The effects of Lactobacillus mucosae (L. mucosae), a potential direct fed microbial previously isolated from the rumen of Korean native goat, on the rumen fermentation profile of brewers grain were evaluated. Fermentation was conducted in serum bottles each containing 1% dry matter (DM) of the test substrate and either no L. mucosae (control), 1% 24 h broth culture of L. mucosae (T1), or 1% inoculation with the cell-free culture supernatant (T2). Each serum bottle was filled anaerobically with 100 mL of buffered rumen fluid and sealed prior to incubation for 0, 6, 12, 24, and 48 h from which fermentation parameters were monitored and the microbial diversity was evaluated. The results revealed that T1 had higher total gas production (65.00 mL) than the control (61.33 mL) and T2 (62.00 mL) (p<0.05) at 48 h. Consequently, T1 had significantly lower pH values (p<0.05) than the other groups at 48 h. Ammonia nitrogen ($NH_3$-N), individual and total volatile fatty acids (VFA) concentration and acetate:propionate ratio were higher in T1 and T2 than the control, but T1 and T2 were comparable for these parameters. Total methane ($CH_4$) production and carbon dioxide ($CO_2$) were highest in T1. The percent DM and organic matter digestibilities were comparable between all groups at all times of incubation. The total bacterial population was significantly higher in T1 (p<0.05) at 24 h, but then decreased to levels comparable to the control and T2 at 48 h. The denaturing gradient gel electrophoresis profile of the total bacterial 16s rRNA showed higher similarity between T1 and T2 at 24 h and between the control and T1 at 48 h. Overall, these results suggest that addition of L. mucosae and cell-free supernatant during the in vitro fermentation of dried brewers grain increases the VFA production, but has no effect on digestibility. The addition of L. mucosae can also increase the total bacterial population, but has no significant effect on the total microbial diversity. However, inoculation of the bacterium may increase $CH_4$ and $CO_2$ in vitro.
The nutritional requirements for Prevotella sp. 4PCCNB2 isolated from the rumen of a native goat in Korea and those of the ATCC 19189 strain isolated from the bovine rumen were investigated. The two strains grew well with ammonium sulfate as the sole added nitrogen source. However, neither a complex of amino acids nor casein hydrolysate effectively replaced ammonium sulfate. Biotin, p-aminobenzoic acid, and vitamin $B_12$ were essential to culture the ATCC 19189 strain. Unlike the ATCC 19189 strain, however, $B_12$ was only stimulatory for the growth of the 4PCCNB2 strain. The 4PCCNB2 strain grew well in the basal medium without an individual acid such as acetic acid or valeric acid. In contrast, either acetic or valeric acid was absolutely required for the growth of the ATCC 19189 strain.
Wallace, R. John;McEwan, Neil R.;McIntosh, Freda M.;Teferedegne, Belete;Newbold, C. James
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.15
no.10
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pp.1458-1468
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2002
There is increasing interest in exploiting natural products as feed additives to solve problems in animal nutrition and livestock production. Essential oils and saponins are two types of plant secondary compounds that hold promise as natural feed additives for ruminants. This paper describes recent advances in research into these additives. The research has generally concentrated on protein metabolism. Dietary essential oils caused rates of NH$_3$ production from amino acids in ruminal fluid taken from sheep and cattle receiving the oils to decrease, yet proteinase and peptidase activities were unchanged. Hyper-ammonia-producing (HAP) bacteria were the most sensitive of ruminal bacteria to essential oils in pure culture. Essential oils also slowed colonisation and digestion of some feedstuffs. Ruminobacter amylophilus may be a key organism in mediating these effects. Saponin-containing plants and their extracts appear to be useful as a means of suppressing the bacteriolytic activity of rumen ciliate protozoa and thereby enhancing total microbial protein flow from the rumen. The effects of some saponins seems to be transient, which may stem from the hydrolysis of saponins to their corresponding sapogenin aglycones, which are much less toxic to protozoa. Saponins also have selective antibacterial effects which may prove useful in, for example, controlling starch digestion. These studies illustrate that plant secondary compounds, of which essential oils and saponins comprise a small proportion, have great potential as 'natural' manipulators of rumen fermentation, to the potential benefit of the farmer and the environment.
