Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Untersuchungen zum Thiamingehalt und seinen Derivaten im Pansensaft des Rindes nach Verfütterung von mit Ulocladium chartarum verpilztem Heu unter Thiaminzulage (in vitro)

Krause, Petra

The investigation with the long term rumen simulation technique (RUSITEC) was carried out to discover whether Ulocladium chartarum treated hay has an effect on the in vitro fermentation, especially thiamine metabolism, in bovine rumen content or not. Six investigation periods were carried out over a period of 25 days. For the first ten days of each period untreated hay was given. Testphase one (5 days) followed. During this time a mixture of untreated and mouldy hay was fed. In testphase two (5 days) this hay mixture continued to be given as feed and 0,3 mg thiamine per day were added. The last 5 days were used for regeneration under the feeding of untreated hay.   The fermentation was controlled by the observation of the following parameters: pH, ammonia, gas production and composition, bacterial protein, cellulase activity, volatile fatty acid production and concentration and thiamine and its derivates (in fractions).   The production of the volatile fatty acids was measured over a period of 24 hours in the overflow of the RUSITEC-system, whereas the volatile fatty acid concentration was determined every 24 hours in samples taken from the liquid phase of the fermentation units.   Ammonia, gas and methane production, n-butyrate concentration, i-valeriate production, TDP concentration in the bacteria-free fraction of the fermentation units and TDP, TMP and thiamine content in the bacterial-fraction respectively, showed no alteration due to mouldy hay or mouldy hay with thiamine.   On the other hand the following patterns were influenced (s. tab. 7.1 and 7.2).                                 Tab. 7.1:    Alterations of ruminal patterns by mouldy hay (Ulocladium chartarum;                                                 Ulo hay) and mouldy hay plus thiamine respectively (in percent compared                                                 to inoculation with autoclaved hay and autoclaved hay plus thiamine                                                 respectively)   parameter Ulo hay compared to autoclaved hay Ulo hay + thiamine compared to autoclaved hay + thiamine pH up to + 0,59 % (p £ 0,05) up to + 0,89 % (p £ 0,05) proteine concentration up to - 14,6 % (p £ 0,05) up to - 16,4 % (p £ 0,01) cellulase activity ± 0 up to + 62,1 % (p £ 0,05) total volatile fatty acid production up to - 6,33 % (p £ 0,01) up to - 7,46 % (p £ 0,01) total volatile fatty acid concentration up to - 3,74 % (p £ 0,05) up to - 5,18 % acetate production up to - 6,67 % (p £ 0,05) up to - 8,27 % (p £ 0,01) acetate concentration up to - 4,11 % up to - 7,87 % (p £ 0,05) propionate production up to - 11,1 % up to - 11,1 % propionate concentration up to - 10,6 % up to - 8,19 % i-butyrate production up to - 7,69 % (p £ 0,05) up to - 8,00 %   i-butyrate concentration up to - 12,7 % (p £ 0,05) ± 0 n-butyrate production up to - 4,51 % up to - 4,48 % i-valeriate concentration up to + 11,0 % (p £ 0,01) up to + 6,76 % n-valeriate production ± 0 up to - 11,9 % (p £ 0,05) n-valeriate concentration ± 0 up to - 8,22 % hexane production up to - 14,8 % up to - 23,3 % (p £ 0,05) hexane concentration up to - 21,0 % (p £ 0,05) up to - 23,9 % (p £ 0,05)                                 Tab . 7.2: Alterations within the different fractions of the liquid phase of TDP-,                                                 TMP-, thiamine and total thiamine concentration by mouldy hay and                                                 mouldy hay plus thiamine respectively (in percent compared to                                                 inoculation with autoclaved hay or autoclaved hay plus thiamine                                                 respectively)     TDP TMP thiamine total thiamine  liquid phase  of the  fermentation  units Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum + thiamine ± 0 - 17,9 % - 16,2 % - 12,3 %  plant- and  protozoal  fraction Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum + thiamine - 14,5 % - 32,7 % - 20,9 % - 17,7 %  Bacteriafree  fraction Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum + thiamine ± 0 - 34,6 % - 35,2 % - 24,8 %  bacterial  fraction Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum + thiamine ± 0 ± 0 ± 0 ± 0  overflow   Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum + thiamine - 8,40 % - 13,2 % (p £ 0,05) - 9,02 % - 8,06 %   The feeding of untreated hay in the last phase caused a recovery back to normal ruminal fermentation within 5 days. Ulocladium chartarum caused a drop of the protein content of the bacterial fraction or damaged selectively special bacteria groups (fall of propionate concentration indicates selective damage of starch-using bacteria) respectively. Due to this, the metabolism of the remaining bacteria increased (part of phosphorylised thiamine components getting bigger). The increase of cellulase activity under mouldy hay-influence is supposedly a combination of cellulolytic activity of Ulocladium chartarum itself and a better cleavage of the hay-structure from hay-treatment.   A distinct thiaminolytic activity of Ulocladium chartarum could not be seen. The influence on the fermentation pattern and the thiamine metabolism were not severe enough to be responsible for causing CCN.  

