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日糧添加煙酸對活體外瘤胃發酵和纖維降解的影響

發布時間:2014-07-16 14:32:13
日糧添加煙酸對活體外瘤胃發酵和纖維降解的影響

趙芸君 , 孟慶翔

1.動物營養學國家重點實驗室,北京100094

2.中國農業大學動物科學技術學院/肉牛研究中心。.-lt~ 100094

摘要:采用體外產氣量法,研究了在高水平玉米秸(70)底物日糧中添加煙酸(O39 gmL)對瘤胃發酵和纖維降解的影響。結果顯示:日糧添加煙酸顯著提高了72 h產氣量、48 h總揮發酸的濃度、發酵液的羧甲基纖維素酶和木聚糖酶的活性以及72 h幹物質、中性洗滌纖維的降解率(P<005),而對發酵液的潛在產氣量、產氣速度、pH、氨態氮濃度、各揮發酸摩爾比、原蟲和細菌的數量以及微晶纖維素酶活、酸性洗滌纖維的降解率無顯著影響(P>O05)。隨煙酸添加水平的增加,原蟲的數量(P=0082)、潛在產氣量(P=0056)、微晶纖維素酶活(P=0078)和酸性洗滌纖維的降解率(P=0093)均呈上升的趨勢。添加煙酸39gmL組的乙酸生成量分別提高533%、757%,丙酸生成量分別提高561%、774%,幹物質降解率分別提高334%、337%,中性洗滌纖維降解率分別提高269%、276%,酸性洗滌纖維降解率分別提高了233%、241%。體外試驗表明:在高水平玉米秸(70)底物日糧中添加煙酸促進了纖維降解。

關鍵詞煙酸;瘤胃發酵;纖維降解

中圖分類號S 8167 文章編號10074333(2006)05004605 文獻標識碼A

反芻動物營養理論認為,瘤胃合成的煙酸能滿足其營養需要。然而,隨著近年來相關試驗數據的發表和反芻動物生產性能的顯著提高,有學者[1 ]對這一理論提出質疑。研究表明,煙酸可促進纖維的降解【3]。因此,研究煙酸對瘤胃發酵和纖維降解的影響對於從煙酸營養的角度進一步提高反芻動物對粗飼料的利用率具有重要的理論和實際意義。

瘤胃中的煙酸主要由El糧在瘤胃消化過程中釋放和瘤胃微生物合成提供。由於粗飼料玉米秸中煙酸含量很低,同時提高El糧纖維比例會降低瘤胃中煙酸的合成量【4]。因此,當El糧中含高水平玉米秸(70)時,瘤胃中煙酸的量相對較低。瘤胃微生物在生長代謝過程中需要煙酸[引,它有助於瘤胃微生物數量的增多[ ,同時瘤胃內植物細胞壁的降解是由細菌、原蟲和真菌協同完成的[ ;因此,筆者推測當EI糧中含較高比例玉米秸(70)時,添加煙酸可能會促進纖維的降解。盡管國內外在反芻動物煙酸營養方麵作了很多研究工作,但有關煙酸對纖維降解的報道還很少;因此,本試驗旨在研究在高水平玉米秸(70)底物日糧中添加煙酸對瘤胃發酵和纖維降解的影響。

1 材料與方法

11 試驗材料

風幹玉米秸和玉米(購於天津靜海縣)用旋風式粉碎機粉碎,過1 mm篩備用。大豆濃縮蛋白購於北京大豆生化技術公司,煙酸(生化試劑)購於北京化學試劑公司。

12 試驗動物、日糧和試驗設計4頭安裝有永久性瘤胃瘺管的荷斯坦閹公牛(平均體重450 kg)作為供體牛,每天分2次飼喂。飼糧精料水平為30%,EI飼喂混合精料(玉米63%,豆粕16%,豆皮19%,石粉09%,磷酸氫鈣05%,食鹽05%,預混料01)3 kg,幹玉米秸7 kg,自由飲水。瘤胃液采集前需預飼10 d。采用單因子三水平試驗設計,3個處理組發酵底物EI糧中煙酸添加水平分別為039~gmL。發酵底物日糧組成及營養水平見表1

1 發酵底物日糧組成及營養水平

Table 1 Composition and nutrient level of substrate

日糧組成 質量分數/%

營養水平 質量分數/%

玉米粉 219

大豆濃縮蛋白 81

玉米秸 700

CP l30

NDF 456

ADF 347

注:表中數值均為幹物質含量

13 體外培養

活體外產氣量的測定按Menke等 ]方法進行。培養72 h的發酵管用於計算產氣量;培養24 h的發酵液用於細菌、原蟲的計數;培養48 h的發酵液用於測定pH、揮發性脂肪酸(VFA)、氨態氮(NH3N)和纖維素酶(羧甲基纖維素酶、木聚糖酶和微晶纖維素酶)的活性。培養72 h2批發酵管,用於計算和測定幹物質(DM)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的降解率。

