【摘要】：反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究多關(guān)注粗飼料的利用,對(duì)于精飼料(淀粉)的研究相對(duì)較少,并且多集中在不同用量和比例對(duì)瘤胃健康和生產(chǎn)性能的影響,對(duì)于淀粉降解機(jī)制缺少系統(tǒng)研究。為此,本研究旨在從胚乳物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵組成兩個(gè)層面探究玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)差異,并結(jié)合瘤胃降解參數(shù),系統(tǒng)解析玉米瘤胃降解機(jī)制。在比較玉米和小麥(淀粉)瘤胃降解特性的基礎(chǔ)上,選用玉米為材料,研究了不同品種玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)、蒸汽預(yù)處理改變玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)等對(duì)瘤胃降解特性的影響,并從玉米淀粉瘤胃發(fā)酵過(guò)程中微生物粘附、降解參數(shù)等方面分析了作用機(jī)制。1玉米和小麥淀粉的瘤胃發(fā)酵特征以玉米、小麥作為精料,稻草為粗料。按照3個(gè)精粗比(35:65、50:50、65:35)、4個(gè)小麥與玉米比(20:80、40:60、60:40、80:20)進(jìn)行體外模擬瘤胃發(fā)酵試驗(yàn),測(cè)定產(chǎn)氣量和發(fā)酵參數(shù),并計(jì)算氮利用效率(ENU):ENU(%)=微生物N(g)/可利用N(g)×100。結(jié)果發(fā)現(xiàn),隨著底物中小麥比例的提高,產(chǎn)氣量、揮發(fā)性脂肪酸和氨態(tài)氮濃度線性提高,微生物蛋白合成、干物質(zhì)降解率和ENU降低。隨著精料含量的提高,揮發(fā)性脂肪酸濃度和微生物蛋白合成線性增加,ENU線性降低。利用掃描電鏡和共聚焦顯微鏡觀察玉米和小麥胚乳結(jié)構(gòu)(starch-protein matrix)發(fā)現(xiàn),玉米胚乳中大部分淀粉顆粒被蛋白質(zhì)包被,小麥淀粉顆粒卻相對(duì)散布于胚乳中。結(jié)果顯示,玉米和小麥胚乳結(jié)構(gòu)明顯差異,這些差異可能導(dǎo)致了它們?cè)诹鑫钢邪l(fā)酵特征的不同。2不同品種玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)差異對(duì)瘤胃降解特性的影響選用三個(gè)玉米品種(LM01,LM10和LD999),用4頭瘺管泌乳荷斯坦奶牛(DIM = 250±20d),按照尼龍袋法測(cè)定其瘤胃降解參數(shù);同時(shí)利用傅里葉紅外光譜儀測(cè)定它們的化學(xué)結(jié)構(gòu),用掃描電鏡和小角度散射技術(shù)測(cè)定了各品種玉米的胚乳和淀粉顆粒形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu);分析了玉米內(nèi)在理化結(jié)構(gòu)與瘤胃降解參數(shù)的關(guān)聯(lián)。2.1胚乳形態(tài)結(jié)構(gòu)LD999胚乳中存在較大面積的層狀蛋白膜片,淀粉顆粒呈規(guī)則且表面光滑的圓球形,但LM10和LM01淀粉顆粒表面存在較大的碎片狀蛋白顆粒;小角度散射技術(shù)分析結(jié)果,玉米淀粉顆粒晶型和顆粒結(jié)晶度在三種品種間無(wú)顯著差異。2.2化學(xué)鍵組成碳水化合物相關(guān)化學(xué)鍵(C=O)的紅外吸收峰(ca.1187-950 cm-1)峰強(qiáng)在LM01中高于LM10和LD999,表明三種玉米對(duì)應(yīng)的碳水化合物內(nèi)在化學(xué)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)總量存在差異。非結(jié)構(gòu)性碳水化合物對(duì)應(yīng)的化學(xué)鍵及官能團(tuán)吸收峰(ca.950-820cm-1)在三種玉米品種間差異顯著;LD999的蛋白(-CO-NH-)相關(guān)吸收峰(AmideI和Amide Ⅱ)及次級(jí)結(jié)構(gòu)(α-helix和β-sheet)吸收峰峰強(qiáng)均高于LM10和LM01,表明LD999中含有更多的蛋白質(zhì)。2.3瘤胃降解參數(shù)瘤胃可降解干物質(zhì)(%RDDM)、瘤胃可降解淀粉(%RDSt)在LM01中最高,但淀粉降解速率(Kd)的品種間差異不顯著;LM01的瘤胃可降解蛋白(%RDP)高于LM10和LD999,由于蛋白含量有差異,LD999的瘤胃可降解蛋白總量(RDP,g/kg DM)最大。