大麥在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

曹 廣，呂 剛，劉保倉(cāng)，韓 坤，程冠文，郭學(xué)義，李斌昌

（新疆泰昆集團(tuán)有限責(zé)任公司，新疆昌吉 831100）

受國(guó)際貿(mào)易和疫情的影響，國(guó)際糧食價(jià)格高漲，2020 年國(guó)內(nèi)玉米價(jià)格近半年上漲了40%～50%，造成整個(gè)養(yǎng)殖業(yè)的飼料成本增加了70%～80%[1]。大麥作為世界第四大糧食作物，用于飼料和啤酒釀造，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量難以滿足需求，每年需要大量進(jìn)口，2019 年大麥進(jìn)口量為592.88 萬(wàn)t，2020 年1—11 月大麥進(jìn)口量為709.75 萬(wàn)t[2]。大麥?zhǔn)切笄輧?yōu)質(zhì)的能量飼料資源，能顯著提高動(dòng)物生產(chǎn)性能，可作為玉米、小麥等飼料的優(yōu)良替代品[3-5]。吳世迪等[6]將大麥作為羊的能量飼料替代玉米，發(fā)現(xiàn)飼喂大麥組羊比玉米組擁有更好的瘤胃發(fā)酵特性，表明大麥可以替代部分或全部玉米。大麥通過去殼[7]、壓片[8]、粉碎[9]等物理手段，以及添加過瘤胃氨基酸[10]、酸化劑[11]、纖維素酶[12]等，可顯著提高其消化率。Delcurto-Wyffels等[13]研究表明，在冷熱條件下給肉牛飼喂大麥基礎(chǔ)日糧，其采食量保持穩(wěn)定，對(duì)生產(chǎn)性能無明顯影響。目前，我國(guó)反芻動(dòng)物日糧中大麥應(yīng)用相對(duì)較少，而北美、歐州、澳洲等地區(qū)大麥日糧及配套技術(shù)解決方案相對(duì)完善，且應(yīng)用效果較好，動(dòng)物的生產(chǎn)性能較好、經(jīng)濟(jì)效益顯著。隨著“一帶一路”倡議的深入開展，我國(guó)同中亞、歐洲等地區(qū)的貿(mào)易往來逐漸增多，大麥進(jìn)口量呈遞增趨勢(shì)，大麥將成為重要的反芻動(dòng)物飼料資源。本文著重闡述了大麥的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)及其作為飼料資源在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為飼用大麥的進(jìn)一步研究及應(yīng)用提供理論參考。

1 大麥的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)

1.1 大麥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值 大麥（Hordeum vulgare L.）是一年生禾本科作物，籽實(shí)扁平，兩頭尖，收獲后稃殼與籽粒不脫離，含有豐富的維生素E、維生素B 及酚類物質(zhì)等[14]。脫殼前大麥稱為皮大麥，大麥稃殼主要成分為纖維素等結(jié)構(gòu)性碳水化合物，脫殼后籽實(shí)中性洗滌纖維（NDF）含量可降低10%～14%，淀粉、粗蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量明顯提高，稱為裸大麥[15]。淀粉是大麥的主要能量物質(zhì)，占干物質(zhì)（DM）含量的53%～67%，其中直鏈淀粉和支鏈淀粉分別占27%、73%，兩者的比例因品種不同會(huì)發(fā)生變化，糯大麥支鏈淀粉比例達(dá)100%，而直鏈淀粉和支鏈淀粉的比例與淀粉的胃腸道消化特性直接相關(guān)[16-17]。大麥中50%～94%的淀粉可在瘤胃被快速降解，但非淀粉多糖高達(dá)16.7%，胚乳和糊粉層細(xì)胞壁中含有大量不可溶的β-葡聚糖和可溶性阿拉伯木聚糖，這是大麥的反芻動(dòng)物增重凈能和維持凈能參數(shù)相對(duì)于玉米、小麥偏低的重要原因[18]。除此之外，大麥中蛋白質(zhì)主要為醇溶蛋白，蛋白分子與淀粉粒緊密連接，谷氨酸含量高，賴氨酸含量低，整體氨基酸模式較差，這是大麥瘤胃消化率較低的另一個(gè)原因[19]。Khorasani 等[20]測(cè)定了60 個(gè)大麥品種的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和瘤胃降解率，大麥的不溶性DM 含量為33.4%～56.4%，大麥的DM 瘤胃降解率在34.1%～60.2%，其中可溶性組分與淀粉含量呈顯著正相關(guān)，瘤胃降解率與容重和粗蛋白質(zhì)含量顯著正相關(guān)。Ramsey 等[21]通過體外模擬瘤胃發(fā)酵試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，大麥淀粉的DM 消化率一般為130%～250%，大麥的DM 消化率與淀粉的消化率相關(guān)性（r=0.21）較低，而酸性洗滌纖維（ADF）的含量和消化率才是預(yù)測(cè)DM 消化率的有效指標(biāo)。通過對(duì)大麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的評(píng)定，研究人員形成了一套行之有效的品控手段。例如，Swanston 等[22]通過大麥的形狀、大小等來預(yù)測(cè)大麥的產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。綜上所述，大麥?zhǔn)潜容^優(yōu)質(zhì)的反芻動(dòng)物能量飼料來源，但其本身的營(yíng)養(yǎng)特性限制了其消化性能的提升，仍然有很多領(lǐng)域有待進(jìn)一步研究。

