日糧添加煙酸對活體外瘤胃發(fā)酵和纖維降解的影響

趙蕓君 ， 孟慶翔 ，

1．動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100094；

2．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院／肉牛研究中心。．-lt~ 100094

摘要：采用體外產(chǎn)氣量法，研究了在高水平玉米秸(70％)底物日糧中添加煙酸(O、3和9 g／mL)對瘤胃發(fā)酵和纖維降解的影響。結(jié)果顯示：日糧添加煙酸顯著提高了72 h產(chǎn)氣量、48 h總揮發(fā)酸的濃度、發(fā)酵液的羧甲基纖維素酶和木聚糖酶的活性以及72 h干物質(zhì)、中性洗滌纖維的降解率(P<0．05)，而對發(fā)酵液的潛在產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度、pH、氨態(tài)氮濃度、各揮發(fā)酸摩爾比、原蟲和細(xì)菌的數(shù)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>O．05)。隨煙酸添加水平的增加，原蟲的數(shù)量(P=0．082)、潛在產(chǎn)氣量(P=0．056)、微晶纖維素酶活(P=0．078)和酸性洗滌纖維的降解率(P=0．093)均呈上升的趨勢。添加煙酸3和9“g／mL組的乙酸生成量分別提高5．33％、7．57％，丙酸生成量分別提高5．61％、7．74％，干物質(zhì)降解率分別提高3．34％、3．37％，中性洗滌纖維降解率分別提高2．69％、2．76％，酸性洗滌纖維降解率分別提高了2．33％、2．41％。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(jìn)了纖維降解。

關(guān)鍵詞煙酸；瘤胃發(fā)酵；纖維降解

中圖分類號S 816．7 文章編號1007—4333(2006)05—0046—05 文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

反芻動物營養(yǎng)理論認(rèn)為，瘤胃合成的煙酸能滿足其營養(yǎng)需要。然而，隨著近年來相關(guān)試驗數(shù)據(jù)的發(fā)表和反芻動物生產(chǎn)性能的顯著提高，有學(xué)者[1 ]對這一理論提出質(zhì)疑。研究表明，煙酸可促進(jìn)纖維的降解【3]。因此，研究煙酸對瘤胃發(fā)酵和纖維降解的影響對于從煙酸營養(yǎng)的角度進(jìn)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。由于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(dāng)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，它有助于瘤胃微生物數(shù)量的增多[ ，同時瘤胃內(nèi)植物細(xì)胞壁的降解是由細(xì)菌、原蟲和真菌協(xié)同完成的[ ；因此，筆者推測當(dāng)EI糧中含較高比例玉米秸(70％)時，添加煙酸可能會促進(jìn)纖維的降解。盡管國內(nèi)外在反芻動物煙酸營養(yǎng)方面作了很多研究工作，但有關(guān)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(fā)酵和纖維降解的影響。

1 材料與方法

1．1 試驗材料

風(fēng)干玉米秸和玉米(購于天津靜海縣)用旋風(fēng)式粉碎機(jī)粉碎，過1 mm篩備用。大豆?jié)饪s蛋白購于北京大豆生化技術(shù)公司，煙酸(生化試劑)購于北京化學(xué)試劑公司。

1．2 試驗動物、日糧和試驗設(shè)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0．9％，磷酸氫鈣0．5％，食鹽0．5％，預(yù)混料0．1％)3 kg，干玉米秸7 kg，自由飲水。瘤胃液采集前需預(yù)飼10 d。采用單因子三水平試驗設(shè)計，3個處理組發(fā)酵底物EI糧中煙酸添加水平分別為0、3和9~g／mL。發(fā)酵底物日糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 發(fā)酵底物日糧組成及營養(yǎng)水平

Table 1 Composition and nutrient level of substrate

注：表中數(shù)值均為干物質(zhì)含量

1．3 體外培養(yǎng)

