牛羊秸秆微生物饲料的研究概况

2019-08-21 17:22:28      点击:

随着贵州省草地生态畜牧业的发展,对饲草饲料资源提出了挑战。在人畜争粮问题日益加剧的情况下,只有最大限度地发挥科学技术优势,充分利用农作物秸秆,才能缓解养殖业对粮食储备的压力。我省农作物秸秆产量丰富且可利用率高,各类农作物秸秆年产量约为1 100 万t,其中可利用率较高的玉米、水稻和薯类秸秆约880 万t,占80%,但是全省秸秆实际处理利用率很低,仅为6%左右,大部分被焚烧或弃之荒野浪费掉,不仅给国家和社会带来综合经济损失,且造成生态环境污染。秸秆饲料处理利用率低的主要原因是农村紧缺相关设备、物资和资金,紧缺相关的技术投入和科技研发。采用现代生物学技术对秸秆饲料进行处理,提高其饲用价值,生产出蛋白质含量高且适口性好的优质秸秆微生物饲料,对促进生态畜牧业发展,促进农民增收具有积极的作用。据不完全统计,全省农作物秸秆处理利用率如果提高到20 ~ 30%,则可多养牛15 万~ 20 万头或多养羊47 万~ 72 万只,可实现畜牧业增收1. 2 亿~ 1. 6 亿元,大幅带动农村经济发展和农民增收。

1 ·秸秆的营养价值

秸秆饲料含有约5% 的蛋白质、约30% 的纤维素及一定量的钙和磷等矿物质,1 t 普通秸秆的营养价值,就相当于0. 25 t 粮食的营养价值,但不适宜直接饲喂畜禽,主要存在如下营养限制性因素。第一,纤维素类物质含量高,水稻、小麦和玉米3 大作物秸秆中的中性洗涤纤维分别为61. 9% ~74. 4%、67. 1% ~ 73.0% 和60. 4% ~ 71. 9%; 酸性洗涤纤维分别为40. 2% ~ 53. 0%、53.0% ~ 56. 2%和37. 4% ~ 51. 1%。可见,中性洗涤纤维一般都高于60%,酸性洗涤纤维高于40%。第二,粗蛋白含量低,稻草、麦秸和玉米秸的粗蛋白含量分别为3. 8% ~ 5. 9%,4. 0% ~ 5. 1%和8. 8% ~ 9. 5%,一般平均为3% ~ 6%。可见,秸秆料不仅可发酵氮极低,而且过瘤胃蛋白也几乎为零。第三,无机盐含量低,并缺乏动物生长所需要的维生素A、维生素D 和维生素E 等,以及钴、铜、硫、硒和碘等矿物质元素。如秸秆饲料含有大量的硅酸盐,它严重影响瘤胃中多糖类物质的降解作用; 钙和磷的含量一般也低于牛羊的营养需要水平; 许多地区钴、锌、硫、硒和铜等元素也明显缺乏。第四,可消化能值很低。这些限制性因素严重影响了家畜对秸秆饲料的采食量和营养物质的消化率。因此,要科学地利用秸秆来饲喂家畜,必须寻找正确的提高秸秆饲料营养价值的有效途径,目前研究最多的是用有益微生物对秸秆进行发酵处理,既可以提高粗纤维和蛋白质的利用率,又可以产生多种有机酸提高秸秆的适口性,使反刍动物采食量提高,从而提高牛和羊等反刍动物的生产性能; 同时含有的多种有益微生物对改善瘤胃发酵及调整胃肠道的微生态平衡具有重要作用。据测定,微贮后玉米秸粗蛋白由3. 30% ~4. 42%增加到13.82%,稻草粗蛋白由3. 36% 增加到12. 53%,麦秸粗蛋白由3. 6% 增加到12. 2%;而且微贮秸秆饲料中干物质体内消化率提高24. 14%,粗纤维体内消化率提高43. 77%,有机物体内消化率提高29. 40%,粗蛋白消化率提高35. 30%。秸秆维生素B12的含量可达0. 33 mg /kg,而挥发性脂肪酸提高37. 5%,尤其是丙酸提高27. 3%。这些有机酸是合成动物氨基酸的重要前提,加之在微贮过程中所形成的酶和菌素的作用,秸秆的消化率一般可提高55% ~ 60%。

