Optimizing rumen functions in the close-up transition period and early lactation to drive dry matter intake and energy balance in cows

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Optimizing rumen functions in the close-up transition period and early lactation to drive dry matter intake and energy balance in cows

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La digestion chez les camélidés ; comparaison avec les ruminants

National audienceStudies on digestion and metabolism in camelids have, over the past 15 years, benefited from technical and methodological progress made on ruminants. Today, reliable scientific information allows to compare the digestive and metabolic aptitudes of these two types of animals. The anatomy of the forestomach and the feeding behaviour of the camelids and ruminants are very different. Such differences have consequences on the digestion of food. Even though the microbial population is qualitatively the same, the cellulolytic activity of the bacteria is much more important in the camelid forestomach and the retention time of solid particles in the forestomach is much longer. The evolution of these two parameters is responsible for a better digestion of organic matter and of the cellulosic fractions of the rations. Due to better buffered digesta, the addition of large amounts of starch to a forage-based diet has not the negative effects on microbial cellulolysis usually observed in ruminants. Furthermore, camelids excrete less nitrogen in the urine and efficiently recycle urea via the mucous wall of the forestomach. This economy of nitrogen allows them to maintain a minimal production of microbial proteins for cases when dietary nitrogen is insufficient. However, camelids are much more sensitive than ruminants to risks of intoxication due to excess soluble nitrogen in rations. Reduced maintenance energy levels and a better yield of transformation of metabolisable energy into net energy, go along with a better use of ingested energy by camelids. A greater stability of physical-chemical conditions (pH, NH3) in the fermenting medium of the C1 compartment of camelids after feeding, as well as the higher outflow rate of the liquid phase, are elements that favour the development and activity of microorganisms.Les études sur la digestion et le métabolisme des camélidés ont bénéficié au cours des quinze dernières années des progrès techniques et méthodologiques issus des travaux conduits chez les ruminants. On dispose aujourd’hui d’éléments scientifiques fiables qui permettent de comparer les aptitudes digestives et métaboliques respectives de ces deux types d’animaux. L’anatomie des pré-estomacs ainsi que le comportement alimentaire des animaux sont très différents entre camélidés et ruminants. De telles différences ont des conséquences sur la transformation des aliments dans le tube digestif. Bien que la population microbienne soit qualitativement la même, l’activité cellulolytique des bactéries est plus importante dans les pré-estomacs des camélidés et le temps de séjour moyen des particules solides y est plus long. L’évolution de ces deux paramètres est à l’origine d’une meilleure digestion de la matière organique et de la fraction cellulosique des rations. Grâce à un meilleur pouvoir tampon des digesta, l’ajout important d’amidon à une ration à base de fourrage n’a pas les effets négatifs observés sur la cellulolyse chez les ruminants. Par ailleurs, les camélidés excrètent moins d’azote dans l’urine et recyclent efficacement l’urée via la muqueuse des pré-estomacs. Cette épargne de l’azote leur permet de maintenir une production minimum de protéines microbiennes dans le cas de régimes carencés en azote. En revanche, les camélidés sont beaucoup plus sensibles que les ruminants à des risques d’intoxication dus à des excès d’azote soluble dans les rations. Des besoins d’entretien en énergie réduits et un meilleur rendement de transformation de l’énergie métabolisable en énergie nette, vont dans le sens d’une meilleure utilisation de l’énergie ingérée par les camélidés. Une plus grande stabilité des conditions physico-chimiques (pH, NH3) du milieu fermentaire dans le compartiment C1 des camélidés après le repas, ainsi qu’une vitesse de vidange plus élevée de la phase liquide, sont des éléments favorables au développement et à l’activité des microorganismes

Les fermentations dans le rumen et leur optimisation

National audienceEnzymes in the digestive tract of ruminants are unable to digest roughages whereas rumen microbes actively degrade and ferment them. Microbes transform dietary organic matter in volatile fatty acids which supply the major supply of energy to animals. Microbial proteins synthetized into the rumen are then digested into the small intestine where they are the major part of amino acids. About 10 % of energy intake is lost by the eruction of gases, which, in addition, contribute to the increase in the concentration of greenhouse gases in the earth’s atmosphere. The quality of milk and meat produced by ruminants is largely influenced by the end products of fermentation supplied to animals. It is now possible, by control of the microbial balance in the rumen, to select the site of digestive (rumen or intestine), and to direct fermentations towards the end products desired. Methods currently used in research laboratories to control microbial rumen activity are described. The strictly alimentary aspects of rumen manipulation are not dealt with

