文摘

可以改變瘤胃發酵Direct-Fed微生物(DFM)盡管這些反應可能取決於DFM的時間已經提供。為了測試這個假說,12瘤胃插管安格斯引導(385±35公斤)是用於設計與晚稻飲食治療,控製或DFM,整個情節,孵化媒體的治療,控製或DFM在子圖,和長度的飲食治療(14至28 d)下級的陰謀。乳酸的DFM是一個混合文化產生細菌,為主嗜酸乳杆菌和腸球菌都有效,美聯儲在10⁹cfu /天。挺集中飼料,玉米的飲食是每天兩次和top-dressed DFM或其乳糖。媒體DFM劑量(50000 cfu)提供相同的單位幹物質cfu提供的飲食。天然氣產量下降(P = 0.02)和膳食DFM傾向(P = 0.06),減少與媒體DFM。飲食由媒體交互(P < 0.01)觀察氣體產率;率減少了媒體DFM沒有飲食DFM但增加與媒體DFM飲食DFM。揮發性脂肪酸(VFA)濃度往往與膳食DFM (P = 0.07)減少;然而,乙酸的摩爾比例增加(P = 0.01)。媒體DFM沒有改變(P≥0.21)發酵產品。一天之間的相互作用和飲食DFM沒有觀察到(P≥0.14)。 Differences in gas production and fermentation end products with dietary DFM suggest that DFM altered fermentation by shifting microbial populations, while interactions between diet and media suggest that DFM also have an immediate influence on the rumen environment.

關鍵字

Direct-fed微生物;體外天然氣生產;揮發性脂肪酸;牛

介紹

直接美聯儲微生物(DFM)組成的文化生產乳酸細菌(實驗室)或實驗室和non-LAB細菌可以提高增益和增長效率在接收和整理階段;然而,這些影響通常是短暫的,僅發生在早期階段的喂養[1 - 4]。目前,機製(s)調解這些變化還沒有確定明確盡管擬議行動模式包括直接的抗菌效果通過乳酸細菌素、競爭排斥和刺激利用細菌[5]。然而,增加DFM飲食表明改變瘤胃發酵特性(即。揮發性脂肪酸的概要文件,pH值)[6 - 9]。迄今為止,瘤胃環境DFM條款的響應隨時間沒有特點。DFM對瘤胃環境的影響可能不同喂養時期的整個時間進程和差異之間也可能存在夾雜物的DFM的飲食與一劑發酵容器管理。這種狀況帶來的影響超越簡單的方法論方麵的考慮。了解自適應,而直接影響瘤胃微生物群的DFM將信息識別在瘤胃DFM行動機製。

通過模擬瘤胃環境在體外天然氣生產技術允許表征DFM介導瘤胃的變化。以前的在體外天然氣生產實驗的影響主要集中在提供釀酒酵母和酵母的組合和各種乳酸杆菌菌株和結果變量的影響在天然氣生產和端點發酵最終產品的形成[10 - 12];然而,有限的數據對細菌的影響DFM體外天然氣生產[2]。本研究旨在區分立即(在體外,除了發酵容器)和自適應(在活的有機體內,消耗了28 d)實驗室包含DFM在瘤胃的影響在體外高濃縮發酵基質,表明通過改變氣體生產和發酵產品。

材料和方法

實驗設計和治療

所有程序都是肯塔基大學機構批準的動物保健和使用委員會。十二瘤胃插管安格斯引導(初始體重385±35公斤)被用於一個晚稻設計實驗(圖1)。包括引導整個故事情節和飲食DFM條款;的次要情節包括體外發酵容器和媒體DFM在音樂劇(下級情節),時間的在體外運行(14至28 d),相對於起始的膳食DFM條款。

