Mikrobiel omsætning i vommen hos den højtydende malkeko Dansk Kvæg Kongres 2004 Niels Bastian Kristensen og Torben Hvelplund Danmarks JordbrugsForskning Afd. for Husdyrernæring og Fysiologi Email nbk@agrsci.dk
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Netmaven + Vommen urea NH 3 VFA
Vi ved at der i vommen findes et ufatteligt antal mikroorganismer Antallet af mikroorganismer er meget usikkert bestemt Mange ubesvarede spørgsmål om de enkelte mikroorganismer 10 µm Foto: Ole Højberg, DJF
Vommen indeholder 83 kg væske & 12 kg tørstof (aske 1; organisk stof 11; råprotein 2,5; NDF 6,5; stivelse 0,4) Anaerobe bakterier 10 10 /ml Fakultative aerobe 10 7 /ml (bl.a. fjerner de ilt). Anaerobe protozoer 10 6 /ml (biomasse af samme størrelse bakt.) Svampe Eks. køer der indtager ca.15 kg TS/d(kløvergræs hø 8, byg 6 og soyaskrå 1 kg). Stensig et al. (1994) Acta Agric. Scand. Sect. A 44: 96-109
Basale egenskaber ved vommen som fermentor 1/4 Ilttrykket i vommen er meget lavt og brinttrykket relativt højt Miljøet i vommen betegnes som anaerobt og opnås ved at koen lukker af for luften og de fakultativt aerobe bakterier forbruger den lille mængde ilt der tilføres
Basale egenskaber ved vommen som fermentor 2/4 Høj koncentration af organiske syrer (VFA) og ph i det sure område Påvirkes af: Fermentationshastighed ( nedbrydningshastighed ) absorption af syrer (VFA) og tilsætning af buffer via spyttet og foder
Basale egenskaber ved vommen som fermentor 3/4 Hyppig tilførsel af friskt substrat Foder endogen - urea
Basale egenskaber ved vommen som fermentor 4/4 Moderat passagehastighed (selektiv passage) sikrer at vommikrober der deler sig > 2 gange i døgnet ikke vaskes ud af vommen Samtidigt er opholdstiden i vommen så kort at alt kulstof ikke ender som CO 2 og CH 4
Prevotella sp. før kaldt Bacteroides ruminicola Danmarks JordbrugsForskning Betydning: 60% af de isolerede bakt. køer f. m. ensilage Strikt anaerob Udnytter/nedbryder: stivelse, xylaner, pektiner, protein og peptider Nedbryder ikke cellulose Produkter: eddike, succinat og propionat (acrylatvejen). Bakteriofager vides at angribe (bakterievirus)
Fibrobacter succinogenes før kaldt Bacteroides succinogenes Danmarks JordbrugsForskning Betydning: 5-20 % af de isolerede bakt. fra køer (20% halm) Meget udbredt cellulytisk bakterie Produkter: eddike, succinat Kræver isobutyrat og valerat Kan akkumulere store mængder glykogen De mørke strukturer i bakterien er glykogen
Ruminococcus sp. R. flavefaciens, R. albus Betydning: Mest aktive plantefibernedbrydende bakterie Strikt anaerob Udnytter/nedbryder: cellulose, xylan og cellubiose Kræver NH 3 Produkter: eddike, succinat ph følsomme udvaskes ved ph < 6,1 Fibrobacter - tilhæftes brudte flader, mens Ruminococcus ubrudte
Streptococcus bovis Betydning: I stand til meget hurtig vækst i vommen -på niveau med E. coli Nedbryder stivelse og mange monomere sukre. Både extra og intracellulære enzymer til stivelsesnedbrydning. Produkter: mælkesyre Overlever ved grovfoderrationer på opløselige kulh.