La biomasse pariétale des fourrages et sa valorisation par les herbivores

National audienceCell-wall carbohydrates arising from photosynthesis produce large amounts of biomass. Some of this lignocellulose can only be effectively used by herbivores thank to the microorganisms living in the digestive tracts. The ruminant is the most studied herbivore. It was used in the studies as a model for the process of anaerobic degradation of lignocellulosic compounds and to study the specific role of the different micro-organisms in the rumen (bacteria, protozoa, fungi). The products of the microbial metabolism (volatile fatty acids - vitamins) are used by the host animal. Furthermore, the microbial biomass constitues the main supply of animo-acids to the ruminant. Some very lignified forages are not easy hydrolysed by the microorganisms. The main difficulty is the large amount of lignin they contain. It is possible to improve their degradation by three methods. 1°) Using of appropiate technology. Alkali treatments are economic and, especially ammonia, increasingly used, whereas grinding and steam treatment are only attractive in certain situations. Sometimes, white fungi treatments have produced interesting results but are still at laboratory and pilot stage and need further improvements. Other chemical (oxidants, SO2), physical (irradiation) and biological (enzymes, bacterial protein enrichment) treatments are presently uneconomic and only partially tested on animals, but they have provided interesting information on the relationship between cellwall structure and degradability. In any event, upgrading of crop residues by best treatments presently available only increases digestibility to 0.5 - 0.6. 2°) Optimization of the bacterial activity in the rumen can be achieved by providing the organisms optimum quantities of the nutrients they need. In addition, genetical engineering opens up prospects for the improvement of bacterial muralytic enzymes activity, especially in unfavourable media (cellulolysis in low pH media). 3°) Optimization of morphologic and physiologic characteristics of the digestive tract can be attained examining the possibilities offered by different animals according to the position of the fermentation chamber (herbivores with fermentor at the beginning or at the end of the digestive tract) and by the characteristics of the fermentor (capacity, retention time of solid particles, turn over rate of liquid, distribution of liquid and solid phases...). This approach is particulary interesting for countries oriented towards the utilization of low quality crop residuesAu sein de la biomasse végétale, les composés à teneur élevée en parois constituent une source d’aliments que seuls les herbivores peuvent utiliser. Parmi les herbivores, le Ruminant a été de loin le plus étudié. Les processus de dégradation anaérobie des composés lignocellulosiques dans le rumen mettent en jeu le rôle spécifique des micro-organismes (bactéries, protozoaires, champignons). Les produits du métabolisme microbien sont directement utilisés par l’animal hôte comme source d’énergie (acides gras volatils) ou comme principal fournisseur d’acides aminés (protéines microbiennes synthétisées dans le rumen) ou de vitamines (vitamines B). La teneur en lignine élevée de certains fourrages est cause d’une médiocre dégradation par les micro-organismes du tube digestif. Il est possible d’améliorer leur utilisation par trois moyens. Les traitements technologiques sont très nombreux mais seuls ceux aux alcalis, surtout à l’ammoniac, et, dans certains cas le broyage et les traitements hydrothermiques sont économiquement rentables et se développent dans la pratique. Les procédés aux moisissures blanches doivent encore être développés. Les autres traitements chimiques (oxydants, SO2) physiques (irradiation) et biologiques (enzymes, bactéries apportant des nutriments), ne sont pas suffisamment rentables. Les améliorations apportées par les meilleurs traitements ne permettent pas cependant de dépasser une digestibilité de 0,5 - 0,6 pour les résidus très lignifiés. Les recherches futures doivent développer d’autres voies tout en perfectionnant (efficacité, économie) les procédés actuels. L’optimisation de l’activité microbienne dans le rumen peut être atteinte en fournissant aux microbes les nutriments dont ils ont besoin. En outre, l’emploi du génie génétique ouvre des perspectives dans l’amélioration de la production d’enzymes microbiennes particulièrement efficaces à l’égard des parois ou en permettant le développement de certaines activités microbiennes dans des conditions de milieu peu favorables (cellulolyse en milieu de pH faible). L’optimisation des fermentations peut être atteinte en choisissant le type d’herbivore dont les caractéristiques morphologiques et physiologiques des réservoirs de fermentation sont optimisées, en premier lieu par leur position (rumen ou gros intestin) puis en sélectionnant divers critères (capacité, temps de séjour des aliments, répartition des phases liquides et solides, ...). Cette approche est d’un intérêt considérable pour les pays qui s’orientent vers un système d’utilisation des résidus très lignifiés de l’agriculture

Ingestion et digestion comparées des fourrages chez différentes espèces d'herbivores

