水培是一种在可控温度、湿度的生态环境中进行无土植物培养的方法[1]，可保证全年持续生产大量绿色饲料用于动物饲养[2]。大麦苗具有高蛋白、高膳食纤维、高维生素、低脂、低糖的特点，并且含有丰富的矿物质、氨基酸等营养素[3]。基于奶牛营养需要，制定有利于水培大麦苗高效饲化的方案是推动水培牧草在畜牧领域大规模应用的前提。目前，不同水培牧草培植周期下营养素组成变化及其饲化潜质仍有待探究。康奈尔净碳水化合物-蛋白体系（CNCPS）是一个基于瘤胃降解特性的饲料评价体系[4]，能够更精细地划分饲料的营养成分[5]。NRC制定的奶牛需要量标准在全世界具有很强的影响力，许多国家和地区将其作为基础和参考。基于CNCPS体系和NRC模型的原理和方法，按照不同培植周期下水培牧草的多种营养素变化规律，构建水培牧草饲化评估体系，评价水培牧草营养价值，可为大麦苗等水培牧草在奶牛生产中的高效应用提供参考。1材料与方法1.1水培大麦苗制备与采集水培大麦苗采用长12.2 m、宽2.4 m、高2.9 m的水培集装箱（杭州四维生态科技有限公司研发）种植。将约2 kg大麦种子放入尼龙网袋中，浸泡在1.6%次氯酸钠溶液中消毒1 h。之后用清水冲洗5次去除消毒剂，在冷水中浸泡过夜。第2 d早上取出种子排干水分并平铺在种植盘上。按照Farghaly等[6]方法，使用半自动灌溉喷雾器喷灌大麦苗。每天用自来水喷灌12次，每次25 s，时间为0：00、2：00、4：00、6：00、8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00、20：00和22：00。种植室温度控制在18~20 ℃，相对湿度70%~90%。带有防水装置的LED植物灯垂直放置在墙上以促进大麦苗生长。其中1~2 d为发芽期，生长在黑暗区域，第3 d及以后为生长期，在光照区生长。每天光照18 h，黑暗6 h，光合光子通量密度（PPFD）为50~100 μmol/(m2·s)。选择同一水培集装箱内水培至5、6、7、8、9 d的大麦苗，每天随机选取6盘，从中随机采集约2 kg的新鲜大麦苗，剪碎混匀，先在烘箱中105 ℃烘15 min，使新鲜样品中的酶失活，再在烘箱中65 ℃干燥48 h至恒重后在空气中回潮粉碎过40目筛，4 ℃密封保存。1.2测定指标及方法按照AOAC[7]方法测定样品的干物质（DM）、粗蛋白（CP）、粗脂肪（EE）、粗灰分（Ash）和酸性洗涤纤维（ADF）。使用Van Soest等[8]的方法测定样品中性洗涤纤维（NDF）、酸性洗涤木质素（ADL）、中性洗涤不溶蛋白质（NDFIP）和酸性洗涤不溶蛋白质（ADFIP）含量。淀粉（Starch）含量采用植物淀粉含量测试盒（南京建成生物工程研究所）并根据说明书进行测定。可溶性蛋白质（SOLP）含量根据Krishnamoorthy等[9]的方法测定。非蛋白氮（NPN）含量根据Licitra等[10]的方法测定。矿物质含量和限制性氨基酸含量由杭州爱科检测技术有限公司（中国杭州）采用近红外光谱分析技术测定。1.3大麦苗组分剖分与计算根据Sniffen等[11]的方法对大麦苗蛋白质、碳水化合物组分进行剖分与计算。PA(%CP)=NPN(%SOLP)×0.01×SOLP(%CP)(1)PB1=SOLP(%CP)-PA(%CP)(2)PC=ADFIP(%CP)(3)PB3(%CP)=NDFIP(%CP)-ADFIP(%CP)(4)PB2(%CP)=100-PA(%CP)-PB1(%CP)-PB3(%CP)-PC(%CP)(5)式中：PA为非蛋白氮；PB1为快速降解真蛋白质；PB2为中速降解真蛋白质；PB3为慢速降解真蛋白质；PC为不可降解蛋白质。