外源生物制劑對玉米秸稈和馬鈴薯渣混貯品質(zhì)及瘤胃降解率的影響

馮 鵬，吳宏達(dá)，鄭海燕，楊 曌，王 迪，師 臣，孟凡坤

(1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院草業(yè)研究所，哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，哈爾濱 150086；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，齊齊哈爾 161005；4.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大慶分院，大慶 163316；5.明水縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，綏化 151700)

薯渣作為馬鈴薯深加工主要副產(chǎn)物，其水分含量高，不易長距離運(yùn)輸，致使薯渣未能有效利用[1]。玉米秸稈可溶性碳水化合物含量較低，緩沖能高，不易于直接調(diào)制優(yōu)質(zhì)青貯飼料。玉米秸稈與薯渣混貯可以有效地利用薯渣淀粉含量較高的優(yōu)點(diǎn)，為玉米秸稈青貯發(fā)酵提供充足的底物[2]。大量的研究結(jié)果表明，利用生物制劑可以提高玉米秸稈與薯渣混貯飼料飼喂效果[3]。OKine等[4]研究薯渣青貯發(fā)酵效果發(fā)現(xiàn)，薯渣發(fā)酵飼料營養(yǎng)價(jià)值較高，可以作為反芻動(dòng)物飼料的能量來源。賈軍[5]研究認(rèn)為，薯渣與玉米秸稈1∶3混合青貯，青貯飼料粗蛋白質(zhì)(CP)含量顯著增加，中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)含量顯著降低。申瑞瑞[6]研究微生物發(fā)酵劑對薯渣與玉米秸稈混貯效果的影響，結(jié)果表明微生物發(fā)酵劑提高了薯渣和玉米秸稈青貯飼料的發(fā)酵品質(zhì)和瘤胃降解率。陶蓮[7]認(rèn)為，外源酶菌混合處理顯著降低玉米秸稈青貯飼料中性洗滌纖維和酸性木質(zhì)素含量，并且瘤胃消化吸收纖維素和中性洗滌纖維能力顯著提高。Yang等[8]報(bào)道，在泌乳早期奶牛精料補(bǔ)充料中添加復(fù)合酶制劑顯著提高產(chǎn)奶量，并顯著提高干物質(zhì)(DM)和CP消化率。

盡管酶菌制劑在玉米秸稈飼料化利用已見相關(guān)報(bào)道，但有關(guān)飼用酶制劑在玉米秸稈與薯渣混合青貯中的應(yīng)用還相對較少，尤其是非淀粉多糖酶與木質(zhì)素降解酶結(jié)合應(yīng)用報(bào)道更少。本研究通過分析驗(yàn)證外源生物制劑提高玉米秸稈與薯渣混貯飼料品質(zhì)及瘤胃降解率，篩選高效的飼用生物制劑，探索秸稈飼料轉(zhuǎn)化技術(shù)，為玉米秸稈高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間及地點(diǎn)

試驗(yàn)于2020年8月-2021年1月在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院民主園區(qū)試驗(yàn)基地和黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院開放試驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)地位于哈爾濱市道外區(qū)民主鄉(xiāng)，該區(qū)域年降雨量519.28 mm，平均氣溫3.5 ℃。

1.2 青貯調(diào)制

青貯原料為糧飼兼用型玉米秸桿(原單32)和克新1號馬鈴薯渣，營養(yǎng)成分含量見表1。玉米籽粒收獲后，將玉米秸稈切至約2～3 cm，與薯渣按照3∶1比例混合均勻，水分含量控制在70%左右，1 000 g混合均勻樣品按試驗(yàn)設(shè)計(jì)添加生物制劑，聚乙烯袋分裝，抽真空后封口。室溫條件下發(fā)酵60 d后開包進(jìn)行感官鑒定，分析混貯飼料發(fā)酵品質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)，其中，DM是以鮮樣為基礎(chǔ)，其他指標(biāo)均以DM為基礎(chǔ)。

