Influence of tropical supplemental feeds on the composition and activity of rumen microorganisms, quantified by oligonucleotide probes

Abstract

Zunächst wurde eine RNA-Extraktionsmethode und Aufschluss der Bakterien optimiert. Das Extraktions-Protokoll ist jedoch nicht anwendbar, wenn tanninhaltige Pflanzen in den Proben enthalten sind. Verglichen mit dem Inokulum aus der flüssigen Phase des Pansens führte die Inkubation von Substraten mit Inokulum aus der Futtermittelmatte unabhängig vom inkubierten Substrat zu einer höheren Gasproduktion, die nicht über eine höhere Verdaulichkeit erklärt werden konnte. Änderungen in der Populationsdichte, der Populationsstruktur und der veränderten Kinetik der Fermentation sind vermutlich verantwortlich für diese Beobachtungen. Dieses Experiment zeigte jedoch vor allem, dass zur Interpretation von Unterschieden in der Populationsstruktur die Quantifizierung metabolischer Aktivitäten unerlässlich ist. In einem Zulageexperiment konnte gezeigt werden, dass die eine Supplementierung vor allem die absolute Menge aber auch die Effizienz der mikrobiellen Biomasse Produktion im Pansen erhöht. Der Vergleich der Populationsstruktur der zellwandabbauenden Mikroorganismen mit der Zellulaseaktivität während der in-vitro-Inkubation zeigte, dass vor allem der Genus Fibrobacter für die Expression dieser Enzymaktivität verantwortlich ist. Ein solcher Ansatz, der die Kinetik enzymatischer Aktivitäten und der Populationsstruktur zueinander in Beziehung setzt, ist geeignet die komplexen Vorgänge und Interaktionen im Pansen besser zu verstehen. Eine Analyse der Populationsstruktur der zellwandabbauenden Mikroorganismen in vitro zeigte dann, dass in vitro eine Konkurrenz zwischen Fibrobacter und Ruminococcus albus eine Konkurrenz unabhängig vom inkubierten Substrat, des Zeitpunkts während der Fermentation und der Herkunft des Inokulums besteht.This study was undertaken to evaluate the applicability of oligonucleotide probes to unravel the population structure of the rumen flora in vitro. At first a RNA extraction and cell lysis method for rumen fluid samples was optimised. However when tannin containing plants were present in the samples the method failed to recover microbial RNA. The comparison of two rumen fluid sampling sites for inoculation revealed a higher in vitro gas production from samples inoculated with rumen fluid from the feed mat compared to the liquid phase. The higher gas production was not explained by a higher digestibility of the substrates. Changes in the population structure, population density and the kinetic of the fermentation might be responsible for the observed differences. This experiment showed that for interpretation of the results, population structure data have to complemented with metabolic parameters. In a supplementation experiment it was demonstrated that amount, but also the efficiency of the microbial biomass production was positively affected. Comparison of the population structure of the cell wall degrading consortium and cellulase activity revealed that Fibrobacter was mainly responsible for the expression of this enzymatic activity. Such a comparison is a new strategy which will lead to a better understanding of the complex fermentation processes in the rumen. The analysis of the population structure of the cell wall degrading organisms showed a competition for substrate or attachment sites between Fibrobacter and Ruminococcus albus which was independent of the substrate incubated, the time of sampling and the origin of the inoculum