[학위논문]한우에서 사료의 급여체계가 반추위 발효성상, 메탄 발생량, 미생물 다양성, 영양소 소화율 및 체내 대사체에 미치는 영향 The effect of feeding strategy on rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolite in Hanwoo원문보기
반추가축에 있어 섬유질배합사료(total mixed rations, TMR)의 급여는 사료의 선택채식을 방지하고 조사료와 농후사료의 균형 있는 섭취를 유도하며, 반추위내 발효를 안정시키고 사료섭취량과 영양소 이용효율을 향상시킨다고 알려져 있다. 반대로 농후사료와 조사료의 분리급여는 사료의 선택채식에 따라 반추위 발효에 직간접적으로 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 국내이용 조사료의 사료가치에 따른 in vitro 반추위 발효성상, 총 가스 발생량, ...
반추가축에 있어 섬유질배합사료(total mixed rations, TMR)의 급여는 사료의 선택채식을 방지하고 조사료와 농후사료의 균형 있는 섭취를 유도하며, 반추위내 발효를 안정시키고 사료섭취량과 영양소 이용효율을 향상시킨다고 알려져 있다. 반대로 농후사료와 조사료의 분리급여는 사료의 선택채식에 따라 반추위 발효에 직간접적으로 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 국내이용 조사료의 사료가치에 따른 in vitro 반추위 발효성상, 총 가스 발생량, 메탄 발생량과 1H-NMR을 이용한 반추위 대사물질 변화를 확인하고, 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 in vitro 발효성상, 총 가스 발생량과 메탄 발생량, in vivo 반추위 발효성상과 반추위 미생물 다양성, 체내 대사체, 영양소 소화율과 메탄 발생량을 평가하였다. 실험 1. 조사료의 사료가치에 따른 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량 연구 조사료원에 따른 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 연맥건초에서 전체적으로 낮게 측정되었고, 가스발생량과 메탄발생량, 프로피온산이 증가할수록 감소하였으며, 볏짚, 에뉴얼 라이그라스 같이 ADF 함량이 높은 조사료에서 증가하였다(P <0.001). 이처럼 가스발생량이 증가할수록 pH가 감소하는 것은 시험배양이 잘 이루어졌음을 나타내는 하나의 지표로 판단할 수 있다. 가스발생량은 연맥건초 같이 NDF와 ADF 함량이 낮은 조사료와 티모시 같이 발효생성물중 아세트산의 농도가 증가할수록 증가하였다(P <0.001). 메탄발생량은 가스발생량이 증가할수록 함께 증가하였으며, 휘발성지방산(VFA) 중 아세트산이 증가할수록 NDF와 ADF의 함량이 감소할수록 증가하였다.(P <0.001). 라이그라스 사일리지별 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 6.2에서 6.7사이로 호밀사일리지의 종류에 따른 차이는 없었다. 가스발생량은 66 ml 에서 83.6 ml 로 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 나타냈다(P <0.01). 메탄발생량은 가스발생량이 증가할수록 같이 증가하는 양의 상관을 보였으나(R2 = 0.617, P <0.01) 사일리지 종류에 따른 차이는 없었다. 프로피온산에서 사일리지의 종류에 따른 유의적 차이를 나타냈으나, 일반성분 분석결과와의 상관관계는 보이지 않았다. 이탈리안 라이그라스 사일리지별 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 6.60에서 6.76 사이로 측정되었으며 이탈리안 라이그라스 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 나타냈다(P <0.05). 가스발생량은 최저 74.80 ml에서 최고 85.40 ml로 처리간의 유의적 차이를 보였으며 메탄 발생량 또한 가스발생량과 정의 상관을 보이며(R2 = 0.853, P <0.001) 9.08 ml에서 14.55 ml로 사일리지 종류간 차이를 나타냈다(P <0.01). 암모니아와 VFA 의 생성량 역시 각 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 보였으나 조단백질 함량과 암모니아 발생량의 상관계수가 0.619(P <0.001)로 각 분석항목의 상관관계에서 가장 크게 분석되었다. 메탄발생량은 사일리지의 성분과는 크게 상관관계를 보이지 않았으며, 차후 미생물의 분포 및 사일리지의 발효성상에 따른 상관관계 분석이 필요할 것으로 판단된다. 실험 2. 