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Effects of α-amylase on fermentation of rice (Oryza sativa) straw

α-淀粉酶对不同NSC含量稻草青贮品质的影响



全 文 :书犇犗犐:10.11686/犮狔狓犫2014499 犺狋狋狆://犮狔狓犫.犾狕狌.犲犱狌.犮狀
许能祥,董臣飞,顾洪如,程云辉,张文洁,丁成龙.α淀粉酶对不同NSC含量稻草青贮品质的影响.草业学报,2015,24(11):146154.
XUNengXiang,DONGChenFei,GUHongRu,CHENGYunHui,ZHANGWenJie,DINGChengLong.Effectsofαamylaseonfermentationof
rice(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)straw.ActaPrataculturaeSinica,2015,24(11):146154.
α淀粉酶对不同犖犛犆含量稻草青贮品质的影响
许能祥,董臣飞,顾洪如,程云辉,张文洁,丁成龙
(江苏省农业科学院畜牧研究所,江苏 南京210014)
摘要:适时收获的新鲜稻草中含有相当数量的非结构性碳水化合物(NSC),其中淀粉占有相当比例。淀粉在青贮
中需水解成可溶性糖(WSC)才能被大部分乳酸菌利用。本研究选用两个稻草中 NSC含量差异显著的水稻品种
(杂交籼稻两优培九和常规粳稻武香粳14),设置0.5,1.0和1.5g/kg的3个α淀粉酶添加浓度和对照(无添加)进
行试验,研究不同的α淀粉酶添加浓度对稻草青贮品质的影响,为改善稻草饲用品质提供依据。结果表明,两优培
九稻草中的NSC含量为6.89%,淀粉含量为3.68%,显著低于武香粳14稻草中的 NSC(16.51%)和淀粉
(10.63%)含量(犘<0.05);添加不同浓度的α淀粉酶后青贮稻草的饲用品质和发酵品质间存在显著差异(犘<
0.05),两优培九以1.5g/kg的α淀粉酶添加浓度效果最好,武香粳14以1.0g/kg的添加浓度效果最好;武香粳
14稻草添加α淀粉酶的青贮效果显著优于两优培九。添加α淀粉酶后两优培九稻草中的NSC、WSC和淀粉含量,
以及武香粳14稻草中的NSC和淀粉含量均呈持续下降趋势,而武香粳14稻草中的 WSC含量则呈“降-升-降”
变化趋势;添加α淀粉酶处理组的 WSC含量在青贮第3天时较青贮第2天均有不同程度上升,并显著高于对照;
但在青贮第5~14天期间,WSC含量大幅下降,与对照组差异减小。
关键词:稻草;α淀粉酶;青贮;NSC  
犈犳犳犲犮狋狊狅犳α犪犿狔犾犪狊犲狅狀犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狅犳狉犻犮犲(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)狊狋狉犪狑
XU NengXiang,DONG ChenFei,GU HongRu,CHENG YunHui,ZHANG WenJie,DING Cheng
Long
犐狀狊狋犻狋狌狋犲狅犳犃狀犻犿犪犾犛犮犻犲狀犮犲,犑犻犪狀犵狊狌犃犮犪犱犲犿狔狅犳犃犵狉犻犮狌犾狋狌狉犪犾犛犮犻犲狀犮犲狊,犖犪狀犼犻狀犵210014,犆犺犻狀犪
犃犫狊狋狉犪犮狋:Rice(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)strawharvestedattheappropriatetimetoachievegoodnonstructuralcarbohy
dratecontent(NSC)wasutilizedinthisstudy;themainNSCwasstarch.Starchinricestrawshouldbe
initialyhydrolyzedintowatersolublecarbohydrates(WSC)whichareabletobeutilizedbylacticacidbacteria
duringtheensilingprocess.Tworicevarieties(hybridindicarice,varietyLiangyoupeijiuandcommonjaponica
rice,varietyWuxiangjing14)containingdifferentNSCinthestrawweretreatedwithfourdifferentconcentra
tionsofαamylase(0.5,1.0and1.5g/kg)toinvestigatetheeffectsofαamylaseonricestrawsilagequality.
