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日粮添加烟酸对活体外瘤胃发酵和纤维降解的影响

发布时间:2014-07-16 14:32:13
日粮添加烟酸对活体外瘤胃发酵和纤维降解的影响

赵芸君 , 孟庆翔

1.动物营养学国家重点实验室,北京100094

2.中国农业大学动物科学技术学院/肉牛研究中心。.-lt~ 100094

摘要:采用体外产气量法,研究了在高水平玉米秸(70)底物日粮中添加烟酸(O39 gmL)对瘤胃发酵和纤维降解的影响。结果显示:日粮添加烟酸显著提高了72 h产气量、48 h总挥发酸的浓度、发酵液的羧甲基纤维素酶和木聚糖酶的活性以及72 h干物质、中性洗涤纤维的降解率(P<005),而对发酵液的潜在产气量、产气速度、pH、氨态氮浓度、各挥发酸摩尔比、原虫和细菌的数量以及微晶纤维素酶活、酸性洗涤纤维的降解率无显著影响(P>O05)。随烟酸添加水平的增加,原虫的数量(P=0082)、潜在产气量(P=0056)、微晶纤维素酶活(P=0078)和酸性洗涤纤维的降解率(P=0093)均呈上升的趋势。添加烟酸39gmL组的乙酸生成量分别提高533%、757%,丙酸生成量分别提高561%、774%,干物质降解率分别提高334%、337%,中性洗涤纤维降解率分别提高269%、276%,酸性洗涤纤维降解率分别提高了233%、241%。体外试验表明:在高水平玉米秸(70)底物日粮中添加烟酸促进了纤维降解。

关键词烟酸;瘤胃发酵;纤维降解

中图分类号S 8167 文章编号10074333(2006)05004605 文献标识码A

反刍动物营养理论认为,瘤胃合成的烟酸能满足其营养需要。然而,随着近年来相关试验数据的发表和反刍动物生产性能的显著提高,有学者[1 ]对这一理论提出质疑。研究表明,烟酸可促进纤维的降解【3]。因此,研究烟酸对瘤胃发酵和纤维降解的影响对于从烟酸营养的角度进一步提高反刍动物对粗饲料的利用率具有重要的理论和实际意义。

瘤胃中的烟酸主要由El粮在瘤胃消化过程中释放和瘤胃微生物合成提供。由于粗饲料玉米秸中烟酸含量很低,同时提高El粮纤维比例会降低瘤胃中烟酸的合成量【4]。因此,当El粮中含高水平玉米秸(70)时,瘤胃中烟酸的量相对较低。瘤胃微生物在生长代谢过程中需要烟酸[引,它有助于瘤胃微生物数量的增多[ ,同时瘤胃内植物细胞壁的降解是由细菌、原虫和真菌协同完成的[ ;因此,笔者推测当EI粮中含较高比例玉米秸(70)时,添加烟酸可能会促进纤维的降解。尽管国内外在反刍动物烟酸营养方面作了很多研究工作,但有关烟酸对纤维降解的报道还很少;因此,本试验旨在研究在高水平玉米秸(70)底物日粮中添加烟酸对瘤胃发酵和纤维降解的影响。

1 材料与方法

11 试验材料

风干玉米秸和玉米(购于天津静海县)用旋风式粉碎机粉碎,过1 mm筛备用。大豆浓缩蛋白购于北京大豆生化技术公司,烟酸(生化试剂)购于北京化学试剂公司。

12 试验动物、日粮和试验设计4头安装有永久性瘤胃瘘管的荷斯坦阉公牛(平均体重450 kg)作为供体牛,每天分2次饲喂。饲粮精料水平为30%,EI饲喂混合精料(玉米63%,豆粕16%,豆皮19%,石粉09%,磷酸氢钙05%,食盐05%,预混料01)3 kg,干玉米秸7 kg,自由饮水。瘤胃液采集前需预饲10 d。采用单因子三水平试验设计,3个处理组发酵底物EI粮中烟酸添加水平分别为039~gmL。发酵底物日粮组成及营养水平见表1

1 发酵底物日粮组成及营养水平

Table 1 Composition and nutrient level of substrate

日粮组成 质量分数/%

营养水平 质量分数/%

玉米粉 219

大豆浓缩蛋白 81

玉米秸 700

CP l30

NDF 456

ADF 347

注:表中数值均为干物质含量

13 体外培养

活体外产气量的测定按Menke等 ]方法进行。培养72 h的发酵管用于计算产气量;培养24 h的发酵液用于细菌、原虫的计数;培养48 h的发酵液用于测定pH、挥发性脂肪酸(VFA)、氨态氮(NH3N)和纤维素酶(羧甲基纤维素酶、木聚糖酶和微晶纤维素酶)的活性。培养72 h2批发酵管,用于计算和测定干物质(DM)、中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)的降解率。

