外源生物制剂对玉米秸秆青贮质量及肉羊瘤胃降解率的影响

2022-11-14吴宏达孟凡坤郑海燕王建丽申忠宝

中国农业大学学报 2022年1期

冯鹏吴宏达孟凡坤郑海燕杨曌王建丽申忠宝

(1.黑龙江省农业科学院草业研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院，哈尔滨 150086；3.明水县农业技术推广中心，黑龙江绥化 151700；4.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江齐齐哈尔 161005)

目前，农作物秸秆直接饲喂或经过加工后饲喂家畜占比我国秸秆总量不超过25.0%。利用生物制剂可有效提高玉米秸秆饲料利用效率，同时可以解决秸秆焚烧导致的环境污染问题。充分利用秸秆资源，提高其营养价值、适口性及利用率是发展草食家畜必由之路，也是实现农业和畜牧业现代化和可持续发展战略的重要途径之一。

玉米秸秆作为粗饲料供给家畜，因含有大量的粗纤维，并且木质化程度高，所以适口性差，难以在瘤胃中充分降解和消化。大量的研究表明，玉米秸秆添加生物制剂青贮，可以成为反刍动物的优质饲料。陶莲认为，外源酶菌复合处理显著降低玉米秸秆青贮饲料中性洗涤纤维和酸性木质素含量，并且瘤胃消化吸收纤维素和性洗涤纤维能力显著提高。郭刚等研究表明，添加5 log cfu/g蒙氏肠球菌和粪肠球菌处理秸秆均可显著降低氨态氮和乙酸含量，提高乳酸/乙酸比率。扈延成等研究发现用微生物处理玉米秸秆后，内蒙古半细毛羊羯羊对青贮玉米秸秆饲料的利用率可提高37.3%，干物质降解率比对照组提高15.07%。王红梅研究指出，秸秆饲料专用复合酶制剂(SFES)高剂量(5 mg/g底物风干基础)处理，玉米秸秆青贮饲料干物质、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素和纤维素瘤胃降解率显著提高。Yang等报道，在泌乳早期奶牛精料补充料中添加复合酶制剂显著提高产奶量，并显著提高干物质和粗蛋白质消化率。Gado等研究发现，在饲料与酶的相互作用之前，外源酶制剂能够直接提高瘤胃液纤维降解酶活性和其刺激作用增加纤维降解菌数量。尽管酶菌制剂在玉米秸秆饲料化利用中已有相关研究报道，但主要集中在肉牛和奶牛，有关饲用酶制剂处理玉米秸秆在肉羊中的应用研究相对较少，尤其是非淀粉多糖酶与木质素降解酶的结合应用研究仍较少。因此,本研究通过分析并寻找可促进玉米秸秆青贮发酵，提高营养价值及养分瘤胃降解率的外源生物制剂最优组合和用量，旨在为玉米秸秆作为粗饲料供给反刍家畜提供参考。

1 材料与方法

本试验于2020年8月—2021年1月在黑龙江省农业科学院民主园区试验基地和黑龙江省农业科学院开放实验室进行。

1.1 青贮调制

试验材料为粮饲兼用型玉米(

Zea

mays

L.)中原单32秸秆，2020年5月播种，9月29日收获后，将玉米秸秆用青贮切碎机切至约2～3 cm，混合均匀，称取1 000 g，按试验设计将各处理生物制剂溶于蒸馏水，与原料混合均匀后，装入聚乙烯袋(24 cm×40 cm)，抽真空后封口。室温条件下发酵60 d后开包进行感官鉴定，并取样分析青贮秸秆饲料发酵品质指标及营养成分(见1.3)。

1.2 试验设计

共设置15个处理组(表1)，4个酶制剂处理组(标记为CE、CE、CE和CE)；1个菌制剂处理组(LAB)；9个酶菌复合处理组(MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL和MCL)；同时设置对照组(CK)。各处理组原料及青贮样品均设3次重复。试验所用酶制剂和乳杆菌均购自宁夏夏盛实业集团有限公司。其中，木聚糖酶酶活力为180 000 U/g；β-葡聚糖酶酶活力10 000 U/g；果胶酶酶活力2 500 U/g；纤维素酶酶活力1 000 U/g；漆酶酶活力为10 000U/g；乳杆菌为2×10cfu/g。

