紫色達利菊

紫色達利菊（圖冊1）(12張)

多年生草本植物，高25 - 75釐米，全株無毛。根圓錐形，外表暗紫紅色，中央幹脊直立，分櫱併發出了多個莖，產生濃密效果。基生葉叢生，葉通常具羽狀3小葉，無腺點，稀具鈎狀毛；小葉具托葉和小托葉；奇數羽狀複葉交替上升，3-7片，而且往往很短，約6-11釐米長。葉片深綠色，上部線狀，約2.5釐米長，3.2毫米寬。莖上部葉互生，較基生葉為短，全緣或波狀全緣。聚傘花序密集於莖頂，近頭狀，花朵呈薰衣草紫色，玫瑰色，粉紅色或紫色，並有一個光明的亮橙色超出雄蕊伸出的小花瓣。莖的末端圓錐狀穗集結，花瓣常被短柔毛，龍骨瓣常沿邊緣貼生；花柱常膨脹，具髯毛圍繞柱頭，柱頭頂生；苞片線狀披針形，具硬毛，花萼短筒狀，5深裂，紫色花約1 / 3“，圓柱形穗花約一半在在植物的頂端，花冠長筒狀，淡紫或紫色雄蕊5，子房4深裂，小堅果骨質。花期從5月-9月，持續大約1-1個半月。種子是在風中搖曳，從母株圓柱尖峯短距離飄移入土。 ^[1] 

紫色達利菊生長在草原，包括乾燥平原、草原、丘陵、山坡、開闊的林地、陰影溝壑、各種水網和路旁。最好是年平均降水量不低於38釐米，耐陰，偏好充滿陽光和乾燥條件。土壤包含壤土、粘土、砂和礫石。 ^[2] 

紫色達利菊分佈於北美洲大平原，從艾伯塔省東南部、薩斯喀徹温省南部、馬尼托巴省、得克薩斯州南部、亞拉巴馬州、蒙大拿州最西部、懷俄明州、科羅拉多州。該物種被認為是在安大略省、馬尼托巴省和田納西州罕見，並已在俄亥俄州和密歇根州滅絕。 ^[1] 

紫色達利菊（圖冊2）(10張)

紫色達利菊是一種重要的大平原豆類植物，可以給家畜和野生動物提供了優良牧草和食物，具高度營養價值。特別是蛋白質含量高，受白尾鹿，野火雞青睞。也具藥療功能，將葉子浸泡在水中可以治療撞傷，美國印第安人也用作治療心臟病的一種藥物，還可以緩解肺炎、麻疹及腹瀉。一些部落吃新鮮的或煮的葉子，用葉子製成的茶，嚼根。用強硬的波尼莖可以製作掃帚。 ^[2] 

紫色達利菊（Petalostemun purpureum）是一種適應性極強，適口性較好，並廣泛分佈於北美草原上的一種豆科植物。紫色達利菊含有較高的縮合單寧並具有極強的抗致病性大腸桿菌的能力。但關於其縮合單寧對大腸桿菌的抑菌活性及可能機制，是否具有保護植物蛋白過瘤胃的作用以及對瘤胃微生物的影響並不清楚。 ^[4] 

因此，設計三個實驗來研究紫色達利菊縮合單寧對反芻動物的影響：

實驗一、紫色達利菊所含縮合單寧對肉牛後腸大腸桿菌抑制能力及其作用機理。 在致病性大腸桿菌O157：H7的體外培養基中加入十一種不同植物縮合單寧（添加量： 400μg/ml），結果發現僅紫色達利菊所含縮合單寧表現出較強的抗致病性大腸桿菌O157：H7生物活性。同時，在厭氧條件下添加200μg/ml該縮合單寧表現出對大腸桿菌（ATCC 25922）的抑制作用。穿透電子顯微鏡觀察發現大腸桿菌細胞膜在縮合單寧的作用下增厚，掃描電子顯微鏡觀察發現當添加較高濃度縮合單寧時，大腸桿菌菌體表面被一層膜外物質包裹。大腸桿菌細胞膜的通透性在200μg/ml縮合單寧添加量下顯著降低。 ^[4] 

