香芹酚對綿羊瘤胃體外養(yǎng)分降解率和發(fā)酵特性及產(chǎn)氣量的影響

王子懿 周瑞 徐紅偉 臧榮鑫 李耀東 鄭隆清 馬瑩瑩 梁小燕 袁龍

摘要：為了研究香芹酚對綿羊瘤胃體外養(yǎng)分降解率、發(fā)酵特性及體外產(chǎn)氣量的影響，在瘤胃液中分別添加0、100、250、500、1 000 mg/L不同濃度的香芹酚，瘤胃發(fā)酵48 h后測定養(yǎng)分降解率、發(fā)酵參數(shù)及總產(chǎn)氣量。結果表明，添加250 mg/L試驗組的中性洗滌纖維降解率（NDFD）和酸性洗滌纖維降解率（ADFD）顯著高于添加500 mg/L、1000 mg/L試驗組和對照不添加香芹酚（P < 0.01）。添加250 mg/L試驗組的干物質(zhì)降解率（DMD）顯著高于其他試驗組（P < 0.01），而對照的DMD顯著低于其他試驗組（P < 0.01）。添加1000 mg/L試驗組的pH顯著高于其他組（P < 0.01）。添加250 mg/L試驗組的乙酸濃度顯著高于其他試驗組（P < 0.01）、丙酸濃度顯著高于其他試驗組（P < 0.01）。香芹酚含量的增加均顯著降低了丁酸的濃度（P < 0.01）。綜上所述，在綿羊瘤胃體外培養(yǎng)液中加入香芹酚有助于增加飼草的營養(yǎng)降解量，調(diào)整瘤胃發(fā)酵作用特點，從而減少總產(chǎn)氣量。體外條件下的香芹酚，加入總量不應超過250 mg/L。

關鍵詞：香芹酚;養(yǎng)分分解率;體外發(fā)酵;發(fā)酵特性;發(fā)酵產(chǎn)氣量

中圖分類號：S816? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）03-0050-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.03.011

Effect of Carvacrol on Nutrients Degradation，F(xiàn)ermentation Characteristic， and Total Gas Production in Rumen of Sheep in Vitro

WANG Ziyi， ZHOU Rui， XU Hongwei， ZANG Rongxin， LI Yaodong， ZHENG Longqing， MA Yingying， LIANG Xiaoyan， YUAN Long

（College of Life Sciences and Engineering， Northwest Minzu University， Lanzhou Gansu 730030， China）

Abstract：The purpose of the experiment was to study the effects of carvacrol on nutrient degradation rate， fermentation characteristics and in vitro gas production in sheep rumen. This time， a single-factor completely randomized trial design was adopted， and rumen fluid was added with 0（control group）， 100， 250， 500 and 1 000 mg/L， respectively. Nutrient degradation rate， fermentation parameters and total gas production were determined after rumen fermentation for 48 h. The results showed that the neutral detergent fiber degradation rate（NDFD） and acid detergent fiber degradation rate（ADFD） in 250 mg/L group were significantly higher than those of experiments in 500 mg/L and 1 000 mg/L group and control group（P < 0.01）. Dry matter degradation rate （DMD） in 250 mg/L group was significantly higher than that of the other groups （P < 0.01）， while the DMD of the control group was significantly lower than that of the other groups （P < 0.01）. The pH value of 1 000 mg/L group was significantly higher than that of other groups（P < 0.01）. The concentration of acetic acid in 250 mg/L group was significantly higher than that of other groups（P < 0.01）， and the concentration of propionic acid was significantly higher than that of other groups（P < 0.01）. The concentration of butyric acid was significantly decreased with the increase of carvacrol content（P < 0.01）. In conclusion， the addition of carvacrol to the in vitro rumen culture medium of sheep can improve the nutrient degradation rate of the feed， adjust the rumen fermentation characteristics， and reduce the total gas production. Under in vitro conditions， the total amount of carvacrol added should not exceed 250 mg/L.

