玉米芯與苜蓿、精料配比對飼糧組合效應的影響

唐德富，袁玖*，王彥乾，王燕娜，王娟麗，劉自強，寇偉，崔仲勇，張澤巖，趙祥民，萬欣杰，2

(1.甘肅農業大學動物科學技術學院，甘肅 蘭州730070;2.甘肅正合生物科技有限公司，甘肅 蘭州730060)

玉米(Zea mays)穗軸，俗稱“玉米棒子”或“玉米芯”(corn cob，CC)是全球最常見的糧食作物副產品，資源豐富。但將玉米芯用作動物飼料的研究報道很少。生產實踐中，玉米芯未被有效利用，一般是直接燒掉或丟棄。然而，玉米芯消化率低、適口性差，單獨飼喂不能滿足動物的營養需要。這些限制可以通過補飼優質飼料獲得正組合效應來克服[1]。混合飼料或日糧的可利用能或消化率不等于混合飼料中各個飼料的可利用能或消化率的加權值，這意味著“組合效應”(associative effects，AE)產生[2-3]。這些相互作用可以改變反芻動物胃腸道(尤其是瘤胃)的代謝過程。豆科牧草的蛋白質含量高于其他牧草和低質粗飼料，且已證明豆科牧草可以提高這些飼料的利用率[4]。苜蓿(Medicago sativa)的營養價值高于其他草本植物，且價格相對便宜。實踐證明，添加苜?？梢蕴岣叩唾|粗飼料的利用率[5-6]。然而，對于飼草基礎日糧，要想獲得理想的生產性能必須同時配合飼喂精料，精料的補充量取決于基礎飼料和動物的特性[7]。通過將優質牧草[蘋果(Malus pumila)渣和柑橘(Citrus reticulata)漿]與低質飼草[皇冠雛菊(Bellis perennis)和奶薊(Silybum Marianum)]配合，低質牧草的體外發酵性能顯著提高[8]。波爾奶山羊的日糧精料水平和干草來源可作為預測飼糧負AE的方法，發現低水平精料和中等水平的生長期雜草能準確預測代謝能攝入量[9]。研究發現，在高精料日糧中，為了顯著提高生長羔羊的生產性能和飼料效率，需要用玉米代替至少20%[干物質(dry matter，DM)基礎]的大麥(Hordeum vulgare)日糧[10]。

有關飼料組合效應的報道很多，但將玉米芯作為飼料，與苜蓿、精料配比后對產氣量和瘤胃發酵參數的AE的影響方面報道甚少。因此，本研究旨在用體外產氣法評價精粗比40∶60和30∶70下，玉米芯與苜蓿、精料不同配比后對各飼糧組合的各單項指標組合效應和綜合組合效應的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

精料購自蘭州聯邦飼料有限公司，玉米、苜蓿來自甘肅省臨洮縣，玉米曬干脫籽獲得玉米芯。精料、玉米芯、苜蓿通過干燥、粉碎、過1 mm標準篩。精料的配方:玉米85.17%，豆粕7.22%，棉籽粕3.46%，食鹽1.65%，預混料2.50%。

體外產氣管為德國生產的玻璃注射器，容積100 m L，最小刻度1 m L。產氣管與徑口一致的橡皮膠管配套連接，膠管另一端折疊，夾子夾緊，產氣管內部形成封閉的環境，進行產氣試驗。

1.2 試驗設計

精粗比(concentrate∶roughage，C∶R)為40∶60和30∶70，精料占40%和30%，玉米芯、苜蓿占60%和70%。具體為:精料(concentrate，C)∶玉米芯(corn cob，CC)∶苜蓿(alfalfa，A)分別為40∶60∶0，40∶45∶15，40∶30∶30，40∶15∶45，40∶0∶60和30∶70∶0，30∶55∶15，30∶40∶30，30∶25∶45，30∶10∶60，30∶0∶70。3種單獨飼料和11種組合，每組設3個重復，3個空白管，共(14×3)+3=45種飼糧組合。

1.3 瘤胃液供體動物及其飼養

3只裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦奶牛，飼喂的日糧:干草自由采食，精料4 kg·d-1·頭-1，每日喂2次，自由飲水。試驗當日，早飼前采集3只瘺管牛的瘤胃液，混合后經4層紗布過濾至預熱過的保溫瓶中，連續通入CO2，保證瘤胃液內的厭氧環境，迅速轉移至實驗室，待用。

