective factor，pef)乘以 NDF 含量獲得［2］。

1.4.2 采食量和采食行為

正試期每天記錄飼喂量、剩料量、采食量。記錄正試期干物質(zhì)采食量(DM I)。

正試期第3～4天，在連續(xù)的24 h內(nèi)以5 m in為間隔單位記錄采食、反芻和咀嚼時(shí)間。1次采食停止后，20 m in內(nèi)不重新采食，認(rèn)為采食停止;1次反芻停止后，5 m in內(nèi)不重新反芻，認(rèn)為反芻停止［11］;咀嚼時(shí)間為采食時(shí)間、反芻時(shí)間之和。

表2 試驗(yàn)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 2 Composition and nutrient levels of trial diets(DM basis) %

擇食能力(sorting activity，SA)按以下公式計(jì)算:

式中:SAn為篩層n的擇食能力，n1為篩層n干物質(zhì)采食量，n2為篩層n干物質(zhì)預(yù)測(cè)采食量。

SAn等于100%代表沒(méi)有挑食，小于100%表示厭食，大于100%表示喜食［12］。

1.4.3 瘤胃液 pH

正試期的第1～2天，采用pH電極(IP-600-10，JENCO，美國(guó))、pH 轉(zhuǎn)換器(691，JENCO，美國(guó))和記錄儀連續(xù)監(jiān)測(cè)山羊瘤胃液pH［9-10］，每5 m in測(cè)定1次，記錄每天 pH＜6.0及pH＜5.6的持續(xù)時(shí)間。

1.4.4 瘤胃液纖維素酶活

正試期第7天于08:00(飼喂前)、12:00、16:00、20:00(飼喂前)、24:00分別從瘤胃的前面腹部、尾端腹部、中間和前邊背部收集瘤胃內(nèi)容物，準(zhǔn)確稱(chēng)取100 g放入帶封口的塑料袋，加100 m L磷酸緩沖液(pH 6.0，50 mmol/L)，雙手適度揉搓5 m in，使內(nèi)容物與緩沖液充分混合，用2層紗布過(guò)濾，濾液分裝于3個(gè)10 m L離心管中，-80℃保存。

測(cè)量時(shí)，取出冷凍樣品室溫解凍，取20 m L立即在冰浴下進(jìn)行超聲波細(xì)胞破碎處理(￠6 mm，400 W，處理30 s、間歇30 s，共 3 次)，所得細(xì)胞破碎液作為原酶液。采用3，5-二硝基水楊酸(DNS)比色法測(cè)定羧甲基纖維素酶、水楊苷酶、木聚糖酶和微晶纖維素酶的活性［13］。酶活單位(IU)的定義為每分鐘每毫升酶液作用于底物生成的還原糖量(μmol)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 17.0中的GLM模塊進(jìn)行方差分析，Duncan氏法多重比較，以 P＜0.05作為差異顯著性判定標(biāo)準(zhǔn)，0.05≤P＜0.10時(shí)，認(rèn)為存在顯著差異性的趨勢(shì)。

2 結(jié)果

2.1 粗飼料、飼糧長(zhǎng)度分布和peNDF

由表2可見(jiàn)，黑麥草生長(zhǎng)期不影響其制成粗飼料在各篩層的干物質(zhì)分布和8.00、1.18 mm層的pef(P＞0.05)，但盛花期黑麥草制成粗飼料8.00、1.18 mm 層的peNDF顯著高于初花期(P＜0.05)。黑麥草長(zhǎng)度對(duì)制成粗飼料在各篩層干物質(zhì)分布有顯著影響(P＜0.05)，增加黑麥草長(zhǎng)度，制成的粗飼料＞8.00 mm層上的干物質(zhì)含量顯著提高(P＜0.05)，相應(yīng)≤8.00 mm 層上的干物質(zhì)含量顯著降低(P＜0.05);增加黑麥草長(zhǎng)度，顯著提高了制成粗飼料 8.00、1.18 mm 層 pef和peNDF(P＜0.05)。黑麥草生長(zhǎng)期、長(zhǎng)度對(duì)制成粗飼料8.00 mm層peNDF存在交互作用(P＜0.05)。

表3 粗飼料長(zhǎng)度分布和物理有效中性洗滌纖維(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 3 Particle sizes distribution and peNDF of the roughages(DM basis)

