不同粒度猫尾草对羔羊体外发酵特性和微生物数量的影响

doi:10.11686/cyxb2022133

摘要/Abstract

摘要：

通过Rusitec-s体外发酵系统研究不同粒度猫尾草对羔羊体外发酵参数与微生物数量的影响，选取6种不同粒度（1.00、2.36、3.35、4.75、8.00和12.50 mm）的猫尾草作为试验饲粮的纤维来源，按照猫尾草的粒度将试验分为6个处理组，每个处理4个重复，利用Rusitec-s型人工瘤胃模拟装置进行48 h体外发酵，测定养分降解率、发酵参数及发酵液中6种微生物菌群的拷贝数。结果表明：与其他处理组相比，2.36 mm组显著提高了体外中性洗涤纤维降解率（IVNDFD）、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸摩尔比和溶纤维丁酸弧菌（B.f）数量（P<0.05），且显著降低总产甲烷菌（TMe）数量（P<0.05）。总菌（TB）与氨态氮（NH₃-N）浓度、乙酸摩尔比呈正相关（R²=0.84，P=0.038；R²=0.88，P=0.021）；B.f数量与丙酸摩尔比呈正相关（R²=0.82，P=0.045），且与pH呈负相关（R²=-0.98，P=0.001）；TMe数量与体外粗蛋白质降解率（IVCPD）呈正相关（R²=0.91，P=0.012），与体外干物质降解率（IVDMD）和IVNDFD呈负相关（R²=-0.86，P=0.027；R²=-0.83，P=0.043）；甲烷杆菌（Mba）数量与pH呈负相关（R²=-0.90，P=0.015）。综上所述，不同粒度猫尾草通过影响羔羊体外发酵液微生物菌群结构和数量从而引起发酵特性的改变。粒度为2.36 mm的猫尾草对3月龄羔羊瘤胃体外发酵效果较好。

关键词: 粒度, 体外发酵, 猫尾草, 微生物数量

Abstract:

This study investigated the effect of difference in particle size on in vitro rumen fermentation and microbial population when Uraria crinita was used as the dietary fiber source for lambs. Six treatments were set up with differing U. crinita particle size （1.00， 2.36， 3.35， 4.75， 8.00 and 12.50 mm） as rumen fermentation substrates incubated 48 hours in vitro using Rusitec-s artificial rumen simulation. There were four replicates per treatment. The results showed that degradation rate of in vitro neutral detergent fiber degradability （IVNDFD）， the molar ratios of butyrate， isobutyrate， valerate， isovaleric， and the copy number of Butyrivibrio fibrisolvens （B.f）in the 2.36 mm particle size treatment were significantly increased （P<0.05）， while the number of total Methanogens （TMe）（P<0.05） was significantly decreased. Total bacteria number was positively correlated with ammonia nitrogen concentration and acetic acid molar ratio （R² =0.84， P=0.038； R² =0.88， P=0.021）. B.f was positively correlated with propionate molar ratio （R² =0.82， P=0.045）， and negatively correlated with pH （R² =-0.98， P=0.001）. TMe were positively correlated with in vitro crude protein degradability （IVCPD）（R² =0.91， P=0.012）， and negatively correlated with in vitro dry matter degradability and IVNDFD （R² =-0.86， P=0.027； R² =-0.83， P=0.043）. Methanobacteriaceae（Mba） was negatively correlated with pH （R² =-0.90， P=0.015）. These results describe how different particle sizes of U. crinita fermentation substrate affect the rumen microbial community structure and population numbers in lamb fermentation broth in vitro， resulting in changes in fermentation outcomes. Under the experimental conditions， the 2.36 mm particle size provided the best fermentation outcome for 3-month-old lambs.

Key words: particle size, in vitro fermentation, Uraria crinita, microbial population

王静, 孔令莹, 徐建风, 康静, 沈振峰, 刘婷. 不同粒度猫尾草对羔羊体外发酵特性和微生物数量的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(3): 224-233.

