青檀叶片饲用营养价值分析与优良无性系筛选*

乔 谦 程甜甜 燕 语 于永畅 武 冲 刘庆忠 张 林 刘 燕

（1. 山东省农业科学院果树研究所 泰安 271000； 2. 北京林业大学园林学院 北京 10083； 3. 泰安市泰山林业科学研究院 泰安 271000； 4. 泰山学院 泰安 271018）

随着中国畜牧业迅速发展，草本饲料和粮食类饲料已难以满足需求，饲料资源供求长期处于精饲料、蛋白质饲料、绿色饲料缺乏和总量不足的状态（胡跃高等，2000）。饲用植物资源是发展畜牧业的物质基础，优质饲草是畜产品品质的保障，但我国优质饲草国内供应严重不足，以苜蓿（Medicago sativa）和燕麦草（Arrhenatherum elatius）为主的饲草原料进口量明显增加，且饲草蛋白质、脂肪含量不足。木本饲料是指具有饲用价值的木本植物幼嫩枝叶、花、果实、种子及其副产品，既可直接放牧食用又可采集、刈割、加工后利用（靖德兵等，2003），与草本饲料相比具有营养丰富、粗蛋白含量高、产量高、植物资源广、可多年利用等优点，尤其是蛋白质含量高，可与草本饲料混和使用，以弥补常规草料的蛋白质不足，同时不与农业争地。目前，在我国牧场面积缩小、草场退化严重，开发木本饲料具有成本低、效益高、不占用耕地的饲料原料，对解决人畜争粮问题具有十分重要的意义。

近年来，木本饲料的研究成为饲料资源开发的重点，尤其是禁用促生长药物饲料添加剂新规的颁布（Zhanget al., 2018；印遇龙等，2020），有关木本饲料的开发与利用研究日趋增加，在南亚、东南亚和许多非洲国家，木本饲料已成为重要饲料资源，在畜牧业中具有重要地位（Larbiet al., 1996；Argelet al., 2000；Franzelet al., 2007）；在湿热带气候环境的拉丁美洲、东南亚和南非等国家，木本饲料已广泛用于反刍动物的氮源提供（Ibrahimet al., 2001; Janket al., 2005;Sheltonet al., 2005; Sánchezet al., 2006）。我国8 000余种木本植物中可用作木本饲料的种类约有1 000多种，如杨柳科（Salicaceae）的枝、叶、花絮，壳斗科（Fagaceae）的果实，榆科（Ulmaceae）的叶片，桑科（Moraceae）的叶片，蔷薇科（Rosaceae）的叶片、果实，豆科（Leguminosae）的叶片，槭树属（Acer）的种子，漆树科（Anacardiaceae）的枝、叶、果实，葡萄科（Vitaceae）的果、叶，胡颓子科（Elaeagnaceae）的叶片，松科（Pinaceae）的松针，无患子科（Sapindaceae）的种子，胡桃科（Juglandaceae）的叶和花序，菝葜科（Smilacacea）植株整株，竹科（Bambusoideae）叶片等均可用于饲料加工（俞秀玲等，2018）。

青檀（Pteroceltis tatarinowii）为榆科（Ulmaceae）青檀属（Pteroceltis）植物，是一种重要的经济与观赏树种，多用于造林、造纸与园林景观。青檀枝干的韧皮纤维是制造宣纸的主要原料，但在此过程中大量树叶被丢弃，造成资源浪费。据《中国植物志》（1998）、《安徽植物志》（1996）记载，青檀树叶可饲喂猪羊等家畜，也具有祛风、止血和止痛等药用功效。丁佐龙等（1997）分析表明，青檀叶粗蛋白含量较高，达19.43%，青檀叶粉营养价值较高，可作营养型饲料添加剂。目前，对于青檀的研究多集中在造林、造纸应用，尤其集中在檀皮质量和檀皮加工等方面（李建华等，2012；常强强等，2017；欧小阳，2020），其叶片饲用价值的研究较少。鉴于此，为充分开发利用青檀树叶开辟饲料生产的新资源，本研究分析评价青檀叶片的饲用价值，为其用作木本饲料应用提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验地点位于山东省泰安市泰山区罗汉崖林场，属半湿润大陆性季风气候，年平均气温12.1 ℃，极端最低气温-28 ℃，极端最高气温 40.3 ℃，多年平均降水量690.3 mm，≥10 ℃积温4 300 ℃，无霜期198天；海拔 400～700 m，母岩为花岗片麻岩，土壤为粗骨棕壤（张永涛等，2011）。

