郭冬生，湯少勛

（1.湖南文理學院生命與環(huán)境科學學院，動物學湖南省高校重點實驗室，湖南 常德 415000；2.中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，畜禽養(yǎng)殖污染控制與資源化技術國家工程實驗室，湖南省動物營養(yǎng)生理與代謝過程重點實驗室，湖南長沙 410125）

近年來培育出的很多新玉米（Zea mays）品種（如甜玉米、糯玉米、高油玉米及青貯用玉米等）滿足了人們不同的生活需求。玉米籽實收獲以后含有豐富的纖維成分，是反芻家畜重要的粗飼料資源，特別對粗飼料資源不足的區(qū)域尤為重要。

玉米秸稈的營養(yǎng)品質不僅受氣候條件、栽培方式（如水肥管理）、貯藏方法的影響，同時也受秸稈形態(tài)學組成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈葉片中的有機質（organic matter，OM）和粗蛋白（crude protein，CP）消化率要高于莖稈部分［1］。玉米秸稈葉片CP含量及其體外產氣量要高于莖稈部位，而酸性洗滌纖維（acid detergent fiber，ADF）含量則低于莖稈部位［2］。除了玉米秸稈的形態(tài)學部位外，秸稈的營養(yǎng)價值還取決于收獲時期。已有研究報道，玉米秸稈粗蛋白含量，以及可溶性碳水化合物含量隨成熟度的增加而降低，但木質素和木聚糖的含量則隨成熟時間的增加而上升［3-4］。除了收獲時間和秸稈的形態(tài)學部位外，玉米品種也對玉米秸稈或青貯玉米飼料的營養(yǎng)價值和消化率有影響［5-6］。有研究表明，褐色中脈品種玉米秸稈木質素含量低，因此其干物質消化率較高［7-8］。Tolera等［5］對8個玉米品種的研究結果表明其秸稈營養(yǎng)品質存在顯著差異。

不同品種玉米由于其利用目的與方式不盡一致，因此收獲時間也不一致，如甜玉米和糯玉米主要在乳熟期進行采摘，飼用玉米主要在乳熟末期至蠟熟初期收獲進行青貯，而普通玉米作為青貯飼料時也會在乳熟末期至蠟熟初期收獲，這導致其營養(yǎng)品質也不相同。盡管已有部分研究對一些新玉米雜交種的營養(yǎng)成分價值進行了評估［9-10］，但對于這些新品種玉米秸稈不同形態(tài)部位在不同成熟期營養(yǎng)降解動力學特性變化規(guī)律的研究還相當少見。因此，本研究擬通過比較相同收獲期條件下不同品種玉米秸稈不同形態(tài)部位營養(yǎng)成分的降解動力學特性，為新品種玉米秸稈在反芻家畜中的利用提供技術參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 玉米品種

試驗選用5個玉米雜交品種，即科湘玉11號（常規(guī)玉米）、高油115（高油玉米）、科湘糯玉1號（糯玉米）、滬青1號（飼用玉米）和科湘甜玉1號（甜玉米）?？葡嬗?1號、科湘糯玉1號和科湘甜玉1號分別為中國科學院亞熱帶農業(yè)研究所選育的常規(guī)玉米、早熟糯玉米和甜玉米品種；高油115為中國農業(yè)大學育成的含油量高的玉米品種；滬青1號為青貯型雜交品種。

1.2 栽培、收獲與樣品制備

試驗設在中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所農場，于2005年4月22日播種，每個品種設3個重復樣地，所有玉米品種的水肥管理條件相同。分別在抽穗后第17天（乳熟期）和第31天（蠟熟期）采樣。每個品種每塊重復樣地隨機采集10株整株玉米秸稈，再手工分成葉片、葉鞘、莖稈和苞葉4個形態(tài)部位。所有樣品在65℃烘干，然后粉碎過孔徑為1 mm的篩，并保存在塑料密封袋中，以供后續(xù)瘤胃原位尼龍袋降解試驗用。