사료의 급여 순서에 따른 반추위 발효성상 평가를 위한 반추위 대사물질 비교 분석 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 반추위 pH에서는 사료 급여 전과 급여 3시간 후 모두 CFR < RFC < TMR의 순을 보였으나, 유의적인 차이는 없었다. 세 가지 처리구의 총 휘발성 지방산과 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 아세트산:프로피온산 비율에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 총 휘발성 지방산의 생성량은 CFR (76.3mM) > TMR (51.6) > RFC (50.3)의 순으로 나타났으며, 아세트산과 프로피온산 생성량도 CFR에서 가장 높은 생성량을 보였다. 반추위 암모니아태 질소 함량에서 사료의 급여 전에는 CFR이 206.9mg/L으로 RFC와 TMR과 비교하여 가장 높은 값을 보였으나, 사료 급여 후 3시간에서는 TMR (298.3) > CFR (288.6) > RFC (279.1)의 순으로 나타났고, 처리구간 유의적인 차이는 없었다. Phylum 수준에서는 Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria의 순으로 우점 하였으며, Family 수준에서는 Prevotellaceae가 모든 처리구에서 가장 우점하였으며, Flavobacteriaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae, Succinivibrionaceae 등이 처리구간 차이를 나타내었다. 사료 급여 전 RFC의 Ruminococcus albus, Fibrobacter succinogene은 CFR과 비교하여 유의적 (P <0.05)으로 많았고, Methanogenic archaea는 CFR에 비해 유의적 (P <0.05)으로 적었다. 사료 급여 3시간 후의 RFC 위액에서는 Fibrobacter succinogene은 CFR에 비해 유의적 (P <0.05)으로 적었으며, TMR의 Methanogenic archaea, Cilate-associated methanogen이 다른 처리구와 비교하여 유의적 (P <0.05)으로 적었다. HPLC를 이용한 사료 급여 전 반추위액 내 휘발성지방산(VFA) 분석에서는 propionate함량은 CRF에서 유의적 (P <0.05)으로 높게 분석 되었으며 Acetate : Propionate ratio는 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 낮은 결과를 나타내었다. 1H-NMR에서는 total VFA 및 acetate 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정되었다. 사료 급여 3시간 후 반추위액 내 휘발성지방산(VFA) 분석에서 HPLC에서는 Total VFA, acetate, propionate 및 butyrate 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정되었다. HPAEC와 1H-NMR을 이용한 사료 급여 전 반추위액 내 단당류 분석에서는 Fructose 및 mannose 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정 되었으며 나머지 단당류들은 유의적인 차이를 보이지 않았다. 사료 급여 후 반추위액 내에서도 glucose, fructose, mannose, arabinose, galactose, xylose 등 6가지 단당류가 분석되었으나, 유의적인 차이를 보이지 않았다. 사료의 급여 순서에 따른 영양소 소화율은 세가지 처리구간 유의적인 차이를 보이지 않았으며 건물(DM)과 조단백질, 조섬유, NDF 및 ADF 소화율 모두 RFC에서 높은 값을 보였다. 실험 3. 사료의 급여 순서가 In vitro 반추위 발효성상과 총 가스 발생량, 메탄 발생량에 미치는 영향 농후사료와 조사료의 급여순서에 따른 in vitro 반추위 pH는 티모시를 기질로 사용하고 조사료급여 1시간 후의 위액을 배양액으로 사용한 처리구에서 가장 높은 값을 보였으며, 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 CFR > 옥수수 기질의 RFC > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 CFR 순으로 나타났다. RFC와 비교하여 CFR과 TMR에서 낮게 측정되었고, 티모시 보다는 옥수수를 기질로 사용하였을 때의 반추위 pH가 낮게 나타났다(P <0.05). 총 휘발성 지방산, 아세트산, 프로피온산, 뷰티르산, 발레르산 함량에서는 옥수수 기질의 CFR에서 가장 높은 농도를 보였으며, 티모시 기질의 RFC에서 가장 낮은 값을 보였다. 티모시 기질과 비교하여 옥수수 기질에서 높은 휘발성 지방산 생성량을 보였으며, CFR, TMR과 비교하여 RFC에서 낮은 함량을 나타내었다. 