CHO(%DM)=100-CP(%DM)-EE(%DM)-Ash(%DM)(6)CC(%CHO)=100×[NDF(%DM)×0.01×ADL(%NDF)×2.4]/CHO(%DM)(7)CB2=100×{[NDF(%DM)-NDFIP(%CP)×0.01×CP(%DM)]-[NDF(%DM)×0.01×ADL(%NDF)×2.4]}/CHO(%DM)(8)CNSC(%CHO)=100–CB2(%CHO)-CC(%CHO)（9）CB1(%CHO)=starch(%CNSC)×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100(10)CA(%CHO)=[100-starch(%CNSC)]×[100-CB2(%CHO)-CC(%CHO)]/100(11)式中：CHO为碳水化合物；CC为不可利用纤维；CB2为可利用纤维；CNSC为非结构性碳水化合物；CB1为淀粉和果胶；CA为糖类。1.4大麦苗的真可消化养分与能值估测根据NRC（2014）预测模型，估测不同水培天数大麦苗的奶牛瘤胃真可消化非纤维碳水化合物（tdNFC）、真可消化蛋白质（tdCP）、真可消化中性洗涤纤维（tdNDF）、真可消化脂肪酸（tdFA）、维持水平总可消化养分（TDNM）、生产水平消化能（DEP）、生产水平代谢能（MEP）以及生产水平泌乳净能（NELP）。采用肉牛预测模型公式估测不同水培天数大麦苗的维持净能（NEm）和增重净能（NEg）[12-13]：tdNFC(g/kg DM)=0.98×{100-[(NDF-NDFIP)+CP+EE+Ash]}×PAF(12)tdCP(g/kg DM)=CP×exp[-1.2×(ADFIP/CP)](13)tdFA(g/kg DM)=FA=EE-1(14)tdNDF(g/kg DM)=0.75×(NDF-NDFIP-ADL)×{1-[ADL/(NDF-NDFIP)]}×0.667(15)式中：PAF为加工校正因子，一般取值为1；FA为脂肪酸，如果EE1，则FA=0。TDNM(%DM)=tdNFC+tdCP+(tdFA×2.25)+tdNDF-7(16)DE1X(MJ/kg DM)=[(tdNFC/100)×4.2+(tdNDF/100)×4.2+(tdCP/100)×5.6+(FA/100)×9.4-0.3]×4.18(17)折扣系数={[TDNM-(0.18×TDNM-10.30)]×2}/TDNM (18)DEP(MJ/kg DM)=DE1X×折扣系数(19)MEP(MJ/kg DM)=1.01×DEP-0.45(20)NELP(MJ/kg DM)=(0.703×MEP)-0.19(21)NEm(MJ/kg DM)=1.37×(DE1X×0.82)-0.138×(DE1X×0.82)2+0.010 5×(DE1X×0.82)3-1.12(22)NEg(MJ/kg DM)=1.42×(DE1X×0.82)-0.174×(DE1X×0.82)2+0.012 2×(DE1X×0.82)3-1.65(23)1.5数据统计与分析试验数据采用Excel软件汇总整理，SPSS 26.0软件进行单因素方差分析，Duncan's法进行多重比较。结果以平均值和总标准误（SEM）表示，P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1不同水培天数大麦苗生长情况（见表1）由表1可知，大麦苗株高和草重随着水培天数增加而显著增加，后3 d显著高于前2 d（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T001表1不同水培天数大麦苗生长情况项目水培天数/dSEMP值56789株高/cm9.72c12.00b16.18a17.20a17.27a0.690.01草重/kg5.58b6.15b8.03a8.20a8.28a0.340.01注：同行数据肩标无字母或相同字母表示差异不显著（P0.05），不同小写字母表示差异显著（P0.05）；下表同。2.2不同水培天数大麦苗营养物质含量（见表2）由表2可知，水培至第7、8、9 d的大麦苗中粗蛋白、粗脂肪和中性洗涤不溶蛋白质含量显著高于第5、6 d的大麦苗（P0.05）。中性洗涤纤维、可溶性蛋白、非蛋白氮含量随着水培天数的增加而增加，但8、9 d的含量无显著差异（P0.05）。酸性洗涤纤维含量在第9 d最高（P0.05），第5、6 d最少。