張建華1 李文浩2
摘 要： 為探究飼料中添加有機稀土對秦川牛體外發酵特性的影響，試驗選用 3 只安裝永久性瘤胃瘺管的健康秦川牛( 體質量為( 489± 80) kg) 作為瘤胃供體動物，通過瘤胃體外培養技術，采用單因素試驗設計，有機稀土添加水平分別設為 0、200、400、600、800、1 000 和 1 200 mg / kg，主要測定指標包括瘤胃體外發酵 24 h 總產氣量、干物質消化率( IVDMD) 、菌體蛋白( MCP) 、氨氮( NH3－N) 和 pH 等參數。研究結果顯示，體外培養 24 h 后，添加有機稀土組與對照組的 IVDMD 和產氣量差異均不顯著( P＞ 0. 05) ; 與對照組相比，添加有機稀土組的 NH3－N 含量有先升高后下降的趨勢，其中 400 mg / kg 組的 NH3－N 含量最高，顯著高于對照組( P＜0. 05) ; 而 MCP 產量除 1 200 mg / kg 組外，均較對照組有所提高，其中 800 和 1 000 mg / kg 組的MCP 產量較對照組分別顯著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) ; 600 和 800 mg / kg 組的 pH 均達到最高，且顯著高于對照組( P＜0. 05) 。綜上可得，飼料中添加適量的有機稀土在一定程度上對秦川牛有機物的降解有促進作用，能提高微生物利用 NH3－N 合成 MCP 的能力，但過高的稀土添加水平會出現抑制 MCP 合成的現象。
關鍵詞： 有機稀土; 秦川牛; 瘤胃發酵; 發酵參數
中圖分類號: S 823. 8+ 1 文獻標志碼: A 文章編號: 1002－2813 ( 2017) 21－0032－04
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收稿日期: 2017－07－11
基金項目: 甘肅省草地農業機械重點實驗室專項基金( 1309-ＲTSA037)
第一作者: 張建華，碩士，研究方向為動物營養。
通信作者: 李文潔，博士，研究方向為動物遺傳育種。
稀土( ＲE) ，曾稱稀土金屬，是元素周期表第Ⅲ族副族元素鈧、釔和鑭系元素共 17 種化學元素的合稱。我國稀土資源豐富，儲量占世界儲量的 76%。隨著稀土研究的深入，稀土資源開始在各行業廣泛應用［1］。國內外大量研究表明，動物日糧中添加一定劑量的稀土，可激活動物機體的生長因子，提高酶活性，增強機體免疫力，從而達到提高飼料利用率、促進生長和改善畜禽產品品質的效果［2］。不僅如此，日糧中添加稀土元素能提高奶牛、豬、雞的生產性能，對動物的飼料轉化率、動物生長日增質量及體內消化代謝均有一定的促進作用［3］。有機稀土將會成為動物營養和飼料科學中極具開發潛力的促生長添加劑［4］。研究旨在通過體外培養技術，初步探究飼料中添加有機稀土對秦川牛體外發酵特性的影響，通過測定相關指標，為其在調控反芻動物瘤胃發酵及在飼料生產中的應用提供理論基礎。
1. 1 試驗材料
稀世寶
白色或淡黃色流動性粉末，有機稀土含量≥99%，其中 ＲE≥36%。
1. 2 試驗動物及日糧
試驗選用 3 只體質量為( 489±80) kg、安裝有永反芻動物營養飼料研究 FEED ＲESEAＲCH NO．21，2017 33久性瘤胃瘺管的健康秦川牛( 甘肅安貝源乳業有限公司提供) 為試驗動物，飼養管理模式一致( 統一驅蟲，單圈飼養，粗料為作物秸稈，精料以玉米和豆柏為主，每日 2 次等量飼喂，自由飲水，用于采集瘤胃液) 。基礎日糧組成及營養水平見表 1。
注: 每千克預混料含維生素 A 50、維生素 D3 8 及維生素 E 20 萬 IU，鹽酸 80 g，Fe 10. 00、Mn 8. 00、Zn 6. 00、Se 0. 02、I 0. 10 及 Co 0. 02 g。
1. 3 人工瘤胃培養系統
采用注射器式培養系統［5］進行瘤胃體外發酵培養。模擬人工瘤胃的體外產氣管為 100 mL 玻璃注射器，其前端套有硅膠軟管，便于止水夾夾緊，以防產氣時氣體泄露。
1. 4 瘤胃液采集
晨飼前，利用長臂手套，通過瘤胃瘺管分別于瘤胃上、下、前、后 4 個部位采集等量瘤胃液，混合均勻。將采集好的瘤胃液迅速灌入經預熱達 39℃的滅菌清潔燒杯中，并置于 39 ℃ 蒸餾水的保溫瓶中，灌滿保溫瓶，蓋好蓋子后迅速返回實驗室， 經 4 層紗布過濾后持續通入氣體 5 min，然后迅速分裝至已預熱好并裝有培養底物( 基礎日糧 0. 5 g)和人工培養液( 40 mL) 的培養瓶內，每個培養瓶加20 mL 瘤胃液。接通培養瓶和注射器，打開振蕩開關，開始培養。