由表4可見(jiàn)，黑麥草ADL/NDF不影響飼糧的長(zhǎng)度分布和pef、peNDF(P＞0.05)。增加黑麥草長(zhǎng)度，可顯著增加飼糧＞8.00 mm層上的DM含量，相應(yīng)顯著降低 ＞1.18～8.00 mm 層上的 DM含量(P ＜0.05)，顯著增加 8.00 mm 層 pef、peNDF(P ＜0.05)。

2.2 山羊采食量和采食行為

由表5可見(jiàn)，減小黑麥草長(zhǎng)度可顯著提高山羊的DM I(P＜0.05)，顯著提高采食時(shí)間、顯著降低咀嚼和反芻時(shí)間(P＜0.05)。山羊喜食19.00、8.00 和 1.18 mm 層的飼糧(SA ＞100%)，厭食篩底層飼糧(SA＜100%)。飼糧高粗飼料 ADL/NDF顯著增加了山羊?qū)︼暭Z19.00 mm層 SA(P＜0.05);減小粗飼料長(zhǎng)度顯著增加了山羊?qū)︼暭Z8.00 和1.18 mm 層的 SA(P ＜0.05)，降低了篩底層 SA(P ＜0.05)。

2.3 山羊瘤胃液pH

由表6可見(jiàn)，飼糧黑麥草ADL/NDF影響瘤胃液平均pH(P=0.05)，高ADL/NDF黑麥草提高山羊瘤胃液平均pH(P=0.05);pH＜6.0的持續(xù)時(shí)間顯著縮短(P＜0.05);不影響瘤胃液pH＜5.6的持續(xù)時(shí)間(P＞0.05)。增加黑麥草長(zhǎng)度，顯著提高瘤胃液平均pH并顯著降低pH＜6.0的持續(xù)時(shí)間(P＜0.05)，有降低 pH ＜5.6的持續(xù)時(shí)間的趨勢(shì)(P＜0.10)。黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)瘤胃液pH不存在交互作用(P＞0.05)。

2.4 山羊瘤胃液纖維素酶活性

由表7可見(jiàn)，高ADL/NDF黑麥草顯著提高山羊晨飼后12和16 h瘤胃液微晶纖維素酶、4 h水楊苷酶和8 h木聚糖酶的活性(P＜0.05)。增加黑麥草長(zhǎng)度，顯著提高了山羊晨飼后8和16 h的瘤胃液微晶纖維素酶、8 h羥甲基纖維素酶和4 h的水楊苷酶的活性，但降低了晨飼后16 h的羥甲基纖維素酶活性(P＜0.05)。黑麥草ADL/NDF、 長(zhǎng)度對(duì)各種酶活性不存在交互作用(P＞0.05)。

表4 飼糧長(zhǎng)度分布和物理有效中性洗滌纖維(干物質(zhì)基礎(chǔ))Table 4 Particle sizes distribution and peNDF of the diets(DM basis)

表5 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊干物質(zhì)采食量和采食行為的影響Table 5 Effects of the ADL/NDF and length of ryegrass on DM Iand eating behavior of goats

各組4種纖維素酶活隨時(shí)間變化趨勢(shì)一致，均為先降低后升高。微晶纖維素酶、羥甲基纖維素酶與水楊苷酶的活性均在晨飼后4 h降到最低，而達(dá)到最高值的時(shí)間不一致。

表6 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊瘤胃液pH的影響Table 6 Effects of the ADL/NDF and length of ryegrass on rum inal pH in goats

表7 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊瘤胃液纖維素酶活的影響Table 7 Effects of the ADL/NDF and length of ryegrass on rum inal cellulase activities in goats

3 討論

3.1 不同生長(zhǎng)期、長(zhǎng)度黑麥草制成粗飼料和飼糧的長(zhǎng)度分布

Mertens［4］認(rèn)為飼料 peNDF 與長(zhǎng)度和 NDF 含量成正比，Yang 等［14］與David 等［15］的研究也證明了以上觀點(diǎn)。Beauchem in等［16］通過(guò)3次切短處理，得到長(zhǎng)、中、短3個(gè)長(zhǎng)度的玉米青貯，利用賓夕法尼亞篩確定其 pef分別為 0.84、0.73和 0.67，peNDF含量分別為 11.5%、10.3% 和 8.9%。本試驗(yàn)中，黑麥草長(zhǎng)度對(duì)飼糧8.00 mm層 pef及peNDF的影響與上述研究一致，但黑麥草長(zhǎng)度對(duì)飼糧1.18 mm層pef和peNDF影響不顯著，主要是因?yàn)楸驹囼?yàn)的長(zhǎng)度處理使飼料較多在滯留在19 .00 和8.00 mm 層。

