作者：金恩望 周凌云 卜登攀 孫鵬 姜雅慧 李發(fā)弟 單位：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院

１體外產(chǎn)氣法的原理

體外產(chǎn)氣法的主要理念是通過體外產(chǎn)氣裝置模擬瘤胃發(fā)酵。體外產(chǎn)氣系統(tǒng)有發(fā)酵裝置、恒溫晃動(dòng)裝置、氣體量或壓力測定裝置和微生物培養(yǎng)液組成。發(fā)酵裝置一般是注射器、血清管或玻璃瓶；恒溫晃動(dòng)裝置一般是恒溫培養(yǎng)箱或恒溫水浴搖床；氣體量或壓力測定裝置一般是在發(fā)酵裝置上標(biāo)定刻度或是壓力傳感器；微生物培養(yǎng)液是瘤胃液與人工唾液按一定比例配合的混合液。飼料的消化率不同，在限定時(shí)間內(nèi)不同發(fā)酵階段的產(chǎn)氣量與產(chǎn)氣率不同。飼料發(fā)酵體系在恒溫厭氧的密閉空間內(nèi)產(chǎn)生氣體進(jìn)而導(dǎo)致密閉空間的壓力變化。體外產(chǎn)氣法即利用飼料底物在體外產(chǎn)氣系統(tǒng)中分解代謝產(chǎn)生的ＣＯ２、ＣＨ４等氣體后引起反應(yīng)空間體積或壓力變化，通過定量這種體積或壓力的變化來定量發(fā)酵產(chǎn)生氣體量和產(chǎn)氣速率，并測定底物降解后的殘余量和發(fā)酵產(chǎn)物生成量等，實(shí)現(xiàn)對飼料營養(yǎng)價(jià)值的評價(jià)。體外產(chǎn)氣法測得的有機(jī)物質(zhì)消化率與在反芻動(dòng)物活體內(nèi)測定的結(jié)果呈高度正相關(guān)（Ｍｅｎｋｅ等，１９７９）。當(dāng)體外利用緩沖瘤胃液消化飼料時(shí)，碳水化合物會降解成短鏈脂肪酸（ＳＣＦＡ）、氣體和微生物的細(xì)胞成分。碳水化合物在降解為乙酸、丙酸、丁酸的過程中產(chǎn)生氣體，主要包括ＣＯ２、ＣＨ４和Ｈ２。產(chǎn)氣量取決于底物發(fā)酵和揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量及其摩爾比例（Ｄａｖｉｅｓ等，２０００），與碳水化合物相比，蛋白質(zhì)降解時(shí)的產(chǎn)氣量要低（Ｗｏｌｉｎ等，１９６０），脂肪的產(chǎn)氣量可以忽略不計(jì)。