Key words：Carvacrol;Nutrient decomposition rate;Methane production;Fermentation characteristics;Fermentation gas production

香芹酚是一種可用作香精、衛(wèi)生消毒劑的有機化合物[1 ]。香芹酚可在胃腸道內(nèi)作用于上皮細胞，使其再生速度加快，病原體對腸道上皮細胞的感染減少，可抑制有害菌的生長，促進消化分泌物的生產(chǎn)[2 ]。另外，香芹酚還可以刺激血液循環(huán)，降低病原菌的數(shù)量，調(diào)節(jié)反芻動物瘤胃發(fā)酵，從而促進反芻動物盲腸營養(yǎng)成分消化，提高腸道吸收必需營養(yǎng)素的利用率，減輕動物的免疫防御壓力[3 ]。其可以選擇性地影響動物體內(nèi)特定的瘤胃微生物，進而調(diào)節(jié)瘤胃代謝。在反芻動物飼糧中添加香芹酚可降低瘤胃內(nèi)產(chǎn)氣量排放，從而調(diào)控瘤胃的發(fā)酵[4 - 5 ]。我們研究了香芹酚不同添加濃度對綿羊瘤胃體外養(yǎng)分降解率和發(fā)酵特性的影響，以期通過試驗確定香芹酚的最佳添加量，為反芻動物飼糧生產(chǎn)提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?供體動物及飼養(yǎng)管理

供體動物選擇3只體重[（54.32±2.13） kg]、體況良好且裝有永久性瘤胃瘺管的健康小尾寒羊作為瘤胃液供體羊。試驗羊采用單欄喂養(yǎng)方法，飼糧根據(jù)國家肉羊飼養(yǎng)標準的推薦營養(yǎng)要求配制，具體飼糧組成和營養(yǎng)水平見表1。每日飼喂2次，自由飲水。待其適應生活環(huán)境后采集瘤胃液。

1.2? ?;供試材料

供試香芹酚購自美國Ralco動物營養(yǎng)公司。

1.3? ?試驗方法

1.3.1? ? 試驗設計? ? 試驗采取單因素隨機設計，共分為5個試驗組，每個試驗組3個重復來減少試驗的系統(tǒng)誤差。即在250 mL的發(fā)酵瓶中分別添加5個不同濃度的香芹酚：不添加香芹酚組（對照組）、添加100 mg/L（試驗組Ⅰ）、250 mg/L（試驗組Ⅱ）、500 mg/L（試驗組Ⅲ）和1 000 mg/L（試驗組Ⅳ）。另設置3個重復的空白對照，即不添加發(fā)酵底物和香芹酚，僅用于發(fā)酵瓶中產(chǎn)氣量的校正。

1.3.2? ? 體外發(fā)酵與樣品采集? ? 供體羊的瘤胃內(nèi)容物在早晨喂食2 h后通過瘤胃瘺管收集，過濾4層后，將瘤胃液灌入已經(jīng)預熱至40 ℃的保溫瓶中，密封瓶蓋后立即運回試驗室。按照Mankn等方法制備人工瘤胃緩沖液，隨后按一定比例將瘤胃液與其混合，放入40 ℃的水浴槽中，連續(xù)導入CO2，培養(yǎng)液顏色由粉色變至無色后即可使用[6 ]。準確稱取1 g發(fā)酵底物，隨后取出已預熱的人造瘤胃緩沖液100 mL和過濾瘤胃液50 mL迅速添加至各發(fā)酵瓶內(nèi)[7 ]。在發(fā)酵瓶持續(xù)充入CO2后立即蓋上瓶塞，并將裝有不同緩沖液的發(fā)酵瓶分別連接到氣體產(chǎn)生裝置的傳感器上，隨后放入40 ℃的恒溫加熱器中。體外發(fā)酵裝置采用自主記錄產(chǎn)氣量的檢測系統(tǒng)[8 ]。體外發(fā)酵所用的底物與供體動物飼喂的日糧基本一致[9 ]。在40 ℃下連續(xù)培養(yǎng)48 h后對培養(yǎng)液進行收集并分為2份，1份用于pH的測定，另1份保存于-20 ℃，用于揮發(fā)性脂肪酸濃度、總氮、氨態(tài)氮和尿素氮的測定[10 ]。