TheresultsrevealedthattheNSCandstarchcontentinthestrawofLiangyoupeijiuwas6.89%and3.68%
respectively,significantlylowerthanWuxiangjing14(犘<0.05),16.51%and10.63%respectively.The
foragequalityandfermentationqualityofricestrawresultingfromdifferentαamylasetreatmentsalsodiffered
第24卷 第11期
Vol.24,No.11
草 业 学 报
ACTAPRATACULTURAESINICA
2015年11月
Nov,2015
收稿日期:20141202;改回日期:20150330
基金项目:江苏省农业科技自主创新资金项目[CX(12)1002]和国家牧草产业技术体系项目(CARS3531)资助。
作者简介:许能祥(1976),男,江苏句容人,助理研究员,硕士。Email:xunengxiang97@aliyun.com
通讯作者Correspondingauthor.Email:dingcl@jaas.ac.cn
significantly(犘<0.05).1.5g/kgofαamylasewasoptimumforLiangyoupeijiuwhereas1.0g/kgαamylase
wasoptimumforWuxiangjing14.Afterαamylaseapplication(2-3days),theNSC,WSCandstarchcontent
inthestrawofLiangyoupeijiu,andtheNSCandstarchinthestrawofWuxiangjing14decreased,whilethe
WSCinWuxiangjing14increasedandwassignificantlyhigherthanthecontrol.Howeverduringthe5thto
14thdaysofensilingtheWSCcontentdecreasedsharplyanddifferencesbetweenαamylasetreatmentswere
minimal.
犓犲狔狑狅狉犱狊:ricestraw;αamylase;fermentation;NSC
稻草(犗狉狔狕犪狊犪狋犻狏犪)是我国南方主要农副产品之一,年产近2亿t[1]。目前稻草的有效利用量较少,导致大
部分被就地焚烧,引发严重的环境污染[2]。近年来随着我国农业产业结构的调整和草食畜牧业的兴起,农区出现
了粗饲料的严重短缺。开发稻草饲用将能有效减少稻草焚烧、增加粗饲料产量,并能够增加稻草过腹还田量,增
加土壤肥力,促进农业可持续发展。稻草曾是我国农区反刍家畜粗饲料的主要来源之一,但因传统的利用方式是
将稻草自然风干后直接饲喂,导致其中的可消化养分大量流失,含量降低,而粗纤维和硅的含量高,导致稻草消化
率低、适口性差,使其在现代畜牧业中的利用受到限制。
前期研究表明适时收获的新鲜稻草中含有相当数量的非结构性碳水化合物(nonstructuralcarbohydrates,
NSC)和粗蛋白(crudeprotein,CP)等可消化养分[34]。将新鲜稻草进行青贮是保存稻草中可消化养分的有效途
径。不同类型水稻品种稻草中的NSC含量差异显著,粳稻品种稻草中的NSC含量显著高于籼稻品种[3,5]。稻草
中的NSC有相当部分是淀粉,粳稻品种中的淀粉含量更高[5]。淀粉在稻草中是一种初级的无细胞结构的碳水化
合物,不能被大部分乳酸菌所利用,这是由于乳酸菌作用的底物主要是葡萄糖和果糖等单糖。前期有研究报道玉
米(犣犲犪犿犪狔狊)青贮料中加入α淀粉酶可提高肉用犊牛的日增重和饲料转化效率约7%;另外,通过牛体内气体产
生量的估测可知,饲喂用α淀粉酶处理的青贮料的犊牛,其瘤胃内微生物的活力增加[67]。以往的稻草青贮及微
贮研究中多使用乳酸菌、纤维素酶及补充C源的添加剂等[810],尚未见到在稻草中添加淀粉酶青贮的报道。因此
本研究拟选用两个稻草中NSC含量差异显著的水稻品种,设置不同的α淀粉酶添加量,研究α淀粉酶在不同
NSC含量稻草青贮中的作用,并筛选出适宜的添加浓度,为改善稻草青贮品质提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
试验材料为江苏地区目前生产中常用的早熟晚粳稻武香粳14和杂交籼稻两优培九。
1.2 试验设计与田间管理
2013年在江苏省农业科学院水稻试验田(南京)进行田间试验,5月10日播种,6月10日插秧。单穴单株栽
插,行株距为30和20cm。以常规肥水管理进行田间管理。
1.3 测定内容及方法
2013年9月30日和2013年10月15日分别于水稻成熟期收获两优培九和武香粳14,去穗。取主茎倒3节
进行徒手切片,观测茎秆中的淀粉颗粒。其余稻草用铡刀切成2~3cm长,混匀,取300g左右105℃杀青15
