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Effects of pre-ensiling treatments on quality of lucerne silages, in vitro rumen fermentation and microbiota composition

dc.contributor.advisorScheidtmann, Karl-Heinz
dc.contributor.authorHartinger, Thomas Dietmar Said
dc.date.accessioned2020-04-26T20:23:49Z
dc.date.available2020-04-26T20:23:49Z
dc.date.issued10.12.2019
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/20.500.11811/8027
dc.description.abstractLucerne (Medicago sativa L.) silages (LS) are commonly fed to ruminants. Due to substantial proteolysis during ensiling, the majority of crude protein (CP) in LS is non-protein nitrogen (NPN), which is rapidly degraded to ammonia in the rumen and to a great extent ultimately lost in urine, meaning increased environmental pollution. Post-harvest conditions strongly affect LS properties, notably the CP fraction by decelerating proteolysis, hence resulting in silages with less NPN and finally a potentially increased ruminal N utilization from LS. Therefore, the present thesis investigated the effects of the pre-ensiling treatments dry matter (DM) concentration, wilting intensity and sucrose addition on LS quality, in vitro rumen fermentation and microbiota composition. The first article of this thesis provides a detailed literature review on major nitrogenous compound-degrading rumen microbes and options to manipulate their activity and abundance in the rumen. The next study measured the effects of the aforementioned pre-ensiling treatments on LS quality with the novel aspect of wilting intensity, which has not been considered so far for lucerne ensiling. All three pre-ensiling treatments reduced the NPN concentration in the LS and combining high-intensity wilting to 35% DM concentration with sucrose addition resulted in highest true protein preservation, in which sucrose addition further enhanced lactic acid fermentation. The subsequent article presents the rumen fermentation characteristics during LS incubation in a long-term in vitro rumen simulation system. A higher DM concentration and the addition of sucrose increased the concentration of total volatile fatty acids and gas production, but reduced fibre degradability. High-intensity wilting increased hemicellulose degradability but decreased the degradability of organic matter, whereas most variables of ruminal N utilization were less affected. The last study focuses on how the pre-ensiling treatments affected the microbiota composition in the rumen simulation system. Sucrose addition was the main driver for alterations in the microbial community, but also adaption time of the microbes to the LS clearly shaped the composition. Overall, this study demonstrates that pre-ensiling treatments can substantially support a sufficient fermentation and true protein preservation of LS during ensiling. Although these beneficial effects were not completely rediscovered during in vitro rumen fermentation, promising results on fibre degradability encourage further investigations. The microbiological analysis revealed first insights on how the pre-ensiling treatments affect the ruminal microbiota composition, which might help to understand alterations in the rumen fermentation. In conclusion, the applied pre-ensiling treatments improve the quality of LS and have potential to increase the ruminal N utilization from LS. Efforts in this direction should be pursued and refined in the future.
