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N-alkanes characteristic of roughage from the sheep grazing system in the Songnen Plain farming-pastoral zone

松嫩平原农牧交错区绵羊放牧系统粗饲料的链烷特征



全 文 :书松嫩平原农牧交错区绵羊放牧
系统粗饲料的链烷特征
孙海霞,周道玮,刘春龙
(中国科学院东北地理与农业生态研究所,黑龙江 哈尔滨150081)
摘要:链烷是一类普遍存在于植物表皮蜡质中的饱和直链碳氢化合物,应用链烷技术可以测定放牧动物采食量和
食性组成,本试验采用气相色谱法对松嫩平原农牧交错区绵羊放牧系统(人工和天然羊草草地、玉米和大豆农田残
茬)中主要粗饲料的链烷含量和特征进行了分析,以期为农牧交错区放牧绵羊营养研究提供基础数据。试验结果
表明,松嫩平原草地和农田残茬饲料资源所含的链烷具有明显的种间特征,在C21~C35链烷之间,奇数链烷的含量
总体上高于偶数链烷的含量,不同生长时期的全株羊草、5月份的野稗和碱蒿、5和8月份的苣荬菜、8月份的狗尾
草、大豆和玉米残茬的茎、叶、荚中均以C31含量最为丰富,马蔺C29含量最为丰富,而羊草穗、7月份野稗、8月份的
碱蒿以C27含量最为丰富。
关键词:绵羊;放牧系统;链烷
中图分类号:S826.5  文献标识码:A  文章编号:10045759(2009)01018804
  放牧家畜食性组成、采食量和牧草消化率是放牧生态学中研究草畜关系的核心,是计算草地载畜量和放牧家
畜营养盈缺的重要依据,同时也是困扰放牧草食动物营养研究最多的问题之一[1]。以往研究放牧动物的采食量
主要通过放牧前后牧草量的变化,以及通过每口采食量、采食速率和采食时间进行计算,或者通过放牧前后绵羊
体重变化来进行。由于这些方法存在很多弊端以及执行的难度较大,很多间接测定采食量的方法相继产生,这些
方法以指示剂技术测定粪排泄量和体外方法测定牧草样品的消化率为基础,牧草样品消化率的测定主要通过模
拟采样或食道瘘管动物获得的样品进行两级离体消化[2],之后结合估测的排粪量计算采食量。但这些方法也存
在很大的局限性,如无法考虑动物之间消化率的变异、指示剂的回收率不稳定、两级离体消化试验需要饲养瘘管
动物,试验过程烦琐且结果的重复性差[3]。
链烷技术是一项测定放牧家畜食性组成和采食量的新技术,始于20世纪80年代末[3,4]。链烷(alkane)是一
种饱和的直链碳氢化合物,普遍存在于植物表皮的蜡质中,植物所含的链烷一般含有21~35个碳原子,其中奇数
链烷的浓度常大于偶数链烷的浓度。链烷被家畜采食后不被吸收,在粪便中回收率高,且相邻链烷回收率相近。
通过投喂人工合成已知浓度的与奇数链烷相邻的偶数链烷,利用两者回收率相近的特点可以消除不完全回收的
缺点,可以准确测定家畜个体采食量和体内消化率。因此,用内外双指示剂的方法来评价草食动物采食量的研究
方法得到了众多研究者的报道和关注[5]。
应用链烷技术的关键是明确牧草中的链烷模式和浓度,国外对热带和亚热带牧草中的链烷模式进行了大量
报道,有关松嫩平原草地和农田饲料资源中链烷模式还未见报道,本研究对松嫩平原绵羊放牧系统中粗饲料资源
链烷特征进行初步分析,为未来应用链烷技术对放牧动物的营养研究提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 样品采集
本试验所有植物样品于2004年5月-2005年12月期间在吉林省长岭县绿园草业公司所属草地以及黑龙
188-191
2009年2月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第18卷 第1期
Vol.18,No.1
 收稿日期:20071011;改回日期:20080928
基金项目:国家“973”项目(2007CB106800)和中国科学院东北地理与农业生态研究所学科前沿领域项目(KZCX3SWNA307)资助。
作者简介:孙海霞(1974),女,黑龙江杜蒙人,助理研究员,博士。Email:sunhx@neigaehrb.ac.cn
通讯作者。Email:zhoudw@neigae.ac.cn
江省杜尔伯特蒙古族自治县的农田采集。包括松嫩草地不同季节的优势植物羊草(犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊)、野稗
(犈犮犺犻狀狅犮犺犾狅犪犮狉狌狊犵犪犾犾犻)、芦苇(犘犺狉犪犵犿犻狋犲狊犮狅犿犿狌狀犻狊)、虎尾草(犆犺犾狅狉犻狊狏犻狉犵犪狋犪)、金狗尾草(犛犲狋犪狉犻犪犵犾犪狌犮犪)、紫