圖1:實驗設計。
^一個整個情節;引導與地麵補充玉米載體(控製)或飲食,或DFM, Direct-fed微生物;(10⁹cfu /天;10 g, Vit-E-Men有限公司,諾福克,美國東北)。
^b個細節;與添加乳糖發酵容器載體(控製)或DFM, Direct-fed微生物;(50000 cfu;10 g, Vit-E-Men有限公司,諾福克,美國東北)。
^c天的取樣相對於整個情節的起始治療。

開始飲食DFM治療交錯,以確保隻有三個引導擔任瘤胃液體捐助者在體外天然氣生產在每個采樣天(14日和28 d),導致4塊3引導。限製數量的引導作為流體捐助者每天每個塊的治療導致不平等的表示。被隨機分配到治療動物和動物隨機分配塊的約束,每個治療表示在每一塊。在體外天然氣生產決心在接下來的14天、28天開始飲食治療。這些天抽樣選擇基於之前的研究,積極DFM對性能的影響在很大程度上局限於最初的28 d喂養(肯尼et al ., 2015 a, b) (13、14)。

引導被安置在室內個人筆(3.0×3.7米),免費獲取水和16小時光和8小時黑暗周期。動物喂養高集中,總混合配給(咯)每天兩次在2.0×NEm (NRC, 2000;表1)。咯準備每周和存儲在一個走在冰箱(-20°C)。每周原料幹物質含量測定,混合前下負載咯,迫使烘箱中幹燥24小時(100°C,型號1690,VWR科學產品,科尼利厄斯,或)。飲食適應發生在26天通過使用兩個過渡飲食。動物適應的最後飲食10天前開始治療。適應最後飲食後,開始第一天的實驗期間,飲食是每天兩次top-dressed DFM (10⁹cfu /天)在玉米載體或控製組成的玉米載體。混合細菌培養的DFM是由主要的嗜酸乳杆菌和腸球菌都有效但還包括片球菌屬acidilacticii,短乳,乳杆菌(10 g, Vit-E-Men有限公司,諾福克,東北,美國)。

	總混合配給
	升壓飲食1	升壓飲食2	最後的飲食
成分組成(g公斤1DM)
幹燥穀物蒸餾器	200年	200年	200年
玉米青貯飼料	200年	125年	50
紫花苜蓿青貯飼料	200年	125年	50
蒸汽精疲力竭的玉米	210年	315年	420年
高水分玉米	90年	135年	180年
地麵玉米	68.8	68.8	68.8
石灰石	20.	20.	20.
礦物質預混料z	5.0	5.0	5.0
尿素	3.5	3.5	3.5
脂	2.5	2.5	2.5
維生素預混料y	0.2	0.2	0.2
硫胺素91%	0.005	0.005	0.005
化學成分x(g公斤1DM)
幹物質	520年	585年	670年
粗蛋白	161年	156年	151年
乙醚萃取物	56	58	60
中性洗滌劑纖維	276年	221年	165年
NEm, M大卡/千克	1.83	1.98	2.11

表1:總混合配給的成分組成。
^zPremix-Salt微量不低於92%不大於96%,鋅0.55%,鐵0.93%,錳0.48%、銅0.18%、0.01%,碘硒0.01%,鈷0.01% (2653 l, Burkmann提要,丹維爾,肯塔基州)。
^y維生素Premix-Vitamin 1818182 IU /公斤,每公斤363000 IU維生素D,維生素E 227 IU /公斤。
^x化學成分代表製定值;礦物質和維生素A, D和E喂養。
滿足要求牛肉引導增長1.1公斤/ d (NRC, 2000)