表1 青貯原料營養(yǎng)成分含量

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共設(shè)置15個(gè)處理組(表2)：4個(gè)酶制劑處理組(CE1、CE2、CE3、CE4)；1個(gè)菌制劑處理組(LAB)；9個(gè)酶菌復(fù)合處理組(MCL1、MCL2、MCL3、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8和MCL9)；同時(shí)設(shè)置對照(CK)。各處理組原料及青貯樣品各3次重復(fù)。試驗(yàn)所用酶制劑均購自寧夏夏盛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司。其中，木聚糖酶酶活力為180 000 U/g；β-葡聚糖酶酶活力10 000 U/g；果膠酶酶活力2 500 U/g；纖維素酶酶活力1 000 U/g；漆酶酶活力為10 000 U/g，乳桿菌為2×1010CFU/g。

表2 試驗(yàn)分組

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 感官評價(jià) 感官評價(jià)采用德國農(nóng)業(yè)協(xié)會(Deutche Lan Geseutschaft，DLG)評分標(biāo)準(zhǔn)[9]。

1.4.2 發(fā)酵參數(shù)測定 開袋后，按玉米秸稈與馬鈴薯渣3∶1比例，稱取飼料樣品20 g，加蒸餾水180 mL，攪碎混勻，過濾，測定pH[10]；苯酚-次氯酸比色法測定氨態(tài)氮含量[11]；SHIMADZE-10A型高效液相色譜儀測定青貯飼料樣品有機(jī)酸含量[12]。色譜條件：色譜柱為Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30 mm×8 mm，檢測器為SPD-M10AVP，進(jìn)樣量為10 μL，流速為1 mL/min，高氯酸溶液流動(dòng)相為3 mmol/L，柱溫為50 ℃，檢測波長為210 nm。

1.4.3 營養(yǎng)品質(zhì)測定 玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料DM含量采用105 ℃烘干法測定[13]；可溶性碳水化合物(WSC)采用蒽酮-硫酸比色法測定[14]；CP含量采用杜馬斯燃燒法測定[15]、NDF、ADF、半纖維素(hemicellulose)、酸性洗滌木質(zhì)素(ADL)測定方法參見《飼料分析及飼料質(zhì)量檢測技術(shù)》[16]。

1.4.4 瘤胃降解率測定 選用6只健康、裝有永久瘤胃瘺管的杜泊×小尾寒羊F1代雜交羯羊，體重(60.0±4.0)kg，隨機(jī)分為2組，每組3只羊。基礎(chǔ)飼糧(表3)中粗飼料占60%，每日8:00和18:00各飼喂1次，共1 200 g，自由飲水，預(yù)試期7 d。分別稱取各處理和對照組玉米秸稈青貯樣品粉末2.5 g(65 ℃烘干48 h，回潮24 h，粉碎后過1 mm篩)，裝入10 cm× 6 cm 300目尼龍袋，設(shè)置2個(gè)平行，72 h后取回[17]。72 h降解率：A(%)=(B-C)/B×100%[18]。式中，A為待測飼料的某種營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃72 h的消失率(%)；B為待測樣品中某種營養(yǎng)物質(zhì)含量(g)；C為待測樣品尼龍袋殘?jiān)心撤N營養(yǎng)物質(zhì)含量(g)。

表3 基礎(chǔ)飼糧組成及營養(yǎng)水平(干物質(zhì)基礎(chǔ))

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用SAS 8.1統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析，顯著水平設(shè)為P<0.05，試驗(yàn)結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。所有試驗(yàn)設(shè)重復(fù)3次。

2 結(jié) 果

2.1 玉米秸稈與薯渣混貯飼料感官評價(jià)

青貯發(fā)酵60 d后，各處理組玉米秸稈與薯渣混貯飼料均有酸香氣味，僅CE3處理組酸香氣味略淡；各處理組莖葉結(jié)構(gòu)保持良好，質(zhì)地柔軟松散，無黏手現(xiàn)象，無霉變情況發(fā)生。色澤上均為淡黃色。各處理感官評定質(zhì)量均達(dá)到了優(yōu)級。

