饲料油菜粗蛋白含量及其氨基酸组成

刘 萍，张 林，王 涛，王婧泽，陈燕萍，吴宇瑶，龚永会，秦利军，代文东

（1.贵州大学生命科学学院 / 农业生物工程研究院, 山地植物资源保护与种质创新教育部重点实验室, 贵州 贵阳 550025；2.贵州省农业科学院油菜研究所, 贵州 贵阳 550008）

饲料油菜(Brassica napus)是以刈割青绿秸秆作饲料的油菜，通常以饲油兼用的甘蓝型双低油菜品种为主[1]。研究表明，饲料油菜粗蛋白含量、无氮浸出物和钙含量较高，且具有高脂肪、低纤维的特点[2]。如饲料油菜‘华协1 号’和‘华协11 号’有机物消化能和磷含量均接近豆科牧草，粗蛋白、粗脂肪含量堪比草木樨(Melilotusalbus)、红豆草(Onobrychis viciaefolia)，粗蛋白、有机物消化能、磷含量极显著高于谷草(Setariaitalica)，且粗纤维含量较低[3-4]；此外，油菜秸秆粗蛋白、粗脂肪和磷的含量高于小麦(Triticum aestivum)和玉米(Zea mays)秸秆，粗脂肪含量仅次于豆秸[5]。目前，利用饲料油菜作为鲜草或青贮发酵饲料，在牛[6-7]、羊[8-10]、猪[11]、肉兔[12]等养殖试验上均取得较好的效果。由此可见，饲料油菜的选育和利用，拓展了优质饲草饲料来源，可能在畜禽优质饲料资源的开发应用上具有一定潜力。特别是近年来，随着我国畜牧业的高质量发展，饲料用粮的需求量不断增加，饲料粮成为粮食安全的最突出矛盾之一。因此，采取有力措施，加大推进豆粕等饲料粮替代资源的开发利用，着力增加优质饲草的供给，是保障饲料营养供给，维护国家粮食安全的重要途径。

‘牲饲1 号’和‘牲饲2 号’是贵州省油菜研究所最新育成的饲料油菜新组合(待登记)，其生物产量和植株粗蛋白含量较高，从薹期到终花后1 周均可刈割作牲畜的鲜食饲料。然而，在不同生育进程中，‘牲饲1 号’和‘牲饲2 号’植株粗蛋白及氨基酸各组分含量不清楚，且与其他油菜品种之间是否有差异也不明晰。基于此，本研究以生产上主推的双低高产杂交油菜品种‘油研50’为参考，开展饲料油菜蛋白营养相关指标的评价研究，以期为‘牲饲1 号’和‘牲饲2 号’作为蛋白饲料应用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地在贵州省长顺县威远社区(26°01′35″ N，106°30′58″ E)，海拔1 090 m，属中亚热带湿润季风气候，年均温13.5～18.5 ℃，无霜期275 d，年降水量1 400 mm。试验土壤类型为黄壤土，排灌方便，前作水稻(Oryza sativa)。

1.2 试验设计

1.2.1 供试材料

供试材料‘油研50’‘牲饲1 号’和‘牲饲2 号’由贵州省油菜研究所提供。

1.2.2 试验设计

试验采用双因素随机区组设计。3 个油菜品种即‘牲饲1 号’(A1)、‘牲饲2 号’(A2)、‘油研50’(A3)；4 个刈割时期即薹高40 cm (bolting stage，BS) (B1)、初花期(early flowering stage，EFS) (B2)、盛花期(full bloom stage，FBS) (B3)、终花后1 周(final flowering stage，FFS) (B4)。试验共计12 个处理，分别为A1B1、A1B2、A1B3、A1B4、A2B1、A2B2、A2B3、A2B4、A3B1、A3B2、A3B3、A3B4，随机区组排列，3 次重复；小区面积约20 m2，宽3.6 m，长5.56 m；每小区种植9 行，行距0.4 m；每行种植18 窝，窝距0.31 m。

1.2.3 田间播种管理

2020 年9 月23 日播种，每小区定量播种15.0 g，即播种量7 500 g·hm-2，出苗后不间苗定苗。试验以600 kg·hm-2三 元 复 合 肥(N，P2O5，K2O 成 分 为15-15-15)作底肥；苗期(三叶期)追施尿素105 kg·hm-2，越冬期施尿素150 kg·hm-2。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 饲料油菜生物产量

每个品种(组合) 根据生育进程，于BS、EFS、FBS 和FFS 4 个时期刈割及取样。刈割部位为距离油菜子叶节10 cm 处，刈割后称小区植株鲜重；随机从每个小区植株中取样2 kg 左右，称重后立即杀青烘干，称干重，计算植株含水量；干样用于测定粗蛋白等营养成分。

