Comparison of fermentation characteristics and bacterial diversity in the rumen of sheep and batch cultures of rumen microorganisms

The objective of the current study was to assess how closely batch cultures (BC) of rumen microorganisms can mimic the dietary differences in fermentation characteristics found in the rumen, and to analyse changes in bacterial diversity over the in vitro incubation period. Four ruminally and duodenally cannulated sheep were fed four diets having forage : concentrate ratios (FCR) of 70 : 30 or 30 : 70, with either alfalfa hay or grass hay as forage. Rumen fluid from each sheep was used to inoculate BC containing the same diet fed to the donor sheep, and the main rumen fermentation parameters were determined after 24 h of incubation. There were differences between BC and sheep in the magnitude of most measured parameters, but BC detected differences among diets due to forage type similar to those found in sheep. In contrast, BC did not reproduce the dietary differences due to FCR found in sheep for pH, degradability of neutral detergent fibre and total volatile fatty acid (VFA) concentrations. There were differences between systems in the magnitude of most determined parameters and BC showed higher pH values and NH3–N concentrations, but lower fibre degradability and VFA and lactate concentrations compared with sheep. There were significant relationships between in vivo and in vitro values for molar proportions of acetate, propionate and butyrate, and the acetate : propionate ratio. The automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) of 16S ribosomal deoxyribonucleic acid showed that FCR had no effect on bacterial diversity either in the sheep rumen fluid used as inoculum (IN) or in BC samples. In contrast, bacterial diversity was greater with alfalfa hay diets than those with grass hay in the IN, but was unaffected by forage type in the BC. Similarity index between the bacterial communities in the inocula and those in the BC ranged from 67·2 to 74·7%, and was unaffected by diet characteristics. Bacterial diversity was lower in BC than in the inocula with 14 peaks out of a total of 181 detected in the ARISA electropherograms never appearing in BC samples, which suggests that incubation conditions in the BC may have caused a selection of some bacterial strains. However, each BC sample showed the highest similarity index with its corresponding rumen IN, which highlights the importance of using rumen fluid from donors fed a diet similar to that being incubated in BC when conducting in vitro experiments

Perspectivas y retos de los extractos vegetales como aditivos alimentarios en rumiantes

Algunas plantas producen y almacenan compuestos secundarios que ejercen actividades beneficiosas en el organismo humano y animal. En lo que se refiere a su uso en alimentación animal, constituyen una alternativa natural a los aditivos antibióticos promotores del crecimiento, cuyo uso en rumiantes se ha centrado fundamentalmente en sus efectos sobre la fermentación rumial

Modificaciones técnicas en fermentadores de flujo continuo: efectos sobre la población de protozoos y la fermentación

Los sistemas in vitro de simulación de la fermentación ruminal constituyen herramientas muy útiles para el estudio de la función ruminal. El mantenimiento de poblaciones microbianas representativas de las existentes en el rumen de los animales es uno de los requisitos que deberían cumplir los sistemas in vitro, pero la disminución del número de protozoos en los fermentadores es un hecho bien constatado (Moumen et al., 2009; Martínez et al., 2011). Dado el importante papel que los protozoos desempeñan en la función ruminal, el diseño de modificaciones técnicas que permitan mantener estas poblaciones en fermentadores supondría un importante avance para su utilización en el estudio del ecosistema ruminal. El objetivo del presente trabajo fue analizar dos modificaciones técnicas para mejorar la retención de los protozoos en fermentadores de flujo continuo

Presente y perspectivas de futuro en la UE del empleo de probióticos en la alimentación de rumiantes

En este artículo se describe, en primer lugar, la situación legal actual de los probióticos como aditivos en la alimentación de los animales rumiantes en la Unión Europea (UE). A continuación se repasan sus mecanismos de acción, considerando especialmente los últimos avances científicos en referencia a sus acciones sobre las poblaciones microbianas ruminales, y se analizan los factores que influyen en la respuesta de los animales a la administración de estos aditivos. Finalmente, se detallan brevemente las perspectivas de futuro de los probióticos en el ámbito de la ganadería de rumiantes europea