2 秸秆微生物饲料处理的主要菌种秸秆饲料发酵技术中的微生物菌种除了乳酸菌外,还有白腐真菌、绿色木霉、枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母等能产生相应的酶类来分解秸秆中的半纤维素、纤维素和木质素,从而提高秸秆饲料的利用率。

2.1 白腐真菌

白腐真菌是降解木质素能力较强的菌类,而且分泌胞外氧化酶降解木质素时不产生色素,应用广泛。白腐真菌的降解活动只发生在次生代谢阶段,与降解有关的酶只有当一些主要营养物质如氮、碳和硫受到限制时才产生。白腐真菌的菌丝分泌的超纤维氧化酶溶解秸秆表面的蜡质,而后菌丝进入秸秆内部,分泌释放能降解木质素的酶系。在分子氧的参与下,葡萄糖氧化酶氧化相应的底物产生H2O2,两类过氧化物酶LiP 和MnP利用H2O2,触发启动一系列自由基链反应,完成对木质素无特异性的彻底氧化。这种真菌能降解木质素,但不能降解纤维素,用这种真菌发酵农作物秸秆,能最大限度地提高农作物秸秆的消化率,使农作物秸秆的消化率从9. 63%提高到41. 13%,效果极为显著。

2.2 绿色木霉

绿色木霉是目前生产纤维素酶的主要生产菌,含有C1,Cx,纤维二糖酶及淀粉酶等,能够将植物纤维素分解为葡萄糖,破坏植物细胞壁,使其释放蛋白体和淀粉等营养成分,提高粗饲料的营养价值。目前,木酶是公认产纤维素酶最高的菌种之一,因此,深入研究绿色木霉的培养条件及其对纤维素酶活的影响,尤其是碳氮比的合理搭配( 碳氮比低,培养初期菌体过快生长,对碳源消耗过快;碳氮比高,氮源不足导致菌体生长繁殖太慢) ,这为开辟提高秸秆利用率的新途径奠定一定基础。

枯草芽孢杆菌,是芽孢杆菌属的一种,产生多种消化酶及营养物质。第一,能自身合成多种酶类,如蛋白酶、α - 淀粉酶、纤维素酶、β- 葡聚糖酶、植酸酶、果胶酶和木聚糖酶等,这些酶在消化道中与动物机体内的消化酶共同发挥作用,降解饲料中的某些抗营养因子,提高饲料消化率; 第二,能合成多种维生素,如尼克酸、叶酸、烟酸、维生素C、维生素B1、维生素B2、维生素B6和维生素B12等,促进机体对维生素的吸收; 第三,在生长过程中产生乳酸和乙酸、丙酸和丁酸等挥发性脂肪酸,这些酸类能降低动物肠道的pH,有效抑制致病菌的生长,为乳酸菌的生长创造条件。并且肠道pH 变低有利于幼龄动物对蛋白质的消化吸收,产生的丙酸还参与三羧酸循环,为动物新陈代谢提供能量。

2.4 产朊假丝酵母

产朊假丝酵母是优良的饲料蛋白,在发酵饲料生产中得到广泛应用。许多国家和地区广泛地将产朊假丝酵母用于秸秆发酵剂、棉籽粕脱毒处理等方面。不但能降解纤维和脱毒,而且能提高瘤胃氨态氮、总挥发性脂肪酸及丙酸含量,降低瘤胃乙酸质量浓度及乙酸/丙酸,提高日粮消化率,同时增加蛋白质含量,改善饲料的适口性。因此,利用产朊假丝酵母生产饲用添加剂或发酵剂具有良好的应用前景。

因此,秸秆中纤维素、半纤维素和木质素的降解是在白腐真菌、绿色木霉、枯草芽孢杆菌和产朊假丝酵母等代谢过程中产生的一系列酶协同作用下完成,这些酶单独存在时降解秸秆的能力比较差,但同时存在时表现出很强的活性,而且不同秸秆分解菌间具有比较强的相互作用。这些酶通过降解多糖和木质素,破坏其连接的共价键。一方面破坏了秸秆难以消化的细胞壁结构,使与木质素交联在一起的纤维素和半纤维素游离出来; 另一方面又使秸秆细胞壁内可利用的糖类和其他营养物质暴露出来,增加与消化液接触的机会,从而提高秸秆消化率或瘤胃干物质降解率,而菌体自身生物量的增长又可以提高蛋白含量。

