Strategies to reduce nitrogen excretion from ruminants

Esta tesis doctoral se llevó a cabo en el marco del proyecto financiado por la Unión Europea Rednex. El objetivo principal de la tesis fue utilizar tecnologías innovadoras aplicadas al rumen para proponer soluciones que pueden reducir la excreción de N en el ganado bovino lechero. Se llevaron a cabo...

Descripción completa

Detalles Bibliográficos
Autor: Foskolos, Andreas|||0000-0002-7339-1140
Tipo de recurso: tesis doctoral
Fecha de publicación:2013
País:España
Institución:Universitat Autònoma de Barcelona
Repositorio:Dipòsit Digital de Documents de la UAB
Idioma:inglés
OAI Identifier:oai:ddd.uab.cat:106850
Acceso en línea:https://ddd.uab.cat/record/106850
Access Level:acceso abierto
Palabra clave:Nitrogen
Bestiar boví
Nitrogen en la nutrició animal
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Calsamiglia, Sergio
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description Esta tesis doctoral se llevó a cabo en el marco del proyecto financiado por la Unión Europea Rednex. El objetivo principal de la tesis fue utilizar tecnologías innovadoras aplicadas al rumen para proponer soluciones que pueden reducir la excreción de N en el ganado bovino lechero. Se llevaron a cabo cuatro estudios para evaluar: la espectroscopia de infrarrojo cercano como herramienta para mejorar la precisión en la formulación de raciones en la granja; el uso de anticuerpos policlonales (APs) contra las principal bacterias proteolíticas y desaminadoras en el rumen; y, el uso de compuestos de aceites esenciales (AE) como modificadores de la población microbiana responsable de la degradación de proteínas en el rumen y en forraje de raigrás durante el ensilaje. En el primer estudio, creamos una base de datos de 809 muestras distintas de alimentos frecuentemente utilizados en la alimentación de rumiantes. Parte de los alimentos se analizaron para la degradación de materia seca (MS) y proteína bruta (PB), y una parte más pequeña (n = 100) para la degradación de fibra neutro detergetnte (FND). Todas las muestras fueron escaneadas de 1,100 a 2,500 nm, utilizando un NIRSystems 5000, y se crearon calibraciones para todas las muestras (ALL), los forrajes (FF) y los no forrajes (NF). La degradación efectiva, las fracciones a y b de MS, PB y FND se predijeron bien, y mejoraron después de separación por grupos. La velocidad de la degradación de la MS, PB y FND no se predijo satisfactoriamente por ALL (r2 0,7). En el segundo estudio, evaluamos el efecto de la adición de compuestos activos de AE en la degradación de proteínas en ensilados de raigrás. Se prepararon microsilos (n = 74) en bolsas de poliéster con 2,0 kg de forraje fresco de raigrás. Los tratamientos fueron: timol (THY), eugenol (EUG), cinamaldehído (CIN), capsaicina (CAP) y carvacrol (CAR), a 0, 50, 500 y 2,000 mg / kg de forraje fresco. El pH del ensilaje fue mayor de lo esperado (5,5 a 6,6) y se atribuyó al bajo contenido de MS del forraje y la adición de los AE. La adición de THY, EUG y CAR a dosis altas (2,000 mg / kg) redujo la concentración de N-amoniacal, y la adición de CIN2.000 redujo la degradación de la proteína, resultando en silos con 9,7% más de N proteico real. Los compuestos de AE probados afectaron a la degradación de las proteínas y la desaminación del forraje de raigrás durante el ensilaje, pero la dosis efectiva fue demasiado alta para ser aplicado en la práctica. En el tercer estudio, se produjeron en conejos y probaron in vitro APs contra Prevotella ruminicola, Clostridium aminophilum y Peptostreptococcus anaerobius. Se llevaron dos experimentos a cabo utilizando la técnica de producción de gas e incubaciones in vitro durante 24 h, y ocho fermentadores de cultivo continuo, para probar los efectos de los APs en la fermentación ruminal a corto y largo plazo, respectivamente. Los tratamientos fueron: control (suero de animales no vacunados), APs contra P. ruminicola, C. aminophilum, P. anaerobius, y una mezcla de APs (1:1:1). La adición de APs no tuvo efecto sobre la fermentación ruminal ni a corto ni a largo plazo. En el cuarto estudio, se evaluaron los efectos de propil-propylthiosulfonato (PTSO), un compuesto organosulfurado estable del ajo, sobre la fermentación ruminal en un sistema de cultivo de doble flujo continuo. En el primer experimento, los tratamientos incluyeron un control negativo sin aditivo, un control positivo con monensina a 12 mg/l y dos dosis de PTSO a 30 mg/l (PTSO30) y 300 mg/l (PTSO300). La adición de PTSO30 no afectó a ninguna de las mediciones, y el PTSO300 disminuyo drásticamente la fermentación de nutrientes. El segundo experimento se llevó a cabo para probar dosis crecientes de PTSO (0, 50, 100 y 150 mg / l) sobre la fermentación microbiana ruminal. Los ácidos grasos volátiles totales y la proporción molar del propionato respondieron cuadráticamente con valores más altos en las dosis intermedias, y la digestibilidad de los nutrientes no se afectó. Los resultados sugieren el potencial de PTSO para modificar la fermentación del rumen en una dirección coherente con la mejora en la utilización de energía.