반추위 암모니아태 질소 함량에서는 티모시 기질의 CFR > 옥수수 기질의 CFR > 티모시 기질의 RFC > 티모시 기질의 TMR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC 순으로 나타났다. In vitro 총 가스 발생량은 옥수수 기질의 CFR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC > 티모시 기질의 CFR > 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 RFC 순으로 나타났으며, 이는 반추위 pH와 역순을 보였다. in vitro 메탄 발생량에서도 옥수수 기질의 CFR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC > 티모시 기질의 CFR > 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 RFC 순으로 나타났으며, 이는 총가스 발생량과 유사한 결과를 보였다. 실험 4. 사료의 급여순서가 In vivo 반추위 발효성상, 혹은 미생물 다양성, 체내 대사체, 전장소화율 및 메탄 발생량에 미치는 영향 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 반추위 pH에서는 세 처리구 모두 pH 6.4~6.8로 안정적인 반추위 pH를 보였으며, 사료급여 후 1시간에서 조사료 급여 후 농후사료 급여 처리구가 유의적으로 높은 pH를 나타내었다. 반추위 총 휘발성지방산(VFA)의 농도는 133~145mM로 정상범위(70~130mM)보다는 조금 높은 수치를 보였으며, 처리간 유의적인 차이는 없었다. 사료급여 1시간의 아세트산 생성량은 농후사료급여 후 조사료 급여구에서 가장 높은 값을 보였으며, 조사료급여 후 농후사료 급여구에서 가장 낮은 함량을 보였다. 반추위 프로피온산 생성량 변화에서는 사료 급여 1 시간 후 RFC에서 CFR과 TMR와 비교하여 유의적으로 낮은 농도를 나타내었다(P = 0.02). 사료 급여 1시간에서는 CFR 처리구에서 가장 높은 프로피온산 함량을 보이다가, 사료가 소화되면서 TMR (반추위 발효 3시간), RFC (반추위 발효 5시간)에서 처리구 중 높은 값을 보였다. 반추위 부티르산 함량에서는 사료급여 1시간 후 CFR이 다른 두 처리구와 비교하여 유의적으로 높은 값을 보였다. 반추위 발레르산 함량에서도 다른 휘발성 지방산과 유사하게 사료급여 1시간에서 유의적인 차이가 있었으며, RFC, TMR과 비교하여 CFR에서 유의적으로 높은 값을 보였다. 아세트산 : 프로피온산 비율에서는 CFR 처리구에서 3.46으로 다른 처리구 보다 높은 값을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 반추위 암모니아태 질소의 농도는 반추위 발효 1시간 대 CFR에서 다른 처리구와 비교하여 유의적으로 높은 단백질 소화율을 보였다(P <0.01). 농후사료 급여 후 조사료 급여 구에서는 사료급여 1시간 후에 가장 높은 암모니아태 질소 함량을 보였으며, 조사료 급여 후 농후사료 급여구와 농후사료와 조사료를 함께 급여한 처리구에서는 사료급여 3시간에서 가장 높은 암모니아태 질소 함량을 보였다. 사료의 급여 순서에 따른 반추위 미생물 다양성 분석에서는 세 처리구 모두에서 Bacteroidetes와 Firmicutes가 44%와 39%로 가장 우점하는 문(phylum)으로 나타났다. family(과) 수준에서는 Prevotellaceae (28%)가 가장 높은 비율을 보였으며, Lachnospiraceae (9%), Barnesiellaceae (6%), Ruminococcaceae (5%)와 Acidaminococcaceae (5%) 가 각 처리구에서 유의적인 차이를 나타내었다. RFC와 TMR에서 반추위 발효와 관련되는 미생물이 우점한 것으로 나타났다. 반추위액 대사체 분석에서는 총 302개의 물질이 검출되었으며, 처리구별 각각 284, 280, 278개 물질이 검출되었다. 반추위 메탄 생성관련 대사물질 변화에서는 사료 급여 전과 급여 후 1시간과 5시간에서는 TMR 처리구에서 N-Nitrosodimethylamine 함량이 유의적으로 높게 나타났으며, 사료급여 3시간 후 TMR의 위액에서 Trimethylamine과 Trimethylamine N-oxide가 유의적으로 높은 수치를 나타내었다. 체내 영양소 소화율에서도 각 처리구간 유의적인 차이는 나타나지 않았으며, TMR에서 다른 처리구와 비교하여 높은 소화율을 보였다. 각 처리구 별 일일 메탄 생성량 비교에서는 RFC 에서 보다 많은 메탄 생성량을 보였으나 유의적인 차이를 보이지 않았고, 사료 섭취량 대비 메탄 생성량에서는 TMR에서 가장 많은 메탄 생성량을 보였으나 통계적 유의성은 없었다.