dc.description.abstractEinflüsse verschiedener Vorbehandlungen auf die Qualität von Luzernesilagen, in vitro Pansenfermentation und die mikrobielle Gemeinschaft
Luzernesilagen (Medicago sativa L.; LS) werden häufig in der Wiederkäuerfütterung eingesetzt. Aufgrund umfangreicher Proteolyse während der Silierung besteht der größte Teil des Rohproteins (RP) in LS aus Nicht-Protein-Stickstoff-Verbindungen (NPN), die im Pansen schnell zu Ammoniak abgebaut und schließlich ausgeschieden werden, was zu erhöhten Emissionen führt. Die Nachernte-Bedingungen haben großen Einfluss auf die Eigenschaften von LS, insbesondere auf das RP, da verlangsamte proteolytische Prozesse in LS mit geringerem NPN-Anteil und möglicherweise einer verbesserten ruminalen N-Nutzung resultieren. In der vorliegenden Arbeit wurden daher die Effekte der Erntegut-Behandlungen Trockenmasse-(TM)-Konzentration, Anwelkintensität und Saccharosezugabe auf die LS-Qualität sowie die Pansenfermentation und Mikrobiotazusammensetzung in vitro untersucht. Der erste Teil der Arbeit ist eine Literaturübersicht über die wichtigsten am ruminalen RP-Abbau beteiligten Mikroben und zeigt Möglichkeiten, ihre Aktivität und Präsenz im Pansen zu beeinflussen. Anschließend werden die Auswirkungen der oben genannten Erntegut-Behandlungen auf die LS-Qualität unter besonderer Beachtung der Anwelkintensität erörtert. Alle drei Behandlungen reduzierten den NPN-Anteil in den LS und die Kombination von intensivem Anwelken auf 35 % TM mit Zugabe von Saccharose führte zur höchsten Reinproteinkonservierung, wobei die Saccharosezugabe zudem die Milchsäuregärung verstärkte. Die anschließende Studie untersucht die Pansenfermentationsprofile während der LS-Inkubationen in einem Langzeit-in vitro-Pansensimulationssystem. Eine höhere TM-Konzentration und die Zugabe von Saccharose erhöhten die Gesamtkonzentration der flüchtigen Fettsäuren und die Gasbildung, verringerten jedoch den Faserabbau. Intensives Anwelken erhöhte den Abbau von Hemicellulosen, verringerte jedoch den Abbau der organischen Masse, während die meisten Kenngrößen der ruminalen N-Nutzung nur geringfügig beeinflusst wurden. Die letzte Studie befasst sich mit den Auswirkungen der Erntegut-Behandlungen auf die Zusammensetzung der Mikrobiota im Pansen-simulationssystem. Dabei konnte Saccharose als Hauptursache für Änderungen in der mikrobiellen Gemeinschaft ausgemacht werden, wobei auch die Anpassungszeit der Mikroben an die LS einen klaren Effekt auf die Zusammensetzung hatte. Insgesamt zeigt die vorliegende Arbeit, dass Behandlungen des Ernteguts vor der Silierung eine ausreichende Kohlenhydratfermentation und Reinproteinkonservierung in LS maßgeblich unterstützen können. Obwohl die in vitro Pansenfermentation dies nicht vollständig widerspiegelt, fordern die Ergebnisse zum Faserabbau zu weiterer Forschung auf. Die mikrobiologische Analyse gab einen ersten Einblick, wie die Behandlungen auf die Mikrobiota wirken, was zum Verständnis der Änderungen in der Pansenfermentation beitragen kann. Die hier angewandten Behandlungen verbessern die Qualität von LS und haben ein beträchtliches Potenzial, die ruminale N-Nutzung bei LS zu verbessern. Bestrebungen in diese Richtung sollten verfolgt und weiterentwickelt werden.
dc.language.isoeng
dc.rightsIn Copyright
dc.rights.urihttp://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
dc.subject.ddc570 Biowissenschaften, Biologie
dc.subject.ddc630 Landwirtschaft, Veterinärmedizin
dc.titleEffects of pre-ensiling treatments on quality of lucerne silages, in vitro rumen fermentation and microbiota composition
dc.typeDissertation oder Habilitation
dc.publisher.nameUniversitäts- und Landesbibliothek Bonn
dc.publisher.locationBonn
dc.rights.accessRightsopenAccess
dc.identifier.urnhttps://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:5n-56826
ulbbn.pubtypeErstveröffentlichung
ulbbnediss.affiliation.nameRheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
ulbbnediss.affiliation.locationBonn
ulbbnediss.thesis.levelDissertation
ulbbnediss.dissID5682
ulbbnediss.date.accepted2019-12-03
ulbbnediss.instituteLandwirtschaftliche Fakultät : Institut für Tierwissenschaften (ITW)
ulbbnediss.fakultaetLandwirtschaftliche Fakultät
dc.contributor.coRefereeHummel, Jürgen


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