川中丘陵地區(qū)不同生長高度巨菌草的營養(yǎng)成分比較分析

陳冬梅 陳 耀 張 龍 韋 毅 周材權(quán)

(1.西華師范大學(xué)生態(tài)研究院，南充 637002；2.西南野生動植物資源保護教育部重點實驗室，南充 637002)

隨著畜牧業(yè)的持續(xù)發(fā)展，以及我國耕地面積不斷減少，飼料用糧的短缺日益嚴(yán)重[1]。尋找新型的可持續(xù)利用的飼料資源是解決我國飼料資源短缺問題的重要途徑。巨菌草(Pennisetumgiganteum)系禾本科(Poacae)狼尾草屬(Pennisetum)多年生C4植物。因其抗性強、適應(yīng)性廣、生物量大、生長快以及無生物入侵風(fēng)險等特點，已作為優(yōu)質(zhì)的菌草、牧草和生態(tài)治理材料等在我國廣泛地栽培應(yīng)用，并創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟和生態(tài)效益[2-5]。研究表明，巨菌草是一種適宜在我國熱帶、亞熱帶、溫帶地區(qū)生長和人工栽培的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的刈割型牧草，一年可刈割多次，年鮮草產(chǎn)量可達200 t/hm2以上，是當(dāng)今世界生物量最大的飼草植物[2,4]。由于其優(yōu)良的生物學(xué)特性和營養(yǎng)價值，目前，人們越來越關(guān)注巨菌草作為畜禽飼料的開發(fā)利用，已有牛、羊、豬、雞、肉鴨等飼喂巨菌草的應(yīng)用報道[4-5]。不同地理位置和生態(tài)環(huán)境栽培的巨菌草其生長特性和生長性能不同[6-9]，且種植方式、地理環(huán)境、收獲期等影響飼草的營養(yǎng)價值[10]。因而，不同生態(tài)環(huán)境栽培的巨菌草營養(yǎng)成分變化規(guī)律是否一致有待研究。雷荷仙等[7]研究認為巨菌草最適宜在水熱充沛的低海拔地區(qū)(300 m以下)生長。近年來，巨菌草在四川盆地中部丘陵地區(qū)已有大量栽培，但對其營養(yǎng)成分的分析研究目前未見報道。因而，本試驗主要研究川中丘陵地區(qū)巨菌草的營養(yǎng)成分變化規(guī)律，旨在為該地區(qū)栽培的巨菌草作為畜禽飼料推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗所用巨菌草于2019年3月從海南儋州引種，種植在四川省南充市西華師范大學(xué)生態(tài)研究院試驗基地，基地位于四川省東北部，四川盆地中部，嘉陵江中游，東經(jīng)106°4′23″，北緯30°48′43″，海拔309.3 m，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候；年降水量1 020.8 mm，主要集中在夏季，四季分明，雨熱同期，夏季高溫多雨，冬季氣溫普遍在0 ℃以上，溫和濕潤；年平均氣溫17.4 ℃，最高氣溫40.1 ℃，最低氣溫-2.8 ℃，年日照時間1 266.7 h；土壤以紅棕紫泥土為主。

1.2 栽植方法

選取健康、無病蟲害的莖稈為種節(jié)，撕去包裹腋芽的葉片，用刀切成小段，每段保留2個節(jié)，采用扦插法，下種時將準(zhǔn)備好的種節(jié)腋芽朝上，形成45°角斜插入土壤中。插穗長度8～12 cm，按行株距60 cm×80 cm種植，1 400株/畝(1畝≈667 m2)左右。栽培前基肥按30 kg/畝施有機肥，試驗期內(nèi)不作施肥管理。

1.3 試驗設(shè)計

采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，刈割生長高度分別為50～100 cm(處理1)、100～150 cm(處理2)、150～200 cm(處理3)、200～250 cm(處理4)，小區(qū)面積3 m×6 m=18 m2，每個處理5個小區(qū)(重復(fù))，總計20個小區(qū)。刈割留茬2 cm。每個處理分別刈割6 kg，采集后切碎至1～2 cm，按“四分法”取得分析樣本3 kg，1 kg鮮樣用于測定維生素和單寧含量，2 kg鮮樣在60～65 ℃的恒溫鼓風(fēng)烘箱中烘制，測定初水分后粉碎過40目篩(篩孔0.45 mm)制成半干樣品，用于測定總能(GE)、常規(guī)營養(yǎng)成分和氨基酸含量。

