卡亞和雜交構樹的飼用營養價值及其比較分析

劉果　尚秀華　張沛健　高麗瓊　彭彥

關鍵詞：卡亞；雜交構樹；飼用營養價值；鈣磷比；限制性氨基酸

中圖分類號：S816.15 文獻標識碼：A

畜牧業是現代農業產業體系的重要組成部分。大力發展畜牧業，對促進農業結構優化升級，增加農民收入，改善國民膳食結構，提高國民體質具有重要意義[1]。《“十四五”全國飼草產業發展規劃》中指出，飼草是草食畜牧業發展的物質基礎，飼草產業是現代農業的重要組成部分，是調整優化農業結構的重要著力點。截至2020 年，我國對優質飼草的需求總量仍有近5000 萬t 的缺口，占總需求量1.2 億t 的41.67%。針對我國優質飼料資源嚴重短缺的現狀，尋找傳統飼料的補充資源和非常規飼料資源的開發利用，增加飼料原料的供給，是緩解當前需求的重要途徑[2]。木本飼料作為一種新型飼料資源，不僅具有較強環境適應能力和高產量的特點，并且營養豐富，資源充足[3-4]。因此，對木本飼料的開發利用將是解決我國飼料資源短缺的突破口。

卡亞（Cnidoscolus aconitifolius）又名樹菠菜或木菠菜，為大戟科（Euphorbiaceae）多年生灌木[5-6]，是一種綜合營養價值較高的新型木本蔬菜，其葉和嫩枝可像菠菜一般烹調食用[7]。同時，卡亞枝葉粗蛋白質和粗脂肪含量較高、氨基酸和礦物質元素種類豐富、纖維素含量較低，是一種優質木本蛋白飼料[8]。卡亞易于生長，適宜溫熱、潮濕氣候，能夠生長于全日照或半陰環境，是一種理想的喬木林下經濟植物[9-10] 。雜交構樹（ hybrid Broussonetia papyrifera ） 是桑科（Moraceae）落葉喬木[11-12]，由中國科學院植物研究所利用現代生物技術和傳統雜交育種方法培育的新樹種，具有較強的抗逆性、速生豐產性和病蟲害少等特點[13]，不僅是保護生態環境和水土保持的優良樹種，其樹葉蛋白質含量高，加工后可用于生產飼料，也是一種綠色、高效的木本蛋白飼料資源，已在我國很多省（區）被推廣和應用[14]。

蔣劍春院士曾指出，通過以樹代糧，種養循環，可以解決我國蛋白飼料原料短缺的問題[15]。因此，本研究以卡亞和雜交構樹為研究對象，對這2 種新型優質的木本蛋白質飼料原料的常規營養成分、礦物質元素和氨基酸組分進行測定和比較分析，并分別對2 種木本飼料植物的主要營養成分進行相關性分析，為新型木本飼料植物的合理開發和利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

供試卡亞和雜交構樹均種植于廣東省湛江市遂溪縣南方國家級林木種苗示范基地，其中，卡亞是由中國林業科學研究院速生樹木研究所于2016 年引種自美國德克薩斯州。遂溪縣屬北熱帶濕潤大區雷瓊區北緣，為海洋性季風氣候。年平均氣溫為23.1℃，年平均降雨量1567 mm，夏季潮濕，冬季干旱，土層深厚肥沃，具有良好的保水能力。

以3 年生卡亞和雜交構樹的葉片作為測定材料，分別隨機采集新鮮葉片300 g，設置3 個重復，每個重復采集3 株植株。將新鮮的卡亞和雜交構樹葉片分別制成實驗室干樣，按照GB/T 20195—2006 標準制備樣品，粉碎后過篩（1.00 mm），袋裝密封保存，備用。