1.3 化學成分分析

按照張麗英［11］確定的常規(guī)營養(yǎng)測定方法測定干物質（dry matter，DM）、粗蛋白質（CP）、灰分（Ash）和磷（P）的含量；依照Hall等［12］的方法使用Fi-bretherm FT12全自動纖維儀（Gerhardt analytical systems，德國）測定中性洗滌纖維（neutral deter gent fiber，NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量。玉米秸稈樣品化學成分組成如表1所示。

1.4 瘤胃原位尼龍袋降解試驗

選用3頭裝有永久性瘤胃瘺管的成年瀏陽黑山羊［體重（35±2.0）kg］作為試驗動物。試驗動物基礎日糧由玉米秸稈和精料補充料組成，每天飼喂精料300 g，玉米秸稈450 g，分兩次飼喂，自由飲水。精料組成為（g·kg-1DM）：玉米452，麥麩360，豆粕126，尿素16，食鹽10，預混料36。預混料組成為每kg含：FeSO4·H2O 6.20 g，CuSO4·5H2O 4.00 g，CoCl2·6H2O 0.04 g，KIO30.17 g，MnSO4·H2O 18.87 g，ZnSO4·H2O 11.43 g，NaSeO30.0056 g，維生素A 64700 IU，維生素D 17500 IU和維生素E 18000 IU。

準確稱取2.5 g秸稈樣品于尼龍袋中（孔徑35 μm，規(guī)格6 cm×12 cm），每頭羊每個時間點兩個平行。尼龍袋綁在一根塑料管上，一次性將尼龍袋全部投入瘤胃背囊，分別于2，6，12，24，36，48和72 h取出尼龍袋，用清水沖掉表面的瘤胃食糜，所有尼龍袋（包括0 h）再用洗衣機（XPB15-8006，慈溪，中國）沖洗直到水清澈；將沖洗干凈的尼龍袋于65℃烘干48 h，取出稱重，裝入樣品袋常溫保存，用以測定營養(yǎng)物質瘤胃降解率。采用以下方程計算DM和CP的降解動力學參數(shù)：p=a+b×(1-e-ct)［14］，采用ED=a+[b×c/(c+kp)]計算DM和CP的有效降解率（effective degradability，ED）［15］，式中：p，a，b和c分別表示DM或CP的實際降解率（%），以及快速（%）、慢速（%）降解部分的比例和降解速率（%·h-1），kp表示瘤胃食糜顆粒的流通速率，本研究中根據(jù)山羊體重和采食量設定為0.02%·h-1［16］。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SAS軟件包（8.2版，SAS，2001）的Mixed過程進行方差分析，統(tǒng)計降解動力學參數(shù)及有效降解率的模型如下：

式中：Yijk為依變量，μ為總體平均值，Ri為重復i的影響，Vj為品種j的影響，Mk表示成熟期k的影響，VMjk表示品種j與成熟期k的交互影響，Eijk表示隨機殘差。采用Tukey’s檢驗對最小二乘方法結果進行多重比較，P≤0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 干物質降解動力學特性

5個品種乳熟期葉片a值平均值（27.8%）顯著低于（P＜0.001）蠟熟期（30.5%），而b值（46.3%）則高于（P＜0.001）蠟熟期（38.3%）（表2）；5個品種間葉片aDM值按高油玉米（31.2%）＞糯玉米（29.7%）＞青貯玉米（28.5%）=甜玉米（28.5%）＞普通玉米（27.8%）的順序而降低（P＜0.01）；bDM值按普通玉米（48.9%）＞糯玉米（43.4%）＞高油玉米（43.1%）＞甜玉米（39.3%）＞青貯玉米（36.7%）的順序降低（P＜0.001）；而cDM值則按高油玉米＞青貯玉米＞糯玉米＞甜玉米＞普通玉米的順序顯著降低（P＜0.001）；葉片EDDM值受成熟期與品種間的互作（P＜0.001）影響，僅普通玉米隨成熟時間延長其干物質有效降解率上升，其他品種都呈下降趨勢。