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En el primer estudio, creamos una base de datos de 809 muestras distintas de alimentos frecuentemente utilizados en la alimentación de rumiantes. Parte de los alimentos se analizaron para la degradación de materia seca (MS) y proteína bruta (PB), y una parte más pequeña (n = 100) para la degradación de fibra neutro detergetnte (FND). Todas las muestras fueron escaneadas de 1,100 a 2,500 nm, utilizando un NIRSystems 5000, y se crearon calibraciones para todas las muestras (ALL), los forrajes (FF) y los no forrajes (NF). La degradación efectiva, las fracciones a y b de MS, PB y FND se predijeron bien, y mejoraron después de separación por grupos. La velocidad de la degradación de la MS, PB y FND no se predijo satisfactoriamente por ALL (r2 0,7). En el segundo estudio, evaluamos el efecto de la adición de compuestos activos de AE en la degradación de proteínas en ensilados de raigrás. Se prepararon microsilos (n = 74) en bolsas de poliéster con 2,0 kg de forraje fresco de raigrás. Los tratamientos fueron: timol (THY), eugenol (EUG), cinamaldehído (CIN), capsaicina (CAP) y carvacrol (CAR), a 0, 50, 500 y 2,000 mg / kg de forraje fresco. El pH del ensilaje fue mayor de lo esperado (5,5 a 6,6) y se atribuyó al bajo contenido de MS del forraje y la adición de los AE. La adición de THY, EUG y CAR a dosis altas (2,000 mg / kg) redujo la concentración de N-amoniacal, y la adición de CIN2.000 redujo la degradación de la proteína, resultando en silos con 9,7% más de N proteico real. Los compuestos de AE probados afectaron a la degradación de las proteínas y la desaminación del forraje de raigrás durante el ensilaje, pero la dosis efectiva fue demasiado alta para ser aplicado en la práctica. En el tercer estudio, se produjeron en conejos y probaron in vitro APs contra Prevotella ruminicola, Clostridium aminophilum y Peptostreptococcus anaerobius. Se llevaron dos experimentos a cabo utilizando la técnica de producción de gas e incubaciones in vitro durante 24 h, y ocho fermentadores de cultivo continuo, para probar los efectos de los APs en la fermentación ruminal a corto y largo plazo, respectivamente. Los tratamientos fueron: control (suero de animales no vacunados), APs contra P. ruminicola, C. aminophilum, P. anaerobius, y una mezcla de APs (1:1:1). La adición de APs no tuvo efecto sobre la fermentación ruminal ni a corto ni a largo plazo. En el cuarto estudio, se evaluaron los efectos de propil-propylthiosulfonato (PTSO), un compuesto organosulfurado estable del ajo, sobre la fermentación ruminal en un sistema de cultivo de doble flujo continuo. En el primer experimento, los tratamientos incluyeron un control negativo sin aditivo, un control positivo con monensina a 12 mg/l y dos dosis de PTSO a 30 mg/l (PTSO30) y 300 mg/l (PTSO300). La adición de PTSO30 no afectó a ninguna de las mediciones, y el PTSO300 disminuyo drásticamente la fermentación de nutrientes. El segundo experimento se llevó a cabo para probar dosis crecientes de PTSO (0, 50, 100 y 150 mg / l) sobre la fermentación microbiana ruminal. Los ácidos grasos volátiles totales y la proporción molar del propionato respondieron cuadráticamente con valores más altos en las dosis intermedias, y la digestibilidad de los nutrientes no se afectó. Los resultados sugieren el potencial de PTSO para modificar la fermentación del rumen en una dirección coherente con la mejora en la utilización de energía.The current PhD thesis was conducted within the framework of the European Union funded project RedNex. The main objective of the thesis was to use novel technologies that target the rumen to propose solutions that may reduce the N excretion from dairy cows. We conducted four studies testing: near infrared spectroscopy as a tool to provide better management for nutrient formulation at the farm; polyclonal antibodies against main proteolytic and deaminating bacteria in the rumen; and essential oil compounds as modifiers of microbial populations responsible for protein degradation in the rumen and ryegrass forage during ensiling. In the first study, we