本文是一篇农业论文研究,本文以红豆草和紫花苜蓿为研究对象,研究了自然发酵以及分别添加不同植物原料制作而成的绿汁发酵液对其青贮发酵品质、体外降解性能及细菌群落的影响。
第一章绪论
1研究背景
1.1我国饲草产业概况
牧草作为反刍动物最佳的天然食物,是畜牧业发展重要的产业基础和物质保障。大量生产实践数据表明,牛羊在育肥过程中摄入较高比例的新鲜牧草或青贮饲料,可以有效减少其发病机率、提高肉奶品质以及改善动物机体健康水平[1,2]。近年来,随着我国居民收入水平的提高,以及消费者对绿色安全畜产品消费偏好的增强,带动了我国草食畜牧业的快速发展,但也使饲料资源短缺的问题日益突出[3]。我国的饲草供给主要来源于天然草场,约占国土面积的42%,可利用草地达3.31亿公顷左右[4],但由于长期以来的粗放管理、超载放牧等不合理的利用方式,导致其生态环境恶化、草地沙化严重、生产力水平下降,难以满足家畜日益增长的生产需要。而发展人工草地是解决这一问题的基本途径,农区是我国畜牧业发展的潜力所在,在农区大力发展旱作人工草地、人工改良草地,不仅可为牧区提供部分冬春用草,也可借助草田轮作,提高谷物生产水平,增加畜牧业饲料粮的储备。并且,人工草地的牧草品质和产草量均高于天然草地,可为家畜提供多种营养物质,有效缓解家畜增多对天然草地生态功能所造成的压力,同时提高畜产品的生产效率。虽然,近年来我国饲草产业已取得了很大发展,但目前总体规模仍较小,人工草地的面积仅仅只达到天然草地面积的4%左右,约1600万公顷[4]。此外,我国优质牧草种质资源比较匮乏,良种繁育体系不健全,培育出的新品种远远无法满足我国畜牧业快速发展的需要。因此,培育、引进并且推广产量稳定、饲用品质较好及抗胁迫能力较强的优质牧草品种,对我国草食畜牧业的发展具有重要意义。近年来,我国培育和引种的优质牧草主要有紫花苜蓿(Medicago sativa L.)、红豆草(Onobrychis viciifolia Scop.)、沙打旺(Astragaluslaxmannii Jacquin)、老芒麦(Elymus sibiricus Linn.)、披碱草(Elymus dahuricusTurcz.)、黑麦草(Lolium perenne L.)、草木樨(Melilotus officinalis L.)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)、羊草(Leymus chinensis Tzvel.)、象草(Pennisetumpurpureum Schum.)、白三叶(Trifolium repens L..)、红三叶(Trifolium pratenseL.)等[5]。其中,红豆草和紫花苜蓿凭借其较强的环境适应能力、理想的生物产量、丰富的营养价值,逐渐成为了近些年的研究热点。
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1.2豆科牧草的饲用价值
豆科牧草富含氨基酸、维生素、叶黄素、胡萝卜素和异黄酮等多种营养物质,其粗蛋白含量在盛花期几乎均在15%以上,远高于禾本科饲料。此外,豆科牧草在物理、化学、解剖学上具有优越特性,因此在放牧利用、晾晒干草或调制青贮时,其适口性往往比禾本科牧草更好,能够明显改善牲畜的嗜食性和自由采食量[13]。张吉鹍[14]等通过对豆科牧草、禾本科牧草和秸秆等几种肉羊常用的粗饲料进行采食量监测,结果发现家畜对豆科牧草的摄入量最高。与此同时,豆科牧草含有较高的粗脂肪和可消化纤维,能为反刍家畜的发育、繁殖和生产提供全面、均衡的营养,在家畜养殖过程中具有至关重要的地位[15]。姜慧敏[16]等对豆科和禾本科牧草的常规营养成分进行测定分析,发现豆科牧草的营养价值一般而言均高于禾本科牧草。有研究表明,日粮中粗蛋白质的适当添加,可以在一定程度上提高动物对各种营养素的吸收,因为高蛋白质可以促进反刍动物体内的能氮平衡,使瘤胃微生物的增殖,纤维分解酶分泌量增多,进而提高家畜对饲料的消化利用效率[17]。