National audienceIn this review, DM intake of inside fed forages, as well as their digestiblity, are compared in different domestic herbivores species (ovine, caprine, bovine, deer, llama and horse). DM intake, corrected by live weight, is more different with low quality forages, results for deers and goats being the highest. Some differences can yet been observed for late harvested hays. For good quality forages results are similar for the studied species, except for llamas, for which they are the smallest. DM intake is also given after correction by metabolic weight (W0.75) Informations and explanations are added through the daily eating time, physiological control of intake, daily ruminating time, mechanism of food comminution and saliva production. Appreciable differences are also observed for digestibility between the studied species. These differences are small for good quality forages and increase when the quality of the forages decreases. So, for low quality forages, the following classification can be established in decreasing order: llama, bovine, caprine, ovine, deer, horse. The observed differences are explained by the following factors: relative contribution of the different gut parts, variable efficiency of microbial digestion, digesta flow in the gut and efficiency of nitrogen and mineral recycling. Digestible organic matter intake (DOMI), corrected by the metabolic weight of the animals, gives a good idea of energy supply relatively to the needs of the different species. From this point of view animals with a high liveweight are largely advantaged, bovines and horses being comparable. Among species with a low liveweight ovines have a lower DOMI than other. Outside, the small ruminants are therefore obliged to ingest more digestible foods than large ones.Dans cet article de synthèse les quantités de matière sèche ingérées de fourrages distribués à l’auge, ainsi que leur digestibilité, sont comparées chez différentes espèces d’herbivores domestiques (ovins, caprins, bovins, cerfs, lamas, chevaux). Par rapport au poids vif des animaux c’est avec les fourrages pauvres que les écarts de quantités ingérées sont les plus importants, à l’avantage surtout des cervidés et des caprins. Pour les foins tardifs de graminées des écarts notables se maintiennent. Pour les foins de bonne qualité, toutes les espèces comparées, sauf les lamas, donnent des résultats identiques. Les résultats sont aussi exprimés par rapport au poids métabolique (PV0.75) Des éléments d’information et d’explication sont donnés à travers la durée journalière d’ingestion, le contrôle physiologique de l’ingestion, la durée de rumination, le mécanisme de comminution des aliments et la salivation. Pour ce qui concerne les digestibilités il existe des différences notables entre espèces. Ces différences, faibles pour les fourrages de bonne qualité, s’accroissent au fur et à mesure que la qualité des fourrages comparés diminue. Le classement des espèces est alors net, dans l’ordre décroissant : lamas, bovins, caprins, ovins, cerfs, chevaux. Les différences observées sont expliquées à partir de l’importance relative des différents sites de digestion, de l’intensité variable de la digestion microbienne, des temps de séjour des digesta dans le tube digestif, et de l’efficacité des recyclages d’azote et de minéraux. L’ingestion de matière organique digestible exprimée par rapport au poids métabolique des animaux donne une bonne idée des possibilités de couverture de leurs besoins par les différentes espèces. De ce point de vue les animaux à grand format sont largement avantagés, bovins et chevaux étant comparables. Parmi les animaux à petit format les ovins sont théoriquement désavantagés par rapport aux caprins, aux cerfs et aux lamas. Lorsqu’ils sont en liberté, les petits ruminants sont donc obligés d’ingérer des aliments plus digestibles que les gros ruminants

Effect of live yeast culture supplementation on hindgut microbial communities and their polysaccharidase and glycoside hydrolase activities in horses fed a high-fiber or high-starch diet

International audienceFour cecum and right ventral colon-fistulated horses were assigned in a 4 x 4 Latin square design and fed a high-fiber (HF) or a high-starch (HS) diet with or without 10 g of Saccharomyces cerevisiae (SC; CBS 493.94) containing 4.5 x 10(9) cfu/g. The HF and HS diets consisted of pelleted feeds and long wheat straw (18.0 and 3.5 g of DM.kg(-1) of BW.d(-1), respectively) given in 2 equal meals to provide an NDF: starch ratio of 3.5 and 1.0, respectively. After a 21-d adaptation period intestinal contents were collected 4 h after the morning meal on d 23 and 25 to determine bacterial and SC concentrations. Polysaccharidase activities (CMCase, xylanase, amylase) and activities of glycoside hydrolases (alpha-L-arabinosidase, beta-d-cellobiosidase, beta-D-glucosidase, beta-D-xylosidase) were determined in liquid-associated bacteria (LAB) and solid-adherent bacteria (SAB) isolated from both compartments. Lactobacilli were increased in the cecum (P = 0.012) and colon (P = 0.086) when starch intake increased, whereas total anaerobes, cellulolytics, and streptococci did not change in either compartment. In yeast-supplemented horses, SC concentrations were greater in cecum (4.4 x 10(6) cfu/mL) than in right-ventral colon (5.6 x 10(4) cfu/mL) and did no change with diet. Concentrationsof lactobacilli and lactic-acid utilizers were greater (P = 0.099 and 0.067, respectively) in the cecum but remained similar in the colon of SC-supplemented horses. The CMCase activities of SAB were not affected by diet. Colonic xylanase activities of SAB were reduced (P = 0.046) by starch addition, but no change was seen in the cecum. All SAB glucoside hydrolase activities in the cecum and colon, except beta-D-xylosidase in the cecum, were decreased when starch intake was increased. The LAB CMCase (P = 0.049 in the colon) and xylanase (P = 0.021 in the cecum; P < 0.001 in the colon) activities decreased with starch intake. No effect of starch on LAB or SAB amylase activity was observed. Addition of SC improved SAB CMCase in the cecum (P = 0.019) and colon (P = 0.037) as well as beta-D-cellobiosidase (P = 0.002) and beta-D-glucosidase (P = 0.041) in the cecum. Only xylanase in the cecum (P = 0.015) and beta-D-xylosidase in the cecum (P = 0.028) were improved with SC, whereas colonic LAB alpha-amylase activity was significantly decreased (P = 0.046). Most enzymes involved in plant cell wall digestion were increased after SC addition. This fact may contribute to explain a better digestion of fiber that has been previously reported in SC-supplemented horses