1.4 體外發酵培養程序

準確稱取11種飼糧組合和3種單獨的飼料(0.2000±0.0010)g(DM基礎)，裝入2.0 cm×3.0 cm尼龍袋(50μm)，送入產氣管底部，加入預熱(39±0.5)℃的體外發酵培養液30 m L(10 m L瘤胃液+20 m L緩沖液，緩沖液參照Menke等[11]方法配制)。迅速排出管內空氣，用膠管和夾子密封產氣管，記錄初始刻度(m L)。將產氣管置39℃恒溫水浴搖床中培養2，4，6，9，12，24，36，48 h時，記錄各時間點產氣量(gas production，GP)(m L)。某時間點GP=該段時間樣品GP-該段時間空白GP。

1.5 上清液及殘渣的采集

48 h培養結束后，將尼龍袋迅速放入冰水中使其停止發酵，蒸餾水清洗干凈，自然晾干后，將尼龍袋轉移至65℃烘箱烘干48 h至恒重后，測定干物質降解率(dry matter digestibility，DMD)。殘渣測定粗灰分，計算有機物降解率(organic matter digestibility，OMD)。然后，將培養液裝入離心管，3000 r·min-1離心10 min，將上清液轉移至5 m L離心管，蓋緊管口，編號記錄，-20℃冰柜保存，待測乙酸、丙酸、丁酸等各種揮發性脂肪酸(volatile fatty acids，VFA)和氨態氮(NH3-N)含量。

1.6 測定指標及方法

1.6.1 飼料常規營養水平 美國分析化學家協會(Association of Official Analytical Chemists，AOAC)[12]概略養分法測定玉米芯、苜蓿、精料的干物質(dry matter，DM)、粗蛋白質(crude protein，CP)、粗脂肪(ether extract，EE)、粗纖維(crude fiber，CF)和粗灰分(Ash)含量。

1.6.2 產氣數據的計算 1)GP測定GPt=200×(Vt-V0)/W式中，t為發酵開始后某一時間(h);GPt為樣品t時刻產氣量(m L);Vt為樣品發酵t h后產氣管讀數;Vo為開始培養時空白管讀數;W為樣品干物質重(mg)。2)產氣參數計算 利用“fit curve”軟件，?rskov等[13]產氣模型公式GP=a+b(1-e-ct)，將各樣品在2、4、6、9、12、24、36、48 h時的GP代入，計算消化動力參數。式中，t為發酵開始后某一時間(h);a為快速產氣部分(m L);b為緩慢產氣部分(m L);c為b的產氣速度常數(%·h-1);a+b為潛在產氣量(m L)。

1.6.3 瘤胃發酵參數、DMD、OMD的測定 采用梅特勒-托利多FE20型酸度計測定p H;采用馮宗慈等[14]比色法測定NH3-N濃度;采用王加啟[15]研究中氣相色譜法利用島津GC-2010氣相色譜儀測定VFA濃度。干物質降解率(DMD，%)=(原樣品重量×原DM含量-殘渣樣品重量×殘渣DM含量)/原樣品重量×原DM含量×100%;有機物降解率(OMD，%)=(原樣品重量×原OM含量-殘渣樣品重量×殘渣有機物含量)/原樣品重量×原有機物含量×100%

1.6.4 組合效應的計算 單項組合效應指數(single-factor associative effects index，SFAEI)和綜合組合效應指數(multiple-factors associative effects index，MFAEI)參照王加啟[15]的方法。SFAEI=(各組合實測值-加權估算值)×100/加權估算值。式中，實測值為各組合的實際測定值，加權估算值=玉米芯的實際測定值×玉米芯配比(%)+精料的實際測定值×精料配比(%)+苜蓿的實際測定值×苜蓿配比(%)。

1.7 數據處理與統計分析

采用Excel 2013處理計算試驗數據后，采用SPSS 16.0軟件對數據進行單因子方差分析，結果以平均值和平均標準誤(standard error of mean，SEM)表示，以P＜0.05為差異顯著判斷標準，以P＜0.01為差異極顯著判斷標準，以0.05＜P＜0.1為有變化趨勢標準。差異顯著時，采用Tukey氏法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 飼料營養水平及產氣參數