14 測定指標及方法

發酵底物測定指標包括DM、粗蛋白質(CP)NDFADF[910]。發酵液測定指標包括VFA[11]

NH3_N[12]纖維素酶活[13 ]和細菌[ 14]、原蟲[ 15]的計數。

15 統計分析

活體外產氣量數據根據動態模型GP=B×(1exp )和采用SAS[ ]軟件計算。其他指標采用

SAS[16]廣義線性模型(GLM)進行單因子方差分析和顯著性檢驗,多重比較采用Duncan法。

2 結果與討論

21 日糧添加煙酸對產氣動態參數、發酵參數影響

由圖1和表2可知,EI糧添加煙酸顯著提高了72 h產氣量、48 h總揮發酸的濃度(P<005),而對潛在產氣量、產氣速度、pHNH3N質量濃度、各揮發酸摩爾分數無顯著影響(P>005)。隨煙酸添加水平的增加,潛在產氣量(P=0056)呈上升趨勢。從表觀值上看,隨煙酸添加水平的增加,pHNH3N均逐漸降低,而乙、丙酸摩爾比均逐漸增加。與0gmL組相比,39 t~gmL組的72 h產氣量分別提高了502%和678%,潛在產氣量分別提高了460%和669%,乙酸生成量分別提高533%和757%,丙酸生成量分別提高561%和774%。


Fig1 Effects of addition of niacin on dynamic ofgas produced for 72 h in vitro

本試驗結果中日糧添加煙酸對pH的影響與Horner[17]的報道基本一致,而與DoreauH 8j不同。這可能與瘤胃內容物具有良好的緩衝能力、煙酸添加水平以及發酵底物不同有關。本試驗結果中EI糧添加煙酸對NH3N質量濃度的影響與陸治年u ]報道基本一致,而與Horner報道的EI糧添加煙酸有提高NH N質量濃度趨勢["]的結果不一致。這可能與添加煙酸能提高NH N的利用率[ 0]有關。本試驗結果表明,Et糧添加煙酸提高了TvFA的濃度、丙酸和乙酸的生成量,此結果與Nangia的報道【4]相同,而與Doreau等 引不同。原因可能與煙酸添加水平[ 、對煙酸的適應性以及Et糧等因素有關[22]。同時本試驗結果與Piva等【2 ]報道的在高纖維底物日糧中添加煙酸可促進乙酸濃度提高的結果相一致。由於乙酸是粗飼料的主要產物,因此乙酸生成量的增加可能暗示著Et糧添加煙酸促進了纖維的降解。日糧添加煙酸增加了丙酸的生成量可能與原蟲數量的增加有關。

2 日糧添加煙酸對產氣動態和發酵參數、微生物數量、酶活及降解率的影響

Table 2 Effects of niacin on dynamic of gas producedfermentation parametersnumber of microorganismactivitiesof enzymedegradation ratio in vit

項目                                   (煙酸)/(ug/ml)             sem           p

                                          0       3     9

產氣動態參數

72h產氣量(DM)、/(ml/0.2g)           58.37b  61.30b    62.33b        0.823           0.034

潛在產氣量(DM/(ml/0.2g)            58.52   61.21    62.44          0.912           0.056

產氣速度/h                            0.060  0.061     0.062          0.001           0.298

 

發酵參數

pH                                      6.62       6.59        6.58         0.02           0.319

NH3-N/(mg/dL)                           10,97      10.45       10.40        0.40           0.573

總揮發酸/(mmol/L)                       49.37b     51.92ab      52.91a       0.80          0.048

乙酸摩爾分數/%                           63.42     63.53        63.66        0.40          0.914

丙酸摩爾分數/%                           20.93     21.01        21.03        0.40          0.910

丁酸摩爾分數/%                            9.50      9.46          9.30        0.32          0.892

戊酸摩爾分數./%                           1.93      1.84          1.86        0.07          0.643

異丁酸摩爾分數/%                          1.42      1.43          1.41        0.10          0.931

異戊酸摩爾分數/%                          281     2.73          2.74        0.10          0.839

乙酸/丙酸                                 3.03      3.02          3.03        0.03          0.828

微生物數量

   細菌數量/(10⒏個/mL)                  6.34      6.59          6.54        0.23          0.728

   原蟲數量/(10⒊個/mL)                  2684    30.19         30.50       1.03         0.028

 

纖維素黴活/(ümol/(mL·min))        

   羧甲基纖維酶                             90.30b    103.18a      106.63a     3.37         0.031

木聚糖酶                                56.96b     64.08b       65.73a     1.98         0.043