3.2 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊采食量和采食行為的影響

奶牛的DM I及采食行為受粗飼料長(zhǎng)度、粗飼料種類(lèi)、精飼料營(yíng)養(yǎng)水平和管理實(shí)踐等因素的影響［17-18］。Maulfair等［19］報(bào)道，當(dāng)奶牛飼糧中依次含有 1.5%、6.5% 、8.6% 和 11.7% 的 ＞ 26.9 mm的長(zhǎng)度時(shí)，每天的DM I線性降低。Kononoff等［20］研究也證明了降低飼料長(zhǎng)度，DM I增加。本研究與上述報(bào)道一致。Kononoff等［7］認(rèn)為這是因?yàn)闇p小飼料長(zhǎng)度，縮短了在瘤胃滯留時(shí)間，從而降低了瘤胃飽和度。關(guān)于粗飼料ADL/NDF對(duì)DM I影響的研究較少，構(gòu)成NDF的各組分在瘤胃中的降解特性不同，因此NDF組成可能會(huì)通過(guò)影響飼糧在瘤胃中的消化率和滯留時(shí)間進(jìn)而影響DM I，但本研究中未觀察到以上現(xiàn)象。Teimouri等［21］研究顯示，增加苜蓿干草長(zhǎng)度，極顯著提高反芻和咀嚼時(shí)間，顯著提高采食時(shí)間。曾銀等［22］也發(fā)現(xiàn)，隨苜蓿干草長(zhǎng)度增加，奶牛采食、反芻和咀嚼時(shí)間均顯著增加。本研究與以上研究一致。但Yang等［2］研究顯示，苜蓿青貯長(zhǎng)度對(duì)奶牛采食、反芻和咀嚼時(shí)間影響不顯著。Hosseinkhani等［23］發(fā)現(xiàn)增加泌乳前期奶牛采食的干草長(zhǎng)度，顯著增加反芻和咀嚼時(shí)間，而對(duì)采食時(shí)間沒(méi)有影響。造成以上差異的原因可能是不同研究中采用的粗飼料種類(lèi)的長(zhǎng)度不同所致。動(dòng)物采食充足且營(yíng)養(yǎng)平衡的飼糧是維持健康和獲得最佳生產(chǎn)效益的基礎(chǔ)，但研究顯示泌乳奶牛實(shí)際攝取的飼糧與設(shè)計(jì)飼糧不完全相同［24］。在本試驗(yàn)中采用的2種長(zhǎng)度的粗飼料，山羊喜食的20 mm的粗飼料，這與趙向輝等［10］關(guān)于苜蓿草對(duì)山羊的報(bào)道一致，而與Hosseinkhani等［25］對(duì)奶牛的研究結(jié)果不一致，主要原因可能是2種動(dòng)物的采食習(xí)性不同。而同一篩層飼糧中，山羊喜食5 mm黑麥草組飼糧，具體原因有待進(jìn)一步探討。

3.3 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊瘤胃液pH的影響

Krehbiel等［26］認(rèn)為瘤胃液 pH 低于 6.0 時(shí)，動(dòng)物處于亞急性瘤胃酸中毒(subacute rum inal acidosis，SARA)，Keunen 等［27］將 pH 5.6 作為瘤胃是否處于SARA的界限。保持奶牛飼糧適宜的長(zhǎng)度，可維持瘤胃內(nèi)環(huán)境健康，防止發(fā)生 SARA［28］。Yansari等［29］用 含 有 長(zhǎng) 度 為 7.83、4.04 和1.14 mm苜蓿干草的3種飼糧飼喂9頭泌乳中期的荷斯坦奶牛，結(jié)果顯示瘤胃液pH隨長(zhǎng)度的增加而增加。本試驗(yàn)中增加黑麥草長(zhǎng)度，顯著增加瘤胃平均pH和降低pH＜6.0的持續(xù)時(shí)間，與上述研究結(jié)果一致。Boon等［30］認(rèn)為飼糧中部分成分不能被瘤胃消化，是由于植物生長(zhǎng)后期的木質(zhì)化，木質(zhì)素使微生物產(chǎn)生的酶很難接觸到細(xì)胞，降低細(xì)胞的降解性。本試驗(yàn)顯示ADL/NDF顯著影響瘤胃液pH，采食高ADL/NDF飼糧能更好的維持瘤胃液pH，這可能是因?yàn)楦吣举|(zhì)素含量抑制瘤胃發(fā)酵所致;同時(shí)，較高木質(zhì)素含量改變了飼糧韌性，因此可能會(huì)通過(guò)促進(jìn)咀嚼增加唾液產(chǎn)量，從而對(duì)瘤胃液pH具有一定的緩沖作用。