粗灰分含量在第9 d最高（P0.05）。酸性洗涤不溶蛋白质含量随着水培天数的增加而增加（P0.05）。第8、9 d磷含量显著高于第5 d（P0.05），第6、7 d磷含量与其他3 d磷含量差异不显著（P0.05）。镁、钾的变化趋势一致，第9 d含量最高，第5 d含量最低。蛋氨酸、赖氨酸含量随着水培天数的增加而显著增加，第9 d含量最高，第5 d含量最低（P0.05）。不同水培天数下淀粉、酸性洗涤木质素和钙含量无显著性差异（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T002表2不同水培天数大麦苗营养物质含量项目水培天数/dSEMP值56789粗蛋白16.26b16.54b17.80a17.85a18.84a0.240.01粗脂肪3.86c4.03c5.13b5.84a6.13a0.370.01中性洗涤纤维26.34d27.32c32.11b33.40a34.11a0.500.01酸性洗涤纤维11.18d11.60d14.46c15.03b15.83a0.350.01淀粉14.6514.5013.7213.5913.350.250.41粗灰分2.83b2.95b3.30b3.30b4.21a0.160.02中性洗涤不溶蛋白质2.24c2.30c2.47b2.72a2.82a0.060.01酸性洗涤不溶蛋白质0.84d0.89c0.99b1.01b1.06a0.020.01酸性洗涤木质素0.981.221.251.341.400.070.35可溶性蛋白质7.17d7.76c8.32b9.38a9.71a0.260.01非蛋白氮6.51d7.08c7.64b8.57a8.80a0.240.01钙0.330.470.550.610.680.050.10磷0.51b0.59ab0.61ab0.72a0.74a0.030.02镁0.09c0.14bc0.18b0.19b0.25a0.020.01钾2.22c2.43bc2.51b2.54b2.89a0.060.01蛋氨酸0.18d0.18d0.19c0.20b0.22a0.010.01赖氨酸0.36d0.37d0.39c0.41b0.44a0.010.01%DM2.3大麦苗CNCPS组分剖分及真可消化养分含量和能值估测（见表3~表5）由表3可知，第8、9 d的非蛋白氮含量显著高于第5、6、7 d（P0.05）。第9 d的快速降解真蛋白质含量显著高于5、6、7、8 d（P0.05），8 d含量显著高于5、6、7 d（P0.05）。第5、6、7 d的中速降解真蛋白质含量显著高于8、9 d（P0.05）。第8、9 d的慢速降解真蛋白质含量显著高于5、6、7 d，第7 d含量最低（P0.05）。随着水培天数的增加不可降解粗蛋白质含量显著性增加，第9 d含量最高，第5 d含量最低（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T003表3不同水培天数大麦苗CNCPS蛋白组分项目水培天数/dSEMP值56789非蛋白氮40.03b42.82b42.91b48.05a47.68a0.900.01快速降解真蛋白质4.10c4.09c3.84c4.52b4.92a0.110.01中速降解真蛋白质42.12a39.22a39.40a32.18b32.16b1.160.01慢速降解真蛋白质8.58b8.52b8.30c9.60a9.50a0.140.01不可降解粗蛋白质5.17d5.36c5.55b5.65ab5.74a0.060.01%CP由表4可知，碳水化合物、糖类、非结构性碳水化合物恶含量均随着水培天数的增加而降低，且第5、6 d含量最高，第9 d含量最低。可利用纤维含量随着水培天数的增加而增加，第5、6 d含量最低，第9 d含量最高。