狗尾草(犛.狏犻狉犻犱犻狊)、车前(犘犾犪狀狋犪犵狅犪狊犻犪狋犻犮犪)、苍耳(犡犪狀狋犺犻狌犿狊犻犫犻狉犻犮狌犿)、碱蓬(犛狌犪犲犱犪犵犾犪狌犮犪)、碱蒿(犃狉狋犲犿犻
狊犻犪犪狀犲狋犺犻犳狅犾犻犪)、苣荬菜(犛狅狀犮犺狌狊犫狉犪犮狔狅狋狌狊)、马蔺(犐狉犻狊犲狀狊犪狋犪)和大豆(犌犾狔犮犻狀犲犿犪狓)茎、叶、荚以及玉米(犣犲犪
犿犪狔狊)秸秆茎、叶。
1.2 样品处理
所有植物样采集后采用冷冻的方法进行干燥,粉碎后过lmm筛,用于链烷含量测定。
1.3 链烷提取和分析
链烷提取主要根据 Mayes等[3]的方法进行,同时进行一些改进,具体分析测定和计算方法同Sun和
Zhou[6]。
2 结果与分析
不同植物链烷含量和模式见表1。不同生长阶段的整株羊草奇数和偶数链烷的分布呈锯齿状,偶数链烷的
含量相对较低,奇数链烷中C31含量最丰富,最高达494.9mg/kg,其次是C29、C27和C33,而且随生长期的变化,含
量并未表现出特定规律。但羊草穗与整株羊草相比,奇数链烷的模式和浓度有明显的差异,C27含量最高,达到了
1323.5mg/kg,其次是C25、C29、C31和C23,对应浓度都高于整株的值。5月份野稗C31含量最丰富,达到了179.8
mg/kg,其次为C33和C29,而7和8月份野稗处于抽穗期,链烷模式发生了相应的改变,C27含量最丰富,其次为
C29。2个生长期的碱蒿链烷变化与野稗有相似的趋势。8月份的苣荬菜与5月份苣荬菜浓度相比,奇数链烷尤
其是C31、C27、C33、C23和C21含量较高,但仍以C31含量最高。同一生长期的金狗尾草和紫狗尾草的链烷模式和对
应的浓度相似。松嫩草地伴生的其他杂草链烷也基本都以C31和C29最高,但马蔺C29含量远远高于其他类杂草,
含量达到了1377.9mg/kg。
大豆残茬中的茎、叶和荚奇数链烷以C31含量最为丰富,其在茎、叶中含量高于荚的含量,玉米茎、叶的C31含
量最高。
3 讨论
3.1 不同植物种类链烷特征
本试验结果表明羊草草地的优势植物羊草以及伴生的杂类草和农田残茬的饲料资源中,链烷模式与Dove
和 Mayes[7]结论基本类似,刘贵河等[1]报道了羊草中C27、C29、C31和C33含量丰富,且以C31含量最高(羊草为79
mg/kg),C31含量与本试验一些季节羊草一致,而与其他季节有很大的差异,取样时间、部位以及羊草品种差异可
能是导致这些结果出现的原因。马蔺链烷浓度较高,可能与其极强的抗旱性[8]有关,Kolattukudy[9]报道一些节
水植物的链烷含量普遍高。本试验中金狗尾草和紫狗尾草虽属不同的品种,但它们的链烷模式和浓度却表现出
相似的特征,证明了植物链烷种内差异较小的特征。
3.2 同一植物不同生长期链烷变化
随着植物的繁殖发育,特别是禾本科牧草,穗中链烷的浓度显著增加,而且链烷模式向短一些的碳链转变,在
花序和种穗中含量很高[10],本试验结果也证明了这个规律的存在。试验结果表明羊草穗中奇数链烷的浓度显著
高于全株的浓度,而且与全株不同的是C27含量最丰富,而且C23、C25浓度也很高,处于开花和结实期的野稗、碱
蒿、苣荬菜也表现出相似的趋势。因此在模拟采集牧草样品时,应注意植物的繁殖发育过程对牧草链烷模式的影
响,提高模拟采样的准确性。
烷烃化学性质稳定,一般在常温下与强酸、强碱、氧化剂、还原剂都不反应,尤其长链烷烃常温下通常处于固
态,生物可利用性差[11]。因此自然条件下植物中的长链烷烃相对稳定,处于枯黄期的全株羊草以及玉米和大豆
农田残茬的茎、叶、荚中均检测出链烷,而且枯黄的羊草与生长期羊草相比,链烷模式没有发生改变。因此同样可
以应用链烷技术测定枯草期放牧动物采食量和食性组成。
981第18卷第1期 草业学报2009年
表1 不同植物链烷含量
犜犪犫犾犲1 犆狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀狊狅犳犪犾犽犪狀犲犳狅狉犱犻犳犳犲狉犲狀狋狆犾犪狀狋狊 mg/kg
植物种类(采样时间)Plantspecies(Samplingtime)C21 C23 C24 C25 C26 C27 C28 C29 C30 C31 C32 C33 C35
全株羊草(5月10日)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(10thMay)
22.1 13.5 10.2 19.9 10.5 37.6 10.4 65.2 7.0 203.1 5.1 48.5 0
全株羊草(5月20日)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(20thMay)
62.7 77.5 48.9 86.7 36.7 146.3 15.2 165.5 29.5 494.9240.4 416.0 0