1.3.2 粗蛋白的测定

饲料油菜植株粗蛋白(crude protein，CP)的检测按照饲料中粗蛋白含量检测标准(GB/T 6432—2018)。

1.3.3 氨基酸的测定

氨基酸组分测定按照饲料中氨基酸测定标准(GB/T 18246—2019)。

1.3.4 氨基酸组分评价

将4 个生育期饲料油菜植株蛋白质的氨基酸组成与1973 年FAO/WHO 提出的人体必需氨基酸(essential amino acids，EAA) 标准模式[13]进行比对，计算氨基酸比值(ratio of amino acid，RAA)、氨基酸比值系数(ratio coefficient of amino acid，RC)、氨基酸比值系数分(score of ratio coefficient of amino acid，SRC)。其中，RAA = 待评蛋白质某种必需氨基酸含量(mg·g-1蛋白质)/FAO/WHO 模式中相应必需氨基酸的含量(mg·g-1蛋白质)；；SRC =100 - CV × 100 (CV 为RC 的变异系数，CV = 标准差/均值；的平均值)。RC 最小值对应的氨基酸为第一限制氨基酸，以此类推；RC 大于或小于1，说明该种必需氨基酸相对过剩或者相对不足，RC = 1 表明其组分比例与模式谱一致；SRC 越小，说明营养价值越低；越接近100，则营养价值越高[14]。必需氨基酸指数(essential amino acid index，EAAI)值显示待测蛋白质中所有必需氨基酸与标准蛋白质必需氨基酸的接近程度。研究指出，饲养动物对饲料中氨基酸的需求与其自身的氨基酸组成显著相关，以动物蛋白为参考，当EAAI ＞ 0.95 为优质蛋白 质，0.86 ≤ EAAI ≤ 0.95 为 良 好 蛋 白 质，0.75 ＜EAAI ＜ 0.86 为可用蛋白质，EAAI ＜ 0.75 为不适蛋白源[15]。评价饲料蛋白源的方法引用Penaflorida[16]的测定方法：

式中：n为比较的必需氨基酸个数，n≤ 8；aan为试验中某种必需氨基酸的含量与总必需氨基酸的比值；AAn为参比蛋白中该必需氨基酸含量与总必需氨基酸的比值。

1.4 数据分析

采用DPS 9.01 对所测数据进行统计分析，对不同饲料油菜品种(组合)的不同刈割时期进行双因素方差分析，并用LSD 法对各测定数据进行多重比较；用Excel 2010 进行绘图。采用t检验评价粗蛋白等含量的差异显著性，P＜ 0.05 时差异有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 饲料油菜生物产量的差异

刈割时期生物产量显著分析表明，各处理饲料油菜生物产量变幅为2 749.09～9 971.02 kg·hm-2(表1)，处理A2B4的生物产量最高，A2B3次之，A1B1最低。其中，处理A2B4与处理A2B3、A3B4、A1B3之间差异不显著(P＞ 0.05)，与其他处理差异显著(P＜ 0.05)；说明‘牲饲2 号’FFS 和FBS 刈割、‘油研50’ FFS 刈割、‘牲饲1 号FBS’刈割的生物产量高(表1)。处理A1B1生物产量较低，除与A3B1和A2B1差异不显著外，与其他处理的差异均显著，说明3 种饲料油菜BS 刈割生物产量均较低(表1)。

表1 不同品种(组合)及不同刈割时期的产量Table 1 Yield of the different varieties and different mowing period

生物产量方差分析表明，饲料油菜品种(组合)间生物产量具有显著差异(P= 0.048 1)，刈割时期对生物产量有极显著的影响(P= 0.000 1)，饲料油菜品种和刈割互作效应不显著(P= 0.670 8)，说明不同的饲料油菜品种，随刈割时期从薹期到终花后1 周，生物产量的变化趋势一致(表2)。

2.2 饲料油菜植株粗蛋白含量的差异

随着生育进程的推进，饲料油菜植株粗蛋白含量逐渐降低，且差异均达显著水平(P= 0.001)(图1)。其中，‘牲饲1 号’植株粗蛋白含量从26.88%(A1B1)降至15.22% (A1B4)；‘牲饲2 号’植株粗蛋白含量从27.05% (A2B1)降到16.06% (A2B4)；‘油研50’植株粗蛋白从25.66% (A3B1)降到15.45% (A3B4)。薹期和终花后1 周植株的粗蛋白含量差异显著(P＜ 0.05)，3 个饲料油菜品种在同一生育时期差异不显著(P＞ 0.05)；除‘牲饲2 号’初花期(A2B2)和盛花期(A2B3)粗蛋白含量差异显著外，其他两个饲料油菜品种初花期和盛花期粗蛋白含量差异不显著。表明油菜从初花期到盛花期粗蛋白含量变化不大，而薹期到初花期和盛花期到终花后1 周粗蛋白降低。

