Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

 

Mohammad Ebrahem

 

Effects of feeding deoxynivalenol (DON) contaminated wheat to laying hens of different genetic background and roosters on health, performance and reproductive performance of hens and roosters

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-104656

title (ger.)

Untersuchungen zum Einfluss von Deoxynivalenol (DON) im Futter auf die Leistung und Gesundheit von Legehennen verschiedener genetischer Herkunft sowie auf Reproduktionsmerkmale von Hennen und Hähnen 

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/ebrahemm_ss14.pdf

abstract (deutsch)

Die Gattung Fusarium umfasst eine große Anzahl von Pilzarten, sie ist vielfältig, weit verbreitet und kann allgemein weltweit gefunden werden. Fusarium-Arten können eine Vielzahl von toxischen Sekundärmetaboliten bilden und dadurch erhebliche wirtschaftliche Verluste auf allen Ebenen der Lebensmittel- und Futterproduktion sowie in der pflanzlichen und tierischen Produktion generell verursachen.

Deoxynivalenol (DON oder Vomitoxin) ist eines der am häufigsten vorkommenden und somit wichtigsten Fusarium-Mykotoxine, welches Getreide und getreidebasierte Lebens- und Futtermittel kontaminiert.

Allerdings kann DON-kontaminiertes Getreide, das ursprünglich als  Lebensmittel vorgesehen war, als Futtermittel verwendet werden. Da Geflügel gegenüber DON im Vergleich zu anderen Tierarten, z.B. Schweinen, weniger empfindlich ist, kann solches Getreide in die Geflügelfütterung gelangen, was zu einer erhöhten Exposition dieser Tierart führt. Darüber hinaus wird in früheren Studien von einer hohen Varianz in den Reaktionen von Geflügel auf DON in der Diät berichtet. Es wird angenommen, dass die genetische Herkunft der Tiere ein Einflussfaktor für die unterschiedliche Wirkung von DON sein könnte.

Daher war es das Ziel der vorliegenden Dissertation, die Effekte einer Fütterung von DON-kontaminiertem Weizen an Legehennen und Hähne verschiedener genetischer Herkunft bezüglich Gesundheit, Leistung, Reproduktionsmerkmale sowie DON-Ausscheidung und Rückständen zu untersuchen.

Um die Auswirkungen von DON auf die Gesundheit und die Leistung von Legehennen zu bewerten, wurden insgesamt 216 Legehennen der Herkunft Lohmann Braun (LB, n=108) sowie Lohmann Selected Leghorn (LSL, n=108), die zu Versuchsbeginn 23 Wochen alt waren, in einem 12-Legemonate dauernden Fütterungsversuch verwendet. Die Hennen wurden im beschriebenen Versuch mit Futtermischungen mit steigenden DON-Konzentrationen (0, 3,4, 9,9 mg/kg) gefüttert, so dass insgesamt 6 Versuchsgruppen resultierten. Somit wurde jede Futtergruppe an jeweils 36 Hennen getestet.

Die Legeintensität war durch die höchste DON-Konzentration in der Diät in der zweiten Legeperiode (7 - 12 Legemonat) signifikant verringert. Darüber hinaus wurde ein verringertes Lebendgewicht und eine Reduzierung des Eischalenanteils der Eier der LB-Hennen der Gruppe, die 9,9 mg DON/kg-Futter erhalten hatte, nachgewiesen, während die LSL-Hennen nicht signifikant von dieser diätetischen Behandlung betroffen waren.

Weiterhin wurde eine deutliche Verringerung um 50% des relativen Gewichtes des Muskelmagens der am höchsten mit DON exponierten LSL-Hennen im Vergleich zur LSL-Hennen-Kontrollgruppe registriert.

Andererseits wurden die Futteraufnahme, die tägliche Eimasse und die Futterverwertung durch die diätetische Behandlung nicht beeinflusst. Weiterhin wurden auch der Hämatokrit und das Differentialblutbild nicht von dem langfristigen Fütterungsversuch mit DON-kontaminiertem Weizen beeinflusst.

Ein weiterer Langzeitfütterungsversuch mit ähnlichen DON-Konzentrationen wurde mit 24 Hähnen (40 Wochen alt) der Herkunft New Hampshire-Hybriden durchgeführt, um den Effekt der Fütterung von mit dem Fusarium-Toxin Deoxynivalenol (DON) kontaminierten Weizen auf Gesundheit, Nährstoffverdaulichkeit, Spermaqualität und den DON-Stoffwechsel zu prüfen.

Es gab keinen signifikanten Effekt von DON auf die Futteraufnahme und auf das Körpergewicht der Hähne. Ebenfalls nicht betroffen waren der Hämatokrit, das Differentialblutbild sowie die histopathologischen Untersuchungen ausgewählter Organe der Tiere. Dagegen war das relative Gewicht des Brustmuskels der Hähne, die DON mit dem Futter erhalten hatten, erhöht, während das relative Gewicht des Ileums sowie des Blinddarms signifikant verringert war. Auf die Spermienparameter (Volumen des Ejakulats, Spermatokrit, % beweglich) hatte die langfristige Fütterung der Hähne mit DON-kontaminiertem Weizen keinen negativen Einfluss.