1.2 方法

樣品中水分（moisture， M）含量的測定參照GB/T 6437—2014《飼料中水分的測定》；粗蛋白質（crude protein， CP）含量的測定參照GB/T 6437—2018《飼料中粗蛋白質測定方法》；粗脂肪（etherextract， CEE）含量的測定參照GB/T 6433—2006《飼料中粗脂肪的測定》；粗纖維（crude fibre， CF）含量的測定參照GB/T 6434—2006《飼料中粗纖維的含量測定 過濾法》；粗灰分（Ash）含量的測定參照GB/T 6438—2007《飼料中粗灰分的測定》；酸性洗滌纖維（acid detergent fiber， ADF）含量的測定參照NY/T 1459—2007《飼料中酸性洗滌纖維的測定》；中性洗滌纖維（neutral detergent fiber，NDF）含量的測定參照GB/T 20805—2006《飼料中中性洗滌纖維的測定》；總磷（P）含量的測定參照GB/T 6437—2018《飼料中總磷的測定 分光光度法》；鈣（Ca）含量的測定參照GB/T 6437—2018《飼料中鈣的測定》；18 種氨基酸組分的測定參照GB/T 18246—2000《飼料中氨基酸的測定》；鎂（Mg）、鉀（K）、錳（Mn）、鐵（Fe）、銅（Cu）、鋅（Zn）等礦物質元素含量的測定參照GB/T 14924.12—2001《實驗動物 配合飼料 礦物質和微量元素的測定》。每個樣品進行3 個技術重復測定。

碳水化合物（total carbohydrate， TC）和無氮浸出物（nitrogen free extract， NFE）參照以下公式計算[16]：

1.3 相關預測模型及計算

（1）利用CP、EE 和TC 的熱卡系數（Atwaterfactors）（4， 9， 4）對能量值（caloric values， CV）進行計算，其預測模型為：CV=4×CP+9×EE+4×TC。CV 單位為kcal/100 g[17]。

（2）干物質隨意采食量（dry matter intake，DMI）預測模型為：DMI（%）=120/NDF（%）。

（3）可消化干物質（digestible dry matter，DDM）的預測模型為：DDM（%）=88.9?0.779×ADF（%）。

（4）飼料相對值（relative feed value， RFV）的預測模型為：RFV ＝ DMI（%）×DDM（%）?/1.29。式中，DMI 為占體重的百分比（%）；DDM 為占干物質的百分比（%）[18]。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel 2016 軟件進行整理，并利用SPSS 20.0 軟件進行t 檢驗的差異分析和Pearson 相關性分析。

2 結果與分析

2.1 常規營養成分含量的比較分析

概略養分分析法把飼料組成成分分為水分（M）、粗灰分（Ash）、粗蛋白質（CP）、粗脂肪或乙醚浸出物（EE）、粗纖維（CF）和無氮浸出物（NFE）[19]。根據對卡亞和雜交構樹樣品進行常規營養成分含量的測定結果顯示（表1），卡亞葉片含水量為86.34%，極顯著高于雜交構樹葉片的含水量（71.64%）；二者樣品中的CP 含量均較高，其中卡亞葉片中CP 含量（23.96%）顯著高于雜交構樹（21.04%）；EE 在卡亞（4.20%）和雜交構樹（3.87%）中的含量差異不顯著；雜交構樹中的CF含量為12.22%，顯著高于卡亞葉片中CF 含量（9.80%）；雜交構樹葉片中Ash 含量為15.47%，極顯著高于卡亞中Ash 含量（10.42%）；TC 在卡亞和雜交構樹中的含量分別為41.42%和40.29%，差異不顯著；卡亞的ADF 含量與雜交構樹中的含量相近差異不顯著，而雜交構樹中的NDF 含量（23.30%）極顯著高于卡亞中NDF 含量（15.38%）。由此可知，卡亞和雜交構樹2 種木本植物作為飼用植物的營養價值均較高，卡亞的幾種常規營養成分略優于雜交構樹，二者均是蛋白質含量較高且纖維含量較低的優質木本蛋白飼料原料。