반추가축에 있어 섬유질배합사료(total mixed rations, TMR)의 급여는 사료의 선택채식을 방지하고 조사료와 농후사료의 균형 있는 섭취를 유도하며, 반추위내 발효를 안정시키고 사료섭취량과 영양소 이용효율을 향상시킨다고 알려져 있다. 반대로 농후사료와 조사료의 분리급여는 사료의 선택채식에 따라 반추위 발효에 직간접적으로 영향을 주게 된다. 본 연구에서는 국내이용 조사료의 사료가치에 따른 in vitro 반추위 발효성상, 총 가스 발생량, 메탄 발생량과 1H-NMR을 이용한 반추위 대사물질 변화를 확인하고, 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 in vitro 발효성상, 총 가스 발생량과 메탄 발생량, in vivo 반추위 발효성상과 반추위 미생물 다양성, 체내 대사체, 영양소 소화율과 메탄 발생량을 평가하였다. 실험 1. 조사료의 사료가치에 따른 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량 연구 조사료원에 따른 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 연맥건초에서 전체적으로 낮게 측정되었고, 가스발생량과 메탄발생량, 프로피온산이 증가할수록 감소하였으며, 볏짚, 에뉴얼 라이그라스 같이 ADF 함량이 높은 조사료에서 증가하였다(P <0.001). 이처럼 가스발생량이 증가할수록 pH가 감소하는 것은 시험배양이 잘 이루어졌음을 나타내는 하나의 지표로 판단할 수 있다. 가스발생량은 연맥건초 같이 NDF와 ADF 함량이 낮은 조사료와 티모시 같이 발효생성물중 아세트산의 농도가 증가할수록 증가하였다(P <0.001). 메탄발생량은 가스발생량이 증가할수록 함께 증가하였으며, 휘발성지방산(VFA) 중 아세트산이 증가할수록 NDF와 ADF의 함량이 감소할수록 증가하였다.(P <0.001). 라이그라스 사일리지별 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 6.2에서 6.7사이로 호밀사일리지의 종류에 따른 차이는 없었다. 가스발생량은 66 ml 에서 83.6 ml 로 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 나타냈다(P <0.01). 메탄발생량은 가스발생량이 증가할수록 같이 증가하는 양의 상관을 보였으나(R2 = 0.617, P <0.01) 사일리지 종류에 따른 차이는 없었다. 프로피온산에서 사일리지의 종류에 따른 유의적 차이를 나타냈으나, 일반성분 분석결과와의 상관관계는 보이지 않았다. 이탈리안 라이그라스 사일리지별 in vitro 반추위 발효성상과 메탄 발생량에서 pH는 6.60에서 6.76 사이로 측정되었으며 이탈리안 라이그라스 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 나타냈다(P <0.05). 가스발생량은 최저 74.80 ml에서 최고 85.40 ml로 처리간의 유의적 차이를 보였으며 메탄 발생량 또한 가스발생량과 정의 상관을 보이며(R2 = 0.853, P <0.001) 9.08 ml에서 14.55 ml로 사일리지 종류간 차이를 나타냈다(P <0.01). 암모니아와 VFA 의 생성량 역시 각 사일리지의 종류에 따라 유의적인 차이를 보였으나 조단백질 함량과 암모니아 발생량의 상관계수가 0.619(P <0.001)로 각 분석항목의 상관관계에서 가장 크게 분석되었다. 메탄발생량은 사일리지의 성분과는 크게 상관관계를 보이지 않았으며, 차후 미생물의 분포 및 사일리지의 발효성상에 따른 상관관계 분석이 필요할 것으로 판단된다. 실험 2. 사료의 급여 순서에 따른 반추위 발효성상 평가를 위한 반추위 대사물질 비교 분석 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 반추위 pH에서는 사료 급여 전과 급여 3시간 후 모두 CFR < RFC < TMR의 순을 보였으나, 유의적인 차이는 없었다. 세 가지 처리구의 총 휘발성 지방산과 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 발레르산, 아세트산:프로피온산 비율에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 총 휘발성 지방산의 생성량은 CFR (76.3mM) > TMR (51.6) > RFC (50.3)의 순으로 나타났으며, 아세트산과 프로피온산 생성량도 CFR에서 가장 높은 생성량을 보였다. 