1.2 大麥與玉米、小麥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值比較 玉米、小麥和大麥?zhǔn)菄?guó)內(nèi)外畜牧業(yè)主流的能量飼料，分別占全球糧食作物產(chǎn)量的第一、第二、第四，均具有單產(chǎn)高和種植地域廣的特點(diǎn)，籽實(shí)含有豐富的淀粉和谷物蛋白，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。3 種作物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值數(shù)據(jù)見表1。由表1 可見，玉米的淀粉含量達(dá)到63.5%，粗脂肪（EE）為3.6%，均遠(yuǎn)高于小麥和大麥[23]。大麥、小麥中還含有較多的非淀粉多糖，在禽畜胃腸道中容易形成食團(tuán)，阻礙營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化，維持凈能和增重凈能參數(shù)低于玉米。萬(wàn)凡等[24]評(píng)定了大麥、小麥、玉米在肉羊體內(nèi)的代謝能，發(fā)現(xiàn)小麥和玉米的總能低于大麥，而代謝能和消化能顯著高于大麥。能值的高低與淀粉的消化率直接相關(guān)，因此學(xué)者們進(jìn)一步研究了大麥淀粉的瘤胃消化降解效率。Ferreira 等[25]對(duì)玉米、裸大麥及皮大麥的瘤胃淀粉降解率的研究發(fā)現(xiàn)，玉米的快速降解淀粉含量高于2 種大麥，而48 h 淀粉瘤胃降解率則低于2 種大麥，其過瘤胃淀粉含量相對(duì)較高。過瘤胃淀粉比例較高，有利于增加淀粉在小腸中的含量，提高能量的利用率，而飼料中蛋白的消化利用也有類似的機(jī)理。Spicer 等[26]體外試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，大麥日糧的微生物蛋白（MCP）比例高于玉米，過瘤胃的飼料氮比例是玉米日糧的一半。大麥粗蛋白質(zhì)的過瘤胃比例偏低可能會(huì)導(dǎo)致小腸可利用氨基酸減少，反而限制了能量的吸收和利用，降低了生產(chǎn)性能[27]。綜上所述，大麥的淀粉、過瘤胃淀粉、瘤胃不可降解蛋白含量相對(duì)玉米、小麥偏低，DM 中快速降解部分含量高，可用于瘤胃后消化的淀粉和氨基酸含量不足，需要采取相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)手段進(jìn)行調(diào)控。

表1 大麥、玉米和小麥的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值分析 %

2 大麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的影響因素

2.1 品種及種植氣候 大麥?zhǔn)侵匾募Z食作物，我國(guó)十分重視優(yōu)良大麥品種的培育和遺傳資源的保護(hù)，種質(zhì)資源庫(kù)中可查的大麥留種記錄就有6 462 份?；谂嘤较虻牟町?，研究人員對(duì)各品種大麥的種質(zhì)特征和營(yíng)養(yǎng)成分進(jìn)行分析。Cherif 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，紫色種皮大麥粗蛋白質(zhì)、β-葡聚糖分別比黃色種皮大麥高10%～16%、5%。Camm 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)控大麥籽實(shí)硬度的基因控制位點(diǎn)主要在7 號(hào)染色體上，而大麥的硬度更高，往往意味著其粗蛋白質(zhì)含量也更高。Abdel-Haleem 等[30]比較了Steptoe 和Morex 2 個(gè)大麥品種在自然雨水灌溉和人工灌溉條件下的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值差異，結(jié)果表明，充足的供水可以提高大麥中淀粉、纖維等碳水化物含量及消化率，而蛋白含量相對(duì)降低。王建林等[31]研究發(fā)現(xiàn)，青藏高原地區(qū)栽培大麥的千粒重與抽穗-成熟期日照時(shí)數(shù)、抽穗-成熟期平均氣溫、拔節(jié)-抽穗期平均氣溫日較差、抽穗-成熟期降水量等呈顯著正相關(guān)。目前，研究人員主要對(duì)大麥的顏色、籽粒大小、籽粒重量、籽粒殼重及籽粒硬度等表觀遺傳特征與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行相關(guān)性分析，借助基因標(biāo)記手段找到相應(yīng)的遺傳位點(diǎn)，從而培育出遺傳穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的品種，再結(jié)合大麥生長(zhǎng)的氣候環(huán)境和科學(xué)的種植管理，更好地提高大麥品質(zhì)。

