應用康奈爾凈碳水化合物/蛋白質體系評價甜高粱、玉米秸稈的營養價值

王宏博++郭憲++褚敏++梁春年++裴杰++閻萍

摘要：在甜高粱種植區分別采集拔節期、成熟期和青貯的樣品10個，在玉米種植區分別采集成熟期玉米秸稈和青貯玉米秸稈樣品10個，應用康奈爾凈碳水化合物-蛋白質體系中碳水化合物和含氮化合物的分類方法，測定粗飼料營養成分，計算其碳水化合物和蛋白質組分，并進行分類分析。結果表明，甜高粱、玉米秸稈的可溶性粗蛋白質主要是非蛋白氮，真蛋白質含量相對較少。從結構性碳水化合物的可利用性方面比較，青貯玉米秸稈質量最好，青貯甜高粱秸稈次之，成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈稍差，成熟期玉米秸稈質量最差。從非結構性碳水化合物的含量比較，成熟期甜高粱秸稈質量最好，青貯甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈次之，拔節期甜高粱秸稈稍差，青貯玉米秸稈最差。從真蛋白質含量及其可利用性方面比較，拔節期甜高粱秸稈質量最好，青貯玉米秸稈次之，青貯甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸稈和成熟期玉米秸稈質量最差。甜高粱的收割時間以拔節期較為適宜。

關鍵詞：康奈爾凈碳水化合物-蛋白質體系；甜高粱；玉米秸；營養價值

中圖分類號： S816.15文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2017）06-0165-04

甜高粱（Sorghum dochna）是普通高粱（S. bicolor）的一個變種，除具有普通高粱的一般特征外，其莖稈富含糖分，營養價值高，是世界上生物學產量最高的作物之一[1]。甜高粱具有很強的抗逆力，種植地域很廣泛，熱帶、亞熱帶、溫帶均可種植，具有很強的適應性，作為家畜飼料具有明顯優勢[2]，既可做牧草放牧，又可刈割做青飼、青貯、干草。目前對于甜高粱的營養評價僅限于飼養試驗，對其營養價值效果未做深入研究[2]。20世紀90年代，美國康奈爾大學的動物營養學者提出了康奈爾凈碳水化合物-蛋白質體系（Cornell net carbohydrate and protein system，CNCPS），該體系是一個基于瘤胃降解特征的飼料評價體系，通過準確的化學分析方法對飼料組分含量進行分析，利用體外法等方法評價組分的瘤胃降解速率，結合瘤胃微生物生長的機理模型、消化道流通速度模型、動物消化生理模型等，預測飼料組分的瘤胃降解量、過瘤胃量、瘤胃微生物產量、小腸可利用量等，該過程中還綜合考慮了瘤胃氮缺乏以及pH值變化對瘤胃消化的影響，對飼料的生物學價值和動物生產性能進行了有效、準確的預測。CNCPS在北美洲、歐洲、非洲的一些國家己經開始用于指導生產，并且取得了很好的效果。我國對CNCPS的應用研究始于1999年，經過十幾年研究，在CNCPS飼料組分數據庫、模型驗證及改進方而取得了一定的研究進展[3-8]。但是，應用CNCPS對甜高粱營養價值的研究尚未見報道。本研究根據CNCPS原理和方法對甜高粱和玉米秸稈的營養成分進行分析，進一步完善我國甜高粱飼料CNCPS數據庫，旨在為CNCPS在我國畜牧養殖業中的推廣應用提供理論基礎。

1材料與方法

1.1樣品采集與制備

在甘肅省武威市民勤縣分別在甜高粱拔節期、收割期采集甜高粱樣品、玉米秸稈、玉米青貯各10個。

甜高粱、玉米秸稈樣品采集方法：在甜高粱、玉米秸稈地按對角線法分別隨機采取10個有代表性的樣方，每個樣方 1 m2，刈割留茬4 cm，再隨機選擇10株，切成長1 cm左右，混勻。青貯甜高粱和玉米秸稈采集方法：分層采樣、分層設點，分層高度20～30 cm，各層設中心、四角共10個采樣點。

