利用双外流连续培养系统评定饲粮粗蛋白质水平对小尾寒羊瘤胃内环境的影响

■韩璐璐 刘仰知 丛玉艳

（1.沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866；2.吉林农业大学动物科技学院，吉林长春 130118）

瘤胃是一个相对稳定的厌氧发酵罐，瘤胃内的pH值、氨态氮（NH3-N）浓度、挥发性脂肪酸（VFA）的摩尔组成比例及菌体蛋白（BCP）等参数作为研究瘤胃发酵内环境指标，反映瘤胃内部的环境状况及饲料在瘤胃内的发酵程度和模式。蛋白质是动物重要的营养物质，对瘤胃发酵起着重要作用。王春梅等[1]研究粗蛋白质在8.4%、11.2%、14.0%、16.8%水平时，16.8% 粗蛋白质水平对湖羊瘤胃内环境参数有显著影响。目前饲粮粗蛋白质水平对小尾寒羊瘤胃发酵参数的影响尚未见报道。本试验旨在通过体外发酵系统，研究饲粮粗蛋白质水平对小尾寒羊瘤胃内环境的影响，为分析饲粮粗蛋白质水平对小尾寒羊瘤胃消化代谢的影响奠定基础，为优化饲粮蛋白质水平提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验采集6月龄健康的小尾寒羊瘤胃液，利用DFCCS-Ⅱ型双外流连续培养系统进行体外发酵试验。发酵罐恒温水浴系统设定为39℃，固相食糜和液相食糜收集罐的制冷系统设定为4℃，二氧化碳通入的速度以40 ml/min，控制缓冲液流速的蠕动泵设置为1.08 ml/min（10%/h），调节液相外流速度的蠕动泵设置为0.43 ml/min（4%/h），电机控制发酵罐内大小扇叶的转速，设定间歇搅拌，仪器运转25 min，停止5 min，如此反复，使消化罐里的食糜间歇性分层，达到非常理想的搅拌效果。采用单因素4水平试验设计，每个水平设3个重复，预饲期7 d，正试期3 d。

1.2 试验饲粮

配制粗蛋白质水平分别为12%、14%、16%、18%的4种饲粮，粗精比4∶6，各组饲粮组成及营养水平见表1。按照饲粮配方制成全混合颗粒料，风干至水分含量10%左右，用封口袋分装后于4℃冰箱保存备用。每天8:00和20:00投料16 g/次。

1.3 样品采集及指标测定

正试期，每天在投料后2 h和下一次投料前2 h(投料后10 h)采集双外流系统中瘤胃液食糜10 ml/次。用Sartorius PB-21型pH计测定发酵液的pH值；通过4层纱布过滤后，4 000 r/min离心10 min，取上清液0.5 ml，加入9.5 ml 0.2 mol盐酸溶液，摇匀，参照冯宗慈比色法[2]测定NH3-N；另取1 ml上清液，加入0.2 ml 25%的偏磷酸，混匀，应用Agilent 7890B气象色谱仪测定VFA；另取5 ml上清液，参照Cotta[3]、Broderick[4]差速离心法测定BCP浓度。

1.4 统计分析

试验数据采用SPSS 17.0软件进行单因子方差分析（one-way ANOVA），并用Duncan's法进行多重比较，结果以“平均值±标准误”表示。

表1 试验饲粮组成与营养水平(干物质基础)

2 结果与分析

2.1 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液pH值的影响

饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液pH值影响显著（P＜0.05）（见表2）。各组瘤胃液pH值在6.38～6.70之间变化。投料后2 h，随着粗蛋白质水平的提高，pH值呈现升高的趋势，18%水平显著高于12%、14%、16%水平（P＜0.05），12%、14%、16%水平之间差异不显著（P＞0.05）。投料前2 h，随着粗蛋白质水平的提高，pH值呈现先降低再升高的趋势，12%、16%、18%水平显著高于14%水平（P＜0.05）。16%水平的pH值在投料后2 h显著低于投料前2 h（P＜0.05），其它3组投料后2 h瘤胃pH值均低于下一次投料前2 h，但差异不显著（P＞0.05）。