반추위 암모니아태 질소 함량에서 사료의 급여 전에는 CFR이 206.9mg/L으로 RFC와 TMR과 비교하여 가장 높은 값을 보였으나, 사료 급여 후 3시간에서는 TMR (298.3) > CFR (288.6) > RFC (279.1)의 순으로 나타났고, 처리구간 유의적인 차이는 없었다. Phylum 수준에서는 Bacteroidetes, Firmicutes, Proteobacteria의 순으로 우점 하였으며, Family 수준에서는 Prevotellaceae가 모든 처리구에서 가장 우점하였으며, Flavobacteriaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae, Succinivibrionaceae 등이 처리구간 차이를 나타내었다. 사료 급여 전 RFC의 Ruminococcus albus, Fibrobacter succinogene은 CFR과 비교하여 유의적 (P <0.05)으로 많았고, Methanogenic archaea는 CFR에 비해 유의적 (P <0.05)으로 적었다. 사료 급여 3시간 후의 RFC 위액에서는 Fibrobacter succinogene은 CFR에 비해 유의적 (P <0.05)으로 적었으며, TMR의 Methanogenic archaea, Cilate-associated methanogen이 다른 처리구와 비교하여 유의적 (P <0.05)으로 적었다. HPLC를 이용한 사료 급여 전 반추위액 내 휘발성지방산(VFA) 분석에서는 propionate함량은 CRF에서 유의적 (P <0.05)으로 높게 분석 되었으며 Acetate : Propionate ratio는 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 낮은 결과를 나타내었다. 1H-NMR에서는 total VFA 및 acetate 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정되었다. 사료 급여 3시간 후 반추위액 내 휘발성지방산(VFA) 분석에서 HPLC에서는 Total VFA, acetate, propionate 및 butyrate 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정되었다. HPAEC와 1H-NMR을 이용한 사료 급여 전 반추위액 내 단당류 분석에서는 Fructose 및 mannose 함량은 CRF에서 유의적(P <0.05)으로 높게 측정 되었으며 나머지 단당류들은 유의적인 차이를 보이지 않았다. 사료 급여 후 반추위액 내에서도 glucose, fructose, mannose, arabinose, galactose, xylose 등 6가지 단당류가 분석되었으나, 유의적인 차이를 보이지 않았다. 사료의 급여 순서에 따른 영양소 소화율은 세가지 처리구간 유의적인 차이를 보이지 않았으며 건물(DM)과 조단백질, 조섬유, NDF 및 ADF 소화율 모두 RFC에서 높은 값을 보였다. 실험 3. 사료의 급여 순서가 In vitro 반추위 발효성상과 총 가스 발생량, 메탄 발생량에 미치는 영향 농후사료와 조사료의 급여순서에 따른 in vitro 반추위 pH는 티모시를 기질로 사용하고 조사료급여 1시간 후의 위액을 배양액으로 사용한 처리구에서 가장 높은 값을 보였으며, 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 CFR > 옥수수 기질의 RFC > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 CFR 순으로 나타났다. RFC와 비교하여 CFR과 TMR에서 낮게 측정되었고, 티모시 보다는 옥수수를 기질로 사용하였을 때의 반추위 pH가 낮게 나타났다(P <0.05). 총 휘발성 지방산, 아세트산, 프로피온산, 뷰티르산, 발레르산 함량에서는 옥수수 기질의 CFR에서 가장 높은 농도를 보였으며, 티모시 기질의 RFC에서 가장 낮은 값을 보였다. 티모시 기질과 비교하여 옥수수 기질에서 높은 휘발성 지방산 생성량을 보였으며, CFR, TMR과 비교하여 RFC에서 낮은 함량을 나타내었다. 반추위 암모니아태 질소 함량에서는 티모시 기질의 CFR > 옥수수 기질의 CFR > 티모시 기질의 RFC > 티모시 기질의 TMR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC 순으로 나타났다. In vitro 총 가스 발생량은 옥수수 기질의 CFR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC > 티모시 기질의 CFR > 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 RFC 순으로 나타났으며, 이는 반추위 pH와 역순을 보였다. in vitro 메탄 발생량에서도 옥수수 기질의 CFR > 옥수수 기질의 TMR > 옥수수 기질의 RFC > 티모시 기질의 CFR > 티모시 기질의 TMR > 티모시 기질의 RFC 순으로 나타났으며, 이는 총가스 발생량과 유사한 결과를 보였다. 