1. 5 試驗設計
試驗采用單因素試驗設計，有機稀土在基礎日糧中的添加水平見表 2。
注: 稀世寶為白色或淡黃色粉末，粒度＜ 90 目，有機稀土( ＲE C6O7H8 . 3H2O) ≥99%，其中稀土元素( 以 ＲE 計) ≥36%，鎘 ＜ 0. 000 1%，鉛 ＜0. 002%，砷＜0. 000 5%。
1. 6 試驗方法
1. 6. 1 人工唾液的配置
參照 Menke 和 Steingass 等［5］ 體外瘤胃發酵技術，0. 1 mL 微量元素溶液( A) + 208. 1 mL 緩沖液( B) +205. 1 mL 常量元素溶液( C) +1. 0 mL 刃天青溶液( D) +520. 2 mL 蒸餾水，通入 CO2 氣體達到飽和狀態，溫度在 39 ℃ 后維持穩定，加 62. 4 mL 還原液( E，現用現配) ，繼續通入 CO2，直至溶液由淡藍色轉變為無色。
1. 6. 2 樣品預處理
培養 24 h 后，立即測定培養液 pH，然后將培養物用紗布過濾，濾液－20 ℃ 冷凍保存，用于瘤胃發酵參數氨氮( NH3 －N) 和微生物蛋白( MCP) 的測定。濾渣無損移入尼龍袋中，置于 65 ℃ 烘箱中烘干，以測定干物質含量，進而計算體外干物質降解率( IVDMD) 。
1. 6. 3 測定項目及方法
1. 6. 4 數據統計與分析
試驗數據先用 Excel 軟件進行初步處理，統計分析采用 SPSS 20. 0 統計軟件進行單因素方差分析，結合 Duncan 氏法進行多重比較，數據結果用平均數±標準差表示。
2 結果與分析
表 4 不同添加水平的有機稀土對秦川牛體外發酵特性的影響添加水平( 干物質) / ( mg·kg－1 ) 產氣量/mL 體外干物質降解率/% pH 氨氮/( mg·dL－1 ) 微生物蛋白/( mg·mL－1 ) 0 73. 22 ±1. 02 51. 61 ±0. 38b 6. 68 ±0. 01ab 16. 01 ±0. 85ab 31. 16 ±0. 85ab200 69. 05 ±2. 86 50. 28 ±0. 60a 6. 71 ±0. 00b 18. 14 ±0. 23bc 32. 66 ±0. 50ab400 66. 60 ±7. 25 51. 20 ±0. 17ab 6. 70 ±0. 01ab 18. 44 ±0. 10c 34. 07 ±0. 58bc600 72. 63 ±0. 52 51. 67 ±0. 22b 6. 76 ±0. 01c 15. 41 ±0. 79a 32. 87 ±0. 90ab800 68. 90 ±1. 12 51. 24 ±0. 13ab 6. 76 ±0. 01c 14. 99 ±1. 04a 37. 72 ±0. 97c1 000 68. 42 ±0. 43 51. 17 ±0. 30ab 6. 68 ±0. 02a 14. 86 ±1. 26a 37. 99 ±1. 11c1 200 63. 08 ±1. 98 51. 08 ±0. 52ab 6. 67 ±0. 00a 15. 08 ±0.34a 29. 43 ±2. 92a 注: 同列數據肩標不同字母表示差異顯著( P＜0. 05) ，肩標相同字母或無肩標表示差異不顯著( P＞0. 05) 。不同添加水平的有機稀土對秦川牛體外發酵特性的影響結果見表 4。從表 4 可見，體外發酵 24 h后，有機稀土添加組與對照組的產氣量差異不顯著( P＞0. 05) ，添加組產氣量與對照組相比均出現一定程度的下降，隨著添加水平的增加，出現先降低后增加再降低的現象，其中 600 mg / kg 組的產氣量在添加組中最高，400 和 1 200 mg / kg 組的產氣量偏低; 除 200 mg / kg 組外，其他有機稀土添加組與對照組秦川牛的 IVDMD 差異不顯著( P＞0. 05) ，試驗條件下，200 mg / kg 組秦川牛的 IVDMD 最低，600mg / kg 組秦川牛的 IVDMD 最佳，并且在添加 600mg / kg 后，其 IVDMD 隨著添加濃度的增加呈現下降趨勢; 有機稀土添加組中，600 和 800 mg / kg 2 組 的 pH 均顯著高于對照組( P＜0. 05) ，其余添加組與對照組 相 比 差 異 均 不 顯 著 ( P＞ 0. 05) ，除 1 200mg / kg組低于對照組外，其余各組 pH 均有小幅度增加; 有機稀土添加組的 NH3 －N 產量有先升高后下降的趨勢，其中 400 mg / kg 組的 NH3－N 顯著高于對照組 ( P＜ 0. 