表1可見，精料(19.2%)CP高于苜蓿(18.5%)和玉米芯(4.3%);在CF上，玉米芯為21.0%，苜蓿是29.4%，精料7.9%。

玉米芯、精料、苜蓿的快速產氣部分a分別是4.9、-10.5和-2.9，說明精料和苜蓿存在產氣滯后效應，玉米芯產氣不滯后。緩慢產氣部分b，玉米芯(56.5)與精料(56.1)接近，高于苜蓿(29.6)。潛在產氣量(a+b)和24 h產氣量(GP24h)，玉米芯(61.4和47.5)高于精料(45.5和42.5)和苜蓿(26.7和15.8)。b的產氣速度常數c，精料(0.121)高于玉米芯(0.064)和苜蓿(0.056)。

表1 飼料營養水平及體外產氣參數(風干基礎)Table 1 Nutrient levels and in vitro gas parameters of experimental diets(air-dry basis)

2.2 各飼糧組合的產氣參數

表2可見，C∶R為40∶60時，玉米芯所占比例為15的組(簡稱“15組”，下同)和30組的a顯著高于0組(P＜0.05)，60組的a有大于0組的趨勢(P=0.060);15、30、60組的(a+b)極顯著高于0組 (P＜0.01)，45組的(a+b)有大于0組的趨勢(P=0.056);15、30、45、60組的GP24h極顯著高于0組 (P＜0.01)。C∶R為30∶70時，10、70組的a顯著高于0組(P＜0.05)，40組的a有大于0組的趨勢(P=0.063);10組的b值有大于0組的趨勢(P=0.054);10組的(a+b)值顯著高于0組(P＜0.05);10、25、70組的GP24h極顯著高于0組 (P＜0.01)。各組b、c值，無顯著差異(P＞0.05)。

表2 玉米芯與苜蓿、精料體外混合培養48 h后的產氣及發酵參數Table 2 GP and fermentation parameters at 48 h when corn cob shell was incubated with alfalfa and concentrate in vitro

2.3 各飼糧組合的瘤胃p H、DMD、OMD和NH 3-N濃度

表2可見，C∶R為40∶60時，0、60、45組的瘤胃p H顯著高于15組(P＜0.05)。30、15組的DMD和OMD顯著高于0組(P＜0.05);30、15組NH3-N顯著高于0、60組(P＜0.05)。

C∶R為30∶70時，0、70、55和40組的瘤胃p H顯著高于25和10組(P＜0.05)。10、25、40、55組的DMD極顯著高于0組(P＜0.01)，10組的DMD有大于70組的趨勢(P=0.052);10、25、40、55組的OMD極顯著高于0、70組(P＜0.01);25組NH3-N極顯著高于0、55、70組(P＜0.01)。

2.4 各飼糧組合VFA濃度

由表3可見，C∶R為40∶60時，45、30、15組的TVFA(total volatile fatty acids)顯著高于60、0組(P＜0.05)。C∶R為30∶70時，55、40、25和10組的TVFA顯著高于70、0組(P＜0.05)。6種單一VFA和乙/丙，各組間差異不顯著(P＞0.05)。

表3 玉米芯與苜蓿、精料體外混合培養48 h后的揮發性脂肪酸Table 3 VFA at 48 h when corn cob was incubated with alfalfa and concentrate in vitro

2.5 各飼糧組合的AE值

表4可見，C∶R為40∶60時，在GP24h的AE上，30組極顯著高于45、60、0組(P＜0.01)，15組極顯著高于60組(P＜0.01)、顯著高于0和45組(P＜0.05);DMD的AE，15、30組極顯著高于其他組(P＜0.01)，45組極顯著高于0、60組(P＜0.01);OMD的AE，15、30組極顯著高于0、60組(P＜0.01);TVFA和NH3-N的AE，45、30、15組均顯著高于60、0組(P＜0.05)。在 MFAEI上，30組(249.18%)極顯著高于其他各組(P＜0.01)，15組 (213.23%)極顯著高于45(135.77%)、60(85.19%)、0(92.90%)組(P＜0.01)，15組極顯著高于60、0組(P＜0.01)。