실험 4. 사료의 급여순서가 In vivo 반추위 발효성상, 혹은 미생물 다양성, 체내 대사체, 전장소화율 및 메탄 발생량에 미치는 영향 농후사료와 조사료의 급여 순서에 따른 반추위 pH에서는 세 처리구 모두 pH 6.4~6.8로 안정적인 반추위 pH를 보였으며, 사료급여 후 1시간에서 조사료 급여 후 농후사료 급여 처리구가 유의적으로 높은 pH를 나타내었다. 반추위 총 휘발성지방산(VFA)의 농도는 133~145mM로 정상범위(70~130mM)보다는 조금 높은 수치를 보였으며, 처리간 유의적인 차이는 없었다. 사료급여 1시간의 아세트산 생성량은 농후사료급여 후 조사료 급여구에서 가장 높은 값을 보였으며, 조사료급여 후 농후사료 급여구에서 가장 낮은 함량을 보였다. 반추위 프로피온산 생성량 변화에서는 사료 급여 1 시간 후 RFC에서 CFR과 TMR와 비교하여 유의적으로 낮은 농도를 나타내었다(P = 0.02). 사료 급여 1시간에서는 CFR 처리구에서 가장 높은 프로피온산 함량을 보이다가, 사료가 소화되면서 TMR (반추위 발효 3시간), RFC (반추위 발효 5시간)에서 처리구 중 높은 값을 보였다. 반추위 부티르산 함량에서는 사료급여 1시간 후 CFR이 다른 두 처리구와 비교하여 유의적으로 높은 값을 보였다. 반추위 발레르산 함량에서도 다른 휘발성 지방산과 유사하게 사료급여 1시간에서 유의적인 차이가 있었으며, RFC, TMR과 비교하여 CFR에서 유의적으로 높은 값을 보였다. 아세트산 : 프로피온산 비율에서는 CFR 처리구에서 3.46으로 다른 처리구 보다 높은 값을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. 반추위 암모니아태 질소의 농도는 반추위 발효 1시간 대 CFR에서 다른 처리구와 비교하여 유의적으로 높은 단백질 소화율을 보였다(P <0.01). 농후사료 급여 후 조사료 급여 구에서는 사료급여 1시간 후에 가장 높은 암모니아태 질소 함량을 보였으며, 조사료 급여 후 농후사료 급여구와 농후사료와 조사료를 함께 급여한 처리구에서는 사료급여 3시간에서 가장 높은 암모니아태 질소 함량을 보였다. 사료의 급여 순서에 따른 반추위 미생물 다양성 분석에서는 세 처리구 모두에서 Bacteroidetes와 Firmicutes가 44%와 39%로 가장 우점하는 문(phylum)으로 나타났다. family(과) 수준에서는 Prevotellaceae (28%)가 가장 높은 비율을 보였으며, Lachnospiraceae (9%), Barnesiellaceae (6%), Ruminococcaceae (5%)와 Acidaminococcaceae (5%) 가 각 처리구에서 유의적인 차이를 나타내었다. RFC와 TMR에서 반추위 발효와 관련되는 미생물이 우점한 것으로 나타났다. 반추위액 대사체 분석에서는 총 302개의 물질이 검출되었으며, 처리구별 각각 284, 280, 278개 물질이 검출되었다. 반추위 메탄 생성관련 대사물질 변화에서는 사료 급여 전과 급여 후 1시간과 5시간에서는 TMR 처리구에서 N-Nitrosodimethylamine 함량이 유의적으로 높게 나타났으며, 사료급여 3시간 후 TMR의 위액에서 Trimethylamine과 Trimethylamine N-oxide가 유의적으로 높은 수치를 나타내었다. 체내 영양소 소화율에서도 각 처리구간 유의적인 차이는 나타나지 않았으며, TMR에서 다른 처리구와 비교하여 높은 소화율을 보였다. 각 처리구 별 일일 메탄 생성량 비교에서는 RFC 에서 보다 많은 메탄 생성량을 보였으나 유의적인 차이를 보이지 않았고, 사료 섭취량 대비 메탄 생성량에서는 TMR에서 가장 많은 메탄 생성량을 보였으나 통계적 유의성은 없었다.
This study was conducted to investigate the effects of changing the order of feeding systems such as concentrate and roughage on rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolites in Hanwoo cattle. Korean native Hanwoo steers were fed one of th...