將采集的初級樣品鍘成2～3 cm，混勻，按四分法取得次級樣品。將次級樣品風干，粉碎，過1 mm篩，混勻，取分析樣品，貯存于樣品瓶備用。

1.2測定指標及方法

粗飼料樣品干物質（dry matter，DM）、粗灰分（ASH）、粗蛋白質（crude protein，CP）、粗脂肪（ether extract，EE）的測定按照AOAC方法[9]進行。中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）、酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）、酸性洗滌木質素（acid detergent lignin，ADL）、中性洗滌不溶蛋白質（neutral detergent insoluble protein，NDIP）、酸性洗滌不溶蛋白質（acid detergent insoluble protein，ADIP）的分析按照van Soest 等的方法[10]進行；可溶性粗蛋白質（soluble crude protein，SOLP）按照Krishnamoorthy等的方法[11]測定，非蛋白氮（norrprotein nitrogen，NPN）、淀粉（STARCH）分析按照AACC方法[12]進行。

1.3CNCPS對蛋白質組分的剖分與計算

CNCPS將飼料的營養成分分析與植物細胞的成分以及反芻動物的消化特性結合起來，使分析結果更具有參考意義。與其他體系相比，CNCPS考慮了飼料的降解特性等因素，反映了當前國際上動物營養學發展的新方向。在CNCPS蛋白質剖分體系中，飼料蛋白質分為非蛋白氮、真蛋白質（true protein）、不可降解氮（undegradable nitrogen）3個組分，分別用PA、PB、PC表示；在瘤胃降解率的基礎上，PB又可進一步劃分為PB1、PB2、PB3 3個亞組分，PB1是快速降解真蛋白質，PB2是中速降解真蛋白質，PB3是慢速降解真蛋白質。

根據Sniffen等的方法[13]進行計算。

PA（%CP）=NPN（%SOLP）×0.01×SOLP（%CP）；

PB1（%CP）=SCP（%CP）-PA（%CP）；

PC（%CP）=ADIP（%CP）；

PB3（%CP）=NDIP（%CP）-ADIP（%CP）；

PB2（%CP）=100-PA（%CP）-PB1（%CP）-PB3（%CP）-PC（%CP）。

1.4CNCPS對碳水化合物（CHO）組分的剖分與計算

CNCPS將碳水化合物分為4個組分，快速降解碳水化合物（rapidly fermented carbohydrate，主要為糖類）、中速降解碳水化合物（intermediately degraded carbohydrate，主要為淀粉、果膠）、緩慢降解碳水化合物（slowly degraded carbohydrate，主要為可消化纖維素）、不可利用碳水化合物（unavailable carbohydrate，主要為細胞壁），分別用CA、CB1、CB2、CC表示。

根據Sniffen等的方法[13]進行計算。

CHO（%DM）=100-CP（%DM）-FAT（%DM）-ASH（%DM）。

CC（%CHO）=100×NDF（%DM）×0.01×LIGNIN（%NDF%×2.4）/CHO（%DM）。

CB2（%CHO）=100×[（NDF（%DM）-NDIP（%CP）×001×CP（%DM）-NDF（%DM）×0.01×LIGNIN（%NDF）×2.4）]/CHO（%DM）。

CNSC（%CHO）=100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）。

CB1（%CHO）=[STARCH（%NSC）×100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）]/100。

CA（%CHO）=[100-STARCH（%NSC）]×[100-CB2（%CHO）-CC（%CHO）]/100。

1.5數據處理與分析

采用Excel 2003軟件初步整理試驗數據，采用SPSS 13.0軟件進行單因素方差分析（one-way ANOVA），用Duncans法進行多重比較。

2結果與分析

2.1甜高粱及玉米秸稈營養水平特點

由表1可知，不同生長期甜高粱秸稈與玉米秸稈的粗蛋白質、粗灰分、酸性洗滌木質素、中性洗滌不溶蛋白質、酸性洗滌不溶蛋白質、可溶性粗蛋白質、非蛋白氮存在較大差異。其中，拔節期甜高粱秸稈的粗蛋白質含量最高，為15.49%，極顯著高于成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱、成熟期玉米秸稈、青貯玉米秸稈（P<0.01）。拔節期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和青貯玉米秸稈的粗灰分顯著高于成熟期甜高粱秸稈（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈的酸性洗滌木質素含量顯著高于青貯甜高粱和青貯玉米秸稈（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和成熟期玉米秸稈的中性洗滌不溶蛋白質含量極顯著高于拔節期甜高粱和青貯玉米秸稈（P<0.01）。成熟期甜高粱、成熟期玉米秸稈的酸性洗滌不溶蛋白質含量極顯著高于拔節期甜高粱秸稈、青貯甜高粱（P<0.01）。拔節期甜高粱秸稈和青貯玉米秸稈的可溶性粗蛋白質含量極顯著高于成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和成熟期玉米秸稈（P<0.01）。青貯玉米秸稈非蛋白氮含量顯著高于拔節期甜高粱秸稈和青貯甜高粱（P<0.05）。

