纳米铜对绵羊瘤胃体外发酵挥发性脂肪酸的影响

纳米铜对绵羊瘤胃体外发酵挥发性脂肪酸的影响李茂1,代振威1,裴彩霞2*（1.晋中市畜牧兽医局，晋中，030600；2.山西农业大学动物科技学院）摘要:试验采用体外发酵法,研究在人工瘤胃液中添加不同浓度的纳米铜（0、50、100、150、200、400、800、1200、2400、4800µg/L）时，对绵羊瘤胃体外发酵挥发性脂肪酸的影响。试验共分10个处理组，每个处理组有3个重复。结果表明:纳米铜在添加量为100～400µg/L时，乙酸浓度和总挥发性脂肪酸浓度都显著高于对照组和其他试验组（P0.05）,pH值低于对照组和其他试验组，但不显著（P0.05）。根据试验结果推断在体外发酵条件下添加适量的纳米铜对瘤胃微生物的发酵有促进作用。关键字：纳米铜;羊瘤胃；体外发酵；挥发性脂肪酸EffectofNano-copperonvolatilefattyacidinvitrorumenfermentationofsheepLiMao1,DaiZhen-wei1,PeiCai-xia2*(Jinzhongcenterforanimalhusbandryandveterinary,Jinzhong,030600)[Abstract]TheinvitrofermentationwasusedtostudytheeffectofdifferentNano-coppersupplementlevels(0、50、100、150、200、400、800、1200、2400、4800µg/L)onvolatilefattyacidintherumenofsheep.TheExperimentwasdividedinto10treatmentswith3replicationspertreatment.Comparingtothecontrol,theculturefluidaceticacidandtotalvolatilefattyacidwerehigherthanallgroupswhentheNano-copperwasaddedwith100～400µg/L(P0.05).ThephwaslowerthanallgroupswhentheNano-copperwasaddedwith100～400µg/L，butnosignificanteffect(P0.05).TheresultsshowedthattheproperamountofNano-coppercouldstimulateoninvitrorumenfermentation.[Keywords]Nano-copper;Sheeprumen;Invitrorumenfermentation;Volatilefattyacid铜元素对绵羊的内分泌系统、免疫系统、繁殖机能、酶的活性、激素的合成都有着重要影响，铜在日粮中的含量还可以影响瘤胃微生物纤维素的降解作用[1]。正常情况下，反刍动物瘤胃中微生物的含铜量是瘤胃液的2～3倍[2]，在日粮中添加铜能够显著提高瘤胃微生物的含铜量[3]。而反刍动物的日粮中如果缺乏铜，瘤胃微生物的正常生长和对纤维的降解作用都会受到影响[4]。纳米铜作为新型铜添加剂，是采用纳米技术制备微量元素铜的超微粉，具有与水有较强亲和力，基金项目：山西省科技攻关项目（20110311031）作者：李茂（1981-），男（汉族），畜牧师；Tel：[phone]*通讯作者：裴彩霞（1973-），女（汉族），教授，博士；Tel：[phone]易于吸收等优点[5]。本试验以麦秸、白羊草为底物，研究纳米铜对绵羊瘤胃体外发酵挥发性脂肪酸的影响。1材料和方法1.1动物的饲养瘤胃液取自6只装有永久瘤胃瘘管的晋中绵羊（35±3.5kg），在山西农业大学动物科技学院畜牧站饲喂，采用单只饲养栏饲养，配有料槽，水槽，配置粗精料比例60:40的日粮，每天7:00和17:30饲喂，饲养水平为1.2倍基础代谢，自由饮水。1.2瘤胃液的收集瘤胃液于晨饲前进行采集，在CO2环境中，用4层纱布过滤于预先充有CO2气体的瓶中，密封，39℃保温箱送至实验室备用。1.3体外发酵与试验设计体外发酵采用改进的Menke法[6]，每个发酵瓶中底物样品量为1.0g，培养液100mL,由10mL混合瘤胃液与常量元素溶液、微量元素溶液、缓冲溶液、刃天青溶液、还原剂溶液等组成。先配置总量的人工瘤胃液，在分液时添加纳米铜。采用体外静态恒温培养法，置于39℃水浴培养箱。恒温培养72小时。本试验按照纳米铜的添加量不同（0、50、100、150、200、400、800、1200、2400、4800µg/L）分成10个处理组，每个样品有3个重复，0添加量组为对照组。1.4实验样品的测定1.4.1pH值的测定于培养72h测发酵产气后，放气至大气压，使用pH仪测定各培养瓶中上层液pH值，计算每组pH值的平均值。1.4.2挥发性脂肪酸浓度的测定在10ml离心管中加入经4层沙布过滤的瘤胃液5ml，再加入25%偏磷酸溶液1ml，混合均匀后，冰水浴中放置30min以上，10000rpm离心10min，取上清液[7]。每个样品取1µL采用GC102AF型气相色谱仪测定挥发性脂肪酸。1.5数据处理方法采用EXCEL软件整理数据，再用SPSS17.0统计分析软件的One-way-ANOVA进行方差分析和显著性检验，试验结果以“平均数±标准误”表示。2结果与分析如表1可见，以麦秸或白羊草为底物，pH值有着相同的趋势，随着纳米铜浓度的升高都是先下降后上升。在添加量为100～400µg/L时，都低于对照组但不显著（P0.05），并且都在添加量为200µg/L时,达到了最低值。与其他试验组相比，底物为麦秸时，添加量为100～400µg/L，显著低于50µg/L的组（P0.05）；低于800～4800µg/L的试验组，但不显著（P0.05）。