表4可見，C∶R為30∶70時，GP24h的AE，10組極顯著高于70、55組(P＜0.01)，顯著高于0、40組(P＜0.05)，25組顯著高于55組(P＜0.05);DMD的AE，25、10組顯著高于其他各組(P＜0.05)，0、40組顯著高于55、70組(P＜0.05);OMD的AE，25、10組顯著高于55、40、0組(P＜0.05)，0、55和40組顯著高于70組(P＜0.05);TVFA的AE，10、25組顯著高于其他各組(P＜0.05)，40組顯著高于0、55、70組(P＜0.05);NH3-N的AE，10、25組顯著高于其他各組(P＜0.05)，40、0組顯著高于55、70組(P＜0.05)。在 MFAEI上，10組(264.27)極顯著高于其他各組(P＜0.01)，25組(217.80)極顯著高于40(127.29%)、55(69.18%)、70(57.30%)、0(79.32%)組(P＜0.01)，40組極顯著高于0、55、70組(P＜0.01)。

表4 玉米芯與苜蓿、精料體外混合培養48 h后的SFAEI和MFAEITable 4 SFAEI and MFAEI at 48 h when corn cob was incubated with alfalfa and concentrate in vitro

3 討論

3.1 飼料的產氣參數

本試驗中，玉米芯的a為4.9，不存在產氣滯后，精料(-10.5)比苜蓿(-2.9)有更長的產氣滯后時間。研究表明，玉米比大麥有更長的產氣滯后時間[16]，Aye等[17]證實了此報道。本研究中，玉米占精料的85.17%，因此，本試驗中精料有更長的產氣滯后時間，與前人的研究結果一致[16-17]。精料的c較高，但玉米芯的a、GP24h和(a+b)均較高，表明玉米芯比苜蓿、精料有更好的產氣性能。

3.2 各飼料組合的產氣量

本試驗中，精料∶玉米芯∶苜蓿為40∶30∶30、40∶15∶45、30∶25∶45和30∶10∶60的產氣參數和大多數發酵參數均極顯著高于其他組。產氣量是預測飼料在反芻動物瘤胃消化率的重要指標[18]。設計混合飼料和單一飼料進行體外產氣試驗，是研究和確定混合飼料AE的有用工具，研究發現，飼草樹葉與精料體外培養時在產氣量上有正AE[19]。小麥(Triticum)秸稈與苜?；旌显诋a氣參數上有正AE[20]。豆科牧草與秸稈混合使用的優勢是多種因素綜合作用的結果，進一步證實了豆科牧草能提高秸稈的利用率[21]。體外法將兩種慢速發酵纖維(奶薊草;純纖維素)和3種快速發酵纖維[無籽番茄(Solanum);柑橘渣;果膠]單獨或以75∶25或25∶75混合培養發現，無籽番茄、柑橘渣、果膠的產氣量均顯著提高[22]。本研究中，牧草和精料之間的AE與前人研究結果一致[4]。本試驗結果與這些報道一致。

3.3 各飼料組合的瘤胃pH

瘤胃pH是一個綜合反應瘤胃環境發酵和變化的重要指標。瘤胃內pH的正常范圍為6～7，過高或過低都會影響瘤胃的正常發酵。本試驗發現，飼糧組合中隨著苜蓿比例的增加，pH顯著下降。TVFA與pH有一定的相關性，TVFA會降低瘤胃pH[23]。當VFA的產生速度快于瘤胃對其吸收的速度時，瘤胃pH下降。因此，pH的降低與易發酵碳水化合物的攝入水平呈線性相關[3，24]。本研究中pH變化趨勢與上述報道一致。