在體外天然氣生產

每個引導提供了瘤胃液體發酵6個模塊,導致3複製/治療陰謀論調。瘤胃內容收集腹瘤胃的每個早上喂之前引導。獨立的媒體解決方案準備每個引導使用以下過程。瘤胃內容處理用沉浸式攪拌器2分鍾,緊張到4層的粗棉布。緩衝溶液、宏觀和micro-mineral解決方案和減少解決方案準備如前所述[15]。這些解決方案(1100毫升)結合200毫升的瘤胃液體,產品被媒體解決方案添加到發酵容器,並保持在一個有限公司₂大氣,直到添加到250毫升發酵容器。發酵容器都提供400毫克襯底(296毫克,幹物質基礎);咯的襯底包括凍結地麵與威利機通過一個1毫米的屏幕。另外,每個發酵容器收到2毫升的H₂啊,100毫升的媒體解決方案,和1毫升的媒體處理。媒體處理由DFM +乳糖載體(50000 cfu)或乳糖控製。媒體DFM劑量提供相同的襯底cfu單位幹物質提供給動物的飲食。與公司船隻被毒氣毒死₂30秒,然後配備遠程自動壓力傳感器(Ankom RF無線天然氣生產係統,Ankom技術,馬其頓,紐約)。船隻被孵化在39°C水浴30小時,累積氣體壓力測量時間間隔為5分鍾。初步的工作表明,30小時的發酵需要達到高原,以便準確的天然氣生產動力學建模。在發酵結束後,累積的氣體被釋放,酸堿決心立即使用便攜式計(Acorn pH值6米,Oakton儀器,弗農山,美國),和樣品收集文化的肉湯。5毫升的部分樣本結合0.5毫升的偏磷酸(25 g / 100毫升)和0.5毫升的揮發性脂肪酸(VFA)內部標準(1 g / 100毫升2-ethylbutyrate)和冷凍供以後分析。第二個5毫升樣品分析的氨氣和DL-lactate凍結。

樣品分析

文化肉湯VFA濃度測定氣相色譜儀(美國6890惠普,Avondale PA),配備了一個25326年Supelco Nukol熔融石英毛細管柱(15米×0.53毫米×0.05嗯膜厚度;美國賓夕法尼亞州σ/ Supelco Bellefonte)後程序前麵描述(16、17)。20 xti Konelab分析(模型,熱費希爾科學、沃爾瑟姆,媽,美國)被用來確定NH₃- n濃度以下程序前麵描述的[18]。DL-lactate是由氣相色譜(型號6890 n,網絡GC,安捷倫科技,聖克拉拉,CA,美國文化的衍生化後湯(19、20)使用樣品¹³C-lactate作為內部標準。

計算

頭部空間體積為每一個孵化瓶(206±4.7毫升)是由減去添加的媒體,襯底和治療從總量(排水量)。累積氣體壓力讀數被轉換為氣體卷使用理想氣體定律。氣體體積參數對單個模塊量化評價的使用最好的fit-model十天然氣生產模型[21]。最適合的模型確定Fitzhugh模型(±1 e^rt)ⁿ用於描述氣體體積作為時間的函數。變量t代表時間,r n率參數由最小二乘匹配。當n > 0時較低的標誌是使用和n < 0上使用標誌。

統計分析

在體外天然氣生產模型輸出(總ml的氣體和天然氣生產)和發酵終產物措施分析了晚稻設計使用的漠視,過程(SAS本月。Inc .,卡裏,NC)。統計分析之前,值三種複製船隻被編譯成意味著所有響應變量的值。飲食治療被認為是陰謀和媒體被認為是細節,和天相對於起始sub-sub-plot飲食治療。實驗單位是:動物整個情節(n = 6 /泰愛泰黨一天內),孵化船的細節(n = 12 /泰愛泰黨在一天內)和天內孵化船sub-sub-plot (n = 24)。模型聲明包括飲食治療方麵,媒體處理、塊,天,和他們的相互作用。飲食治療和塊之間的交互和飲食治療之間的三因子交互作用,媒體處理和塊被認為是隨機效應,用來測試整個情節效果(飲食治療),分別和細節效果(媒體治療)。殘差是用來測試sub-sub-plot因素(天相對於起始的飲食治療)。交互作用顯著時,意味著分離使用至少有顯著差異。統計學意義,P < 0.05為特色,意義為0.05 < 0.10的傾向。

