麻叶荨麻和羊草比例对体外培养瘤胃微生物发酵参数的影响

王 珊,史良峰,张振斌,王梦芝*,张晓庆(.扬州大学 动物科学与技术学院，江苏 扬州 225009；2.中国农业科学院 草原研究所，内蒙古 呼和浩特 0000)

随着我国畜牧业的不断发展，人畜争粮的情况日趋严重，寻找新的饲料资源，大力发展非常规饲料资源，以及如何提高饲料的利用效率成为目前的主要研究方向。麻叶荨麻(UrticacannabinaL.)是荨麻科多年生多功能野生草本植物，其适应性强，耐旱耐寒耐贫瘠，能在恶劣的生态环境中良好生长，在我国西北、东北、华北、四川及内蒙等地都有分布[1]。荨麻是一种品质优良的饲草资源，能为家畜提供较为丰富的蛋白质、矿物质和必需氨基酸[2]。对荨麻进行开发利用并作饲料使用，对补充畜禽优质饲草料(尤其高蛋白质饲草)具有较为可观的现实意义[3]。另外，荨麻属植物还具有抗炎、抗风湿等作用，各国学者对于该属植物研究概况综述已有多篇。其中该属的大荨麻(UrticadioicaL.)因其含有木脂素、黄酮和有机酸等多种化学成分，已将其作为药物开发用于治疗风湿性关节炎及良性前列腺增生的疾病[4]。羊草由于其营养丰富，繁殖能力强，具有克隆生长的特性而作为常规优质粗饲料资源，广泛地应用于畜牧生产[5]。荨麻在动物生产中已有使用，但目前关于荨麻在肉羊生产的应用还鲜见有报道。本试验选用不同的麻叶荨麻与羊草比例作为底物，采用体外模拟瘤胃发酵的方法进行其不同比例组合的体外发酵试验，探讨不同比例荨麻对山羊瘤胃微生物生长及其发酵的影响，旨在为进一步进行饲养试验筛选出适宜的荨麻羊草比例，以为今后荨麻在肉羊生产实践中的科学利用提供一些试验数据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

在扬州大学试验农牧场选取3只健康的装有永久性瘤胃瘘管的山羊。麻叶荨麻采自内蒙古自治区正蓝旗桑根达来镇；羊草由扬大实验农牧场奶牛场提供，采购自内蒙古自治区。

1.2 试验设计

设置麻叶荨麻和羊草0∶100、30∶70、50∶50、70∶30、100∶0等比例分别为A、B、C、D、E等5组(各组培养底物即为两种草的组合)，进行瘤胃微生物体外培养试验24 h，并取样测定其培养液的pH、氨氮浓度(NH3-N)、微生物蛋白(MCP)的含量以及产气量和NDF、ADF的降解率。

1.3 体外培养

通过自制真空负压装置，在晨饲前，从瘤胃瘘管在瘤胃的不同部位抽取瘤胃液。经过四层纱布过滤到事先通有CO2，并且39 ℃预热过的保温瓶中。参照Menke等[6]的方法配置人工唾液盐，以人工唾液盐：瘤胃液=2∶1配制体外培养瘤胃微生物的培养液，并且通入CO2至饱和。各组精确称取0.5000 g的底物置于150 mL的发酵瓶中，加入75 mL的培养液。置于恒温水浴振荡器中，39 ℃恒温震荡培养。

1.4 采样设计

体外培养开始后在0 h、1 h、3 h、6 h、12 h、24 h记录产气量；同时，采集培养液分装到5 mL的离心管中，用于pH、氨氮浓度、微生物蛋白的测定；24 h培养结束后测定NDF和ADF降解率的测定。

1.5 指标测定方法

pH的测定采用上海雷磁pHS-3C型精密pH计在每次采集瘤胃液时测定pH。氨氮浓度的测定：采用苯酚-次氯酸钠比色法测定氨氮浓度。微生物蛋白含量的测定参照Hall的方法测定瘤胃液中微生物蛋白浓度。产气量的测定利用AGRS-III微生物发酵微量产气自动记录仪测定产气量。NDF、ADF降解率的测定参照Van Soest的方法测定底物中和降解物中NDF、ADF含量，并计算NDF、ADF降解率。

1.6 统计分析

试验数据采用SPSS 16.0软件中Univariate模块进行单因素方差分析，采用邓肯氏法进行多重比较，以P<0.05表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 对瘤胃体外发酵pH的影响