选取10个青檀无性系作为试验材料（图1），于10月中旬采集树冠中层叶片作为样品。

图1 10个青檀无性系叶片Fig. 1 Leaves of 10 Pteroceltis tatarinowii clones

1.2 试验方法

1.2.1 叶片营养成分测定 参照中国饲料数据库（http://www.chinafeeddata.org.cn）中最常用饲料原料描述及常规概略成分，测定指标包括干物质（DM）（直接干燥法GB/T 6435—2014）、粗蛋白（CP）（凯氏法GB/T 6432—1994）、粗纤维（CF）（酸碱洗涤法GB/T 6434—1994)、中性洗涤纤维（NDF）（范式中性洗涤纤维GB/T 20806—2006）、酸性洗涤纤维（ADF）（范式酸性洗涤纤维NY/T 1459—2007）、粗脂肪（EE）（索氏抽提法GB/T 6433—1994）、粗灰分（Ash）（550 ℃灼烧法GB/T 6438—2007）等的含量，并采用差减法计算无氮浸出物（NEF）含量：NEF=（1-CP-CF-EE-Ash）%。叶片钙（Ca）含量采用原子吸收分光光谱法测定（NY/T 1994—2010）；叶片全磷（P）含量采用分光光度法测定（GB/T 6437—2002）。叶片单宁含量测定采用磷钼酸-钨酸钠 (F-D)比色法（GB/T 27985—2011）。

1.2.2 叶片饲用质量评价指标计算 参照Rohweder(1978)和李茂（2013）的方法计算相对饲用价值（RFV）：RFV=(DDM×DMI)/1.29；其中DMI（dry matter intake）为粗饲料干物质的随意采食量，DMI=120/NDF（单位：占体重的百分比即%DW）；DDM（digestible dry matter）为干物质消化率，DDM=88.9-0.779ADF（单位：%DM）。

抗氧化活性：参考刘颖等（2020）方法，采用3种抗氧化能力测定法（ABTS自由基清除能力测定法、DPPH自由基清除能力测定法、FRAP铁离子还原/抗氧化能力测定法）测定叶片的总抗氧化能力，并采用抗氧化活性综合指数法（APC）（赵磊等，2021; Seeramet al., 2008），对3种方法进行综合评价。

叶片次生代谢物含量：参考赵文华等（2005）、吕海涛等（2007）方法，采用waters2695高效液相色谱仪测定，Compass C18（2）反相色谱柱（250 mm×4.6 mm,5 μm），以相应标品对5种黄酮类物质（儿茶素、绿原酸、咖啡酸、槲皮素、异鼠李素）定量测定；类黄酮含量采用酶标法进行测定。