豆科牧草的利用方式主要包括放牧、调制干草和青贮等。其中,青贮是贮存豆科牧草最常用的方法,相较于调制干草而言,能够有效避免牧草营养成分的流失,延长新鲜饲草的供应周期,有效解决我国部分地区牧草资源季节性供应不充分等问题。此外,青贮型日粮还可有效提高饲料在动物体内的转化效率。吴文林[18]等研究了豆科牧草的青贮特性,证实其与全株玉米混合青贮能够最大程度地保存饲料的营养成分,使青贮各方面的指标均达到最优,同时达到能量和蛋白质的最佳互补,使饲料的利用价值提高。Luginbuhl[19]等研究发现,与饲喂干草相比,饲喂青贮可明显改变肉牛的采食和咀嚼行为,其采食量与体外干物质消化率均高于干草。青贮过程中,乳酸菌大量繁殖产生乳酸,可使饲料pH降至4.2以下,但由于豆科牧草可溶性糖含量低、缓冲能值高等特性,其青贮pH一般高于4.2,很难抑制青贮过程中腐败菌的繁殖。关于豆科牧草青贮困难这一突出问题,国内外学者对其进行了大量的研究,其中通过使用微生物添加剂来提高青贮品质是比较常用的方法。
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第二章不同绿汁发酵液处理对红豆草及紫花苜蓿青贮发酵品质的影响
1前言
红豆草和紫花苜蓿均是我国重要的优质豆科牧草,适宜于青饲、青贮或调制干草等多种方式利用。在现代化牧场中,青贮己经成为饲草常用的保存技术。在青贮发酵过程中,乳酸菌起着决定性作用,是青贮发酵的“引擎”。但自然条件下,牧草表面所附着的乳酸菌数量有限且种类不一,导致它们的发酵能力也不尽相同[47]。而青贮添加剂的使用能够有效提高乳酸菌数量,使其成为发酵过程中的优势菌群。绿汁发酵液(Fermented Green Juices,FGJ)是将植物匀浆后,经厌氧发酵使其表面野生乳酸菌快速富集,从而制成的一种天然乳酸菌青贮添加剂[20]。有研究表明绿汁发酵液中含有有利于青贮发酵的多种乳酸菌,比单一商品乳酸菌添加剂更能提高青贮的发酵品质[21]。Wang等[22]和Ohshima等[23]认为绿汁发酵液是由新鲜牧草本身所附着的微生物经厌氧发酵而来,乳酸菌多样性高,对环境的适应能力也会随之变强,所以其对发酵的改善作用可能比接种单一乳酸菌更有效。但FGJ中所含微生物群落结构复杂,不仅含有多种乳酸菌,还含有一些杂菌。特别是当FGJ制备条件较差时,杂菌含量较多,并不一定会对青贮品质具有改善作用。荣辉[48]等研究发现单独添加绿汁发酵液使象草青贮的发酵品质变差。原料的化学组成也可能会制约绿汁发酵液对青贮的调控效果。Tamadaetal等[24]研究表明,在象草青贮中加入绿汁发酵液后,并没有改善发酵品质,而是与糖混合添加时才能改善发酵品质。目前,不同原料制作而成的绿汁发酵液对红豆草和紫花苜蓿青贮有何影响尚不清楚。
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2材料与方法
2.1试验材料
紫花苜蓿和红豆草青贮原料采自甘肃省定西市鸿壮农牧有限公司,绿汁发酵液原料采自甘肃省定西市安定区香泉镇(北纬35°35′、东经103°52′,海拔2390 m)进行。2020年7月中旬,刈割盛花期二茬红豆草和紫花苜蓿,用于青贮饲料的制作。于红豆草和紫花苜蓿种植样地,根据对角线取样法,在5个不同取样点进行刈割取样。将刈割后的样品混合均匀,取10 g立即保存于灭菌离心管中,用于原料草表面微生物的测定。剩余样品带回实验室后,取部分试验材料于65℃烘箱(101-2B,Subo,中国)中烘干,用微型植物样粉碎机(BJ-800A,Baijie,中国)测定青贮原料常规营养成分(表2-1),剩余样品用于青贮制作。
2.2试验设计
设2×7两因子试验,即2种不同原料青贮组和添加不同绿汁发酵液的青贮组。原料组分别为紫花苜蓿(OS)和红豆草青贮(ML)组;添加剂组分别为对照(CK)组、甘蓝绿汁发酵液(BL)组、燕麦绿汁发酵液(AL)组、玉米绿汁发酵液(ZL)、甜高粱绿汁发酵液(SS)组、红豆草绿汁发酵液(OSF)和紫花苜蓿绿汁发酵液(MLF)组,绿汁发酵液添加量均为2ml/kg,对照组则添加2ml/kg无菌水。
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第三章不同绿汁发酵液处理两种豆科牧草青贮的体外发酵性能....31
