Dissertation

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

Jens Gustav Heinrich Kraushaar

Einfluss unterschiedlicher Stickstoff-Versorgungsstufen auf die Stickstoff-Bilanz und mikrobielle Pansenparameter von Ziegen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95- 105674

title (engl.)

Influence of Nitrogen-restrictive diets on Nitrogen-balances and rumen microbial parameters in goats

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2014

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/kraushaarj_ws14.pdf

abstract (deutsch)

Die aus dem Abbau von tierischen Ausscheidungen entstammenden Ammoniakemissionen in der landwirtschaftlichen Wiederkäuerhaltung sind in den letzten Jahren zunehmend als klimaaktive Substanzen in der Diskussion. Studien haben belegt, dass bereits im Bereich empfohlener N-Gehalte im Futter die N-Versorgung die mikrobielle Assimilationsfähigkeit im Pansen übersteigen kann und N ungenutzt als Harnstoff ausgeschieden wird. Auf der Suche nach Ansätzen zur Reduktion der beim Abbau entstehenden NH3-Emissionen, wird eine Modifizierung des N-Gehaltes in der Fütterung als geeignetes Mittel angesehen, die N-Ausscheidungen zu reduzieren.

In der vorliegenden Studie wurden Stoffwechselversuche an vier adulten Deutschen Edelziegen zur Untersuchung des Einflusses zweier unterschiedlicher Stickstoffversorgungstufen im Futter durchgeführt.

Es standen zwei definierte halbsynthetische Rationen zur Verfügung (N-: 9,8 % Rp und N+: 17,7% Rp), die so konzipiert waren, dass eine ausreichende Versorgung der mikrobiellen Pansenmikroorganismen mit Energie, Phosphat und Schwefel garantiert werden konnte. Ferner unterschieden sich N- und N+ in ihrer Zusammensetzung lediglich in der Zugabe von Harnstoff bei N+.

Der Schwerpunkt der Arbeit lag in der Erfassung der Bilanzen der Rohnährstoffe, der Veränderungen im N-Status, sowie der ruminalen Fermentationsparameter und der mikrobiellen N-Assimilation. Damit sollten Veränderungen in der Ausnutzung der Rohnährstoffe, der Energie- (SCFA) und Proteinversorgung des Tieres im Bezug auf die täglichen N-Ausscheidungen bestimmt werden. Zudem wurde die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des Pansens in vivo untersucht.

Es wurden signifikante reduzierte Plasmaharnstoffkonzentrationen (p < 0,01) für N- gemessen, sowie eine um 27% reduzierte Harnstoff-N-Ausscheidung (p < 0,01) bei vergleichbarer N-Retention zwischen den Rationen. Es wurde eine verringerte scheinbare Verdaulichkeit für N in N- festgestellt (p < 0,01), eine im Mittel verringerte Verdaulichkeit der Rohfaserfraktionen ließ sich statistisch nicht absichern.

In der Pansenflüssigkeit zeigte sich ein positiveres Redoxpotential für N- (p < 0,01), die mittleren Konzentration von Acetat und Butyrat waren in N- verringert (p < 0,05) Die molaren SCFA-Anteile für Acetat waren in N- verringert (p < 0,001), für Propionat hingegen erhöht (p < 0,01). Die mittlere Ammoniak-N-Konzentration der Pansenflüssigkeit lag bei N- nahe der laut Literatur unteren Grenze für optimales mikrobielles Wachstum, bei N+ lag sie deutlich darüber (p < 0,05).

Die mikrobielle N-Assimilation war bei N- mit 12,2 ± 3,3 g N/Tag geringer als bei N+ 27,5 ± 4,3 g N/Tag (p < 0,05). Ferner ergab die Single-strand-conformation-polymorphism (SSCP)-Analyse keinen signifikanten Einfluss der N-Versorgung auf die Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft.

Die vorliegende Arbeit zeigte, dass es bei Ziegen zwar bereits bei N-Versorgungsstufen oberhalb der empfohlenen Untergrenze von 7 % Rp zu deutlichen Einbußen in der mikrobiellen Syntheseleistung kommt (lediglich 44 % der Leistung von N+), die täglich synthetisierte Menge an mikrobiellem Protein dennoch innerhalb des in der Literatur angegeben Norm-Bereiches liegt.