Jing WANG, Ling-ying KONG, Jian-feng XU, Jing KANG, Zhen-feng SHEN, Ting LIU. Effects of particle size on Uraria crinita rumen in-vitro fermentation characteristics and microbial population in lambs[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(3): 224-233.

图/表 7

参考文献 48

1	Du W H. Research advance in nutritive value， cultivation and utilization of timothy. Grassland and Turf， 2003（4）： 7-11.
	杜文华. 猫尾草营养价值及栽培利用研究进展. 草原与草坪， 2003（4）： 7-11.
2	Yi X B. Factors affecting milk fat rate of dairy cows and ways to improve. Modern Animal Husbandry Science and Technology， 2020（11）： 46-48.
	伊学彬. 影响奶牛乳脂率的因素及提高途径. 现代畜牧科技， 2020（11）： 46-48.
3	Yang P N， An X Z， Ma W X， et al. The study on the production performance and nutritional value of a new line of Phleum pretense in central Gansu Province. Chinese Journal of Grassland， 2021， 43（9）： 44-51.
	杨鹏年，安学忠，马文馨，等. 猫尾草新品系在甘肃省中部地区的生产性能和营养价值研究. 中国草地学报， 2021， 43（9）： 44-51.
4	Nemati M， Amanlou H， Khorvash M， et al. Effect of different alfalfa hay levels on growth performance，rumen fermentation， and structural growth of Holstein dairy calves.Journal of Animal Science， 2016， 94（3）： 1141-1148.
5	Mirzaei M， Khorvash M， Ghorbani G R， et al. Interactions between the physical form of starter （mashed versus textured） and corn silage provision on performance， rumen fermentation， and structural growth of Holstein calves. Journal of Animal Science， 2016， 94（2）： 678-686.
6	Xie B， Zhang N F， Zhang C X， et al. Effects of forage on rumen development in young ruminants and its mechanisms. Chinese Journal of Animal Nutrition， 2018， 30（4）： 1245-1252.
	解彪，张乃锋，张春香，等. 粗饲料对幼龄反刍动物瘤胃发育的影响及其作用机制. 动物营养学报， 2018， 30（4）： 1245-1252.
7	Suárez B J， Reenen C， Stockhofe N， et al. Effect of roughage source and roughage to concentrate ratio on animal performance and rumen development in veal calves. Journal of Dairy Science， 2007， 90（5）： 2390-2403.
8	Wang H， Wu F， Guan T， et al. Chopping roughage length improved rumen development of weaned calves as revealed by rumen fermentation and bacterial community. Animals， 2020， 10（11）： 2149.
9	National Research Council （US）. Nutrient requirements of small ruminants： sheep， goats， cervids， and new world camelids. Washington， DC： The National Academics Press， 2007.
10	Kearl L C. Nutrient requirements of ruminants in developing countries. Logan， UT： International Feedstuffs Institute， 1982.
11	Mc Dougall E I. Studies on ruminant saliva. 1. The composition and output of sheep’s saliva. Biochemical Journal， 1948， 43（1）： 99-109.
12	Kajikawa H， Jin H， Terada F， et al. Operation and characteristics of newly improved and marketable artificial rumen （Rusitec）. Memoirs of National Institute of Livestock and Grassland Science， 2003， 2： 1-49.
13	Feng Z C， Gao M. Improvement of colorimetric method for determination of ammonia nitrogen content in rumen fluid. Animal Husbandry and Feed Science， 2010， 31（6/7）： 37.
	冯宗慈，高民. 通过比色测定瘤胃液氨氮含量方法的改进. 畜牧与饲料科学， 2010， 31（6/7）： 37.
14	Zheng C， Hao Z L， Li F D， et al. Effect of different processed diets on the concentration of volatile fatty acid in sheep rumen. China Animal Husbandry and Veterinary Medicine， 2012， 39（9）： 102-105.
	郑琛，郝正里，李发弟，等. 不同加工处理日粮对绵羊瘤胃挥发性脂肪酸的影响. 中国畜牧兽医， 2012， 39（9）： 102-105.
15	Zhang R， Zheng C， Yan X G， et al. Effects of oregano oil on ruminal fermentation characteristics and methane production of sheep by gas production technique in vitro. Chinese Journal of Animal Nutrition， 2018， 30（8）： 3168-3175.
	张然，郑琛，闫晓刚，等. 体外产气法研究牛至油对绵羊瘤胃发酵特性和甲烷产量的影响. 动物营养学报， 2018， 30（8）： 3168-3175.
16	Cunniff P. Official methods of analysis of AOAC international. Volume I agricultural chemicals， contaminants， drugs. Volume II Food composition， additives， natural contaminants. Gaithersburg Md Aoac International Appendix D， 1995， 6（11）： 382.