葉鞘aDM值（P＜0.001）及bDM值（P＜0.01）受成熟期與品種間的互作影響；青貯玉米、普通玉米和糯玉米葉鞘aDM值隨成熟時間的延長而快速上升，而甜玉米則快速下降；糯玉米與青貯玉米葉鞘bDM值隨成熟時間的延長快速下降，而甜玉米與普通玉米的bDM值則受成熟期的影響較?。?個品種間高油玉米葉鞘cDM（0.0257%·h-1）顯著高于（P＜0.01）糯玉米（0.0189%·h-1）和普通玉米（0.0179%·h-1），其他品種間無顯著差異。

5個品種乳熟期莖稈部位bDM值平均值（29.7%）顯著高于蠟熟期（23.9%）。糯玉米莖稈部位bDM值（32.3%）顯著高于（P＜0.001）普通玉米（23.6%）和高油玉米（21.0%），甜玉米莖稈部位bDM值（30.4%）顯著高于（P＜0.01）高油玉米，其他品種間無顯著差異。莖稈部位aDM值與EDDM值受成熟期與品種互作（P＜0.001）的影響（表3）。甜玉米莖稈部位aDM值和EDDM值，以及普通玉米的EDDM值隨成熟時間的延長而快速下降，而青貯玉米及高油玉米的aDM值，以及青貯玉米的EDDM值則隨成熟時間的延長而快速上升。

表3 不同成熟期不同品種玉米秸稈莖稈及苞葉干物質降解動力學特性Table 3 In vivo dry matter degradation kinetic characteristics of stem and husk for five variety corn stalk harvested at two maturity stages

乳熟期苞葉EDDM值（55.9%）顯著高于蠟熟期（48.9%），青貯玉米EDDM值（57.5%）顯著高于（P＜0.01）糯玉米（49.0%）和普通玉米（49.7%）。苞葉部位aDM值（P＜0.01）和cDM值（P＜0.05）也受成熟期與品種的互作影響。普通玉米苞葉aDM值隨成熟時間的變化很小，而其他品種都隨成熟時間延長而快速下降。青貯玉米與糯玉米苞葉cDM值隨成熟時間延長而快速上升，而其他品種則快速下降。

玉米秸稈不同形態(tài)部位間aDM、bDM和EDDM值也存在顯著差異（P＜0.001）（表4），aDM值按莖稈＞苞葉＞葉鞘＞葉片的順序顯著降低，bDM值按葉片＞苞葉＞葉鞘＞莖稈的順序顯著下降，EDDM值則按莖稈＞苞葉＞葉鞘＞葉片的順序顯著下降。

表4 玉米秸稈不同形態(tài)部位間干物質降解動力學特性Table 4 In vivo dry matter degradation kinetic characteristics of different morphological fractions

2.2 粗蛋白降解動力學特性

5個品種乳熟期葉片部位aCP值平均值（32.7%）顯著低于（P＜0.05）蠟熟期（38.7%），而bCP值（46.6%）則顯著高于蠟熟期（37.2%）（表5）。該部位CP所有降解動力學參數(shù)都受品種與成熟期互作的影響（P＜0.001），糯玉米與甜玉米葉片aCP值與EDCP值隨成熟時間延長而上升，其他品種則隨成熟時間延長而下降；甜玉米與糯玉米的bCP值隨成熟時間延長而快速下降，而普通玉米和高油玉米則快速上升；甜玉米、糯玉米及青貯玉米葉片cCP值隨成熟時間延長而上升，而其他兩種玉米則隨成熟時間延長而下降。

乳熟期葉鞘bCP值（31.3%）及EDCP值（60.5%）顯著高于蠟熟期（25.5%和58.4%），5個玉米品種間葉鞘CP降解動力學參數(shù)存在顯著差異，EDCP值按高油玉米＞甜玉米＞糯玉米＞青貯玉米＞普通玉米的順序而下降（P＜0.001），bCP值按甜玉米＞普通玉米＞糯玉米＞高油玉米＞青貯玉米的順序下降（P＜0.05），而cCP值則按青貯玉米＞糯玉米＞高油玉米＞普通玉米＞甜玉米的順序下降（P＜0.01）（表5）。同時葉鞘aCP、bCP及EDCP值也受玉米品種與成熟期互作的影響（P＜0.001）。