3.4 飼糧黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度對(duì)山羊瘤胃液纖維素酶活性的影響

纖維素在瘤胃內(nèi)降解主要是通過(guò)纖維分解菌分泌的多酶復(fù)合體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。瘤胃液中的微晶纖維素酶、羥甲基纖維素酶、木聚糖酶和纖維二糖酶是分解飼糧碳水化合物的主要酶種［31］。Zebeli等［32］體外研究顯示，隨著牧草長(zhǎng)度的減小，瘤胃內(nèi)纖維酶活性顯著增高。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)大部分時(shí)間段微晶纖維素酶、羥甲基纖維素酶、水楊苷酶和木聚糖酶活性隨黑麥草長(zhǎng)度增大而增大，與以上研究不符，這可能是由以下2方面原因引起的:1)瘤胃液pH，瘤胃液pH對(duì)瘤胃發(fā)酵有重要的作用，當(dāng)pH＜6.0時(shí)瘤胃中水解纖維素的pH敏感菌會(huì)受到抑制［33］。馮仰廉等［34］報(bào)道纖維素分解菌對(duì)瘤胃液pH的變化敏感，發(fā)酵纖維物質(zhì)的瘤胃微生物在 pH 為6.2～6.8時(shí)活性最高，當(dāng) pH ＜6.2時(shí)其生長(zhǎng)繁殖就會(huì)受到抑制，使纖維菌分解纖維能力下降，導(dǎo)致反芻動(dòng)物對(duì)粗飼料的消化率降低。本試驗(yàn)中隨黑麥草長(zhǎng)度增大瘤胃液平均pH顯著提高，pH＜6.0的持續(xù)時(shí)間顯著降低，進(jìn)而瘤胃液纖維素酶活性得到了提高。Zebeli等［32］認(rèn)為體外研究與體內(nèi)研究存在差異。24 h內(nèi)瘤胃液pH隨時(shí)間劇烈的波動(dòng)［16］，不同pH變化幅度對(duì)酶活影響不同，這導(dǎo)致了本試驗(yàn)中酶活在部分時(shí)間差異顯著的現(xiàn)象。2)植物細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)可能對(duì)瘤胃微生物與植物組織的接觸具有決定性作用［35］。木質(zhì)素作為物理屏障，阻止酶穿透細(xì)胞壁和近距離作用于細(xì)胞內(nèi)容物［36］?？梢?jiàn)，飼料中木質(zhì)素含量增高，飼料在瘤胃中的發(fā)酵性降低。本試驗(yàn)中高ADL/NDF黑麥草顯著提高了部分時(shí)間段的微晶纖維素酶、水楊苷酶和木聚糖酶的活性，這可能是因?yàn)榇?種酶對(duì)pH較為敏感;含低ADL/NDF黑麥草飼糧在瘤胃中發(fā)酵程度較高、瘤胃液pH較低(表6)，酶活受到抑制。

4 結(jié)論

①增加黑麥草長(zhǎng)度，顯著提高飼糧＞8.00 mm層上的 DM 含量及 8.00 mm 層 pef、peNDF，顯著降低山羊的DM I及采食時(shí)間、顯著增加咀嚼和反芻時(shí)間。

② 增加黑麥草ADL/NDF、長(zhǎng)度均使山羊瘤胃液平均pH提高，pH＜6.0的持續(xù)時(shí)間顯著縮短，部分采食后部分時(shí)間點(diǎn)纖維素酶活性提高。

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