2.2 加工方式 大麥成熟后稃殼與籽粒緊密連接，保護(hù)其不受外來危害的侵襲，但這種防御機(jī)制也限制了大麥在反芻動(dòng)物胃腸道中的吸收。研究人員采取水浸泡、微生物發(fā)酵、蒸汽壓片、粉碎、軋制等手段對(duì)大麥進(jìn)行處理[32-33]，其中，處理大麥較為常見的物理加工方法對(duì)設(shè)備和成本的要求也較低，對(duì)消化率的改善效果明顯。Beauchemin 等[34]發(fā)現(xiàn)，大麥干軋的加工指數(shù)越高，大麥中淀粉的消化率及MCP 的產(chǎn)量越高，但纖維和蛋白的消化率不受影響。Engstrom 等[35]研究指出，干軋和蒸汽軋制對(duì)大麥消化率的改善效果相近，β-葡聚糖、淀粉和ADF 的消化率分別達(dá)到了98.6%、98.1%、29.1%。Zinn 等[36]研究表明，壓片大麥中有機(jī)物、淀粉、飼料氮的消化率隨著壓片密度的增加而提高，同時(shí)流入小腸的微生物氮增加。大麥的物理加工主要影響大麥的粒度，加工過程中使用的高溫可以使大麥淀粉發(fā)生一定程度的熟化，但對(duì)纖維的消化率往往沒有影響。有研究認(rèn)為，通過微生物或者內(nèi)源酶的酶解作用能達(dá)到更好的作用效果[37]。Gracia 等[38]發(fā)現(xiàn)，使用高溫和酶制劑處理大麥可提高大麥中淀粉、NDF 的消化率，提高日糧能量的表觀消化率。綜上所述，通過物理、化學(xué)、生物等一系列的加工手段，可提高大麥中所含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在反芻動(dòng)物胃腸道中的消化率，能更好地為動(dòng)物提供能量、氨基酸、維生素等物質(zhì)。

3 大麥在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 大麥日糧的應(yīng)用效果 大麥可適應(yīng)寒冷、干燥的生長(zhǎng)環(huán)境，在類似氣候的種植區(qū)，大麥、大麥青貯、大麥干草在反芻動(dòng)物日糧結(jié)構(gòu)中被廣泛使用。Ma 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，湖羊日糧中使用高比例的大麥，可改善瘤胃健康度，但DM、有機(jī)物、NDF 和ADF 的表觀消化率顯著降低。飼用大麥已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)廣泛種植，其可作為反芻動(dòng)物單一的能量飼料，完全替代玉米和小麥應(yīng)用于全混合日糧中。Yang 等[40]研究表明，使用裸大麥（0%、33%、67%、100%）替代奶牛日糧中的玉米，DM、EE、ADF 的表觀消化率差異不顯著，試驗(yàn)期產(chǎn)奶量和奶脂變化不大，但淀粉的消化率隨著替代比例的增加而降低。Fatehi 等[41]也發(fā)現(xiàn)，在荷斯坦牛日糧中使用不同比例的大麥和玉米，隨著玉米比例升高，荷斯坦牛背部脂肪厚度、產(chǎn)肉量、腹部脂肪增加，但糞便中未消化完全的籽實(shí)數(shù)量也相應(yīng)增加，當(dāng)大麥∶玉米比例為50:50 及75:25 時(shí)屠宰性能和胴體品質(zhì)較好。大麥的淀粉、脂肪等較玉米偏低，大量使用動(dòng)物增重效果往往不如玉米。Moya 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，高小麥日糧組肉牛眼肌面積較大麥組偏高，背膘厚偏低，但各組差異不顯著?？梢姡篼湶糠痔娲占Z中玉米、小麥仍然擁有較好的屠宰性能，這可能與適宜比例的過瘤胃淀粉有關(guān)，但是日增重、干物質(zhì)采食量與玉米比例呈正相關(guān)。