表1 试验设计

Table 1 Designing of experiment in the study

添加剂种类Typeofadditives处理Treatment添加量/(g/3kg)AmountCE1木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+纤维素酶1+1+1+1酶CE2木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+纤维素酶1+1+1+2CE3木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+漆酶1+1+1+1CE4木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+漆酶1+1+1+2菌LAB乳杆菌3MCL1木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌1+1+1+3MCL2木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶1+1+1+3+1MCL3木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶1+1+1+3+2MCL4木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+漆酶1+1+1+3+1酶+菌MCL5木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+漆酶1+1+1+3+2MCL6木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶+漆酶1+1+1+3+1+1MCL7木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶+漆酶1+1+1+3+1+2MCL8木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶+漆酶1+1+1+3+2+1MCL9木聚糖酶+果胶酶+β-葡聚糖酶+乳杆菌+纤维素酶+漆酶1+1+1+3+2+2对照CK无添加0

1.3 测定指标与方法

青贮感官评价

感官评价采用德国农业协会(Deutche Lan Geseutschaft，DLG)评分标准。

发酵品质测定

取玉米秸秆青贮饲料样品20 g，加蒸馏水180 mL，搅碎混匀，先后用4层纱布和定量滤纸过滤，测滤液pH；苯酚-次氯酸比色法测定氨态氮含量；SHIMADZE-10A型高效液相色谱仪测定青贮饲料样品有机酸含量。色谱条件：色谱柱为Shodex Rspak KC-811 S-DVB gel Column 30 mm×8 mm，检测器为SPD-M10AVP，10 μL进样量，1 mL/min 流速，3 mmol/L高氯酸溶液流动相，50 ℃ 柱温，210 nm检测波长。

营养成分测定

玉米秸秆青贮饲料干物质(DM)含量采用105 ℃ 烘干法测定；粗蛋白质(CP)采用杜马斯燃烧法测定；中性洗涤纤维(NDF)、酸性洗涤纤维(ADF)和酸性洗涤木质素(ADL)采用滤袋法测定；可溶性碳水化合物(WSC)采用蒽酮-硫酸比色法测定；半纤维素/%=NDF/%-ADF/%。

瘤胃降解率

选用6只健康，体重为(60±2.0)kg、装有永久瘤胃瘘管的杜泊×小尾寒羊F代杂交羯羊，随机分为2组，每组3只羊。试验羊单圈饲养，基础日粮粗饲料占比60%，每日早八点和晚六点各一次饲喂，共1 200 g，自由饮水，预试期7 d。基础日粮组成及营养水平见表2。称取2.5 g各处理和对照玉米秸秆青贮样品粉末(65 ℃烘干48 h，回潮24 h，粉碎后过1 mm筛)，装入10 cm×6 cm 300目尼龙袋，设置2个平行，72 h后取回，立即放入冷水中，终止发酵。每个样品3个重复，每个重复1只羊。

表2 基础日粮组成及营养水平(干物质基础)

Table 2 Composition and nutrient levels of the basal diet(DM basis)

原料Ingredient含量/%Content营养水平Nutrition含量Content羊草Chinesewild-ryehay60.0±1.34干物质/%DM93.61±2.33玉米Maize24.5±0.62有机物/%OM88.57±2.04豆粕Soybeanmeal12.5±0.18代谢能(MJ/kg)GE8.65±0.15磷酸氢钙CaHPO4·2H2O0.6±0.04粗蛋白质/%CP11.88±0.20石粉Limestone0.8±0.05中性洗涤纤维/%NDF39.20±0.78食盐NaCl0.6±0.05酸性洗涤纤维/%ADF24.08±0.57预混料Pre-mixa1.0±0.09钙/%Ca0.68±0.05合计Total100磷/%P0.30±0.04

72 h的降解率：

%=(

)

×100%

(1)

式中，

为待测饲料的某种营养成分瘤胃72 h的消失率，%；

为待测样品中某种营养成分含量，g；

为待测样品尼龙袋残渣中某种营养成分含量，g。

1.4 数据分析

采用SAS 8.1(SAS Institute Inc.,2006)统计软件，所有的数据用Mean±SD表示，在0.05水平对试验结果进行方差分析和Duncan多重比较。所有试验设重复3次。