min,然后75℃烘干至恒重并称重,粉碎过粒径0.38mm 网筛,用于测定干物质含量(drymattercontent,DM)、
粗蛋白(CP)、非结构性碳水化合物(NSC)、中性洗涤纤维(neutraldetergentfiber,NDF)、酸性洗涤纤维(acidde
tergentfiber,ADF)、干物质体外消化率(犻狀狏犻狋狉狅drymatterdigestibility,IVDMD)。另取混匀的稻草分别加入
0(CK),0.5,1.0和1.5g/kg(以鲜稻草为基准)4个不同浓度的α淀粉酶(活力为3000~5000IU/g,分别用
CK,RA0.5,RA1.0,RA1.5表示),然后装入30cm×20cm聚乙烯袋内,每袋250g,用真空封口机封口,封口后置于
室温下避光保存。分别于青贮后第1,2,3,5,14和45天开袋检测,每次取3个重复。
741第11期 许能祥 等:α淀粉酶对不同NSC含量稻草青贮品质的影响
1.3.1 饲用品质测定  NSC的测定方法参考Yoshida[11]的方法[NSC由可溶性糖(watersolublecarbohy
drates,WSC)和淀粉组成]。CP用丹麦产的蛋白分析仪测定(KJEITEC2300,Foss,Denmark)。NDF和 ADF
用范氏法测定[12]。IVDMD的测定参考胃蛋白酶-纤维素酶两步法[13]。
1.3.2 pH值、乳酸、氨态氮测定  青贮料开袋后充分混匀,称取20g样品,放入250mL的三角瓶里,加入
180mL去离子水后置于4℃冰箱内浸提24h,然后通过2层纱布和滤纸过滤,将滤液置于-20℃冰箱中冷冻保
存,用于测定pH值、乳酸(lacticacid,LA)、氨态氮(ammoniacalnitrogen,AN)。pH值使用梅特勒台式pH计
(型号:FE20K)测定;LA采用对羟基联苯法测定[14];AN采用苯酚-次氯酸钠比色法测定[15]。将剩余部分的青
贮料收集起来烘干,用于测定饲用品质NSC、CP、NDF、ADF和IVDMD。
1.3.3 微生物培养及测定  1)培养基的制备。MRS培养基(用于乳酸菌培养):蛋白胨10.0g、牛肉膏10.0
g、酵母膏粉5.0g、葡萄糖20.0g、Tween801.0g、K2HPO42.0g、CH3COONa·3H2O5.0g、柠檬酸氢二铵
2.0g、MgSO4·7H2O0.2g、MnSO4·5H2O54mg、H2O1000mL、琼脂20.0g、pH6.5,121℃高压蒸汽灭菌
20min备用。NA培养基(用于细菌培养):蛋白胨10g、牛肉膏3g、NaCl5g、琼脂20g、pH7.0~7.2、H2O
1000mL,121℃高压蒸汽灭菌20min备用。PDA培养基,即马铃薯葡萄糖琼脂培养基(用于酵母菌和霉菌培
养),购自北京奥博星生物技术有限公司。
2)微生物稀释液的配制。称取5g青贮样品,放入装有45mL无菌水的100mL三角瓶中,封口膜封口,置
于摇床上震荡30min,使微生物细胞分散均匀,静置30s,即成10-1稀释液;取0.2mL10-1稀释液,注入含有1.8
mL生理盐水试管中,震荡摇匀,即成10-2稀释液;再吸取0.2mL10-2稀释液,注入含有1.8mL生理盐水试管
中,震荡摇匀,此液为10-3稀释液,以此类推,连续稀释,制成10-4,10-5,10-6,10-7等一系列稀释菌液。
3)微生物培养。将上述培养基平板底面分别用记号笔标明稀释度,然后用无菌吸管分别由对应稀释液中各
取20μL,小心地滴在对应培养基表面的扇形区域内,再用涂布棒将菌液在培养基上涂抹均匀。将涂抹好的培养
基放在桌子上静置20~30min,使菌液渗透至培养基内,然后将培养基倒转,MRS培养基在37℃厌氧条件下培
养48h,NA、PDA培养基在37℃有氧条件下培养48h后计数。
1.4 统计分析
用Excel初步处理试验数据,采用SPSS11.5统计软件进行两因素方差分析,并用LSD法进行多重比较。
2 结果与分析
2.1 不同水稻品种稻草饲用品质的差异
两优培九和武香粳14稻草原料的饲用品质见表1。两优培九稻草中的NSC含量为6.89%,而武香粳14稻
草中的NSC含量为16.51%,显著高于两优培九(犘<0.05),其中两优培九稻草中淀粉含量仅为3.68%,但武香
粳14中的淀粉含量为10.63%,差异显著(犘<0.05)。两优培九的CP含量极显著高于武香粳14(犘<0.01),而
IVDMD和ADF含量差异不显著(犘>0.05)。
表1 2个水稻品种的稻草饲用品质性状
犜犪犫犾犲1 犜犺犲犳犲犲犱犻狀犵狇狌犪犾犻狋狔狉犲犾犪狋犲犱狋狉犪犻狋狊狅犳狉犻犮犲狊狋狉犪狑犪犿狅狀犵狋狑狅狏犪狉犻犲狋犻犲狊 %
品种Varieties DM IVDMD WSC 淀粉Starch NSC CP NDF ADF
两优培九
Liangyoupeijiu
32.06±
0.34Ab
36.02±
1.25Aa
3.21±
0.01Ab
3.68±
0.10Ab
6.89±