表5 不同成熟期不同品種玉米秸稈葉片及葉鞘粗蛋白質降解動力學特性Table 5 In vivo crude protein degradation kinetic characteristics of leaf blade and leaf sheath for five variety corn stalk harvested at two maturity stages

乳熟期與蠟熟期莖稈aCP、bCP和EDCP無顯著差異，而蠟熟期莖稈cCP值（0.0757%·h-1）顯著高于（P＜0.001）乳熟期（0.0440%·h-1）（表6）。5個品種間莖稈aCP、bCP和EDCP值存在顯著差異（P＜0.001），aCP值按甜玉米＞糯玉米＞青貯玉米＞普通玉米＞高油玉米的順序下降（P＜0.001），bCP值按高油玉米＞青貯玉米＞糯玉米＞普通玉米＞甜玉米的順序下降（P＜0.001），EDCP值則按糯玉米＞甜玉米＞青貯玉米＞普通玉米＞高油玉米的順序降低（P＜0.001）。乳熟期苞葉bCP值（27.1%）顯著高于蠟熟期（18.9%），而aCP值（58.5%）和cCP值（0.0291%·h-1）則顯著低于（P＜0.001）蠟熟期（62.2%和0.0465%·h-1）。5個品種間苞葉aCP，bCP和EDCP存在顯著差異，高油玉米和青貯玉米苞葉的aCP值（分別為65.4%和62.4%）和EDCP值（分別為77.2%和75.0%）顯著高于糯玉米（分別為56.9%和70.1%）和普通玉米（分別為55.8%和71.2%），甜玉米的aCP值（61.3%）顯著高于普通玉米，而其EDCP值（74.6%）則顯著高于糯玉米（70.1%）。品種和成熟期對苞葉aCP、bCP和EDCP值有顯著的互作影響（P＜0.001）。

表6 不同成熟期不同品種玉米秸稈莖稈及苞葉粗蛋白質降解動力學特性Table 6 In vivo crude protein degradation kinetic characteristics of stem and husk for five variety corn stalk harvested at two maturity stages

不同形態(tài)部位間aCP、bCP、cCP和EDCP值存在顯著差異（P＜0.001），aCP值按莖稈＞苞葉＞葉鞘＞葉片的順序顯著下降（P＜0.001），而bCP值則按葉片＞葉鞘＞苞葉＞莖稈的順序顯著降低（P＜0.001），莖稈和苞葉的EDCP顯著高于（P＜0.001）葉片和葉鞘（表7）。

表7 玉米秸稈不同形態(tài)部位間粗蛋白降解動力學特性Table 7 In vivo crude protein degradation kinetic characteristics of different morphological fractions

2.3 降解動力學參數(shù)與營養(yǎng)成分的相關性

由表8可知，秸稈形態(tài)部位的OM含量與aDM和aCP值呈顯著正相關，而與bDM和bCP則呈顯著負相關關系，且OM含量與EDCP值呈顯著正相關關系。而CP含量則與aDM和aCP值以及EDCP值呈顯著負相關，而與bCP值則呈顯著正相關關系。秸稈磷含量與營養(yǎng)降解動力學參數(shù)的相關性與粗蛋白的相似，而NDF及ADF與營養(yǎng)降解動力學參數(shù)間的相關性則很低，僅分別與EDDM及bDM表現(xiàn)出負相關關系。

表8 降解動力學參數(shù)與營養(yǎng)成分間的相關系數(shù)Table 8 Pearson correlation coefficients between degradation kinetic characteristics and chemical composition（n=40）