图1 各处理油菜植株粗蛋含量及差异Figure 1 The crude protein content and the significant differences among treatments

根据各处理植株生物产量干重及粗蛋白含量，计算获得植株粗蛋白理论每公顷产量及其差异分析表明，‘牲饲2 号’盛花期(A2B3)植株粗蛋白产量最高，达1 855.55 kg·hm-2，‘牲饲1 号’薹期(A1B1)油菜粗蛋白产量最低，仅为741.25 kg·hm-2；‘牲饲1 号’植 株 粗 蛋 白 产 量 表 现 为FBS ＞ EFS ＞ FFS ＞BS，‘牲饲2 号’和‘油研50’则表现为FBS ＞ FFS ＞ EFS ＞BS；‘牲饲2 号’盛花期油菜粗蛋白产量除了与薹期3 个品种油菜粗蛋白产量差异显著外，与其他处理差异不显著，但其产量较排第二的‘牲饲1 号’盛花期植株粗蛋白增加209.70 kg·hm-2(图2)。

图2 不同刈割时期3 个油菜品种植株粗蛋白产量Figure 2 Crude protein yield per hectare of three Brassica napus feeds at different mowing periods

2.3 饲料油菜植株氨基酸组分及含量

供试饲料油菜不同生育期，其植株蛋白均含7 种必需氨基酸和10 种非必需氨基酸。单一氨基酸、总氨基酸(T)、必需氨基酸(E)、非必需氨基酸(N)、药效氨基酸(M)、甜味氨基酸(S)、鲜味氨基酸(F)和苦味氨基酸(B) 含量在本研究12 个处理中，差异均显著(P ＜0.05)，除半胱氨酸(Cys)、蛋氨酸(Met)和酪氨酸(Tyr)外，‘牲饲2 号’和‘油研50’的其余14 种氨基酸均表现为BS ＞ EFS ＞ FBS ＞ FFS；除了Cys、Met、Tyr、丝氨酸(Ser) 和谷氨酸(Glu) 外，‘牲饲1 号’其余12 种氨基酸表现为BS ＞ EFS ＞ FBS ＞FFS；必需氨基酸除蛋氨酸外，在3 个饲料油菜品种(组合) 中均表现BS ＞ EFS ＞ FBS ＞ FFS。除Met 和赖氨酸(Lys)的4 个刈割时期、天门冬氨酸(Asp)和Met 在盛花期刈割之外，其他氨基酸含量在相同时期均表现出‘牲饲2 号’ ＞ ‘牲饲1 号’ ＞ ‘油研50’的趋势(表3)。处理A2B1的T、E、N、M、S、F 和B 含量最高，处理A1B1次之，处理A1B4最低；处理A1B2与A1B3、A3B2与A3B3的T、E、N、M、F 和B 含量无显著差异，其他时期差异显著。在相同刈割时期，‘牲饲2 号’植株蛋白质的T、E、N、M、S、F 和B 含量均最高。其中，B1时期的N 和F 含量、B2时期的T、N、M 和F 含量与‘牲饲1 号’和‘油研50’的 差 异 达 显 著 水 平；B1时 期 的T 和M 含 量、B2时期的E、S 和B 含量和B3时期的F 含量与同时期的‘牲饲1 号’差异不显著，但与‘油研50’差异显著；B4时期的N 含量与同时期的‘油研50’差异不显著，但与‘牲饲1 号’差异显著；其余指标在同一时期的3 个品种(组合)间均无显著差异。

表3 饲料油菜氨基酸组分及含量Table 3 Composition and content of amino acid of the Brassica napus feed

2.4 饲料油菜营养价值评价

各处理必需氨基酸占总氨基酸的质量分数(E/T)，除Met + Cys 外，其他各必需氨基酸占总氨基酸的比例，均高于FAO/WHO 推荐氨基酸模式谱的标准，表明3 种饲料油菜的第一限制氨基酸是Met +Cys (表4)。各处理必需氨基酸与总氨基酸的比例在37%～39%，与理想蛋白的比例接近；必需氨基酸与非必需氨基酸的比例(E/N) 为59%～64%，除处理A2B1外，其余均高于理想蛋白的比例标准(表5)。