全株羊草(6月20日)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(20thJune)
12.5 22.9 6.3 18.7 4.5 30.9 3.7 47.7 6.7 102.6 6.1 62.7 0
全株羊草(7月30日)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(30thJuly)
20.3 17.2 18.7 19.5 9.2 22.6 8.5 39.8 10.0 102.8 30.6 95.1 0
全株羊草(10月10日)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(10thOctober)
12.5 19.2 10.0 18.9 5.9 33.4 4.5 62.4 18.5 247.4 4.3 176.7 0
全株羊草(枯草期)
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(Dryperiod)
49.6 62.7 43.4 55.6 40.8 75.2 19.7 147.0 48.0 275.1 60.4 22.8 0
羊草穗(5月30日)
Earheadof犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊(30thMay)
26.1216.6 16.9583.4 21.61323.5 31.5 396.4 18.5 344.8 18.4 98.3 0
碱蒿(6月15日)犃.犪狀犲狋犺犻犳狅犾犻犪(15thJune) 60.5 45.4 49.8 72.7 28.5 112.7 22.2 254.5 16.6 226.2200.7 87.5 0
碱蒿(8月20日)犃.犪狀犲狋犺犻犳狅犾犻犪(20thAugust) 13.0 16.2 6.3 44.7 15.7 381.2 2.61018.9 47.0 304.3 16.0 71.1 0
苣荬菜(5月30日)犛.犫狉犪犮狔狅狋狌狊(30thMay) 30.8 29.4 22.8 54.1 22.5 183.2 37.7 319.1 22.6 491.5125.9 4.9 0
苣荬菜(8月15日)犛.犫狉犪犮狔狅狋狌狊(15thAugust)520.7246.8 65.3166.7 61.2 407.6 14.0 363.2 31.8 761.4125.9 250.4 8.9
野稗(5月30日)犈.犮狉狌狊犵犪犾犾犻(30thMay) 20.3 42.7 11.2 52.1 10.8 39.1 4.4 75.8 9.1 179.8 4.3 126.5 0
野稗(7月30日)犈.犮狉狌狊犵犪犾犾犻(30thJuly) 86.0 95.4 51.7 76.6 50.1 194.5 5.7 142.3 13.9 99.8 94.6 49.4 0
野稗(8月15日)犈.犮狉狌狊犵犪犾犾犻(15thAugust) 48.8 68.5 48.2108.4 62.5 374.2 5.5 241.7 14.6 83.4 32.4 42.6 2.9
金狗尾草(8月15日)犛.犵犾犪狌犮犪(15thAugust) 55.0 88.2 44.9105.0 24.9 232.7 11.4 433.7 63.2 514.9 96.6 183.1 3.0
紫狗尾草(8月15日)犛.狏犻狉犻犱犻狊(15thAugust) 35.6 47.7 21.9 79.5 19.9 205.4 14.3 451.7 70.7 454.9 36.0 167.6 9.8
碱蓬(8月15日)犛.犵犾犪狌犮犪Bunge(15thAugust)18.6 27.1 15.6 53.1 11.0 74.9 2.1 119.6 12.5 83.5 36.1 26.2 0
马蔺(6月15日)犐.犲狀狊犪狋犪(15thJune) 84.9 71.4 49.1 92.4 36.9 139.0 37.41377.9 40.8 199.9295.2 20.7 0
芦苇(6月15日)犘.犮狅犿犿狌狀犻狊(15thJune) 14.3 26.1 11.9 25.6 11.9 65.3 1.7 25.5 3.2 12.6 59.8 4.8 0
虎尾草(8月15日)犆.狏犻狉犵犪狋犪(15thAugust) 60.4171.9 64.0139.6 54.3 164.5 11.6 246.3 49.0 313.1134.1 86.7 5.1
苍耳(8月15日)犡.狊犻犫犻狉犻犮狌犿(15thAugust) 15.7 17.7 16.4 4.6 12.8 70.4 17.5 169.0 14.7 128.7 12.4 13.7 0.9