２體外產(chǎn)氣法在動(dòng)物營養(yǎng)中的應(yīng)用

２．１體外產(chǎn)氣法在評價(jià)飼料營養(yǎng)價(jià)值方面的應(yīng)用體外產(chǎn)氣法的一個(gè)最重要、最原始的應(yīng)用是評價(jià)反芻動(dòng)物飼料的消化率和能值（Ｋｒｉｓｈｎａｍｏｏｒｔｈｙ等，２００５）。體外產(chǎn)氣系統(tǒng)能有效評價(jià)營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，通過飼料降解過程中的產(chǎn)氣量能較精確地評定飼料在動(dòng)物體內(nèi)的消化率（Ｓａｌｌａｍ等，２００７）。Ｈｕｈｔａｎｅｎ等（２００８ａ）用自動(dòng)體外產(chǎn)氣法預(yù)測１５種牧草青貯中性洗滌纖維的可消化性和潛在可消化中性洗滌纖維的一級有效消化率，結(jié)果表明可以用一個(gè)含６個(gè)參數(shù)的復(fù)雜的產(chǎn)氣動(dòng)態(tài)模型評價(jià)一級消化率。Ｋａｚｅｍｉ等（２００９）用體外產(chǎn)氣法和半體內(nèi)法評價(jià)假高粱、鉀豬毛菜和田旋花等野生牧草的營養(yǎng)價(jià)值，結(jié)果表明假高粱與其他野生牧草相比具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。Ｍｕｒｉｌｌｏ等（２０１１）用體外產(chǎn)氣法評價(jià)了放牧閹牛日糧營養(yǎng)價(jià)值隨季節(jié)性的變化規(guī)律，結(jié)果表明體外產(chǎn)氣量是評價(jià)放牧牛日糧營養(yǎng)價(jià)值的一個(gè)很好的指標(biāo)。利用體外產(chǎn)氣法能對飼料可溶解部分和不可溶解部分的消化動(dòng)態(tài)提供有用的數(shù)據(jù)，越來越多的研究者采用體外產(chǎn)氣法對非傳統(tǒng)飼料資源進(jìn)行營養(yǎng)價(jià)值評價(jià)。Ｓｏｎｇｓａｋ等（２００５）用體外產(chǎn)氣法評價(jià)了椰子樹、棕櫚樹等熱帶飼料的營養(yǎng)價(jià)值，預(yù)測這些非牧草高纖維的熱帶飼料在瘤胃中會有較高的發(fā)酵活性。Ｓａｌｌａｍ等（２００７）用體外產(chǎn)氣法預(yù)測稻草、亞麻子秸稈、甘蔗渣和埃及車軸草等飼料，瘤胃可發(fā)酵有機(jī)物質(zhì)比例、產(chǎn)氣動(dòng)態(tài)、代謝能、凈能和有機(jī)物質(zhì)消化率，得出不同粗飼料碳水化合物的發(fā)酵能力具有很大的差別。Ｒａｚｌｉｇｉ等（２０１１）用體外產(chǎn)氣法研究高壓滅菌３０和６０ｍｉｎ對紅花籽凈能的影響，結(jié)果表明，從節(jié)省時(shí)間和能量的觀點(diǎn)講，高壓滅菌３０ｍｉｎ對增加紅花籽凈能有較好的效果。為了降低畜牧業(yè)生產(chǎn)的成本，大量的農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品如棉籽殼、稻殼和甜菜渣等也用來飼喂反芻動(dòng)物，這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值可以通過體外產(chǎn)氣法進(jìn)行評定。Ａｇｈｓａｇｈａｌｉ等（２０１１）用體外產(chǎn)氣法評價(jià)干番茄皮渣的營養(yǎng)價(jià)值，試驗(yàn)結(jié)果表明，番茄皮渣可以作為一種有價(jià)值的副產(chǎn)品應(yīng)用于反芻動(dòng)物飼料中。Ａｋｉｎ－ｆｅｍｉ等（２００９）用體外產(chǎn)氣法評價(jià)了５種尼日利亞農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品飼料的營養(yǎng)價(jià)值，結(jié)果表明體外產(chǎn)氣法能用于評價(jià)熱帶農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值和區(qū)別它們的潛在可消化性和代謝能值，并證明了這些農(nóng)業(yè)副產(chǎn)品具有成為反芻動(dòng)物日糧的潛力。