為進一步確定紫色達利菊所含縮合單寧對反芻動物後腸消化及後腸大腸桿菌的影響，分別在2009和2010年進行放牧試驗，試驗採用隨機區組設計，處理為對照組（不含紫色達利菊以雀麥草為主的草地），試驗組Ⅰ（以紫色達利菊與雀麥草為主的草地）和試驗組Ⅱ（以紫色達利菊與針茅草和雀麥草混合的草地）。於2009和2010年夏季和秋季在試驗地採集植物樣品和糞樣，用於分析植物和糞樣的化學成分及糞樣中的大腸桿菌數量。縮合單寧含量在試驗組Ⅰ和Ⅱ顯著高於對照組（P0.01）。 ^[4] 

試驗組Ⅰ和Ⅱ動物糞樣中大腸桿菌的數量在2009年秋季和2010年夏秋季放牧中顯著低於對照組（P0.05）。秋季放牧中，對照組糞樣pH、總氮、有機物消化率、氨態氮和揮發性脂肪酸顯著高於試驗組Ⅰ和Ⅱ而乙酸/丙酸低於對照組（P0.05）。夏季放牧動物糞樣各指標差異不顯著。因此，紫色達利菊所含縮合單寧可能通過改變大腸桿菌細胞膜或與細胞膜相互作用來抑制大腸桿菌的生長，從而減少肉牛糞便中的大腸桿菌數量。

實驗二、紫色達利菊及其與禾本科和豆科牧草混合氮代謝規律的研究。 為確定紫色達利菊中縮合單寧的分佈和體外瘤胃降解率，分別在營養生長期和盛花期採集整株植物，測定葉、莖和花所佔的比例以及總酚，可提取單寧、蛋白結合單寧和纖維結合單寧的含量。花中總縮合單寧的含量顯著高於莖和葉的含量（P0.05）。營養生長期葉中的總酚和總縮合單寧都高於盛花期。紫色達利菊不同部位可提取單寧的量遠高於蛋白結合單寧和纖維結合單寧。盛花期整株植物縮合單寧含量高於營養生長期（P0.001）。 ^[4] 

體外試驗採用2 x 2析因試驗設計，將不同草地採集的兩期植物放入三套DAISYII發酵器中，同時每個發酵器中的兩個發酵罐添加聚乙二醇（單寧活性抑制劑），分別在0， 1， 2， 4， 8， 12， 24， 48和72 h取樣。營養生長期具有較高的真幹物質和真氮消化率，同時幹物質和氮素中潛在降解部分（b）均高於盛花期。營養生長期幹物質中快速降解部分（a）要高於盛花期（P0.001），而氮素中的快速降解部分卻低於盛花期（P0.01）。添加聚乙二醇後，營養生長期幹物質的慢速降解部分速率常數（C）增加（P0.01）但對盛花期無影響。添加聚乙二醇增加盛花期真氮素潛在降解部分，對營養生長期無影響。 ^[4] 

兩期紫色達利菊體外12h殘留飼料δ~（15）N的含量在添加聚乙二醇後顯著增加（P0.01）。這表明紫色達利菊在營養生長期擁有較高的瘤胃消化率而在盛花期其縮合單寧對氮素的消化率有一定影響，同時兩期植物所含縮合單寧均在消化過程中對微生物的附着有一定影響。但總的來看，高縮合單寧對紫色達利菊真幹物質和真氮的消化率影響不大。