對于有飼用價值的植物，能量值（CV）是其飼用價值的評價標準之一[20]。利用熱卡系數分別對卡亞和雜交構樹樣品中的CV 進行計算，結果（表1）顯示，2 種植物的CV 均較高，其中卡亞的CV（ 299.34 kcal/100 g）顯著高于雜交構樹（280.13 kcal/100 g）。飼料相對值（RFV）是廣泛使用的粗飼料質量評定指數之一[21]，其預測僅依賴于ADF、NDF 含量。由表1 可知，卡亞和雜交構樹的RFV 分別為475.98 和307.56，ADF 值分為13.64 和15.77，NDF 值分別為15.38 和23.30。根據中國畜牧業協會制定的T/CAAA 001—2018《苜蓿 干草質量分級》[22]中特級、優級、一級、二級和三級的標準可得，卡亞滿足CP≥ 22.00%，NDF<34.0%，ADF<27.0%，RFV>185 的優級標準。由此說明，卡亞屬于特級木本飼料原料，雜交構樹屬于優級木本飼料原料，二者作為粗飼料整體效果均較優，飼用價值高。

2.2 礦物質元素含量的比較分析

對卡亞和雜交構樹葉片分別進行8 種礦物質含量的測定，結果表明（表2），雜交構樹中Ca 含量顯著高于卡亞，Fe 和Mn 含量極顯著高于卡亞，卡亞中P 含量極顯著高于雜交構樹，卡亞中Zn 含量是雜交構樹中的19.48 倍，極顯著高于雜交構樹，卡亞中Cu 含量極顯著高于雜交構樹，卡亞中Mg含量與雜交構樹中的含量差異不顯著。

研究表明，適宜的鈣磷比，對禽畜的生長發育和繁殖等有至關重要的作用[23]。雜交構樹葉片中鈣和磷的含量分別高達2894.33、362.33 mg/100 g，鈣磷比例為接近8∶1，遠高于一般飼料中鈣磷比的需求。卡亞中鈣和磷含量分別為2309.25、1265.62 mg/100 g，二者比例為1.82∶1，接近正常情況下飼料中鈣磷比（2∶1）。由此可知，卡亞和雜交構樹中礦物質元素種類豐富，Ca 元素含量高，卡亞中鈣磷比例較雜交構樹更優，更能夠較好滿足畜禽生長發育過程中的礦質元素需求。

2.3 氨基酸含量的比較分析

卡亞和雜交構樹2 種植物樣品中18 種氨基酸含量（表3）的分析表明，有12 種氨基酸含量在卡亞和雜交構樹樣品中存在顯著差異，其中，10種氨基酸（天冬氨酸Asp、絲氨酸Ser、谷氨酸Glu、脯氨酸Pro、胱氨酸Cys、纈氨酸Val、絡氨酸Tyr、組氨酸His、精氨酸Arg 和色氨酸Trp）在卡亞和雜交構樹的含量中達到差異極顯著水平。由表3 可知，卡亞和雜交構樹中各氨基酸含量比例相似且均較理想，2 種植物均以谷氨酸Glu含量最高，分別為4.16%和3.19%，其次為亮氨酸Leu（分別為2.37%和2.12%），天冬氨酸Asp在雜交構樹中含量也較高（2.20%）。另外，卡亞和雜交構樹中均以胱氨酸Cys 和色氨酸Trp 含量最低。卡亞的氨基酸總含量（24.02%）顯著高于雜交構樹的氨基酸總含量（22.60%）。18 種氨基酸中， 卡亞和雜交構樹的11 種必需氨基酸（essential amino acid， EAA）總含量占氨基酸總量比例分別為48.14%和45.69%，非必需氨基酸（non-essential amino acid， NEAA）含量占氨基酸總量分別為51.86%和54.31%。聯合國糧農組織（ FAO ） 和世界衛生組織（ WHO ） 推薦，EAA/NEAA 在60%以上，EAA/TAA 在40%以上為質量較高的蛋白質[24]。卡亞和雜交構樹中EAA/NEAA 均在60%以上，且EAA/TAA 均大于40%，由此可知，卡亞和雜交構樹均能為禽畜提供比較優質的蛋白質。