This study was conducted to investigate the effects of changing the order of feeding systems such as concentrate and roughage on rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolites in Hanwoo cattle. Korean native Hanwoo steers were fed one of three different feeding order; 1) feeding of roughage after feeding of concentrate (CFR), 2) feeding of concentrate after feeding of roughage (RFC) and 3) feeding as a total mixed ration (TMR). In the first experiment, we have focused to investigate the type of forage on in vitro rumen fermentation characteristics and methane emissions in Hanwoo. Rumen fluid samples were collected from three Hanwoo steers which is consumed 30% rice straw and 70% concentrate with free access to water and mineral block. In vitro ruminal fermentation bottles containing the mixture of rumen fluid(1), McDougall’s buffer(4) and 500mg of substrate(DM basis). The ruminal fermentation bottles were placed in an incubator at 39℃ for 24 hours. Ruminal pH was higher in oat hay and total gas production was significantly higher in low NDF and ADF forage (P <0.01). Methane emissions increased with increasing gas production, with increasing acetic acid in volatile fatty acids, and decreasing with NDF and ADF contents (P <0.01). There are no differences were observed in rumen fermentation characteristics and methane emission by Ryegrass silage. Gas production varied from 66 ml to 83.6 ml and significant differences were observed between the dietary groups (P <0.01). Propionic acid concentration also found significant differences between the dietary groups. Rumen fermentation characteristics such as pH, volatile fatty acid, ammonia nitrogen and methane production, gas production were significantly different between the Italian ryegrass silage (P <0.05). The correlation between crude protein content and ammonia nitrogen production was high (R2=0.619, P <0.01). In the second experiment, rumen fermentation characteristics, microbial populations, rumen metabolite and nutrient digestibility were compared between the dietary groups. Three Hanwoo steers (average BW = 534.0 ± 3.6 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. There were no significant differences were observed between the dietary groups, in rumen pH, total volatile fatty acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, A:P ratio and ammonia nitrogen. At the phylum level, Bacteroidetes, Firmicutes and Proteobacteria were found predominantly. At the family level, Prevotellaceae was the most dominant in all groups, and Flavobacteriaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae and Succinivibrionaceae showed significant differences between dietary groups. Before feeding, Ruminococcus albus and Fibrobacter succinogene of RFC were significantly higher and Methanogenic archaea was significantly lower when compared with CFR(P <0.05). After feeding, Fibrobacter succinogene of RFC was significantly lower than CFR, Methanogenic archaea and cilate-associated methanogen of TMR were significantly lower than other groups(P <0.05). Propionate concentration was significantly higher in CRF and acetate: propionate ratio was significantly lower in CRF (P <0.05). In the 1H-NMR, total VFA and acetate contents were significantly higher in CRF (P <0.05). Total VFA, acetate, propionate and butyrate level were significantly higher in CRF with HPLC results (P <0.05). Fructose and mannose concentrations were significantly higher in before feeding at CRF (P <0.05). had There are no significant differences were observed in Nutrient digestibility within the dietary groups . In the third experiment, in vitro rumen fermentation, total gas production and methane emission were compared between three different feeding systems which is using the same experimental design as described above. Six Hanwoo steers (average BW = 430±21 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. The RFC group and maize showed significantly lower rumen pH (P TMR > RFC. In the fourth experiment, in vivo rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolites were compared between three different feeding systems which is using the same experimental design as described above. Six Hanwoo steers (average BW = 430 ± 21 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. Rumen pH was significantly higher in 1hour after feeding at RFC. There were no significant difference were observed in total volatile fatty acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, A:P ratio and ammonia nitrogen. In the rumen microbial diversity analysis, Bacteroidetes and Firmicutes were the most predominant phylum in all dietary groups. At the family level, Prevotellaceae (28%) had the highest level, and Lachnospiraceae (9%), Barnesiellaceae (6%), Ruminococcaceae (5%) and Acidaminococcaceae (5%) showed significant differences between the groups. N-nitrosodimethylamine, trimethylamine and trimethylamine N-oxide were significantly higher in TMR. Nutrient digestibility and methane emission were not showing any significant differences between dietary groups. In summary, we found feeding patterns affected on the rumen fermentation and microbial diversity. However, there are no difference were observed in methane emissions and nutrient digestibility. Further research about methane reduction strategies is required.
