Význam hodnocení vlákniny ve výživě dojnic Ing. Veronika Koukolová, Ph.D. Výzkumný ústav živočišné výroby, v.v.i., Praha Uhříněves
Konference „Výživa dojnic“, 5.6. 2008, Pohořelice
Úvod Fyziologie trávení u skotu Neoddělitelný komplex fyziologických, chemických a mechanických pochodů trávicího ústrojí přežvýkavců.
Trávení sacharidů a jejich význam ve výživě přežvýkavců
Stravitelnost vlákniny
In situ degradovatelnost NDF v bachoru přežvýkavců
In vitro a jiné metody predikující stravitelnost krmiv 2
Úvod
Sacharidy a jejich význam ve výživě přežvýkavců
Vláknina (sacharidový komplex) je jednou z nejvýznamnějších složek pícnin.
Sacharidy obsažené v rostlinných krmivech jsou uloženy v: buněčných stěnách (BS) buněčné protoplazmě (BP). Buněčná stěna (stavební kámen = stavební sacharidy) celulóza + hemicelulóza + lignin
cukry + škroby
- stravitelnost je 13 – 80 %
Buněčný obsah (protoplazma) (energie) - stravitelnost téměř 100 % 3
Úvod
Nutriční hodnota píce pro přežvýkavce závisí na: 1) poměru BP:BS Schéma 1. Dělení sacharidových frakcí (Van Saun a Koukal, 2003): Veškeré sacharidy Nestrukturální sach. A) Cukry B) Škroby C) Rozpustná NDF - pektiny - fruktany - beta-glukany
Strukturální sach.(NDF) A) Hemicelulóza B) ADF - celulóza - lignin - maillard protein 4
Úvod
2) schopnosti mikroorganismů degradovat BS rostlin a fermentovat dostupné sacharidy - bakterie - nálevníci - houby
Celulolytické bakterie (Ruminococcus flavefcients, R. albus a Fibrobacter succinogenes)
Hydrolýza celulózy je řízena na úrovni tří enzymatických aktivit (Míka et al., 1997): 1) enzym endo-D-1,4-glukanáza nahodile štěpí polysacharidy na oligosacharidy, 2) enzym exo-D-1,4-glukanáza napadá neredukující konec oligosacharidů a tvoří celobiózu, 3) enzym D-1,4-glukosidáza hydrolyzuje vzniklou celobiózu na glukózu.
5
Úvod
Bakterie využívající meziprodukty trávení v bachoru, jejichž přítomnost umožňuje dokonalejší využití živin krmiva.
Ureolytické bakterie Sacharolytické bakterie Metanogenní bakterie
6
Úvod
Hlavní funkce NDF
Poskytovat energii pro mikrobiální syntézu.
Zajišťovat správnou činnost bachoru a tím i zdravotní stav zvířat a odpovídající užitkovost.
7
Úvod
Vláknina ovlivňuje plnivost bachoru – příjem krmiva je ovlivňován koncentrací přijaté vlákniny v krmné dávce spolu s kinetickou činností bachoru.
Příliš vysoké množství NDF v krmné dávce může negativně omezit příjem krmiva zvířaty, neboť tato frakce krmiva pak prezentuje hlavní obsah bachoru. 8
Úvod
Nutriční potřeba dojnic 1. Požadavky dojnic na živiny v krmné dávce Při sestavování krmné dávky bychom měli maximálně podpořit pozitivní funkce bachorových mikroorganismů a minimalizovat fermentační ztráty
9
Úvod
2. Požadavky dojnic na NDF v krmné dávce KD s optimální koncentrací strukturální vlákniny je významným činitelem, který rozhoduje o: příjmu krmiva, fermentační činnosti bachoru, stravitelnosti živin, mléčné produkci dojnic.