1前言................................31
2材料与方法.............................31
第四章绿汁发酵液对红豆草与紫花苜蓿青贮细菌多样性的影响....41
1前言...............................41
2材料与方法.........................41
第五章结论及展望.......................66
1结论...............................66
2创新与展望..............................67
第四章绿汁发酵液对红豆草与紫花苜蓿青贮细菌多样性的影响
1前言
青贮是微生物主导的发酵过程,其中牧草表面附着乳酸菌是青贮过程中必不可少的微生物菌群。乳酸菌可利用水溶性碳水化合物将其转化有机酸,使青贮pH迅速下降,从而抑制有害微生物的生长和繁殖,实现青贮饲料的长期储藏[98]。绿汁发酵液(Fermented Green Juices,FGJ)是近年来用于增加青贮早期乳酸菌数量的常用方式,通过利用牧草原料的汁液,经厌氧发酵后使乳酸菌快速増殖。许多研究表明,青贮过程中添加绿汁发酵液可增加乳酸含量,降低青贮pH和AN/TN,提高发酵品质[22]。Wang[22]等认为绿汁发酵液是由牧草本身微生物厌氧发酵而来,所以绿汁发酵液对发酵的改善作用可能比接种乳酸菌更有效。但牧草表面附着的微生物菌群是由微生物和真菌组成的复杂混合型微生物菌群,其群落形成单位范围在105到109cfu/g之间,且不同种类牧草表面附着微生物群落存在显著差异。因此,不同牧草原料所制备的绿汁发酵液对青贮发酵品质及青贮过程中微生物菌群有很大影响,例如,Tamadaetal[24]等在象草青贮中加入绿汁发酵液后,并没有改善发酵品质。早期的研究中,植物表面附着的微生物的研究主要基于传统的实验室培养技术,但种传统技术只能鉴定出少数菌种。高通量测序(High-throughput sequencing)技术的飞速进步和快速降低的成本,为研究青贮发酵过程中细菌的演替过程提供了更强有力的工具。
本节基于第二章试验结果,选取青贮品质较优的两种绿汁发酵液处理,通过高通量测序技术探究其对青贮细菌群落的影响,为针对性开发青贮用微生物添加剂提供科学依据,为实际生产中进行红豆草和紫花苜蓿青贮发酵调控提供理论依据。
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第五章结论与展望
1结论
红豆草和紫花苜蓿对我国畜牧业的发展具有重要意义。在我国许多地区牧草供给易受生长季节的限制,必须进行有效的贮存,但由于豆科牧草碳水化合物含量低,缓冲能值高,不易进行优质青贮的调制。绿汁发酵液作为青贮添加剂可以有效提高牧草的青贮品质,但添加效果因制作工艺、植物种类以及青贮原料的性质不同而有所差异。本文以红豆草和紫花苜蓿为研究对象,研究了自然发酵以及分别添加不同植物原料制作而成的绿汁发酵液对其青贮发酵品质、体外降解性能及细菌群落的影响。主要研究结果如下:
1.不同绿汁发酵液对青贮发酵品质的影响不同,在OS青贮组中,BL绿汁发酵液可有效降低青贮pH、AN/TN、ADF含量,提高青贮中LA和CP含量。在ML青贮中,AL绿汁发酵液可有效降低青贮AN/TN、ADF含量,提高青贮CP及有机酸含量。绿汁发酵液对青贮发酵品质的影响受青贮原料的影响。BL绿汁发酵液能够显著提高OS青贮的发酵品质,但其对ML青贮的作用效果一般。AL青贮能够显著提高ML青贮的发酵品质,但其对OS青贮的作用效果不如BL绿汁发酵液。
2.两种豆科牧草青贮体外发酵产气性能存在显著差异,其中OS组快速降解部分产气量、慢速降解部分产气量、潜在产气量、产气速率常数和体外发酵总产气量均显著高于ML青贮;不同青贮原料对其青贮体外发酵参数存在显著影响,其中ML组体外发酵pH显著高于OS青贮;OS青贮组中乙酸、丙酸、乙酸/丙酸、异丁酸、丁酸和戊酸和TVFA浓度显著高于ML青贮;不同绿汁发酵液处理对两种豆科牧草青贮的体外产气特性和体外发酵参数均无显著影响。
参考文献(略)