created a large database of 809 different feedstuffs frequently used in ruminant nutrition. Feedstuffs were analyzed for dry matter (DM) and crude protein (CP) degradation and a smaller part (n = 100) for neutral detergent fibre (NDF) degradation. All samples were scanned from 1,100 to 2,500 nm using a NIRSystems 5000, and calibrations were developed for all (ALL), and forages (FF) and no forage (NF) samples. The effective degradation, a and b fractions of DM, CP and NDF were well predicted and improved by group separation. The rate of degradation of DM, CP and NDF were not satisfactorily predicted for ALL (r2 0.7). In the second study, we evaluated the addition of essential oil (EO) compounds on ryegrass silage protein degradation. Microsilos (n = 74) were prepared in polyester bags with 2.0 kg of fresh ryegrass forage. Treatments were: thymol (THY), eugenol (EUG), cinnamaldehyde (CIN), capsaicin (CAP) and carvacrol (CAR), at 0, 50, 500 and 2,000 mg/kg of fresh forage. Silage pH was higher than expected (5.5 to 6.6) and was attributed to the low DM content of the forage and the addition of EO. The addition of THY, EUG and CAR at the high dose (2,000 mg/kg) reduced ammonia-N concentration, and the addition of CIN2000 had an overall effect on protein degradation resulting in silages with 9.7% higher true protein N. Tested EO compounds affected protein degradation and deamination of ryegrass forage during ensiling, but the effective dose was too high to be applied in practice. In the third study, we produced in rabbits and tested in vitro polyclonal antibodies (PAbs) against Prevotella ruminicola, Clostridium aminophilum and Peptostreptococcus anaerobius. Two experiments were conducted utilizing the modified gas production and the 24 h batch culture techniques, and 8 dual flow continuous culture fermenters to evaluate the addition of PAbs in short and long term ruminal fermentation, respectively. Treatments were: control (serum of non-immunized animals), PAbs against P. ruminicola, C. aminophilum, P. anaerobius, and a mix of PAbs (1:1:1). The addition of PAbs had no effect on ruminal fermentation in short term or in long term fermentation. In the fourth study, we evaluated, in two experiments, the effects of propyl-propylthiosulfonate (PTSO), a stable organosulfurate compound of garlic, on ruminal fermentation in a dual flow continuous culture system. In experiment 1, treatments included a negative control without additive, a positive control with monensin at 12 mg/l and two doses of PTSO at 30 (PTSO30) and 300 mg/l (PTSO300). The addition of PTSO30 did not affect any of the measurements, and PTSO300 decreased dramatically the fermentation of nutrients. Experiment 2 was conducted to test increasing doses of PTSO (0, 50, 100 and 150 mg/l) on rumen microbial fermentation. Total volatile fatty acids and propionate molar proportion responded quadratically with higher values in the intermediate doses, while digestibilities of nutrients were not affected. Results suggest the potential of PTSO to modify rumen fermentation in a direction consistent with better energy utilization.Universitat Autònoma de BarcelonaUniversitat Autònoma de Barcelona. Departament de Ciència Animal i dels AlimentsCalsamiglia, Sergio 22013-01-0120132013-01-01Tesi doctoralhttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06VoRhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85info:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://ddd.uab.cat/record/106850reponame:Dipòsit Digital de Documents de la UABinstname:Universitat Autònoma de BarcelonaInglésengopen accesshttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2Aquest material està protegit per drets d'autor i/o drets afins. Podeu utilitzar aquest material en funció del que permet la legislació de drets d'autor i drets afins d'aplicació al vostre cas. Per a d'altres usos heu d'obtenir permís del(s) titular(s) de drets.https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/info:eu-repo/semantics/openAccessoai:ddd.uab.cat:1068502026-06-06T12:50:31Z
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