3· 牛羊秸秆微生物饲料的应用效果

秸秆经过微贮后,使粗硬的秸秆变软,具有好的适口性,其采食量可增加20% ~ 40%,采食速度可提高超过20%。在合理投喂时,牛羊的采食率可达100%。并且它含有多种氨基酸,可替代40% ~50%的精饲料,用于牛羊等草饲家畜养殖饲料,效果十分显著。尤其是解决长年干旱、气候比较寒冷、青草期短且饲草紧缺的地区饲草资源问题。

3.1 饲喂牛

孟庆翔等( 1999) 研究报道,给生长育肥牛饲喂微生物处理的小麦秸,使肉牛秸秆的干物质进食量提高19. 4%,平均日增质量提高22. 9%,饲料转化率提高9. 6%,并使其单位增质量的饲料成本降低13. 9%。胡建宏等( 2001) 在饲草资源十分短缺的宁南偏旱区,利用当地收获籽实后的玉米秸秆微贮后进行60d 育肥牛试验。结果表明,试验组平均日增质量可达0. 6 ~1. 2 kg。对照组为0. 912 kg,试验组比对照组提高30.81%,降低成本0. 59 元。这不但有效解决了当地饲草资源的紧缺问题,而且提高了养牛业的经济效益。随着对处理秸秆的微生物种类及机制的研究不断深入,秸秆微生物处理技术不断提高,在饲养草食家畜方面有了长足的进步。到2009 年,用微生物发酵法处理秸秆制成秸秆生化颗粒饲料育肥肉牛,平均日采食量比对照组提高36. 8%,平均日增质量较对照组提高77. 69%,头均获纯利润比对照组多204. 72 元,效益显著。

3.2 饲喂羊

微贮秸秆饲喂肉羊具有成本低且效益高等优点; 同等条件下微贮料饲养羊的效果优于秸秆氨化饲料,而且解决了畜牧业与种植业争化肥的矛盾;秸秆微贮饲料可随取随喂,不需晾晒,无毒无害,安全可靠,能长期饲喂。胡建宏等在宁夏南部偏旱区饲草资源十分缺乏的固原和海原,利用当地粮食作物秸秆进行微贮,并对其营养状况和饲喂效果进行测定。结果表明,秸秆饲草中粗蛋白质含量提高了152. 85%,粗纤维含量降低了21. 42%,总氨基酸含量提高了230. 54%。以微贮30 d 后的玉米秸秆饲喂羊时,提高了家畜的采食量,长期饲喂,平均日增质量增加204. 5 ~ 323. 3 g,平均每只羊试验组比对照组多受益59. 79 元。在冬季气候寒冷的条件下饲喂羊只时,其平均日增质量也可达113 g左右。

张凤霞等( 2008) 用微生物处理秸秆饲喂51只1 岁左右,体质量相近的滩羊和羯羊,有较明显效果,比未处理秸秆组平均日增质量提高14. 8%。参木有( 2001) 经“兴牧宝”复合活干菌发酵玉米秸秆,使其干物质和中性洗涤纤维降解率分别提高7. 86% 和4. 01%; 绵羊干物质采食量提高4. 90%; 可利用纤维指数和喜食性纤维指数均高于氨化玉米秸秆,这说明“兴牧宝”复合活干菌发酵玉米秸秆不仅明显提高玉米秸秆的采食量,而且提高玉米秸秆的适口性。盂冬丽( 2001) 秸秆厌氧发酵活干菌的研究报道,用绵羊进行消化试验证明,秸秆微贮饲料体内消化率为干物质55. 68%、粗纤维71%和有机物57.04%,分别比未处理麦秸提高21. 14%、43. 77%和29. 40%。麦秸处理前后总能量无损失,而消化率和代谢能比未处理麦秸提高了36.28%和21. 25%。

经牛羊饲养试验证明,秸秆微生物饲料具有采食情况好、采食率高、经济效益显著、原料来源广、生产成本低和制作方法简单等优点,有利于推广。

4· 小结

目前我省秸秆利用率还很低,开发研究潜力还很大,如果秸秆饲料能够被充分利用,能切实解决人畜争粮问题和减少农村环境污染问题。但是,微生物技术是生产优质秸秆微生物饲料仍处于进一步的试验研究阶段。为保证优质秸秆微生物饲料的稳定生产,需要在微生物菌种对底物生物转化的时间、温度及菌种组合等反应参数进行深入研究,为提高其营养价值,扩大反刍动物的饲料来源,推动我省畜牧业向优质化、绿色化和安全化发展,促进农民增收提供技术保障。

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