L'élevage des grands camélidés. Analyse des initiatives réalisées en France

National audienceThe rearing of big camelids is a margin farming activity, developped by some farmers as diversification. These animals (dromedaries and camels) are adapted to desertic areas, climatic stress, draught and under-nutrition. From this point of view, they have developped physiological mecanisms for this adaptation. Their reproduction performances are low (fecondity rate, viability of the calves), but their production performances (growth, meet and milk production) are not negligeable in spite of the constraints from their original middle. One year study on 65 she-camels belonging to 9 farmers in France has allowed to observe that blood parameters as albumin (36.4 ± 4.7 g/l), total globulin (32.7 ± 5.1 g/l) total protein (69.2 ± 6.1 g/l), urea (30.0 ± 14.8 mg/100 ml), glucose (111 ± 12.2 mg/100 ml), free fat acid (0.15 ± 0.15 mmole/l), GLDH (5.8 ± 10.8UI/l), GGT (10.1 ± 5.8UI/l), GOT (48.1 ± 14.3UI/l), calcium (10.2 ± 6.5 mg/100 ml), magnesium (2.6 ± 0.3 mg/100 ml), copper (65.4 ± 20.2 μg/100 ml), zinc (34.6 ± 7.8 μg/100 ml) and ceruloplasmin (41.4 ± 2.6 UO) are similar to the observed values in desertic areas, but with higher standart-deviation due to the high variability of the feeding systems. The season, the feeding supplementation (particularly mineral) and health status have a significant effect on the metabolic profiles of the she-camels. The winter season and the excess of nitrogen supplementation are risk factors for the stillbirth and mortality of calves which overpass 40 % in our study.L’élevage des grands camélidés représente une activité d’élevage marginale, développée par quelques individus dans le cadre de la diversification. Ces animaux (dromadaires et chameaux) sont adaptés aux régions désertiques, au stress climatique, à la sécheresse et à la sous-nutrition. Ils présentent à ce titre tout un ensemble de mécanismes physiologiques témoignant de cette adaptation. Leurs performances de reproduction sont faibles (taux de fécondité, viabilité des jeunes), mais leurs performances de production (croissance, production de viande, production laitière) non négligeables compte tenu des contraintes de leur milieu d’origine. Dans le contexte des pays tempérés comme la France, ils sont confrontés à des conditions climatiques et alimentaires fort différentes de leur aire d’origine. Un suivi pendant une année de 65 chamelles appartenant à 9 éleveurs a permis de constater que les paramètres sanguins tels que l’albumine (36,4 ± 4,7g/l), globuline totale (32,7 ± 5,1 g/l), protéines totales (69,2 ± 6,1 g/l), urée (30,0 ± 14,8 mg/100 ml), glucose (111,0 ± 12,2 mg/100 ml), AGL (0,15 ± 0,15 mmole/l), GLDH (5,8 ± 10,8 UI/l), GGT (10,1 ± 5,8 UI/l), GOT (48,1 ± 14,3 UI/l), calcium (10,2 ± 6,5 mg/100 ml), magnésium (2,6 ± 0,3 mg/100 ml), cuivre (65,4 ± 20,2 μg/100 ml), zinc (34,6 ± 7,8 μg/100 ml) et céruloplasmine (41,4 ± 2,6 UO) présentent des valeurs comparables à celles observées en zones désertiques, mais avec des écart-types généralement plus importants du fait de la grande variété des systèmes alimentaires proposés. La saison, la complémentation alimentaire (en particulier minérale) et le statut sanitaire ont un effet significatif sur le profil métabolique des chamelles. La saison hivernale et l’excès de complémentation azotée représentent des facteurs de risque à ne pas négliger en particulier pour la mortalité des jeunes qui dépasse 40 % dans notre échantillon d’étude

Determination of the effective dose of Saccharomyces cerevisiae CBS 493.94 used as microbial additives for horses

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Mise au point de deux techniques de dénombrements des bactéries du rumen: coloration à l'Acridine Orange et immunofluorescence indirecte

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