14 测定指标及方法

发酵底物测定指标包括DM、粗蛋白质(CP)NDFADF[910]。发酵液测定指标包括VFA[11]

NH3_N[12]纤维素酶活[13 ]和细菌[ 14]、原虫[ 15]的计数。

15 统计分析

活体外产气量数据根据动态模型GP=B×(1exp )和采用SAS[ ]软件计算。其他指标采用

SAS[16]广义线性模型(GLM)进行单因子方差分析和显著性检验,多重比较采用Duncan法。

2 结果与讨论

21 日粮添加烟酸对产气动态参数、发酵参数影响

由图1和表2可知,EI粮添加烟酸显著提高了72 h产气量、48 h总挥发酸的浓度(P<005),而对潜在产气量、产气速度、pHNH3N质量浓度、各挥发酸摩尔分数无显著影响(P>005)。随烟酸添加水平的增加,潜在产气量(P=0056)呈上升趋势。从表观值上看,随烟酸添加水平的增加,pHNH3N均逐渐降低,而乙、丙酸摩尔比均逐渐增加。与0gmL组相比,39 t~gmL组的72 h产气量分别提高了502%和678%,潜在产气量分别提高了460%和669%,乙酸生成量分别提高533%和757%,丙酸生成量分别提高561%和774%。


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

本试验结果中日粮添加烟酸对pH的影响与Horner[17]的报道基本一致,而与DoreauH 8j不同。这可能与瘤胃内容物具有良好的缓冲能力、烟酸添加水平以及发酵底物不同有关。本试验结果中EI粮添加烟酸对NH3N质量浓度的影响与陆治年u ]报道基本一致,而与Horner报道的EI粮添加烟酸有提高NH N质量浓度趋势["]的结果不一致。这可能与添加烟酸能提高NH N的利用率[ 0]有关。本试验结果表明,Et粮添加烟酸提高了TvFA的浓度、丙酸和乙酸的生成量,此结果与Nangia的报道【4]相同,而与Doreau等 引不同。原因可能与烟酸添加水平[ 、对烟酸的适应性以及Et粮等因素有关[22]。同时本试验结果与Piva等【2 ]报道的在高纤维底物日粮中添加烟酸可促进乙酸浓度提高的结果相一致。由于乙酸是粗饲料的主要产物,因此乙酸生成量的增加可能暗示着Et粮添加烟酸促进了纤维的降解。日粮添加烟酸增加了丙酸的生成量可能与原虫数量的增加有关。

2 日粮添加烟酸对产气动态和发酵参数、微生物数量、酶活及降解率的影响

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

项目                                   (烟酸)/(ug/ml)             sem           p

                                          0       3     9

产气动态参数

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

潜在产气量(DM/(ml/0.2g)            58.52   61.21    62.44          0.912           0.056

产气速度/h                            0.060  0.061     0.062          0.001           0.298

 

发酵参数

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

总挥发酸/(mmol/L)                       49.37b     51.92ab      52.91a       0.80          0.048

乙酸摩尔分数/%                           63.42     63.53        63.66        0.40          0.914

丙酸摩尔分数/%                           20.93     21.01        21.03        0.40          0.910

丁酸摩尔分数/%                            9.50      9.46          9.30        0.32          0.892

戊酸摩尔分数./%                           1.93      1.84          1.86        0.07          0.643

异丁酸摩尔分数/%                          1.42      1.43          1.41        0.10          0.931

异戊酸摩尔分数/%                          281     2.73          2.74        0.10          0.839

乙酸/丙酸                                 3.03      3.02          3.03        0.03          0.828

微生物数量

   细菌数量/(10⒏个/mL)                  6.34      6.59          6.54        0.23          0.728

   原虫数量/(10⒊个/mL)                  2684    30.19         30.50       1.03         0.028

 

纤维素霉活/(ümol/(mL·min))        

   羧甲基纤维酶                             90.30b    103.18a      106.63a     3.37         0.031

木聚糖酶                                56.96b     64.08b       65.73a     1.98         0.043

微晶纤维素酶                             67.78     73.41        74.64      1.82         0.078

降解率/%             

 干物质(DM                           57.60b     60.94a       60.97a     0.769       0.033

