Molekularbiologische und enzymatische Untersuchungen zum Einfluss von Partikellänge und Konzentratanteil auf Parameter der fibrolytischen Pansenverdauung

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Bei der Fütterung hochleistender Milchkühe bestehen große Anforderungen an eine ausgewogene Energie- und Strukturfaserversorgung der Tiere. Um eine hohe Milchleistung und gleichzeitig stabile Pansenverhältnisse zu gewährleisten, die sich positiv auf den ruminalen Faserabbau auswirken sollen, wird eine Optimierung der Partikellänge (PL) des Grundfutters sowie des Kraftfutter (KF)-Niveaus der Ration angestrebt. Hierzu wurden zwei Untersuchungen an Milchkühen der Rasse Deutsch-Holstein durchgeführt.

Im ersten Versuch wurden die Einflüsse der Heupartikellänge (30mm und 6mm) und des KF-Niveaus (20% und 55%) der Ration auf die Aktivität verschiedener Stärke und Nicht-Stärke-Polysaccharid (NSP) spaltender Enzyme, die Gesamtbakterienzahl sowie die Anzahl der drei cellulolytischen Bakterienarten, R. albus, R. flavefaciens und F. succinogenes und die Zusammensetzung der eubakteriellen Gemeinschaft in der festen und flüssigen Phase der Pansendigesta vor und nach der Fütterung untersucht. Der Versuch wurde mit vier pansenfistulierten Kühen nach dem Schema eines lateinischen Quadrates durchgeführt. Die Futteraufnahme war auf 17kg TM/Tag begrenzt. Als Analysemethoden wurden die Agardiffusion, Real-time PCR und PCR-DGGE eingesetzt.
Auf die Enzymaktivitäten waren häufiger Einflüsse des KF-Niveaus als Einflüsse der PL zu erkennen. Es zeigte sich, dass das geringe KF-Niveau sowohl die Aktivität der Amylasen als auch der meisten untersuchten NSP-spaltenden Enzyme förderte und in Kombination mit den langen Partikeln vorwiegend zu den höchsten Aktivitäten führte. Die Gesamtbakterienzahl wurde durch das hohe KF-Niveau gesteigert, womit ein Rückgang des proportionalen Anteils der untersuchten cellulolytischen Bakterienarten an der Gesamtbakterienzahl einherging. Einflüsse der Rationen auf die Quantität der drei cellulolytischen Bakterienarten, von denen F. succinogenes nur in der Flüssigphase nachgewiesen werden konnte, waren nicht feststellbar.
Der Artenreichtum der eubakteriellen Flora erwies sich in beiden Pansenkompartimenten als relativ stabil. Insbesondere nach der Fütterung zeigte sich jedoch eine Begünstigung der Äquität der Arten sowie der Diversität nach dem Shannon- und Simpson-Index durch das geringe Kraftfutterniveau.
Aus diesen Ergebnissen kann geschlossen werden, dass sich die Zusammensetzung der bakteriellen Gemeinschaft im Pansen gegenüber Fütterungseinflüssen weitgehend resistent verhält. Eine Beeinflussung der Quantität verschiedener cellulolytischer Bakterienarten war selbst über die für die Pansenverhältnisse ungünstige Rationsgestaltung mit 55% KF und 6mm langen Heupartikeln nicht möglich. Eine Einflussnahme auf die gesamte faserabbauende Aktivität im Pansen über die Diät war hingegen feststellbar. Wie in vorhergehenden Studien konnte ein negativer Einfluss des hohen KF-Niveaus auf die Aktivität NSP-spaltender Enzyme nachgewiesen werden, eine alleinige Limitierung des Faserabbaus durch die Oberfläche der Heupartikel kann aufgrund der erhobenen Daten nicht vermutet werden.

Ziel des zweiten Versuches war es, den Einfluss dreier verschiedener theoretischer Partikellängen (14mm, 8,1mm und 5,5mm) von Maissilage (MS) in einer Totalmischration (40% MS, 10% Heu und 50%KF) auf die Anzahl der Gesamtbakterien, der drei cellulolytischen Bakterienarten R. albus, R. flavefaciens und F. succinogenes, sowie auf die Zusammensetzung der eubakteriellen Gemeinschaft in der festen und flüssigen Digesta des Pansens mittels Real-time PCR und PCR-DGGE vor und nach der Futtervorlage zu untersuchen. Die Daten wurden an vier ad libitum gefütterten, pansenfistulierten Kühen erhoben.
Tendenzielle Einflüsse der PL auf die eubakterielle Zellzahl konnten ermittelt werden, wobei im Falle der mittleren Häcksellänge die geringste Gesamtbakterienzahl festgestellt wurde. Numerisch führte die Fütterung der kurzen oder mittleren Partikel gegenüber der langen Variante meist zu einer Erhöhung der Ruminococcus-Zellzahl, wenngleich nur in einem Fall eine signifikante Verbesserung der R. albus-Zellzahl durch die 8,1mm Häckselung ermittelt werden konnte. Weiter war nur nach Verabreichung der mittleren Partikellänge ein Anstieg beider Ruminococcus-Arten bei gleichzeitiger Abnahme der Gesamtbakterienzahl nach der Futtervorlage festzustellen.
Eine Quantifizierung von F. succinogenes erwies sich in beiden Pansenkompartimenten als unmöglich. Der proportionale Anteil der Ruminokokken wurde durch Fütterung der mittleren PL erhöht. Dies steht jedoch in wesentlichem Zusammenhang mit der verringerten Gesamtbakterienzahl infolge dieser Futtervariante.
Auswirkungen der PL auf die Anzahl nachweisbarer Arten waren nicht festzustellen, die Gleichverteilung der Bakterien wurde hingegen durch die lange Häckselung begünstigt. Ebenso zeigte sich, den Diversitätsindizes nach Shannon und Simpson zufolge, eine höhere Diversität der bakteriellen Flora nach Fütterung der 14,0mm Silage.
Für den Erhalt einer größtmöglichen Anpassungsfähigkeit der ruminalen Bakteriengemeinschaft wäre somit die Fütterung langer Partikel empfehlenswert. Im Hinblick auf die Förderung cellulolytischer Bakterien scheint jedoch eine Kürzung der Silage auf 8,1mm einen guten Kompromiss zu bieten. Dies steht im Einklang mit weiteren, von Zebeli (2006) im selben Versuch erhobenen Daten zur fibrolytischen Enzymaktivität, den flüchtigen Fettsäure-Konzentrationen und der Futteraufnahme und Verdaulichkeit, die zum besseren Verständnis der Ergebnisse zur Interpretation herangezogen wurden.