表2 不同粗蛋白质水平饲粮对瘤胃pH值的影响

2.2 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃NH3-N浓度的影响

饲粮粗蛋白质水平为14%时对瘤胃NH3-N浓度影响极显著（P＜0.01）（见表3）。随着粗蛋白质水平提高，NH3-N浓度线性增加。投料后2 h，18%水平显著高于14%、16%水平（P＜0.05），极显著高于12%水平（P＜0.01），16%水平显著高于12%水平（P＜0.05）。投料前2 h，18%水平显著高于14%、16%水平（P＜0.05），极显著高于12%水平（P＜0.05），14%、16%水平显著高于12%水平（P＜0.05）。14%水平的NH3-N浓度在投料后2 h显著高于投料前2 h（P＜0.05），其它3组投料后2 h瘤胃NH3-N浓度均高于下一次投料前2 h，但差异不显著（P＞0.05）。

表3 不同粗蛋白质水平饲粮对瘤胃NH3-N浓度的影响（mg/100 ml）

2.3 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃中VFA浓度的影响

投料后2 h，饲粮粗蛋白质16%水平与粗蛋白质12%、18%水平相比对瘤胃液总VFA浓度影响显著（P＜0.05）；投料前2 h，饲粮粗蛋白质14%水平与粗蛋白质12%、18%水平相比对瘤胃液总VFA浓度影响显著（P＜0.05）。粗蛋白质12%水平与粗蛋白质18%水平相比对乙丙比影响显著（P＜0.05）（表4）。不同饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液乙酸、丙酸和丁酸浓度影响不显著（P＞0.05）。除乙丙比外，投料后2 h乙酸、丙酸、丁酸及总VFA浓度均高于下一次投料前2 h。

2.4 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液BCP浓度的影响

饲粮粗蛋白质水平为16%时对瘤胃液BCP浓度影响显著（P＜0.05）（见表5）。随着粗蛋白质水平提高，BCP浓度先升高后降低，16%水平BCP浓度最高。投料后2 h，16%水平显著高于其它水平（P＜0.05），其它水平之间差异不显著（P＞0.05）。投料前2 h，16%、18%水平显著高于12%、14%水平（P＜0.05）。投料后2 h瘤胃BCP浓度均高于下一次投料前2 h。

表4 不同粗蛋白质水平饲粮对瘤胃VFA浓度的影响（mmol/l）

表5 不同粗蛋白质水平饲粮对瘤胃BCP浓度的影响（mg/100 ml）

3 讨论

3.1 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液pH值的影响

瘤胃液pH值是综合反映反刍动物瘤胃发酵水平和内环境的重要指标，可以通过测量瘤胃pH值评定瘤胃发酵[5]。Hoover等[6]研究发现，瘤胃pH值在正常的范围之内有利于饲料的消化、降解和利用。一般情况下，瘤胃内pH值的波动范围为6～7，本试验瘤胃液pH值在6.38～6.70之间，属于正常范围。提高饲粮粗蛋白质水平导致瘤胃液NH3-N浓度增加，瘤胃液中VFA的吸收速度高于NH3-N，是pH值升高的主要原因[7]。本试验投料后随着粗蛋白质水平的提高，pH值呈现升高的趋势与王春梅[1]的研究结果一致。投料前随着粗蛋白质水平提高pH值呈现先降低后升高的趋势，由于饲粮经过10 h的消化和降解，各组瘤胃微生物对NH3-N和VFA的降解速度不同，导致pH值没有明显的规律性。本试验研究发现，投料后的瘤胃pH值小于下一次投料前，其中16%水平的pH值在投料前后差异显著，说明投料后微生物对饲粮的发酵作用较强烈，可产生大量的VFA等酸性物质，瘤胃pH值较低，由于瘤胃具有较强的缓冲能力，使pH值在投料前又显著升高。

