Jeannette Boguhn

In vitro- Untersuchungen zum Einfluss der Rationszusammensetzung auf die Synthese und das Aminosäurenmuster des mikrobiellen Proteins im Pansen

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor agriculturarum (Dr. agr.) vorgelegt an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 25.10.2004

Abstract
Im Rahmen dieser Untersuchung wurden Mischrationen (TMR) für Milchkühe in einem semi-kontinuierlichen Pansen-Simulationssystem geprüft. Einer 7tägigen Anpassungsphase folgte eine 8tägige Sammelperiode, in der Proben der Futterreste, des Überlaufes und der Mikroben für die Analyse gewonnen wurden.
Es wurde untersucht, welche Auswirkungen die dargestellte hohe Variabilität in der Zusammensetzung der TMR auf den Abbau der Nährstoffe, die Menge und die Aminosäurenzusammensetzung des gebildeten Mikrobenproteins (XPTB) und die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese ausübt. Auf der Grundlage dieser Daten erfolgte die Ableitung multipler Regressionen zur Identifizierung möglicher Einflussfaktoren der TMR auf die genannten Parameter.
Zur Ermittlung der mikrobiell gebildeten Proteinmenge wurde die zugeführte Pufferlösung mit 15N angereichertem Ammoniumchlorid versetzt. Zwei Versuche dienten der Darstellung der Dynamik der 15N-Anreicherung in den Referenzmikroben und der Bestimmung des Zeitpunktes der Plateauanreicherung. Es konnte gezeigt werden, dass in vitro die maximale 15N-Anreicherung in den TB erst nach 7 Tagen einer kontinuierlichen Zuführung von 15N erreicht wird.
Zusätzlich erfolgte eine Trennung der Mikrobenpopulation in Referenzmikroben (TB), in an die flüssige Phase assoziierte Mikroben (LAB) und in an die feste Phase assoziierte Mikroben (SAB).
Der Abbau der Organischen Substanz (OS), des Rohproteins (XP) und der Rohfaser (XF) nach 48stündiger Inkubation lag zwischen 35 und 48%, 25 und 63% und 9 und 30%. Der in vitro-Abbau der OS kann mittels der Faktoren Umsetzbare Energie, XF und XP sicher geschätzt werden (r2=0,79; sy.x=4,9%).
Die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese bei dem Einsatz der unterschiedlichen TMR lag in einem weiten Bereich zwischen 141 und 286g XPTB je kg abgebauter OS. Als möglicher Einflussfaktor auf die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese kommt der Gehalt an XP in Frage. Die Nutzung der Faktoren XF und Anteil der Grassilage in der Trockensubstanz der Mischration können die Güte der Schätzung verbessern.
Es zeigten sich deutliche Abweichungen zwischen den Aminosäurenmustern des Proteins der TB und der SAB. Innerhalb einer Mikrobenfraktion bestehen zwischen den TMR signifikante Unterschiede in der Zusammensetzung des mikrobiellen Proteins. Abgeleitete multiple Regressionen zeigten nicht eindeutig, welche Faktoren das Aminosäurenmuster beeinflussen.

Sixteen mixed rations (TMR) for dairy cows were tested with a semi-continuous rumen-simulation. An 8-day period of collecting samples of the feed residues, the liquid efffluent, and microbes was followed by a 7-day period of adaptation.
It was the aim of the experiments to investigate which effects the high variation in TMR composition exerts on the fermentation of nutrients, on the amount and amino acid composition of the microbial crude protein (CPTB), and on the efficiency of the microbial protein synthesis. Based on these data multiple regressions were calculated in order to identify factors of TMR influencing the mentioned parameter.
To determine the amount of microbial protein, the buffer solution contained 15N enriched ammonium chloride. Two diets were used to investigate the dynamics of 15N-enrichment of the microbes during continuous 15N application via the buffer. It could be shown that, using this in vitro system, the maximum 15N-enrichment in TB was not achieved before 7 days of a continuous infusion of 15N.
Furthermore, a separation of the microbial population into reference microbes (TB), liquid associated microbes (LAB), and solid associated microbes (SAB) was carried out.
The fermented proportion of organic matter (OM), crude protein (CP), and crude fibre (CF) varied between 35 and 48%, 25 and 63%, and 9 and 30% after a 48 h incubation. The in vitro fermentation of OM could carefully be predicted by the parameters metabolizable energy, CF and CP (r2=0,79; sy.x=4,9%).
The efficiency of the microbial protein synthesis was in a wide range between141 and 286 g XPTB per kg fermented OM using different TMR. A potential factor determined to affect the efficiency of microbial protein synthesis was the content of CP. The use of the parameters CF and "inclusion of grass silage in dry matter" of a mixed ration can improve the accuracy of prediction.
It turned out that there were clear differences in the amino acid pattern of the TB's and the SAB's protein. Within one microbial fraction there were significant differences in the composition of the microbial protein between TMR's. Multiple regressions did not clearly indicate any parameter influencing the amino acid pattern.

Keywords:
in vitro, Pansen, Totale Mischrationen, Fermentation, Effizienz, mikrobielle Proteinsynthese, Aminosäuren, 15N

in vitro, rumen, total mixed ration, fermentation, efficiency, microbial protein synthesis, amino acids, 15N

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Inhaltsverzeichnis
Titelblatt, Inhalts-, Tabellen-, Abbildungsverzeichnis, Abkürzungen (1-13)
1 Einleitung - Ökosystem Pansen (14-17)
2 Aufgabenstellung (18-19)
3 Material und Methoden (20-41)
4 Ergebnisse (42-79)
5 Diskussion (80-94)
6 Thesen (95-97)
Literatur (98-115)
Zusammenfassung / Summary (116-119)
Anhang (120-197)