17	Van Soest P J， Robertson J B， Lewis B A. Methods for dietary fiber， neutral detergent fiber， and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science， 1991， 74（10）： 3583-3597.
18	Yuan M Z， Min Z X， Rong W， et al. Effects of hemical and mechanical lysis on microbial DNA yield， integrity， and downstream amplicon sequencing of rumen bacteria and protozoa. Frontiers in Microbiology， 2020， 11： 2812.
19	Denman S E， Mcsweeney C S. Development of a real-time PCR assay for monitoring anaerobic fungal and cellulolytic bacterial populations within the rumen. FEMS Microbiology Ecology， 2006， 58（3）： 572-582.
20	Lin B， Lu Y， Salem A Z M， et al. Effects of essential oil combinations on sheep ruminal fermentation and digestibility of a diet with fumarate included. Animal Feed Science and Technology， 2013， 184（1）： 24-32.
21	El-Nor S A， Abughazaleh A A， Potu R B， et al. Effects of differing levels of glycerol on rumen fermentation and bacteria. Animal Feed Science and Technology， 2010， 162（3）： 99-105.
22	Yu Y， Lee C， Kim J， et al. Group-specific primer and probe sets to detect methanogenic communities using quantitative real-time polymerase chain reaction. Biotechnology and Bioengineering， 2005， 89（6）： 670-679.
23	Hook S E， Northwood K S， Wright A， et al. Long-term monensin supplementation does not significantly affect the quantity or diversity of methanogens in the rumen of the lactating dairy cow. Applied and Environmental Microbiology， 2009， 75（2）： 374-380.
24	Kamalak A， Canbolat O， Gurbuz Y， et al. Comparison of in vitro gas production technique with in situ nylon bag technique to estimate dry matter degradation. Czech Journal of Animal Science， 2005， 50（2）： 60-67.
25	Zhao Y L， Yan S M， He Z X， et al. Effects of volume weight， processing method and processing index of barley grain on in situ digestibility of dry matter and starch in beef heifers. Animal Feed Science and Technology， 2015， 199： 93-103.
26	Ueda K， Ichinohe T， Tamura T， et al. Influence of fiber fermentation， size reduction and passage of ruminal particles on fiber digestibility in sheep fed hays. Animal Science Journal， 2001， 72（3）： 198-208.
27	Han H Z， Guo Y L， Zheng C， et al. Effect of particle size of feed on rumen fermentation of sheep using the rumen simulation technique （Rusitec）. China Animal Husbandry and Veterinary Medicine， 2017， 44（5）： 1375-1381.
	韩海珠，郭艳丽，郑琛，等. 用Rusitec系统研究两种粒度日粮对绵羊瘤胃发酵特性的影响. 中国畜牧兽医， 2017， 44（5）： 1375-1381.
28	Zhang R， Zheng C， Han H Z， et al. Effect of mannan oligosaccharides on ruminal fermentation of sheep in an in vitro Rusitec-S system. Pratacultural Science， 2018， 35（9）： 2262-2269.
	张然，郑琛，韩海珠，等. 应用Rusitec-S系统研究甘露寡糖对绵羊体外瘤胃发酵的影响. 草业科学， 2018， 35（9）： 2262-2269.
29	Krause K M， Oetzel G R. Understanding and preventing subacute ruminal acidosis in dairy herds： A review. Animal Feed Science and Technology， 2006， 126（3/4）： 215-236.
30	Zeng Y， He M， Cao Z J， et al. Effects of roughage particle size of TMR on chewing activity and rumen fermentation in dairy cows. Chinese Journal of Animal Nutrition， 2010， 22（6）： 1571-1578.
	曾银，贺鸣，曹志军，等. 全混合日粮中粗饲料长度对奶牛咀嚼行为和瘤胃发酵的影响. 动物营养学报， 2010， 22（6）： 1571-1578.
31	Zhou W C， Yue Y X， Qi K. Effects of different pellet particle sizes of concentrate diets on rumen fermentation of beef. China Feed， 2019（2）： 16-20.
	周万才，岳玉秀，齐凯. 不同饲料颗粒大小对肉牛瘤胃发酵性能的影响. 中国饲料， 2019（2）： 16-20.
32	Kononoff P J， Heinrichs A J. The effect of reducing alfalfa haylage particle size on cows in early lactation. Journal of Dairy Science， 2003， 86（4）： 1445-1457.
33	Yang W Z， Beauchemin K A， Rode L M. Effects of particle size of alfalfa-based dairy cow diets on site and extent of digestion. Journal of Dairy Science， 2002， 85（8）： 1958-1968.
