玉米秸稈結(jié)合外源酶對羔羊瘤胃發(fā)酵的影響

范 瑞，董立紅，翟廣謙，李文和，阮福林，陳永欣*

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所，山西忻州 034000；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原 030031）

在許多熱帶干旱地區(qū)，由于日常生活中牧場的耗竭，反芻動(dòng)物以低質(zhì)量的牧草、農(nóng)作物殘茬和農(nóng)工業(yè)副產(chǎn)品為生，這些作物殘茬和劣質(zhì)粗飼料需要加工，以提高營養(yǎng)利用率。近年來，添加外源性纖維分解酶作為反芻動(dòng)物飼料添加劑引起了人們的關(guān)注。已有研究表明，外源性纖維分解酶與內(nèi)源性瘤胃微生物酶具有協(xié)同作用，可以提高高纖維日糧的消化率和營養(yǎng)價(jià)值（范小紅等，2017）。張仲卿等（2019）、許富強(qiáng)等（2018）報(bào)道了外源纖維分解酶可以改善秸稈的消化利用率。但關(guān)于外源纖維酶的研究大多集中在青貯飼料、干草和禾本科植物上。體外試驗(yàn)表明，對酶的作用水平是非線性的，需要確定單個(gè)飼料中酶的最佳劑量。因此，本試驗(yàn)旨在評估外源酶（纖維素酶、木聚糖酶、葡聚糖酶）對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率、總糖釋放及酶處理的玉米秸稈對羔羊瘤胃發(fā)酵性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備 纖維素酶和木聚糖酶的添加濃度分別為0、100、200、400、800、1600、3200、6400、12800、25600、32000、38400 和44800 IU/g。體外研究所用的原料為成熟3 ～4 個(gè)月的玉米秸稈，收獲后曬干，用切割器切至1 ～2cm。有機(jī)物、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪、粗纖維、無氮浸出物、總灰分、鈣、磷的含量分別為86.25%、3.84%、0.76%、48.31%、33.34%、9.62%、0.79%、0.62%。

1.2 體外試驗(yàn) 采用改良的瘤胃液兩階段體外消 化 技 術(shù)（Goering 和Van Soest，1970）研 究 羔羊瘤胃液的體外干物質(zhì)消化率。根據(jù)Nsereko 等（2000）的方法估算添加不同劑量酶或組合對玉米秸稈的體外總糖釋放量。

1.3 體內(nèi)試驗(yàn) 在體內(nèi)研究中，以玉米秸稈為唯一的粗飼料來源，以50 ∶50 的粗飼料精料比配制全混合日糧。用切割器將玉米秸稈切成0.5 ～1.0 cm，并與35% 的花生餅、40% 的玉米、22% 的米糠粕、2% 的鹽、1% 的礦物混合物和維生素A、D3（20 g/T）。試驗(yàn)定量添加酶混合物（纖維素酶- 木聚糖酶12800 ～12800 IU/g 玉米秸稈）。將計(jì)算出的酶準(zhǔn)確稱量，混合到所需的精料混合物中，再與切碎的玉米秸稈人工混合約10 min，然后用于飼喂。將12 只平均體重為（20.34±2.369）kg 的公綿羊隨機(jī)分為2 組，對照組飼喂全混合日糧+ 玉米秸稈，處理組飼喂全混合日糧+ 玉米秸稈+ 復(fù)合酶。試驗(yàn)期間稱量綿羊的初重和末重，記錄采食量。在飼喂0、2、4 和6 h后采集瘤胃液，用于測定pH、揮發(fā)性脂肪酸、氨氮和總氮含量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用SPSS 軟件一般線性模型進(jìn)行單因素方差分析，采用Duncan’s 進(jìn)行多重比較，P ＜5% 表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 體外試驗(yàn) 由表1 可知，纖維素酶濃度達(dá)到6400 IU/g 或以上時(shí)顯著改善玉米秸稈的干物 質(zhì) 消 化 率（P ＜0.05），其 中25600 IU/g 組 干物質(zhì)體外消化率最高（P ＜0.05），但超過該濃度時(shí)（32000 ～44800 IU/g），干物質(zhì)消化率逐漸降低（P ＜0.05）。木聚糖酶濃度達(dá)到800 IU/g 時(shí)對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率無顯著影響（P ＞0.05）。當(dāng)木聚糖酶濃度達(dá)到1600 IU/g 時(shí)，干物質(zhì)體外消化率顯著升高（P ＜0.05）。玉米秸稈的總糖釋放水平隨纖維素酶和木聚糖酶濃度的升高而升高（P ＜0.05）。

當(dāng)纖維素酶濃度為6400、12800、25600和32000 IU/g 及木聚糖濃度為12800、25600、32000、38400 和44800 IU/g 時(shí)，玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率及總糖釋放量最佳（P ＜0.05）。因此，我們選用上述酶濃度作為聯(lián)合使用量。當(dāng)纖維素酶濃度為6400 IU/g，木聚糖酶濃度為25600 或44800 IU/g 時(shí)，玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率顯著提高（P ＜0.05）。而當(dāng)纖維素酶濃度為12800、25600 或32000 IU/g，木聚糖酶濃度為12800 或25600 IU/g 時(shí)，干物質(zhì)體外消化率顯著高于木聚糖酶濃度為32000、38400 和44800 IU/g組（P ＜0.05）。纖維素酶濃度為6400 或32000 IU/g，木聚糖酶濃度為12800 或38400 IU/g 時(shí)，玉米秸稈總糖釋放量最高（P ＜0.05）。