結果

三路之間的相互作用的飲食治療、媒體處理、和時間(天)沒有檢測到(P≥0.35)天然氣生產措施或發酵最終產品。同樣,之間沒有交互作用存在的一天,飲食或媒體DFM治療(P > 0.14)天然氣生產的措施。飲食治療DFM下降(P = 0.02)天然氣總產量(表2)。同樣的,有一個趨勢(P = 0.06) DFM治療降低天然氣總產量的媒體。天然氣總產量傾向(P = 0.06)增加從14至28天。飲食DFM媒體DFM交互發生(P≤0.01)天然氣生產。在缺乏飲食DFM治療,媒體DFM治療減少天然氣生產。相反,飲食中包含的DFM、DFM的媒體增加了天然氣產量(圖2)。天然氣產量增加速度(P = 0.02)從14至28天。

圖2:direct-fed微生物的影響應用程序的速度在體外天然氣生產^z。
^zSEM n = 12 /治療
^y飲食治療由Direct-Fed微生物(DFM)主要組成嗜酸乳杆菌和腸球菌都有效的速度,美聯儲10⁹CFU / d或乳糖組成的控製。
^x媒體處理由Direct-Fed微生物(DFM),提供50000 CFU /發酵容器或控製乳糖組成。

	飲食			媒體			一天			P值
	控製	DFMz	掃描電鏡yx	控製	DFM	掃描電鏡w	14	28	SEMv	飲食	媒體	一天
天然氣生產
總,毫升u	148.6	131.1	5.45	143.2	136.5	5.45	132.6	147.1	5.29	0.02	0.07	0.06
率,1 /人力資源t	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	- - - - - -	0.127	0.142	0.005	0.79	0.49	0.02
總VFA,米米	80.86	72.26	2.16	77.37	75.76	1.16	81.79	71.33	1.76	0.07	0.40	< 0.01
醋酸	41.92	39.42	1.03	40.96	40.39	0.65	44.75	36.60	0.96	0.18	0.58	< 0.01
丙酸	16.51	14.20	0.99	15.49	15.21	0.13	14.88	15.82	0.85	0.20	0.24	0.43
丁酸鹽	12.32	10.02	0.50	11.53	11.11	0.22	12.66	9.98	0.43	0.04	0.26	< 0.01
摩爾比例,摩爾/ 100摩爾
醋酸	52.00	54.38	0.29	52.95	53.41	0.20	54.90	51.47	0.57	0.01	0.21	< 0.01
丙酸	20.27	19.89	0.80	20.11	20.01	0.14	18.16	22.00	0.89	0.76	0.75	< 0.01
丁酸鹽	15.63	13.71	0.81	14.75	14.59	0.08	15.40	13.94	0.54	0.19	0.26	0.06
丙酸酯:	2.68	2.91	0.10	2.78	2.81	0.04	3.09	2.50	0.11	0.19	0.63	< 0.01
DL-Lactate米米	0.071	0.070	0.002	0.070	0.070	0.003	0.036	0.104	0.002	0.48	0.96	< 0.01
NH3- n m米	18.22	15.50	0.99	16.65	17.07	0.36	17.60	16.12	1.35	0.15	0.47	0.43
pH值	6.38	6.46	0.03	6.42	6.42	0.003	6.30	6.54	0.02	0.13	0.31	< 0.01

表2:飲食的影響和媒體direct-fed微生物應用和在天然氣生產和措施在體外發酵結束的產品。
^zDFM: Direct-Fed微生物主要包括嗜酸乳杆菌和腸球菌都有效,美聯儲在109 cfu /天。
^y掃描電鏡:平均數標準誤差。
^xn = 12 /治療。
^wn = 24 /治療。
^vn = 24 /天。
^u總:沒有互動P≥0.39。
^t率:飲食×媒體P = 0.009(參見圖2)。