2.2 生物制劑對混貯飼料發(fā)酵品質(zhì)的影響

從表4可知，不同生物制劑處理組pH和氨態(tài)氮/總氮比例均顯著低于對照(P<0.05)。本試驗(yàn)中MCL2處理pH最低，為3.60，顯著低于其他處理組(P<0.05)。菌處理組(LAB)和酶菌處理組(MCL1、MCL2、MCL3、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)pH明顯低于酶處理組(CE1、CE2、CE3、CE4)。

表4 各組混貯飼料發(fā)酵參數(shù)

酶處理組和酶菌復(fù)合處理組玉米秸稈與薯渣混貯飼料中乳酸、乙酸含量顯著高于菌處理組和對照(P<0.05)，其中MCL2和MCL4處理乳酸含量最高，分別為2.82%、2.77%。僅CE3和MCL1處理組檢測出微量丙酸，青貯樣品中均未檢出丁酸。

2.3 生物制劑對混貯飼料營養(yǎng)成分含量的影響

由表5可知，與對照相比，酶制劑、乳桿菌、酶菌混合處理組玉米秸稈與薯渣混貯飼料DM含量差異均不顯著(P>0.05)，CP含量均顯著高于對照組(P<0.05)；各處理組可溶性碳水化合物含量均顯著低于對照組(P<0.05)，其中菌處理組、酶菌混合處理組可溶性碳水化合物含量均顯著低于酶處理組(P<0.05)；與對照相比，各處理組纖維素、NDF及ADF含量均顯著降低(P<0.05)，其中MCL2處理最低，分別為22.86%、53.43%、33.99%；各處理及對照組間半纖維素含量差異均不顯著(P>0.05)；漆酶添加組(CE3、CE4、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)混貯飼料酸性洗滌木質(zhì)素含量均顯著低于其他未添加漆酶處理(P<0.05)；并且漆酶添加量為2 g/3 kg的處理組(CE4、MCL5、MCL7、MCL9)酸性洗滌木質(zhì)素含量數(shù)值上均低于漆酶添加量為1 g/3 kg的處理組(CE3、MCL4、MCL6、MCL8)。

表5 各組混貯飼料干物質(zhì)及營養(yǎng)物質(zhì)含量

2.4 生物制劑對混貯飼料營養(yǎng)成分瘤胃降解率的影響

由表6可知，玉米秸稈與薯渣混貯各處理組DM和CP的72 h瘤胃降解率均高于玉米秸稈青貯原料(分別為52.45%和20.54%)。與對照相比，不同生物制劑處理均可顯著提高玉米秸稈與薯渣混貯飼料中DM和CP的72 h瘤胃降解率(P<0.05)，其中MCL2處理最高，分別為58.62%和51.85%。

玉米秸稈與薯渣混貯飼料NDF、ADF、纖維素72 h瘤胃降解率均表現(xiàn)為添加纖維素酶處理組(CE1、CE2、MCL2、MCL3、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)顯著高于未添加纖維素酶處理(P<0.05)(表6)；其中MCL2處理NDF、ADF、纖維素72 h瘤胃降解率均最高。纖維素酶添加量1 g/3 kg處理組(CE1、MCL2、MCL6、MCL7)纖維素72 h瘤胃降解率顯著高于其他處理(CE2、MCL3、MCL8、MCL9)(P<0.05)。半纖維素72 h瘤胃降解率在各混貯飼料組間差異均不顯著(P>0.05)。漆酶添加組(CE3、CE4、MCL4、MCL5、MCL6、MCL7、MCL8、MCL9)青貯飼料酸性洗滌木質(zhì)素72 h瘤胃降解率均顯著高于其他未添加漆酶處理組(P<0.05)，漆酶添加量為2 g/3 kg的處理(CE4、MCL5、MCL7、MCL9)酸性洗滌木質(zhì)素72 h瘤胃降解與漆酶添加量為1 g/3 kg的處理組(CE3、MCL4、MCL6、MCL8)差異不顯著(P>0.05)。