Es zeigte sich ebenfalls, dass eine Versorgung mit 17,7 % Rp, die der Empfehlung für optimale N-Versorgung von 20 % Rp nahekommt, die mikrobielle N-Assimilierungsfähigkeit übersteigt und zu erhöhten N-Verlusten aus dem Pansen und N-Ausscheidungen führt. Dies sind Hinweise für einen engeren Bereich der optimalen Futter-N-Versorgung bei Ziegen, als die derzeitigen Empfehlungen für Wiederkäuer angeben. Zum anderen zeigen sich Hinweise für eine effizientere N-Assimilation in Ziegen, als bei anderen Wiederkäuern, da mit nur 44 % der Proteinsyntheseleistung noch immer für kleine Wiederkäuer übliche synthetisierte Mengen an mikrobiellen Protein erreicht werden.

 

abstract (englisch)

Ammonia emissions in ruminant husbandry originating from degradation of animal excreta are increasingly in discussion for their contribution to the climate change. Studies have shown that even within recommended forage nitrogen contents, the nitrogen supply may exceed the microbial assimilation capacity in the rumen and unused nitrogen is excreted as urea. Modification of the forage nitrogen content is considered as a suitable approach to reduce emissions resulting from the ammonia degradation.In the present study, we investigated the influence of different forage nitrogen levels on the ruminal metabolism in four adult White Saanen goats.


Two defined semi synthetic diets were designed (N-: 9.8% CP and N+: 17.7% CP) to guarantee a sufficient and identical energy, phosphate and sulphur supply for rumen microbial microorganisms, however, with distinct nitrogen content. We focused on the nutrient balance, changes in the nitrogen status, ruminal fermentation parameters and microbial nitrogen assimilation. Alterations in the utilization of crude nutrients, energy and protein supply of the animal in relation to the daily amount of excreted nitrogen were determined. Furthermore, we examined the composition of the ruminal microbial community in vivo.

 

We found that plasma urea concentrations and urea nitrogen excretion were reduced in N- diet with no differences in nitrogen retention between the feeding groups. Also, N- diet caused decreased apparent digestibility of nitrogen. This was accompanied with a decreased digestibility of crude fiber, however, without statistic evidence.

In N- diet the redox potential of the rumen fluid was more positive and the mean concentrations of acetate and butyrate were reduced. The respective molar amount of acetate was reduced, and propionate increased. The mean ammonia nitrogen concentration in the N- rumen fluid was close to the lower limit for optimal microbial growth, at N+ it was significantly higher.

Microbial nitrogen assimilation in N- was 12.2 ± 3.3 g N/day, and in N+ 27.5 ± 4.3 g N/ day. Furthermore, the single-strand-conformation-polymorphism-(SSCP)-analysis revealed no significant effect of N supply on the composition of the microbial community.

 

The present study shows that in spite of nitrogen supply levels above the recommended lower limit of 7 % CP/DM, a significant decrease of the microbial protein synthesis occurs in goats with N-diet as compared to N+ (N- showed 44 % of the synthesis performance of N+). Interestingly, with N- diet the synthesized amount of microbial protein per day is still within the standard performance range found in literature.


It was also evident that a supply of 17.7 % CP in N+ diet, which is close to the recommendation for optimal nitrogen supply of 20 % CP, exceeds the microbial nitrogen assimilation capacity and leads to nitrogen losses from the rumen and increased renal nitrogen excretion. Interestingly, these are indicators for a narrower range of optimum forage nitrogen supply in goats, than currently recommended for ruminants. The results also suggest that nitrogen assimilation in goats is more efficient than in other ruminants, since only 44 % of the protein synthesis capacity is still producing microbial protein according to the reference values in small ruminants.

 

keywords

Pansenstoffwechsel, Proteinsynthese, Stickstoffversorgung, Rumen metabolism, protein synthesis, nitrogen supply 

kb

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