构树在肉牛瘤胃中降解特性的研究_微生物试验报告与运用_微生物知识

构树在肉牛瘤胃中降解特性的研究

2020-04-25 09:24:25 点击：

摘要：为使构树能够作为非常规饲料用于反刍动物养殖生产中，以３头安装有永久瘘管的２４月龄安格斯肉牛为试验动物来探究构树在瘤胃中的降解特性和营养价值，使用瘤胃尼龙袋法测定构树的叶、去叶枝条、１２５～１３５ｃｍ及１４５～１５５ｃｍ高全株构树在瘤胃内的降解率和降解参数并计算瘤胃能氮平衡参数。结果表明：１）叶的粗蛋白质（ＣＰ）水平高达２３.１８％，显著高于其他３种形态构树（Ｐ＜０.０５），全株构树的ＣＰ含量显著高于去叶枝条（Ｐ＜０.０５），而酸性洗涤纤维（ＡＤＦ）则呈现相反规律，其中１２５～１３５ｃｍ全株ＡＤＦ含量低于１４５～１５５ｃｍ全株（Ｐ＞０.０５）；２）叶的干物质（ＤＭ）、有机物（ＯＭ）、ＣＰ和ＡＤＦ的有效降解率（ＥＤ）均显著大于１２５～１３５ｃｍ和１４５～１５５ｃｍ全株（Ｐ＜０.０５），三者又均显著大于去叶枝条（Ｐ＜０.０５），四者ＤＭ的ＥＤ均在４０％以上，叶为６５.８２％；３）叶的瘤胃降解蛋白（ＲＤＰ）与过瘤胃蛋白（ＲＵＰ）之比显著高于其他３种形态构树（Ｐ＜０.０５），说明叶的ＲＤＰ含量高于ＲＵＰ含量，而其他３种形态构树ＲＵＰ含量高于ＲＤＰ含量；４）叶的瘤胃能氮平衡值（ＲＥＮＢ）为负（－２２.２７ｇ·ｋｇ－１），去叶枝条、１２５～１３５ｃｍ及１４５～１５５ｃｍ全株的ＲＥＮＢ为正，分别为２８.７９、３０.８７和２７.７４ｇ·ｋｇ－１。结论：４种形态构树的营养价值依次为叶＞１２５～１３５ｃｍ全株＞１４５～１５５ｃｍ全株＞去叶枝条。其中，构树叶可作为蛋白质饲料使用，其他３种形态构树可以粗饲料的形式使用，４种形态构树均有成为优质饲料资源的潜力，但是在使用时应注意保持能氮平衡。

构树（Broussonetia papyrifera）为桑科构树属的落叶乔木，别名构桃树、褚树等，全世界共５种构树物种，主要分布于亚洲东部和太平洋岛屿，外国则见于越南和日本。在我国目前发现３种构树，包括构树、小构树（Broussonetia kazinoki）和藤构（Broussonetia kaempferi），其中构树是我国特有的含纤维经济林树种，广泛分布于我国华北、华中、华南、西南和西北各省区，尤其是南方地区极为常见，同时也是我国“神州六号”飞船搭载的５种太空种苗之一。

由于构树在我国具有分布广泛、生长迅速、抗旱、抗高温、抗盐碱等特性，目前已经被广泛应用于造纸、织布、绿化和医药等行业。我国蛋白质饲料对外依存度较高，目前急需开拓非常规饲料资源来补充缺口。而构树具有产量高、生长速度快的特点，每公顷构树年产干树叶２２５００ｋｇ以上，加之构树叶粗蛋白（crude protein,CP）含量较高，近年来构树叶已经作为非常规饲料被用于单胃动物饲养中来替代蛋白饲料并获得了极佳的效果。但是，在获得构树叶的同时，大量的去叶枝条被当作附属品用于造纸，如果能将去叶枝条用于反刍动物养殖将使构树种植获得更高的社会价值和经济价值。

此外，落叶乔木随着生长和光合作用的进行叶的重量在逐渐地增加，但同时木质化的程度也在随生长发育逐渐增加，目前生产上仅以每年获得较大生物量时的刈割时间为收割标准，此时构树高度约为１.５ｍ，但无研究证明此时构树营养价值的高低。构树作为一种饲料原料需要进行产业化的应用，首先要保证其具有稳定的产品质量，但由于种植方式和刈割高度等因素的变化，构树产品的营养价值也会随之发生较大变化，这给构树饲料化发展造成了阻碍。

因此，研究不同形态构树产品的营养价值，为构树饲料化应用提供大量基础数据成为急需解决的实际问题。本试验使用尼龙袋法对不同刈割高度和不同部位的构树在肉牛瘤胃中的降解特性和营养价值进行评定，为确定生产中适宜的构树刈割高度和构树不同部位的营养特性提供科学依据，使构树作为我国反刍动物养殖业中的新型饲料得以开发和利用。