為確認紫色達利菊與冷季禾本科植物混合對瘤胃發酵和菌體蛋白合成的影響。測定了紫色達利菊與混合冷季植物樣品（冷季植物以雀麥草為主），並用縮合單寧含量在7， 14， 29和42 g /kg DM的樣品進行體外發酵試驗。試驗採用4×2析因試驗設計，重複兩次。δ~（15）N硫酸氨用來測定菌體蛋白合成效率。添加聚乙二醇並未對最大產氣量以及延遲期產生影響，但能夠增加產氣率（P0.01）。隨着紫色達利菊含量的增加，12和48h體外真幹物質消化率均有所提高（P0.01）但菌體蛋白產量在12h有所下降（P0.01）。添加聚乙二醇增加12h真幹物質消化率（P0.01）。隨着縮合單寧含量的增加，添加聚乙二醇增加氨態氮和支鏈揮發性脂肪酸的含量並降低菌體蛋白的合成效率（P0.01）。這表明冷季植物中混合紫色達利菊能夠增加瘤胃降解率。含量為4.2%的縮合單寧對幹物質降解率無影響但能增加菌體蛋白合成效率。 為了確定紫色達利菊所含縮合單寧對保護豆科植物蛋白不被微生物降解成氨態氮的能力，同時確定對甲烷氣體產量以及瘤胃微生物的影響。試驗採用5×2析因試驗設計，用含δ~（15）N標記的苜蓿與紫色達利菊組成五個比例：100：0、75： 0、50：50、25： 75和0：100，同時添加或不添加聚乙二醇，重複三次。利用Ammoniaδ~（15）N diffusion技術和Real-time PCR測定苜蓿蛋白向氨態氮中的轉化效率和微生物的菌體拷貝數。隨着紫色達利菊比例的增加，添加聚乙二醇能夠顯著提高氨態氮和氨態氮中δ~（15）N含量以及苜蓿δ~（15）N向氨態氮的轉化效率（P0.01）。添加聚乙二醇對48h內消耗單位幹物質的甲烷氣體產量無影響。12h時，三種纖維降解菌，產琥珀酸絲狀桿菌，瘤胃白球菌和瘤胃黃球菌隨着紫色達利菊的比例增加而降低但差異不顯著。非纖維降解菌中甲烷菌，瘤胃鏈球菌和嗜澱粉瘤胃桿菌的拷貝數同樣隨着紫色達利菊的比例增加而降低但差異不顯著。這表明，縮合單寧能夠減少瘤胃發酵氨態氮的濃度，同時減少混合苜蓿氮向氨態氮的轉化，從而保護苜蓿中的氮不以氨態氮的形式損失。 ^[4] 

實驗三、縮合單寧對主要瘤胃微生物的影響以及微生物對縮合單寧的適應性 微生物純培養試驗選用3種纖維降解菌並在含縮合單寧0和25μg/ml培養液中以纖維素為底物，在試驗開始前適應21天，然後在含縮合單寧0、75、150、300和450μg/ml中進行濾紙消化試驗。同時選用四種非纖維降解菌在含縮合單寧0和50μg/ml中培養並適應15天，然後添加0、100、200、400和600μg/ml縮合單寧並測定生長曲線。當縮合單寧含量為75μg/ml時，降低產琥珀酸絲狀桿菌，瘤胃白球菌和瘤胃黃球菌的濾紙消化率（P 0.01）。掃描電鏡觀察結果發現當縮合單寧含量高於150μg/ml時，纖維降解菌停止生長，纖維表面出現大量絮狀物質。而非纖維降解菌中，瘤胃普雷沃氏菌，嗜澱粉瘤胃桿菌以及瘤胃鏈球菌對縮合單寧比較敏感，在含量為200μg/ml即顯著改變其生長曲線，而反芻動物半月形單胞菌在縮合單寧含量為600μg/ml仍能較好的生長。 ^[4] 

試驗選用三種纖維降解菌和四種非纖維降解菌均未表現出對縮合單寧的適應性。因此，高劑量縮合單寧對瘤胃微生物有抑制作用並影響纖維降解菌的附着。 綜上所述，紫色達利菊是一種高縮合單寧、高蛋白的豆科植物，其縮合單寧能夠通過與細胞膜相互作用抑制大腸桿菌，並能夠降低反芻動物後腸大腸桿菌的數量。同時，紫色達利菊與其它冷季草地植物混合後能夠提高真幹物質消化率。紫色達利菊與苜蓿混合時，其所含縮合單寧具有保護苜蓿蛋白不被瘤胃微生物降解成氨態氮的能力，但低濃度的縮合單寧就可能造成纖維降解菌的纖維附着能力受抑制。 ^[4]