<0.05表示差异显著，

>0.05表示差异不显著。

2 结果与分析

2.1 青贮感官评价

不同处理青贮发酵60 d后，玉米秸秆青贮饲料均为芳香果气味，仅CE处理芳香味略淡；各处理茎叶结构保持良好，质地柔软松散，无粘手现象，无霉变情况发生。色泽上MCL呈黄绿色，其他处理均为亮黄色(表3)。各处理感官评价得分均>16，达到优等级。

表3 青贮感官评价

Table 3 Sensory evaluation of silage

处理Treatment气味Odor质地Texture色泽Color总分ScoreCE1芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220CE2芳香果味13茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色219CE3芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220CE4芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220LAB芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220MCL1芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220MCL2芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4黄绿色120MCL3芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮绿色220MCL4芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮绿色220MCL5芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220MCL6芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4黄绿色119MCL7芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮绿色220MCL8芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220MCL9芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮绿色220CK芳香果味14茎叶结构保持良好,柔软松散4亮黄色220

2.2 玉米秸秆青贮饲料发酵品质

由表4可知，玉米秸秆青贮料菌处理组(LAB)和酶菌处理组(MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL和MCL)pH低于酶处理组(CE、CE、CE和CE)(

>0.05)，说明乳杆菌可迅速降低青贮环境pH，为青贮提高更有利条件。

表4 添加剂处理对玉米秸秆青贮饲料发酵品质的影响

Table 4 Effect of additives on the fermentation quality of the corn stalk silage

处理TreatmentpH氨态氮/总氮/%NH3-N/TN乳酸/%DMLacticacid乙酸/%DMAceticacid丙酸/%DMPropionicacid丁酸/%DMButyricacidCE14.00±0.03b8.69±0.10b3.69±0.04bc0.54±0.01b0.01±0.01c0CE24.07±0.05b8.32±0.09bc3.71±0.05bc0.53±0.01bc0d0CE34.15±0.05b7.94±0.12cd3.67±0.03bc0.50±0.02c0.02±0.01b0CE43.99±0.06bc8.41±0.14bc3.70±0.06bc0.53±0.01bc0.01±0.01c0LAB3.83±0.04d7.89±0.11cd3.48±0.04bc0.50±0.01b0d0MCL13.72±0.05e8.03±0.10c3.42±0.06d0.58±0.01b0.01±0.01c0MCL23.65±0.06f7.57±0.08e4.03±0.03a0.61±0.01a0.03±0.01a0MCL33.91±0.07c8.00±0.15c3.79±0.05b0.53±0.01bc0d0MCL43.69±0.04f7.82±0.17d3.95±0.06a0.59±0.01a0d0MCL53.78±0.02de8.21±0.12bc3.43±0.02cd0.50±0.01c0d0MCL63.94±0.08c8.64±0.10b3.82±0.08b0.55±0.02b0.01±0.01c0MCL73.76±0.03de8.05±0.10c3.51±0.05c0.59±0.01a0.02±0.01b0MCL83.77±0.04de8.38±0.13bc3.69±0.04bc0.55±0.01bc0d0MCL93.85±0.05d8.61±0.09b3.70±0.04bc0.52±0.01bc0.01±0.01c0CK4.27±0.03a8.90±0.11a3.21±0.06f0.44±0.01d0d0

注：同列数据不同字母表示差异显著(<0.05)；下同。

Note: Different letters in the same column indicates significant differences(<0.05); The same below.

酶处理组、菌处理及酶菌处理组中，青贮饲料乳酸和乙酸含量显著高于对照(

<0.05)，其中MCL和MCL处理乳酸含量最高，分别为4.03%DM和3.95%DM；青贮样品中均未检出丁酸。MCL处理氨态氮/总氮最低，为7.57%，与其他处理相比，差异显著(

<0.05)。

2.3 玉米秸秆青贮原料营养物质含量及72 h瘤胃降解率

从表5可以看出，玉米秸秆青贮原料干物质含量为33.07%FM，适宜于调制优质青贮饲料。原料营养成分瘤胃72 h降解率仅干物质超过50%，达到52.28%。玉米秸秆青贮原料酸性洗涤木质素含量为7.19%DM，降解率仅为1.07%。

表5 原料营养物质含量及瘤胃降解率

Table 5 Contents of nutrition composition and ruminal degradability of 72 h of the corn stalk stuff