34	Zhang Y， Xia T C， Chang Y， et al. Evaluation of the associative effects of rape straw， corn and soybean meal using an in vitro gas production technique. Acta Prataculturae Sinica， 2016， 25（11）： 185-191.
	张勇，夏天婵，常誉，等. 体外产气法评价油菜秆与玉米、豆粕的组合效应. 草业学报， 2016， 25（11）： 185-191.
35	Hildebrand B， Boguhn J， Rodehutscord M. Effect of maize silage to grass silage ratio and feed particle size on ruminal fermentation in vitro. Animal： An International Journal of Animal Bioscience， 2011， 5（4）： 528-536.
36	Li J， Sheng G X. Effect of different particle size of soybean meal on fermentation and outflow rate in rumen of sheep. Journal of Northeast Agricultural University， 2008， 39（12）： 62-66.
	李杰，生广旭. 不同粒度豆粕对绵羊瘤胃发酵及其外流速度的影响. 东北农业大学学报， 2008， 39（12）： 62-66.
37	Hu W L. Influence of saponins on in vitro rumen fermentation， methane emission and growth performance of goats. Hangzhou： Zhejiang University， 2005.
	胡伟莲. 皂甙对瘤胃发酵与甲烷产量及动物生产性能影响的研究. 杭州：浙江大学， 2005.
38	Rodríguez-Prado M， Calsamiglia S， Ferret A. Effects of fiber content and particle size of forage on the flow of microbial amino acids from continuous culture fermenters. Journal of Dairy Science， 2004， 87（5）： 1413-1424.
39	Benchaar C， Romero-Perez G A， Chouinard P Y， et al. Supplementation of increasing amounts of linseed oil to dairy cows fed total mixed rations： Effects on digestion， ruminal fermentation characteristics， protozoal populations， and milk fatty acid composition. Journal of Dairy Science， 2012， 95（8）： 4578-4590.
40	Abderzak L， Chaouki B， Mark I A. Diet-induced alterations in total and metabolically active microbes within the rumen of dairy cows. PLoS One， 2013， 8（4）： e60978.
41	Zhao X G， Wang M， Tan Z L， et al. Effects of rice straw particle size on chewing activity， feed intake， rumen fermentation and digestion in goats. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences， 2009， 22（9）： 1256-1266.
42	Wang J Q， Feng Y L. Study on the synthetic efficiencies of rumen microbial protein from various sources of fermentable carbohydrates and degradable nitrogens. Acta Veterinaria et Zootechnica Sinica， 1996（2）： 97-104.
	王加启，冯仰廉.不同来源可发酵碳水化合物和可降解氮合成瘤胃微生物蛋白质效率的研究. 畜牧兽医学报， 1996（2）： 97-104.
43	Shi L G， Xun W J， Yue W B. Research progress of cellulose-decomposing bacteria in ruminant nutrition metabolism. Feed China， 2008（21）： 23-24， 27.
	施力光，荀文娟，岳文斌. 纤维素分解菌在反刍动物营养代谢中的研究进展. 饲料广角， 2008（21）： 23-24， 27.
44	Andriani Y， Pratiwy F M. Isolation and identification of rumen microbes and rumen fluid enzymes to use as the bio-degradator feed in aquaculture. International Journal of Fisheries and Aquatic Studies， 2020， 8（4）： 61-64.
45	Wang H Z， Wang J Q， Gong Y S， et al.The degradation mechanism of the roughage fiber in the rumen and the manipulation methods. China Animal Husbandry and Veterinary Medicine， 2002（4）： 3-7.
	王海珍，王加启，龚月生，等. 瘤胃内粗纤维的降解机制及其调控. 中国畜牧兽医， 2002（4）： 3-7.
46	Lin J， Zhao X Y， Du W， et al. Effects of compound enzyme preparation on rumen fermentation， nutrient apparent digestibility and performance of lactating cows. Chinese Journal of Animal Nutrition， 2017， 29（6）： 2124-2133.
	林静，赵鑫源，都文，等. 复合酶制剂对泌乳奶牛瘤胃发酵、营养物质表观消化率及生产性能的影响. 动物营养学报， 2017， 29（6）： 2124-2133.
47	Cheng Y F， Mao S Y， Theodorou M K， et al. Effects of anaerobic fungi activities and passage frequency on metabolism of fungi cultured with methane bacteria and flora. Nanjing： Papers of the Sixth National Feed Nutrition Symposium， 2010： 528.
	成艳芬，毛胜勇， Theodorou M K，等. 厌氧真菌活力及传代频率对真菌与产甲烷菌共培养液代谢与菌群的影响. 南京：第六次全国饲料营养学术研讨会论文集， 2010： 528.
48	Zhang J L， Huang L R， Mo F， et al. Particle size distribution effect of total mixed rations on growth performance and rumen fermentation in crossbred beef cattle. Chinese Journal of Animal Science， 2020， 56（2）： 110-116.
	张娟利，黄乐然，莫放，等. TMR制作粒度对肉牛增重与瘤胃微生物发酵的影响. 中国畜牧杂志， 2020， 56（2）： 110-116.