DON beeinflusste die Verwertung der Nährstoffe, indem die Verwertung von Rohfett mit der DON-Konzentration in der Diät anstieg. Darüber hinaus wurde eine relativ geringe Wiederfindung von DON und De-epoxy-DON in den Exkrementen mit etwa 0,5 bis 2,1% des aufgenommenen DON festgestellt.

Um die Reproduktionsmerkmale der Hennen und Hähne zu bewerten, wurden die Hennen jeder Fütterungsgruppe in 3 Besamungsgruppen aufgeteilt (12 Hennen je Gruppe), so dass zu jedem Besamungs-Zeitpunkt ein Teil der Hennen jeder Versuchsgruppe mit dem Sperma der Hähne jeder Fütterungsgruppe besamt wurde. Zu den Besamungs-Zeitpunkten wurde das Sperma der Hähne so verteilt, dass jede Henne einer Versuchsgruppe mit einem Hahn jeder Versuchsgruppe gepaart wurde.

Die LB-Hennen der Gruppe, die 9,9 mg DON/kg-Futter erhalten hatte, waren durch eine niedrigere Schlupfrate gekennzeichnet, während die Schlupfrate der LSL-Küken nicht beeinflusst war. Eine signifikante Wechselwirkung zwischen der DON-Konzentration in der Diät der Hennen sowie der Hennenherkunft wurde hinsichtlich der Befruchtungsfähigkeit festgestellt. Die Befruchtungsfähigkeit ist hier als Anteil der befruchteten Eier an der Zahl aller gelegten Eier definiert. Die Befruchtungsfähigkeit der LB-Hennen, die 9,9 mg DON/kg-Futter erhalten hatten, war verringert, die der LSL-Hennen dagegen gesteigert.

Nach künstlicher Besamung wurden insgesamt 30 frisch geschlüpfte Küken von ausgewählten Gruppen (Kontrollgruppe Hennen x Kontrollgruppe Hähne,  Hennengruppe mit höchstem DON-Wert x Hahnengruppe mit höchster DON-Exposition) in der Bewertung einbezogen.

Das relative Gewicht der Milz war signifikant verringert bei Küken aus den Eiern von Hühnern, die mit kontaminiertem Weizen gefüttert worden waren. Das relative Gewicht des Muskelmagens von LB-Küken war im Vergleich zur Kontrollgruppe ebenfalls signifikant verringert. Die diätetische Behandlung mit kontaminiertem Futter ergab hingegen keinerlei Effekte auf die Hämatologie und die histopathologischen Untersuchungen ausgewählter Organe der betreffenden Tiere.

Das Potenzial für den Transfer von DON in die Eier (Carry-over) sowie die DON Rückstände in Plasma und Galle von Legehennen, die entweder 9,9 mg DON/kg Futter oder die Kontrolldiät erhalten hatten, wurde ebenfalls untersucht.

DON wurde nur in Proben festgestellt bei Legehennen, denen die DON kontaminierten Diäten gefüttert worden waren, dagegen wurde in keiner Probe De-epoxy-DON detektiert. Die DON-Konzentrationen variierten im Plasma im Bereich von 0,2 bis 0,6 ng/ml und in der Galle zwischen 1,8 und 4,1ng/ml. Die DON-Konzentrationen in frischem Eiweiß und Eigelb lagen zwischen 0,0 und 0,46 ng/g bzw. 0,0 und 0,35 ng/g und die korrespondierende Carry-over-Rate von DON in die Eier rangierten zwischen 0,0 – 0,000016. Ein Unterschied zwischen den Rassen wurde nicht registriert.

Zusammenfassend konnte gezeigt werden, dass DON negative Auswirkungen auf die Gesundheit, die Leistung und auf Reproduktionsmerkmale von Legehennen verschiedener genetischer Herkunft sowie gleichfalls auf die Leistung der Nachkommenschaft der Hühner und Hähne hat, wenn der Orientierungswert für eine kritische Futterkonzentration von 5 mg DON/kg um das doppelte überschritten wurde. Diese Effekte zeigten sich in unterschiedlichem Ausmaß und in Abhängigkeit von der genetischen Herkunft der Hühner, was darauf hindeutet, dass die diese eine wichtige Rolle bei der Empfindlichkeit gegenüber DON spielt.

Außerdem kann mit Bezug auf die niedrigen Gehalte von DON, die in Eigelb und Eiweiß gemessen wurden, geschlussfolgert werden, dass die  Exposition des Menschen gegenüber DON durch Eier von Hühnern, die mit DON-kontaminiertem Futter mit bis zu etwa 10 mg DON pro kg Futter gefüttert wurden, vernachlässigbar gering ist.