An experiment was conducted to examine the effects of Kalopanax pictus Nakai (Kalopanax) on in vitro rumen fermentation and methane (CH4) reduction. Kalopanax trunk was extracted with 70% ethanol and 70% methanol. Rumen fluid, alfalfa hay and buffer (control: C) supplemented with 0.3% Kalopanx juice (T1), 0.3% ethanol extract (T2) and 0.3% methanol extract (T3) in the total volume of culture medium were incubated at $38^{\circ}C$ for 24h and 48h. Rumen pH was lower in all Kalopanax treatments during all incubations than that in control (p<0.05). Total VFA and total gas production in T2 and T3 was significantly higher than that in C at 48h incubation (p<0.05). Ammonia-N was decreased in all treatments compared with C during the incubation periods (p<0.05). At 24h incubation, $CH_4$ contents were significantly reduced by both alcohol extracts. It is concluded that supplementing Kalopanax extracts can stimulate ruminal fermentation of rumen microorganisms and inhibit methanogenesis.
Cheng, Yan Fen;Jin, Wei;Mao, Sheng Yong;Zhu, Wei-Yun
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.26
no.10
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pp.1416-1423
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2013
The metabolomic profile of the anaerobic fungus Piromyces sp. F1, isolated from the rumen of goats, and how this is affected by the presence of naturally associated methanogens, was analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy. The major metabolites in the fungal monoculture were formate, lactate, ethanol, acetate, succinate, sugars/amino acids and ${\alpha}$-ketoglutarate, whereas the co-cultures of anaerobic fungi and associated methanogens produced citrate. This is the first report of citrate as a major metabolite of anaerobic fungi. Univariate analysis showed that the mean values of formate, lactate, ethanol, citrate, succinate and acetate in co-cultures were significantly higher than those in the fungal monoculture, while the mean values of glucose and ${\alpha}$-ketoglutarate were significantly reduced in co-cultures. Unsupervised principal components analysis revealed separation of metabolite profiles of the fungal mono-culture and co-cultures. In conclusion, the novel finding of citrate as one of the major metabolites of anaerobic fungi associated with methanogens may suggest a new yet to be identified pathway exists in co-culture. Anaerobic fungal metabolism was shifted by associated methanogens, indicating that anaerobic fungi are important providers of substrates for methanogens in the rumen and thus play a key role in ruminal methanogenesis.
To study the effect of wheat bran and lactic acid producing bacteria (LAB) on the performance of calves, 20 crossbred male cattle calves (day old), distributed into two groups were fed on calf starters containing 50 or 0% maize grain, along with green berseem ad libitum and milk as per body weight. Each group was further divided into two sub groups and one subgroup of each group was supplemented with mixed culture of LAB (Lactobacillus acidophilus L. casei, L. Jugarti). Milk feeding was discontinued after 8 weeks of age. The addition of culture increased (p<0.05) DM intake in calves receiving grainless diet from eighth week to the thirteenth one. There was about 21% higher body weight gain and 14% lower feed : gain ratio in culture supplemented calves. DM digestibility was significantly lower (p<0.05) in calves getting grain without culture. The crude protein NDF and ADF digestibility was higher (p<0.05) in grainless than the grain fed group. No major change on rumen fermentation pattern among different treatments was found. The concentration of total volatile fatty acids (TVFA) and protozoa count was higher (p<0.05) in grain fed group. However, lactic acid concentration was higher and rumen pH was lower due to culture feeding. The incidence as well as severity of diarrhoea was reduced in culture supplemented group. The results indicate that crossbred calves can be reared successfully on grainless diet and berseen fodder. The performance of calves was also improved by LAB supplementation.