项目Items	含量Content
饲粮组成Diet compostition
玉米Corn （%）	12.76
米糠Rice bran （%）	45.41
豆粕Soybean meal （%）	1.63
棉籽粕Cottonseed meal （%）	22.29
菜籽粕Rapeseed meal （%）	0.86
食盐NaCl （%）	0.68
预混料Premix¹（%）	0.50
猫尾草U. crinite （%）	15.87
合计Total （%）	100.00
营养水平Nutritional level
代谢能Metabolic energy² （MJ·kg ^-1）	10.09
干物质Dry matter （%）	89.41
粗蛋白质Crude protein （%）	16.49
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （%）	33.30
淀粉Starch （%）	24.00
饲草来源中性洗涤纤维Neutral detergent fiber from forage grass （%）	10.00

项目Items	含量Content
饲粮组成Diet compostition
玉米Corn （%）	12.76
米糠Rice bran （%）	45.41
豆粕Soybean meal （%）	1.63
棉籽粕Cottonseed meal （%）	22.29
菜籽粕Rapeseed meal （%）	0.86
食盐NaCl （%）	0.68
预混料Premix¹（%）	0.50
猫尾草U. crinite （%）	15.87
合计Total （%）	100.00
营养水平Nutritional level
代谢能Metabolic energy² （MJ·kg ^-1）	10.09
干物质Dry matter （%）	89.41
粗蛋白质Crude protein （%）	16.49
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （%）	33.30
淀粉Starch （%）	24.00
饲草来源中性洗涤纤维Neutral detergent fiber from forage grass （%）	10.00