1材料与方法

1.1 试验动物与日粮

试验于２０１７年１２月在北京窦店恒升畜牧养殖中心进行，选用３头装有永久性瘤胃瘘管、健康状况良好的２４月龄的安格斯肉牛（７３０±３６）ｋｇ为试验动物，日粮参照肉牛营养需要量（nutrient requirements of beef cattle，２０００）进行配制，试验牛每日饲喂２次（８：００和１７：００），自由饮水，预饲期为１０ｄ，日粮配方及营养成分如表１。

2.不同形态构树营养成分在瘤胃中的降解率和降解参数

2.2.1 ＤＭ和ＯＭ降解率和降解参数　　

瘤胃中不同形态构树ＤＭ和ＯＭ降解率随时间的变化趋势如图１和图２所示，可以看出Ｙ的ＤＭ和ＯＭ降解趋势与Ｚ、Ｄ和Ｇ相比有较大差异。Ｙ各时间点的ＤＭ和ＯＭ降解率均显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５），Ｙ在７２ｈ的ＤＭ降解率达９３.４７％，ＯＭ的降解率达９３.９４％。Ｄ和Ｇ的ＤＭ和ＯＭ降解率在４８和７２ｈ时均显著高于Ｚ（Ｐ＜０.０５），但Ｄ和Ｇ之间各时间点的ＤＭ和ＯＭ的降解率均差异不显著（Ｐ＞０.０５）。

不同形态构树ＤＭ和ＯＭ的瘤胃动态降解参数如表３所示，Ｙ、Ｄ和Ｇ的ＤＭ和ＯＭ快速降解部分显著高于Ｚ（Ｐ＜０.０５）；而Ｙ的ＤＭ和ＯＭ慢速降解部分、快速和慢速降解部分之和与有效降解率显著高于其他３组（Ｐ＜０.０５），Ｄ和Ｇ又显著高于Ｚ（Ｐ＜０.０５）；Ｚ的ＤＭ和ＯＭ慢速降解部分的降解速率显著高于其他３组（Ｐ＜０.０５）；Ｄ和Ｇ间所有ＤＭ和ＯＭ的瘤胃动态降解参数均差异不显著（Ｐ＞０.０５）。

2.2.2 ＮＤＦ和ＡＤＦ降解率和降解参数　　

瘤胃中不同形态构树的ＮＤＦ和ＡＤＦ降解率随时间的变化如图３和图４所示，Ｚ的ＮＤＦ降解率在２和６ｈ时显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５），１２ｈ时仅显著高于Ｄ和Ｇ（Ｐ＜０.０５），２４ｈ后显著低于Ｙ（Ｐ＜０.０５），４８ｈ后显著低于Ｄ和Ｇ（Ｐ＜０.０５）；Ｙ的ＡＤＦ降解率在各时间点均显著高于其他３组（Ｐ＜０.０５），Ｄ的ＡＤＦ降解率除１２ｈ外均显著高于Ｇ（Ｐ＜０.０５）。

不同形态构树ＮＤＦ和ＡＤＦ的瘤胃动态降解参数如表４所示，其中Ｙ的ＮＤＦ慢速降解部分、快速与慢速降解部分之和以及有效降解率均显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５）；除ＮＤＦ的有效降解率外，Ｄ和Ｇ之间ＮＤＦ和ＡＤＦ的各项降解参数均差异不显著（Ｐ＞０.０５），Ｄ和Ｇ除ＡＤＦ慢速降解部分的降解速率显著低于Ｚ外（Ｐ＞０.０５），各ＡＤＦ降解参数均显著高于Ｚ（Ｐ＜０.０５）。

2.2.3 ＣＰ降解率和降解参数　　

图５为瘤胃中不同形态构树ＣＰ降解率随时间的变化趋势，由图可以看出Ｙ各时间点降解率显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５）。而Ｚ、Ｄ和Ｇ的降解趋势相似，且均表现为Ｄ和Ｇ各时间点ＣＰ降解率数值大于Ｚ。

由表５中不同形态构树ＣＰ的瘤胃动态降解参数可知，Ｙ的快速降解部分、慢速降解部分以及两者之和均显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５）；不同形态构树的ＣＰ有效降解率、ＲＤＰ与ＲＵＰ的差异趋势相同，均为Ｙ显著高于其余３组（Ｐ＜０.０５），Ｄ和Ｇ之间差异不显著但均显著高于Ｚ（Ｐ＜０.０５）。此外，ＲＤＰ／ＲＵＰ的排序为Ｙ＞Ｇ＞Ｄ＞Ｚ。