1.4 測量指標(biāo)與方法

樣品GE以及初水分、干物質(zhì)(DM)、粗蛋白質(zhì)(CP)、粗脂肪(EE)、粗纖維(CF)、酸性洗滌纖維(ADF)、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)、粗灰分(Ash)、鈣(Ca)、總磷(TP)含量的測定參照《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[11]。樣品中含硫氨基酸含量用離子交換色譜法(GB/T 15399—1994)測定，其他氨基酸含量按GB/T 18246—2000附錄A用氨基酸自動分析儀測定。單寧含量按GB/T 27985—2011用分光光度法測定，β-胡蘿卜素、維生素C、維生素E、維生素B1、維生素B2、維生素B6含量分別按照食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.83—2016、GB 5009.86—2016、GB 5009.82—2016、GB 5009.84—2016、GB 5009.85—2016、GB 5009.154—2016測定。

1.5 氨基酸營養(yǎng)評價

根據(jù)氨基酸平衡理論和氨基酸比值系數(shù)(RC)進行不同生長高度巨菌草的氨基酸營養(yǎng)評價。氨基酸評分(AAS)根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織與世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)[12]提出的方法計算；RC根據(jù)朱圣陶等[13]提出的方法計算。

AAS=待測蛋白質(zhì)中某必需氨基酸(EAA)
含量(mg/g蛋白質(zhì))/FAO/WHO評分模式
相應(yīng)EAA含量(mg/g蛋白質(zhì));
RC=待測蛋白質(zhì)中某EAA的AAS/
待測蛋白質(zhì)中各種EAA的AAS平均值。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2016軟件統(tǒng)計，結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，用SPSS 22.0軟件進行單因素方差分析以及LSD法多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生長高度巨菌草的常規(guī)營養(yǎng)成分分析

由表1可知，隨巨菌草生長高度的增加，初水分含量減少，處理4極顯著低于其他處理(P<0.01)；DM含量隨巨菌草生長高度的增加極顯著增加(P<0.01)；GE隨巨菌草生長高度的增加顯著增加(P<0.05)；CP含量隨巨菌草生長高度的增加而下降，各處理間差異極顯著(P<0.01)；EE含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，處理3和處理4的EE含量顯著高于處理1和處理2(P<0.05)；隨巨菌草生長高度的增加，Ash含量極顯著增加(P<0.01)；CF、ADF、NDF、ADL含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，其中處理4的CF、ADF、ADL含量極顯著高于其他處理(P<0.01)；處理4的NDF含量顯著高于其他處理(P<0.05)；Ca含量各處理間差異不顯著(P>0.05)；TP含量隨巨菌草生長高度的增加而降低，但各處理間差異不顯著(P>0.05)。

表1 不同生長高度巨菌草的常規(guī)營養(yǎng)成分Table 1 Conventional nutritional components of Pennisetum giganteum at different growth heights %

2.2 不同生長高度巨菌草的氨基酸含量及組成分析

2.2.1 不同生長高度巨菌草的氨基酸含量分析

由表2可知，EAA含量隨巨菌草生長高度的增加而呈現(xiàn)高—低—高—低的變化趨勢，非必需氨基酸(NEAA)含量隨巨菌草生長高度的增加而降低；處理1的EAA、NEAA以及總氨基酸(TAA)含量最高，且極顯著高于其他處理(P<0.01)，處理4則最低；隨巨菌草生長高度的增加EAA/NEAA值呈高—低—高的變化趨勢，EAA/CP值呈現(xiàn)高—低—高—低的變化趨勢，不同生長高度巨菌草的EAA/TAA值接近。

表2 不同生長高度巨菌草的氨基酸含量 Table 2 Amino acid contents of Pennisetum giganteum at different growth heights %

續(xù)表2項目Items處理1Treatment 1處理2Treatment 2處理3Treatment 3處理4Treatment 4合計 Total3.73±0.01Aa3.18±0.04Bc3.27±0.02Bb2.36±0.03Cd非必需氨基酸 NEAA天冬氨酸 Asp1.42±0.03Aa1.39±0.00ABa1.33±0.00Bb0.82±0.01Cd絲氨酸 Ser0.46±0.01Aa0.41±0.00Bb0.39±0.00Bc0.28±0.00Cd谷氨酸 Glu0.95±0.00Aa0.93±0.02Aa0.82±0.02Bb0.60±0.00Cc甘氨酸 Gly0.42±0.01Aa0.38±0.00Bb0.37±0.01Bb0.26±0.00Cc丙氨酸 Ala0.59±0.01Aa0.50±0.01Bc0.53±0.02Bb0.41±0.00Cd酪氨酸 Tyr0.30±0.01Aa0.23±0.00Bc0.25±0.00Bb0.17±0.00Cd脯氨酸 Pro0.49±0.02Aa0.44±0.01Bb0.45±0.01ABb0.29±0.01Cc半胱氨酸 Cys0.14±0.010.15±0.030.13±0.010.13±0.01合計 Total4.76±0.07Aa4.42±0.00Bb4.26±0.07Bc2.96±0.00Cd總氨基酸 TAA 8.48±0.08Aa7.60±0.05Bb7.54±0.09Bb5.32±0.03Cc必需氨基酸/非必需氨基酸 EAA/NEAA78727779必需氨基酸/總氨基酸 EAA/TAA44424344必需氨基酸/粗蛋白質(zhì) EAA/CP34323426