细菌Bacteria species	引物序列Primer sequence （5′-3′）	片段长度Length （bp）	参考来源Source of reference
总菌Total bacteria	F： CGGCAACGAGCGCAACCC R： CCATTGTAGCACGTGTGTAGCC	130	Denman等^［19］
溶纤维丁酸弧菌B. fibrisolvens	F： TAACATGAGTTTGATCCTGGCTC R： CGTTACTCACCCGTCCGC	136	Lin等^［20］
产琥珀酸丝状杆菌F. succinogenes	F： GTTCGGAATTACTGGGCGTAAA R： CGCCTGCCCCTGAACTATC	121	Denman等^［19］
白色瘤胃球菌R. albus	F： GTTTTAGGATTGTAAACCTCTGTCTT R： CCTAATATCTACGCATTTCACCGC	270	El-Nor等^［21］
甲烷杆菌Methanobacteriaceae	F： CGWAGGGAAGCTGTTAAGT R： GTTGARTCCAATTAAACCGCA	343	Yu等^［22］
总产甲烷菌Total Methanogens	F： GGATTAGATACCCSGGTAGT R： GTTGARTCCAATTAAACCGCA	192	Hook等^［23］

细菌Bacteria species	引物序列Primer sequence （5′-3′）	片段长度Length （bp）	参考来源Source of reference
总菌Total bacteria	F： CGGCAACGAGCGCAACCC R： CCATTGTAGCACGTGTGTAGCC	130	Denman等^［19］
溶纤维丁酸弧菌B. fibrisolvens	F： TAACATGAGTTTGATCCTGGCTC R： CGTTACTCACCCGTCCGC	136	Lin等^［20］
产琥珀酸丝状杆菌F. succinogenes	F： GTTCGGAATTACTGGGCGTAAA R： CGCCTGCCCCTGAACTATC	121	Denman等^［19］
白色瘤胃球菌R. albus	F： GTTTTAGGATTGTAAACCTCTGTCTT R： CCTAATATCTACGCATTTCACCGC	270	El-Nor等^［21］
甲烷杆菌Methanobacteriaceae	F： CGWAGGGAAGCTGTTAAGT R： GTTGARTCCAATTAAACCGCA	343	Yu等^［22］
总产甲烷菌Total Methanogens	F： GGATTAGATACCCSGGTAGT R： GTTGARTCCAATTAAACCGCA	192	Hook等^［23］

项目 Items	猫尾草粒度 Particle size of U. crinita						SEM	P值 P-value
项目 Items	1.00 mm	2.36 mm	3.35 mm	4.75 mm	8.00 mm	12.50 mm	SEM	P值 P-value
体外干物质降解率In vitro dry matter degradability	87.77a	85.99abc	86.97ab	83.27c	83.92bc	83.04c	0.61	0.030
体外粗蛋白质降解率In vitro crude protein degradability	24.31d	25.61cd	26.22bcd	29.16abc	30.17ab	31.43a	2.77	0.002
体外中性洗涤纤维降解率In vitro neutral detergent fiber degradability	61.32a	62.33a	59.28ab	58.04ab	52.54bc	49.38c	5.12	0.005
体外酸性洗涤纤维降解率In vitro acid detergent fiber degradability	51.39a	50.36a	50.95a	51.20a	49.69a	50.20a	1.54	0.933