飼料蛋白質中常將賴氨酸Lys、蛋氨酸Met或色氨酸Trp 分別稱為第一、第二和第三限制性氨基酸（limiting amino acid， LAA）。3 種LAA的含量與動物機體能否順利合成蛋白質密切相關[25]。在卡亞和雜交構樹中3 種LAA 的總含量分別為2.92%和2.90%，其中，賴氨酸Lys 的含量較高且差異不顯著，分別為1.40%和1.45%。含硫氨基酸包括蛋氨酸Met 和胱氨酸Cys，是反芻動物營養中的限制性氨基酸，也是構成家畜毛角蛋白最重要的氨基酸[25]。由表3 可知，卡亞和雜交構樹中含硫氨基酸含量較高，分別為0.76%和0.51%。由此可知，卡亞和雜交構樹LAA 種類齊全，含量豐富，適合禽畜生長和發育。

2.4 各營養指標間的相關性分析

利用Pearson 相關系數法分別分析卡亞和雜交構樹各營養指標間的相關性。由表4 可知，卡亞葉片中M 與CV 呈強負相關關系（r=?0.60），CP 與NFE、TC 呈強負相關關系，與EE 呈強負相關關系（r=?0.89）；EE 與NFE、ADF 呈強正相關關系，其中與ADF 達極強正相關（r=0.81）；Ash 與NEF、TC、CF、ADF、NDF 均呈強負相關關系，與RFV 呈極強正相關關系（r=0.92）；NFE 與TC、CF 呈強正相關關系，其中與TC 相關性達到極強水平（r=0.80）；TC 與CF、ADF、NDF 呈強正相關關系；CF 與NDF 呈極強正相關關系（r=0.96），與ADF 呈強正相關關系；NDF和ADF 間呈極強正相關關系（r=0.87），并且二者均與RFV 呈極強負相關關系（ r=?0.91，r=?1.00）。由此可得，卡亞樣品中RFV 與NDF、ADF、CF、TC 均呈負相關，即NDF、ADF、CF、TC 含量越低，RFV 越高，卡亞飼用價值越高；反之，卡亞樣品中Ash 與RFV 呈正相關，即卡亞中Ash 越高，RFV 越高，卡亞飼用價值越高。卡亞樣品中CV 僅與M 呈負相關關系，即卡亞中M越低，CV 越高，單位重量的卡亞提供的能量值越高。卡亞中EE、NFE 均與RFV 呈中等程度相關，CP、M、CV 均與RFV 呈弱相關關系。

雜交構樹與卡亞樣品中各指標間的相關性存在差異（表5）。其中，雜交構樹樣品中水分含量與CF 呈強正相關關系；EE 與TC、CF 呈強負相關關系， 其中與TC 的相關性達到極強水平（r=?0.91）；Ash 與NFE 呈強正相關關系；NFE與NAF、CV 呈強負相關關系，與RFV 呈極強正相關關系（r=0.86）；CF 與CV 呈強正相關關系；ADF 與CV 呈極強正相關關系；NDF 與CV 呈極強正相關關系（r=0.94）；雜交構樹樣品的CV 與RFV 呈極強負相關關系（r=?0.96）。由此可知，與卡亞樣品不同的是，雜交構樹樣品中CV 與NDF、ADF、CF 均呈正相關關系，與NFE、Ash呈負相關關系，即NDF、ADF 和CF 越高或者NEF 和Ash 越低時，構樹樣品中CV 越高，單位質量的構樹能夠為禽畜提供更多的能量；并且CV越低或者NFE 越高時，雜交構樹的RFV 越高，即CV 越低或NFE 越高時，雜交構樹的飼用價值越高。另外，雜交構樹中M、CP 均與RFV 呈弱相關關系，EE、TC 與RFV 間的相關性極弱，CF與RFV 呈中等程度負相關關系（表5）。

