全 文 ：书绞股蓝皂甙对体外瘤胃微生物甲烷产量
及发酵特性的影响
王新峰１，２，毛胜勇１，朱伟云１
（１．南京农业大学消化道微生物研究室，江苏 南京２１００９５；２．石河子大学动物科技学院，新疆 石河子８３２００３）
摘要：利用体外产气量法研究绞股蓝皂甙对山羊瘤胃微生物体外甲烷产量及发酵特性的影响。试验包括２个部
分，试验一研究了绞股蓝皂甙对瘤胃微生物甲烷产量及发酵特性的影响，试验二分析绞股蓝皂甙对瘤胃微生物发
酵动力学参数的影响。试验以０．４２ｇ羊草＋０．１２６ｇ玉米＋０．０５４ｇ豆粕为发酵底物，６０ｍＬ培养基中的绞股蓝皂
甙添加量分别为０（对照），５，１０，２０和４０ｍｇ，发酵２４ｈ。与对照组比较，发酵８ｈ，各处理组甲烷浓度显著下降（犘＜
０．０５），分别下降３０．２０％，４３．４９％，４４．６７％和７５．８％；１２ｈ，２０ｍｇ组显著下降（犘＜０．０５），４０ｍｇ组极显著下降（犘
＜０．０１），处理组甲烷浓度分别下降６．９７％，９．６３％，１８．９０％和６１．８２％；２４ｈ，１０ｍｇ组显著下降（犘＜０．０５），４０ｍｇ
组极显著下降（犘＜０．０１），处理组甲烷浓度分别下降２．３４％，９．３９％，６．９０％和２０．７３％，甲烷浓度与皂甙剂量之间
有极显著的线性效应（犘＜０．０１）。１０ｍｇ组的氢利用率极显著低于对照组，其他试验组无显著变化。１０ｍｇ组显著
提高了ＴＶＦＡ及乙酸、丙酸、异丁酸、戊酸、异戊酸和支链脂肪酸浓度（犘＜０．０５），４０ｍｇ组丁酸的浓度极显著下降
（犘＜０．０１）。１０ｍｇ组和２０ｍｇ组乙丙比显著高于对照组（犘＜０．０５）。随着皂甙剂量增加，乙酸、丁酸、异丁酸、戊
酸、异戊酸、支链脂肪酸、总挥发性脂肪酸浓度及乙丙比呈显著或极显著的二次方效应，丁酸同时具有极显著的线
性效应。处理组原虫数量显著（犘＜０．０５）或极显著下降（犘＜０．０１）（４０ｍｇ组），且与皂甙剂量间存在极显著的线性
和二次方效应（犘＜０．０１）。微生物蛋白含量没有显著变化，但呈上升趋势。１０ｍｇ组和４０ｍｇ组的氨态氮浓度显
著升高（犘＜０．０５），氨态氮浓度与皂甙剂量之间有显著的线性效应（犘＜０．０５）。高剂量绞股蓝皂甙降低了微生物
发酵的理论与实际产气量，并呈显著的线性和二次方效应，产气速率与皂甙剂量之间有着显著的线性效应。以上
结果表明绞股蓝皂甙能改变瘤胃微生物发酵模式，降低瘤胃微生物的甲烷产量，提高 ＶＦＡ的产量，有利于饲料能
量的利用，同时缓解甲烷对大气环境的污染。
关键词：绞股蓝皂甙；瘤胃微生物；甲烷；体外；发酵特性
中图分类号：Ｓ８１６．３２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４５７５９（２０１１）０２００５２０８
瘤胃微生物降解饲料纤维物质为动物提供能量时，产生大量甲烷，造成２％～１２％饲料总能的损失，未来５０
～１００年反刍动物甲烷释放对全球变暖作用达到２％左右［１］。因此，通过调控瘤胃微生物发酵，减少瘤胃甲烷生
成成为一条重要途径。大量研究报道显示，化学制剂如抗生素、离子型载体等物质能有效改善瘤胃发酵，降低甲
烷产量［２４］。但此类物质长期使用会导致微生物产生耐药性和药物残留，同时影响动物产品品质，给动物或人类
健康带来威胁［５，６］。选择天然的抗生素替代品作为饲料添加剂调节瘤胃发酵，减少甲烷产生已成为研究的趋势。
反刍动物甲烷产量与瘤胃微生物发酵特点有密切的关系。其中与原虫共生的产甲烷菌甲烷产量占瘤胃总甲烷产
量的９％～２５％［７］，共生甲烷菌从原虫及其他微生物的代谢产物中获取氢合成甲烷。有研究结果显示，天然植物
提取物可调节瘤胃微生物发酵，减少甲烷释放［８１１］。因此，发掘天然的植物提取物调节瘤胃微生物发酵、减少甲
烷生成成为当前瘤胃甲烷减排的热点。其中植物皂甙具有抑制瘤胃原虫的生长，进一步抑制与原虫共生产甲烷
菌的生长和活性，达到减少甲烷产生的作用被格外关注。
含有三萜类达玛烷结构皂甙的绞股蓝，在亚洲有广泛的分布［１２］。其提取物皂甙作为药物在医药领域得到广
泛应用，能够抑制病原微生物的生长［１３］。作为饲料添加剂在单胃动物中得到广泛的应用，能够提高肉鸡及仔猪
５２－５９
２０１１年４月
草 业 学 报
ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ
第２０卷 第２期
Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
收稿日期：２０１００３０５；改回日期：２０１００４２２
基金项目：国家自然科学基金重点项目（３０５３０５６０）资助。
作者简介：王新峰（１９７１），男，河南驻马店人，在读博士。Ｅｍａｉｌ：ｗｘｆ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通讯作者。Ｅｍａｉｌ：ｚｈｕｗｅｉｙｕｎ＠ｎｊａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