底物为白羊草时，添加量为100～400µg/L，显著低于1200、4800µg/L的组（P0.05）；低于50、800、2400µg/L的试验组，但不显著（P0.05）。表1纳米铜对绵羊瘤胃体外发酵pH值的影响项目纳米铜µg/L底物麦秸白羊草瘤胃液pH值0（对照组）6.924±0.028ab6.919±0.005ab506.947±0.023b6.919±0.026ab1006.861±0.029a6.829±0.004a1506.858±0.012a6.819±0.047a2006.850±0.030a6.763±0.049a4006.855±0.015a6.828±0.025a8006.865±0.045ab6.927±0.055ab12006.892±0.028ab6.935±0.105b24006.956±0.048ab6.918±0.077ab48006.934±0.014ab6.930±0.005b*注：同列肩注不同字母表示差异显著（P0.05）。下同。如表2可见，以麦秸或白羊草为底物，乙酸浓度有着相同的趋势，随着纳米铜浓度的升高都是先升高后下降，在添加量为100～400µg/L时，都显著高于对照组和其他试验组（P0.05）其他各添加量组间差异不显著（P0.05）。表2纳米铜对瘤胃体外发酵乙酸的影响(mmol/L)项目纳米铜µg/L底物麦秸白羊草乙酸浓度0（对照组）10.873±1.516a9.816±0.579a5011.437±0.747a10.264±1.005a10017.266±1.030c15.584±0.689b15016.002±1.263bc15.827±0.558b20016.574±3.024bc16.231±2.016b40016.249±0.010bc16.482±1.213b80011.767±1.499a12.130±0.236a120011.203±0.167a11.537±1.675a240010.418±0.850a12.200±1.213a480011.314±1.045a10.625±1.359a由表3可知，以麦秸、白羊草为底物，瘤胃液中添加不同浓度的纳米铜，对绵羊瘤胃丙酸浓度的影响均不显著（P0.05）。表3纳米铜对瘤胃体外发酵丙酸的影响(mmol/L)项目纳米铜µg/L底物麦秸白羊草丙酸0（对照组）10.753±0.484a6.652±0.417a509.163±0.106a6.775±0.490a1007.643±0.375a7.060±0.209a1509.611±0.042a5.841±0.511a2007.901±1.543a6.546±0.297a4007.492±1.163a6.784±0.478a8009.505±0.811a7.686±0.575a120010.429±0.032a5.798±0.501a24008.938±0.417a7.482±3.213a48008.273±1.004a6.014±0.316a如表4可见，以麦秸或白羊草为底物，总挥发性脂肪酸浓度变化有着相同的趋势，随着纳米铜浓度的升高都是先升高后下降，在添加量为100～400µg/L时，总挥发性脂肪酸浓度都显著高于对照组和其他试验组（P0.05），其他各添加量间组差异不显著（P0.05）。表4纳米铜对瘤胃体外发酵总挥发性脂肪酸的影响(mmol/L)项目纳米铜µg/L底物麦秸白羊草总挥发性脂肪酸0（对照组）24.031±1.889a18.431±0.183a5022.489±0.884a19.571±0.419a10026.872±1.595b25.078±0.764b15027.135±1.685b24.048±0.107b20026.858±1.786b24.711±2.240b40025.927±1.428b25.525±0.464b80023.328±2.961a21.660±0.643a120022.874±0.203a19.074±2.394a240021.916±0.237a21.583±5.118a480021.125±0.322a18.661±1.835a3讨论铜不仅是反刍动物正常生长所需的微量元素，同时也是瘤胃微生物生长繁殖所必需的微量元素，其影响着瘤胃微生物的发酵作用[8]，本试验中100～400µg/L纳米铜的添加降低了瘤胃液的pH值，而在反刍动物中，瘤胃液pH值是瘤胃发酵过程中的综合反映，它能够影响到瘤胃微生物的活性和区系。在瘤胃发酵过程中，底物的碳水化合物产生挥发性脂肪酸，会使pH值下降，尤其在体外发酵中，没有了瘤胃上皮等组织的影响，这是影响瘤胃液中pH变化的一个最重要因素[9]，根据冀一伦（2001）的研究，纤维降解菌对pH很敏感，在pH值较低时不利于对纤维物质的降解[10]，而适宜的pH会促进纤维降解菌的活性，pH值的正常变动范围一般是5.5～7.5[11]，在本试验中各处理组的pH都在这一范围之内。适宜的瘤胃内环境指标是饲料营养物质正常发酵，提供能量的重要保证，而且有利于瘤胃内微生物蛋白质的合成。瘤胃中碳水化合物发酵的主要终产物是乙酸、丙酸等，这些挥发性脂肪酸的组成和含量是反应瘤胃内环境的重要指标。在反刍动物瘤胃中发酵产生的挥发性脂肪酸约75%会通过瘤胃壁扩散进入血液，约20%经皱胃和重瓣胃壁吸收，约5%经小肠吸收[12]。瘤胃挥发性脂肪酸是碳水化合物的终产物，可提供反刍动物所需能源的70%[13]。在20世纪70年代初，就有了铜对瘤胃中挥发性脂肪酸影响的报告，但其结果并不一致，Odenkirchen用体外法测定了CuSO4对微生物利用淀粉的影响，结果显示抑制了总的挥发性脂肪酸的生成，降低了乙酸的产量[14]。而王茂荣用体外法测定了不同水平的铜对挥发性脂肪酸浓度的影响，结果表明，添加不同水平铜后，总挥发性脂肪酸浓度和乙酸浓度随添加量的提高而增加[15]。在本试验中，添加纳米铜后，总挥发性脂肪酸和乙酸浓度都有所提高，对丙酸浓度的影响不显著，与王茂荣的结果一致。这表明适量纳米铜的添加可以增加