3.2 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃液NH3-N合成的影响

氨态氮是饲粮中含氮物质的分解产物，同时也是瘤胃微生物发酵的主要氮源，影响微生物的活性。Lobley等[8]研究表明，瘤胃中NH3-N浓度与饲粮粗蛋白质水平密切相关，瘤胃内饲粮粗蛋白质降解使NH3-N浓度升高，NH3-N浓度被瘤胃微生物摄取、瘤胃壁吸收以及随食糜外排逐渐降低。Crawford等[9]认为，NH3-N浓度升高表明粗蛋白质含量和降解率高，两者成正相关。本试验NH3-N的浓度范围在13.52～21.76 mg/100 ml，符合Preston等[10]提出的微生物生长对NH3-N耐受的临界范围（6～30 mg/100 ml）。随着饲粮粗蛋白质水平升高，瘤胃NH3-N浓度增加，主要是由于大部分NH3-N来自饲粮中粗蛋白质的降解，与Dung[11]、Ghorbani[12]的研究结果一致。由于NH3-N被瘤胃微生物摄取并随食糜排出，投料后的瘤胃NH3-N浓度高于下一次投料前，14%水平的NH3-N浓度在投料前后差异显著，说明该水平的饲粮在投料后，瘤胃微生物对含氮物质的利用率高。

3.3 饲粮粗蛋白质水平对瘤胃内VFA生成的影响

乙酸、丙酸和丁酸等VFA主要来自瘤胃碳水化合物的降解，占总VFA的95%左右，其中乙酸占总VFA的70%～75%[13]。瘤胃VFA的生成及发酵类型主要与饲粮结构密切相关[14]。本试验，乙酸含量在34.62～41.54 mmol/l；丙酸含量在20.81～25.75 mmol/l；丁酸含量在9.19～13.75 mmol/l；乙丙比含量在1.52～1.81 mmol/l，总挥发性脂肪酸含量在66.45～77.50 mmol/l，除了乙酸浓度偏低，其它含量与Dung[11]的测定结果相近。16%水平总VFA浓度显著高于12%、18%水平，由于饲粮粗蛋白质水平较高，提供了充足的氮源，有利于瘤胃微生物的繁殖，而微生物增多加大了对碳水化合物的需要，因此导致了上述结果。尽管饲粮粗蛋白质水平对乙酸、丙酸、丁酸含量影响不显著，但其浓度随粗蛋白质水平的提高先升高后降低，与Dung[11]研究结果一致。随着饲粮的降解、消化及食糜的外排，投料后乙酸、丙酸、丁酸及总VFA浓度均高于下一次投料前，12%水平的乙酸在投料前后差异显著，说明饲粮发酵时间对碳水化合物的降解和利用有一定的影响。

3.4 饲粮粗蛋白质水对瘤胃内BCP合成的影响

菌体蛋白是瘤胃微生物通过发酵过程合成的，瘤胃中BCP的合成量主要受VFA和NH3-N含量以及二者平衡程度的影响，能够提供反刍动物所需蛋白的40%～80%[15]。本试验粗蛋白质水平升高，BCP合成增多，但18%水平BCP含量低于16%水平，是由于18%水平VFA浓度低，继而影响了BCP的合成量。

4 结论

本试验在体外培养条件下，粗蛋白质水平对瘤胃液pH值、NH3-N、乙丙比、总VFA及BCP浓度均有显著影响。随着粗蛋白质水平的提高，pH值、NH3-N浓度升高；乙酸与丙酸的比值降低；总VFA、BCP浓度呈先升高后降低的趋势，其浓度以粗蛋白质水平为16%的饲粮最高。饲粮的发酵时间对瘤胃内环境参数也有显著影响。从本试验结果来看，粗蛋白质水平为16%的饲粮最有利于小尾寒羊瘤胃内环境发酵。