10
Úvod
Tabulka 1. Optimální úroveň živin v krmné dávce dojnic v průběhu mezidobí (McCullough, 1994; cit. Kudrna a kol., 1998). Období laktace
Období stání na sucho
Živiny v % Ranné
Střední
Pozdní
Počátek
Před otelením
NL
17-20
15-17
14-15
12
14-15
Degradovatelné NL
60-65
62-67
65-78
65-70
62-68
Nedegradovatelné NL
22-40
33-37
30-36
30-35
32-38
Rozpustné NL (% z NL)
30-35
30-37
30-50
32-35
31-34
Vláknina (ADF)
19-21
20-23
21-24
26-30
25-28
Vláknina (NDF)
30-33
30-36
34-40
40-45
37-40
NDF z píce
20-24
20-25
21-25
32-36
28-33
NSC
30-35
32-37
32-38
32-40
31-38
Tuk
5-7,5
5-6
3-5
3-4
3-5
NEL (MJ/kg)
7-7,5
6,8-7,3
6,5-7
5,4-5,9
6-6,5
ADF = acido-detergentní vláknina, NDF = neutrálně-detergentní vláknina, NEL = netto energie laktace, NL = dusíkaté látky, NSC = nestrukturální sacharidy. 11
Úvod
Obrázek 1. Vliv vegetační fáze na příjem a stravitelnost píce (Ball a kol., 2001):
Příjem sušiny je ovlivněn poměrem NFC:NDF v KD.
S rostoucím obsahem NDF a poměrem NFC:NDF se snižuje stravitelnost NDF.
Příjem sušiny krmiva záleží na energetické potřebě dojnic a plnícím efektu předkládané KD. Tento plnící efekt je úzce spojován se zastoupením NDF v sušině KD. 12
Úvod
Průběh obsahu sacharidových a proteinových frakcí, tuku a popele u píce v různých vegetačních stádiích (Sniffen a kol., 1992). Graf 1. Travní Travní porost T P v květu Odkvétající T P-seno Pastevní porost-jaro Pastevní porost-léto Pastevní porost-podzim
( Li % s gn u š N i n ( i ny SP % ) ( % ND Šk s F r o uš ) in b y) ( % NL NS ( T u % s C) k u P o (% ši n p e su y) š l( % i ny su ) ši ny )
%
80 70 60 50 40 30 20 10 0
Graf 2. Vojtě Vojtěška
N DF
60 50 40
% 30
Před květem V květu-seno Počátek květu-seno Odkvétající-seno
20 10
N
DF
(% Li g n suš in in N S (% y) P ( % ND s F) Šk ro uš i ny b ) N (% NS L (% C Tu su ) k š P o ( % iny pe su ) š l( % i ny su ) ši ny )
0
13
Úvod
Vliv NDF na kvalitu mléka
Optimální podmínky pro bachorovou fermentaci jsou vedle dalších faktorů předpokladem produkce kvalitního mléka.
Obsah mléčných složek jako indikátor krmení a zdraví dojnic
14
Úvod
Tabulka 2. Mléčné složky a vlastnosti mléka jako indikátory úrovně výživy (Richardt, 2007). Složka
Indikátor
Tuk
acidóza, ketóza, zásobení (strukturální) vlákninou
Bílkoviny
zásobení energií, zásobení využitelným proteinem
Močovina
zásobení proteinem, UDP, RNB
Obsah somatických buněk
zdraví vemene (hygiena krmiv)
SH°po čet
acidóza, ketóza
Podíl jednotlivých složek Poměr tuku a bílkovin (FEQ) acidóza, ketóza mléka
není Aceton bilance energie konstantní, k největším změnám dochází v Vodivost zdraví vemene (hygiena krmiv) obsahu mléčného tuku. Laktóza zdraví vemene (hygiena krmiv)
Hlavním Vitamíny
prekurzorem mléčného v zásobení vitamíny (např. vit. A atuku E) Bod mrznutí energie, zásobení dusíkatými látkami mléčné žláze je kyselina octová, která je Dusičnany zásobení dusičnany tvořena ze strukturálních sacharidů v Stopové prvky zásobení stopovými prvky (např. jód, selen) Puriny (alantoin) mikrobiální syntéza bílkovin v bachoru průběhu bachorové fermentace. 15
