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日粮非纤维性碳水化合物对人工瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群的影响

赵向辉  
【摘要】:日粮中的非纤维性碳水化合物(NFC)主要包括淀粉、可溶性糖以及中性洗涤可溶性纤维(NDSF),是反刍动物的主要能量来源。目前研究中,NFC常以单个值出现在日粮组成中,但不同来源饲料的NFC组成差异较大,例如玉米谷物中,NFC主要为淀粉;糖蜜中,NFC主要为可溶性糖(单糖和双糖);而对于甜菜渣,NFC则主要为NDSF。然而,不同NFC组分在瘤胃中的发酵特性不同。与淀粉相比,果胶发酵不产生或产生极少乳酸,但具有较高的乙丙比,当瘤胃pH较低时,果胶发酵受到抑制或不再继续发酵;可溶性糖发酵较快,产生较高的丁酸。因而,在生产中将NFC作为统一整体考虑并不合适。生产中常用糖蜜和甜菜渣类饲料替代日粮中的部分谷物,但此类饲料对动物瘤胃发酵和生产性能的影响,各研究间结论并不一致。本研究通过四个人工瘤胃试验系统研究了体外环境条件下日粮NFC组分对养分降解、瘤胃发酵、微生物合成以及纤维分解菌菌群的影响,以期得到淀粉、可溶性糖和NDSF间适宜的供应方式,为糖蜜和甜菜渣类饲料在生产中的合理应用提供理论基础。现摘要如下: 试验一日粮瘤胃降解蛋白(RDP)水平和NFC类型对瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群的影响。本研究采用2×4的双因素试验设计,其中2种RDP水平,4种NFC类型(玉米淀粉、蔗糖、柑橘果胶和菊粉)。RDP水平通过向四种日粮中分别添加0(低RDP)或1.56g(高RDP)酪蛋白酸钠调节。主效应方面(2中RDP水平下的平均值,以下同),蔗糖和果胶组的干物质(DM)和有机物质(OM)表观消失率显著高于其它处理组(P 0.01)。日粮RDP水平和NFC来源在影响中性洗涤纤维(neutraldetergent fiber,NDF)的表观消失率上存在交互作用(P 0.01),低RDP处理组,蔗糖(P=0.10)和果胶组(P=0.09)趋向于低于淀粉组(P值),但高RDP处理组之间差异不显著。主效应方面,果胶组的液相和固相部分的Ruminococcus albus的16S rDNA拷贝数分别高于(P 0.01)和趋向于(P=0.10)高于淀粉组。在影响液相(P 0.01)和固相(P=0.02)Ruminococcus flavefaciens的16S rDNA拷贝数方面,日粮RDP水平和NFC来源间存在交互作用,其中低RDP下,蔗糖组固相Ruminococcus flavefaciens拷贝数趋向于(P=0.06)低于淀粉组。增加日粮RDP水平提高了所有处理组的总挥发性脂肪酸(VFA)产量(P 0.01)和总微生物氮(MN)流量(P 0.01)。主效应上,果胶组的乙酸摩尔比例(P 0.05)和乙丙比最高(P 0.01)。不论RDP水平,蔗糖和菊粉组的丁酸摩尔比例均高于其它处理组(P 0.01)。低RDP下各处理组的总MN流量差异不显著,但提高RDP使得蔗糖和果胶组的总MN流量分别高于(P 0.01)和趋向于(P=0.10)高于淀粉组。结果表明,日粮RDP水平和NFC类型在影响瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群方面存在交互作用,当日粮中有足够的瘤胃可利用氮时,蔗糖和果胶在微生物合成方面比淀粉更具有优势。 试验二日粮NDSF和蔗糖对瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群的影响。本研究采用2×2的双因素试验设计,日粮含有2种蔗糖添加量,高糖(约1.01g/d)和低糖(约0.26g/d);2种NDSF水平,高NDSF(2.70g/d)和低NDSF(1.95g/d)。