Vommens protozoer Betegnelsen protozoer dækker en række organismer store bakterier, svampe og frem for alt ciliaterne Ciliaterne i vommen tilhører 2 ordener Vestibuliferida - holotrichs Entodiniomophida - entodiniomorphs Entodiniomorph der æder svampe voksende på plantefibre
Har drøvtyggeren gavn af protozoerne i vommen? Spørgsmålet er tildels stadig åbent? Protozoerne er ikke essentielle for vomomsætningen Trods stor biomasse i vommen kun 5-25% af mikrobielt prot. til tarmen. Nedsætter udnyttelsen af den mikrobielle proteinsyntese. Stabilliserer vomomsætning/ph ved optagelse af stivelseskorn og opløste sukre samtidigt med at de omsætter laktat Kan ses i lysmikroskop og kan dermed måske anvendes som indikator for vommiljøet
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Mikroorganismernes indflydelse på koens næringsstofforsyning Der er ingen ko der nogensinde har absorberet en foderenhed (FE)! Koen lever af specifikke næringsstoffer der for en stor dels vedkommende dannes/omdannes af mikroorganismerne i vommen
Fra foder til næringsstoffer Danmarks JordbrugsForskning Tab! Kulhydrat Protein Tab! VFA (eddike-, propion-, og smørsyre) Bypass (fordøjeligt) Mikrobielt protein Bypass Fedt Hydrogeneret fedt Mikrobielt fedt
Så meget producerer mikroorganismerne per dag 4,6 kg eddikesyre 1,7 kg propionsyre 1,2 kg smørsyre 1,9 mikrobielt råprotein 600 L metan 1700 L CO 2 Kvægbogens eksempel-ko 19,1 kg TS / dag se også kapitel 14
Optimal produktion opnås kun hvis vi får koen og vommen til at arbejde sammen En lang række optimeringsopgaver i praksis bunder i hensynet til vomomsætningen F.eks. Sikring af høj energioptagelse uden at inducere sur vom (den højtydende kos dilemma) Forgæring i vommen vs. bypass
Ved fodring med store mængder stivelse kan det gå helt galt i vommen Tyrekalv fodret med majsensilage = sund vom Kirstine Jørgensen og Mogens Vestergaard
Ved fodring med store mængder stivelse kan det gå helt galt i vommen Tyrekalv 57% byg TS + majsensilage = VOLDSOM EFFEKT Kirstine Jørgensen og Mogens Vestergaard
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Energiomsætning AH 2 B A BH 2 ATP Aktiv transport Syntese/vækst Bevægelse Katabolisk delreaktion Anabolisk delreaktion
Oxidation vs. forgæring AH 2 B Ilt (O2), oxidation Substrat selv, forgæring A BH 2 ATP Aktiv transport Syntese/vækst Bevægelse Katabolisk delreaktion Anabolisk delreaktion
Forgæring Kulhydrat Fedt H OH C C OH H H H C C H H CO 2 CH 4 %
Forskellen på at have ilt eller ikke have ilt! Glucose 2 laktat = 2 ATP Glucose 1,12 acetat, 0,32 propionat, 0,28 butyrat 0,62 CH 4 og 1,05 CO 2 = 4,52 ATP Oxidation af glucose (aerob) = 38 ATP 1 peptidbinding bruger 4 ATP Y ATP = varierer (8-13 g celler / mol ATP) AAT/PBV bruges 179 g råprotein / kg totalfordøjet kulh.
Allokering af redoxelektroner Redoxligningen skal gå op! Produktion af propionat, butyrat eller LCFA Produktion af metan Hydrogenering af umættede fedtsyrer Reduktion af uorganiske oxidationsmidler som NO 3- eller SO 4 2-
Produktion af VFA er kompleks Substrat Glykolyse Pyruvat og redox elek. Produkt
Glykolysen er central i omsætningen i vommen Netto udbytte 2 ATP, 2 H 2, 2 pyruvat Glukose Glyceraldehyd-3-fosfat 1,3-Bisfosfoglycerat Pyruvat 2 x 2 ATP 2 ADP P i NAD + NADH H + 2 ADP 2 ATP H 2 2 H + Cellemembran
Fermentationsmønsteret afgøres af hvordan redoxelektroner allokeres med størst udbytte Substrat Produkt G ATP (1) glukose + 4 H 2 O 2 acetat - + 2 HCO - 3 + 4 H + + 4 H 2-305 4 (2) glukose + 2 H 2 2 propionat - + 2 H + + 2 H 2 O - 296 4 (3) glukose + 2 H 2 O butyrat - + 2 HCO - 3 + 3 H + + 2 H 2-301 3 (4) CO 2 + 4 H 2 metan + 2 H 2 O - 49 1 (5) 2 CO 2 + 4 H 2 acetat - + H + + 2 H 2 O - 12?
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Dannelse af acetat CoA CO 2 H 2 P i ADP ATP Pyruvat Acetyl-CoA Acetyl-P Acetat Decarboxylerings produkt egentligt acetaldehyd Størst ATP-udbytte ved højt ph
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Vommiljøet har betydning for de næringsstoffer som koen absorberer Andelen af propionsyre i vommen Propionate proportion of total VFA 0.40 Proc GLM exp RANDOM 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4 Ruminal ph ph i vommen
Dannelse af propionat Danmarks JordbrugsForskning ph formentligt af stor betydning, CO 2 ATP men også indirekte via laktat og H2 H 2 Pyruvat Oxaloacetat Malat H 2 O ATP Fumarat H 2 H + Succinat Succinyl-CoA Methylmalonyl-CoA CO 2 Na + Propionyl-CoA Propionat ADP Cellemembran H + randomiserende omsætningsvej succinat eller dicarboxylic vej
Disposition Vommen og mikroorganismer Vommen og koens næringsstofforsyning Energiomsætning Forgæring til alkohol eller eddike Vommiljø og VFA profil Sammenhæng mellem vomomsætning og koens intermediære omsætning
Hvad betyder forgæringsmønsteret for koen?