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《中国农业科学院》 2017年
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生物技术提高玉米秸秆饲用价值的研究及其机理探索

陶莲  
【摘要】:利用生物技术提高秸秆饲料利用率有助于开发饲料资源与减少秸秆焚烧造成的环境污染等实际问题。基于合理调控青贮发酵对秸秆品质的改善的作用,筛选出高效生物青贮发酵制剂,采用体外(in vitro)、半体内(in situ)和活体动物(in vivo)试验进行了系统的研究与效果验证,同时,对生物制剂改善玉米秸秆青贮品质的机理进行了探索。本研究分四步骤进行:1.青贮发酵作用对玉米秸秆品质的改善作用及其对菌群构成影响的评价。采用经典的分析方法和MiSeq高通量测序技术,分析青贮发酵前后玉米秸秆感官指标、发酵品质、营养成分以及细菌群落构成及丰度的变化,确定青贮发酵是否能够改善玉米秸秆的饲用价值;2.研究生物制剂对玉米秸秆青贮饲料发酵品质、营养成分及消化率的影响。通过在玉米秸秆原料中添加微生物制剂、酶制剂、微生物制剂+酶制剂,青贮45天后检测青贮饲料发酵品质、木质纤维素组分以及瘤胃消化率,来分析判断各种生物制剂对玉米秸秆青贮饲料品质改善的作用,优化出最为适宜的生物制剂;3.研究所筛选的生物制剂对玉米秸秆青贮发酵过程中化学组分及微生物群落构成的影响。通过对玉米秸秆进行青贮,在0、1、3、5、7、14、21、45天分别开袋取样,探明不同发酵阶段细菌及真菌的菌群构成及丰度变化规律;不同发酵阶段青贮发酵品质及营养组分动态变化规律;酶菌复合制剂对菌群变化及青贮品质的作用机制;4.运用动物比较试验对所筛选的生物制剂进行效果验证。通过肉羊饲养试验,阐明不同玉米秸秆青贮饲料对肉羊的生长性能、屠宰性能、营养消化及血液指标的影响,对所筛选出的生物制剂效果做充分的验证。结果表明:1.青贮发酵45天后的玉米秸秆青贮饲料呈黄绿色,质地较好,呈酸香味。青贮发酵能够使玉米秸秆pH值迅速降低,乳酸含量显著增加(P0.05),中性洗涤纤维(neutral detergent fiber;NDF)及酸性洗涤纤维(acid detergent fiber;ADF)含量有下降趋势(0.1P0.05);玉米秸秆经过青贮发酵相关微生物发生了显著变化,变形菌门(Proteobaacteriaa)、γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、肠杆菌目(Enterobacteriales)、肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和魏斯氏菌属(Weissella)菌群数量显著降低(P0.05);青贮发酵能够显著增加(P0.05)厚壁菌门(Firmicutes)、芽孢杆菌纲(Bacilli)、乳杆菌目(Lactofbacillaales)、乳杆菌科(Lactobacillaceae)、片球菌属(Pediococcus)和乳杆菌属(Laactobacillus)菌群数量;2.酶菌复合处理组(MCL1和MCL2)pH值最低(P0.05),NDF、纤维素在瘤胃中降解能力显著高于其他处理组(P0.05),木质素(acid detergent lignin;ADL)降解率在数值上高于其他组,但差异不显著(P>0.05);与对照组相比,酶菌混合处理组能够降低NDF、ADF、纤维素含量(P0.05);3.青贮发酵过程对青贮各品质指标影响显著,而酶菌复合制剂对NDF、pH值、乳酸(lactic acid;LA)、乙酸(acetic acid;AA)和丙酸(propionic acid;PA)含量影响显著(P0.05)。青贮时间及青贮时间和添加剂的互作效应对细菌及真菌门水平群落构成影响显著(P<0.05)。添加剂对真菌门水平群落构成影响显著(P<0.05);对细菌门水平群落影响不显著(P0.05);4.添加生物制剂玉米秸秆青贮组、无添加玉米秸秆青贮组、羊草组对照组的净增重(weight gain;WG)、平均日增重(average daily weight gain;ADG)、胴体重(carcass weight)、DM和ADF的表观消化率(apparent digestibility)均显著高于空白对照组(P0.05);添加生物制剂玉米秸秆青贮组干物质和有机物排出量显著低于空白对照组和羊草对照组(P<0.05)。添加生物制剂玉米秸秆青贮组和无添加玉米秸秆青贮组的NDF表观消化率显著高于对照组和羊草组(P0.05)。各处理组内脏器官占宰前活重比例及各血清生化指标差异不显著(P>0.05)。基本结论:1.青贮发酵改善玉米秸秆感官指标、发酵品质以及营养成分,并且可以有效降低有害细菌的数量,增加有益菌的数量,从而降低致病菌对家畜健康存在的潜在风险;2.酶菌复合添加剂喷洒到秸秆中进行青贮发酵后,能够有效破除玉米秸秆青贮饲料的特殊的木质素-纤维素-半纤维素复合体结构,改善秸秆青贮饲料的发酵品质,提高营养物质的保存量及反刍动物瘤胃对秸秆营养物质的降解率,从而提高秸秆的可利用率,其中MCL2处理组效果最佳;3.生物制剂通过改变真菌群落构成来改善玉米秸秆青贮的利用率;4.玉米秸秆经过生物制剂处理后改善了玉米秸秆的饲用价值,达到与羊草相同的生长和屠宰性能。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2017
【分类号】:S816.53

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