表6 原料及各組混貯飼料營養(yǎng)物質(zhì)的72 h瘤胃降解率

3 討 論

3.1 玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料發(fā)酵品質(zhì)

氨態(tài)氮與總氮比值是評判青貯飼料CP保存或分解的重要指標(biāo)之一，數(shù)值越大，則CP分解越多[19]。有研究認(rèn)為優(yōu)質(zhì)青貯飼料氨態(tài)氮與總氮比值應(yīng)<10%[20-21]，本試驗(yàn)中，與對照相比，添加外源生物制劑處理玉米秸稈與馬鈴薯渣，氨態(tài)氮占總氮的比例顯著下降，pH迅速降低，說明生物制劑在一定程度上可以提高混貯飼料發(fā)酵品質(zhì)。同時(shí)，各生物制劑處理組氨態(tài)氮與總氮比值在6.88～7.81，且均未檢出丁酸，說明玉米秸稈與馬鈴薯渣可以作為混貯原料調(diào)制優(yōu)質(zhì)青貯飼料。Souza等[22]研究表明，添加酶處理玉米秸稈青貯發(fā)酵后，原料與青貯料DM含量差異不顯著，本試驗(yàn)結(jié)果與其相符，說明玉米秸稈和馬鈴薯渣混貯飼料經(jīng)酶處理后，青貯原料的營養(yǎng)物質(zhì)較大程度保留了下來。本研究還發(fā)現(xiàn)，不同生物制劑處理玉米秸稈和馬鈴薯渣混貯飼料樣品乳酸含量>乙酸>丙酸，說明玉米秸稈與馬鈴薯渣混合青貯為乳酸發(fā)酵類型。本試驗(yàn)中，酶處理組和酶菌處理組混貯飼料乳酸、乙酸含量顯著高于菌處理組及對照，說明酶處理組和酶菌處理組有機(jī)酸含量顯著提高，發(fā)酵效果好，DM最大程度得以保存，提高青貯發(fā)酵品質(zhì)，這與任海偉等[23]研究結(jié)果一致。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，酶菌復(fù)合處理對玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯發(fā)酵促進(jìn)作用比酶制劑處理更大。

3.2 外源生物制劑降解混貯飼料中纖維性物質(zhì)

玉米秸稈細(xì)胞壁緊實(shí)致密，其中纖維素、半纖維素和木質(zhì)素含量較高，很大程度上制約了家畜對玉米秸稈的飼料化利用[24]。在玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯中添加外源生物制劑，一方面為了利用馬鈴薯渣非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量高的優(yōu)點(diǎn)，為玉米秸稈青貯發(fā)酵提供充足底物[25]；另外，外源生物制劑補(bǔ)充家畜消化系統(tǒng)內(nèi)源酶含量，并使其活性增強(qiáng)，促進(jìn)玉米秸稈青貯乳酸發(fā)酵，尤其是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素的消化吸收，進(jìn)而提高玉米秸稈的利用率[26]。本試驗(yàn)中，與對照相比，玉米秸稈與薯渣混貯飼料纖維素、NDF及ADF含量顯著降低，其中MCL2處理最低，說明酶處理組和酶菌處理有效降低了青貯原料的結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量，促進(jìn)乳酸菌發(fā)酵，提高了玉米秸稈的發(fā)酵品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)，這與呂文龍等[27]和申瑞瑞等[28]的研究結(jié)果一致。