指标Index含量Content72h瘤胃降解率/%Insituruminaldegradabilityof72h干物质/%FMDM33.07±0.5052.28±1.19粗蛋白/%DMCP6.89±0.7120.54±0.24中性洗涤纤维/%DMNDF64.35±1.5230.03±0.28酸性洗涤纤维/%DMADF37.60±0.4814.70±0.17纤维素/%DMCellulose26.54±0.2328.81±0.25半纤维素/%DMHemicellulose26.75±0.2030.59±0.33酸性洗涤木质素/%DMADL7.19±0.081.07±0.01

2.4 青贮饲料营养物质

由表6可知，与对照相比，酶制剂、乳杆菌和酶菌复合处理组玉米秸秆青贮饲料干物质含量差异不显著(

>0.05)；添加生物制剂各处理粗蛋白含量显著低于对照(

<0.05)。玉米秸秆经生物制剂青贮处理，可溶性糖含量均高于对照，其中菌处理组和酶菌复合处理组可溶性糖含量高于酶制剂处理组。与对照相比，玉米秸秆经酶制剂和酶菌复合处理青贮后，青贮饲料NDF、ADF及纤维素含量显著降低(

<0.05)，其中MCL处理最低，分别为52.17%DM、31.94%DM和22.86%DM(

<0.05)；添加生物制剂各处理及对照半纤维素含量差异不明显。漆酶添加组(CE、CE、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL和MCL)青贮饲料酸性洗涤木质素含量均显著低于其他未添加漆酶处理(

<0.05)；并且漆酶添加量2 g/3 kg处理(CE、MCL、MCL和MCL)酸性洗涤木质素含量数值上略低于漆酶添加量1 g/3 kg处理组，但差异不显著(

>0.05)。

2.5 玉米秸秆青贮饲料营养成分72 h瘤胃降解率

各生物制剂处理均可显著提高玉米秸秆干物质和蛋白质瘤胃降解率，其中MCL干物质和粗蛋白72 h瘤胃降解率最高，分别为58.77%和32.89%(

<0.05)(表7)。各处理72 h纤维素瘤胃降解率差异明显，添加纤维素酶处理(CE、CE、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL和MCL)青贮饲料样品均显著高于其他未添加纤维素酶处理(

<0.05)，其中纤维素酶添加量1 g/3 kg处理组(CE、MCL、MCL、MCL)纤维素瘤胃降解率高于其他处理，说明就纤维素消化率而言，1 g/3 kg纤维素酶添加量为宜；MCL纤维素瘤胃降解率最高，为37.38%(

<0.05)。青贮饲料样品中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及纤维素瘤胃降解率表现趋势基本相同。玉米秸秆青贮饲料半纤维素降解率各处理差异不显著(

>0.05)。漆酶添加组(CE、CE、MCL、MCL、MCL、MCL、MCL和MCL)青贮饲料72 h酸性洗涤木质素瘤胃降解率均显著高于其他未添加漆酶处理组(

<0.05)，其中MCL青贮饲料72 h酸性洗涤木质素瘤胃降解率最高，为3.93%。

3 讨论

3.1 外源生物制剂可促进玉米秸秆青贮发酵

有研究表明，酶菌处理玉米秸秆青贮发酵后，青贮原料乳酸含量迅速提高，环境pH降低，促进乳酸发酵，提高玉米秸秆青贮品质。氨态氮与总氮比值是青贮饲料蛋白质保存或分解的重要评判指标之一，殷术鑫等研究指出，添加菌制剂可显著降低全株玉米青贮的氨态氮浓度。本研究中，与对照相比，不同的生物制剂处理玉米秸秆后，氨态氮占总氮的比例明显下降，青贮环境pH迅速降低，说明生物制剂在一定程度上可以提高玉米秸秆的青贮品质。玉米秸秆添加生物制剂青贮，其主要目的是为了将青贮原料中纤维素、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、半纤维素等纤维性物质降解为可溶性的糖，促进玉米秸秆青贮乳酸发酵。本研究中，酶处理组、菌处理及酶菌处理组青贮饲料乳酸、乙酸含量显著高于对照，并且酶制剂处理组及酶菌复合处理组降低了玉米秸秆青贮饲料中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维及纤维素含量，说明酶处理组和酶菌复合处理，可有效的降解青贮原料纤维性物质含量，增加了发酵底物，促进乳酸菌发酵，提高了玉米秸秆的发酵品质。这与吕文龙等和Nkosi等的研究结果一致。研究还发现，酶菌复合处理对玉米秸秆青贮发酵的促进作用比酶制剂处理更大。