我們以纖維素酶濃度為12800 IU/g，木聚糖酶濃度為12800 或25600 IU/g 為基礎(chǔ)，研究添加100、200 或300 IU/g 葡聚糖酶對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率及總糖釋放的影響。由表3 可知，葡聚糖酶濃度從100 ～300 IU/g 對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率無顯著影響（P ＞0.05）。當(dāng)纖維素酶濃度為25600 IU/g，木聚糖酶濃度為12800 IU/g或25600 IU/kg，葡聚糖酶濃度為300 IU/g 時(shí)顯著降低干物質(zhì)體外消化率（P ＜0.05）。纖維素酶-木聚糖酶-葡聚糖酶濃度為25600-25600-0 IU/g，25600-12800-0 IU/g，12800-12800-0 IU/g時(shí)，干物質(zhì)體外消化率依次降低。

表1 不同濃度纖維素酶和木聚糖酶對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化和糖釋放的影響

表2 不同濃度纖維素酶和木聚糖酶聯(lián)合使用對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化和糖釋放的影響

表3 不同濃度纖維素酶和木聚糖酶對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化和糖釋放的影響

2.2 體內(nèi)試驗(yàn) 由表4 可知，各組對羔羊初重和末重均無顯著影響（P ＞0.05）。全混合日糧加入酶處理的玉米秸稈對羔羊每千克代謝體重的采食量無顯著影響（P ＞0.05）。瘤胃pH 在飼喂2 h 后顯著下降，飼喂6 h 后繼續(xù)下降（P ＜0.05）。羔羊采食4 h 后揮發(fā)性脂肪酸、氨氮和總氮濃度達(dá)到最高值（P ＜0.05），飼喂6 h 后降低。

3 討論

Yu 等（2005）報(bào)道稱，添加酶混合物（木聚糖酶2048000，纖維素酶512000，β- 葡聚糖酶32000 IU/g）提高了燕麥皮、小麥秸稈和苜蓿草的瘤胃體外降解率。本研究纖維素酶和木聚糖酶在0 ～44800 IU/g 時(shí)顯著提高了玉米秸稈的糖釋放量，其中在44800 IU/ 時(shí)糖釋放量達(dá)到最高。纖維素、半纖維素和木質(zhì)素之間的酯化結(jié)合限制了瘤胃微生物對谷物秸稈的消化（Waghorn 和McNabb，2003）。補(bǔ)充纖維素酶和木聚糖酶可以分解β1 ～4 連接的纖維素和半纖維素，釋放可溶性糖，促進(jìn)微生物的生長。這些酶與內(nèi)源性瘤胃微生物酶的協(xié)同作用也可能導(dǎo)致干物質(zhì)體外消化率升高。

表4 玉米秸稈添加纖維酶對羔羊瘤胃發(fā)酵性能的影響

Eun 和Beauchemin（2007）報(bào)道稱，在1.4 mg/g 干物質(zhì)水平下補(bǔ)充外源纖維分解酶可以提高苜蓿干草的中性洗滌纖維降解率，最高可達(dá)20.6%，玉米青貯飼料的中性洗滌纖維降解率提高達(dá)到60.3%。葡聚糖酶濃度從100 ～300 IU/g對玉米秸稈干物質(zhì)體外消化率無顯著影響，這可能與次優(yōu)劑量或玉米秸稈細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)有關(guān)，與Jalivand 等（2008）的研究結(jié)果一致。

補(bǔ)充上述選擇的酶液對飼喂50% 玉米秸稈的羔羊瘤胃揮發(fā)性脂肪酸和氨氮濃度具有顯著影響，但酶濃度和樣品采集時(shí)間無交互效應(yīng)。添加復(fù)合酶的處理組揮發(fā)性脂肪酸濃度越高，瘤胃纖維分解活性越強(qiáng)，可發(fā)酵可溶性碳水化合物的利用率越高，這與Hristov 等（2000）的研究結(jié)果一致。無論日糧是否加酶，瘤胃pH 的平均值在采食2 h 后下降，并在采食6 h 后繼續(xù)下降。

4 結(jié)論

單獨(dú)補(bǔ)充纖維素酶和木聚糖酶或聯(lián)合使用均可改善玉米秸稈的干物質(zhì)體外消化率和總糖釋放量，但葡聚糖酶及纖維素酶和木聚糖酶對干物質(zhì)體外消化率和總糖釋放無協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)纖維素酶-木聚糖酶-葡聚糖酶濃度為25600-25600-0 IU/g 時(shí)，玉米秸稈的體外養(yǎng)分利用率最佳，而當(dāng)纖維素酶- 木聚糖酶- 葡聚糖酶濃度為12800-12800-0 IU/g 時(shí)，可以提高飼喂50% 玉米秸稈羔羊的瘤胃揮發(fā)性脂肪酸和氨氮濃度。