瘤胃微生物发酵特性与降解效率两大影响因素——讨论、结论
3 讨 论
3.1 SSA与ST对NDF体外发酵产气特性的影响
粗饲料颗粒的物理特征(如颗粒大小和粗糙度)与其SSA直接相关，且直接影响微生物吸附降解纤维的能力。M. Tafaj等研究发现，全价混合日粮的颗粒大小能影响NDF体外发酵的气体生成量；M. Witzig等研究显示，粗饲料的来源和粗饲料颗粒大小对瘤胃Bacteroides-Prevotella菌群体外培养也有显著影响；P. J. Weimer等研究报道称，纤维素降解速率与纤维素总SSA呈强烈正相关(r=0.978)；本研究发现，NDF的SSA大小对NDF体外发酵产气参数具有显著影响，增加底物SSA会降低快速发酵部分的产气量，但显著提高了慢速发酵部分的产气量。其原因可能是SSA大的粗饲料颗粒与发酵液接触面大，从而更易失去可溶性物质，但同时也增大了与微生物的接触面积，使得更多的微生物可吸附在饲料颗粒上，最终导致NDF快速可降解部分产气量降低，慢速可发酵部分的产气量增加。但从总产气量来看，3种SSA的NDF间无显著差异，可能是不同SSA的NDF的微生物有效接触位点趋同所致。
产气延滞时间是微生物增殖的重要指标，产气延滞时间越长说明微生物增殖越缓慢。NDF的SSA为4.44 m²·g⁻¹时的延滞时间极显著地低于SSA分别为3.27和3.73 m²·g⁻¹时的延滞时间，说明NDF的SSA越大，微生物提供的可吸附面积就越大，故微生物增殖的速度就越快，这与海洋微生物在活性炭上的生物附着量比相同重量的泥沙多50%的研究结果一致。
微生物吸附于基质表面时遵循DLVO理论，表面疏水性是影响微生物吸附和微生物相互凝聚的重要因素，疏水性细菌易于吸附至疏水性基质表面，亲水性细菌则易于吸附至亲水性基质表面。具有两亲性的表面活性剂能降低表面或界面张力，或在两相界面上积累混溶液体和增加疏水性或是不溶的有机基质的溶解性、移动性、生物利用度和生物降解性。本试验通过添加APG改变发酵液ST条件，发现高发酵液ST条件下NDF快速发酵部分产气量要低于低发酵液ST。该结果与K. H. J. Lee等利用大麦草进行体外研究所得结果一致，该研究发现，在大麦草体外培养液中添加0.1%的吐温80显著降低大麦草的累积产气量。但本研究结果与Y. Wang等的结果不太一致；Y. Wang等研究发现，添加0.2%的吐温80不影响苜蓿、青贮玉米及鸭茅的24 h产气量，但增加了苜蓿的潜在产气量及青贮玉米和鸭茅的产气率，降低了苜蓿的产气率及青贮玉米和鸭茅的潜在产气量。
从发酵延滞时间来看，发酵液ST为54 mN·m⁻¹的产气延滞时间极显著地高于发酵液ST为43和36 mN·m⁻¹，说明ST越低，微生物在底物表面吸附增殖的速度就越快，越有利于微生物对粗饲料的利用，这与Z. H. Cong等在体外发酵试验中添加非离子表面活性剂能减少谷物秸秆的产气延滞时间的研究结果一致。当然，不同表面活性剂改变发酵液ST的能力不一样，发酵液ST对微生物分解纤维能力的影响究竟有多大还需进一步地研究。
3.2 SSA与ST对NDF体外发酵底物消失率的影响
本研究发现，底物SSA大小对NDF体外发酵时NDF消失率有显著影响，当NDF的SSA增大到一定值后NDF的消失率显著提高。W. Z. Yang等发现增加粗饲料颗粒大小能提高消化道中纤维和氮的消化率，以及小肠中有机质、淀粉和酸性洗涤纤维(ADF)的消化率，这与本研究的结果一致；X. G. Zhao等研究发现，尽管水稻秸秆物理有效纤维(peNDF)颗粒大小不会影响瘤胃纤维消化率，但对小肠和整个胃肠道纤维消化率有很大的影响。可见，底物的SSA的确能对底物消失率产生影响。底物的SSA增大会增加微生物与纤维颗粒的结合位点，这可能是底物的SSA高时具有高消失率的主要原因。
Y. Chen等在中国美利奴羊日粮中添加非离子表面活性剂(吐温40、60和80)，发现吐温系列表面活性剂对纤维素降解率没有影响；而Z. Q. Yuan等以不同浓度的表面活性剂APG作为饲料添加剂进行研究，发现日粮中添加6和12 g·kg⁻¹的APG能增加胃肠道有机物和NDF的消失率。本试验以APG作为表面活性剂，配制具有不同ST的体外发酵液进行研究，结果显示，当ST降低到36 mN·m⁻¹时，该处理组各时间NDF的消失率明显低于其他3种ST处理组的NDF消失率，说明低发酵液ST会极显著地抑制底物NDF的消失率，Z. H. Cong等研究也发现，在APG添加量较高时(即低发酵液ST)，会降低秸秆干物质及有机物的降解率，这与本研究的结果一致。