饲料利用效率［１４，１５］。然而对反刍动物瘤胃微生物甲烷产量、发酵特性及微生物动力学发酵参数的影响尚不清
楚。本试验利用体外产气法，研究了绞股蓝皂甙对瘤胃微生物甲烷产量、微生物发酵特性及发酵动力学参数的影
响。
１ 材料与方法
１．１ 绞股蓝皂甙
图１ 绞股蓝皂甙分子式中的亲水基团和疏水基团
犉犻犵．１ 犌狔狆犲狀狅狊犻犱犲犮狅狀狊犻狊狋狊狅犳狋犺犲犺狔犱狉狅狆犺狅犫犻犮狊犪狆狅犵犲狀犻狀
狆犪狉狋犪狀犱狋犺犲犺狔犱狉狅狆犺犻犾犻犮狊狌犵犪狉狆犪狉狋犻狀狋犺犲犿狅犾犲犮狌犾犲
Ｒ１、Ｒ２为葡萄糖和鼠李糖；Ｒ３为葡萄糖和木糖
Ｒ１ａｎｄＲ２＝ｇｌｕｃｏｓｅ，ｒｈａｍｎｏｓｅ；Ｒ３＝ｇｌｕｃｏｓｅ，ｘｙｌｏｓｅ
陕西康威生物工程有限公司绞股蓝（犌狔狀狅狊狋犲犿犿犪
狆犲狀狋犪狆犺狔犾犾狌犿）皂甙含量≥９８％。绞股蓝皂甙的分子
式如图１所示。
１．２ 瘤胃液的采集和培养基制备
瘤胃液来自４头装有永久性瘤胃瘘管的波尔山羊
与本地山羊杂交的成年公山羊，日粮以羊草为主，每日
补饲１５０ｇ精料（精料组成，玉米∶豆粕＝２∶１），自由
饮用清洁水。于晨饲前采集瘤胃液，用４层纱布过滤，
与培养基按１∶２混合，在３９℃培养箱中培养３０ｍｉｎ，
并充分通入ＣＯ２，进行厌氧分装，每瓶６０ｍＬ。
每Ｌ培养基中含１５．７１ｍｇＣａＣｌ２·２Ｈ２Ｏ，１１．９０
ｍｇＭｎＣｌ２·４Ｈ２Ｏ，１．１９ｍｇＣｏＣｌ２·６Ｈ２Ｏ，９．５２ｍｇ
ＦｅＣｌ３·６Ｈ２Ｏ，０．１４３ｇ ＭｇＳＯ４·７Ｈ２Ｏ，７６．２ ｍｇ
ＮａＯＨ，０．９５ｇＮＨ４ＨＣＯ３，８．３３ｇＮａＨＣＯ３，１．３６ｇ
Ｎａ２ＨＰＯ４，１．４８ｇＫＨ２ＰＯ４，２．９８ｇＮａ２Ｓ·９Ｈ２Ｏ和
０．２９８ｇ盐酸半胱胺［１６］。
１．３ 试验设计
本试验于２００７年５月－２００７年１１月完成，试验进行了２次重复。根据绞股蓝皂甙添加量将本试验分为５
组，对照组不加皂甙，试验组分别加入５，１０，２０和４０ｍｇ皂甙。取６０ｍＬ瘤胃液与培养基的混合液（瘤胃液∶培
养基＝１∶２）分装于１６０ｍＬ的发酵瓶中，每瓶含０．６ｇ底物。底物由精料和粗饲料组成（３∶７），精料为玉米和豆
粕，分别为０．１２６和０．０５４ｇ，粗饲料为０．４２ｇ羊草草粉（过１ｍｍ筛）。发酵瓶封盖、气压平衡后置于３９℃培养
箱中培养，并定时摇匀，发酵分２批进行。试验一，分析皂甙对瘤胃微生物发酵及甲烷产量的影响，培养２４ｈ；试
验二，分析皂甙对瘤胃微生物发酵动力学参数的影响，培养１２０ｈ。
１．４ 指标测定
１．４．１ 产气量测定 根据Ｔｈｅｏｄｏｒｏｕ等［１７］的方法，使用气压转换器 （ＩＧＥＲ，ＵＫ）定时测定厌氧瘤胃微生物发
酵产气量。根据各产气量和气压进行校正，除去空白发酵瓶产气量，计算出累积产气量。
１．４．２ 甲烷浓度测定 使用气相色谱仪（岛津ＧＣ１４Ｂ）测定甲烷浓度变化。气相色谱仪装有离子火焰检测器
和毛细管柱 （Ｓｕｐｅｌｃｏ，ＵＳ，Ｎｏ．３４２９２０７Ｂ，３０ｍ×０．３２ｍｍ×０．２５μｍ膜厚）。气相色谱仪工作条件，毛细柱柱
温８０℃，气化室温度１００℃，检测室温度１２０℃，氢火焰离子型检测器。高纯氮总流量３０．２ｍＬ／ｍｉｎ，柱流１．７
ｍＬ／ｍｉｎ，氢气流量４０ｍＬ／ｍｉｎ，空气流量４００ｍＬ／ｍｉｎ。
１．４．３ 挥发性脂肪酸测定 取发酵液样品１ｍＬ加２５％偏磷酸和巴豆酸（内标法，１００ｍＬ溶液中含巴豆酸
０．６４６４ｇ）混合液０．２ｍＬ，－２０℃冰箱保存。测定前解冻，１２０００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，取上清液０．６μＬ测定。优
化张磊和邵涛［１８］的方法测定ＶＦＡ，柱温１３０℃，进样器温度为１８０℃，检测器温度为１８０℃。高纯氮总流量３０．２
ｍＬ／ｍｉｎ，柱流１．７ｍＬ／ｍｉｎ，氢气流量４０ｍＬ／ｍｉｎ，空气流量４００ｍＬ／ｍｉｎ。
１．４．４ 氢利用率的计算 根据Ｄｅｍｅｙｅｒ［１９］挥发性脂肪酸和甲烷产量计算法，计算公式：２犎狉（％）＝（４犕＋２犘
＋２犅）×１００／（２犃＋犘＋４犅）。其中，犃为乙酸；犘为丙酸；犅为丁酸；犕 为甲烷（以上均为净摩尔产量）。
１．４．５ 氨态氮浓度测定 将样品与０．２ｍｏｌ／Ｌ盐酸等体积混合，于－２０℃保存。测定前解冻，于４℃条件下，
３５第２０卷第２期 草业学报２０１１年
１００００ｒ／ｍｉｎ离心１０ｍｉｎ，取上清液采用比色法进行测定分析［２０］。
１．４．６ 微生物蛋白测定 －２０℃冻存的样品室温下解冻，取３ｍＬ样品１０００ｒ／ｍｉｎ离心８ｍｉｎ，除去原虫和饲
料残渣。２ｍＬ上清液２５０００ｒ／ｍｉｎ离心２０ｍｉｎ［２１］。１００μＬ上清液加入到５ｍＬ考马斯亮蓝溶液中，在５９５ｎｍ
波长下读取吸光度值。以结晶牛血清白蛋白为标准品，制作标准曲线。
１．４．７ 原虫计数 将混匀发酵液与９％甲醛等比例混合避光保存，用改装的血细胞计数板计数。改装后计数板
的计数室高度为０．２５ｍｍ，以确保较大体积原虫也能被计数［２２］。
１．４．８ 皂甙对体外微生物动态发酵参数的影响 体外发酵的累积产气量经过Ｓａｌａｍ［２３］数学模型处理。