Die  Versuche  mit dem  Langzeitinkubationssystem RUSITEC dienten der Untersuchung der Frage, ob ein Effekt auf die in-vitro Fermentation, insbesondere den Thiaminstoffwechsel, von mit Ulocladium chartarum verpilztem Heu ausging. Zu diesem Zweck wurden 6 Versuchsläufe mit einer Dauer von jeweils 25 Tagen durchgeführt. Für die ersten 10 Tage erfolgte die Verfütterung von unbehandeltem Heu. In der sich anschließenden ersten Testphase, bestehend aus 5 Tagen, wurde eine Mischung aus unbehandeltem und verschimmeltem Heu gegeben. In der nachfolgenden zweiten Testphase wurden zusätzlich 0,3 mg Thiamin pro Fermenter und Tag hinzugefügt. Die Versuchsläufe schlossen mit einer Nachlaufphase von 5 Tagen ab, in der erneut unbehandeltes Heu verfüttert wurde.   Die Kontrolle der Fermentation erfolgte über die Bestimmung der folgenden Parameter: pH-Wert, Ammoniakgehalt, Gasproduktion und -zusammensetzung, bakterielles Protein, Zellulaseaktivität, Produktion und Konzentration flüchtiger Fettsäuren sowie Thiamin und -derivatgehalt (fraktioniert).   Die Produktion der flüchtigen Fettsäuren wurde über einen Zeitraum von 24 Stunden im Überstand des RUSITEC-Systems erfasst, wohingegen die Konzentrationen der flüchtigen Fettsäuren alle 24 Stunden in der Fermenterflüssigkeit bestimmt wurden.   Einige der bestimmten mikrobiellen Fermentationsparameter wurden weder durch die alleinige Gabe von Ulocladium chartarum noch durch deren Kombination mit Thiamin beeinflusst: Ammoniakkonzentration, Gas- und Methanproduktion, n-Buttersäure-konzentration, i-Valeriansäureproduktion, TDP-Konzentration in der bakterienfreien Fraktion, TDP-, TMP- und Thiamingehalt in der Bakterien-Fraktion.   Die unter dem Einfluss von Ulocladium chartarum und/oder Ulocladium chartarum und Thiamin aufgetretenen Veränderungen sind den folgenden Tabellen (Tabb. 6.1 u. 6.2) zu entnehmen.                                 Tab. 6.1:    Veränderungen ruminaler Funktionsparameter unter Ulocladium                                                                    chartarum (Ulo-Heu) bzw. Ulocladium chartarum/ Thiamineinfluss                                                                   (in % gegenüber Inokulation mit autoklaviertem Heu bzw.                                                                   autoklaviertem Heu/ Thiamin)   Parameter Ulo-Heu gegen Kontrolle Ulo-Heu + Thiamin gegen Kontrolle pH-Wert bis zu + 0,59 % (p £ 0,05) bis zu + 0,89 % (p £ 0,05) Proteinkonzentration bis zu - 14,6 % (p £ 0,05) bis zu - 16,4 % (p £ 0,01) Zellulaseaktivität ± 0 bis zu + 62,1 % (p £ 0,05) Summe der produzierten flüchtigen Fettsäuren bis zu - 6,33 % (p £ 0,01) bis zu - 7,46 % (p £ 0,01) Summe der Konzentrationen der flüchtigen Fettsäuren bis zu - 3,74 % (p £ 0,05) bis zu - 5,18 % Essigsäureproduktion bis zu - 6,67 % (p £ 0,05) bis zu - 8,27 % (p £ 0,01) Essigsäurekonzentration bis zu - 4,11 % bis zu - 7,87 % Propionsäureproduktion bis zu - 11,1 % bis zu - 11,1 % Propionsäurekonzentration bis zu - 10,6 % bis zu - 8,19 % i-Buttersäureproduktion bis zu - 7,69 % (p £ 0,05) bis zu - 8,00 %   i-Buttersäurekonzentration bis zu - 12,7 % (p £ 0,05) ± 0 n-Buttersäureproduktion bis zu - 4,51 % bis zu - 4,48 % i-Valeriansäurekonzentration bis zu + 11,0 % (p £ 0,01) bis zu + 6,76 % n-Valeriansäureproduktion ± 0 bis zu - 11,9 % (p £ 0,05) n-Valeriansäurekonzentration ± 0 bis zu - 8,22 % Hexansäureproduktion bis zu - 14,8 % bis zu - 23,3 % (p £ 0,05) Hexansäurekonzentration bis zu - 21,0 % (p £ 0,05) bis zu - 23,9 % (p £ 0,05)                                 Tab . 6.2:   Veränderungen der in den verschiedenen Pansensaftfraktionen gemessenen                                                 TDP-, TMP-, Thiamin- sowie Gesamtthiaminkonzentration während der                                                 Inokulation von Ulocladium chartraum bzw. Ulocladium chartarum und                                                 Thiamin (in % gegenüber Inokulation mit autoklaviertem Heu bzw.                                                 autoklaviertem Heu/ Thiamin)     TDP TMP Thiamin Gesamt-thiamin Fermenter-flüssigkeit Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum und Thiamin ± 0 - 17,9 % - 16,2 % - 12,3 % Pflanzen- und Protozoen- fraktion Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum und Thiamin - 14,5 % - 32,7 % - 20,9 % - 17,7 % Bakterien-freie Fraktion Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum und Thiamin ± 0 - 34,6 % - 35,2 % - 24,8 % Bakterien-fraktion Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum und Thiamin ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Überstand Ulocladium chartarum ± 0 ± 0 ± 0 ± 0 Ulocladium chartarum und Thiamin - 8,40 % - 13,2 % (p £ 0,05) - 9,02 % - 8,06 %   Während der Nachlaufphase kam es weitgehend zur Rückkehr der Werte auf das Ausgangsniveau. Ulocladium chartarum verursacht einen Rückgang des bakteriellen Proteins bzw. eine selektive Schädigung bestimmter Bakteriengruppen (Rückgang der Propionsäure-konzentration zeigt die selektive Schädigung stärkeverwertender Bakterien an) bei gesteigerter Stoffwechselleistung der verbleibenden Bakterien (prozentualer Anstieg der phosphorylierten Thiaminverbindungen). Der Anstieg der Zellulaseaktivität unter Ulocladium-Einfluss ist vermutlich eine Kombination aus zellulolytischer Eigenwirkung des Pilzes bei verbessertem Strukturaufschluss durch die Heubehandlung.   Eine deutliche thiaminolytische Wirkung von Ulocladium chartarum konnte nicht beobachtet werden. Die Auswirkungen auf die Fermentationsvorgänge und den Thiamin-stoffwechsel reichen insgesamt nicht aus, um für eine Auslösung einer CCN verantwortlich zu sein.  

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Krause, Petra: Untersuchungen zum Thiamingehalt und seinen Derivaten im Pansensaft des Rindes nach Verfütterung von mit Ulocladium chartarum verpilztem Heu unter Thiaminzulage (in vitro). Hannover 2002. Tierärztliche Hochschule.

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