0.08Ab
5.73±
0.04Bb
60.60±
0.38Aa
39.24±
1.20Aa
武香粳14
Wuxiangjing14
34.53±
0.86Aa
43.10±
0.74Aa
5.88±
0.10Aa
10.63±
0.25Aa
16.51±
0.35Aa
7.62±
0.03Aa
50.22±
0.14Ab
28.05±
1.13Aa
 注:同列不同大写字母表示在犘<0.01水平差异显著,同列不同小写字母表示在犘<0.05水平差异显著。下同。
 Note:Differentcapitallettersinthesamecolumnmeansignificantdifferencesat犘<0.01level,anddifferentlowercaselettersinthesamecolumn
meansignificantdifferencesat犘<0.05level.Thesamebelow.
841 草 业 学 报 第24卷
  徒手切片结果表明(图1),武香粳14倒3节茎秆中含大量的淀粉颗粒,两优培九的倒3节茎秆中淀粉颗粒
极少。
图1 2个水稻品种倒3节茎秆徒手切片
犉犻犵.1 犜犺犲犳狉犲犲犺犪狀犱狊犲犮狋犻狅狀狊狅犳狋犺犲狋狅狆3狉犱犻狀狋犲狉狀狅犱犲狅犳狋狑狅狉犻犮犲狏犪狉犻犲狋犻犲狊
横线代表100μm。Barsindicate100μm. 
2.2 不同α淀粉酶浓度对青贮稻草饲用品质的影响
不同α淀粉酶浓度处理的稻草青贮饲用品质见表2。不同α淀粉酶浓度处理对两优培九青贮稻草IVDMD
的影响差异不显著(犘>0.05),RA1.0处理组的武香粳14青贮稻草的IVDMD最高,显著高于其他处理(犘<
0.05);2个品种间差异极显著(犘<0.01)。RA1.0处理组的两优培九和RA1.5处理组的武香粳14青贮稻草中的
WSC含量最高,分别达0.56%和1.02%。随着α淀粉酶浓度的增加,2个品种青贮稻草的淀粉含量呈下降趋
势,CK青贮稻草的淀粉含量显著高于其他处理组(犘<0.05)。NSC的变化趋势与淀粉含量的相似,武香粳14
的变化幅度较大。RA1.5处理组青贮稻草的CP含量最高,两优培九为4.60%,武香粳14为6.74%。不同α淀
粉酶浓度处理对2个品种青贮稻草NDF和ADF含量的影响均不显著(犘>0.05)。
表2 α淀粉酶对青贮稻草饲用品质的影响
犜犪犫犾犲2 犈犳犳犲犮狋狅犳α犪犿狔犾犪狊犲狅狀狋犺犲犳犲犲犱犻狀犵狇狌犪犾犻狋狔狅犳狉犻犮犲狊狋狉犪狑狊犻犾犪犵犲 %
品种Varieties处理Treatments IVDMD WSC 淀粉Starch NSC CP NDF ADF
两优培九
Liangyoupeijiu
CK 30.59±0.83Aa 0.34±0.01Bc 0.94±0.07Aa 1.29±0.08Aa4.53±0.04ABb65.27±1.21Aa43.70±0.52Aa
RA0.5 30.69±0.12Aa 0.49±0.01ABab0.59±0.08Bb 1.08±0.09Bbc4.58±0.04Aa 64.90±0.44Aa43.71±0.37Aa
RA1.0 31.18±0.89Aa 0.56±0.04Aa 0.59±0.07Bb 1.15±0.03ABb4.44±0.05Bc 64.76±1.00Aa43.50±0.11Aa
RA1.5 31.09±0.90Aa 0.46±0.03ABb0.54±0.07Cc 1.00±0.04Bc 4.60±0.01Aa 64.60±0.44Aa43.64±0.51Aa
武香粳14
Wuxiangjing14
CK 37.49±0.09Bc 0.66±0.04b 4.69±0.33Aa 5.35±0.37Aa6.27±0.06Cc 56.79±1.42Aa32.88±0.07Aa
RA0.5 37.92±0.13Aab0.82±0.04Aab3.81±0.25Bb 4.63±0.29Ab6.49±0.01Bb 55.72±0.75Aa32.98±0.84Aa
RA1.0 38.02±0.13Aa 0.88±0.12Aab2.62±0.27Cc 3.50±0.39Bc 6.50±0.06Bb 55.74±0.50Aa33.02±0.26Aa
RA1.5 37.76±0.00ABb1.02±0.10Aa 2.55±0.26Cc 3.57±0.10Bc 6.74±0.05Aa 55.39±0.71Aa33.01±1.12Aa
品种Varieties(V)       
α淀粉酶浓度αamylasecon
centrations(C)
NS     NS NS
品种×浓度V×C NS     NS NS
 注: 和分别代表在犘<0.05和犘<0.01水平差异显著。NS表示差异不显著。下同。
 Note:andindicatesignificantdifferencesatlevel犘<0.05and犘<0.01.NSindicatesnotsignificant.Thesamebelow.
