Syntheseleistung und Zusammensetzung der mikrobiellen Gemeinschaft des Pansens unter in vitro Bedingungen bei Variation der Ammoniumkonzentration
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Maissilage und Grassilage sind häufig verwendete Grundfutter in Mischrationen für Rinder. Ihre unterschiedliche Nährstoffzusammensetzung bedingt Unterschiede in der Energie- und N-Freisetzung im Pansen, was die Syntheseleistung der ruminalen Mikrobiota beeinflusst. Während die Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese für Maissilage-basierte Rationen im Tier deutlich höher ist als für Grassilage, finden sich in vitro bislang umgekehrte Verhältnisse. Wegen des geringen Rohproteingehalts der Maissilage und der fehlenden N-Rezyklierung in vitro wurde ein N-Mangel der Mikroben während der Inkubation vermutet. Mit Harnstoffzulage war in vitro zwar eine Erhöhung der Effizienz zu erkennen, das Niveau der Grassilage wurde aber nicht erreicht. Dies führte zu der Hypothese, dass möglicherweise die Form des zugelegten N einen Einfluss auf die Syntheseleistung in vitro hat. Die Untersuchungen zeigten, dass durch Ergänzung von Maisilage mit Harnstoff, Aminosäuren, Pepton und Protein eine Erhöhung der Effizienz der mikrobiellen Proteinsynthese in vitro erreicht wird. Die schlechte Löslichkeit des verwendeten Proteinisolats war wahrscheinlich Grund für den geringen Anstieg mit der Proteinzulage. Allein die Zulage von Pepton führte zu einer ähnlich hohen Syntheseleistung wie für die Grassilage. Vermutet wird, dass sowohl ein Bedarf verschiedener Mikroorganismen für Peptide als auch deren effizientere Umsetzung in mikrobielles Protein Grund hierfür sind. Gleichzeitig konnte ein erhöhter Energiegewinn aus Struktur- und Speicherkohlenhydraten beobachtet werden. Allerdings wiesen die höheren Mengen an gebildeten Isosäuren sowie Ammonium im Vergleich zur Grassilage auch für das Pepton auf eine intensivere Fermentation von Aminosäuren zur Energiegewinnung hin. Die Veränderungen in den Populationen zweier Aminosäuren-fermentierender Bakterienspezies konnten diese Beobachtungen nur zum Teil erklären und entsprachen weniger den aus Reinkulturen bekannten Reaktionen auf Harnstoff-, Aminosäuren- und Peptidzulagen. Letzteres ist wahrscheinlich auf Interaktionen mit anderen Spezies in der Mischkultur zurückzuführen. Für die untersuchten Cellulolyten zeigte sich eine unterschiedliche Reaktion. Während "Fibrobacter succinogenes" mit N-Ergänzung eher gehemmt zu sein schien, profitierte Ruminocuucus Albus" v.a. von der Aminosäuren- und Peptonzulage. Allerdings erklären die beobachteten Veränderungen den erhöhten Faserabbau eher nicht, was ein Hinweis auf die Beeinflussung weiterer am Faserabbau beteiligter Spezies sein dürfte. Da der Faserabbau, insbesondere für die Maissilage, auch bei N-Ergänzung, in vitro sehr niedrig ist, wird vermutet, dass die Etablierung einiger Spezies in dem verwendeten in vitro System erschwert oder nicht möglich ist. Hinweise auf eine unterschiedliche Anpassungsfähigkeit lieferten die Ergebnisse aus einem Vorversuch, in dem die Adaptation der Mikroorganismen während der ersten 48 h der Inkubation untersucht worden war. Während der Cellulolyt "Ruminococcus flavefaciens" gar nicht detektiert werden konnte, war der Amylolyt "Ruminobacter amylophilus" nur innerhalb der ersten 48 h nachweisbar. Außerdem reduzierte sich die Zahl der Protozoen erheblich. Des Weiteren zeigen die Ergebnisse, dass sowohl in vitro als auch in vivo mit einer Förderung von Protozoen und "F. succinogenes" beim Einsatz von Maissilage zu rechnen ist. Vermutet wird, dass "F. succinogenes" im Gegensatz zu "R. Albus" einen Vorteil beim Abbau des stärkeren Zellwandmaterials in C4-Pflanzen wie Mais hat. "R. Albus" und "P. bryantii" profitieren dagegen von Grassilage, was wahrscheinlich auf den höheren Anteil abbaubarer Faserfraktionen zurückzuführen ist. Außerdem konnte nachgewiesen werden, dass sowohl in vitro als auch in vivo eine wiederholte Probenahme im Tagesverlauf erforderlich ist, um repräsentative Proben für die Analyse mikrobieller Gemeinschaften zu gewinnen, da die Substratverfügbarkeit die Populationsdynamik verschiedener Spezies unterschiedlich beeinflusst.