Úvod
Tabulka 3. Obsah mléčného tuku jako indikátor úrovně výživy (Richardt, 2007). Korelace
Zásobení (strukturální) vlákninou, resp. (efektivní) NDF
Množství tuku odbouratelného v bachoru (nenasycené mastné kyseliny)
Acidotická situace látkové výměny v bachoru (cukry + škroby) Poměr tuku a bílkovin < 1,1 = podezření na acidózu
Odbourávání tělesných zásob tuku (ketóza), při > 4,9 % tuku a < 3,1 % bílkovin (> 1,5 poměr tuku a bílkovin) = podezření na (subklinickou) ketózu
Množství mléka
Stravitelnost vlákniny, resp. NDF Rozdělení velikosti částic (analýza na sítě)
pozitivní korelace negativní korelace
16
Experimentální část Cíl práce 1) stanovit tři nejdůležitější parametry popisující profil degradovatelnosti NDF
2) vypočítat efektivní degradovatelnost NDF 3) vytvořit predikční rovnice pro výše uváděné parametry k ověření dvou in vitro metod testovaných metodou in situ
4) uvést tyto poznatky do dalšího výzkumu 17
Experimentální část
ad 1) Parametry profilu degradovatelnosti NDF
parametr b „potenciální stravitelnost“
parametr DNDF „absolutně stravitelná část NDF“
parametr c „rychlost degradace“
18
Experimentální část
ad 2) Parametr ED „efektivní degradovatelnost“ zohledňující dvě výtokové rychlosti částic krmiva z bachoru zahrnující parametr lag fáze nezahrnující parametr lag fáze
19
Experimentální část
ad 3) Predikční rovnice parametrů degradovatelnosti NDF
všech rozborů
in vitro stravitelnosti organické hmoty a in vitro stravitelnosti NDF
in vivo stravitelnosti organické hmoty a obsahu NDF frakce
20
Materiál a metodika
Volba pokusného materiálu
Chemické rozbory základních živin stanovených v původním vzorku
In situ analýzy
In vitro analýzy
In vivo stravitelnost organické hmoty
Statistické vyhodnocení
21
Experimentální část
Výsledky
22
Experimentální část
g/kg sušiny
Graf 3. Minimální a maximální rozpětí hodnot chemických rozborů a in vitro stravitelnost OH a NDF. 1000
800 600 400 200 0
Popel
NL
NDF
ADF
ADL
EOH
ENDF
TTOH
TTNDF
Minima
64,5
94
229,3
149,1
8,4
565,4
389,2
477,5
459,2
Maxima
132,9
289
576,8
374,4
44,1
911,2
883
840,3
871,7
Minima
Maxima
Tabulka 4. Průměrné hodnoty chemických rozborů a in vitro stravitelnosti OH a NDF. Základní chemický rozbor Popel
NL
NDF
ADF
In vitro stravitelnost ADL
EOH
ENDF
TTOH
TTNDF
g/kg sušiny Čerstvá píce 92,8
204,3
329,9
202,0
21,4
820,9
736,1
760,3
749,7
438,1
285,7
25,8
720,9
561,4
666,2
628,7
Silážovaná píce 103,3
158,0
23
Experimentální část
Tabulka 5. Průměrné hodnoty in situ degradovatelnosti NDF v jednotlivých inkubačních intervalech. Zvolené inkubační intervaly 2h
4h
8h
16 h
24 h
48 h
96 h
168 h
504 h
(% ) Čerstv erstvá á píce 10,5
22,0
48,7
55,5
69,7
83,7
87,2
89,0
89,6
26,8
37,2
52,2
75,1
82,4
85,5
88,0
Silážovaná píce 4,6
8,5
Graf 4. Průběh in situ degradovatelnosti NDF.