叶片氨基酸含量：参照GB/T 18246—2019 饲料中氨基酸的测定进行检测。包括游离氨基酸和水解氨基酸。

1.3 统计方法

采用SPSS 22.0软件进行数据处理和方差分析，选取 Duncan 法进行多重比较。设置3次重复，数据表示为均值（Mean）± 标准差（Std.）。

2 结果与分析

2.1 不同无性系叶片营养成分测定及评价

不同青檀无性系叶片各营养成分指标均达到极显著差异（表1）。10个无性系的粗蛋白含量差异较大，平均含量为17.60%，含量最高的‘福缘’（24.36%）和‘WT’（野生型）（24.33%）约为含量最低的‘鸿羽’（10.15%）的2.4倍。粗脂肪和粗纤维含量较低，粗脂肪平均含量为9.31%，最高为‘鸿羽’（11.45%），最低为‘金玉缘’（7.98%）和‘慧光’（8.00%）；粗纤维含量平均为4.08%，以‘巨龙’(5.36%)和‘金玉缘’(5.35%)最高，‘鸿羽’(3.21%)最低。粗灰分含量平均为19.33%，以‘慧光’最高（25.15%），‘WT’最低（16.22%）。无氮浸出物含量平均值达到49.69%，‘鸿羽’最高（58.17%），‘福缘’最低（42.09%）。洗涤纤维里的中性洗涤纤维含量无性系间差异较大，平均为45.51%，最高达67.67%（‘凤目’），最低仅17.76%（‘鸿羽’）；而酸洗洗涤纤维含量无性系间差异较小，平均为24.07%，其中‘鸿羽’最高（30.61%），‘巨龙’最低（20.99%）。钙含量平均达到5.863 3%，其中‘鸿羽’最高（7.163 3%），‘金玉缘’最低（5.186 7%），明显高于全磷含量；全磷含量平均仅为0.173 3%，‘鸿羽’最高（0.299 5%），‘青龙’最低（0.085 4%）。青檀叶片单宁含量均较低，平均为0.292 6%，最高为0.319 8%（‘凤目’），最低为0.248 0%（‘WT’）。

2.2 无性系间饲用质量评价指标测定及分析

3个饲用质量评价指标在无性系间均具有极显著差异（表2），可消化干物质平均为70.15，其中‘巨龙’（72.55）和‘WT’（72.36）最高，‘鸿羽’（65.05）最低；干物质采食量平均为3.06，最高为‘鸿羽’（6.76），最低为‘凤目’（1.77）；相对饲用价值差异较大，平均为164.43，最高达340.87（‘鸿羽’），最低仅为97.18（‘凤目’）。

表2 青檀不同无性系饲用质量评价指标差异①Tab. 2 The difference of feeding quality evaluation index among different clones of Pteroceltis tatarinowii

参考美国牧草和草地协会（AFGC）的《美国豆科、禾本科和豆科、禾本科混合干草质量标准》，评定所测样品的营养品质（李乔仙等，2020）。由表2可知，青檀供试样品的酸性洗涤纤维、可消化干物质含量均达到特级标准。就粗蛋白指标，10个无性系平均达到1级标准，其中3个无性系达到特级标准；根据中性洗涤纤维指标，10个无性系平均达到1级标准，其中4个达到特级标准；就干物质采食量指标，无性系中‘金玉缘’、‘慧光’、‘鸿羽’、‘青龙’为特级标准，总体平均值也达到特级标准；就相对饲用价值指标，10个无性系中有6个达到特级标准，平均值也达到特级标准。根据满足最低标准的评价原则，10个无性系中有4个达到了1级标准，分别为‘WT’、‘金玉缘’、‘慧光’和‘巨龙’。

2.3 无性系间叶片抗氧化活性测定及分析

采用3种方法测定叶片总抗氧化活性，结果表明，10个无性系间均具极显著差异（表3）。3种方法所测结果平均值分别为12.19（ABTS）、4.73（FRAP）和3.06（DPPH）μmol·g-1。3种测试结果有一定差异，但也呈现一定规律，10个无性系中 ‘大叶’、‘巨龙’、‘青龙’和‘福缘’表现较高的抗氧化能力，‘金玉缘’、‘慧光’和‘无量’抗氧化能力较低。通过APC指数综合评价可得‘大叶’、‘巨龙’和‘青龙’分列前3位，叶片抗氧化活性强，而‘无量’、‘金玉缘’和‘慧光’排序低，叶片抗氧化活性弱。

表3 不同无性系青檀叶片抗氧化指标差异①Tab. 3 Statistical analysis on the difference of antioxidant index in leaves of P. tatarinowii in different clones