Ruminal protozoa, especially entodiniomorphs, engulf other members of the rumen microbiome in large numbers; and they release oligopeptides and amino acids, which can be fermented to ammonia and volatile fatty acids (VFAs) by amino acid-fermenting bacteria (AAFB). Studies using defaunated (protozoa-free) sheep have demonstrated that ruminal protozoa considerably increase intraruminal nitrogen recycling but decrease nitrogen utilization efficiency in ruminants. However, direct interactions between ruminal protozoa and AAFB have not been demonstrated because of their inability to establish axenic cultures of any ruminal protozoan. Thus, this study was performed to evaluate the interaction between Entodinium caudatum, which is the most predominant rumen ciliate species, and an AAFB consortium in terms of feed degradation and ammonia production along with the microbial population shift of select bacterial species (Prevotella ruminicola, Clostridium aminophilum, and Peptostreptococcus anaerobius). From an Ent. caudatum culture that had been maintained by daily feeding and transfers every 3 or 4 days, the bacteria and methanogens loosely associated with Ent. caudatum cells were removed by filtration and washing. An AAFB consortium was established by repeated transfers and enrichment with casamino acids as the sole substrate. The cultures of Ent. caudatum alone (Ec) and AAFB alone (AAFB) and the co-culture of Ent. caudatum and AAFB (Ec + AAFB) were set up in three replicates and incubated at 39℃ for 72 h. The digestibility of dry matter (DM) and fiber (NDF), VFA profiles, ammonia concentrations, pH, and microscopic counts of Ent. caudatum were compared among the three cultures. The co-culture of AAFB and Ent. caudatum enhanced DM degradation, VFA production, and Ent. caudatum cell counts; conversely, it decreased acetate: propionate ratio although the total bacterial abundance was similar between Ec and the Ec + AAFB co-culture after 24 h incubation. The ammonia production and relative abundance of C. aminophilum and P. anaerobius did not differ between AAFB alone and the Ec + AAFB co-culture. Our results indicate that Ent. caudatum and AAFB could have a mutualistic interaction that benefited each other, but their interactions were complex and might not increase ammoniagenesis. Further research should examine how such interactions affect the population dynamics of AAFB.
Kim, M.S.;Sung, H.G.;Kim, H.J.;Lee, Sang-S.;Chang, J.S.;Ha, J.K.
Journal of Animal Science and Technology
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v.47
no.4
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pp.615-624
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2005
The cPCR technique was used to monitor rumen fermentation and attachment of Fibrobacter succinogenes to cellulose at different pH in the in vitro culture medium. The target fragments of 16S rDNA(445 bp) were amplified from genomic DNA of F. succinogenes with specific primers and internal controls(205 bp) were constructed. Cell counts were estimated from the amounts of genomic DNA, which was calculated from cPCR results. F. succinogenes in pH 6.8 and 6.2 showed apparently higher attachment than in pH 5.8 during all incubation time. There were some difference between pH 6.8 and 6.2 in the degree of attachment, but the different was not significant (P>0.05). Cellulose degradation increased in process of incubation time and the increasing rate was higher when initial pH was higher. The pH in culture medium decreased regardless of initial pH in course of incubation time. After 24 h of incubation, medium pH was dropped by 0.24, 0.58 and 0.16 units from original medium pH 6.8, 6.2 and 5.8, respectively. More gas was produced at higher initial pH in the same manner as in cellulose degradation. In summery, Initial pH of rumen culture in vitro significantly influenced cellulose digestion, gas production, pH change and bacterial attachment. Especially, low pH(5.8) resulted in much lower bacterial attachment and fiber digestion compared to higher medium pH.
An in vitro experiment was conducted to examine the effects of defaunation (removal of protozoa) on ruminal fermentation characteristics, $CH_4$ production and degradation by rumen microbes when incubated with cereal grains (corn, wheat and rye). Sodium lauryl sulfate as a defaunation reagent was added into the culture solution at a concentration of 0.000375 g/ml, and incubated anaerobically for up to 12 h at $39^{\circ}C$. Following defaunation, live protozoa in the culture solution were rarely observed by microscopic examination. A difference in pH was found among grains regardless of defaunation at all incubation times (p<0.01 to 0.001). Defaunation significantly decreased pH at 12 h (p<0.05) when rumen fluid was incubated with grains. Ammonia-N concentration was increased by defaunation for all grains at 6 h (p<0.05) and 12 h (p<0.05) incubation times. Total VFA concentration was increased by defaunation at 6 h (p<0.05) and 12 h (p<0.01) for all grains. Meanwhile, defaunation decreased acetate and butyrate proportions at 6 h (p<0.05, p<0.01) and 12 h (p<0.01, p<0.001), but increased the propionate proportion at 3 h, 6 h and 12 h incubation (p<0.01 to 0.001) for all grains. Defaunation increased in vitro effective degradability of DM (p<0.05). Production of total gas and $CO_2$ was decreased by defaunation for all grains at 1 h (p<0.05, p<0.05) and then increased at 6 h (p<0.05, p<0.05) and 12 h (p<0.05, p<0.05). $CH_4$ production was higher from faunation than from defaunation at all incubation times (p<0.05).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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