Degradovatelnost NDF
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0 0
8
16
24
48 Inkubační intervaly, h
96
24
Experimentální část
Kalkulace parametrů parametrů in situ bachorov bachorové é degradovatelnosti degradovatelnosti:: 1. Profil NDF degradovatelnosti (Ørskov, McDonald, 1979): Zahrnující parametr lag fáze: Deg (t) = b × (1 - e -c(t-lt)) Nezahrnující parametr lag fáze: Deg (t) = b × (1- e -ct)
2. Efektivní NDF degradovatelnost (Ørskov, McDonald, 1979): Zahrnující parametr lag fáze: ED = b × (c/(c + k)) × e (-k × lt) Nezahrnující parametr lag fáze: ED = b × (c/(c + k))
Kde: Deg (t) = frakce NDF degradována v inkubačním intervalu t (%) ED = efektivní degradovatelnost NDF frakce (%) b = nerozpustná, ale potenciálně degradovatelná frakce NDF (%) c = rychlost degradace frakce b (h –1) k = výtoková rychlost částic z bachoru (h –1); 0,02 h -1 lt = lag fáze (h) 25
Experimentální část
Tabulka 6. Průměrné hodnoty parametrů efektivní degradovatelnosti NDF. Bez parametru lag fáze c (h -1)
b
S parametrem lag fáze
ED2
DNDF
lt
0,694
0,896
0,7
0,572
0,880
1,3
c (h -1)
b
ED2
Čerstv erstvá á p íce 0,873
0,083
0,867
0,104
0,696
Silážovaná píce 0,858
0,041
0,848
0,047
0,574
b = nerozpustná, ale potenciálně degradovatelná frakce NDF c = rychlost degradace frakce b ED2 = efektivní bachorová degradovatelnost NDF počítaná pro výtoko vou rychlost částic 0,02 h-1 DNDF = NDF degradovatelnost po 504 h in situ inkubaci, tj. absolutně stravitelná část NDF lt = lag fáze
Graf 5.
Graf 6.
Čerstvá píce
1
1
0,8
0,8
0,6
0,6
0,4
0,4
0,2
0,2
Silážovaná píce
0
0 b
c Minima
ED 2 Maxima
D NDF
b
c Minima
ED 2 Maxima
D NDF
26
Experimentální část
Tabulka 7. Korelační koeficienty vybraných proměnných. NDF1
ADF1
ADL1
ADL/NDF
NL1
ADF1
0,88
ADL1
0,63
0,78
ADL/NDF
0,19
0,44
0,87
NL1
-0,41
0,35
-0,12
0,11
EOH
-0,86
-0,86
-0,76
-0,45
0,55
ENDF
-0,70
-0,70
-0,64
-0,39
0,66
EOH
0,93
Pozn. „tučné modré“ korelační koeficienty byly stanoveny se statistickou významností P < 0,0001 1jednotky
g/kg sušiny
NDF = neutrálně-detergentní vláknina ADF = acido-detergentní vláknina ADL = acido-detergentní lignin ADL/NDF = poměr ADL/NDF NL = dusíkaté látky EOH = enzymatická in vitro stravitelnost OH ENDF = enzymatická in vitro stravitelnost NDF 27
Experimentální část
Graf 7. Stravitelnost organické hmoty versus frakce vlákniny. Graf A. Frakce NDF. y = -0,9126x + 1087,9
600
ADF, g/kg sušiny
R = 0,7565 500 400 300 200 500
600
700
800
900
y = -0,6253x + 726,38
500
2
2
R = 0,7955
400 300 200 100 0 500
1000
in vitro stravitelnost organické hmoty (EOH) g/kg sušiny
600
700
800
900
1000
in vitro stravitelnost organické hmoty (EOH) g/kg sušiny
Graf C. Frakce ADL. y = -0,0936x + 95,683
50 ADL, g/kg sušiny
NDF, g/kg sušiny
Graf B. Frakce ADF.
2
R = 0,7463
40 30 20 10 0 500
600
700
800
900
1000
in vitro stravitelnost organické hmoty (EOH) g/kg sušiny
28
Experimentální část
Tabulka 8. Korelační koeficienty parametrů degradovatelnosti NDF ve vztahu k chemickému složení a stravitelnosti in vitro. b
c
DNDF
c
0,49
DNDF
0,99
0,52
NDF1
-0,34
-0,78
-0,33
ADF1
-0,37
-0,78
-0,37
ADL1
-0,82
-0,55
-0,82
ADL/NDF
-0,80
-0,13
-0,80
NL1
0,39
0,66
0,41
EOH
0,69
0,77
0,68
ENDF
0,75
0,86
0,76
1g/kg
sušiny
b = potenciálně degradovatelná frakce c = rychlost degradace frakce b (h-1) DNDF = „absolutně“ stravitelná část NDF NDF = neutrálně-detergentní vláknina ADF = acido-detergentní vláknina ADL = acido-detergentní lignin ADL/NDF = poměr ADL/NDF NL = dusíkaté látky EOH = enzymatická in vitro stravitelnost OH ENDF = enzymatická in vitro stravitelnost NDF
Pozn. „tučné modré“ korelační koeficienty byly stanoveny se statistickou významností P < 0,05
29
Experimentální část
Statistické vyhodnocení : (SAS program) PRVNÍ KROK: Parametry b, c a lt byly kalkulovány Non Lineárním Modelem (PROC NLIN). Korelační koeficienty mezi těmito proměnnými se vypočítaly PROC CORR.