3.3 酶制劑及其添加量

目前，飼用生物制劑成本較高，確定最佳添加量尤為重要[29]。有研究認(rèn)為，添加量不足，營養(yǎng)水平及飼喂效果不明顯；過剩添加酶制劑，可能降低反芻家畜瘤胃對青貯飼料的消化吸收[30]。本試驗(yàn)用到的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶和纖維素酶以及漆酶，分別起到了降解半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的效果，在提高玉米秸稈青貯飼料營養(yǎng)品質(zhì)的同時(shí)，提高家畜對玉米秸稈消化吸收效率。本試驗(yàn)考慮青貯成本，纖維素酶和漆酶選定1和2 g/3 kg兩個(gè)添加量處理，結(jié)果表明，纖維素酶添加量為1 g/3 kg的處理組(CE1、MCL2、MCL6、MCL7)纖維素、NDF、ADF 72 h瘤胃降解率均高于2 g/3 kg處理組(CE2、MCL3、MCL8、MCL9)，結(jié)合玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料營養(yǎng)物質(zhì)，得出1 g/3 kg纖維素酶添加量為宜。

3.4 外源酶制劑提高混貯飼料營養(yǎng)物質(zhì)瘤胃降解率

半纖維素與木質(zhì)素通過共價(jià)鍵結(jié)合在一起，纖維素分子被其包裹，形成屏障，將纖維素分子與消化酶隔絕，降低家畜瘤胃纖維素分子消化吸收，嚴(yán)重制約了農(nóng)作物秸稈的飼料化利用[31]。有研究表明，由于纖維類物質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且木質(zhì)素在反芻動(dòng)物瘤胃中很難降解，所以DM和CP在反芻動(dòng)物瘤胃中降解高于纖維素降解率[32]。本試驗(yàn)中，玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料DM和CP 72 h瘤胃降解率高于中性洗滌纖維降解率，這與上述觀點(diǎn)相符。Gado等[33]和Titi等[34]報(bào)道，外源酶制劑顯著提高了玉米秸稈青貯原料的DM消化率，特別是中性洗滌纖維消化率。本試驗(yàn)中，與對照相比，玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料中性洗滌纖維72 h瘤胃降解率顯著提高。何長芳等[35]研究證實(shí)，青海半細(xì)毛羔羊飼喂經(jīng)纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果膠酶、糖化酶、菌體蛋白、維生素和礦物質(zhì)的復(fù)合酶處理的小麥秸稈90 d，較對照增重1.71 kg，增重幅度達(dá)19.95%，說明秸稈添加纖維素酶、木聚糖酶等外源酶制劑青貯發(fā)酵后，可以提高秸稈纖維組分的瘤胃降解率。

有研究報(bào)道，酶制劑和乳酸菌制劑混合使用，青貯料的NDF、ADF、半纖維素和纖維素含量降低[36-37]。本試驗(yàn)中，酶菌處理組和酶處理組乳酸、乙酸含量顯著高于菌處理組，酶菌處理組NDF、ADF含量低于酶處理組和菌處理組；酶菌處理組中性洗滌纖維瘤胃降解率顯著高于酶處理組和菌處理組，與前人研究結(jié)果相似。說明酶菌復(fù)合處理提高混貯飼料青貯品質(zhì)效果好于酶、菌單一作用。原因可能是纖維素酶的協(xié)同作用能夠使纖維素鏈間及鏈內(nèi)氫鍵打開，形成無序的非結(jié)晶的纖維素，纖維成分更容易被降解。

4 結(jié) 論

綜合玉米秸稈與馬鈴薯渣混貯飼料發(fā)酵品質(zhì)、營養(yǎng)成分及養(yǎng)分瘤胃降解率，酶菌復(fù)合處理效果>酶處理>菌處理，其中MCL2處理(木聚糖酶1 g/3 kg、果膠酶1 g/3 kg、β-葡聚糖酶1 g/3 kg、乳桿菌3 g/3 kg、纖維素酶1 g/3 kg)效果最佳；纖維素酶降低玉米秸稈混貯飼料纖維素、酸性洗滌纖維、中性洗滌纖維含量，最適纖維素酶添加量為1 g/3 kg。