活體外產(chǎn)氣量的測定按Menke等 ]方法進(jìn)行。培養(yǎng)72 h的發(fā)酵管用于計算產(chǎn)氣量；培養(yǎng)24 h的發(fā)酵液用于細(xì)菌、原蟲的計數(shù)；培養(yǎng)48 h的發(fā)酵液用于測定pH、揮發(fā)性脂肪酸(VFA)、氨態(tài)氮(NH3一N)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(yǎng)72 h的2批發(fā)酵管，用于計算和測定干物質(zhì)(DM)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)的降解率。

1．4 測定指標(biāo)及方法

發(fā)酵底物測定指標(biāo)包括DM、粗蛋白質(zhì)(CP)、NDF和ADF[9—10]。發(fā)酵液測定指標(biāo)包括VFA[11]、

NH3_N[12]纖維素酶活[13 ]和細(xì)菌[ 14]、原蟲[ 15]的計數(shù)。

1．5 統(tǒng)計分析

活體外產(chǎn)氣量數(shù)據(jù)根據(jù)動態(tài)模型GP=B×(1一exp一 )和采用SAS[ ]軟件計算。其他指標(biāo)采用

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

2 結(jié)果與討論

2．1 日糧添加煙酸對產(chǎn)氣動態(tài)參數(shù)、發(fā)酵參數(shù)影響

由圖1和表2可知，EI糧添加煙酸顯著提高了72 h產(chǎn)氣量、48 h總揮發(fā)酸的濃度(P<0．05)，而對潛在產(chǎn)氣量、產(chǎn)氣速度、pH、NH3一N質(zhì)量濃度、各揮發(fā)酸摩爾分?jǐn)?shù)無顯著影響(P>0．05)。隨煙酸添加水平的增加，潛在產(chǎn)氣量(P=0．056)呈上升趨勢。從表觀值上看，隨煙酸添加水平的增加，pH、NH3一N均逐漸降低，而乙、丙酸摩爾比均逐漸增加。與0Ⅱg／mL組相比，3和9 t~g／mL組的72 h產(chǎn)氣量分別提高了5．02％和6．78％，潛在產(chǎn)氣量分別提高了4．60％和6．69％，乙酸生成量分別提高5．33％和7．57％，丙酸生成量分別提高5．61％和7．74％。

Fig．1 Effects of addition of niacin on dynamic ofgas produced for 72 h in vitro

本試驗結(jié)果中日糧添加煙酸對pH的影響與Horner等[17]的報道基本一致，而與DoreauH 8j不同。這可能與瘤胃內(nèi)容物具有良好的緩沖能力、煙酸添加水平以及發(fā)酵底物不同有關(guān)。本試驗結(jié)果中EI糧添加煙酸對NH3一N質(zhì)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 一N質(zhì)量濃度趨勢["]的結(jié)果不一致。這可能與添加煙酸能提高NH ．N的利用率[ 0]有關(guān)。本試驗結(jié)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(jié)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(yīng)性以及Et糧等因素有關(guān)[22]。同時本試驗結(jié)果與Piva等【2 ]報道的在高纖維底物日糧中添加煙酸可促進(jìn)乙酸濃度提高的結(jié)果相一致。由于乙酸是粗飼料的主要產(chǎn)物，因此乙酸生成量的增加可能暗示著Et糧添加煙酸促進(jìn)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(shù)量的增加有關(guān)。

表2 日糧添加煙酸對產(chǎn)氣動態(tài)和發(fā)酵參數(shù)、微生物數(shù)量、酶活及降解率的影響

Table 2 Effects of niacin on dynamic of gas produced。fermentation parameters。number of microorganism，activitiesof enzyme，degradation ratio in vit

產(chǎn)氣動態(tài)參數(shù)

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

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

產(chǎn)氣速度/h                            0.060  0.061     0.062          0.001           0.298

微生物數(shù)量

   細(xì)菌數(shù)量/(ⅹ10⒏個/mL)                  6.34      6.59          6.54        0.23          0.728

   原蟲數(shù)量/(ⅹ10⒊個/mL)                  26。84    30.19         30.50       1.03         0.028