2.4 无性系间叶片次生代谢物含量差异

以‘WT’为试材，通过HPLC-MS共检测到652个次生代谢物（图2），其中黄酮种类最多，占比为39%，其次是酚酸类（27%）和生物碱类（13%），有益次生代谢物质提升了青檀叶片的饲用价值。进一步以‘WT’、‘慧光’、‘巨龙’为试材，对其总类黄酮和5个黄酮类物质含量定量检测，6个指标在三者间均具有极显著差异（图3），其中总类黄酮含量平均为9.92 mg·g-1，‘WT’和‘慧光’明显高于‘巨龙’。5个黄酮类物质中，绿原酸含量最高（710.96 μg·g-1），其次是异鼠李素（27.12 μg·g-1），儿茶素（16.53 μg·g-1）、槲皮素（9.09 μg·g-1），咖啡酸含量极低，仅为1.73 μg·g-1。5种物质的含量在三者间均呈极显著差异，其中‘慧光’含有的绿原酸含量明显高于其余两者，相差4倍；儿茶素含量‘WT’最高，‘慧光’最低；咖啡酸含量‘巨龙’最高，‘慧光’最低；槲皮素含量‘巨龙’最高，‘WT’最低；异鼠李素含量‘慧光’最高，‘巨龙’最低。由此可知，不同无性系的叶片次生代谢物含量差异较大，具有筛选高生物活性物质的基础。

图3 3个青檀无性系叶片6种次生代谢物含量差异Fig. 3 The difference of six kinds of secondary metabolites in leaves among three P. tatarinowii clones

2.5 无性系间叶片氨基酸含量差异

蛋白质是由氨基酸组成的，因此，饲料蛋白质的氨基酸组成比例是评定饲料蛋白质营养价值的关键。以‘WT’、‘慧光’、‘巨龙’三者为试材（表4），共检测到水解氨基酸平均总量（T）为108.20 mg·g-1，无性系间差异极显著，‘WT’(124.71 mg·g-1)高于‘慧光’(110.17 mg·g-1)和‘巨龙’(89.73 mg·g-1)。水解氨基酸共包含19种氨基酸，其中亮氨酸(LEU)含量最高(32.281 mg·g-1)，异亮氨酸(ILE) (25.99 mg·g-1)、酪氨酸(TYR) (16.11 mg·g-1)含量也较高，脯氨酸(PRO) (4.25 mg·g-1)、苯丙氨酸(PHE) (3.55 mg·g-1)、 丝氨酸(SER) (3.49 mg·g-1)也占有一定比例，其余氨基酸含量较低，多为1 mg·g-1。19种氨基酸中，除甘氨酸(GLY)无性系间差异不显著，其余18种含量无性系间均为显著或极显著差异，其中丙氨酸(ALA)和赖氨酸(LYS)的差异显著，其余16种为差异极显著。

游离氨基酸平均总量为47.87 mg·g-1，无性系间差异极显著，‘慧光’(50.56 mg·g-1)高于‘WT’(47.75 mg·g-1)和‘巨龙’(45.30 mg·g-1)。游离氨基酸共包含18种氨基酸，其中异亮氨酸(ILE)含量最高[(22.89±3.05) mg·g-1]，其次是亮氨酸(LEU) [(10.86±1.62) mg·g-1], 苏氨酸(THR)[(5.28±0.81) mg·g-1], 丝氨酸(SER) [(2.47±0.52) mg·g-1]，其余氨基酸含量均在1 mg·g-1以下。18种氨基酸中，色氨酸含量在无性系间差异不显著，缬氨酸、组氨酸差异显著，其余15种均达到极显著差异水平。

