■仇慧靜 沈維軍 趙 淵 朱 媚 殷 磊 宋 陽 陳 東

（湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，湖南長沙410128）

粗飼料是反芻動物的基本日糧，而其粒度大小是影響反芻動物采食和消化的重要指標之一。適當?shù)拇诛暳祥L度，可以提高其消化率[1]。近年來關于粗飼料粒度在反芻動物體內(nèi)的研究較多，如粗飼料可以刺激咀嚼行為[2-3]、增加瘤胃容積[4]、促進瘤胃肌肉層的發(fā)育和維持表皮的完整性[4]，還能提高生產(chǎn)性能[3，5-8]。

瘤胃模擬技術是利用體外法研究動物營養(yǎng)與代謝的一項重要技術，主要分為批次培養(yǎng)法和連續(xù)培養(yǎng)法，在瘤胃發(fā)酵機制研究方面發(fā)揮了重要的作用，該技術的標準化對其研究結(jié)果的準確性及相關研究的可比性具有重要意義[9]。根據(jù)體外研究結(jié)果表明，粗飼料粒度大小可對人工瘤胃試驗的結(jié)果造成影響，在前人研究中，所選用的粗飼料其粒度大小也不盡一致，其中依此包括0.45[10，15]、1[11-12，14]、3[13]、4 mm[14，16]及5[15]、9 mm[16]等，顆粒大小相差較大，因此本文重點闡述近年來粗飼料粒度大小對反芻動物體外發(fā)酵機制的研究進行了綜述。

1 粗飼料概述

反芻動物營養(yǎng)中的粗飼料是指干物質(zhì)中粗纖維含量在高于18%的飼料，或者細胞壁含量為35%以上的飼料，常見的粗飼料包括青干草、農(nóng)作物秸稈、青貯飼料、酒糟類飼料以及樹葉等，粗纖維、粗蛋白、無氮浸出物、粗脂肪等是其主要營養(yǎng)成分，粗飼料最顯著的營養(yǎng)特點是粗纖維含量高，是反芻動物能量需要的重要來源[17]。

2 瘤胃模擬技術

2.1 批次培養(yǎng)法

批次培養(yǎng)法是一種短期的瘤胃模擬培養(yǎng)法，主要包括兩階段法和產(chǎn)氣法。兩階段法又稱為兩步法，由Tilly和Terry于1963年在“一級離體消化法”的基礎上改進后提出[18]，兩步法可評定反芻動物飼料消化率，但不能反映飼料降解的動態(tài)信息，而且需通過大量體內(nèi)數(shù)據(jù)來進行校正。產(chǎn)氣法由德國霍恩海姆大學動物營養(yǎng)研究所Menke 于1979 年提出[19]。主要原理是通過離體產(chǎn)氣裝置來模擬瘤胃發(fā)酵，飼料樣品與瘤胃液在體外共同培養(yǎng)，在固定的時間內(nèi)結(jié)束培養(yǎng)，觀察其動態(tài)及總產(chǎn)氣量、揮發(fā)性脂肪酸、氨氮和營養(yǎng)物質(zhì)的消失率等指標，具有試驗周期短、操作簡便、成本低廉、一次測定的樣品數(shù)量多等優(yōu)點，但由于存在不能排出發(fā)酵產(chǎn)物的缺陷，因而在應用上受到一定的限制[20]。

2.2 連續(xù)培養(yǎng)法

連續(xù)培養(yǎng)法又稱為長期人工瘤胃模擬技術，它是利用體外發(fā)酵裝置模擬瘤胃，通過發(fā)酵底物和人工唾液動態(tài)的流入、發(fā)酵產(chǎn)物連續(xù)排出，實現(xiàn)持續(xù)發(fā)酵的一種方法。根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)固相和液相外流是否一致而分為單外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)和雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)，雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)是單外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)的改進版。連續(xù)培養(yǎng)法能準確地模擬瘤胃內(nèi)環(huán)境，具有穩(wěn)定性好、能實時觀察試驗動態(tài)信息的優(yōu)點[21]。

3 粗飼料粒度對瘤胃發(fā)酵特征的影響

在配制反芻動物日糧過程中，需要提供足夠的纖維以及適宜的粗飼料粒度,來提高日糧中物理有效中性洗滌纖維（peNDF）的含量,進而有效改善瘤胃發(fā)酵功能。動物瘤胃內(nèi)微生物能將其纖維等碳水化合物質(zhì)分解為揮發(fā)性脂肪酸（VFA），從而為瘤胃提供酸性內(nèi)環(huán)境，也能將飼料中的蛋白質(zhì)成分降解為氨氮（NH3-N）和氨基酸等發(fā)酵產(chǎn)物，并合成蛋白酶。瘤胃微生物菌群的活性取決于瘤胃內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，而瘤胃內(nèi)環(huán)境受諸多因素所影響，常用的評價瘤胃內(nèi)環(huán)境的指標主要有瘤胃pH值、VFA含量和NH3-N濃度等，這些指標能夠為碳水化合物消化率、蛋白消化利用水平和瘤胃平衡狀態(tài)的研究提供重要依據(jù)[22]。據(jù)大量研究發(fā)現(xiàn)，粗飼料不同粒度大小對反芻動物瘤胃pH值、VFA含量和NH3-N濃度具有不同程度的影響，但結(jié)果不一。