之間的相互作用(P≥0.18),並未觀察到飲食治療和媒體發酵產品。提供DFM的飲食傾向(P = 0.07),以減少文化肉湯的總VFA濃度(表2)。乙酸和丙酸濃度沒有差別(P≥0.18)與膳食DFM治療;然而,提供DFM飲食中減少(P = 0.04)丁酸濃度。乙酸的摩爾比例的增加與膳食DFM治療(P = 0.01);然而,丙酸和丁酸鹽的摩爾比例沒有差別(P≥0.19)與膳食DFM治療。飲食治療沒有影響(P≥0.12)醋酸丙酸比例,DL-lactate濃度、氨氮濃度,或文化肉湯的pH值。

總VFA濃度(P = 0.40)與DFM的媒體沒有差別。向媒體提供DFM沒有影響(P≥0.26)乙酸,丙酸,丁酸鹽濃度。同樣,摩爾比例的乙酸,丙酸,丁酸鹽和醋酸丙酸比例並沒有改變媒體DFM (P≥0.59)應用程序。媒體沒有影響(P≥0.31)治療DL-lactate濃度,氨氮濃度或文化肉湯pH值觀察。

總VFA濃度下降(P = 0.0002)從天14 d 28。乙酸和丁酸濃度下降(P≤0.0001)從14至28天。丙酸濃度沒有影響(P = 0.43)。因此,醋酸摩爾比例的降低(P = 0.0002)和丙酸摩爾比例增加(P = 0.04)從14至28天。此外,丁酸鹽的摩爾比例(P = 0.06)隨時間減少。醋酸丙酸比例降低了從14至28天(P = 0.0007)。DL-lactate濃度增加(P < 0.0001)。氨氮沒有影響(P = 0.43),但文化肉湯pH值增加(P < 0.01)從14至28天。

討論

飲食DFM治療lactateproducing DFM的混合細菌培養,主要組成的嗜酸乳杆菌和腸球菌都有效,導致天然氣總產量下降;這是表明減少基質降解的程度,因此表明,瘤胃發酵的程度是減少喂養這DFM [22]。這是伴隨著總VFA濃度下降的趨勢,這使進一步支持減少瘤胃發酵飲食DFM治療。然而,它是可能的,不同的培養液的起始潛伏期的影響觀察到30 h的孵化後濃度的終端產品。在一個單獨的出版物,我們報道了在活的有機體內DFM並發運行的研究和使用相同的瘤胃液體培養液的研究報告在這個手稿[14]。在這份報告中,我們發現在醋酸的濃度沒有顯著差異,丙酸,丁酸鹽,或者總VFA在14或d 28日。然而,總VFA濃度的數值差異最終孵化在當下研究(控製)的11.9%比例類似於最初的培養液濃度差異(12.6%的更大的控製)。

直接應用DFM媒體也導致天然氣總產量下降的趨勢,盡管沒有發酵終端產品的變化。同樣,Baah J,等。[2]觀察線性天然氣總產量下降,比控製,提供越來越多的幹酪乳杆菌和乳酸菌lactis12小時後在體外發酵;但是,沒有天然氣總產量的差異觀察6,24和48小時發酵。相比之下,Jeyanathan和同事[23]觀察增加在體外天然氣總產量的細菌DFM菌株。在這兩個實例,DFM治療應用於發酵容器的水平,與瘤胃液體提供供體牛美聯儲沒有DFM的常見的飲食治療。