2.2.2 不同生長高度巨菌草的限制性氨基酸分析

對不同生長高度巨菌草的AAS和RC的分析(表3和表4)表明，處理1、處理2、處理3的第一限制性氨基酸是異亮氨酸(Ile)，第二限制性氨基酸是蘇氨酸(Thr)，第三限制性氨基酸是賴氨酸(Lys)；處理4的第一限制性氨基酸是Ile，Lys含量比Thr含量略高，因而，第二限制性氨基酸是Lys，第三限制性氨基酸是Thr；各處理Ile的RC最小，故巨菌草的第一限制氨基酸是Ile。

表3 不同生長高度巨菌草的必需氨基酸組成及比較分析Table 3 Composition and comparative analysis of essential amino acids of Pennisetum giganteum at different growth heights mg/g prot

表4 不同生長高度巨菌草的AAS和RCTable 4 AAS and RC of Pennisetum giganteum at different growth heights

續(xù)表4項目Items評分Score纈氨酸Val異亮氨酸Ile亮氨酸Leu酪氨酸+苯丙氨酸Tyr+Phe蛋氨酸+半胱氨酸Met+Cys賴氨酸Lys蘇氨酸Thr處理3 AAS1.15 0.45 1.14 2.080.990.69 0.52 Treatment 3RC1.15 0.45 1.14 2.080.990.69 0.52 處理4 AAS0.940.360.95 1.581.000.510.55 Treatment 4RC1.120.43 1.131.881.19 0.61 0.65

2.2.3 不同生長高度巨菌草的呈味氨基酸分析

氨基酸的呈味特性分為甜味氨基酸[Thr、絲氨酸(Ser)、甘氨酸(Gly)、丙氨酸(Ala)、Lys、脯氨酸(Pro)]、酸鮮味氨基酸[天冬氨酸(Asp)、谷氨酸(Glu)]、苦味氨基酸(Ile、亮氨酸(Leu)、苯丙氨酸(Phe)、組氨酸(His)、精氨酸(Arg)、蛋氨酸(Met)、纈氨酸(Val)][14]。本試驗結(jié)果(表5)顯示，甜味氨基酸和酸鮮味氨基酸含量隨巨菌草生長高度的增加而下降，處理1的甜味氨基酸和酸鮮味氨基酸含量最高，處理4的最低；苦味氨基酸含量隨巨菌草生長高度的增加而呈現(xiàn)低—高—低的趨勢,處理3的苦味氨基酸含量最高；處理1的(甜味氨基酸+酸鮮味氨基酸)/苦味氨基酸值最高。

表5 不同生長高度巨菌草的呈味氨基酸含量Table 5 Contents of taste amino acids of Pennisetum giganteum at different growth heights %

2.3 不同生長高度巨菌草的維生素及單寧含量分析

由表6可知，β-胡蘿卜素含量隨巨菌草生長高度的增加極顯著增加(P<0.01)，維生素C含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，處理1顯著低于其他處理(P<0.05)；維生素B6含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，處理4顯著高于其他處理(P<0.05)；維生素B1含量各處理間無顯著差異(P>0.05)；維生素E、維生素B2在實驗室條件下未檢出。單寧含量隨巨菌草生長高度的增加而降低，處理1顯著高于處理3和處理4(P<0.05)，與處理2差異不顯著(P>0.05)。

表6 不同生長高度巨菌草的維生素及單寧含量(鮮樣基礎(chǔ))Table 6 Vitamin and tannin contents of Pennisetum giganteum at different growth heights (fresh sample basis) ×10-2 mg/g