微晶纖維素酶                             67.78     73.41        74.64      1.82         0.078

降解率/%             

 幹物質(DM                           57.60b     60.94a       60.97a     0.769       0.033

  中性洗滌纖維(NDF                    38.70b    41.39a        41.46a    0.607       0.030

  酸性洗滌纖維(ADF                    32.33     34.66         34.74      0.719       0.093

 

注:同行相同字母者表差異不顯著(P>005),不同者表差異顯著(P<005)sEM為平均標準差。下同

22 日糧添加煙酸對微生物數量、纖維素酶活及降解率的影響

1)由表2可知,日糧添加煙酸顯著提高了發酵液中羧甲基纖維素酶、木聚糖酶的活性以及72 h EtDMNDF的降解率(P<005),而對發酵液中原蟲、細菌的數量以及微晶纖維素酶活、72 h ADF的降解率無顯著影響(P>005)。隨煙酸添加水平的增加,原蟲數量(P=0082)、微晶纖維素酶活(P=0078)以及ADF的降解率(P=0093)均呈上升趨勢。與0 ttgmL組相比,39 t*gmL組的原蟲數量分別提高125%和136%;羧甲基纖維素酶活分別提高125% 和154%,木聚糖酶活分別提高143%和181%,微晶纖維素酶活分別提高831%和101%;DM降解率分別提高334%和337%,NDF降解率分別提高269%和276%,ADF降解率分別提高233%和241%。

2)有研究表明,瘤胃合成的煙酸能滿足反芻動物的營養需要,然而煙酸高於通常的營養水平可刺激瘤胃微生物的活力L1 。日糧添加煙酸可提高瘤胃原蟲的數量l418 J,本試驗結果與之相同。說明在高水平玉米秸(70)日糧中添加煙酸提高了微生物的活力,這可能與瘤胃原蟲在生長代謝過程中需要煙酸有關。由於本試驗供體牛飼喂日糧中含有高水平的玉米秸(70),因此瘤胃液中煙酸的含量相對較低;同時由於發酵底物日糧中含高水平的玉米秸(70),因此在發酵過程瘤胃微生物合成煙酸的量也相對較低。這可能也是日糧添加煙酸提高了瘤胃原蟲數量的原因。研究表明,原蟲對纖維降解具有重要意義。一方麵,體內外試驗證明原蟲可產生纖維素酶,可直接參與植物細胞壁的降解 。原蟲存在可使瘤胃內纖維、有機物消化率提高[ 引,可以刺激纖維分解菌的活力l2引。另一方麵,去除原蟲可使日糧有機物、纖維素的消化率和瘤胃內羧甲基纖維素酶的活性降低[27]。這些研究結果部分解釋了本試驗中添加煙酸提高了日糧DMNDFADF的降解率。本試驗表明,日糧添加煙酸提高了纖維素酶活和原蟲的數量。Coleman[28]報道,大約60%的瘤胃纖維素酶活與原蟲區係有關;因此,筆者推斷本試驗中纖維素酶活的提高可能與原蟲數量的增多有關。由於本試驗僅對細菌、原蟲的數量進行了研究,而未對與纖維降解相關的細菌、真菌的種類和數量進行研究,所以還不能肯定纖維分解酶活性的提高主要緣於原蟲數量的增多。研究表明,日糧添加煙酸可提高纖維二糖酶和葡萄糖苷酶的活性[29],可提高幹物質[18,23]、纖維和NDF的降解率[17,20]。本試驗結果與上述報道基本一致。本試驗結果中的日糧添加煙酸提高纖維素酶活與日糧添加煙酸促進DMNDF即纖維的降解率相一致。

3)目前,關於煙酸對纖維降解的研究還很少且結果不~致。有學者認為,其原因可能與發酵底物和煙酸添加水平有關。筆者認為體外試驗結果的差異可能還與瘤胃液的煙酸本底濃度以及瘤胃微生物的煙酸前營養狀態有關。關於煙酸提高纖維降解率的確切機製尚未闡明,有學者提出可能緣於煙酸可使分解半纖維素的細菌活力增強L2¨。由於煙酸參與碳水化合物、蛋白質和脂肪代謝,這可能是日糧添加煙酸促進纖維降解的一個重要原因,但具體機製還不清楚。由於瘤胃對纖維的降解是通過瘤胃微生物對纖維的附著、粘連、穿透等一係列作用,然後通過分泌各種酶類將纖維的各組分加以水解等多種過程、因素共同作用的結果l3 。同時瘤胃微生物的功能是多樣的,關係是複雜的,因此煙酸促進纖維降解及其可能的機理有待通過體內試驗進一步研究。

3 小結

體外試驗表明,在高水平玉米秸(70)底物日糧中添加煙酸(39 mL)促進了纖維的降解。

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