 

abstract (englisch)

The genus Fusarium comprises a high number of fungal species, is diverse, widespread and commonly found world-wide. Fusarium species can produce over one hundred secondary metabolites and can cause economic losses at all levels of food and feed production including crop and animal production. Deoxynivalenol (DON or vomitoxin), is one of the most abundant, widely occurring and important Fusarium mycotoxins which contaminates grains and cereal-based food and feed. However, DON-contaminated grain maybe downgraded from food to feed grade, and since poultry is regarded to be less sensitive to DON compared to other species, such as swine, the diversion of the contaminated cereal batches into poultry feeding will probably result in a higher exposure of this animal category. Moreover, the high variance in responses of poultry to the presence of DON in diet reported in previous studies suggests that the genetic background of the birds could be a significant factor influencing the effect of DON.

Therefore, the present thesis aimed to investigate the effects of feeding DON-contaminated diets to laying hens of different genetic background and roosters on health, performance, reproductive performance and DON excretion and residues.

To evaluate the effects of DON on health and performance of laying hens, a total of 216, 23 weeks old laying hens (108 Lohmann Brown, LB, and Lohmann Selected Leghorn, LSL, respectively) were assigned to a 12-laying months feeding trial with increasing concentrations of DON (0, 3.4, 9.9 mg/kg diet) resulting in 6 experimental groups of 36 hens each.

Laying intensity of hens exposed to the highest level of DON was significantly decreased in the second laying period (7-12 laying months). Moreover, a decrease in live body weight and reduction in the eggshell proportion of the eggs of the LB hens fed highest DON levels was detected while the LSL hens were not significantly affected by the dietary treatment. Additionally, remarkable decrease in gizzard relative weight in the LSL hens fed highest DON concentrations by 50% as compared to the control LSL hens was noticed. On the other hand, feed intake, daily egg mass and feed conversion were not affected by the dietary treatment. Furthermore, chronic dietary DON exposure was not shown to modulate haematocrit and concentrations of white blood cells while significant breed differences were observed.

Another long term feeding trial with similar DON levels was conducted with 24  roosters (40 weeks old) of a commercial strain “New Hampshire hybrids” to evaluate the effect of feeding DON on rooster’s health, nutrient digestibility, semen quality and DON metabolism.

Feed intake and rooster’s body weight were not affected by the dietary treatment. Likewise, haematological and histopathological examination of selected organs remained unaffected. On the other hand, breast muscle relative weight was increased, while the relative weight of ileum and caecum were significantly decreased at the same time in the roosters fed DON-contaminated diets. Furthermore, the long term feeding of roosters with DON-contaminated wheat had no negative impact on semen parameters (ejaculate volume, spermatocrit, % motile sperms). DON affected the utilization of nutrients as the crude fat utilization was progressively increased as the concentrations of DON in the diet increased. Moreover, relative low recovery of DON and de-epoxy DON in excreta with approximately 0.5 - 2.1 % of the ingested DON was found.

In order to evaluate the reproductive performance of hens and roosters, hens feeding groups were divided into 3 insemination groups (12 hens each) and then individually inseminated three times with mixed semen from roosters of one feeding group after an establishment of an insemination design providing the insemination of each hen with semen from each rooster group. The LB hens fed highest DON levels were characterized by lower hatchability while the hatchability of the LSL chicks was not affected. An interaction effect between DON in hen’s diet and hen’s breed was noticed on fertility (the percentage of fertile eggs of all laid eggs) as the fertility was decreased in the eggs of the LB hens fed highest DON levels and increased in the LSL eggs.

After artificial insemination, a total of 30 newly hatched chicks of selected groups (control hens X control roosters; highest DON hens X highest DON roosters) were used in the evaluation of the progeny performance of hens and roosters.

Spleen relative weight was significantly decreased in the chicks hatched from eggs of hens fed contaminated diets while gizzard relative weight was significantly decreased in the LB-chicks compared with control group. On the other hand, chicks haematology and organ histopathology were not affected by the dietary treatment.

The potential for carry-over of (DON) into eggs and DON residues in plasma and bile of laying hens fed control and highest DON diets was also investigated. DON was only detected in samples of hens fed DON-contaminated diet while none of the analyzed samples had detectable levels of de-epoxy-DON.

DON levels were in the range of 0.2 - 0.6 ng/ml and 1.8 - 4.1 ng/ml in plasma and bile samples, respectively. Moreover, DON levels in fresh yolk and albumen ranged between 0.0 - 0.46 ng/g and 0.0 - 0.35 ng/g, respectively, corresponding to calculated levels in total eggs of 0.0 - 0.35 ng/g and carry over rates of DON into eggs in the range 0.0 - 0.000016. Furthermore, no differences in DON levels or carry-over rates between the two breeds were noticed.

In conclusion, DON was shown to adversely affect the health, performance and reproductive performance of laying hens of different genetic background and the progeny performance of hens and roosters at the highest DON level of 9.9 mg/kg (2 times higher than the recommended guidance values of 5 mg/kg DON in poultry diets). However, these effects were to a different extent and depending on the breed of the hens suggesting that the genetic background of hens appear to play a significant role in the sensitivity toward DON. Moreover, based on the low levels of DON measured in yolk and albumen samples, it could be concluded that human exposure to DON through eggs of hens fed DON-contaminated diets up to approximately 10 mg DON/kg is negligible.

 

keywords

Deoxynivalenol, Legehennen, unterschiedliche genetische Herkunft, Deoxynivalenol, laying hens, different genetic background 

kb

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