Evolución temporal de las comunidades microbianas ruminales y los parámetros fermentativos en fermentadores Rusitec

Los fermentadores Rusitec (Czerkawski y Breckenridge, 1977) son uno de los tipos de fermentadores más ampliamente utilizados para simular in vitro la fermentación ruminal y permiten realizar estudios de larga duración (semanas). Sin embargo, debido a la prolongada extensión en el tiempo de este tipo de estudios se producen cambios cuantitativos y cualitativos en las poblaciones de microorganismos. Existen algunos estudios que han puesto de manifiesto la disminución de la población de protozoos a lo largo del período de incubación (Carro et al., 1995; Martínez et al., 2011), pero no existe información sobre otras poblaciones microbianas, a pesar de que uno de los requisitos que deberían cumplir los sistemas in vitro es mantener poblaciones microbianas representativas de las existentes en el rumen de los animales. Por ello, el objetivo del presente trabajo fue estudiar la evolución en el tiempo de la abundancia de bacterias, hongos, protozoos y arqueas, así como de los parámetros ruminales en fermentadores Rusitec

Utilización de enzimas fibrolíticas para mejorar la digestión de forrajes tropicales. I. Influencia del método de aplciacion en la producción de gas in vitro y la composición química

Los forrajes tropicales presentan, en general, un menor valor nutritivo que los forrajes de zonas templadas. Sin embargo, su disponibilidad suele ser elevada y en numerosas ocasiones son el único recurso alimenticio disponible para los animales rumiantes. Esta situación limita la productividad de estos animales y por ello se han investigado diferentes estrategias para aumentar el valor nutritivo de los forrajes tropicales. Una de las metodologías propuestas para incrementar la utilización digestiva de los forrajes es el tratamiento de los mismos con enzimas fibrolíticas (Carro y Ranilla, 2001), pero todavía son escasos los estudios realizados con forrajes tropicales. El objetivo de este trabajo fue evaluar el efecto de tres preparados enzimáticos en la fermentación ruminal in vitro y la degradabilidad de tres forrajes tropicales

Utilización de enzimas fibrolíticas para mejorar la digestión de forrajes tropicales. II. Efectos en la fermetación ruminal in vitro y la degradabilidad

En muchos países tropicales los sistemas productivos de animales rumiantes se basan en una amplia utilización de recursos forrajeros. Sin embargo, estos recursos suelen tener una baja calidad, por lo que cualquier mejora de su valor nutritivo tendrá una repercusión positiva en la productividad de los animales. En los últimos años se han realizado numerosos estudios para evaluar diferentes enzimas fibrolíticas como aditivos para mejorar el valor nutritivo de forrajes, pero la mayoría de ellos han utilizado forrajes de elevada calidad y apenas existen estudios con forrajes de baja calidad. Por otra parte, los resultados han sido muy variables, ya que la efectividad de las enzimas se ve afectada por numerosos factores, siendo el tipo de forraje y el método de aplicación de las enzimas dos de los más importantes (Giraldo et al., 2008). El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de tres enzimas fibrolíticas exógenas en la fermentación ruminal in vitro de tres forrajes tropicales cuando las enzimas se aplicaron 24 h antes o en el momento de la incubación

Technical note: Comparison of automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) to assess bacterial diversity in the rumen of sheep

The aim of this study was to compare automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) and denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) techniques to assess bacterial diversity in the rumen of sheep. Sheep were fed 2 diets with 70% of either alfalfa hay or grass hay, and the solid (SOL) and liquid (LIQ) phases of the rumen were sampled immediately before feeding (0 h) and at 4 and 8 h postfeeding. Both techniques detected similar differences between forages, with alfalfa hay promoting greater (P 0.05) over the postfeeding period were detected by DGGE. The ARISA technique showed lower (P 0.05) in bacterial diversity between both rumen phases were detected by DGGE. Under the conditions of this study, the DGGE was not sensitive enough to detect some changes in ruminal bacterial communities, and therefore ARISA was considered more accurate for assessing bacterial diversity of ruminal samples. The results highlight the influence of the fingerprinting technique used to draw conclusions on factors affecting ruminal bacterial diversity