表4 饲料油菜必需氨基酸比例与FAO/WHO 推荐氨基酸模式谱比较Table 4 Comparison of essential amino acid composition in Brassica napus feed and the FAO/WHO recommendation%

表5 饲料油菜必需氨基酸比例与理想蛋白质标准比较Table 5 The proportion of essential amino acids and the ideal protein standards comparison in Brassica napus feed%

利用RAA、RC 和SRC 值进一步评价饲料油菜营养价值，各处理SRC 值处于56.81～71.34 (表6)。其中SRC 值以处理A2B4最高，处理A3B4第二，处理A3B3排列第三，处理A2B3排列第四。由此可见，‘牲饲2 号’在FFS 刈割营养价值最高，其次是‘油研50’在FFS 刈割。

表6 饲料油菜蛋白质必需氨基酸比值评价Table 6 Essential amino acid ratio of rapeseed in four growth stages of three varieties of Brassica napus feed

2.5 饲料油菜必需氨基酸指数分析

根据EAAI 的评价标准，以三江牛红牛肉[17]、婆罗门牛肉[18]和巴美肉羊[19]为参比蛋白，处理A2B4、A3B4植株蛋白为良好蛋白质，A1B1、A1B4、A2B3和A3B3植株蛋白为可用蛋白质，其余处理植株蛋白为不适蛋白质。以蕨麻猪肉[20]为参比蛋白，处理A2B4植株蛋白为优质蛋白质，A2B3和A3B4植株蛋白为良好蛋白质，A1B1、A1B3、A1B4和A3B3植株蛋白为可用蛋白质，其余处理植株蛋白为不适蛋白质(表7)。由此可见，在作为牛、羊、生猪饲料中，首选‘牲饲2 号’在FFS 和FBS 刈割，其次是‘油研50’在FFS 刈割。

表7 饲料油菜必需氨基酸指数Table 7 The essential amino acid index of Brassica napus feed

3 讨论

3.1 饲料油菜粗蛋白含量及产量

粗蛋白含量及氨基酸含量和组成是牧草营养价值的重要指标[21]。本研究供试3 个饲料油菜品种(组合)，植株粗蛋白含量随生育进程逐渐降低，由薹期的25.66%～27.05% 降至终花后1 周的15.22%～16.06%，与紫羊茅(Festuca rubra)和多年生黑麦草(Lolium perenne)[22]、华油杂62 (Brassica napus)[23]粗蛋白动态变化一致，同样符合张吉鹍[24]对饲草粗蛋白变化的研究结论。粗蛋白含量随生育进程逐步降低，主要原因是饲草从营养生长向生殖生长过渡的过程中，植株需消耗大量的营养来满足生殖生长，导致细胞壁纤维成分不断增加，细胞内容物成分不断减少，植株的木质化程度加深，结构性碳水化合物含量增加，最终导致粗蛋白等含量逐渐降低[25-26]，饲料油菜植株粗蛋白含量的变化，原因可能也是如此。尽管如此，饲料油菜终花后1 周刈割，其植株粗蛋白含量仍然较青贮玉米(4.62%～5.92%)、饲草玉米(9.46%～11.06%)、饲草高粱(5.29%～12.80%)和皇竹草(6.70%～15.08%) 高[27-28]；盛花期之前刈割，其植株粗蛋白含量与紫花苜蓿(Medicago sativa)相当，甚至高于紫花苜蓿[29]。本研究中，植株粗蛋白含量和生物产量在品种间和刈割期间均存在的差异，各处理粗蛋白产量也存在差异。因此，从粗蛋白生产效率的角度来考虑，‘牲饲2 号’和‘牲饲1 号’适宜盛花期刈割(粗蛋白分别达1 855.55和1 645.85 kg·hm-2)，‘牲饲2 号’适宜终花后1 周刈割(粗蛋白产量达1 610.75 kg·hm-2)。

