LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen

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1 Eidgenössisches Departement für Wirtschaft, Bildung und Forschung WBF Agroscope LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen A. Grosse Brinkhaus M. Girard, G. Bee, P. Silacci, M. Kreuzer, F. Dohme-Meier Agroscope, Institut für Nutztierwissenschaften INT, ETH Zürich I gutes Essen, gesunde Umwelt 1. Oktober 2014

2 Das LegumePlus Projekt Europäisches Forschungsprojekt ( ) finanziert durch das Marie Curie Forschungs- und Trainings Netzwerk 14 Partner und 16 Doktoranden und Post-Doktoranden Ziel : Erforschen, wie bioaktive Substanzen in Leguminosen: - die Proteinnutzung von Wiederkäuer verbessern können - Parasiten (Nematoden) bekämpfen können - dazu beitragen können, die Treibhausgase zu reduzieren - Lebensmittelqualität steigern können (Milch, Käse und Fleisch) Autor Anja Grosse Brinkhaus LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Einleitung 2

3 Hintergrund HO HO O HO O O Bioaktive Substanzen wie kondensierte Tannine (KT) - Kommen natürlicherweise in manchen Leguminosen vor (Esparsette, Hornklee) - Dienen vermutlich als Schutz vor Insekten - Bilden Komplexe mit Proteinen, Lipiden und Kohlenhydraten HO O HO O KT Autor Anja Grosse Brinkhaus LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Einleitung 3

4 Hintergrund Unausgewogene Rationen (Grasfütterung oder Weide), mit einem hohem Anteil an schnell abbaubarem Protein führen zu einer hohen Konzentration an Ammoniak (NH 3 ) im Pansen NH 3 wird nicht zur Genüge von den Mikroorganismen verstoffwechselt und somit absorbiert (N-und Energie-Verlust) NH 3 wird in der Leber entgiftet und als Harnstoff mit dem Urin ausgeschieden (metabolischer Stress und Energieverlust) KT können den Abbau von Proteinen im Pansen verlangsamen und teilweise ganz verhindern Autor Anja Grosse Brinkhaus LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Einleitung 4

5 Hintergrund Mehrfach ungesättigte Fettsäuren (PUFA) sollen positive Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben Tierische Lebensmittel von Wiederkäuern haben einen geringen Anteil an PUFA - Umwandlung von PUFA zu gesättigten Fettsäuren (SFA) im Pansen durch Mikroorganismen (Biohydrogenierung) KT haben einen direkten oder indirekten Einfluss auf die Biohydrogenierung, indem sie die Mikroorganismen behindern oder Komplexe mit Lipiden bilden Autor Anja Grosse Brinkhaus LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Einleitung 5

6 Ziele des Versuchs HO HO O O Effekt von Esparsette und Hornklee 1. auf die N-Bilanz HO O 2. auf die Pansenfermentation HO O 3. auf die Milchfettzusammensetzung HO O von Milchkühen bestimmen LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Einleitung 6

7 Material und Methoden Design: 3 3 Lateinisches Quadrat Tage der Probennahme: 23 & 27 Zeit der Probennahme: 0700 & 1700 Adaptation Probennahme d1 d 22 d 28 LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Material und Methoden 7

8 Material und Methoden Milchmenge: 40 ± 6 kg/d Laktationstag: 36 ± 18 d Grundration (Heu (41%), Maissilage (22%), Kraftfutter (16%), Leinsamen(5%)) + 16% + 16% + 16% Esparsette (ES) Hornklee (HK) Luzerne (LU) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Material und Methoden 8

9 Material und Methoden Tanningehalt und -zusammensetzung Esparsette Hornklee Luzerne Gesamt KT g/kg DM Freie KT Proteingebundene KT Fasergebundene KT LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Material und Methoden 9

10 Material und Methoden - gesammelte Daten Futteraufnahme Milchleistung - Milchmenge - Milchfett - Milchprotein - Milchfettzusammensetzung N-Fluss N-Bilanz - N im Urin - N im Kot - N im Milch Konzentration von Harnstoff im Blut, Milch and Urin Fermentation Produkte - Flüchtige Fettsäuren (FFS) - NH 3 Quantitative Bestimmung mittels qpcr von - Butyrivibrio fibrisolvens - Ruminococcus flavefaciens - Prevotella spp. LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Material und Methoden 10

11 Futteraufnahme und Milchleistung Futteraufnahme und Milchleistung von Milchkühen (n = 6) Esparsette Hornklee Luzerne SEM P-Wert Gesamte Futteraufnahme, kg TS/d Gesamte Aufnahme an KT g/d 754 a 107 b n.a <0.01 Milchmenge, kg/d Milchfett, % Milchprotein, % 2.89 a 3.11 b 2.96 ab Werte innerhalb einer Zeile mit unterschiedlichen Buchstaben unterscheiden sich signifikant (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 11