3 討論

3.1 成熟期的影響

營養(yǎng)物質在瘤胃中的降解動力學參數(shù)反映了飼料營養(yǎng)在瘤胃中的降解過程，a值代表時間為0時的降解率（又稱可溶性部分），b值代表不可溶部分的可降解部分［17］。葉片、葉鞘及莖稈部位干物質的a值隨成熟度的增加而顯著增加，b值則顯著降低，而苞葉部分的a值則表現(xiàn)出相反的現(xiàn)象，同時苞葉干物質的b值也表現(xiàn)出降低的趨勢。同時，延長收獲期會顯著降低除莖稈外其他3個形態(tài)部位粗蛋白的慢速降解部分，并提高葉片與苞葉部位粗蛋白的快速降解部分，這表明隨成熟度的增加，葉片、葉鞘、莖稈（或苞葉）部位中可溶性部分含量會相應增加，而不可溶部分的可降解部分會降低。

而對于各形態(tài)部位干物質及粗蛋白的有效降解率，由于其不僅受可溶性部分（即a值）所占比例的影響，同時也受不可溶部分中可降解部分所占比例的影響，因此其隨成熟度增加而變化的趨勢與a值的變化并不完全一致，如延長成熟期時葉片、葉鞘及莖稈部位干物質有效降解率并沒有顯著地降低或提高，僅苞葉部位的ED值在蠟熟期有顯著降低（表2和表3），這可能與苞葉部位在乳熟期干物質的a、b值都明顯高于蠟熟期有關（表3）。同時，葉片、莖稈及苞葉部位粗蛋白的有效降解率變化較?。ū?和表6），也可能與這幾個部位a、b值隨成熟時間延長呈相反變化，或變化較小有關。在乳熟期和蠟熟期，葉片、葉鞘及莖稈占全株秸稈的比例達80%以上，而葉片、葉鞘及苞葉占全株秸稈的比例僅60%左右，同時兩個成熟期間整株秸稈有機物的體外消化率也沒有顯著差異［13］，故延長成熟期可能對整株玉米秸稈干物質及粗蛋白的瘤胃有效降解率的影響較小，但可能會提高秸稈的初始降解速度。武小平等［18］對鄭單958玉米品種在3個不同時期（玉米籽粒乳線在1/2、3/4、4/4位置）秸稈營養(yǎng)消化率的研究發(fā)現(xiàn)，干物質及NDF消化率都隨成熟時間的推移而顯著降低。而閆貴龍等［19］對巡青938玉米品種不同收獲期秸稈營養(yǎng)消化率的研究發(fā)現(xiàn)，其干物質消化率在3/4乳線期時最高。本研究中秸稈多個形態(tài)部位乳熟期與蠟熟期DM及CP有效降解率差異不顯著，可能是品種與成熟期互作影響的結果。

3.2 玉米品種的影響

在飼料營養(yǎng)瘤胃降解特性評價中，主要參考慢速降解部分和有效降解率。5個玉米品種間葉片部位DM有效降解率以高油玉米最高，以甜玉米最低，其他品種則居于二者之間，這可能與高油玉米在兩個成熟期都具有較高的保綠性基因有關，閆貴龍［20］研究表明，高油玉米秸稈在4/4乳線期仍然保持碧綠多汁，光合作用仍在進行。而甜玉米生育期較短，在穩(wěn)定期持續(xù)時間短，衰老快。薛紅楓等［21］也發(fā)現(xiàn)高油玉米秸稈體外產氣量要高于普通玉米。但對于葉鞘部位，5個品種間干物質有效降解率差異不顯著。對于莖稈和苞葉部位，干物質的ED分別以糯玉米和青貯玉米較高，其他品種間則差異不顯著，這表明新玉米品種與普通品種玉米相比，其干物質的降解利用率與普通玉米相近或略高于普通玉米。

5個品種葉片粗蛋白瘤胃降解動力學參數(shù)間均無顯著差異，表明粗蛋白具有相似的降解和利用特性。對于葉鞘和苞葉部位，5個品種間粗蛋白有效降解率都以高油玉米最高，普通品種玉米則居于其他品種之間，這也可能與高油玉米在整個生育期都具有較高的光合作用有關［20］。而莖稈部位則以糯玉米最高，高油玉米最低，普通玉米略高于高油玉米。