犌犪狊（狋）＝犫（１－ｅｘｐ－犮（狋－犔））
其中，犫为最大产气量（ｍＬ）；犮为产气速率（ｍＬ／ｈ）；狋为培养时间（ｈ）；犔为延滞时间（ｈ）。
１．５ 数据分析
所有数据经Ｅｘｃｅｌ２００３初步整理后，采用ＳＰＳＳ（Ｖｅｒｓｉｏｎ１３．０）软件，ＯｎｅＷａｙＡＮＯＶＡ分析，差异显著性用
Ｄｕｎｃａｎ’ｓ法进行多重比较［２４］。
２ 结果与分析
２．１ 绞股蓝皂甙对甲烷浓度的影响
甲烷在发酵气体中的浓度，随皂甙添加量的增加而降低（图２Ａ）。发酵８ｈ，试验组甲烷浓度显著低于对照组
（犘＜０．０５），分别下降３０．２０％，４３．４９％，４４．６７％和７５．８％；１２ｈ，５ｍｇ组和１０ｍｇ组甲烷浓度与对照组比较差
异不显著（犘＞０．０５），２０ｍｇ组显著低于对照组（犘＜０．０５），４０ｍｇ组极显著低于对照组（犘＜０．０１），与对照组比
较，试验组甲烷浓度分别下降６．９７％，９．６３％，１８．９０％和６１．８２％；２４ｈ，５ｍｇ组和２０ｍｇ组甲烷浓度与对照组
比较差异不显著（犘＞０．０５），１０ｍｇ组显著低于对照组（犘＜０．０５），４０ｍｇ组极显著低于对照组 （犘＜０．０１），处理
组甲烷浓度比对照组分别下降２．３４％，９．３９％，６．９０％和２０．７３％。发酵过程中甲烷浓度与绞股蓝皂甙剂量之间
存在显著的线性效应（犘＜０．０５），相关系数为０．９６（图２Ｂ）。以上结果表明，绞股蓝皂甙对瘤胃微生物的甲烷产
生具有抑制作用，并呈极显著的剂量效应（犘＜０．０１）。
图２ 绞股蓝皂甙对瘤胃微生物甲烷浓度的影响及甲烷浓度与皂甙剂量之间的关系
犉犻犵．２ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犵狔狆犲狀狅狊犻犱犲狅狀犻狀狏犻狋狉狅狉狌犿犻狀犪犾犿犲狋犺犪狀犲犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪狀犱
狋犺犲狉犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀犿犲狋犺犪狀犲犮狅狀犮犲狀狋狉犪狋犻狅狀犪狀犱犵狔狆犲狀狅狊犻犱犲犱狅狊犲
Ａ：甲烷浓度 Ｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ；Ｂ：甲烷浓度与皂甙剂量之间的关系Ｔｈｅｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｂｅｔｗｅｅｎｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｄｏｓａｇｅ
２．２ 绞股蓝皂甙对瘤胃微生物发酵特性的影响
与对照组比较，发酵２４ｈ，２０ｍｇ组产气量显著下降（犘＜０．０５）（表１），４０ｍｇ组产气量极显著下降（犘＜
０．０１），且产气量与皂甙剂量之间存在极显著的线性效应（犘＜０．０１）。试验组ｐＨ值和微生物蛋白浓度没有显著
变化（犘＞０．０５）。原虫数量与皂甙剂量之间有极显著的线性和二次方效应（犘＜０．０１），４０ｍｇ组极显著减少（犘
４５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
＜０．０１），其他处理组显著减少（犘＜０．０５），处理组原虫分别下降３５．５９％，４７．８０％，５１．８６％和５６．２７％。氨态氮
浓度随剂量的增加逐渐升高，其中１０ｍｇ组和４０ｍｇ组显著升高（犘＜０．０５），其他试验组没有显著变化（犘＞
０．０５），处理组氨态氮浓度分别提高１．６９，１．８９，０．７６和２．４７ｍｍｏｌ／Ｌ，氨态氮浓度与皂甙剂量之间有显著的线性
效应（犘＜０．０５）。
表１ 绞股蓝皂甙对瘤胃微生物发酵产物的影响
犜犪犫犾犲１ 犈犳犳犲犮狋狊狅犳犵狔狆犲狀狅狊犻犱犲狅狀犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀狆狉狅犱狌犮狋狊狅犳狉狌犿犲狀犿犻犮狉狅狅狉犵犪狀犻狊犿狊
指标Ｉｔｅｍ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ（ｍｇ）
０ ５ １０ ２０ ４０
犘值犘ｖａｌｕｅ
ＳＥＭ Ｔ Ｌ Ｑ
ｐＨ值ｐＨｖａｌｕｅ ６．６１ ６．６０ ６．５８ ６．６１ ６．６３ ０．００６ ０．２４ ０．３５３ ０．０５３
氨态氮ＮＨ３Ｎ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ７．７３ｂ ９．４２ａｂ ９．６１ａ ８．４９ａｂ １０．２０ａ ０．３０９ ０．０５４ ０．０３８ ０．５３３
产气量Ｇａｓ（ｍＬ） ８４．４０ａｂ ８８．５０ａ ７９．３０ｂｃ ７７．６７ｃｄ ７１．５０ｄ １．７３０ ＜０．０１ ＜０．０１ ０．１１８
甲烷 Ｍｅｔｈａｎｅ（％） ９．９５ａ ９．７２ａｂ ９．０２ｂ ９．２７ａｂ ７．８９ｃ ０．２１１ ＜０．０１ ＜０．０１ ０．１５１