12 Milchfettzusammensetzung Milchfettzusammensetzung (g/100g Fett)von Milchkühen (n = 6) Esparsette Hornklee Luzerne SEM P-Wert C16: C18: C18:1 c a 15.7 b 16.0 ab C18:2 c9c C18:2 c9t11 (mg/g) C18:3 c9c12c C18: a 20.1 b 20.8 ab C18: C18: CLA (mg/g) Werte innerhalb einer Zeile mit unterschiedlichen Buchstaben unterscheiden sich signifikant (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 12

13 Ammoniakkonzentration im Pansen 6 ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne 5 4 y x xy LG : P = 0.10 PZ : P < 0.01 LG PZ : P = 0.52 mmol/l ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 13

14 Harnstoffkonzentration im Blut 5 ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne mmol/l b a a LG : P < 0.01 PZ : P = 0.04 LG PZ : P = ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 14

15 Harnstoffkonzentration in Urin und Milch Esparsette Hornklee Luzerne a b a ab Urin : P = 0.02 Milch : P = ab 100 b 50 0 Urin mmol/l Milch mg/kg Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 15

16 N-Bilanz N-Bilanz der Milchkühe (n = 6) Esparsette Hornklee Luzerne SEM P-Wert N Aufnahme, g/d N Exkretion im Kot, g/d im Urin, g/d 79 a 94 ab 98 b in Milch, g/d Gesamt, g/d N Retention, g/d 1 y 29 x 9 xy a,b Mittelwerte in einer Zeile mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) x,y Mittelwerte in einer Zeile mit unterschiedlichen Buchstaben sind tendenziell verschieden LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 16

17 Konzentration der FFS im Pansen mmol/l ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne b ab a LG : P = 0.03 PZ : P < 0.01 LG PZ : P = ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 17

18 Gesamtanzahl an Protozoen 2e+5 ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne a Protozoen/ml 2e+5 1e+5 b ab LG : P = 0.02 PZ : P = 0.45 LG PZ : P = e+4 0 ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 18

19 Anzahl/ml Anzahl an entodiniomorphen Protozoen 2e+5 2e+5 2e+5 1e+5 1e+5 1e+5 8e+4 6e+4 4e+4 2e+4 0 ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne a ES HK LU N.a.N b ab Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse LG : P = 0.01 PZ : P = 0.35 LG PZ : P =

20 Relative Menge an Butyrivibrio fibrisolvens 0.08 ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne % der gesamten Bakterien LG : P = 0.60 PZ : P = 0.59 LG PZ : P = ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 20

21 Relative Menge an Ruminococcus flavefaciens % der gesamten Bakterien ES = Esparsette HK = Hornklee LU = Luzerne y xy x LG : P = 0.07 PZ : P = 0.61 LG PZ : P = ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind tendenziell verschieden LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 21

22 Relative Menge an Prevotella spp. 70 ES = Esparsette HK= Hornklee LU = Luzerne % der gesamten Bakterien b ab a LG : P = 0.02 PZ : P = 0.72 LG PZ : P = ES HK LU N.a.N Leguminose (LG) Probennahmezeit (PZ) Balken mit unterschiedlichen Buchstaben sind signifikant verschieden (P<0.05) LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ergebnisse 22

23 Zusammenfassung und Schlussfolgerung Konzentration an NH 3 tendenziell geringer mit ES Verminderter Proteinabbau im Pansen Geringere Harnstoffkonzentration im Blut, im Urin und in der Milch mit ES Potential metabolischen Stress zu reduzieren weniger N Exkretion im Urin und numerisch höhere N Exkretion im Kot mit ES Zusätzliches Rohprotein am Dünndarm wird nicht genutzt Geringere Umweltbelastung Geringere Anzahl an Prevotella spp.,tendenziell weniger Ruminococcus flavefaciens und geringere Konzentration an FFS mit ES Verminderter Abbau von Protein und Kohlenhydraten Autor Schlussfolgerungen Anja Grosse Brinkhaus LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Zusammenfassung und 23

24 Ausblick Als Supplementierung (Heu, Silage, Pellets) zu unausgewogenen Rationen, als Weide oder als Integration in Weidemischungen - bessere Ausnutzung des Grundfutters - N-Verluste reduzieren - Energieverluste reduzieren - metabolischen Stress reduzieren - Parasiten bekämpfen? - Treibhausgasemissionen senken? - Qualität tierischer Lebensmittel von Wiederkäuern verbessern (Fettsäuremuster, Indol, Skatol)? Brinkhaus Autor LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Ausblick Anja Grosse 24

25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Acknowledgement EU Marie Curie Initial Training Network ( LegumePlus ; PITN- GA )) Autor 25

26 Inhaltsstoffe der Ration g/kg TS Esparsette Hornklee Luzerne TS OS XP NDF ADF C 16: C 18: C 18:1 n C 18:2 n C 18:3 n NEL (MJ) APDE APDN Brinkhaus Autor LegumePlus: Einfluss bioaktiver Substanzen in Leguminosen auf N-Bilanz bei Milchkühen Anhang Anja Grosse 26