青檀叶片水解氨基酸和游离氨基酸中均含有8种必须氨基酸，即异亮氨酸、亮氨酸、赖氨酸、甲硫氨酸（蛋氨酸）、苯丙氨酸、苏氨酸、色氨酸和缬氨酸；三者水解氨基酸中的必需氨基酸含量之和(E)分别为124.71、110.17、89.73 mg·g-1, 非必须氨基酸含量之和(N)分别为 32.21、30.38、27.57 mg·g-1，E/T依次为0.74、0.72、0.69，E/N依次为2.87、2.63、2.25，均接近或符合WHO/FAO提出的E/T应为 0.40、E/N应在0.6以上的参考蛋白模式（FAO，1970；李凤玲等，2009），这表明青檀叶片的蛋白质营养非常丰富。因此，使用青檀叶粉充当饲料添加剂对禽畜体内蛋白质的合成和提高饲料的营养价值都有重要意义。

2.6 优异饲用青檀无性系筛选

饲草中粗蛋白含量高、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量低是高养价值的重要指标（李云等，2006），据此筛选出‘WT’和‘福缘’2个高蛋白无性系。另外，可消化干物质(DDM)、干物质采食量(DMI)、相对饲用价值(RFV)的指标越高，其饲用质量越高（李乔仙等，2020），根据这3个营养评价指标，依据AFGC的豆科、禾本科和豆科、禾本科混合干草质量标准，初步筛选出4个符合1级标准的无性系，分别为‘WT’、‘金玉源’、‘慧光’和‘巨龙’；再结合抗氧化活性APC指数综合评价排序结果，认为‘WT’、‘福缘’、‘巨龙’为最佳优系。本试验仅针对课题组自主选育的无性系进行测定与分析，对于野生状态下的青檀叶片营养成分和差异未做调查与分析，因此还需继续扩大范围，筛选优异饲用种质与种群。另外，青檀具有萌生力强的优势，可通过不断刹割促发侧枝以提高生物量，因此，选育高生物量、高营养价值和两者兼具的优良无性系，是未来的研究方向。

3 讨论

3.1 青檀叶片饲用特性比较分析

为分析青檀叶片的饲用特性，将本试验结果与国内报道的主要木本饲料和草本饲料成分进行汇总比较，与木本饲料相比，青檀叶片粗蛋白含量（19.43%）处于中上水平，与泡桐(Paulownia fortunei)(20.28%) (吴洪丽等，2017）、阴山胡枝子(Lespedeza inschanica) (17.5%) (王清郦等，2012）、树菠菜(Cnidoscolus aconitifolius) (19.2%) (古敏等，2021）、紫穗槐(Amorpha fruticosa) (18.6%) (赵军等，2021）相当，低于银合欢(Leucaena leucocephala) (21.83%) (李乔仙等，2020）、桑叶(Morus alba) (29.8%) (吴洪丽等，2017）、二色胡枝子(L. bicolor) (23.22%) (王清郦等，2012）、达乌里胡枝子(L. dahurica) (21.8%) (王清郦等，2012），高于杂交构树叶(Broussonetia papyrifera) (16.15%) (施海娜等，2019)、四倍体刺槐(Robinia pseudoacacia)(16.24%) (李云等，2006）、杨树(Populus) (9.45%) (吴洪丽等，2017）、柠条(Caragana korshinskii) (10.6%) (弓剑，2004）、桉树(Eucalyptus robusta) (9%) (包承玉等，1989）、黄梁木(Neolamarckia cadamba) (12.48%) (郭香等，2021），杜仲(Eucommia ulmoides) (12.22%) (王德凤等，2017）和部分胡枝子属（Lespedeza）(王清郦等，2012)植物；本研究测定粗纤维含量（9.38%）与丁佐龙等（1997）（4.08%）有所差异，但两者均明显低于多数木本饲料，与桑叶(11.1%) (吴洪丽等，2017）、泡桐(9.83%) (吴洪丽等，2017）、树菠菜(8.54%) (古敏等，2021）、杜仲(6.87%) (王德凤等，2017)相当，且中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维也低于多数木本饲料。研究表明，饲料中适当添加粗纤维可降低日粮消化能浓度，促进家畜对营养物质和矿物质的消化吸收，高纤维饲料通过胃肠的速度会加快, 导致养分的吸收利用率降低，饲料效率变差，而过低纤维含量也会导致家畜难有饱腹感，甚至引发便秘，因此，需合理调控粗纤维含量（张丽芳等，2012），青檀叶片的相对低纤维特性规避了高纤维含量的副作用，使其具有更好的消化率；植物的粗脂肪通常被认为是能量的代表，粗脂肪含量越高意味着饲料的能量越高，本试验所测粗脂肪含量（9.31%）高于大多数木本饲料树种，且与丁佐龙等（1997）3.45%的粗脂肪含量有一定差异，略高于反刍动物20～50 g·kg-1的日粮要求（李云等，2006），可能会影响瘤胃营养物质的消化作用，还需进一步检测分析；另外，钙(Ca)和磷(P)是家畜矿物营养中2个重要的元素，在家畜的骨骼发育和维护方面有着特别的作用，本试验中钙含量明显高于磷含量，钙磷比较高，这可能是其主要生长环境因素导致，青檀多生活在石灰岩地区，是常用的钙质土壤指示植物，今后作为木本饲料树种种植栽培时可以适当调节土质与施肥比例来调节钙磷比。与草本饲料（燕麦草、黑麦、小麦麸、玉米、苜蓿）相比（中国饲料数据库，2018；张书阅等，2022），青檀叶片的粗蛋白含量具有绝对优势，远高于常规草本饲料，可以达到1级或2级苜蓿标准；同时具有较高的粗脂肪和钙含量。