2 種木本飼用植物的各營養指標間的相關性一致的是，在卡亞和雜交構樹中CP、EE 與RFV之間的相關性較弱，這與僅依據ADF 和NDF 進行預測RFV 值有關；CF 與ADF 呈強正相關關系，這與劉磊等[26]研究得出飼料ADF 與CF 間呈高度正相關的結論一致；Ash 與ADF、NDF、CV 均呈強負相關關系，與RFV 呈極強正相關關系；ADF 與NDF 呈極強正相關關系，與RFV 呈極強負相關關；NDF 與RFV 呈極強負相關關系。因此，卡亞和雜交構樹中Ash 含量越高，ADF 和NDF 含量越低，其飼用價值越高。

3 討論

木本飼用植物的產量是草本植物的2～4倍，還可多年利用，是禽畜飼料的寶庫[27]。我國木本飼用植物資源豐富，擁有近千種木本飼用植物，發展潛力巨大[28]。分析飼料原料的營養價值是研究飼料營養物質利用的最基礎工作。

飼用植物資源的營養品質很大程度上取決于CP 和CF 含量，一般認為CP 含量越高，CF 含量越低的飼用植物，其營養價值越高[29]。本研究中卡亞和雜交構樹的CP 含量均超過20%，遠高于常規飼料原料苜蓿（alfalfa）（11.40%）[16]、玉米（corn grain）（9.40）[30]和新型優質蛋白飼料原料辣木（Moringa oleifera）（17.98%）[31]；二者CF含量分別為9.80%和12.22%，遠低于木本飼料原料檸條（Caragana korshinskii）（46.30%）[32]、辣木（27.74%）[31]和常規飼料原料苜蓿（33.20%）[16]。研究表明，NDF 和ADF 含量直接影響飼用植物的品質及禽畜消化率[33]。NDF 含量高，飼草的適口性則差，將大大降低禽畜采食量；ADF 含量越高，則會大幅降低可消化干物質的消化率[34]。本研究中卡亞和雜交構樹中ADF 含量差異不顯著，雜交構樹中NDF 顯著高于卡亞。由此說明，卡亞和雜交構樹中可消化干物質的消化率相似，但卡亞的適口性顯著優于雜交構樹。EE 是飼料中的一個重要組成部分，含量過高易引起禽畜腹瀉或肥胖，甚至影響禽畜的消化功能[35]。卡亞和雜交構樹的EE 含量均低于5%，低于常規飼料原料大豆（ soybean ）（ 17.30%） [30] 和木本飼料原料桑樹（ Ramulus mori ）（ 5.60%） [36]和槐樹（locust ）（8.20%）[37]。TC 是植物性飼料的主要組成成分，是禽畜熱能的主要來源，也是形成組織器官不可缺少的成分[38]。卡亞和雜交構樹的TC 含量均較高，均可充分供給禽畜生命活動所需的能量。飼料中的NFE 主要包括糖和淀粉，也有部分半纖維素和木質素，可用來初步評定飼料原料營養價值的高低。NFE 含量越高，飼草的適口性更好，消化率更高，提供給禽畜的能量越多[28]。本研究中卡亞的NFE 含量為51.40%，與植物性籽實和塊根、塊莖類飼料中的NFE 含量（50%以上）相近，卡亞比雜交構樹的淀粉和可溶性糖類物質含量更高，適口性更好，更易被各類禽畜消化吸收。Ash主要為礦物質氧化物和鹽類等無機物質，能夠反映飼草礦物元素的總體含量。Ash 含量越高表明飼料品質越差[31]。本研究中卡亞和雜交構樹的Ash 含量分別為10.42%和15.47%，與VICTOR等[39]和施海娜等[12]的研究結果基本一致。結合RFV、CP、CF、Ash、ADF 和NDF 等指標，卡亞和雜交構樹營養成分豐富，各種營養成分的含量比例適宜，尤其是粗蛋白質含量較高且粗纖維含量較低，其中卡亞屬于特級木本飼料原料，雜交構樹屬于優級木本飼料原料，二者均為營養價值高的優質木本蛋白飼料原料，飼用價值高。