3 討 論

3.1 不同生長高度巨菌草的營養(yǎng)成分分析

3.1.1 不同生長高度巨菌草的常規(guī)營養(yǎng)成分分析

本試驗研究表明，巨菌草的初水分含量隨巨菌草生長高度的增加而減少，DM含量則隨巨菌草生長高度的增加而增加，與婁秀偉等[15]的研究結(jié)果一致。段傳宏等[8]研究認為，巨菌草區(qū)別于其他禾本科狼尾草屬植物，沒有開花和結(jié)果的過程，淮河源地區(qū)的巨菌草DM含量在生長期間呈現(xiàn)先慢后快的增長趨勢。有研究認為巨菌草青貯飼喂牛、羊的效果好于玉米和甜高粱青貯[16]。由于牧草水分含量高、DM含量低，影響青貯品質(zhì)[17]。因而，本試驗中生長高度200 cm下的巨菌草因初水分含量在80%以上，不宜單獨青貯，如果用于青貯，可以與DM含量高的物料混合后青貯；即使是生長高度200 cm以上的巨菌草，在單獨青貯時建議進行田間預(yù)干燥調(diào)制。

植物的營養(yǎng)物質(zhì)主要存在于DM中，因而隨巨菌草生長高度的增加GE增加。本試驗中EE和Ash含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，但陳碧成等[18]的研究認為EE和Ash含量隨巨菌草生長時間的延長而下降，本試驗結(jié)果與之報道不一致，可能是樣品采集有別或是生態(tài)環(huán)境、田間管理等不同所致，其具體原因有待探討。

本試驗測得CP含量隨巨菌草生長高度的增加而下降，與段傳宏等[8]、婁秀偉等[15]、陳碧成等[18]、丁銘等[19]分別在淮河源地區(qū)、貴州海拔1 386 m的關(guān)嶺縣、福建、新疆栽培的巨菌草CP含量變化規(guī)律一致。但本試驗中50～100 cm的巨菌草CP含量最高為10.90%，200～250 cm的巨菌草CP含量為9.03%，與上述研究有差異，其原因可能與樣品采集有別以及不同生態(tài)環(huán)境有關(guān)。段傳宏等[8]、丁銘等[19]、陳碧成等[18]按不同生長期采樣，婁秀偉等[15]采樣高度不同，但與本試驗采集的相同生長高度的巨菌草的CP含量也有差異。由于不同生態(tài)環(huán)境下巨菌草的生長特性和生長性能不同[6-9]，因而，不同生態(tài)環(huán)境栽培的巨菌草即使同一生長期的CP含量也不同。雷荷仙等[7]認為海拔高度通過影響環(huán)境因子(如溫度、濕度、水分、光照等)影響植物生長，尤其是溫度，其是影響植物生長的關(guān)鍵因素。有研究認為土壤條件也影響牧草CP含量，施用氮肥可以顯著提高牧草CP含量[20]。因而，巨菌草作為畜禽飼料時對于其CP含量應(yīng)根據(jù)實際情況采樣實測。

本試驗結(jié)果表明，CF、ADF、NDF和ADL含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，與陳碧成等[18]、段傳宏等[8]的研究結(jié)果一致，也與不同生長高度的象草[21]和王草[22]中CF、ADF、NDF和ADL含量的變化規(guī)律一致。

纖維對于單胃動物主要是非營養(yǎng)作用[23]。由于單胃動物不能分泌纖維素酶，對纖維的消化能力有限，纖維含量高影響其他營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用[24]，因而，建議單胃動物應(yīng)盡量選擇生長高度低于100 cm的巨菌草。對于反芻動物(羊和牛等)，因瘤胃中存在大量的微生物，對纖維消化利用率高，纖維能夠供給部分能量[25-26]，并且一定量的ADF、NDF和ADL有助于促進消化器官的發(fā)育[27]。因而，反芻動物比單胃動物能利用更多纖維，可選擇生長高度100 cm以上的巨菌草。

本試驗結(jié)果表明，不同生長高度巨菌草的Ca含量無顯著差異，但TP含量隨生長高度的增加而降低。鐘小仙等[28]研究認為施肥顯著影響雜交狼尾草植株TP和鎂(Mg)含量，對Ca含量無顯著影響。基肥施用氮磷鉀復(fù)合肥，可促進植株對Ca、Mg的吸收，顯著提高植株TP含量。因而不同地域或不同生長環(huán)境的巨菌草，其Ca、TP等礦物質(zhì)的含量隨生長時間推移的變化規(guī)律可能不同。