3.2 外源生物制剂可提高玉米秸秆青贮饲料营养价值

Souza等研究表明，添加酶处理玉米秸秆青贮发酵后，原料与青贮料干物质含量差异不显著(

>0.05)，本研究结果与其相符，说明玉米秸秆饲料经酶处理后，玉米秸秆青贮原料干物质较大程度的保留了下来。玉米秸秆细胞壁紧实致密，其中纤维素、半纤维素和木质素含量较高，很大程度上制约了家畜对玉米秸秆的饲料化利用。本研究用到的木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶和纤维素酶以及漆酶，分别起到了降解半纤维素、纤维素和木质素的效果，在提高玉米秸秆青贮饲料营养品质的同时，还可提高家畜对玉米秸秆消化吸收效率。玉米秸秆添加生物制剂青贮发酵后，增加了家畜消化系统内源酶含量，并使其活性增强，促进纤维性物质的消化吸收，进而提高玉米秸秆饲料化利用率。本研究发现，较青贮原料，玉米秸秆经过酶制剂、酶菌复合处理发酵后，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、纤维素的含量均不同程度的降低，其中MCL处理NDF、ADF和纤维素含量最低，可能玉米秸秆在青贮过程中，酶制剂促进纤维素降解为单糖、双塘等结构性碳水化合物，提高了青贮饲料的营养价值，这与赵国琦等研究结果一致。陶莲等指出，玉米秸秆青贮发酵后，青贮饲料粗蛋白质消耗，本研究中，与青贮原料相比，玉米秸秆添加生物制剂青贮发酵后，粗蛋白含量有所降低。

3.3 外源生物制剂可提高肉羊营养物质瘤胃降解率

半纤维素与木质素通过共价键结合在一起，纤维素分子被其包裹，形成屏障，将纤维素分子与消化酶隔绝，降低家畜瘤胃纤维素分子消化吸收，严重制约了农作物秸秆的饲料化利用。Gado等和Titi等研究表明，外源酶制剂可显著提高玉米秸秆青贮原料的干物质消化率，特别是中性洗涤纤维消化率。本研究中，外源生物制剂各处理中性洗涤纤维72 h瘤胃降解率均显著高于对照及青贮原料，说明玉米秸秆可以通过添加外源生物制剂青贮发酵，提高反刍动物对纤维性物质的消化吸收。何长芳等研究证实，青海半细毛羔羊饲喂经纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶、果胶酶、糖化酶、菌体蛋白、维生素和矿物质的复合酶处理的小麦秸秆90 d，较对照增重1.71 kg，说明秸秆添加纤维素酶、木聚糖酶等外源酶制剂青贮发酵后，可以提高秸秆纤维组分的瘤胃降解率，本研究试验材料为玉米秸秆，也得出相似结果，表明生物制剂处理可破坏植物结构性碳水化合物中的纤维素晶体结构，弱化或破坏木质素与纤维素或半纤维素之间的酯键，促进纤维素性物质瘤胃降解，提高消化率。本研究考虑青贮成本，纤维素酶和漆酶选定1和2 g/3 kg 2个添加量处理，结果表明，纤维素酶添加量1 g/3 kg处理组纤维素、NDF和ADF均瘤胃降解率高于2 g/3 kg处理组，结合玉米秸秆青贮饲料青贮质量，得出1 g/3 kg纤维素酶添加量为宜。研究还发现漆酶可显著降低玉米秸秆酸性木质素含量，2 g/3 kg较1 g/3 kg添加量，效果较好，但二者差异不显著。前人研究，多集中在纤维素酶和漆酶对秸秆青贮饲料纤维性物质、酸性木质素降解，本研究设置纤维素酶和漆酶不同添加梯度，探求最佳添加量。

随着畜牧业的快速发展，秸秆型饲料是开发饲料资源、改善饲料利用率、提高反刍动物生产性能的有效途径。饲用酶制剂作为绿色、环保、安全、有效饲料添加剂，在未来畜牧业发展中将发挥越来越重要的作用。本研究通过添加纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶等非淀粉多糖酶，提高玉米秸秆青贮饲料营养价值和饲喂价值，为玉米秸秆的高效利用提供理论和科学依据。