飼料中礦物質元素供應不足會嚴重影響禽畜機體正常發育，甚至引起缺乏癥[40-41]。其中Ca對禽畜的骨骼和牙齒等的正常發育和蛋殼形成具有重要作用[42]。卡亞和雜交構樹中礦物質元素種類豐富，二者Ca 含量顯著高于苜蓿（1.4%）[30]、玉米（0.10%）[30]、大豆（0.30%）[30]等常規飼料原料，以及桑樹（2.10%）[34]、槐樹（2.10%）[35]等木本飼料原料。雜交構樹中鈣磷比例偏高，在配合飼料時必須注意對其鈣磷比例的調整。因此，卡亞作為木本飼料的礦物質元素含量更平衡，更能夠滿足禽畜生長和發育的需求。

氨基酸是家畜合成肉、奶、毛、皮等產品的原料，是飼料營養價值的重要指標[43]。卡亞和雜交構樹的氨基酸種類豐富，二者EAA 含量遠高于苜蓿（4.98%）[30]、大豆（8.55%）[30]、玉米（3.34%）[30]和黑麥草（Lolium perenne）（8.40%）[24]等常規飼料植物，以及桑樹（3.78%）[34]、辣木（8.85%）[37]和槐樹（4.46%）[35]等木本飼料植物。賴氨酸和蛋氨酸是配制日常飼料最受關注的LAA[42]。卡亞和雜交構樹中賴氨酸含量遠高于桑樹（0.52%）[34]、苜蓿（0.82%）[30]和玉米（0.22%）[30]。蛋氨酸在卡亞和雜交構樹中的含量是苜蓿和玉米中的2 倍[43]。植物性飼料中含硫氨基酸的組成特點對于衡量飼料品質具有重要意義[42]。卡亞和雜交構樹的含硫氨基酸含量均高于粳草（japonicagrass）（0.45%）[44]、玉米（0.33%）[44]和苜蓿（0.22%）[44]等。因此，卡亞和雜交構樹的氨基酸種類全面且含量豐富，比常規飼料更適合畜牧生長。

綜上所述，卡亞和雜交構樹均為優質的非常規木本蛋白飼料資源，二者粗蛋白質含量較高且粗纖維含量較低，礦物質元素和氨基酸種類全面且含量豐富，均可作為大豆、苜蓿等常規飼料的補充或替代產品。但作為木本植物，單寧和木質素等含量較高是限制木本飼料作為基礎日糧的重要原因[45]。研究表明，卡亞和雜交構樹葉片中單寧含量分別為0.52%～0.31%[46]和1.55%[45]，滿足反芻動物飼料中對單寧含量的要求，高于豬、雞等單胃動物的適應范圍，可通過青貯或發酵等處理以達到更佳的飼用效果；二者ADF 含量均較低，且雜交構樹中木質素含量（15.72%）[45]低于桑樹（19.28%）[47]和胡枝子（Lespedeza davurica）（17.73%）[48]等木本飼料植物，可采取多次平茬刈割的方式控制卡亞和雜交構樹的木質素含量，以保障其作為飼料原料的品質。

卡亞作為引種新資源，對適生條件有一定的要求，目前在我國種植面積較小，但作為新型木本蛋白飼料資源，其各種營養成分的含量和比例均優于我國原生物種雜交構樹。因此，為更好地開發和利用卡亞和雜交構樹這2 種優質木本蛋白飼料植物，在加強栽培技術研究的同時，應注重卡亞的適生區域的擴大和適宜我國氣候的新品種選育，將荒山造林、林下經濟與卡亞、雜交構樹結合起來，統籌發展，不僅能夠緩解我國養殖業和飼料業對蛋白飼料資源的需求，還能實現創建“以樹代糧”和“種養循環”的生態農牧業經濟模式，對農村脫貧、環境保護、生態修復具有重要意義。