原虫Ｐｒｏｔｏｚｏａ（×１０４） ９．８３ａ ６．３３ｂ ５．１３ｂｃ ４．７３ｂｃ ４．３０ｃ ０．５９２ ＜０．０１ ＜０．０１ ＜０．０１
微生物蛋白 ＭＣＰ（ｍｇ／ｍＬ） ２．６６ ２．４６ ３．０２ ２．８７ ３．２６ ０．１１９ ０．３７ ０．０９３ ０．６３８
氢利用率２Ｈｒ ７２．３８ａｂ ８２．８９ａ ５１．４７ｃ ６１．５７ｂｃ ６２．１０ｂｃ ０．０３２ ＜０．０１ ＜０．０１ ０．１５７
总挥发酸ＴＶＦＡ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ６３．０５ｂ ５０．６７ｂ ９５．２０ａ ６６．３６ｂ ５０．９９ｂ ４．９３８ ＜０．０５ ０．６７８ ＜０．０１
ＶＦＡｓ
乙酸Ａｃｅｔａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ４１．７５ａｂ ３３．７１ｂｃ ６４．４４ａ ４５．７４ｂｃ ３３．７４ｃ ３．４３１ ＜０．０５ ０．７７７ ＜０．０１
丙酸Ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） １２．１５ｂ １０．２９ｂ １６．１８ａ １１．６９ｂ １１．０９ｂ ０．６８３ ＜０．０５ ０．８３８ ０．０８０
丁酸Ｂｕｔｙｒａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ５．３６ａｂ ４．１８ｂｃ ６．３６ａ ４．１０ｂｃ ３．２９ｃ ０．３２３ ＜０．０１ ＜０．０１ ０．０２８
异丁酸Ｉｓｏｂｕｔｙｒａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ２．４０ｂｃ １．５２ｃ ５．３７ａ ３．１８ｂ １．８４ｂｃ ０．４０７ ＜０．０１ ０．７２６ ＜０．０１
戊酸 Ｖａｌｅｒａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ０．４７ｂ ０．３５ｂｃ ０．６７ａ ０．４３ｂｃ ０．３１ｃ ０．０３６ ＜０．０１ ０．１０４ ＜０．０１
异戊酸Ｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ０．９２ｂ ０．６３ｂ ２．１８ａ １．２１ｂ ０．７２ｂ ０．１６８ ＜０．０１ ０．７８６ ＜０．０１
支链脂肪酸ＢＣＰ（ｍｍｏｌ／Ｌ） ３．３３ｂｃ ２．１５ｃ ７．５６ａ ４．３９ｂ ２．５６ｂｃ ０．５７２ ＜０．０１ ０．７３７ ＜０．０１
乙酸丙酸比Ａ／Ｐ ３．４５ｂｃ ３．２７ｃ ３．９７ａ ３．８９ａ ３．０８ｃ ３．２９１ ０．０２ ０．８３４ ０．０１０
注：同行不同字母表示在０．０５水平上差异显著。下同。
Ｎｏｔｅ：Ｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｅｔｔｅｒｓｉｎｔｈｅｓａｍｅｒｏｗｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｔ５％ｌｅｖｅｌｂｙＤｕｎｃａｎ’ｓｍｕｌｔｉｐｌｅｒａｎｇｅｔｅｓｔ．Ｔｈｅｓａｍｅｂｅｌｏｗ．
ＢＣＰ，ｂｒａｎｃｈｅｄｃｈａｉｎｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｏｆＶＦＡ支链脂肪酸，为异丁酸与异戊酸之和；ＭＣＰ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌｃｒｕｄｅｐｒｏｔｅｉｎ微生物蛋白；Ｌ，ｌｉｎｅａｒ线性效应；Ｑ，
ｑｕａｄｒａｔｉｃ二次方效应；Ｔ，ｔｒｅａｔ处理效应；ＳＥ，ｓｔａｎｄａｒｄｅｒｒｏｒ标准误。
随着皂甙剂量的增加，乙酸和ＴＶＦＡ浓度呈极显著的二次方效应（犘＜０．０１）。１０ｍｇ组ＴＶＦＡ、乙酸和丙酸
浓度显著升高（犘＜０．０５），其他试验组没有显著性变化（犘＞０．０５）。丁酸浓度与皂甙剂量之间存在极显著的线性
（犘＜０．０１）和显著的二次方效应（犘＜０．０５），其中４０ｍｇ组丁酸浓度极显著降低（犘＜０．０１），其他试验组无显著
变化（犘＞０．０５）。异丁酸、异戊酸和ＢＣＰ浓度随着皂甙剂量增加呈极显著的二次方效应（犘＜０．０１），其中１０ｍｇ
组的异丁酸、异戊酸和ＢＣＰ浓度极显著升高（犘＜０．０１），其他试验组没有显著变化（犘＞０．０５）。戊酸浓度与皂甙
剂量之间有极显著的二次方效应（犘＜０．０１），１０ｍｇ组戊酸浓度显著地提高（犘＜０．０５），而４０ｍｇ组显著下降（犘
＜０．０５），其他试验组没有显著变化（犘＞０．０５）。１０ｍｇ组和２０ｍｇ组乙酸与丙酸的比例显著升高（犘＜０．０５），其
他试验组没有显著变化（犘＞０．０５），乙丙比与皂甙剂量之间存在极显著的二次方效应（犘＜０．０１）。
发酵２４ｈ，与对照组比较，１０ｍｇ组氢的利用率极显著下降（犘＜０．０１）（表１）。氢的利用率与皂甙剂量之间
有极显著的线性变化规律（犘＜０．０１）。