1.4? ?指標測定

1.4.1? ? 飼糧養(yǎng)分測定? ? 參照《飼料分析及飼養(yǎng)質(zhì)量檢測技術》測定底物和發(fā)酵產(chǎn)物的干物質(zhì)、粗蛋白、酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量[11 ]。計算干物質(zhì)降解率（DMD）、酸性洗滌纖維降解率（ADFD）、中性洗滌纖維降解率（NDFD）[10 ]。

1.4.2? ? 發(fā)酵參數(shù)及氣體產(chǎn)量測定? ? 利用pH計測定發(fā)酵液pH[12 ]，使用苯酚-次氯酸鈉比色法測定氨態(tài)氮（NH3-N）濃度，采用試劑盒配合全自動酶標儀測定微生物蛋白含量，采用氣相色譜儀測定揮發(fā)性脂肪酸含量[13 ]。氣體測量系統(tǒng)發(fā)酵48 h后測定發(fā)酵瓶的壓力。

1.5? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

試驗數(shù)據(jù)庫使用Excel軟件建立、通過SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行處理 。

2? ?結果與分析

2.1? ?香芹酚對綿羊體外養(yǎng)分降解率的影響

由表2可知，隨著香芹酚含量的逐漸增加，干物質(zhì)降解率（DMD）、中性洗滌纖維降解率（NDFD）和酸性洗滌纖維降解率（ADFD）呈先升高后降低趨勢（P < 0.01）。DMD試驗組Ⅱ的顯著高于其他組（P < 0.01）。NDFD、ADFD試驗組Ⅱ與試驗組Ⅲ差異不顯著，均顯著高于對照組、試驗組Ⅰ和試驗組Ⅳ（P < 0.01）。

2.2? ?香芹酚對綿羊體外瘤胃發(fā)酵參數(shù)和總產(chǎn)氣量的影響

由表3可知，香芹酚的添加量與pH呈正相關，試驗組Ⅳ的pH顯著高于其他試驗組（P <? 0.01）。與對照組相比，香芹酚含量的增加均使培養(yǎng)液氨態(tài)氮濃度顯著降低（P < 0.01）。對照組、試驗組Ⅲ的總揮發(fā)性脂肪酸（總VFA）濃度低于試驗組Ⅰ、Ⅱ，高于試驗組Ⅳ（P < 0.01）。試驗組Ⅱ的乙酸、丙酸濃度均顯著高于其他試驗組（P <0.01）。香芹酚含量的增加使丁酸的濃度呈現(xiàn)下降的趨勢（P < 0.01），對異丁酸濃度無顯著影響（P > 0.05），對戊酸和異戊酸濃度影響不顯著（P > 0.05）。對照組的乙酸/總揮發(fā)性脂肪酸比例低于試驗組Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，高于試驗組Ⅳ（P=0.01）。對照組的丙酸/總揮發(fā)性脂肪酸高于試驗組Ⅰ、Ⅲ。對照組丁酸/總揮發(fā)性脂肪酸高于其他試驗組（P > 0.05）。對照組異丁酸/總揮發(fā)性脂肪酸高于其他試驗組（P > 0.05）。香芹酚含量對戊酸/總揮發(fā)性脂肪酸和異戊酸/總揮發(fā)性脂肪酸影響不顯著（P > 0.05）。試驗組Ⅰ、Ⅲ的乙酸/丙酸均高于其他試驗組（P < 0.01）。從添加香芹酚含量的不同來判斷，整體總產(chǎn)氣量隨著香芹酚含量的增加呈先減少后增加的趨勢，試驗組Ⅱ的總產(chǎn)氣量最低（P < 0.01）。

3? ?結論與討論

試驗發(fā)現(xiàn)，香芹酚添加量為250 mg/L時乙酸和丙酸濃度最高，而總產(chǎn)氣量最低。然而，隨著香芹酚添加量的提高，乙酸和丙酸濃度降低，總產(chǎn)氣量增加。在反芻動物的飼糧中添加250 mg/L香芹酚可提高干物質(zhì)降解率（DMD）、中性洗滌纖維降解率（NDFD）、酸性洗滌纖維降解率（ADFD），同時減少總產(chǎn)氣量。綜合上述結果認為，在綿羊瘤胃體外發(fā)酵條件下，香芹酚添加量不應高于250 mg/L。另外，當香芹酚添加量為100 g/L時，乙酸/ 總VFA，丙酸/總VFA以及丁酸/總VFA的比值最大，推測高濃度（大于100 g/L）香芹酚可能降低TVFA濃度，抑制瘤胃發(fā)酵。