通過(guò)分析這些參數(shù)與胚乳形態(tài)、化學(xué)鍵的關(guān)系發(fā)現(xiàn),玉米DM和淀粉的瘤胃降解率同碳水化合物相關(guān)化學(xué)鍵和原子基團(tuán)吸收峰峰強(qiáng)成正相關(guān),蛋白降解率同肽鍵含量成正相關(guān),并且受到胚乳結(jié)構(gòu)和淀粉顆粒形態(tài)的影響。3蒸汽壓片處理改變玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)對(duì)瘤胃降解參數(shù)的影響對(duì)兩種玉米原料處理前(RC-I和RC-II)和處理后(SFC-I和SFC-II)的樣品進(jìn)行胚乳內(nèi)在結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和原子基團(tuán)組成及瘤胃降解參數(shù)測(cè)定,分析玉米內(nèi)在理化結(jié)構(gòu)與瘤胃降解參數(shù)的關(guān)系。3.1胚乳形態(tài)結(jié)構(gòu)SFC中淀粉顆粒與纖維、蛋白間的鉸鏈作用受到嚴(yán)重破壞,醇溶蛋白γ-zein的兩種單體16kDa和27kDa濃度在蒸汽壓片玉米(SFC)中顯著低于未處理玉米(RC)。對(duì)淀粉顆粒進(jìn)行掃描電鏡和粒徑分布分析發(fā)現(xiàn),SFC胚乳中淀粉顆粒出現(xiàn)明顯塌陷,由規(guī)則的球狀變成不規(guī)則的圓餅狀,且淀粉顆粒粒徑變大;SFC的淀粉顆粒晶型與RC無(wú)顯著差異,但是顆粒結(jié)晶度卻顯著降低,表明蒸汽壓片處理顯著改變了玉米胚乳物理形態(tài)結(jié)構(gòu)。3.2化學(xué)鍵和原子基團(tuán)組成總碳水化合物(ca.1188-950cm-1)和非結(jié)構(gòu)性碳水化合物(ca.950-820 cm-1)相關(guān)的化學(xué)鍵(C=O)和官能團(tuán)相對(duì)應(yīng)的紅外吸收峰峰強(qiáng)在SFC中顯著高于RC,表明SFC含有更高的可利用碳水化合物。SFC的蛋白相關(guān)化學(xué)鍵(-CO-NH-)吸收峰低于RC,且二次結(jié)構(gòu)a-helix和β-sheet顯著低于RC,說(shuō)明蒸汽壓片處理破壞了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),降低了蛋白質(zhì)含量。3.3瘤胃降解參數(shù)SFC的干物質(zhì)和淀粉瘤胃降解速率(Kd)及降解率顯著高于RC,瘤胃可溶性部分顯著降低;SFC的蛋白降解率(%RDP)顯著低于RC,但蛋白降解速率兩者間無(wú)顯著差異。相關(guān)性分析表明,碳水化合物化學(xué)鍵組成與玉米DM、淀粉降解率成正相關(guān),蛋白化學(xué)基團(tuán)相關(guān)吸收峰同蛋白降解率成正相關(guān)。通過(guò)分析這些參數(shù)與胚乳形態(tài)、化學(xué)鍵的關(guān)系發(fā)現(xiàn),蒸汽壓片處理改變了玉米胚乳和淀粉顆粒形態(tài)結(jié)構(gòu),并破壞了玉米碳水化合物和蛋白相關(guān)化學(xué)鍵和原子基團(tuán)振動(dòng)模式,進(jìn)而改善了蒸汽壓片玉米的瘤胃降解。4玉米內(nèi)在結(jié)構(gòu)影響瘤胃降解的分子機(jī)制選取蒸汽壓片處理前后的玉米(RC和SFC),通過(guò)測(cè)定其瘤胃發(fā)酵過(guò)程中的化學(xué)鍵組成,并結(jié)合熒光標(biāo)記和原位熒光雜交(FISH)技術(shù),從化學(xué)鍵組成和細(xì)菌粘附兩個(gè)角度探究玉米瘤胃降解機(jī)制。4.1瘤胃發(fā)酵過(guò)程中化學(xué)結(jié)構(gòu)變化隨著瘤胃發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng),RC和SFC發(fā)酵殘余物中的非結(jié)構(gòu)性碳水化合物相關(guān)化學(xué)鍵和基團(tuán)(ca.950-820 cm-1)逐漸減少至0,總碳水化合物相關(guān)化學(xué)鍵吸收峰(ca.1188-950cm-1)逐漸降低,但蛋白相關(guān)化學(xué)鍵吸收峰(ca.1720-1480cm-1)呈升高趨勢(shì)。主成分分析顯示,瘤胃發(fā)酵0、2、4、8和12 h殘余物的化學(xué)鍵和原子基團(tuán)組成在RC與SFC間無(wú)顯著差異,但前12 h與24 h、48 h發(fā)酵的殘余物化學(xué)鍵組成差異顯著。RC和SFC發(fā)酵殘余物中的淀粉含量隨發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)而降低,在前12h發(fā)酵過(guò)程中,RC的淀粉含量無(wú)顯著降低,但SFC的淀粉含量呈線性降低。