２．３ 皂甙对微生物发酵参数的影响
１２０ｈ发酵参数的变化，理论产气量随剂量的增加而减少（表２），其中２０ｍｇ组和４０ｍｇ组产气量显著低于
５５第２０卷第２期 草业学报２０１１年
对照组和５ｍｇ试验组（犘＜０．０５）；实测产气量与理论产气量有着相同的规律，随皂甙添加量增加呈下降趋势，其
中４０ｍｇ组显著低于对照组和其他试验组（犘＜０．０５）。理论产气量和实测产气量与皂甙剂量之间存在显著的线
性和二次方效应（犘＜０．０５）。产气速率随着皂甙剂量增加呈增加趋势，试验组与对照组比较差异不显著。试验
组之间，２０ｍｇ组和４０ｍｇ组显著高于５ｍｇ组（犘＜０．０５），产气速率与皂甙剂量存在显著的剂量效应（犘＜
０．０５）。绞股蓝皂甙使发酵延滞期延长，其中５ｍｇ组延滞期显著高于对照组（犘＜０．０５）。在９６ｈ培养过程中，
皂甙在不同时间都有抑制微生物产气的作用（图３）。产气动力学变化规律基本一致，产气量与绞股蓝皂甙添加
量之间有着明显的负相关。
表２ 绞股蓝皂甙对体外瘤胃微生物动态发酵参数的影响
犜犪犫犾犲２ 犜犺犲犲犳犳犲犮狋狊狅犳犵狔狆犲狀狅狊犻犱犲狅狀犻狀狏犻狋狉狅犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀犽犻狀犲狋犻犮狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊
指标Ｉｔｅｍ
处理Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ（ｍｇ）
０ ５ １０ ２０ ４０
犘值犘ｖａｌｕｅ
ＳＥＭ Ｔ Ｌ Ｑ
理论产气量Ｐｒｅｄｉｃｔｅｄｔｏｔａｌｇａｓｐｏｏｌ（ｍＬ） １２７．３８ａ １２９．３１ａ １２３．６３ａｂ １１７．９２ｂ ９７．９０ｃ ２．８０８ ＜０．０１ ＜０．０１ ＜０．０１
实际产气量 Ｍｅａｓｕｒｅｄｔｏｔａｌｇａｓｐｏｏｌ（ｍＬ） １２６．２７ａ １２７．９４ａ １２４．０６ａ １１９．５３ａ １０２．８５ｂ ２．４１２ ＜０．０１ ＜０．０１ ＜０．０１
产气速率Ｒａｔｅｏｆｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ（ｍＬ／ｈ） ０．０３６ａｂ ０．０３４ａ ０．０３８ａｂ ０．０４２ｂ ０．０４１ｂ ０．００１ ０．１１ ０．０１８ ０．８２１
延滞期Ｌａｇｔｉｍｅ（ｈ） －１．１７６ａ －１．９２６ｂ －１．４６３ａｂ －１．４３７ａｂ －１．４７５ａｂ ０．０９９ ０．２０ ０．８６９ ０．２１９
３ 讨论
图３ 添加皂甙后瘤胃微生物产气量的动态变化规律
犉犻犵．３ 犜犺犲犽犻狀犲狋犻犮犮犺犪狀犵犲狅犳犵犪狊狆狉狅犱狌犮狋犻狅狀犪犳狋犲狉
狋狉犲犪狋犿犲狀狋狅犳犵狔狆犲狀狅狊犻犱犲
体外发酵产气法作为一种省时、低成本和试验条
件容易控制，常被用于评价粗饲料降解率及研究饲料
发酵动力学［１７］。本试验利用产气法研究了绞股蓝皂
甙对体外瘤胃微生物甲烷产量及发酵特性的影响，瘤
胃微生物体外甲烷产量明显下降，并与绞股蓝皂甙剂
量之间存在极显著的线性效应。导致甲烷产量下降的
原因，一方面可能是由于绞股蓝皂甙能够与原虫细胞
膜的胆固醇结合，导致原虫细胞膜完整性被破坏，使膜
内外渗透压发生改变，引起原虫死亡，数量下降，造成
与其共生的产甲烷菌数量和活性下降，同时原虫活动
产生氢的量减少，使甲烷合成下降，此结果与 Ｗａｎｇ
等［２５］和Ｈｒｉｓｔｏｖ等［２６］使用丝兰皂甙调控瘤胃发酵的
结果相一致。同时，对山羊瘤胃液中产甲烷菌进行定量分析表明，绞股蓝皂甙对游离的产甲烷菌同样产生很强的
抑制作用（数据未显示），也会引起甲烷产量的下降。其次，高剂量绞股蓝皂甙可能对某些纤维降解菌产生负面效
应（高剂量绞股蓝皂甙减少山羊瘤胃内纤维降解菌的数量，数据未显示），使其在饲料纤维降解过程中产生的用于
合成甲烷的底物－氢的产量下降，甲烷合成活性下降，甲烷产量降低。高剂量绞股蓝皂甙对纤维降解菌产生的负
面效应，也使瘤胃微生物对饲料纤维的降解作用受到抑制，从而导致产气量减少，且微生物发酵产气量随着皂甙
剂量增加呈显著的线性下降。本试验结果与Ｄｉａｚ等［１１］使用无患子皂甙提高纤维降解菌数量不同。这可能是由
于皂甙对瘤胃微生物数量及发酵特性的作用因皂甙来源和结构不同而不同。本试验中绞股蓝皂甙抑杀了原虫，
减少了原虫对细菌的吞噬作用，使微生物蛋白浓度略有提高（除５ｍｇ组外），此结果与Ｐｅｎ等［２７］报道丝兰皂甙能
提高微生物蛋白浓度基本一致。
反刍动物主要利用糖原异生途径合成体内的糖原，而丙酸是最主要的生糖物质，乙酸是反刍动物的燃料分子
和合成乳脂的前体物［２８］。因此，提高ＶＦＡ含量可以更好地满足反刍动物对饲料能量的利用，其中丙酸含量尤为
重要。大量研究表明，由于皂甙结构不同，对微生物ＶＦＡ产量有不同的影响。Ｐｅｎ等［２７］发现丝兰皂甙显著提高
６５ ＡＣＴＡＰＲＡＴＡＣＵＬＴＵＲＡＥＳＩＮＩＣＡ（２０１１） Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．２