941第11期 许能祥 等:α淀粉酶对不同NSC含量稻草青贮品质的影响
2.3 不同α淀粉酶浓度对青贮稻草发酵品质的影响
不同α淀粉酶浓度处理的稻草青贮发酵品质见表3。两优培九CK的青贮稻草pH显著低于α淀粉酶添加
组(犘<0.05),武香粳14的RA0.5和RA1.0处理组pH显著低于RA1.5和CK(犘<0.05)。α淀粉酶浓度对两优培
九青贮稻草的乳酸含量的影响差异不显著(犘>0.05),而α淀粉酶对武香粳14青贮稻草LA含量的影响均极显
著(犘<0.01),RA1.0处理组的LA含量最高,达45.00g/kg。RA1.0和RA1.5处理组的武香粳14青贮稻草AN含
量显著高于CK和RA0.5(犘<0.05)。
表3 α淀粉酶对青贮稻草发酵品质的影响
犜犪犫犾犲3 犈犳犳犲犮狋狅犳α犪犿狔犾犪狊犲狅狀犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狇狌犪犾犻狋狔狅犳狉犻犮犲狊狋狉犪狑狊犻犾犪犵犲
品种Varieties 处理Treatments pH 乳酸Lacticacid(LA,g/kgDM) 氨态氮Ammoniacalnitrogen(AN,g/kgTN)
两优培九Liangyoupeijiu CK 5.07±0.01Bc 11.06±0.54Bb 47.73±0.58Aa
RA0.5 5.31±0.01Ab 15.27±0.75ABa 45.81±1.27ABb
RA1.0 5.31±0.01Ab 15.54±0.02Aa 43.29±0.46Bc
RA1.5 5.35±0.01Aa 16.02±0.94Aa 44.29±0.46ABbc
武香粳14Wuxiangjing14 CK 4.77±0.37Aa 26.64±0.31Cc 38.54±0.89Cc
RA0.5 4.48±0.16Ab 38.64±0.53Bb 36.96±0.19DdC
RA1.0 4.56±0.04Ab 45.00±0.21Aa 39.11±1.08Bb
RA1.5 4.76±0.03Aa 40.08±0.75Bb 40.39±0.05Aa
品种Varieties(V)   
α淀粉酶浓度αamylaseconcentrations(C) NS  
品种×浓度V×C   
 TN:总氮Totalnitrogen.