瘤胃是綿羊最主要的消化器官之一[14 - 15 ]。瘤胃內(nèi)體外降解速率反映了發(fā)酵系統(tǒng)中微生物對飼料的降解程度，還反映了動物對其消化和利用的難易程度[16 - 17 ]。金恩望等[4 ]的研究表明，當植物精油的添加量超過1.0 g/L將會抑制飼料底物的降解速率，但當小于1.0 g/L時則對微生物的分解速度并無顯著影響。本研究表明，在加入250 g/L香芹酚時飼料養(yǎng)分的降解速率達到峰值，當香芹酚添加量超過250 g/L時飼料養(yǎng)分的降解速率則開始下降。分析其成因，可能是當香芹酚的加入量約為250 g/L時能夠最大限度地刺激瘤胃微生物的活性，從而增強瘤胃的消化吸收機能，提高飼料養(yǎng)分降解率[18 - 19 ]。當添加量高于250 g/L時，則會對瘤胃發(fā)酵過程形成抑制作用，從而造成營養(yǎng)物質(zhì)的降解速率減少。

瘤胃pH是衡量反芻動物瘤胃內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要指標[20 ]。Broderickga等[21 ] 的研究表明，培養(yǎng)液的pH與香芹酚的濃度水平呈正相關，其主要原因是受飼糧性質(zhì)和反芻動物體內(nèi)有機酸積累的影響[22 - 23 ]。本研究表明，培養(yǎng)液中添加香芹酚的可以顯著提高pH含量，同時添加高水平的香芹酚會顯著提高乙酸/丙酸比值。弱堿性唾液在反芻動物采食和反芻的過程中被大量分泌，可中和瘤胃中碳水化合物的發(fā)酵，產(chǎn)生大量的揮發(fā)性脂肪酸 [24 - 25 ]。香芹酚含量為250 g/L時總揮發(fā)性脂肪酸達到最大值。

NH3-N濃度是瘤胃內(nèi)含氮物質(zhì)的分解和瘤胃微生物對氨利用的綜合反映[26 ]。研究發(fā)現(xiàn)，在體外培養(yǎng)液中添加高濃度香芹酚（高于750 g/L）可破壞瘤胃細胞膜的流動性，影響瘤胃的正常消化功能，從而影響瘤胃發(fā)酵[27]。試驗表明，NH3-N的濃度隨著香芹酚添加量的增大而降低，對照組中的NH3-N的濃度最高，分析其原因是香芹酚可以抑制瘤胃NH3的生成，從而增加了氮的利用率[28 ]，NH3含量的減少意味著瘤胃蛋白分解速率的降低，或瘤胃微生物對 NH3-N利用率的提高[29 ]?？偖a(chǎn)氣量是反映飼料可發(fā)酵水平和瘤胃微生物活動特性的首要指標 [30 - 31 ]。目前針對香芹酚與反芻動物發(fā)酵產(chǎn)氣作用關系的研究較少，但有體外發(fā)酵試驗可發(fā)現(xiàn)，綿羊瘤胃中乙酸和丙酸含量顯著提高，這將有助于反芻動物對食物的消化和吸收[32 - 34 ]。

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收稿日期：2022 - 01 - 19;修訂日期：2022 - 02 - 06

基金項目：中央高校本科生科研創(chuàng)新項目（1012021XBMU21107）;西北民族大學人才引進項目（Z20066）;國家民委專項（31929210004）;甘肅省青年科技基金計劃（21JR1RA213）。

作者簡介：王子懿（2001 — ），女，陜西安康人，本科在讀，專業(yè)方向為反芻動物營養(yǎng)。Email：1209493221@qq.com。

通信作者：周? ?瑞（1991 — ），女，寧夏中衛(wèi)人，講師，博士，研究方向為反芻動物營養(yǎng)。Email：zhour1222@163.com。