3.4 各飼料組合的DMD和OMD

隨著產氣量的增加，瘤胃內微生物的發酵活性越來越強烈，飼料的消化率也在增加[12]。DMD和OMD指示了反芻動物中有機物的可利用性，也是衡量飼料營養價值的重要指標。本試驗中，隨著苜蓿比例的降低，DMD和OMD呈下降的趨勢，且40∶60∶0和30∶70∶0組最低。原因是苜蓿具有相對高的有效降解率，苜蓿的碳氮比(C/N)更有利于微生物的生長繁殖[25]。據報道，苜蓿日糧中瘤胃真菌孢子的數量顯著增加[26]。豆科植物可通過促進纖維素分解菌的生長來增加瘤胃纖維的消化率[27]。用苜蓿補飼劣質飼料對消化率、采食量和飼料利用率的AE的報道很常見[21]。用體外發酵法研究苜蓿添加到低質牧草中在產氣量[28]、干物質采食量和NDF消化率[29-30]、動物日增重[31]上均產生了正AE。Wang等[32]報道，在小尾寒羊玉米秸稈基礎日糧中每天每只羊補飼苜蓿150～300 g對采食量、消化率、氮代謝、瘤胃環境和血液學參數產生了最佳AE。隨著在泌乳奶牛波斯苜?；A日糧中粉碎小麥的增加，瘤胃的p H和日糧纖維消化率逐步下降[33]。紅三葉草(Trifolium pratense)和基庫尤牧草青貯混合體外培養發生了AE，蛋白水解減少和OMD發揮了協同組合作用[34]。本試驗與上述報道相一致。當春季牧草僅與玉米混合培養時，在GP、DMD、OMD、OMED上均產生了正AE，而秋季牧草跟玉米或大麥混合培養時，在GP、OMD、OMED上發生了正AE[17]。青干草和全燕麥(Avena sativa)不同比例組合飼喂馬后，DM、OM和能量消化率隨燕麥比例的增加呈曲線形上升[35]。棗椰樹(Phoenix Spp)葉與三芒草屬(Aristida)尖刺及黃芪屬(Astragalus)植物混合飼喂小反芻動物后，瘤胃微生物群發生了AE，隨著棗椰樹葉比例的增加，體外有機物降解率線性降低[36]。稻草(Oryza sativa)基礎日糧添加玉米淀粉飼喂湖州羔羊后發現，高水平的玉米淀粉降低了纖維素酶的活性、纖維素分解菌群和飼料的消化率;適量添加淀粉能有效提高羔羊生長性能[37]。不加玉米胚芽粕時，紫花苜蓿干草與小麥秸稈組合后表現出負AE，然而，能量和粗蛋白質的消化率都得到了提高[38]。Niderkorn等[39]報道，使動物采食量和消化率達到最優的鮮白三葉(Trifolium repens)與多年生黑麥草(Lolium perenne)的最佳配比在0.25～0.50。2種禾本科牧草[鴨茅(Dactylis glomerata);黑麥草]與4種豆科牧草[紫花苜蓿;白三葉;紅三葉;紅豆草(Onobrychis viciaefolia)]單獨培養或按1∶1混合培養發現，豆科牧草中僅紅豆草與禾本科牧草配比后降低了蛋白質降解率和甲烷產生量，對纖維的消化有短暫的負面影響[40]。上述報道表明，添加苜蓿可改善低質粗飼料的利用率，本試驗中苜蓿改善玉米芯的利用率與此一致。

3.5 各飼料組合的NH 3-N濃度

NH3-N濃度是反映飼料在瘤胃中氮代謝、微生物蛋白質合成和蛋白質分解的一個重要指標。維持合適的NH3-N濃度是保證瘤胃微生物蛋白質合成的前提。瘤胃中適宜的NH3-N濃度為6.3～27.5 mg·d L-1[41]。本試驗中，各組的NH3-N濃度均分布在此范圍內，且30、15、25組的NH3-N濃度顯著或極顯著高于其他組。原因可能是這些組合促進了瘤胃內能量和氨氣的同步釋放和微生物蛋白的合成[42]，即增加苜蓿的量會導致NH3-N水平升高。瘤胃發酵的最終產物是VFA、NH3-N、甲烷、二氧化碳等[43-44]。瘤胃中蛋白質水解脫氨形成的氨基酸和NH3-N是微生物生長的氮源[45]。在瘤胃中50%～80%的微生物N是由NH3-N合成的[46]。采食量水平直接影響瘤胃發酵的終產物[47]。瘤胃NH3-N濃度取決于總氮攝入量[48]。因此，30、15、25組的高NH3-N濃度也可能是這些飼糧組合的營養水平高(CP含量高)，其他組合營養水平低造成的。因為瘤胃中NH3-N水平與飼糧中蛋白質含量密切相關。