基于精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)的目標(biāo)，研究人員針對(duì)大麥日糧的營(yíng)養(yǎng)特點(diǎn)及提高飼料轉(zhuǎn)化率的措施進(jìn)行了系列性研究。Koenig 等[43]研究結(jié)果表明，粗蛋白質(zhì)水平為12.6%和14% 的大麥日糧組肉牛生產(chǎn)性能差異不顯著，但14%粗蛋白質(zhì)大麥組氨氣排放增多；在育成牛中，大麥日糧粗蛋白質(zhì)水平和生產(chǎn)性能呈正相關(guān)，這與不同階段牛營(yíng)養(yǎng)需要量差異較大有關(guān)。在大麥日糧的研究中，國(guó)外的學(xué)者往往因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益而追求在日糧中使用更高比例的大麥，動(dòng)物的生產(chǎn)性能差異較大，但飼料成本降低效果顯著。Koenig 等[44]發(fā)現(xiàn)，自由采食高粗飼料大麥日糧的肉牛與限飼高谷物的肉牛擁有相同的日增重，但飼料轉(zhuǎn)化率有所提高，飼料成本顯著降低。目前，大麥日糧及其配套技術(shù)已相對(duì)完善，但在實(shí)際應(yīng)用中，還是應(yīng)該根據(jù)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)原則和大麥價(jià)格的波動(dòng)來調(diào)整使用方案，從而獲得最高的性價(jià)比。

3.2 大麥日糧的優(yōu)化 目前，國(guó)外反芻動(dòng)物大麥日糧主要使用高谷物、高精料的日糧配比，從而提供充足的能量，以提高生產(chǎn)效率。Hristov 等[45]發(fā)現(xiàn)，高比例大麥（95%）日糧顯著提高了牛瘤胃液揮發(fā)性脂肪酸濃度和淀粉酶活性，且對(duì)瘤胃微生物的種群及豐富度沒有明顯影響。在反芻動(dòng)物日糧中使用高比例大麥對(duì)瘤胃微生態(tài)及消化功能并沒有顯著影響，但高谷物日糧與瘤胃酸中毒緊密相關(guān)，因此采取相應(yīng)的技術(shù)措施非常必要。Vyas等[11]研究表明，在高比例大麥日糧中添加富馬酸、蘋果酸對(duì)緩解瘤胃酸中毒沒有顯著效果，富馬酸還縮短了pH＜6.2 的時(shí)間。李棟等[46]在育肥綿羊大麥日糧中添加蘋果酸鹽，降低了干物質(zhì)和有機(jī)物的表觀消化率，且日糧淀粉類型和蘋果酸對(duì)氮攝入量和氮沉積量的影響具有顯著交互效應(yīng)。由此可以看出，在低谷物日糧中，有機(jī)酸對(duì)瘤胃酸中毒有一定的緩解作用，但在高谷物日糧中可能有負(fù)面效果。

大麥的蛋白氨基酸模式不平衡，通過平衡氨基酸模式可提高大麥的消化率。Casper 等[10]在奶牛大麥日糧中添加過瘤胃蛋氨酸，奶產(chǎn)量波動(dòng)較小，顯著提高了乳中蛋白含量，補(bǔ)充限制性氨基酸對(duì)大麥日糧的消化利用有一定效果。Damiran 等[47]平衡了大麥日糧的氨基酸模式，但各組肉牛生產(chǎn)性能和胴體性能并沒有顯著改善，這說明蛋白氨基酸模式可能并不是限制大麥營(yíng)養(yǎng)吸收利用的主要因素。酶制劑作為一種有效提高日糧消化性能的手段，也被廣泛應(yīng)用于大麥日糧中，且效果顯著。Beauchemin 等[48]研究表明，在肉牛日糧中添加纖維素酶，大麥日糧組肉牛日增重、采食量、飼料轉(zhuǎn)化效率顯著高于玉米組，同時(shí)改善了瘦肉率和肉色?？梢姡钢苿?duì)大麥日糧的改善效果顯著。此外，近年來，水培大麥的相關(guān)研究逐漸增多，飼喂效果良好[49]。Mohsen 等[50]在綿羊日糧中使用水培大麥，顯著提高了干物質(zhì)采食量，改善了瘤胃發(fā)酵參數(shù)。綜上，經(jīng)過技術(shù)方案的優(yōu)化，大麥日糧能夠擁有與玉米日糧相近的飼喂效果，但實(shí)際應(yīng)用效果差異較大，還需要進(jìn)一步深化研究。

4 小 結(jié)

大麥?zhǔn)且环N優(yōu)質(zhì)的反芻動(dòng)物能量飼料，能值、淀粉等較玉米、小麥偏低，但通過脫殼、粉碎、加熱、發(fā)酵等一系列加工手段，以及氨基酸平衡、添加酶制劑、過瘤胃技術(shù)等的應(yīng)用，大麥可以高比例飼喂反芻動(dòng)物，達(dá)到與玉米日糧相近的飼喂效果。目前，國(guó)內(nèi)反芻動(dòng)物生產(chǎn)中應(yīng)用大麥的研究較為匱乏，影響了大麥的進(jìn)一步開發(fā)和利用。因此，開展與國(guó)內(nèi)反芻品種相關(guān)的瘤胃功能、腸道菌群、養(yǎng)分代謝等研究工作，對(duì)于深入評(píng)價(jià)大麥日糧的應(yīng)用效果及對(duì)其有針對(duì)性地技術(shù)改造等都具有重要意義。