2.4 不同α淀粉酶浓度对青贮稻草中微生物数量的影响
不同α淀粉酶浓度处理的青贮稻草中微生物组成变化见表4。随着α淀粉酶浓度的增加,2个品种的青贮稻
草中乳酸菌数量呈增加趋势,其中两优培九CK的青贮稻草乳酸菌数量极显著低于α淀粉酶添加组(犘<0.01),
武香粳14各处理组间差异极显著(犘<0.01)。RA1.5处理组的两优培九和RA1.0处理组的武香粳14青贮稻草中
好氧细菌数量最少,显著低于CK和RA0.5(犘<0.05)。随着α淀粉酶浓度的增加,2个品种的青贮稻草中酵母菌
和霉菌数量呈下降趋势。
表4 α淀粉酶对青贮稻草中微生物数量的影响
犜犪犫犾犲4 犈犳犳犲犮狋狅犳α犪犿狔犾犪狊犲狅狀狋犺犲犿犻犮狉狅犫犻犪犾狇狌犪狀狋犻狋犻犲狊狅犳狉犻犮犲狊狋狉犪狑狊犻犾犪犵犲 logcfu/gFM
品种Varieties 处理 Treatments 乳酸菌Lacticacidbacteria 好氧细菌Aerobicbacteria 酵母菌和霉菌Yeastandmould
两优培九Liangyoupeijiu CK 7.32±0.01Cc 7.36±0.03BCb 2.96±0.01Aa
RA0.5 7.41±0.01Bb 7.53±0.03Aa 2.80±0.05Bb
RA1.0 7.45±0.02ABab 7.38±0.10Bb 2.78±0.04Bb
RA1.5 7.48±0.01Aa 7.29±0.06Cc 2.49±0.05Cc
武香粳14Wuxiangjing14 CK 7.35±0.03Dd 7.29±0.00Aa 2.43±0.02Aa
RA0.5 7.44±0.00Cc 7.23±0.04Bb 2.34±0.00Ab
RA1.0 7.50±0.03Bb 7.20±0.05Cc 1.79±0.03Bc
RA1.5 7.60±0.01Aa 7.29±0.03Aa 1.66±0.06Bc
品种Varieties(V)   
α淀粉酶浓度αamylaseconcentrations(C)   
品种×浓度V×C   
051 草 业 学 报 第24卷
2.5 α淀粉酶处理后青贮稻草中NSC及其组分的变化动态
随着青贮时间的延长,不同浓度α淀粉酶处理的青贮稻草中 WSC含量均呈持续下降趋势,青贮14d后
WSC含量的下降幅度趋缓(图2)。两优培九稻草青贮第3天和第5天时α淀粉酶添加组的 WSC含量均高于
CK,青贮第45天时RA1.0处理组的 WSC含量最高,达0.56%。武香粳14青贮稻草α淀粉酶添加组的 WSC含
量均高于CK,并且其变化趋势呈“降-升-降”型;α淀粉酶添加组的 WSC含量在青贮第3天时较青贮第2天均
有不同程度上升,RA1.5处理组上升幅度最大;α淀粉酶添加组在青贮第3天和第5天时 WSC含量均高于CK,但
第5~14天期间,WSC含量大幅下降,与CK差异减小;青贮45d时RA1.0和RA1.5处理组 WSC含量分别为
0.88%和1.02%。随着青贮时间的延长,不同浓度α淀粉酶处理组的青贮稻草中淀粉含量均呈下降趋势,其中
两优培九平稳下降,到青贮第45天时RA1.5处理组的淀粉含量最低,为0.54%,α淀粉酶添加组的淀粉含量下降
幅度均高于CK;武香粳14青贮稻草的淀粉含量表现出2个大幅下降时期,分别是青贮第1~2天和第5~14天,
到第45天时RA1.0和RA1.5处理组的淀粉含量最低,分别为2.62%和2.55%;α淀粉酶添加组的下降幅度均高于
CK;所有处理组在青贮第5~14天间下降幅度最大。随着青贮时间的延长,两优培九稻草α淀粉酶处理组的
NSC含量均缓慢下降,各处理间差异较小,到青贮第45天时CK的NSC含量最高,达1.29%,武香粳14稻草中
NSC的含量变化趋势与淀粉含量变化趋势相同,青贮第1~2天和第5~14天是NSC含量2个大幅下降时期,到
青贮第45天时RA1.0和RA1.5处理组的NSC含量最低,分别为3.50%和3.57%。
图2 添加α淀粉酶后青贮稻草中犖犛犆含量的变化
犉犻犵.2 犆犺犪狀犵犲狊狅犳犖犛犆犮狅狀狋犲狀狋狊犻狀狉犻犮犲狊狋狉犪狑狊犻犾犪犵犲犪犳狋犲狉α犪犿狔犾犪狊犲犪狆狆犾犻犮犪狋犻狅狀
151第11期 许能祥 等:α淀粉酶对不同NSC含量稻草青贮品质的影响
