稻草与补充料组合影响瘤胃纤维消化和微生物生态的效应研究

摘要

提高粗饲料的有效利用率是反刍动物营养研究的热门课题。本研究通过一系列试验,以探究饲料组合提高瘤胃纤维消化的微生物生态效应。首先利用NaOH和NH4HCO3处理稻草,从化学成分、瘤胃发酵参数、微生物菌群变化等角度探讨预处理提高稻草营养价值的机理;在此基础上,通过稻草或预处理稻草组合不同的饲料或养分,采用体外培养系统,研究饲料组合对纤维物质体外产气参数和发酵参数的影响,并利用实时荧光定量PCR(real-time quantitative PCR)及变性梯度凝胶电泳(DGGE)等技术,研究瘤胃固、液相微生物数量及区系结构变化,揭示纤维物质消化的微生物生态效应。
　　 试验一以稻草为研究对象,分别用占稻草干物质(DM)45 g/kg的NaOH或90 g/kg的NH4HCO3处理稻草,用常规方法分析其化学组成变化,对稻草营养价值进行评定;同时利用体外培养系统进行体外发酵,测定培养2、4、6、9、12、24、36、48、60、72、84、96和120 h的产气量,计算出产气参数;并分析培养6、12和24 h培养混合液中氨态氮、总挥发性脂肪酸及其各组分浓度、微生物蛋白浓度和固相微生物羧甲基纤维素酶(CMCase)、微晶纤维素酶及木聚糖酶的活性。分离固、液相微生物后,采用real-time PCR技术测定黄色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌及瘤胃厌氧真菌的数量。结果显示,NaOH和NH4HCO3处理可有效降低稻草结构性多糖,氨化处理有效提高稻草粗蛋白含量。预处理均明显改善稻草的消化模式,提高稻草潜在产气量及产气速率,其中以NaOH处理作用效果最强。预处理显著提高瘤胃体外氨态氮、挥发性脂肪酸和微生物蛋白浓度,并且随着培养时间延长,含量逐渐升高。预处理可以特异地提高纤维分解酶活,NaOH处理显著提高CMCase、微晶纤维素酶和木聚糖酶活,NH4HCO3处理显著提高木聚糖酶活,对羧甲基纤维素酶活没显著影响。通过测定固、液相微生物的数量,发现固相微生物显著高于液相微生物。NaOH处理显著增加固、液相真菌的数量,NH4HCO3处理则对固、液相真菌没显著影响。预处理显著提高固、液相黄色瘤胃球菌数量,NaOH处理组固相黄色瘤胃球菌在培养前期增长速度要比NH4HCO3处理组快,到24 h时,两者数量相等。NaOH处理显著提高液相产琥珀酸丝状杆菌数量,在各组所有时间点中数量最大,但对固相产琥珀酸丝状杆菌数量有抑制作用,低于未处理稻草组。
　　 试验二研究稻草组合不同氮源对瘤胃消化和微生物数量及区系结构的影响。分别以未处理稻草、NaOH处理稻草和NH4HCO3处理稻草为底物,分别补充相同含氮量的氨态氮(NH4HCO3)和蛋白氮(酪蛋白),用不加氮源组作为对照组。通过体外系统培养研究氮源对稻草消化的微生物生态效应。结果显示,不同的氮源对稻草瘤胃消化及微生物数量均有影响,补充氮源后提高了稻草产气量及培养液中氨态氮浓度、缩短了产气延滞时间。补充酪蛋白效果要好于补充NH4HCO3,表现在挥发性脂肪酸含量、微生物蛋白及微生物数量均要高于补充NH4HCO3组。氮的形式和底物类型对瘤胃微生物有影响,对未处理稻草,添加两种氮源均提高了产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌及总真菌的数量,而对两种球菌无显著影响。对NH4HCO3处理稻草,添加氨态氮降低了所有微生物的数量,而添加酪蛋白除了增加溶纤维丁酸弧菌外,对其他菌都没有显著影响。对NaOH处理稻草,添加氨态氮和酪蛋白显著增加白色瘤胃球菌和溶纤维丁酸弧菌的数量,而添加酪蛋白的效果要高于添加氨态氮。通过对不同氮源下瘤胃微生物区系结构分析发现,氮源对微生物区系没有影响。
　　 试验三研究稻草组合淀粉对瘤胃消化及微生物数量的影响。以未处理稻草和NaOH处理稻草为研究对象,分别补充30％的玉米淀粉,在体外培养体系中研究淀粉对稻草消化及瘤胃微生物的影响。结果显示,补充淀粉后稻草产气量和产气速率显著增加,大大缩短产气延滞时间,提高了稻草瘤胃发酵性能。在产气量上产生正组合效应且组合效应值随培养时间延长而降低。在发酵24 h时,抑制了3种优势纤维分解菌的生长,但促进了溶纤维丁酸弧菌的生长。
　　 试验四 NaOH处理可改变稻草的纤维结构,使其更易被瘤胃微生物消化,成为易消化纤维来源。本试验研究了补充易消化纤维对提高稻草消化的瘤胃微生物生态效应。利用体外培养系统,将未处理稻草与NaOH处理稻草等比例混合,测定稻草的体外产气量及培养液中发酵参数和固相微生物的数量。结果表明,易消化纤维与稻草组合产生了正的组合效应,提高了稻草的消化性能,消化率甚至高于NaOH处理的稻草。从微生物角度来看,补充易消化纤维提高了白色瘤胃球菌、黄色瘤胃球菌、产琥珀酸丝状杆菌、溶纤维丁酸弧菌及厌氧真菌的粘附,说明稻草消化性能的提高主要是由于微生物数量增多的效果。
　　 试验五建立了瘤胃三种主要纤维分解菌的real-time PCR绝对定量方法,并比较了相对定量与绝对定量两种方法测定瘤胃纤维分解菌的差异。结果表明用绝对定量或相对定量PCR方法来测定微生物数量,虽然其表示的方法不一样,但实验所得到的微生物总体变化趋势是一致的。
　　 综上所述,预处理可以有效地提高稻草的营养价值,稻草组合不同形式的氮非结构性碳水化合物或易消化纤维都促进了瘤胃微生物的生长与微生物蛋白合成效率。合理的饲料组合为高效利用秸秆资源提供了有效手段,为完善粗饲料的饲料化利用体系、发展节粮型畜牧业提供了基础理论依据。