3.6 各飼料組合VFA濃度

反芻動物瘤胃發酵產生VFA的原因主要是日糧中碳水化合物的降解，它是瘤胃微生物維持和生長的主要能量來源。在本試驗中，C∶R為40∶60時，15、30和45組的乙酸、丙酸、丁酸和TVFA顯著高于60、0組。C∶R為30∶70時，10、25、40、55組的乙酸、丙酸和TVFA顯著高于70、0組。這與GP的變化趨勢基本一致。飼料中可消化碳水化合物的發酵產生VFA，TVFA濃度與GP之間呈正相關。GP隨乙酸產量的增加而增加。本研究結果與此相一致。乙/丙反映了瘤胃發酵的類型。本試驗中，乙/丙均大于3，在瘤胃發酵的類型屬于乙酸發酵型，有利于提高反芻動物的乳脂率。給成熟的高羊茅(Festuca elata)干草補飼能量飼料后，發現與大豆皮相比，補飼玉米在OMD產生了更大的負AE，降低了瘤胃 NH3-N濃度，但未影響瘤胃p H、TVFA濃度和乙/丙[49]。在TVFA濃度和p H之間有顯著的相關性，VFA降低瘤胃的p H[23]。本試驗中，15、30、45、10、25、40和55組的乙酸、丙酸和TVFA顯著高于其他組，15、30、10和25組的p H最低。在p H的變化規律上，本研究與上述研究結果一致。在本試驗中，不同飼料組合中乙酸的濃度高于丙酸，原因是反芻動物吸收VFA的速度與丁酸、丙酸和乙酸的速度一致，且VFA在瘤胃中的濃度不受日糧類型的影響。這與Copani等[50]研究結果一致。

3.7 各飼料組合的組合效應值

盧德勛[51]根據人工瘤胃GP法不同時間點測定的各項指標，提出了飼料AE綜合評價指標體系——綜合組合效應指數(MFAEI)。韓肖敏等[52]研究發現，玉米秸稈∶稻草為60∶40、玉米秸稈∶稻草∶玉米秸稈青貯為24∶16∶60、玉米秸稈∶稻草∶玉米秸稈青貯∶精料為9.6∶6.4∶24.0∶60.0的MFAEI最優。

本試驗中，C∶R為40∶60和30∶70時，30和10組的MFAEI極顯著高于其他組。因為AE機制的復雜性，僅通過某一指標或若干指標進行評價，易造成評價不準確。AE指標包括動物的養分消化率、利用率、生長性能和采食量。其中，能量或消化率是評價AE最常用的指標。體外GP與OMD有高度相關性[18]。體外產氣量與有機物的表觀降解率和真降解率高度相關[53]。利用體外發酵GP法評價飼料AE的報道很多[54-57]。因此，單獨用GP指標評定飼料的營養價值可能不準確。飼料營養價值的評價應采用綜合指標或數學模型進行全面、科學的評價。當評價AE時，在確定評價參數和評價指標后，數學模型的選擇尤為重要。數學模型應能真實、客觀地反映各種因素的影響程度，并能包含多種參數，具有開放性的特點，以便能方便快捷地檢驗模型。

單項組合效應指數(SFAEI)能在某一個指標上評價飼料的AE。但是，僅僅從某一個指標來判斷，缺乏代表性[58]。本試驗中，評價玉米芯、苜蓿和精料之間的AE是通過結合GP、DMD、OMD、VFA、NH3-N等指標進行多因素綜合評價的，且準確客觀地反映了不同因素對飼料AE的影響，本試驗中，30和10組的MFAEI是最優的，其次，15、45和25、40組的MFAEI分別高于200或100，可能是由于這些組中不同比例飼料中營養物質的相互補充，提高了底物的發酵速率，從而促進飼料的消化率。因此，30、10組的SFAEI(GP、DMD、OMD、TVFA的AE)和 MFAEI均最優。綜上所述，精料∶玉米芯∶苜蓿為40∶30∶30和30∶10∶60的組，最能有效地改善GP特性，提高瘤胃發酵水平和體外發酵48 h后的飼料利用率。因此，將玉米芯用作反芻動物粗飼料資源，可以節約常規飼料資源，減輕環境污染，緩解人畜爭糧矛盾。

4 結論

當精料∶玉米芯∶苜蓿為40∶30∶30和30∶10∶60時，有最佳的SFAEI(GP、DMD、OMD、NH3-N、TVFA的AE)和MFAEI。