4.2 淀粉降解菌(starch hydrolyzing bacteria,SHB)的粘附作用在RC樣品中,SHB豐度在4 h發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)達(dá)到峰值,然后逐漸降低;Ruminococcaceae、phylum Firmicutes 豐度(R_SHB)存在相似趨勢(shì)。在 SFC 發(fā)酵過(guò)程中,SHB和R_SHB豐度在4h和24h兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)出現(xiàn)峰值,并且以24h豐度最高。結(jié)合RC和SFC樣品中化學(xué)鍵組成與SHB豐度分析發(fā)現(xiàn),SHB豐度與化學(xué)鍵組成無(wú)顯著相關(guān)性,但是SHB豐度在RC和SFC之間存在顯著差異,說(shuō)明淀粉顆粒的物理結(jié)構(gòu)很大程度上影響了 SHB對(duì)淀粉顆粒的粘附。綜上所述,玉米瘤胃降解過(guò)程受到胚乳物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵組成的影響。在物理水平上,胚乳中的starch-protein matrix結(jié)構(gòu)、淀粉顆粒形態(tài)、粒徑大小、結(jié)晶度,醇溶蛋白含量等均會(huì)對(duì)玉米干物質(zhì)和淀粉瘤胃降解產(chǎn)生影響;在化學(xué)水平上,玉米的官能團(tuán)組成和化學(xué)鍵強(qiáng)度影響其瘤胃降解。淀粉降解菌在不同結(jié)構(gòu)的玉米表面粘附程度有差異,這種差異會(huì)顯著影響玉米的瘤胃降解。結(jié)果提示,通過(guò)改變玉米的內(nèi)在理化結(jié)構(gòu),可以改善玉米的瘤胃降解特性。
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：S816
【圖文】：

奶牛養(yǎng)殖業(yè)在我國(guó)發(fā)展歷程呈現(xiàn)出一定的階段性，總體以２００８年“三聚氰逡逑胺”事件為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。２００８年之前，我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展以散養(yǎng)和家庭養(yǎng)殖逡逑為主要增長(zhǎng)點(diǎn)，年存欄量１－４頭的家庭養(yǎng)殖戶奶牛存欄量占奶�？偞鏅诹窟_(dá)到１／３逡逑（中國(guó)奶業(yè)年鑒，２０１４），但是１００頭奶牛存欄量以上的規(guī)模養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)量不足整體逡逑養(yǎng)殖場(chǎng)數(shù)的２％。這一階段我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展重在整體規(guī)模的擴(kuò)張，奶牛存欄量逡逑快速增長(zhǎng)，但是“規(guī)模小、分布散、水平低”的狀況依然嚴(yán)重（周振峰等，２０１３）。逡逑快速增長(zhǎng)的蛋白需求維持了此階段的奶牛養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，整體的奶牛養(yǎng)殖水平并逡逑未呈現(xiàn)出與奶牛存欄量增長(zhǎng)相一致的代際提升。２００８年奶業(yè)危機(jī)，消費(fèi)者對(duì)于本逡逑土乳制品的消費(fèi)信心斷崖式降低，開始大量的進(jìn)口國(guó)外乳制品，進(jìn)一步加劇了奶逡逑牛養(yǎng)殖業(yè)的困境，加速了整個(gè)奶牛養(yǎng)殖業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。從消費(fèi)端倒逼乳企在上游逡逑養(yǎng)殖板塊加大投入，提升養(yǎng)殖水平。經(jīng)過(guò)６年時(shí)間的陣痛調(diào)整，我國(guó)奶牛養(yǎng)殖業(yè)逡逑進(jìn)入了新的發(fā)展階段，大量的小型散養(yǎng)戶逐漸退出，奶牛養(yǎng)殖業(yè)規(guī)�；潭瓤焖馘义�

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■花生稻逡逑■其他秸稈逡逑圖１－邋５農(nóng)作物秸稈種類及各部分比例逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－邋５邋Ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ邋ｏｆ邋ｃｒｏｐ邋ｂｙ－ｐｒｏｄｕｃｔｓ逡逑１５逡逑

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本文編號(hào)：2762807