DRUHÝ KROK: Vícenásobné regrese predikčních rovnic výše uváděných parametrů se testovaly procedurou PROC STEPWISE.
TŘETÍ KROK: Predikční schopnost hodnocených modelů byla testována validačním testem za použití PRESS funkce PROC REG. Model: Yijk = β0 + α i + β j + χk + ε ijk Kde: Yijk = sledovaná závislá proměnná β 0 = průsečík α i = vliv zvířete (i = 1 – 3) β j = vliv píce (j = 1 - 3) χ k = vliv období (k = 1 – 4) ε ijk = N (0, δ2) = residuální odchylka
30
Experimentální část
Tabulka 9. Predikční rovnice parametrů degradovatelnosti NDF. Zahrnující in vitro stravitelnost OM a rozbory základních živin
R2
b
ADF & ADL & (EOH×EOH)
0,83
c
ADL/NDF & EOH & (EOH×EOH) & NL
0,85
ADL & EOH & (NDF×NDF)
0,83
Zahrnující in vitro stravitelnost OM a rozbory základních živin
R2
b
ADF & ADL & (EOH×EOH)
0,83
c
ADL/NDF & EOH & (EOH×EOH) & NL
0,85
ADL & EOH & (NDF×NDF)
0,83
Zahrnující in vivo stravitelnost OM a frakci NDF
R2
b
(NDF×NDF) & in vivo sheep
0,78
c
NDF & (NDF×NDF) & in vivo sheep
0,81
(NDF×NDF) & in vivo sheep
0,79
Proměnná Y
DNDF
Proměnná Y
DNDF
Proměnná Y
DNDF
Pozn. in vivo stravitelnost OM vycházela ze stanovení in vitro stravitelnosti OM enzymatickou metodou (EOH) podle autorů SØEGAARD et al. (2001): in vivo stravitelnost OM = 0,260 + 0,658 × EOH 31
Praktický dopad „Jak je zapracována znalost degradace NDF krmiva do systému hodnocení krmiv pro skot a jaký má praktický dopad znalost degradace NDF krmiva při přesnější formulaci krmných dávek?“
32
Praktický dopad
Cornellský systém výživy:
představuje výživu a trávení přežvýkavců v celé své dynamice,
klíčem energetického hodnocení krmiv jsou mimo jiné i chemické analýzy determinující NDF, ADF a ADL krmiva,
detergentní analýzy dávají podstatně věrnější obraz o jejich chování v trávicím traktu a možnost přesného vybilancování potřeby živin pro bachor i pro zvíře samé,
správnost podílů jednotlivých velikostních frakcí jak objemné, tak jadrné složky krmné dávky bývá často určující pro její využití přežvýkavci.
33
Praktický dopad
NorFor: - více informací na http://www.norfor.info NorFor systém je založen na: chemickém složení krmiv, příjmu sušiny zvířetem, degradaci a využitelnosti živin v GIT, atd.
34
Shrnutí 1) Hodnocení jednotlivých frakcí vlákniny (NDF, ADF a ADL) je nezbytným ukazatelem pro hodnocení úrovně výživy dojnic.
2)
Vzájemný poměr jednotlivých složek krmiva významně ovlivňuje využitelnost krmné dávky a v konečném důsledku i aktuální užitkovost zvířete.
35
Děkuji za pozornost!
Práce byla podpořena z výzkumného záměru MZe ČR (MZE0002701403).