从表1得知，采样时间对瘤胃体外发酵pH有显著影响(P<0.05)；同时，荨麻与羊草的不同组合对瘤胃体外发酵pH有显著影响(P<0.05)，且二者交互因素也显著影响瘤胃体外发酵pH(P<0.05)。组间比较来看，0 h、12 h的时间点没有显著不同；但1 h、3 h、6 h时间点的pH都以A组和C组的显著较高(P<0.05)；24 h时间点的则以C组最高(P<0.05)。

表1 麻叶荨麻和羊草组合对体外培养瘤胃pH变化的影响Table 1 The effect of Leymus chinensisto Urtica cannbinau ratio on pH value in vitro

注：同行数据肩标相同字母或无字母时表示差异不显著(P>0.05)，不同字母表示差异显著(P<0.05)。下同。

Note∶ In the same row, values with no letter or the same letter superscripts mean no significant difference(P>0.05), different superscripts mean significant difference (P<0.05). The same below.

2.2 对瘤胃体外发酵NH3-N浓度的影响

麻叶荨麻和羊草组合对体外培养瘤胃NH3-N浓度的影响见表2。从表2知，采样时间对体外发酵NH3-N浓度有显著影响(P<0.05)；另外，荨麻与羊草的不同比例对体外发酵NH3-N浓度有显著影响(P<0.05)；而且，二者交互因素也显著影响瘤胃体外发酵NH3-N浓度(P<0.05)。组间比较来看，0 h、1 h的时间点没有显著不同；但3 h、6 h、12 h、24 h的时间点都以D组和E组的NH3-N浓度显著较高(P<0.05)；其他组的较低(P<0.05)。

2.3 对瘤胃体外发酵MCP含量的影响

麻叶荨麻和羊草比例对培养液微生物蛋白含量的影响见表3。从表3可知，采样时间对瘤胃体外发酵MCP含量有显著影响(P<0.05)；荨麻与羊草的不同组合对瘤胃体外发酵MCP含量有显著影响(P<0.05)；另外，二者交互显著影响瘤胃体外发酵MCP含量(P<0.05)。从组间比较来看，12 h的时间点没有显著不同；但1 h、3 h、6 h的时间点都以A组和C组的微生物蛋白含量显著较高(P<0.05)；24 h的时间点以C组的微生物蛋白含量最高(P<0.05)。另外，E组随时间的波动较大。由于0 h时间点部分样品的丢失，这里没有做分析。

表2 麻叶荨麻和羊草组合对体外培养瘤胃NH3-N浓度的影响Table 2 The effect of Leymus chinensisto Urtica cannbinau ratio on NH3-N concentration in vitro

表3 麻叶荨麻和羊草比例对培养液微生物蛋白含量的影响Table 3 The effect of Leymus chinensis to Urtica cannbinau ratio on MCP content in vitro

2.4 对瘤胃体外发酵产气量和NDF、ADF降解率的影响

从表4可知，3～6h、6～12 h时间段产气量组间没有显著不同(P>0.05)；但0～1 h、1～3 h的时间点都以A组、B组和C组的产气量显著较高(P<0.05)；其中以C组的产气量最高(P<0.05)。24 h的累计产气量也以C组的为高。

麻叶荨麻与羊草的不同组合对瘤胃体外发酵24 h NDF有显著影响(P<0.05)，其中以C组最高(P<0.05)、E组的最低。而ADF降解率在24 h的时间点没有显著不同(P>0.05)。

表4 体外培养各组的产气量和NDF、ADF降解率的影响Table 4 The effect of gas yield and 24 h in vitro digestibility of NDF and ADF

3 讨 论

3.1 对瘤胃体外发酵pH的影响

正常的瘤胃pH对于瘤胃发酵至关重要，通常认为正常的瘤胃pH为5.50 ～7.50，当pH低于6.0时，瘤胃中的纤维降解菌和原虫的生长就会受到抑制[7]。本试验培养液的pH为6.50～6.96，均在正常范围内。瘤胃pH受到唾液，瘤胃缓冲物质，有机酸的生成，吸收和排出等因素的影响。体外培养影响培养液pH的主要因素是培养液中的碱性物质(如NH3-H)和有机酸。本试验中随着时间点的变化，各组pH均先上升后下降。这可能是因为0～3 h时间段内NH3-N浓度相对较高，而所产生的有机酸(VFA、乳酸等)较低所致。后期由于产生有机酸的不断积累，而导致pH降低，这与欧阳克蕙等[8]的体外试验结果一致。本试验中麻叶荨麻与羊草的不同比例对瘤胃体外发酵pH有显著影响，以50∶50组为较高。这可能是由于一定比例的麻叶荨麻可以提高发酵底物中蛋白质和可消化蛋白质的含量，蛋白质的大量降解促进了氨氮浓度的增加，最终提高了pH,这在氨氮浓度的结果中可得到验证。