2.2CNCPS評定被測飼料碳水化合物組分特點

由表2可知，成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和成熟期玉米秸稈碳水化合物含量極顯著高于拔節期甜高粱秸稈（P<0.01），青貯玉米秸稈碳水化合物含量顯著高于拔節期甜高粱秸稈（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和成熟期玉米秸稈非結構性碳水化合物含量極顯著高于拔節期甜高粱秸稈和青貯玉米秸稈（P<0.01）。成熟期玉米秸稈緩慢降解碳水化合物含量顯著低于成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈、青貯甜高粱、青貯玉米秸稈（P<0.05）。拔節期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈不可利用碳水化合物含量極顯著地高于青貯玉米秸稈（P<0.01），顯著高于成熟期甜高粱秸稈和青貯甜高粱含量（P<0.05）。成熟期玉米秸稈淀粉和果膠含量顯著高于成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和青貯玉米秸稈（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈和青貯甜高粱糖類含量顯著高于拔節期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈和青貯玉米秸稈（P<0.05）。

從結構性碳水化合物的可利用性方面比較，青貯玉米秸稈質量最好， 青貯甜高粱秸稈次之，成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈稍差，成熟期玉米秸稈質量最差。

從非結構性碳水化合物含量方面比較，成熟期甜高粱秸稈質量最好， 青貯甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈次之，拔節期

2.3CNCPS評定被測飼料蛋白質組分特點

由表3可知，拔節期甜高粱秸稈和青貯玉米秸稈非蛋白氮含量極顯著高于成熟期甜高粱秸稈、青貯甜高粱和成熟期玉米秸稈（P<0.01）。成熟期玉米秸稈快速降解真蛋白質含量極顯著高于成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱、青貯甜高粱和青貯玉米秸稈（P<0.01），拔節期甜高粱秸稈快速降解真蛋白質含量顯著高于成熟期甜高粱秸稈（P<0.05）。成熟期玉米秸稈和青貯玉米秸稈中速降解真蛋白質含量極顯著高于拔節期甜高粱秸稈（P<0.01）。成熟期玉米秸稈和青貯甜高粱慢速降解真蛋白質含量極顯著高于青貯玉米秸稈（P<001），顯著高于成熟期甜高粱秸稈和拔節期甜高粱秸稈（P<0.05）。成熟期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈不可降解氮含量極顯著高于拔節期甜高粱秸稈和青貯玉米秸稈（P<0.01）。

從真蛋白質含量及其可利用性方面比較，拔節期甜高粱秸稈質量最好，青貯玉米秸稈次之，青貯甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸稈和成熟期玉米秸稈質量最差。

3討論

CNCPS以反芻動物消化生理特點為基礎，能客觀、真實地反映出詞料在反芻動物體內的消化利用情況。飼料營養價值的評定，不僅要依據其營養物質含量，還要考慮其可消化程度，因為各種飼料原料所含營養物質能被動物機體消化吸收的程度不同。飼料的可利用程度與動物的生產性能之間存在高度相關性。CNCPS對同一種飼料樣品的碳水化合物組分、蛋白質組分優劣順序分別進行評定，可以針對實際生產需要，選擇飼喂不同的飼料樣品，提高飼料的利用價值。

3.1被測飼料的碳水化合物（CHO）組分特點

在此體系中，碳水化合物分為結構性碳水化合物（SC）及非結構性碳水化合物（NSC）；同時瘤胃微生物分為降解結構性碳水化合物的微生物、降解非結構性碳水化合物的微生物，前者的氮源提供者是氨，后者的氮源提供者是肽、氨基酸、氨。依據上述2種碳水化合物在瘤胃中的降解特性，將非結構性碳水化合物劃分為快速降解糖類、中速降解淀粉和果膠，將結構性碳水化合物劃分為慢速降解可利用纖維、不可利用纖維素。瘤胃微生物可有效發酵結構性碳水化合物，發酵產生的揮發性脂肪酸是反芻動物主要的能量來源。揮發性脂肪酸是反芻動物體內合成乳酸、葡萄糖等的前體物，也是合成菌體蛋白所需碳架來源。結構性碳水化合物在瘤胃內降解速度慢，可吸附酸，在一定程度上可減少酸中毒。

