作者：金恩望 周凌云 卜登攀 孫鵬 姜雅慧 李發弟 單位：中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所 甘肅農業大學動物科學技術學院

１體外產氣法的原理

體外產氣法的主要理念是通過體外產氣裝置模擬瘤胃發酵。體外產氣系統有發酵裝置、恒溫晃動裝置、氣體量或壓力測定裝置和微生物培養液組成。發酵裝置一般是注射器、血清管或玻璃瓶；恒溫晃動裝置一般是恒溫培養箱或恒溫水浴搖床；氣體量或壓力測定裝置一般是在發酵裝置上標定刻度或是壓力傳感器；微生物培養液是瘤胃液與人工唾液按一定比例配合的混合液。飼料的消化率不同，在限定時間內不同發酵階段的產氣量與產氣率不同。飼料發酵體系在恒溫厭氧的密閉空間內產生氣體進而導致密閉空間的壓力變化。體外產氣法即利用飼料底物在體外產氣系統中分解代謝產生的ＣＯ２、ＣＨ４等氣體后引起反應空間體積或壓力變化，通過定量這種體積或壓力的變化來定量發酵產生氣體量和產氣速率，并測定底物降解后的殘余量和發酵產物生成量等，實現對飼料營養價值的評價。體外產氣法測得的有機物質消化率與在反芻動物活體內測定的結果呈高度正相關（Ｍｅｎｋｅ等，１９７９）。當體外利用緩沖瘤胃液消化飼料時，碳水化合物會降解成短鏈脂肪酸（ＳＣＦＡ）、氣體和微生物的細胞成分。碳水化合物在降解為乙酸、丙酸、丁酸的過程中產生氣體，主要包括ＣＯ２、ＣＨ４和Ｈ２。產氣量取決于底物發酵和揮發性脂肪酸產量及其摩爾比例（Ｄａｖｉｅｓ等，２０００），與碳水化合物相比，蛋白質降解時的產氣量要低（Ｗｏｌｉｎ等，１９６０），脂肪的產氣量可以忽略不計。

２體外產氣法在動物營養中的應用

２．１體外產氣法在評價飼料營養價值方面的應用體外產氣法的一個最重要、最原始的應用是評價反芻動物飼料的消化率和能值（Ｋｒｉｓｈｎａｍｏｏｒｔｈｙ等，２００５）。體外產氣系統能有效評價營養物質的利用率，通過飼料降解過程中的產氣量能較精確地評定飼料在動物體內的消化率（Ｓａｌｌａｍ等，２００７）。Ｈｕｈｔａｎｅｎ等（２００８ａ）用自動體外產氣法預測１５種牧草青貯中性洗滌纖維的可消化性和潛在可消化中性洗滌纖維的一級有效消化率，結果表明可以用一個含６個參數的復雜的產氣動態模型評價一級消化率。Ｋａｚｅｍｉ等（２００９）用體外產氣法和半體內法評價假高粱、鉀豬毛菜和田旋花等野生牧草的營養價值，結果表明假高粱與其他野生牧草相比具有較高的營養價值。Ｍｕｒｉｌｌｏ等（２０１１）用體外產氣法評價了放牧閹牛日糧營養價值隨季節性的變化規律，結果表明體外產氣量是評價放牧牛日糧營養價值的一個很好的指標。利用體外產氣法能對飼料可溶解部分和不可溶解部分的消化動態提供有用的數據，越來越多的研究者采用體外產氣法對非傳統飼料資源進行營養價值評價。Ｓｏｎｇｓａｋ等（２００５）用體外產氣法評價了椰子樹、棕櫚樹等熱帶飼料的營養價值，預測這些非牧草高纖維的熱帶飼料在瘤胃中會有較高的發酵活性。Ｓａｌｌａｍ等（２００７）用體外產氣法預測稻草、亞麻子秸稈、甘蔗渣和埃及車軸草等飼料，瘤胃可發酵有機物質比例、產氣動態、代謝能、凈能和有機物質消化率，得出不同粗飼料碳水化合物的發酵能力具有很大的差別。Ｒａｚｌｉｇｉ等（２０１１）用體外產氣法研究高壓滅菌３０和６０ｍｉｎ對紅花籽凈能的影響，結果表明，從節省時間和能量的觀點講，高壓滅菌３０ｍｉｎ對增加紅花籽凈能有較好的效果。為了降低畜牧業生產的成本，大量的農業副產品如棉籽殼、稻殼和甜菜渣等也用來飼喂反芻動物，這些農業副產品的營養價值可以通過體外產氣法進行評定。Ａｇｈｓａｇｈａｌｉ等（２０１１）用體外產氣法評價干番茄皮渣的營養價值，試驗結果表明，番茄皮渣可以作為一種有價值的副產品應用于反芻動物飼料中。Ａｋｉｎ－ｆｅｍｉ等（２００９）用體外產氣法評價了５種尼日利亞農業副產品飼料的營養價值，結果表明體外產氣法能用于評價熱帶農業副產品的營養價值和區別它們的潛在可消化性和代謝能值，并證明了這些農業副產品具有成為反芻動物日糧的潛力。