2.3 不同形态构树的能氮平衡参数

不同形态构树在瘤胃中的能氮平衡参数如表６所示，Ｙ的ＲＥＮＢ为负值，Ｚ、Ｄ、Ｇ的ＲＥＮＢ为正值，大小顺序为Ｄ＞Ｚ＞Ｇ。

3讨论

3.1 构树营养成分

由本试验结果可以看出不同形态构树的营养成分存在巨大差异，说明构树不同部位和不同生长阶段存在着各自的营养成分特征。其中，相比于去叶枝条，构树叶具有含高蛋白的特点，ＣＰ含量达到了２３.１８％，高于一茬盛花期烘干ＮＹ／Ｔ１级苜蓿（Ｍｅｄｉｃａｇｏｓａｔｉｖａ）草粉的１９.１０％，但低于豆粕（Ｇｌｙｃｉｎｅｍａｘ）。而去叶枝条具有含高纤维的特点，这与李媛等研究得到的辣木（Ｍｏｒｉｎｇａｏｌｅｉｆｅｒａ）叶与茎或枝的营养成分特点相一致，其蛋白含量与羊草（Ｌｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ）和花生秧（Ａｒａｃｈｉｓｈｙｐｏｇａｅａ）相近，但ＮＤＦ和ＡＤＦ含量要远高于花生秧。

此外，可能由于构树叶占构树总干物质含量较小的原因，导致整株构树并不具有构树叶的高蛋白的特点，而是具有去叶枝条的特点，但整株构树的ＣＰ含量仍高于羊草和燕麦草（Ａｒｒｈｅｎａｔｈｅｒｕｍｅｌａｔｉｕｓ）等常用于反刍动物养殖的牧草，这比屠焰等测定的全株嫩苗的ＣＰ含量低１０％左右，而ＮＤＦ高７％左右，造成这个的原因可能在于原料采集地区的不同和生长阶段的差异，本试验构树采集于南方地区江西省，而目前其他关于全株构树的研究材料大多来自我国北方，马艳艳等的研究中也同样发现同一茬次的宁夏苜蓿的ＣＰ含量较江苏地区苜蓿高９％左右，ＮＤＦ低８％左右，这说明南北方植物由于气候或土壤等原因导致营养成分差异巨大。有趣的是，在构树由１２５～１３５ｃｍ生长至１４５～１５５ｃｍ的过程中，构树木质化的程度要大于ＣＰ含量的增加，这提示目前收割高度为１.５ｍ左右构树的营养价值并非最高，如果不以获得优质叶片为目的而是全株饲喂反刍动物，还需在产量和全株的营养价值之间重新权衡。

此外，尽管构树叶在本试验中营养价值最高，但殷志琦等在构树去叶枝条中提取出多种抗真菌活性成分，包括槲皮素、甘草素和异甘草黄酮醇等，其中甘草素是天然甜味剂，可提高适口性，而槲皮素和异甘草黄酮醇均为黄酮类化合物，具有药用作用，有研究已经证明使用１０％～１５％的构树青贮可提高泌乳牛的免疫力和抗氧化能力。所以去叶枝条在反刍动物上的应用还有待深入研究，不可只着眼于常规营养价值。

3.2 不同形态构树在瘤胃中降解率的差异

瘤胃尼龙袋法是反刍动物饲料营养价值评定的方法之一，因其操作简单、成本低、结果与体内法相关性高等特点而被广泛应用。本试验使用瘤胃尼龙袋法测定不同形态构树在瘤胃中不同时间点时各营养成分的降解率并计算有效降解率，可以看出构树不同形态之间降解趋势不同，其中构树叶各营养物质的有效降解率较高，具有良好的瘤胃消化率，而去叶枝条和两种不同高度构树除ＡＤＦ外各营养物质的降解率也都在７２ｈ达到４０％以上。尽管去叶枝条和全株各营养物质在前２４ｈ的降解率高低不同，但在４８和７２ｈ时全株的降解率均高于去叶枝条，这一规律与玉米（Ｚｅａｍａｙｓ）叶、茎节和秸秆的降解规律相一致，且与ＣＰ含量排序恰好一致，而与表２中显示的ＮＤＦ、ＡＤＦ含量排序恰好相反。