２．２體外產(chǎn)氣法在預(yù)測ＣＨ４方面的應(yīng)用１９９１年美國環(huán)保局對全球ＣＨ４排放源和排放量進(jìn)行了初步估測，結(jié)果表明反芻動(dòng)物ＣＨ４排放量占ＣＨ４排放總量的１５％～２５％（李華偉，２００８），是全球溫室效應(yīng)的重要來源。瘤胃發(fā)酵能量損失主要來源于ＣＨ４的排放，有２％～１５％的飼料能量以ＣＨ４的形式被損耗（華金玲等，２００７），因此對瘤胃中ＣＨ４進(jìn)行調(diào)控、預(yù)測ＣＨ４產(chǎn)量是很有必要的。體外產(chǎn)氣法可以用來估算或測定日糧降解過程中ＣＨ４產(chǎn)生量，快速篩選日糧，評估并制定瘤胃中ＣＨ４緩釋策略以提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能（Ｂｈａｔｔａ等，２００７）。Ｖｉｌｌａ等（２０１１）用產(chǎn)氣法評價(jià)多年生黑麥草和２種紅三葉草的３個(gè)不同收割時(shí)期的體外瘤胃發(fā)酵ＣＨ４產(chǎn)量，結(jié)果表明ＣＨ４產(chǎn)量的降低與牧草發(fā)酵程度的下降有關(guān)。在反芻動(dòng)物營養(yǎng)中簡單、準(zhǔn)確地預(yù)測ＣＨ４產(chǎn)量并建立ＣＨ４產(chǎn)生模型對任何飼喂模式都是很重要的（Ｂｌｕｍｍｅｌ等，２００５）。Ｇｅｔａｃｈｅｗ等（２００５ｂ）對全混合日糧進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)體外產(chǎn)氣法測定的ＣＨ４產(chǎn)量和公式推測值相似，且飼喂高粗日糧的反芻動(dòng)物的ＣＨ４產(chǎn)生量可以通過體外產(chǎn)氣法預(yù)測。李華偉（２００８）用體外產(chǎn)氣法與六氟化硫示蹤法兩種方法測定內(nèi)蒙古白絨山羊ＣＨ４產(chǎn)生量，并據(jù)此建立的回歸方程為：ｙ＝０．６８４ｘ＋９．７９８（Ｒ２＝０．８４０），結(jié)果表明完全可以通過體外產(chǎn)氣法估測放牧絨山羊的ＣＨ４產(chǎn)生量。Ｇｅｏｕｇｈ等（２０１１）用體外產(chǎn)氣法定量幾種青貯飼料發(fā)酵產(chǎn)生的ＣＨ４產(chǎn)量和總產(chǎn)氣量，并對這些飼料的化學(xué)成分進(jìn)行回歸分析以評估變量之間的關(guān)系，得出每單位飼料發(fā)酵ＣＨ４產(chǎn)量變異的９６％是由體外有機(jī)物質(zhì)消化率、中性洗滌纖維和灰分所導(dǎo)致的。顯然，體外產(chǎn)氣法作為一種相對廉價(jià)的方法，能大規(guī)模地測定ＣＨ４排放和評判抑制ＣＨ４產(chǎn)生的策略。

２．３體外產(chǎn)氣法在預(yù)測自由采食量方面的應(yīng)用反芻動(dòng)物的生產(chǎn)性能主要取決于動(dòng)物所采食飼料的質(zhì)和量，主要反映在動(dòng)物自由采食量和飼料在瘤胃內(nèi)的消化率（Ｇｅｔａｃｈｅｗ等，２００５ａ）。反芻動(dòng)物對粗飼料利用的主要限制是自由采食量，因此準(zhǔn)確地預(yù)測自由采食量對現(xiàn)代飼料評價(jià)系統(tǒng)是很重要的（Ｙｅａｒｓｌｅｙ等，２００１）。體外產(chǎn)氣法可以用于預(yù)測干物質(zhì)采食量，許多研究者已經(jīng)報(bào)道體外產(chǎn)氣量與干物質(zhì)采食量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性（Ｃｈｅｎｏｓｔ等，１９９７；Ｐａｓｈａｅｉ等，２０１０）。中性洗滌纖維比整體粗飼料的發(fā)酵產(chǎn)氣量與自由采食量的相關(guān)性要高（８２％和７５％）（Ｇｅｔａｃｈｅｗ等，１９９８），所以用中性洗滌纖維的產(chǎn)氣量預(yù)測采食量更為準(zhǔn)確。通過建立數(shù)學(xué)模型預(yù)測采食量也是一種很好的方式。體外產(chǎn)氣法導(dǎo)出的動(dòng)態(tài)參數(shù)能較好地預(yù)測羊的采食量（Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ等，２００２）。Ｈｅｔｔａ等（２００７）通過體外產(chǎn)氣法建立干樣和濕樣青貯料發(fā)酵的預(yù)測青貯料干物質(zhì)采食量的模型，建議用產(chǎn)氣法估測采食量時(shí)用青貯干樣進(jìn)行發(fā)酵。Ｋａｍａｌａｋ等（２００５）用體外產(chǎn)氣法預(yù)測成年羊?qū)追N牧草的干物質(zhì)采食量及其消化率，結(jié)果表明所有時(shí)間點(diǎn)的產(chǎn)氣量和產(chǎn)氣常數(shù)與干物質(zhì)采食量或干物質(zhì)消化率顯著相關(guān)（Ｐ＜０．００１），說明體外產(chǎn)氣法在預(yù)測干物質(zhì)采食量和干物質(zhì)消化率方面具有很好的潛力。