  中性洗涤纤维(NDF                    38.70b    41.39a        41.46a    0.607       0.030

  酸性洗涤纤维(ADF                    32.33     34.66         34.74      0.719       0.093

 

注:同行相同字母者表差异不显著(P>005),不同者表差异显著(P<005)sEM为平均标准差。下同

22 日粮添加烟酸对微生物数量、纤维素酶活及降解率的影响

1)由表2可知,日粮添加烟酸显著提高了发酵液中羧甲基纤维素酶、木聚糖酶的活性以及72 h EtDMNDF的降解率(P<005),而对发酵液中原虫、细菌的数量以及微晶纤维素酶活、72 h ADF的降解率无显著影响(P>005)。随烟酸添加水平的增加,原虫数量(P=0082)、微晶纤维素酶活(P=0078)以及ADF的降解率(P=0093)均呈上升趋势。与0 ttgmL组相比,39 t*gmL组的原虫数量分别提高125%和136%;羧甲基纤维素酶活分别提高125% 和154%,木聚糖酶活分别提高143%和181%,微晶纤维素酶活分别提高831%和101%;DM降解率分别提高334%和337%,NDF降解率分别提高269%和276%,ADF降解率分别提高233%和241%。

2)有研究表明,瘤胃合成的烟酸能满足反刍动物的营养需要,然而烟酸高于通常的营养水平可刺激瘤胃微生物的活力L1 。日粮添加烟酸可提高瘤胃原虫的数量l418 J,本试验结果与之相同。说明在高水平玉米秸(70)日粮中添加烟酸提高了微生物的活力,这可能与瘤胃原虫在生长代谢过程中需要烟酸有关。由于本试验供体牛饲喂日粮中含有高水平的玉米秸(70),因此瘤胃液中烟酸的含量相对较低;同时由于发酵底物日粮中含高水平的玉米秸(70),因此在发酵过程瘤胃微生物合成烟酸的量也相对较低。这可能也是日粮添加烟酸提高了瘤胃原虫数量的原因。研究表明,原虫对纤维降解具有重要意义。一方面,体内外试验证明原虫可产生纤维素酶,可直接参与植物细胞壁的降解 。原虫存在可使瘤胃内纤维、有机物消化率提高[ 引,可以刺激纤维分解菌的活力l2引。另一方面,去除原虫可使日粮有机物、纤维素的消化率和瘤胃内羧甲基纤维素酶的活性降低[27]。这些研究结果部分解释了本试验中添加烟酸提高了日粮DMNDFADF的降解率。本试验表明,日粮添加烟酸提高了纤维素酶活和原虫的数量。Coleman[28]报道,大约60%的瘤胃纤维素酶活与原虫区系有关;因此,笔者推断本试验中纤维素酶活的提高可能与原虫数量的增多有关。由于本试验仅对细菌、原虫的数量进行了研究,而未对与纤维降解相关的细菌、真菌的种类和数量进行研究,所以还不能肯定纤维分解酶活性的提高主要缘于原虫数量的增多。研究表明,日粮添加烟酸可提高纤维二糖酶和葡萄糖苷酶的活性[29],可提高干物质[18,23]、纤维和NDF的降解率[17,20]。本试验结果与上述报道基本一致。本试验结果中的日粮添加烟酸提高纤维素酶活与日粮添加烟酸促进DMNDF即纤维的降解率相一致。

3)目前,关于烟酸对纤维降解的研究还很少且结果不~致。有学者认为,其原因可能与发酵底物和烟酸添加水平有关。笔者认为体外试验结果的差异可能还与瘤胃液的烟酸本底浓度以及瘤胃微生物的烟酸前营养状态有关。关于烟酸提高纤维降解率的确切机制尚未阐明,有学者提出可能缘于烟酸可使分解半纤维素的细菌活力增强L2¨。由于烟酸参与碳水化合物、蛋白质和脂肪代谢,这可能是日粮添加烟酸促进纤维降解的一个重要原因,但具体机制还不清楚。由于瘤胃对纤维的降解是通过瘤胃微生物对纤维的附着、粘连、穿透等一系列作用,然后通过分泌各种酶类将纤维的各组分加以水解等多种过程、因素共同作用的结果l3 。同时瘤胃微生物的功能是多样的,关系是复杂的,因此烟酸促进纤维降解及其可能的机理有待通过体内试验进一步研究。

3 小结

体外试验表明,在高水平玉米秸(70)底物日粮中添加烟酸(39 mL)促进了纤维的降解。

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