大豆茎犌.犿犪狓stem 34.7 32.4 23.4 59.8 10.3 77.0 9.6 99.3 25.8 559.8142.6 90.8 0
大豆叶犌.犿犪狓leaf 22.1 57.0 16.2129.8 24.3 312.6 156.8 222.6 51.6 639.3108.5 61.4 0
大豆荚犌.犿犪狓pod 25.4 24.8 26.4 47.5 19.9 54.4 11.3 110.7 11.5 228.1 90.8 0 0
玉米叶犣.犿犪狔狊leaf 47.9 73.7 63.8109.3 66.8 203.6 42.1 391.0 62.0 454.6222.1 192.7 0
玉米茎犣.犿犪狔狊stem 35.5 41.2 58.0 54.5 38.9 87.5 39.8 192.1 24.3 254.1 65.8 120.9 0
 注:C21~C35分别为碳原子数21~35的链烷,如二十一烷和三十五烷。
 Note:C21-C35denotethealkanecontaining21-35carbonatom,forexampleHeneicosaneandPentatriacontane.
4 结论
松嫩平原农牧交错区人工和天然羊草草地以及农田残茬等饲料资源含有的链烷具有明显的种间特征,大多
数粗饲料C31含量最为丰富,少数种类C29、C27浓度最高。开花抽穗等繁殖发育过程改变了植物的链烷模式,提高
了一些种类链烷的浓度。枯黄的植物同样可以检测到链烷存在,应用链烷技术可以对不同季节草地和农田的放
牧绵羊进行采食量和食性组成进行估测。
091 ACTAPRATACULTURAESINICA(2009) Vol.18,No.1
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犻狀狋犺犲犛狅狀犵狀犲狀犘犾犪犻狀犳犪狉犿犻狀犵狆犪狊狋狅狉犪犾狕狅狀犲
SUNHaixia,ZHOUDaowei,LIUChunlong
(NortheastInstituteofGeographyandAgriculturalEcology,CAS,Harbin150081,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Alkanesaresaturatedhydrocarbonsinthecuticularwaxofplants,whichcanbeusedasamarkerfor
determinationofdrymatterintakeanddietselectionbygrazingruminants.Theconcentrationsandprofilesof
alkanesfromroughage(introducedandnatural犔犲狔犿狌狊犮犺犻狀犲狀狊犻狊grassland,maize,andsoybeanresidues),
wereanalysedtoprovidebasicdataforresearchongrazingsheepinthefarmingpastoralzoneoftheSongnen
Plain.Thenalkaneprofilesofforagefromgrasslandandcropresiduesweredifferentfromdifferentspecies.In
therangeofC21-C35,thecontentofoddnalkanesweremoreabundantthanthoseoftheevennalkanes.
Whole犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊atdifferentgrowthstages,犈犮犺犻狀狅犮犺犾狅犪犮狉狌狊犵犪犾犾犻,and犃狉狋犲犿犻狊犻犪犪狀犲狋犺犻犳狅犾犻犪colectedin
May,犛狅狀犮犺狌狊犫狉犪犮狔狅狋狌狊growinginMayandAugust,犛犲狋犪狉犻犪狏犻狉犻犱犻狊,andstems,leaves,andpodsof犌犾狔犮犻狀犲
犿犪狓and犣犲犪犿犪狔狊cropresidues,hadthemaximumalkaneconcentrationforC31.TheconcentrationofC29nal
kaneswasmostabundantin犐狉犻狊犲狀狊犪狋犪andearheadsof犔.犮犺犻狀犲狀狊犻狊and犈.犮狉狌狊犵犪犾犾犻inJulywhile犃.犪狀犲狋犺犻
犳狅犾犻犪hadamaximumalkaneconcentrationforC27inAugust.
犓犲狔狑狅狉犱狊:sheep;grazingsystem;alkanes
191第18卷第1期 草业学报2009年