Influencia del tipo de filtrado y tratamiento con Stomacher del fluido ruminal de ovejas en las poblaciones microbianas del inóculo

Four rumen-fistulated sheep fed a 66:34 alfalfa hay:concentrate diet were used as donors to investigate the effect of rumen contents’ treatment on microbial populations in the resulting fluid. Rumen contents were sampled from each individual sheep and subjected to the following treatments: SQ: squeezed through 4 layers of cheesecloth; FIL: SQ treatment and further filtration through a 100-μm nylon cloth; STO: reated with a Stomacher® for 3 min at 230 rev min-1 and followed by SQ. Microbial populations in the fluid were analysed by real-time PCR and bacterial diversity was assessed by the automated ribosomal intergenic spacer analysis (ARISA) of the 16S ribosomal DNA. Bacterial DNA concentrations and relative abundance of Ruminococcus flavefaciens, arqueal and fungal DNA did not differ (P>0.05) between treatments. In contrast, STO treatment decreased (P0.05) between treatments either in the Shannon index or in the number of peaks in the ARISA electropherograms, indicating no effect on bacterial diversity. Studies analyzing the influence on the tested methods on fermentation characteristics of different substrates when the fluid is used as inoculum is required

Influence de l'administration directe d'enzymes fibrolytiques sur l'activité fibrolytique dans le rumen du mouton

6 pages, 3 tables.--Contributed to: 12th Seminar of the FAO-CIHEAM Sub-NetWork on Sheep and Goat Nutrition. "Nutritional and foraging ecology of sheep and goats"(Thessalonica, Grecia, Oct 11-13, 2007).Six rumen-fistulated Merino sheep were used in a crossover design experiment to evaluate the effects of a direct-fed exogenous fibrolytic enzyme (12 g/d; ENZ) on ruminal fermentation. The enzyme presented endoglucanase and xylanase activities. Sheep were fed a mixed grass hay:concentrate (70:30; fresh matter basis) diet at a daily rate of 60 g/kg body weight 0.75. Concentrations of NH3-N and volatile fatty acids (VFA) and enzymatic activities were determined in ruminal samples at 0, 4 and 8 h after feeding. Samples of the grass hay were incubated in situ in the rumen of each sheep to measure dry matter (DM) and neutral detergent fibre (NDF) degradation. ENZ treatment did not affect (P>0.05) ruminal pH or concentrations of NH3-N and total VFA at any sampling time. In contrast, at 0 and 4 h after feeding, molar proportion of propionate tended (P<0.10) to be greater and acetate:propionate ratio tended (P<0.10) to be lower in ENZ-supplemented sheep. No effects of ENZ (P>0.10) were detected 8 h after feeding. Both the ruminally insoluble potentially degradable fraction (b) of grass hay DM and its fractional rate of degradation (c) were increased (P<0.05) by ENZ treatment. Supplementation with ENZ also increased (P=0.009 to 0.023) effective and potential degradability of grass hay DM and NDF. Ruminal fluid endoglucanase and xylanase activities were greater (P<0.05) at 4 h post-feeding in ENZ-supplementd sheep than in control animals. ENZ supplementation did not affecf (P=0.151 to 0,815) either exoglucanase or amylase activity at any sampling time.The authors wish to acknowledge the financial support received from the M.C.Y.T. of Spain (Proyect AGL2001-0130) and Junta de Castilla y León (LE040A05). L. A. Giraldo gratefully acknowledges receipt of a grant from the Fundación Carolina.Peer reviewe