3.1 pH值

瘤胃pH值是反映瘤胃發(fā)酵生理的一項最基本的指標。近幾年研究學者就不同粗飼料粒度大小對瘤胃pH 值影響機理做了相關研究，但結(jié)論尚不一致。韓海珠等[15]應用Rusitec 系統(tǒng)研究了以苜蓿干草為粗飼料所制作的不同粒度（0.45 mm 和5 mm）混合日糧對綿羊瘤胃發(fā)酵特性的影響，發(fā)現(xiàn)給料后6 h 大顆粒組的pH 值極顯著高于小顆粒組，其他采樣時間均無顯著差異，且pH 值維持在7.21～7.30 之間，分析原因可能是由于粉碎長度短的粗飼料在瘤胃發(fā)酵過程中產(chǎn)酸迅速，導致pH 值降低，而隨著培養(yǎng)時間的延長，不斷注入的人工唾液與瘤胃液中產(chǎn)生的VFA 產(chǎn)生了中和反應，故pH值繼而上升，但也有研究證明不同粒度大小的粗飼料對瘤胃液pH 值并無影響，如王芳等[11]利用產(chǎn)氣法研究3 種粗飼料（苜蓿草粉、苜蓿干草、玉米秸稈）對瘤胃發(fā)酵的影響，提出不同粗飼料及其粉碎粒度對pH 值無顯著影響，但均處于正常范圍內(nèi)，有學者分析了粗飼料粒度與瘤胃pH 值關系研究結(jié)果出現(xiàn)差異的原因，認為是由于粗飼料對瘤胃pH值的影響存在一個臨界粉碎粒度，只有當粗飼料粒度范圍在某臨界值以下，才會對瘤胃pH值水平造成影響，反之，當粗飼料粒度范圍超過了臨界值，則對動物瘤胃液pH 值水平無顯著性影響[22]，其臨界值與日糧中peNDF含量有關，這些研究均證明粗飼料的粒度大小對維持適宜瘤胃液pH值具有重要作用。

3.2 VFA濃度

目前普遍認為，不同粗飼料及不同粉碎粒度在影響各種VFA 含量的同時，還受到碳水化合物消化率、瘤胃壁吸收速率和瘤胃排出速度等因素的共同影響[23-25]。這種觀點被大多研究結(jié)果所認同，但仍與一些研究結(jié)果不一致，有學者利用體外法試驗驗證粗飼料粒度對各種VFA含量的影響，M.Rodríguez-Prado等[26]應用雙外流連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)研究了1 mm 和3 mm苜蓿干草顆粒日糧對瘤胃內(nèi)VFA濃度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3 mm 日糧組乙酸、丁酸和乙丙比含量顯著高于1 mm 日糧組，Hildebrand等[16]的研究也得到了相應的結(jié)果，韓海珠等[15]也利用此法研究發(fā)現(xiàn)大顆粒組其乙酸、異丁酸、乙丙比及總揮發(fā)性脂肪酸均顯著或極顯著大于小顆粒組，這三個試驗在個別時間點上VFA含量均有所差異，原因可能是這些試驗測定的時間點不同，韓海珠等測定的時間點為給料后0、3、6、9 h 和12 h，而M.Rodríguez-Prado 等和Hildebrand 等分別測定的是3 h 和1 d 累積發(fā)酵液中的VFA 含量，其次是由于三者之間所采用的粗飼料來源不同所導致的結(jié)果。王志軍等[27]指出秸稈類飼草相對于精料來說，其可溶性碳水化合物含量少，在體外培養(yǎng)過程中產(chǎn)生乙酸濃度會較低，Chaji M 等[28]通過進一步研究發(fā)現(xiàn)，指出其原因可能是日糧中細粉碎的粗飼料能夠改變纖維素分解菌的數(shù)量和活性，從而說明大顆粒日糧更有益于瘤胃內(nèi)纖維分解菌的生長，以上結(jié)論均表明，影響瘤胃液VFA 的產(chǎn)量因素還有很多，如測定時間點、粗飼料來源、瘤胃微生物活性，以及這些因素與粗飼料粒度之間的互作效應。