本研究中，被測飼料的CHO含量為74.25%～87.11%，說明甜高粱和玉米秸稈是以提供CHO為主的粗飼料。尤其是當甜高粱和玉米秸稈成熟后，CHO含量較高（80%以上），但其中NSC、CC含量也較高。與成熟期玉米秸稈相比，成熟期甜高粱含有較高的NSC，而玉米秸稈青貯處理后，其NSC含量有所下降，但甜高粱（青貯前26.85%）青貯處理前后其變化不大（青貯后25.24%）。甜高粱和玉米秸稈成熟期時CC含量均較高（分別為29.66%、45.65%），且成熟期玉米秸稈CC含量高于甜高粱，說明未經青貯處理的成熟期甜高粱秸稈的利用價值較高，而經過青貯處理后，甜高粱CC含量下降，玉米秸稈的CC含量也下降，說明青貯處理可很好地提高玉米秸稈的利用價值。成熟期甜高粱的CA含量顯著高于成熟期玉米秸稈，CC含量顯著低于玉米秸稈，說明成熟期甜高粱秸稈CHO在瘤胃中降解速度較快，利用率較高。其營養價值由高到底依次為青貯玉米秸稈、青貯甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈、成熟期甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈。

3.2被測飼料的蛋白質組分特點

CNCPS結合反芻動物對飼料蛋白質的消化生理特點，將其劃分為5部分：PA即非蛋白氮，可在瘤胃中快速降解，參與瘤胃微生物蛋白質的合成，補充蛋白質；PB1即真蛋白質在瘤胃中可快速降解的部分；PB2即真蛋白質在反芻動物機體中速降解部分；PB3即真蛋白質在反芻動物機體慢速降解部分；PC是不能被反芻動物消化吸收的那部分蛋白質。反芻動物可有效利用PA，以節約飼糧蛋白質，非反芻動物對PA利用率較低。PC不能被動物機體消化吸收，其在動物飼糧中的含量不能高于10%。

拔節期甜高粱的CP含量不僅較高，而且PC含量比例較低，說明拔節期甜高粱CP消化率、利用率較高，品質較好。甜高粱和玉米秸稈可溶性粗蛋白質中非蛋白氮含量都很高，都大于70%，說明甜高粱秸稈和玉米秸稈可溶性粗蛋白質大部分為非蛋白氮，真蛋白質較少，這與李建云等報道的粗飼料的可溶性粗蛋白質主要是非蛋白氮結果[14]一致。

拔節期甜高粱PA含量最高，達54.65%，青貯甜高粱PB1含量最低，說明青貯處理后，CP中NPN比例有所提高，可溶性真蛋白含量減少。目前甜高粱的青貯處理主要在其成熟后進行，與甜高粱秸稈相比，青貯甜高粱的PA含量雖有所下降，但下降幅度不太明顯，其主要原因是甜高粱在青貯前，在田間收割期間就已進行了粉碎，然后直接進行青貯，甜高粱未經晾曬、萎縮所致。玉米秸稈與青貯玉米秸稈比較，青貯玉米秸稈的PA含量顯著增加，PC含量顯著減少，其主要原因是玉米秸稈在收割后，快速晾干和調制使其pH值迅速下降，從而減緩了蛋白質的降解并減少了真蛋白質向NPN的轉化。這是玉米秸稈PA含量低于青貯玉米秸稈的原因。

4結論

本研究結果表明，甜高粱和玉米秸稈的可溶性粗蛋白主要是NPN，真蛋白質含量相對較少。從結構性碳水化合物的可利用性方面比較，青貯玉米秸稈質量最好，青貯甜高粱秸稈次之，成熟期甜高粱秸稈、拔節期甜高粱秸稈稍差，成熟期玉米秸稈質量最差。從非結構性碳水化合物的含量方面比較，成熟期甜高粱秸稈質量最好，青貯甜高粱秸稈、成熟期玉米秸稈次之，拔節期甜高粱秸稈稍差，青貯玉米秸稈最差。

從真蛋白質含量及其可利用性方面比較，拔節期甜高粱秸稈質量最好，青貯玉米秸稈次之，青貯甜高粱稍差，成熟期甜高粱秸稈和成熟期玉米秸稈質量最差，因此甜高粱的收割時間以拔節期較為適宜。

CNCPS測定指標較多，可在一定程度上反映動物對飼料利用的情況，對飼料營養價值的評價更為準確。

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doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2017.06.044