3.2 饲料油菜植株氨基酸组成及营养评价

牧草中氨基酸种类是否齐全及必需氨基酸含量和组成比例是衡量蛋白质优劣的标准[30-32]，可直接影响家畜对含氮物质的利用率、蛋白质的转化率和反刍家畜瘤胃微生物蛋白质的组成和数量[33]。供试3 个饲料油菜品种均含有17 种氨基酸，包含7 种必需氨基酸。其中，谷氨酸含量最高，同时也是药效和鲜味氨基酸中最高的；其次是天门冬氨酸，与桑叶蛋白粉[34]、紫花苜蓿[35]中含量最高的两种氨基酸一致。该两种氨基酸含量高，有利于调控机体基本能量代谢，起到保护心肌、延缓骨骼和牙齿损坏等功能[36-37]。必需氨基酸的含量及其与非必需氨基酸的比值是衡量牧草蛋白质营养价值的一个重要指标。其中，亮氨酸在营养物质代谢调节中起到营养信号的作用，可激活翻译过程的起始因子，促进蛋白质合成，与异亮氨酸和缬氨酸共作可修复肌肉，控制血糖，并给机体供能[38]。本研究供试3 个饲料油菜含有的7 种必需氨基酸中，亮氨酸含量最高(0.98%～1.68%)，该结果与饲料油菜‘华油杂62’结果一致[22]。从E/T 和E/N 值来考量，3 种饲料油菜在4 个时期刈割，其植株蛋白均接近或高于理想蛋白的标准，而且E/T 值接近于7 种家禽(羊肉、猪肉、牛肉、兔肉、鹅肉、鸡肉、鸭肉)的E/T比值[39]，说明氨基酸组成平衡，饲用价值较高，是优质的蛋白源。从RC 值来看，除蛋氨酸 + 半胱氨酸外，其他必需氨基酸均接近FAO/WHO 推荐必需氨基酸模式；与“饲草之王”紫花苜蓿第一限制氨基酸相同[32]，蛋氨酸 + 半胱氨酸均是3 个饲料油菜品种第一限制氨基酸，会影响机体对蛋白质的利用。现代营养学研究认为，氨基酸不足和过剩，均会影响蛋白质营养价值，氨基酸的平衡对饲料的价值尤其重要[37]。本研究供试品种的必需氨基酸较接近或高于模式标准值，氨基酸组成相对均衡合理。从SRC 来看，根据SRC 值越接近100，则营养价值越高[13]，‘牲饲2 号’终花后1 周刈割SRC 值(71.34)最高，超过桑叶蛋白的SRC 值(69.71)[33]，说明‘牲饲2 号’终花后1 周刈割营养价值高，具有较高的饲用价值。从EAAI 值来看，EAAI 与生物价(BV)存在特定的正比关系，EAAI 值在一定程度上可以反映蛋白质的消化利用率[32-40]，‘牲饲2 号’终花后1 周刈割，是牛、羊和生猪养殖的良好蛋白源、尤其是生猪养殖的优质蛋白源，是消化利用率较好的蛋白饲料。然而，研究表明饲用油菜‘华油杂62 号’蕾苔期和结荚初期营养价值较高[41]、‘渝油21’在结实期收获是优质的粗饲料资源[42]、‘华协11 号’现蕾期至初花期营养价值最高[43]。由此可见，饲料油菜获得较佳营养价值的刈割时期，因品种不同而有一定的差异，或许还与生产环境和施肥管理等有一定的关系。因此，开展饲料油菜品种不同刈割时期的营养品质分析，结合当地生产特性、生物产量、饲喂动物种类等考量因素，综合营养指标选择合适的生长阶段采收、贮存和饲用相当重要[44]。本研究条件下，综合生物产量和营养指标分析，获得‘牲饲1 号’最佳刈割期为终花后1 周，‘牲饲2 号’和‘油研50’则是终花后1 周和盛花期。其中，‘牲饲2 号’在三者中营养指标最优。

此外，氨基酸不仅影响品质，风味氨基酸还是饲草的呈味物质的主要来源之一，包括鲜味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸[45]。本研究结果表明，甜味氨基酸的含量范围在3.91%～6.68%，苦味氨基酸的含量范围在3.87%～6.42%，鲜味氨基酸的含量范围在2.84%～5.68%，每种饲料油菜在相同的刈割时期内，均表现为甜味氨基酸 ＞ 苦味氨基酸 ＞ 鲜味氨基酸，与干腌的油菜苔呈味一致[46]，说明在以上4 个生育期，饲料油菜的鲜甜味大于苦味，作为饲草适口性较好。

4 结论

本研究条件下，‘牲饲1 号’‘牲饲2 号’和‘油研50’植 株 粗 蛋 白 含 量 表 现 为 薹 期 ＞ 初 花 期 ＞ 盛 花期 ＞ 终花后1 周，粗蛋白总产量均以盛花期最高；3 个饲料油菜品种(组合)均含有7 种必需氨基酸，其中终花后1 周和盛花期的‘牲饲2 号’植株、终花后1 周的‘油研50’植株，其氨基酸组成较为平衡，营养价值较好，达良好蛋白及以上标准。其中，‘牲饲2 号’终花后1 周刈割，其植株蛋白达到优质蛋白质标准。