除了總VFA濃度下降的趨勢,飲食DFM治療也導致減少丁酸濃度和乙酸的摩爾比例的增加。討論總濃度、比例的變化postincubation醋酸丁酸的濃度和摩爾比例的在很大程度上解釋了不同的初始條件培養液分別報道[14]。然而,增加乙酸的摩爾比例和DFM表明甲烷產量增加;然而,直接測量甲烷沒有獲得。同樣的,在體外增加乙酸的摩爾比例一直在觀察提供混合細菌培養乳酸菌[2]。的直接測量在體外甲烷生產大量菌株表明甲烷產量隨應變(Jeyanathan et al ., 2016) [23]。提高醋酸的比例是一致的與先前的工作已經證明提供體內丙酸菌屬減少澱粉分解的細菌數量而增加原生動物數量[6]。這種轉變在微生物種群並不是伴隨著醋酸摩爾比例的變化;然而,增加乙酸的摩爾比例曾被觀察到在活的有機體內的條款丙酸菌屬結合腸球菌都有效[6]。這與工作Baah J和同事[2],在線性增加乙酸丙酸比例觀察隨著DFM條款12後,24和48 h的發酵。氨氮與DFM沒有差別,與之前的工作相一致,未發現差異和DFM提供微生物N在體外[2]。

與飲食DFM程序,改變發酵終端產品被檢測到,而增加DFM體外媒體沒有影響發酵終端產品。這表明DFM可能改變瘤胃發酵誘導的瘤胃微生物生態學的變化。這一假說支持記錄的微生物種群的變化與細菌DFM[6]的規定。然而,DFM應用媒體傾向於減少天然氣總產量,作為代理的基質降解程度,為天然氣生產的速度和交互觀察培養液治療和媒體之間的關係。DFM應用對媒體的影響天然氣生產的速度取決於飲食治療。飲食中缺乏DFM、DFM治療媒體導致天然氣生產的速度下降。相反,當DFM喂飯、DFM的媒體導致的增加率。這表明DFM的微生物與微生物種群相互作用,或以其他方式改變瘤胃環境,DFM捐贈流體的方式治療中消化的速度增加而趨於減少退化的程度。在缺乏飲食DFM治療、DFM對待媒體導致抑鬱症的速度消化率也傾向於減少退化的程度。這些交互是介導的機製是未知的。 Ultimately, these results suggest that在體外天然氣生產實驗,需要使用捐贈者瘤胃液體從一個未經處理的動物和直接供應的治療研究DFM的媒體可能不合適。

天然氣總產量傾向於增加隨著時間的推移,不管DFM條款,增加天然氣產量的速度也被觀察到。總VFA濃度下降從14至28天d。通常,VFA濃度的增加將伴隨天然氣產量的增加。雖然很難解釋,這是可能的減少可能是由於增加VFA的微生物固碳微生物生物量[24]。增加天然氣產量可能是微生物增長的函數,因此增加了能源需求的微生物種群,導致更大的碳利用率。醋酸丙酸和丁酸濃度減少而從14至28天濃度保持不變。因此,丙酸的摩爾比例增加乙酸和丁酸的犧牲,因此減少乙酸丙酸比例被觀察到。增加DL-lactate濃度28天,這是有可能的是,由於乳酸作為一個中間的角色通過丙烯酸酯丙酸生產途徑[25]。文化肉湯pH值從第14天提高到28日,大概由於總VFA濃度降低。雖然DL-lactate增加28天,通常會伴隨著pH值下降,增加小相比減少總VFA觀察。

結論

美聯儲微生物直接改變在體外天然氣產量和發酵產品,確認之前的工作表明瘤胃發酵的變化與DFM (6、7、9, 26)。天然氣總產量和發酵終端產品和DFM提供供體動物改變,表明DFM改變瘤胃發酵的微生物種群的變化,或者改變瘤胃環境;然而,培養液和媒體之間的相互作用治療表明,DFM對瘤胃環境也有更直接的影響。更多的研究是必要的”來形容這些關係的本質。

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條信息

文章類型:研究文章

引用:肯尼NM,事情,哈蒙DL,麥克勞德KR (2020) Direct-Fed微生物改變瘤胃在體外天然氣產量和發酵高濃縮的飲食。J動畫Sci Res 4 (1): dx.doi.org/10.16966/2576 - 6457.134

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出版的曆史:

收到日期:2020年1月22日

接受日期:2020年2月24日(

發表日期:2020年2月28日(