3.2 对瘤胃体外发酵NH3-N浓度的影响

NH3-N是瘤胃内饲料中蛋白质、肽、氨基酸、氨化物、尿素和非蛋白氮化合物分解的最终产物，同时也是微生物合成菌体蛋白的主要原料[9]。约50%的瘤胃细菌是以NH3-N作为唯一的氮源，26%的细菌只能利用NH3-N合称自体蛋白[10]，保持合适的NH3-N浓度是保证微生物蛋白合成的条件之一。氨氮浓度的高低是由瘤胃微生物分解蛋白质和利用氨合成微生物蛋白质的速度共同决定的, 氨氮浓度变化主要来源于荨麻羊草比例的变化[11]。本试验中随着荨麻在底物中比例的增加，NH3-N浓度呈递减趋势，可能是由于荨麻具有较高蛋白质含量的原因。张晓庆等[12]研究发现麻叶荨麻粗蛋白含量最高可达34.39%。其他研究也表明，荨麻属植物均含有大量的蛋白质风干样中含有23%～24%，其中70%为可消化蛋白[13]。

3.3 对瘤胃体外发酵MCP含量的影响

瘤胃微生物是瘤胃微生物经过复杂的发酵过程合成的，是反刍动物最重要的氮源供应者，可满足动物需要量的40%～80%[14]。饲料以及发酵环境等多种因素影响着瘤胃微生物蛋白的合成量。本试验中，在培养后的1 h、3 h、6 h都以荨麻和羊草比例为0∶100组和50∶50组的MCP含量较高，而在24 h则以C组的含量最高。这可能是由于羊草为优质牧草，作为培养底物更有利于微生物的生长，随着底物中荨麻比例的增加、羊草比例的下降导致了MCP的合成量有所下降，但在50∶50时羊草的养分与荨麻的养分有一定的互补互作效应，进而导致其微生物蛋白的合成增加，结果也显示该组在各个时间点MCP含量都高于全羊草的A组。对于所检测的荨麻和羊草比例为100∶0组其微生物蛋白含量随培养时间的波动较大，分析其可能的原因是由于荨麻有一定的药理作用对微生物的作用所致。

3.4 对瘤胃体外发酵产气量和纤维降解率的影响

体外发酵产气量是评定反刍动物瘤胃发酵的重要指标，饲料中有机物消化率与体外培养 24 h 的产气量呈正相关，产气量越高，则说明饲料中有机物在瘤胃中的降解率越高[15]。体外产气量反映了瘤胃中微生物的降解活性和饲料降解率[6]。研究表明, 碳水化合物的发酵是粗饲料产气量主要来源[16]。本试验表明，在培养6～24 h产气量最高。这可能是因为微生物细菌前期利用饲料中所提供的可消化糖和淀粉作为能量，后期利用饲料中的纤维素、非蛋白含氮物产生各种气体的原因。荨麻和羊草比例为50∶50组产气量同样最高，这可能是因为荨麻和羊草的搭配相对合理，同时荨麻具有较高的蛋白质含量，更有利于微生物对底物的发酵活性所致。

范氏(Van Soest)的洗涤纤维分析法测定的饲料中NDF降解率是表示饲料营养价值的一个重要指标。NDF的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素，其组成成分会影响饲料在瘤胃内的降解率。粗饲料中，纤维素含量通常为25%～40%，消化率约为 65%[17]，家畜主要利用的是纤维素和半纤维素，对木质素很难利用。在酸性洗涤剂的作用下，半纤维素被除去后为ADF[18]。有研究表明，ADF很难被动物利用，即与消化率呈负相关[19]。本试验中，24 h的ADF降解率组间并没有显著不同，这可能是因为ADF不易被动物利用的原因。而本试验中的NDF消化率则以荨麻和羊草比例为50∶50的C组为最高，这可能是因为该比例的底物较更高比例的荨麻组其纤维素，半纤维素含量较高，而且荨麻中含有较高的蛋白质，使得底物中碳氮供应的平衡，利于微生物的增殖和其底物的降解所致。上述该组的产气量也最高与本结果一致。

4 结 论

本试验表明，麻叶荨麻和羊草比例为50∶50时提高了山羊瘤胃微生物体外培养的pH、产气量和微生物蛋白含量；相对降低了培养液的氨氮浓度；同时，促进了24 h NDF的降解率，表明了该比例有利于体外培养瘤胃微生物的发酵与底物的降解。

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