纖維素霉活/(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

注：同行相同字母者表差異不顯著(P>0．05)，不同者表差異顯著(P<0．05)；sEM為平均標(biāo)準(zhǔn)差。下同

2．2 日糧添加煙酸對微生物數(shù)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(fā)酵液中羧甲基纖維素酶、木聚糖酶的活性以及72 h Et糧DM、NDF的降解率(P<0．05)，而對發(fā)酵液中原蟲、細(xì)菌的數(shù)量以及微晶纖維素酶活、72 h ADF的降解率無顯著影響(P>0．05)。隨煙酸添加水平的增加，原蟲數(shù)量(P=0．082)、微晶纖維素酶活(P=0．078)以及ADF的降解率(P=0．093)均呈上升趨勢。與0 ttg／mL組相比，3和9 t*g／mL組的原蟲數(shù)量分別提高12．5％和13．6％；羧甲基纖維素酶活分別提高12．5％ 和15．4％，木聚糖酶活分別提高14．3％和18．1％，微晶纖維素酶活分別提高8．31％和10．1％；DM降解率分別提高3．34％和3．37％，NDF降解率分別提高2．69％和2．76％，ADF降解率分別提高2．33％和2．41％。

2)有研究表明，瘤胃合成的煙酸能滿足反芻動物的營養(yǎng)需要，然而煙酸高于通常的營養(yǎng)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(shù)量l4．18 J，本試驗結(jié)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(guān)。由于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；同時由于發(fā)酵底物日糧中含高水平的玉米秸(70％)，因此在發(fā)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(shù)量的原因。研究表明，原蟲對纖維降解具有重要意義。一方面，體內(nèi)外試驗證明原蟲可產(chǎn)生纖維素酶，可直接參與植物細(xì)胞壁的降解 。原蟲存在可使瘤胃內(nèi)纖維、有機(jī)物消化率提高[ 引，可以刺激纖維分解菌的活力l2引。另一方面，去除原蟲可使日糧有機(jī)物、纖維素的消化率和瘤胃內(nèi)羧甲基纖維素酶的活性降低[27]。這些研究結(jié)果部分解釋了本試驗中添加煙酸提高了日糧DM、NDF和ADF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(shù)量。Coleman[28]報道，大約60％的瘤胃纖維素酶活與原蟲區(qū)系有關(guān)；因此，筆者推斷本試驗中纖維素酶活的提高可能與原蟲數(shù)量的增多有關(guān)。由于本試驗僅對細(xì)菌、原蟲的數(shù)量進(jìn)行了研究，而未對與纖維降解相關(guān)的細(xì)菌、真菌的種類和數(shù)量進(jìn)行研究，所以還不能肯定纖維分解酶活性的提高主要緣于原蟲數(shù)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]，可提高干物質(zhì)[18,23]、纖維和NDF的降解率[17,20]。本試驗結(jié)果與上述報道基本一致。本試驗結(jié)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(jìn)DM、NDF即纖維的降解率相一致。

3)目前，關(guān)于煙酸對纖維降解的研究還很少且結(jié)果不～致。有學(xué)者認(rèn)為，其原因可能與發(fā)酵底物和煙酸添加水平有關(guān)。筆者認(rèn)為體外試驗結(jié)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(yǎng)狀態(tài)有關(guān)。關(guān)于煙酸提高纖維降解率的確切機(jī)制尚未闡明，有學(xué)者提出可能緣于煙酸可使分解半纖維素的細(xì)菌活力增強(qiáng)L2¨。由于煙酸參與碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪代謝，這可能是日糧添加煙酸促進(jìn)纖維降解的一個重要原因，但具體機(jī)制還不清楚。由于瘤胃對纖維的降解是通過瘤胃微生物對纖維的附著、粘連、穿透等一系列作用，然后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(jié)果l3 。同時瘤胃微生物的功能是多樣的，關(guān)系是復(fù)雜的，因此煙酸促進(jìn)纖維降解及其可能的機(jī)理有待通過體內(nèi)試驗進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

體外試驗表明，在高水平玉米秸(70％)底物日糧中添加煙酸(3和9肛 mL)促進(jìn)了纖維的降解。

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