3.3 NH3-N濃度

據(jù)大量體內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，粗飼料粒度大小、蛋白質(zhì)消化率以及瘤胃外流速度都會對NH3-N 產(chǎn)量產(chǎn)生一定影響，飼喂較長的粗飼料會減少飼料顆粒與微生物的接觸面積，從而導致蛋白質(zhì)消化率降低，進而影響了NH3-N的濃度，而飼喂較短的粗飼料提高了飼料瘤胃外流速度，減少了蛋白質(zhì)分解，進而導致瘤胃中NH3-N產(chǎn)量減少，故飼喂長度適宜的粗飼料能夠維持消化速率和外流速度的平衡，從而能提高瘤胃液NH3-N 濃度日糧中的蛋白質(zhì)和非蛋白氮在瘤胃中被微生物分解成NH3-N[24-26]。目前，有一些學者應用了體外法研究粗飼料粒度大小對NH3-N 濃度的影響，Hildebrand 等[16]研究發(fā)現(xiàn)大顆粒組中所測得瘤胃液NH3-N含量顯著高于小顆粒組，韓海珠等[15]研究發(fā)現(xiàn)不同粒度日糧對NH3-N濃度并無顯著影響，究其原因可能是采用的方法以及飼料組成不同，使其結(jié)果有所差異。上述結(jié)果均說明瘤胃液中粗飼料以及微生物的差異，都會引起體外培養(yǎng)發(fā)酵后的NH3-N濃度的差異。

4 粗飼料粒度對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響

體外發(fā)酵產(chǎn)氣量是反映飼料可發(fā)酵程度的指標，其與瘤胃微生物種類和數(shù)量有關[29]。目前，國內(nèi)外學者通過體外法，研究了不同粗飼料粒度大小對產(chǎn)氣量的影響，結(jié)果不一。如Metzler-Zebeli 等[30]利用產(chǎn)氣法研究了TMR 日糧中牧草青貯的粒度大?。?.5、11 mm和25 mm）對體外發(fā)酵產(chǎn)氣量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)24、32 h 以及48 h 時，粒度為11 mm組的產(chǎn)氣量顯著高于其他兩組，Kiran等[31]則利用此法對12 個品種的稻草等粗飼料對瘤胃發(fā)酵特征的影響，發(fā)現(xiàn)1 mm 顆粒組除8 h 和12 h 時產(chǎn)氣量差異顯著外，其他時間點均無明顯變化，Hildebrand等[16]應用瘤胃模擬系統(tǒng)研究了1 mm 和4 mm 粒度日糧對瘤胃產(chǎn)氣量的影響，發(fā)現(xiàn)隨著粗飼料粒度的增加，總產(chǎn)氣量也隨之升高。韓海珠等[15]也應用了此方法對不同粒度日糧的瘤胃產(chǎn)氣量進行了比較研究發(fā)現(xiàn)，大顆粒組的總產(chǎn)氣量極顯著高于小顆粒組，均得到了類似的結(jié)果，Tafaj等[32]認為飼料粒度大小能影響瘤胃微生物種群的組成和活性，以及接種物中可發(fā)酵底物的量，因此說明飼喂大顆粒日糧不僅有利于有機物的發(fā)酵，而且更適合瘤胃微生物的生存。

5 粗飼料粒度對瘤胃養(yǎng)分消化率的影響

國內(nèi)外許多試驗證明，反芻動物粗飼料粒度大小能夠影響其在瘤胃以及全消化道的養(yǎng)分消化率與吸收率，并且隨著粗飼料長度的逐漸增加,日糧中營養(yǎng)物質(zhì)的消化率呈線性降低[33]，韓海珠等[15]研究發(fā)現(xiàn)大顆粒組干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維的降解率均大于小顆粒組。Hans-Joachim G Jung等[34]在研究不同粒度（5.60、2.36、1.18、0.60、0.30 mm和0.15 mm）苜蓿干草對瘤胃養(yǎng)分消化率的影響時，發(fā)現(xiàn)對于所有干草樣品組成成分來說，中性糖殘留物是代表纖維的主要成分，且所有粒徑的酯化酚類含量相似。張金吉等[35]應用體內(nèi)法對不同長度粗飼料的TMR 對綿羊消化率的影響做了相關研究，發(fā)現(xiàn)隨著粗飼料長度的增加飼料的營養(yǎng)物質(zhì)消化率是呈現(xiàn)明顯升高趨勢的，與體外法研究結(jié)果一致。Zebeli 等[36]認為適當降低粗飼料長度(約為10～15 mm)，能夠增加粗纖維的消化率，對于該結(jié)果所作出的解釋是由于日糧中纖維成分與瘤胃內(nèi)細胞菌和原生生物接觸的面積增加所導致。上述研究均表明養(yǎng)分消化率受到諸多因素的綜合作用，其作用機理還需進行深入研究。

6 小結(jié)

綜上所述，體外法研究證實不同粒度大小的粗飼料對反芻動物瘤胃發(fā)酵特征以及養(yǎng)分消化率方面均具有不同程度的影響，反芻動物需要足夠的日糧纖維來維持正常的瘤胃發(fā)酵，提高日糧peNDF含量和粗飼料顆粒大小可以提高瘤胃pH 值、乙/丙酸比例，但粗飼料粒度過長會限制動物的干物質(zhì)采食量和消化率，從而影響動物的能量平衡。