不同天数之间淀粉、果胶及不可利用纤维的含量差异均不显著（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T004表4不同水培天数大麦苗CNCPS碳水化合物组分项目水培天数/dSEMP值56789碳水化合物/%DM77.05a76.47a73.77b73.01b71.18c0.600.01糖类/%CHO54.07a52.78a46.10b44.38bc42.68c1.270.01淀粉、果胶/%CHO14.6514.5013.7213.5913.350.250.41可利用纤维/%CHO28.23c28.89c36.12b37.63ab39.25a1.260.01不可利用纤维/%CHO3.053.834.064.404.730.240.22非结构性碳水化合物/%CHO68.72a67.28a59.82b57.97bc56.02c1.380.01由表5可知，随着水培天数增加，真可消化非纤维碳水化合物含量显著降低，以第9 d含量显著低于其他水培天数的含量（P0.05）。第7、8、9 d的真可消化蛋白质和真可消化中性洗涤纤维的含量均显著高于第5、6 d（P0.05）。第8、9 d的真可消化脂肪酸含量显著高于5、6、7 d，且7 d的含量显著高于第5、6 d的含量（P0.05）。第5、6 d的维持水平总可消化养分含量显著高于第7、8、9 d的含量（P0.05）。第7、9 d的1倍维持水平消化能、维持净能和生产净能显著低于第5、6 d的数值（P0.05），但与第8 d无显著性差异（P0.05）。第9 d的生产水平消化能、代谢能以及泌乳净能显著低于第5、6 d的数值（P0.05）。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T005表5不同水培天数大麦苗NRC模型估测真可消化养分含量和能值项目水培天数/dSEMP值56789真可消化养分/(g/kg DM)真可消化非纤维碳水化合物518.90a504.21a432.49b414.83b390.88c13.660.01真可消化蛋白质152.80b155.09b166.51a166.81a172.48a2.170.01真可消化中性洗涤纤维110.98b113.26b136.09a140.36a142.88a3.790.01真可消化脂肪酸28.61c30.34c41.27b48.42a51.34a2.580.01估测总可消化养分/%DM维持水平总可消化养分77.70a77.08a75.80b76.10b75.18b0.270.01估测能值/(MJ/kg DM)1倍维持水平消化能14.50a14.41ab14.25c14.30bc14.17c0.040.01生产水平消化能27.63a27.48ab27.24bc27.32bc27.12c0.060.01生产水平代谢能27.46a27.31ab27.06bc27.15bc26.95c0.060.01生产水平泌乳净能19.11a19.01ab18.83bc18.89bc18.75c0.040.01维持净能13.32a13.12ab12.79c12.89bc12.64c0.070.01增重净能11.15a10.96ab10.64c10.75bc10.50c0.070.012.4种植周期内不同水培天数大麦苗产值（见表6）水培至7、8、9 d的大麦苗在产量和营养价值上均显著高于水培至5、6 d的大麦苗，因而以一个月为种植周期计算水培至7、8、9 d的大麦苗每盘干物质重、粗蛋白和生产水平泌乳净能含量。由表6可知，每盘草的干物质重、粗蛋白和生产水平泌乳净能含量变化趋势一致，均为第7 d最高，第9 d最低。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.18.020.T006表6种植周期内不同水培天数大麦苗产值项目水培天数/dSEMP值789干物质/(kg/盘)4.37a3.91ab3.51b0.160.05粗蛋白/(kg/盘)0.79a0.70ab0.65b0.030.05生产水平泌乳净能/(MJ/盘)82.33a73.77ab65.75b2.990.053讨论3.1大麦苗生长状况及营养成分变化分析研究发现，种子萌发和早期幼苗生长主要依靠种子胚乳提供必要的能量和营养物质[14]。