05) ，隨后 600、800、1 000 和 1 200mg / kg 組的 NH3 －N 產量較對照組分別降低 3. 74%、6. 37%、7. 18%和 5. 81%( P＞0. 05) ; 有機稀土添加組的 MCP 產量除 1 200 mg / kg 組外，均較對照組有所提高，其中 800 和 1 000 mg / kg 組的 MCP 產量較對照組分別顯著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) ， 而 1 200 mg / kg 組的 MCP 產量最低，比對照組降低5. 55%( P＞0. 05) 。
注: 同列數據肩標不同字母表示差異顯著( P＜0. 05) ，肩標相同字母或無肩標表示差異不顯著( P＞0. 05) 。
3 討論
3. 1 不同添加水平的有機稀土對秦川牛體外產氣量與干物質消化率之間的影響
Menke 和 Steingass［5］通過試驗證實，飼料樣品在體外發酵 24 h 后的產氣量與瘤胃內有機物的消化率呈顯著的正相關。試驗中，添加組產氣量與對照組相比均出現一定程度的下降，其干物質消化率也出現與之相關的趨勢，有機稀土 600 mg / kg 添加組在各添加組中的產氣量最高，與之對應的干物質消化率也最高，說明適當添加有機稀土在一定程度上能夠促進有機物的降解。有研究報道［8］，稀土元素濃度的大小直接影響其對酶的作用，即當稀土元素濃度較低時會激活酶的活性，而當稀土元素濃度較高時，會抑制酶的活性。而試驗結果顯示，有機稀土 1 200 mg / kg 添加組的產氣量在各添加組中最低，這意味著高水平的有機稀土可抑制有機物的降解，與稀土元素濃度過高抑制酶的活性有關。而曹永范等［9］相似的研究也表明，低濃度的稀土離子能夠激活纖維素酶的活性，而高濃度的稀土元素則會抑制酶的活性，從而也證實了這點。
3. 2 不同添加水平的有機稀土對秦川牛體外發酵pH 的影響
瘤胃液 pH 是一項反映瘤胃發酵狀況的綜合指標，可綜合反映瘤胃內環境的變化，pH 過高或過低都會影響瘤胃微生物的發酵。望丕縣等［10］報道，瘤纖維分解菌分解纖維素的最適 pH 為 6. 2 ～ 7. 0，當瘤胃 pH 低于 6. 2 時，纖維分解菌的生長會受到抑制［11］，微生物蛋白合成效率下降。試 驗 發 現，各組 pH 均保持在 6. 67 ～ 6. 76，適合纖維降解菌的生長，沒有對瘤胃內環境造成不良影響。
3. 3 不同添加水平的有機稀土對秦川牛體外發酵氨氮和微生物蛋白產量的影響
NH3－N 是瘤胃內含氮物質分解的終產物，瘤胃內的微生物對 NH3 －N 的需求是需要一個適宜濃度的，NH3－N 過高或過低均不利于瘤胃微生物的生長。Preston 等［12］提出微生物對 NH3 －N 濃度的耐受范圍為 6 ～ 30 mg /100 mL，Orskov 等［13］認為 NH3 －N作為瘤胃微生物的氮源，其濃度的大小對微生物的生長有明顯影響，且瘤胃微生物生長的最佳 NH3－N 濃度為 6. 3 ～ 27. 5 mg / dL。由 此 可 知，試 驗 中 的NH3－N 均處于最佳范圍內。在體外發酵 24 h 后，400 mg / kg 組的 NH3 －N 產量顯著高于對照組( P＜0. 05) ，600、800、1 000 和 1 200 mg / kg 組的 NH3－N產量較對照組均降低。而有機稀土添加組的 MCP 產量除 1 200 mg / kg 組外，均較對照組有所提高，其中800 和 1 000 mg / kg 組的 MCP 產量較對照組分別顯著提高 21. 05%和 21. 90%( P＜0. 05) 。說明添加適量的有機稀土能夠促進微生物對 NH3－N 的利用，合成更多的 MCP。相關研究報道，添加硝酸稀土混合物后，MCP 產量極顯著增加 34. 30%［14］，進一步證實瘤胃中添加有機稀土能促進瘤胃 MCP 的合成。
4 結論
試驗通過瘤胃體外培養技術，采用單因素試驗設計，在飼料中添加適量的有機稀土，發現其在一定程度上對秦川牛瘤胃中有機物的降解有促進作
用，能提高微生物利用 NH3 －N 合成 MCP 的能力，但過高的稀土添加水平會出現抑制 MCP 合成的現象。在試驗條件下最后得出，秦川牛飼料中添加有機稀土的最佳范圍為 800 ～ 1 000 mg / kg。
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