丙酸的产量，而皂皮树皂甙对丙酸无显著影响。本研究结果显示，添加适量绞股蓝皂甙（１０ｍｇ）显著提高乙酸和
丙酸产量，使ＴＶＦＡ产量显著增加。乙酸、丁酸、异丁酸、戊酸、异戊酸、ＢＣＰ、ＴＶＦＡ浓度及乙丙比与皂甙剂量之
间有二次方效应，丁酸同时具有显著的线性效应。这可能是由于绞股蓝皂甙的添加影响了微生物菌群，改变了营
养物质的代谢方向［２９］。１０ｍｇ处理组发酵液ｐＨ值略低于对照组，这是由于此组的ＶＦＡ产量增加而引起的ｐＨ
值变化。以上结果表明，在适当的绞股蓝皂甙剂量条件下，可以提高瘤胃微生物的ＶＦＡ产量。
瘤胃氨态氮浓度反映了饲料蛋白质降解与微生物蛋白合成之间的平衡关系［３０，３１］。有报道认为，添加皂甙使
饲料蛋白质降解率下降或微生物蛋白合成增加，引起瘤胃氨态氮浓度降低［３２］。本试验结果显示，添加绞股蓝皂
甙线性提高了氨态氮浓度。这可能是由于瘤胃液中原虫大约占到瘤胃微生物生物量的５０％左右，当皂甙使原虫
裂解后释放大量的微生物蛋白，进一步被分解为氨氮，引起瘤胃氨态氮浓度上升。但均处于６～３０ｍｇ／１００ｍＬ
的正常氨态氮范围之内［３３］。
粗饲料发酵产气量主要取决于饲料可溶性和不可溶性部分的比例［２６］。本试验中理论产气量与实际产气量
结果说明，在低剂量皂甙水平时可以促进微生物的发酵，提高气体产量，但随着剂量的升高，微生物的数量和活性
下降，导致产气量开始下降，且理论产气量与实际产气量与绞股蓝皂甙剂量之间有着显著的线性和二次方效应。
随绞股蓝皂甙添加量的增加产气速率有逐渐提高的趋势，产气速率与剂量之间存在显著的线性效应，反映了皂甙
提高了饲料中不可溶碳水化合物部分的发酵。皂甙的添加使微生物发酵延滞期延长，这是由于发酵初期皂甙对
微生物的活性起到抑制作用，导致延滞期增加。
４ 结论
绞股蓝皂甙添加到发酵体系中，能够调节瘤胃微生物发酵，减少温室气体甲烷的产生，降低瘤胃原虫数量，增
加瘤胃微生物蛋白产量，适当皂甙水平能提高挥发性脂肪酸的产量，提高反刍动物饲料的能量利用效率和减缓甲
烷对环境的污染。同时，绞股蓝皂甙能够改变瘤胃微生物发酵的动力学模型，使不可溶碳水化合物的产气速率增
加。
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狆狉狅犱狌犮狋犻狅狀犪狀犱犳犲狉犿犲狀狋犪狋犻狅狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊
ＷＡＮＧＸｉｎｆｅｎｇ１，２，ＭＡＯＳｈｅｎｇｙｏｎｇ１，ＺＨＵ Ｗｅｉｙｕｎ１
（１．ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧａｓｔｒｏｉｎｔｅｓｔｉｎａｌＭｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９５，Ｃｈｉｎａ；
２．ＣｏｌｅｇｅｏｆＡｎｉｍａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈｉｈｅｚｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｉｈｅｚｉ８３２００３，Ｃｈｉｎａ）
犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｏｎｒｕｍｉｎａｌｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙａｎ犻狀狏犻狋狉狅ｇａｓｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｎｍｉｘｅｄ
ｒｕｍｅｎｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓｃｏｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｇｏａｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ１ｗａｓｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏａｓｓｅｓｓｅｆｆｅｃｔｓｏｎｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃ
ｔｉｏｎａｎｄｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｕｍｅｎｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ２ｗａｓｄｏｎｅｔｏａｓｓａｙｅｆｆｅｃｔｓｏｎｆｅｒ
ｍｅｎｔａｔｉｏｎｋｉｎｅｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＴｈｅｄｉｅｔｃｏｎｓｉｓｔｅｄｏｆＬｅｙｍｕｓｃｈｉｎｅｎｓｉｓ０．４２ｇ，ｇｒｏｕｎｄｃｏｒｎｇｒａｉｎ０．１２６ｇａｎｄ