This study was conducted to investigate the effects of changing the order of feeding systems such as concentrate and roughage on rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolites in Hanwoo cattle. Korean native Hanwoo steers were fed one of three different feeding order; 1) feeding of roughage after feeding of concentrate (CFR), 2) feeding of concentrate after feeding of roughage (RFC) and 3) feeding as a total mixed ration (TMR). In the first experiment, we have focused to investigate the type of forage on in vitro rumen fermentation characteristics and methane emissions in Hanwoo. Rumen fluid samples were collected from three Hanwoo steers which is consumed 30% rice straw and 70% concentrate with free access to water and mineral block. In vitro ruminal fermentation bottles containing the mixture of rumen fluid(1), McDougall’s buffer(4) and 500mg of substrate(DM basis). The ruminal fermentation bottles were placed in an incubator at 39℃ for 24 hours. Ruminal pH was higher in oat hay and total gas production was significantly higher in low NDF and ADF forage (P <0.01). Methane emissions increased with increasing gas production, with increasing acetic acid in volatile fatty acids, and decreasing with NDF and ADF contents (P <0.01). There are no differences were observed in rumen fermentation characteristics and methane emission by Ryegrass silage. Gas production varied from 66 ml to 83.6 ml and significant differences were observed between the dietary groups (P <0.01). Propionic acid concentration also found significant differences between the dietary groups. Rumen fermentation characteristics such as pH, volatile fatty acid, ammonia nitrogen and methane production, gas production were significantly different between the Italian ryegrass silage (P <0.05). The correlation between crude protein content and ammonia nitrogen production was high (R2=0.619, P <0.01). In the second experiment, rumen fermentation characteristics, microbial populations, rumen metabolite and nutrient digestibility were compared between the dietary groups. Three Hanwoo steers (average BW = 534.0 ± 3.6 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. There were no significant differences were observed between the dietary groups, in rumen pH, total volatile fatty acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, A:P ratio and ammonia nitrogen. At the phylum level, Bacteroidetes, Firmicutes and Proteobacteria were found predominantly. At the family level, Prevotellaceae was the most dominant in all groups, and Flavobacteriaceae, Bacteroidaceae, Prevotellaceae, Rikenellaceae, Erysipelotrichaceae, Ruminococcaceae and Succinivibrionaceae showed significant differences between dietary groups. Before feeding, Ruminococcus albus and Fibrobacter succinogene of RFC were significantly higher and Methanogenic archaea was significantly lower when compared with CFR(P <0.05). After feeding, Fibrobacter succinogene of RFC was significantly lower than CFR, Methanogenic archaea and cilate-associated methanogen of TMR were significantly lower than other groups(P <0.05). Propionate concentration was significantly higher in CRF and acetate: propionate ratio was significantly lower in CRF (P <0.05). In the 1H-NMR, total VFA and acetate contents were significantly higher in CRF (P <0.05). Total VFA, acetate, propionate and butyrate level were significantly higher in CRF with HPLC results (P <0.05). Fructose and mannose concentrations were significantly higher in before feeding at CRF (P <0.05). had There are no significant differences were observed in Nutrient digestibility within the dietary groups . In the third experiment, in vitro rumen fermentation, total gas production and methane emission were compared between three different feeding systems which is using the same experimental design as described above. Six Hanwoo steers (average BW = 430±21 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. The RFC group and maize showed significantly lower rumen pH (P TMR > RFC. In the fourth experiment, in vivo rumen fermentation, methane emission, microbial diversity, nutrient digestibility and biofluid metabolites were compared between three different feeding systems which is using the same experimental design as described above. Six Hanwoo steers (average BW = 430 ± 21 kg) were fed three different feeding order over 4 weeks (14 days each period) in a 3x3 Latin square design. Rumen pH was significantly higher in 1hour after feeding at RFC. There were no significant difference were observed in total volatile fatty acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, A:P ratio and ammonia nitrogen. In the rumen microbial diversity analysis, Bacteroidetes and Firmicutes were the most predominant phylum in all dietary groups. At the family level, Prevotellaceae (28%) had the highest level, and Lachnospiraceae (9%), Barnesiellaceae (6%), Ruminococcaceae (5%) and Acidaminococcaceae (5%) showed significant differences between the groups. N-nitrosodimethylamine, trimethylamine and trimethylamine N-oxide were significantly higher in TMR. Nutrient digestibility and methane emission were not showing any significant differences between dietary groups. In summary, we found feeding patterns affected on the rumen fermentation and microbial diversity. However, there are no difference were observed in methane emissions and nutrient digestibility. Further research about methane reduction strategies is required.
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