少量的单宁可以对动物消化道起到收敛的作用，具有轻微的止泻作用，可使瘤胃内蛋白质的降解率增加，干物质消化率提高（牛菊兰等，1995；Puchalaet al., 2005）。Robbins等（1987）和Jackson等（1996）对热带树木、灌木和豆科牧草叶片中单宁的含量研究发现单宁含量不足 55 g·kg-1（干质量）的植物可以作为动物饲料；而单宁含量高达 60～90 g·kg-1（干质量）的植物，动物一般拒食其叶子。本研究所测单宁含量平均为2.926 0 g·kg-1，最高仅为3.198 0 g·kg-1，远低于拒食标准，同时，低含量单宁一定程度上提高了青檀叶片的干物质消化率。

3.2 青檀叶片饲用价值提升的物质基础

对叶片的次生代谢物和氨基酸含量测定表明，青檀含有652个次生代谢物，含有的有益次生代谢物，具有抗菌消炎、清除自由基、提升免疫力的功效（Guoet al., 2023）；19种水解氨基酸和18种游离氨基酸中均含有8种必须氨基酸，其中必须氨基酸——亮氨酸(LEU)、异亮氨酸(ILE)含量均占有最高比例，且水解氨基酸的E/T和E/N值均接近或符合WHO/FAO提出的参考蛋白模式（FAO，1970）；叶片的次生代谢物和氨基酸含量检测结果进一步证实并提升了青檀叶片的饲用价值。

综上所述，青檀具备发展成为优良木本饲料树种的物质基础，具有一定的开发利用前景，能否大规模开发应用还需后续的动物饲喂试验予以验证。

4 结论

青檀叶片具有粗蛋白、粗脂肪、钙含量高，粗纤维、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、单宁含量低的特点，具有丰富的有益次生代谢物，且其叶片游离氨基酸和水解氨基酸组分丰富，均包含8种必需氨基酸，水解氨基酸的E/T和E/N值接近或符合WHO/FAO提出的参考蛋白模式，综合认为青檀具备发展为优良木本饲料树种的物质基础，具有一定应用开发前景。根据粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量、3个饲用质量评价指标（DDM、DMI和RFV）和抗氧化活性APC指标，初步筛选出‘WT’、‘福缘’和‘巨龙’这3个优异无性系。