ｓｏｙｂｅａｎｍｅａｌ０．０５４ｇ（１ｍｍｓｃｒｅｅｎ）ａｓｓｕｂｓｔｒａｔｅｓｉｎｅａｃｈｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｖｅｓｓｅｌ．Ｆｉｖｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｓｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄ
ｆｏｒｅａｃｈｃｏｍｐｏｕｎｄ（０，５，１０，２０ａｎｄ４０ｍｇ／６０ｍＬｏｆｔｈｅｔｏｔａｌｃｕｌｔｕｒｅｍｅｄｉｕｍ）．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ，
ｄｕｒｉｎｇａｎ８ｈｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙ３０．２０％，４３．４９％，４４．６７％ａｎｄ７５．８％
ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｆｔｅｒｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅａｄｄｉｔｉｏｎ（犘＜０．０５）．Ｄｕｒｉｎｇａ１２ｈｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｒｅｄｕｃｅｄｍｅｔｈａｎｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂｙ６．９７％，９．６３％，１８．９０％ （犘＜０．０５）ａｎｄ６１．８２％ （犘＜０．０１）ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙａｔｔｈｅｆｏｕｒｇｙｐｅ
ｎｏｓｉｄｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ．Ｄｕｒｉｎｇａ２４ｈｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ｍｅｔｈａｎｅｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｄｅｃｒｅａｓｅｄｂｙ２．３４％，９．３９％，
６．９０％ａｎｄ２０．７３％ａｆｔｅｒｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｉｎｅａｒｐａｔｔｅｒｎｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｅｔｗｅｅｎｍｅｔｈａｎｅ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｄｏｓａｇｅ（犘＜０．０１）．Ｔｈｅｈｙｄｒｏｇｅｎｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｗａｓｌｏｗｅｒｔｈａｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｔｔｈｅ１０
ｍｇｌｅｖｅｌ（犘＜０．０１）．ＴｈｅＴＶＦＡ（ｔｏｔａｌｖｏｌａｔｉｌｉｔｙｆａｔｔｙａｃｉｄ），ａｃｅｔａｔｅ，ｐｒｏｐｉｏｎａｔｅ，ｉｓｏｂｕｔｙｒａｔｅａｃｉｄｓ，ｖａｌｅｒａｔ，
ｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅａｎｄＢＣＰｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙｔｈｅｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｓａｔｔｈｅ１０ｍｇｌｅｖｅｌ（犘＜０．０５）
ｗｈｉｌｅｂｕｔｙｒａｔｅｗａｓｒｅｄｕｃｅｄｂｙｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｔｒｅａｔｍｅｎｔａｔ４０ｍｇ（犘＜０．０５）．Ｔｈｅａｃｅｔａｔｅｔｏｐｒｏｐｉｏｎａｔｅｒａｔｉｏｉｎ
ｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｗｉｔｈ１０ｍｇａｎｄ２０ｍｇｏｆｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅ（犘＜０．０５）．Ｔｈｅｒｅｗａｓａｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｑｕａｄｒａｔｉｃｐａｔｔｅｒｎ
ｆｏｒａｃｅｔａｔｅ，ｂｕｔｙｒａｔｅ，ｉｓｏｂｕｔｙｒａｔｅ，ｖａｌｅｒａｔｅ，ｉｓｏｖａｌｅｒａｔｅ，ＢＣＰ，ＴＶＦＡａｎｄａｃｅｔａｔｅｔｏｐｒｏｐｉｏｎａｔｅｒａｔｉｏａｎｄＴＶ
ＦＡｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｄｏｓｅ（犘＜０．０５ｏｒ犘＜０．０１）．Ｔｈｅｒｅｗａｓａｌｓｏａｌｉｎｅａｒｐａｔｔｅｒｎ
ｆｏｒｂｕｔｙｒａｔｅ（犘＜０．０１）．Ｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌ，ｔｈｅｐｒｏｔｏｚｏａｃｏｕｎｔｓｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｇｒｏｕｐｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｒｅ
ｄｕｃｅｄｂｙｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅａｄｄｉｔｉｏｎ（犘＜０．０５ｏｒ犘＜０．０１），ａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅｌｉｎｅａｒａｎｄｑｕａｄｒａｔｉｃｐａｔｔｅｒｎｓｂｅｔｗｅｅｎｐｒｏ
ｔｏｚｏａｎｕｍｂｅｒｓａｎｄｓａｐｏｎｉｎｄｏｓａｇｅ（犘＜０．０１）．Ｍｉｃｒｏｂｅｐｒｏｔｅｉｎｗａｓｎｏｔｃｈａｎｇｅｄａｂｒｕｐｔｌｙ，ｂｕｔｔｅｎｄｅｄｔｏｉｎ
ｃｒｅａｓｅ．Ａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｗａｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｉｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｔ１０ａｎｄ４０ｍｇｏｆｇｙｐｅｎｏ
ｓｉｄｅｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗａｓａｌｉｎｅａｒｅｆｆｅｃｔｂｅｔｗｅｅｎａｍｍｏｎｉａｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｎｄｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｌｅｖｅｌｓ．Ｔｈｅ
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄａｃｔｕａｌｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｓｒｅｄｕｃｅｄａｔｈｉｇｈｓａｐｏｎｉｎｌｅｖｅｌｓ，ａｎｄｔｈｅｒｅｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｉｎｅａｒａｎｄ
ｑｕａｄｒａｔｉｃｐａｔｔｅｒｎｓｂｅｔｗｅｅｎｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎａｎｄｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｌｅｖｅｌｓ．Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｉｎｅａｒａｎｄｑｕａｄｒａｔｉｃｅｆｆｅｃｔｓｗｅｒｅ
ｏｂｓｅｒｖｅｄｏｎｒａｔｅｏｆｇａｓｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅｌｅｖｅｌｓ．Ｔｈｅｓｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅ
ａｄｄｉｔｉｏｎｃａｎｍｏｄｉｆｙｔｈｅｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｐａｔｔｅｒｎ，ｒｅｄｕｃｅｍｅｔｈａｎｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｍｐｔＶＦＡ（ｖｏｌａ
ｔｉｌｉｔｙｆａｔｔｙａｃｉｄ）ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｉｍｐｒｏｖｅｆｅｅｄｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄａｂａｔｅｐｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｂｙ
ｍｅｔｈａｎｅｄｅｒｉｖｅｄｆｒｏｍｒｕｍｉｎａｎｔｓ．
犓犲狔狑狅狉犱狊：ｇｙｐｅｎｏｓｉｄｅ；ｒｕｍｉｎａｌｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ；ｍｅｔｈａｎｅ；犻狀狏犻狋狉狅；ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
９５第２０卷第２期 草业学报２０１１年