本试验中，大麦苗株高和鲜草重在前3 d显著增加，第7 d以后虽有增加但差异不显著。这可能是由于在种子萌发和大麦苗前期生长（7 d前）的过程中，种子本身为大麦苗提供了大量的营养物质和能量，以致无法提供足够的能量和营养物质满足大麦苗后期生长（7 d后）。本试验中，随着水培天数增加，本试验的水培大麦苗营养成分出现了较大差异，其中CP、EE、NDF、ADF、Ash、NDFIP、ADFIP、SOLP和NPN的含量随着水培天数增加而显著增加，与前人的研究结果[15-16]一致。谷物在发芽过程中淀粉含量减少[17]，淀粉被分解代谢为可溶性糖，为大麦种子萌发及幼苗早期生长提供能量[16]。本试验中NPN含量较高，约占SOLP的90%，与黄万里等[16]结果相似，说明水培大麦苗的SOLP主要是NPN。矿物质为动物体所必需，在维持动物机体健康、形成动物产品和保证动物繁育等生命活动中发挥重要作用。大麦苗中富含多种矿物质元素，主要有钾、钙、镁等[18]。同时大麦苗中也富含多种氨基酸，如蛋氨酸、赖氨酸等[19]。蛋氨酸是反刍动物的主要限制性氨基酸，对反刍动物维持生长、繁殖等生命活动具有重要作用[20]。赖氨酸作为反刍动物的另一种限制性氨基酸，也是一种必需氨基酸，在改善动物生产性能、提高动物抗应激能力、保证动物健康方面具有重要作用[21]。在本试验中，矿物质和氨基酸（蛋氨酸、赖氨酸）含量随着水培天数增加而增加。但水培条件、水培天数、种子品种等可能会影响大麦苗营养物质含量[15-16,22]。3.2大麦苗CNCPS组分、真可消化养分含量和能值估测分析瘤胃中容易降解的饲粮蛋白由PA和PB1组分共同构成，主要用于合成微生物蛋白。PB2和PB3组分贡献了部分过瘤胃蛋白，作用是到后消化道中供动物消化利用[5]。本试验中，PA和PB1含量随着水培天数延长而增加，PB2含量随着水培天数延长而降低，这可能是大麦苗在生长过程中蛋白质向NPN和SOLP转化。PB3含量与细胞壁结构相关，在瘤胃中能够被缓慢降解[23]。PC组分中含有与ADL、单宁等结合的蛋白质以及发生美拉德反应的蛋白质[24]，是瘤胃中不可降解的蛋白质，PC含量越低，蛋白质的利用率越高。在本试验中，PB3和PC含量随着水培时间的延长而增加，提示水培大麦苗应适时采获。挥发性脂肪酸是碳水化合物在瘤胃中被微生物降解并发酵生成的产物，是反刍动物的主要能量来源，约占反刍动物总代谢能的75%[25]。在本试验中，CHO、CA、CB1、CNSC的含量均随着水培天数延长而降低，CB2、CC含量随着水培天数延长而增加，与前人的研究结果一致[16]。本研究结果显示，随着水培天数延长，大麦苗中非结构性碳水化合物含量降低，结构性碳水化合物含量增加，表明水培大麦苗应该适时收获以保证相对合理的营养结构。NRC模型将饲粮中碳水化合物划分为非纤维性碳水化合物（NFC）和纤维性碳水化合物（FC）等两部分[13]。并根据各营养组分对能量的贡献不同，利用饲粮中真可消化养分含量估测能值[26]。在本试验中，tdNFC随着水培天数延长逐渐降低，这与NFC含量逐渐降低有关。而由于CP、NDF和EE含量随着水培天数延长而逐渐升高，模型估测出的tdCP、tdNDF和tdFA的含量也逐渐升高。TDNM含量随着水培天数延长而降低，估测能值（DE1X、DEP、MEP、NELP、NEm、NEg）也具有相似的趋势，这可能与tdNFC含量的变化有关[27]。研究表明，随着水培天数延长，大麦苗可消化养分含量，能值会降低。3.3大麦苗种植周期内产值分析水培大麦苗的生长受外界环境影响较小，可以循环种植，因而要关注大麦苗的流转时间，以期在种植周期内达到最大的收益。本试验以一个月为种植周期，计算不同水培天数下大麦苗DM重、CP和NELP含量，发现水培至第7 d时这3个指标最高，说明水培至第7 d可能是最佳收割时间。4结论本试验条件下，随着水培天数延长，株高和草重逐渐增加，大部分营养指标均逐渐增加，但是TDNM和估测能值逐渐降低。以一个月为种植周期，发现水培至第7 d大麦苗DM重、CP和NELP含量最高。因此，兼顾营养成分、能值以及种植周期内大麦苗的最大收益，大麦水培至第7 d饲用价值最高。