綜合玉米品種不同部位干物質與粗蛋白的降解率與可降解部分的組成，新品種玉米秸稈可作為反芻動物的優(yōu)質粗飼料來源。在乳熟期和蠟熟期，新品種玉米秸稈營養(yǎng)降解與利用率要優(yōu)于普通品種玉米秸稈，可以為反芻動物提供比傳統(tǒng)品種更多的可消化營養(yǎng)物質。

3.3 秸稈形態(tài)部位的影響

整株玉米秸稈的營養(yǎng)品質與飼用價值與其各形態(tài)部位的組成比例及營養(yǎng)價值密切相關，在不同形態(tài)部位間其干物質及粗蛋白降解動力學參數(shù)存在顯著差異，即莖稈部位DM與CP的a值顯著高于其他部位，而b值則顯著低于其他部位，這可能與莖稈在蠟熟期含有更高的有機物及更低的磷和粗蛋白有關（表1），而秸稈CP和磷的含量較高會降低干物質及CP的a值，而對b值有促進作用（表8）。湯少勛等［22］也發(fā)現(xiàn)牧草體外理論最大產氣量及48 h累計產氣量與牧草粗蛋白含量存在顯著負相關關系。在4個形態(tài)部位中，葉片部位粗蛋白a值與b值比較接近，而其他3個部位都是a值大于b值，特別是在莖稈部位，a值顯著高于b值。這意味著在乳熟期或蠟熟期收獲的秸稈，特別是秸稈莖稈部位的粗蛋白可能主要在瘤胃中被降解。

另外，莖稈及苞葉部位干物質ED值為52%～56%，CP的ED值在70%以上，而葉片及葉鞘部位干物質的ED值為50%左右，CP的ED值在60%以下，這預示著莖稈及苞葉相對葉片及葉鞘具有更高的瘤胃干物質及粗蛋白降解率。而李紅宇［23］發(fā)現(xiàn)，葉片與苞葉干物質有效降解率要高于葉鞘及莖髓。劉海燕等［24］發(fā)現(xiàn)，苞葉48 h體外干物質消化率顯著高于葉片、莖髓及莖皮，本研究結果與此不完全一致，可能與這些研究中玉米秸稈形態(tài)部位樣品采集時期不同，從而導致營養(yǎng)組成具有較大差異有關。如本研究發(fā)現(xiàn)DM有效降解率不僅與有機物含量呈顯著正相關，而且與粗蛋白及磷的含量呈顯著負相關。Tang等［25］對秋季播種的5種玉米品種完熟期秸稈葉片、葉鞘、莖稈及苞葉4個部位體外發(fā)酵研究結果，以及Tang等［13］對春季播種的5種玉米品種乳熟期與蠟熟期秸稈葉片、葉鞘、莖稈及苞葉體外發(fā)酵研究結果表明，4個部位間體外有機物消化率都以苞葉最高，葉鞘次之，最低的為莖稈。本研究結果與其不完全一致，其原因可能是體外研究結果不能完全反映體內研究結果，二是干物質及CP有效降解率是通過公式計算得到，與實際發(fā)酵試驗測得的結果也會有一定的差異。但體外體內研究結果都顯示苞葉具有較高的干物質及粗蛋白有效降解率以及較高的有機物消化率。

4 結論

在蠟熟期之前，5個品種玉米秸稈葉片、葉鞘、莖稈及苞葉干物質及葉片與苞葉部位粗蛋白的快速降解部分隨成熟時間的延長而上升，而慢速降解部分則隨成熟時間的延長而下降，同時，延長成熟期會降低苞葉干物質及葉鞘粗蛋白有效降解率。新品種玉米秸稈具有較普通品種玉米相似或更高的干物質及粗蛋白降解特性。苞葉與莖稈部位干物質與粗蛋白快速降解比例及有效降解率相對葉片及葉鞘部位更高。