日粮NDSF和蔗糖在影响固相木聚糖酶活性(P=0.04)和DM (P=0.08)、OM (P=0.04)、NDF (P=0.01)、半纤维素(P=0.09)的表观消失率上存在交互作用,在高糖条件下增加NDSF供应量能够降低上述指标。尽管日粮NDSF和蔗糖在影响丁酸摩尔比例(P=0.05)方面存在交互作用,但与低NDSF日粮相比,高NDSF日粮增加了乙酸摩尔比例并降低了丁酸摩尔比例。然而,补加蔗糖对瘤胃VFA参数的影响则依赖日粮NDSF的水平。日粮蔗糖和NDSF在影响甲烷产量方面存在交互作用(P 0.01),提高NDSF供应量仅在低蔗糖日粮下增加甲烷产生量。提高NDSF和蔗糖供应量均降低了每天的净氨氮产量(P 0.01和P=0.03)。与低NDSF日粮相比,高NDSF日粮的总非氨态氮(NAN)(P=0.01)、MN(P=0.01)、固相微生物(SAM)(P 0.01)流量和微生物合成效率(EMS)(P=0.02)均较高。提高NDSF供应量增加了R. flavefaciens拷贝数(P 0.02),同时降低了R. albus拷贝数(P 0.01)。补加蔗糖提高了液相Ruminococcus albus拷贝数(P=0.01),但不影响总MN流量和固相纤维分解菌菌群。结果表明,在反刍动物日粮配合中,需要考虑NDSF和可溶性糖对瘤胃发酵以及纤维降解的交互影响;仍需进一步研究可溶性糖在瘤胃中的发酵和代谢。 试验三日粮NDSF替代淀粉对瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群的影响。本研究采用单因素试验设计,日粮的NDSF含量分别为12.7%、16.4%、20.1%和23.8%。提高日粮NDSF含量对DM(P=0.05)、OM(P=0.08)和NDF(P=0.06)表观消失率的影响,呈先增加后降低的趋势,较高值均出现在16.4%组。增加日粮NDSF含量提高了酸性洗涤纤维(ADF)(P=0.03)的表观消失率和纤维素酶活性,但降低了R. albus和R. flavefaciens的数量以及N的表观消失率(P 0.01)。用NDSF替代淀粉增加了乙酸摩尔比例(P 0.01)、乙丙比(P 0.01)、甲烷产量(P=0.03)和甲烷与VFA比(P0.01)。提高日粮NDSF含量降低了氨氮产生量(P 0.01),增加了NAN(P 0.01)、SAM(P 0.01)流量和EMS (P=0.07),但总MN合成量在NDSF含量超过20.1%后没有进一步增加(P=0.07)。结果表明,当日粮NDSF含量占到16.4%时,提高了养分消化率(除N)和MN合成,进一步增加NDSF含量并不抑制MN合成,但显著降低了日粮N的消化。考虑到增加的微生物合成和瘤胃非降解N流量,用NDSF替代淀粉对反刍动物是有益的。 试验四高糖日粮NDSF替代淀粉对瘤胃发酵、微生物合成和纤维分解菌菌群的影响。本研究采用单因素试验设计,日粮的NDSF含量分别为12.9、16.6和20.3%。提高日粮NDSF含量降低了DM(P=0.03)、OM(P=0.05)、N(P 0.01)和NDF(P=0.09)的表观消失率,但增加了NFC的表观消失率(P=0.03)。用NDSF替代淀粉增加了丁酸摩尔比例(P 0.01)、乙丙比(P=0.06)以及甲烷与VFA比(P=0.04),降低了丙酸摩尔比例(P=0.04)。提高日粮NDSF含量降低了氨氮产量(P=0.04),增加了NAN(P=0.02)、SAM(P 0.01)流量和EMS(P=0.06),但总MN合成量在NDSF含量超过16.6%后没有进一步增加(P=0.13)。增加日粮NDSF含量降低了液相木聚糖酶和固相羧甲基纤维素酶活性,但不影响3种典型的纤维分解菌菌群。结果表明,高糖日粮下用NDSF替代淀粉虽降低了养分消化率(尤其日粮N),但提高了微生物合成。考虑到增加的微生物N合成和瘤胃非降解N流量,用NDSF替代淀粉对反刍动物是有益的,但需要考虑其对纤维消化的抑制影响。


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