3 讨论
3.1 不同类型水稻品种稻草中NSC含量的差异
传统观念认为稻草是低值粗饲料,因其粗纤维和灰分含量高,可消化营养物质含量低导致其消化率和适口性
较差。其实稻谷成熟后适时收获的新鲜稻草中含有相当数量的NSC[34],但不同类型水稻品种稻草中NSC含量
差异显著,粳稻品种稻草中的NSC含量显著高于籼稻品种[3,5],本研究的结果也佐证了这一点(表1,图1)。这可
能与水稻的库源类型有关。籼稻具有不同程度的早衰现象[16],多为大穗型品种,“库大源弱”,导致生育后期贮存
在茎鞘中的光合产物大部分转移到籽粒中,因为水稻灌浆时运输到籽粒库中的光合产物不仅包含灌浆期的光合
产物,还有营养生长期贮存在茎鞘中的NSC等成分。Dong等[4]报道水稻开花后3周左右,灌浆基本完成时光合
产物又会部分转移到茎鞘中。因此对于早衰型品种,其生育后期再次贮存在茎鞘中的光合产物较少。而粳稻品
种“库”小“源”强,叶片的有效功能期长,使得生育后期茎鞘中的 NSC含量回升幅度大,使其收获时稻草中的
NSC含量较高。
在稻草的NSC中,主要有 WSC和淀粉两种不同组分。对于杂交籼稻两优培九来说,稻草中的 WSC含量和
淀粉含量差异不显著,淀粉含量略高于 WSC含量,而粳稻品种武香粳14稻草中的淀粉含量为10.63%,极显著
高于 WSC含量(5.88%)(表1)(犘<0.01)。与早衰、库大的籼稻品种相比较,粳稻品种在生育后期增加的贮存
光合产物大部分以淀粉形式贮存。定量测定结果与徒手切片结果一致(图1),在稻草的倒3节茎秆中,武香粳14
的淀粉颗粒数量远高于两优培九。
3.2 不同NSC含量的稻草青贮适宜的α淀粉酶添加量
淀粉是一种初级的无细胞结构的碳水化合物,不能被大部分乳酸菌利用,这是由于乳酸菌作用的底物主要是
葡萄糖和果糖等单糖。α淀粉酶,即α1,4葡聚糖4葡萄糖水解酶(α1,4glucan4glucanohydrolase),能随机
作用于淀粉、糖原、寡糖或多聚糖分子内部的1,4糖苷键,将淀粉水解成糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等一系列
小分子物质[1718]。前期有研究表明α淀粉酶能把淀粉转化为葡萄糖,能够促进乳酸菌的生长,使发酵结果更好;
当玉米青贮料中加入α淀粉酶时,可提高肉用犊牛的日增重和饲料转化效率约7%。通过牛体内气体产生量的
估测可知,饲喂α淀粉酶处理的青贮料的犊牛,其瘤胃内微生物的活力增加[910]。青贮饲料中加入α淀粉酶对牛
生长的促进作用一方面是由于α淀粉酶保护了青贮料中更多的原始氮和其他组成成分免受损失,另一方面可能
是α淀粉酶处理过的青贮料使牛瘤胃微生物的群体向有益方面转化(包括微生物的数量,群属和外形的改变),
这些有益的变化可使挥发性脂肪酸的产生量以及微生物蛋白的合成量增加,使动物的生长和饲料转化率增
高[910]。
本研究中添加α淀粉酶后两优培九和武香粳14稻草的青贮品质均得到改善(表2,表3)。由于α淀粉酶具
有保护青贮料干物质免受损失的作用,势必会提高青贮料的营养价值。鉴于不同水稻品种稻草中淀粉含量不同,
α淀粉酶对稻草青贮效果的影响也存在显著差异。α淀粉酶水解淀粉的能力依赖于多种外在因素,例如温度、
pH、底物的浓度、底物的性质、酶液浓度、Ca2+等。本研究中,杂交籼稻两优培九稻草中的淀粉含量为3.68%,常
规粳稻品种武香粳14稻草中的淀粉含量高达10.63%(表1),添加不同浓度的α淀粉酶后青贮品质间的差异极
显著(犘<0.01):对于两优培九来说,添加1.5g/kg的α淀粉酶后青贮料的饲用品质、发酵品质显著优于其他处
理(犘<0.05),而对武香粳14来说,1.0g/kg的α淀粉酶添加量效果最好;两优培九的CK和处理组的青贮品质
均显著低于武香粳14(犘<0.05)。两个品种的稻草在α淀粉酶处理后的青贮品质均高于CK,但对于两优培九
的效果不如武香粳14显著(表2,表3)。
3.3 α淀粉酶在青贮过程中与微生物活动的关系
目前市场上应用的α淀粉酶存在许多需要改进的地方,比如在高温且低pH(低于5.5)的环境中该酶非常容
易失活。因此在青贮过程中随着不同发酵区系微生物的活动,青贮料的pH发生变化,必将对α淀粉酶的活性产