２．２體外產氣法在預測ＣＨ４方面的應用１９９１年美國環保局對全球ＣＨ４排放源和排放量進行了初步估測，結果表明反芻動物ＣＨ４排放量占ＣＨ４排放總量的１５％～２５％（李華偉，２００８），是全球溫室效應的重要來源。瘤胃發酵能量損失主要來源于ＣＨ４的排放，有２％～１５％的飼料能量以ＣＨ４的形式被損耗（華金玲等，２００７），因此對瘤胃中ＣＨ４進行調控、預測ＣＨ４產量是很有必要的。體外產氣法可以用來估算或測定日糧降解過程中ＣＨ４產生量，快速篩選日糧，評估并制定瘤胃中ＣＨ４緩釋策略以提高反芻動物生產性能（Ｂｈａｔｔａ等，２００７）。Ｖｉｌｌａ等（２０１１）用產氣法評價多年生黑麥草和２種紅三葉草的３個不同收割時期的體外瘤胃發酵ＣＨ４產量，結果表明ＣＨ４產量的降低與牧草發酵程度的下降有關。在反芻動物營養中簡單、準確地預測ＣＨ４產量并建立ＣＨ４產生模型對任何飼喂模式都是很重要的（Ｂｌｕｍｍｅｌ等，２００５）。Ｇｅｔａｃｈｅｗ等（２００５ｂ）對全混合日糧進行發酵時，結果發現體外產氣法測定的ＣＨ４產量和公式推測值相似，且飼喂高粗日糧的反芻動物的ＣＨ４產生量可以通過體外產氣法預測。李華偉（２００８）用體外產氣法與六氟化硫示蹤法兩種方法測定內蒙古白絨山羊ＣＨ４產生量，并據此建立的回歸方程為：ｙ＝０．６８４ｘ＋９．７９８（Ｒ２＝０．８４０），結果表明完全可以通過體外產氣法估測放牧絨山羊的ＣＨ４產生量。Ｇｅｏｕｇｈ等（２０１１）用體外產氣法定量幾種青貯飼料發酵產生的ＣＨ４產量和總產氣量，并對這些飼料的化學成分進行回歸分析以評估變量之間的關系，得出每單位飼料發酵ＣＨ４產量變異的９６％是由體外有機物質消化率、中性洗滌纖維和灰分所導致的。顯然，體外產氣法作為一種相對廉價的方法，能大規模地測定ＣＨ４排放和評判抑制ＣＨ４產生的策略。

２．３體外產氣法在預測自由采食量方面的應用反芻動物的生產性能主要取決于動物所采食飼料的質和量，主要反映在動物自由采食量和飼料在瘤胃內的消化率（Ｇｅｔａｃｈｅｗ等，２００５ａ）。反芻動物對粗飼料利用的主要限制是自由采食量，因此準確地預測自由采食量對現代飼料評價系統是很重要的（Ｙｅａｒｓｌｅｙ等，２００１）。體外產氣法可以用于預測干物質采食量，許多研究者已經報道體外產氣量與干物質采食量之間存在很強的相關性（Ｃｈｅｎｏｓｔ等，１９９７；Ｐａｓｈａｅｉ等，２０１０）。中性洗滌纖維比整體粗飼料的發酵產氣量與自由采食量的相關性要高（８２％和７５％）（Ｇｅｔａｃｈｅｗ等，１９９８），所以用中性洗滌纖維的產氣量預測采食量更為準確。通過建立數學模型預測采食量也是一種很好的方式。體外產氣法導出的動態參數能較好地預測羊的采食量（Ｒｏｄｒｉｇｕｅｓ等，２００２）。Ｈｅｔｔａ等（２００７）通過體外產氣法建立干樣和濕樣青貯料發酵的預測青貯料干物質采食量的模型，建議用產氣法估測采食量時用青貯干樣進行發酵。Ｋａｍａｌａｋ等（２００５）用體外產氣法預測成年羊對幾種牧草的干物質采食量及其消化率，結果表明所有時間點的產氣量和產氣常數與干物質采食量或干物質消化率顯著相關（Ｐ＜０．００１），說明體外產氣法在預測干物質采食量和干物質消化率方面具有很好的潛力。