3.1.2 不同生長高度巨菌草的氨基酸組成分析

本試驗中巨菌草TAA含量隨生長高度的增加呈下降趨勢，與陳碧成等[18]在福建栽培的巨菌草的研究結(jié)果一致。因氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本原料，EAA的含量和比值與蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值密切相關(guān)[10]。FAO/WHO提出的理想蛋白質(zhì)的EAA/TAA值應(yīng)達到40%左右；EAA/NEAA值應(yīng)在60%以上[12,29]，并且越接近該標(biāo)準(zhǔn)，牧草蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值越高。本試驗中，不同生長高度巨菌草的EAA含量豐富，氨基酸種類齊全、且EAA/TAA值為42%～44%，大于40%，EAA/NEAA值為70%以上，大于60%，表明巨菌草的蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值較高，可以作為畜禽飼糧的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源。

植物原料蛋白質(zhì)的主要限制性氨基酸是Met和Lys[30-31]。劉遠等[32]對在福建栽培的雜交狼尾草的研究發(fā)現(xiàn)Met是第一限制性氨基酸。陳碧成等[18]對在福建栽培的巨菌草的測定結(jié)果為含硫氨基酸(Met和Cys)含量最低，認為含硫氨基酸是巨菌草的限制性氨基酸。而本試驗根據(jù)AAS和RC得出巨菌草的第一限制性氨基酸為Ile，與上述研究結(jié)果不一致。田春麗等[20]研究發(fā)現(xiàn)，不同硒、鋅水平配施苜蓿對其氨基酸含量和組成有顯著影響，低硒、高鋅可以提高EAA含量以及EAA/NEAA和EAA/TAA值更接近FAO/WHO的標(biāo)準(zhǔn)，低硒可以提高含硫氨基酸含量，高硒會顯著降低含硫氨基酸含量；施用氮肥可以顯著提高牧草EAA含量。因而，生長環(huán)境不同是否對巨菌草氨基酸合成能力有影響，有待于進一步研究探討。

動物采食量可衡量其攝入營養(yǎng)物質(zhì)數(shù)量，適口性影響動物的采食量[33-35]。研究認為，氨基酸會影響動物采食[36]，適量Arg可以促進動物采食，增加Thr含量可以促進采食，Leu、Ile、Val對動物采食量的影響具有拮抗作用[37]。本試驗中，50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm、200～250 cm巨菌草的甜味氨基酸+酸鮮味氨基酸含量分別是苦味氨基酸含量的2.21倍、1.89倍、1.71倍、1.62倍，說明不同生長高度巨菌草的口感不同，50～100 cm巨菌草的適口性較好。豬對飼料的味道比較敏感，因此，生長高度50～100 cm的巨菌草對于豬的適口性可能較好。

3.1.3 不同生長高度巨菌草的維生素含量分析

有研究表明，多年生牧草中維生素含量隨季節(jié)性變化而變化[38]。本試驗分析表明，β-胡蘿卜素、維生素C、維生素B6含量隨巨菌草生長高度的增加而增加，不同生長高度巨菌草的維生素B1含量變化不大，說明維生素含量隨巨菌草的生長高度不同變化不同。維生素E、維生素B2在實驗室條件下未檢出，說明巨菌草中這2種維生素的含量很低。

3.2 不同生長高度巨菌草的單寧含量分析

單寧具有苦澀味，是影響牧草對動物適口性的重要因素。單寧與營養(yǎng)物質(zhì)如蛋白質(zhì)、氨基酸等絡(luò)合而降低營養(yǎng)物質(zhì)的消化利用[39]。有研究認為，豬和家禽飼糧DM中單寧含量低于1%為宜；反芻動物對單寧的耐受性較高，飼糧DM中單寧含量低于3%或5%為宜[40]。本試驗中，50～100 cm、100～150 cm、150～200 cm、200～250 cm巨菌草中單寧含量(鮮樣基礎(chǔ))分別為4.96、4.91、4.71、4.15 mg/g，即本試驗中巨菌草單寧含量隨巨菌草生長高度的增加而降低。謝焰鋒等[40]研究認為巨菌草葉中單寧含量隨生長時間的延長逐漸增多。本試驗分析結(jié)果與之報道不一致，其可能原因是否與樣品采集有別或生長環(huán)境有異有關(guān)，有待進一步研究。

4 結(jié) 論

巨菌草的營養(yǎng)成分受生長期的影響明顯，川中丘陵地區(qū)的巨菌草與其他生態(tài)環(huán)境的巨菌草的部分營養(yǎng)成分變化規(guī)律不同。單胃動物宜選擇生長高度100 cm以下的巨菌草，反芻動物選擇生長高度100 cm以上的巨菌草較適宜。因而，巨菌草作為畜禽用飼料應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦耘嗟木蘧轄I養(yǎng)成分實測值進行配制應(yīng)用。