生影响。而α淀粉酶水解淀粉产生的可溶性糖促进了乳酸菌发酵,乳酸含量升高,将对其他微生物的活动产生
作用。在自然青贮发酵过程中乳酸菌在数量上不具优势,其数量与好氧细菌、酵母与霉菌等的数量相当。Long
ston等[19]报道,新鲜作物或牧草上分布有许多微生物,其中有害微生物的比例远远大于有益微生物的比例。通
常情况下,作物上天然附着的乳酸菌数量小于105cfu/gFM[2021]。Lindgren等[22]报道了紫花苜蓿(犕犲犱犻犮犪犵狅狊犪狋犻狏犪)
251 草 业 学 报 第24卷
和其他草料上的微生物,肠杆菌的数量达到了108cfu/g,远远高于乳酸菌的数量,是其数量的100~1000倍。蔡
义民等[23]报道,饲料作物和牧草上附着的乳酸杆菌数量极其微小。玉米和紫花苜蓿乳酸菌较多,但每克也不足
104 个;禾本科牧草上附着的乳酸菌更少,不良微生物较多。要使乳酸菌主导发酵进程,必须达到105cfu/g以上
乳酸菌[21,24]。张慧杰[25]报道青贮原料上附生的乳酸菌数量远少于好氧细菌、大肠杆菌、酵母及霉菌等有害微生
物的数量。本研究中,添加α淀粉酶后,两种不同NSC含量稻草青贮发酵中的微生物变化趋势一致。随着α淀
粉酶浓度的增加,2个品种的稻草在青贮中乳酸菌含量呈增加趋势,其中两优培九CK的青贮稻草乳酸菌含量极
显著低于α淀粉酶添加组(犘<0.01),武香粳14各处理组间均达极显著差异(犘<0.01)。RA1.5处理的两优培九
和RA1.0处理的武香粳14青贮稻草中好氧细菌最少,显著低于CK和RA0.5(犘<0.05)。随着α淀粉酶浓度的增
加,2个品种稻草青贮料中的酵母菌和霉菌含量呈下降趋势(表4)。
3.4 添加α淀粉酶后青贮稻草中NSC的变化
本研究中不同NSC含量的稻草在添加α淀粉酶后稻草中NSC及其组分 WSC和淀粉的变化趋势不同(图
2)。随着青贮时间的延长,两优培九α淀粉酶处理组的青贮稻草中 WSC、淀粉和NSC含量均持续下降。而武香
粳14稻草添加α淀粉酶处理后的 WSC变化趋势呈“降升降”型;α淀粉酶添加组的 WSC含量在青贮第3天时
较青贮第2天均有不同程度上升,RA1.5处理组上升最大;但第5~14天期间,WSC含量大幅下降,与CK差异减
小。随着青贮时间的延长,武香粳14青贮稻草的淀粉含量表现出2个大幅下降时期,分别是青贮第1~2天和第
5~14天,α淀粉酶添加组的下降幅度均高于CK;所有处理组在青贮第5~14天间下降幅度最大。产生上述结
果的原因可能是武香粳14稻草中含有丰富的淀粉,在淀粉酶的作用下水解成糊精、麦芽糖、低聚糖和葡萄糖等一
系列小分子物质,增加了青贮稻草中的 WSC的含量,表现出随着青贮时间的延长而出现 WSC的含量上升或下
降缓慢的趋势。与武香粳14相比,两优培九青贮稻草淀粉含量极少,没有出现这种变化。
4 结论
两优培九稻草中的NSC含量为6.89%,淀粉含量为3.68%,显著低于武香粳14稻草中的NSC(16.51%)和
淀粉(10.63%)含量(犘<0.05),添加α淀粉酶能够增加青贮稻草中 WSC的含量。WSC可以为乳酸菌生长提供
更多的发酵底物,改善其发酵进程,有效地保存原料的营养价值[26]。添加不同浓度的α淀粉酶后青贮稻草的饲
用品质和发酵品质间存在显著差异(犘<0.05):两优培九以1.5g/kg的α淀粉酶添加浓度效果显著优于其他处
理,而武香粳14以1.0g/kg的α淀粉酶添加浓度效果显著优于其他处理;武香粳14的稻草添加α淀粉酶的效
果显著优于两优培九。添加α淀粉酶后两优培九稻草中的 NSC、WSC和淀粉含量,以及武香粳14稻草中的
NSC和淀粉含量与CK相比均呈持续下降趋势,而武香粳14稻草中的 WSC含量则呈“降升降”变化趋势:α淀
粉酶添加组的 WSC含量在青贮第3天时较青贮第2天均有不同程度上升,显著高于对照(犘<0.05);但第5~14
天期间,WSC含量大幅下降,与CK差异减小。
犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊:
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