屠焰等研究构树叶、细枝条、茎秆和全株嫩苗营养成分与ＤＭ在４８ｈ的瘤胃降解率之间的相关关系时得到了相同的规律，即构树样品的ＤＭ降解率与ＮＤＦ、ＡＤＦ含量之间存在负相关关系，与ＣＰ含量呈正相关关系，这一规律与各营养物质的结构特性有直接关联，纤维素以高度结晶且有序的微纤丝形式作为细胞壁骨架结构的内核，而半纤维素和木质素则以共价键形式连接并嵌套在细胞壁骨架架构中，使得瘤胃微生物无法与之接触，进而表现为瘤胃降解率低，但可喜的是，卢庆华等在研究高效降解构树木质素的方法时发现３种高效木质素降解菌，分别为ＪＷＳ－１、ＪＷＳ－２和向日葵菌核病菌，尽管其目的是用于造纸，但在构树饲喂中也同样具有应用前景。

将不同形态构树主要营养成分的有效降解率与我国反刍动物常用饲料原料的有效降解率做一比较，如表７所示，表中数据均来自我国本地饲料原料的实测值，由表中数据可以看出，构树叶ＣＰ有效降解率不及我国苜蓿，但中苜一号蛋白水平为１５.０７％，远低于构树叶的２３.１８％，此外，构树叶其他营养成分有效降解率均高于中苜一号，说明构树叶营养价值与苜蓿相似，是优质的蛋白饲料来源。而去叶枝条ＤＭ、ＣＰ和ＡＤＦ的有效降解率均处在玉米秸秆和玉米青贮之间，除ＣＰ和ＡＤＦ有效降解率外各营养物质有效降解率均高于羊草，说明去叶枝条具有成为粗饲料原料的潜力，全株的饲用潜力更高，其中１２５～１３５ｃｍ全株要优于１４５～１５５ｃｍ全株，尽管三者的ＣＰ有效降解率低于玉米秸青贮和羊草，但由于这３种形态构树和玉米秸青贮的ＣＰ含量并不高，所以并不影响其饲用潜力。

本试验中ＡＤＦ的有效降解率为各营养物质中最低，这同样与木质素不易被微生物降解有关，更有研究报道木质素含量对ＤＭ降解率有负面影响，这也说明了本试验中４种形态构树ＡＤＦ含量与ＤＭ有效降解率的排序恰好相反的原因。

ＲＵＰ是基于蛋白质在反刍动物体内的消化机制、组织细胞代谢和饲料在瘤胃中的降解特性提出的用于评价饲料原料营养价值的重要指标。有研究认为饲料中ＣＰ在反刍动物总消化道内的消化率与较高的ＲＤＰ有关，如果蛋白质中ＲＤＰ较高可能使得进入小肠的蛋白质无法满足反刍动物的营养需要，但相对于低质蛋白质，高ＲＤＰ则会提供优质的ＭＣＰ进入小肠，所以，在无法明确不同形态构树经瘤胃发酵后在小肠的消化吸收情况前，还无法通过ＲＵＰ和ＲＤＰ的大小对其好坏进行评价。

陈艳等在研究肉牛常用粗饲料瘤胃降解率和小肠消化率时发现高蛋白低纤维的饲料易被小肠消化吸收，从本试验的结果可以发现构树叶属于相对高蛋白低纤维的饲料原料，推测其经瘤胃发酵后的组成可能适合小肠消化吸收。

构树叶ＲＤＰ的含量高于ＲＵＰ，说明构树叶在瘤胃中的降解情况要优于其他３种形态构树，而去叶枝条和全株的蛋白组成中ＲＵＰ占主要部分，可能是因为木质素与蛋白质结合使其难以被消化，这也说明不同形态构树中ＣＰ具有不同的结构特点。

3.3 不同形态构树在瘤胃中能氮平衡情况

反刍动物具有存在丰富微生物菌群的瘤胃，独特的胃室使得反刍动物的消化和能量供给方式与单胃动物大不相同。饲料中ＣＰ在瘤胃中被部分降解（ＲＤＰ），随后微生物利用发酵生成的能量（ＡＴＰ），以挥发性脂肪酸为碳骨架生成ＭＣＰ，ＭＣＰ是小肠可吸收氨基酸的重要来源，只有能量和蛋白的供给在时间上同步，才能保证微生物最大限度合成ＭＣＰ。本试验结果显示构树叶的ＲＥＮＢ为负，说明构树叶在瘤胃中发酵时ＲＤＰ有富余，而ＦＯＭ不足，所以构树叶在使用时可与玉米、甜菜粕（Ｂｅｔａｖｕｌｇａｒｉｓ）等能氮平衡为正的饲料原料搭配使用。去叶枝条和全株的ＲＥＮＢ为正，表明瘤胃中ＲＤＰ不足，应增加ＲＤＰ，使ＲＤＰ和ＦＯＭ在合成ＭＣＰ过程中达到平衡，所以这３种形态构树可以与尿素、豆粕、棉粕或全棉籽等能氮平衡为负的饲料原料搭配使用。

构树在肉牛瘤胃中降解特性的研究

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