3.3 SSA和ST对NDF体外发酵pH的影响
瘤胃pH是衡量瘤胃生态功能是否正常的一个重要指标，其可在5.5~7.5波动，但当pH低于5.8时便大大增加瘤胃产生酸中毒的机率。反刍动物可通过反刍增加碱性唾液分泌和促进VFA的吸收等多种机制来维持瘤胃内pH的相对恒定。人工模拟瘤胃体外发酵体系不具备这种pH的调节机制，故随发酵时间延长发酵液的pH因发酵产物的累积而逐渐降低。
K. A. Beauchemin等研究发现，粗饲料颗粒大小能显著地影响瘤胃内pH，当饲料颗粒小于一个特定的阈值时，易导致瘤胃内pH下降过快而引发瘤胃酸中毒。在本研究中，各SSA处理组的发酵液pH均在5.90~6.85之间，处于瘤胃微生物所能承受的正常pH范围内。从试验结果中可看出，NDF的SSA大的颗粒，其发酵液pH也较低，其原因可能是底物SSA大时能有效提高细菌吸附能力和活力，同时优先吸附细菌在颗粒表面形成微生物膜，有助于降解纤维并排挤其他种群对颗粒表面的吸附，引起更多的底物被降解，产生更多的VFA，从而导致发酵液pH的降低。
Y. Chen等研究发现绵羊日粮中添加非离子表面活性剂对瘤胃pH无影响。本研究结果显示，发酵液ST为36 mN·m⁻¹处理组的发酵液pH极显著地高于54、46和43 mN·m⁻¹ 3种处理组的pH，而后3个处理组间pH差异不显著。可以推测发酵液ST也存在一个阈值，当低于这一阈值时，将不利于微生物对底物的吸附及降解。本研究中，发酵液ST为36 mN·m⁻¹时已经对微生物的吸附及对底物的降解产生不利影响，使得NDF降解率降低、VFA产量下降，故发酵终止时发酵液具有较高的pH。从NDF消失率与pH的相关性来看，二者之间呈极显著的负相关关系(R=-0.9188， P<0.001)，也证明低发酵液ST不利于微生物对底物的降解。
3.4 SSA与ST对NDF体外发酵NH₃-N浓度的影响
适宜的瘤胃NH₃-N浓度有利于瘤胃微生物生长和菌体蛋白的合成，而较高的NH₃-N浓度则有利于干物质的消化。本研究发现，发酵终止时，发酵液NH₃-N浓度随着底物SSA的增大而降低，即发酵液中NH₃-N浓度与NDF的SSA呈负相关。而M. Wang等发现，peNDF颗粒增大，对山羊血液生化指标、胃肠道微生物氨基酸组成和代谢有轻微影响，但不会对山羊体内氮代谢造成影响。这与本研究结果不一致，还需进一步的研究来证实底物SSA对发酵液中NH₃-N浓度的影响。
本研究发现，发酵液ST对NH₃-N浓度的影响具有时间效应；发酵前36 h时，发酵液中NH₃-N浓度随发酵液ST的降低而增高；发酵后36 h，发酵液中NH₃-N浓度随发酵液ST的降低而降低。袁章琴等在饲料中添加APG，发现发酵液中NH₃-N浓度随APG添加量的增加(即发酵液ST的降低)而上升，并在10 mL·kg⁻¹时达到最高。此外，本研究发酵前期结果与前人所报道的添加非离子表面活性剂能提高发酵液中NH₃-N浓度的结果一致。可见，在一定范围内降低发酵液的ST，有利于微生物对底物进行吸附和降解。Y. Chen等发现ST的降低会减少瘤胃液中的NH₃-N浓度，这可能由于其发酵液ST低于了某一阈值，不利于微生物对底物的吸附和降解所致。至于ST对发酵液NH₃-N浓度的影响为何具有时效性尚需进一步研究。
此外，不同类型表面活性剂及其添加量的不同对瘤胃发酵特性及饲料利用率具有不同的影响，为更好的评价底物与发酵液的界面特性对瘤胃发酵能力的影响，很有必要建立一个直观的评价体系，而用发酵液ST这一指标来衡量发酵环境界面特性对发酵特性的影响便是一个较好的切入点，但这一领域的研究文献相当有限，还需在以后的研究中进一步完善。
4 结 论
本研究采用人工模拟瘤胃体外发酵技术，研究发现，底物SSA大小和发酵液ST对纤维体外发酵特性有显著的影响。在一定范围内提高底物SSA和适当降低发酵液ST，有利于增加底物表面的微生物有效吸附位点和促进微生物对底物的吸附、降解，从而改善瘤胃发酵特性、提高纤维成分的降解率。因此，适宜的饲料SSA和瘤胃液ST对提高反刍动物饲料利用率具有重要意义。今后可从界面物理化学的视角来研究营养物质降解与利用的机制。
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