Evaluation of different markers for determination of the microbial nitrogen flow into the duodenum of dairy cows

Abstract

2.6‐Diaminopimelic acid (DAPA), ribonucleic acid (RNA), ¹⁵N, D‐alanine (D‐ALA) and the amino acid profiles (AAP) were compared as microbial markers for determination of the microbial protein synthesis in the rumen. Three dairy cows (Schwarzbuntes Milchrind, LW 602 kg), each fitted with a rumen cannula and a re‐entrant cannula in the proximal duodenum, were offered four isoenergetic and isonitrogenous diets (mean daily intake 15.0 ± 0.45 kg DM; forage: concentrate = 50:50) in a periodic experiment. The diets contained soyabean extracted meal, meat and bone meal, pea meal and dried clover as major sources of protein. On the 4th day after administration of 9 g ¹⁵N‐labelled urea (95 atom‐% ¹⁵N‐excess) per day, samples of rumen fluid and duodenal digesta were obtained 3 h after feeding. The bacteria were isolated by differential centrifugation. Bacteria harvested from the rumen had significantly higher ¹⁵N enrichment and D‐ALA: N ratio than ‘duodenal’ bacteria. However, DAPA: N ratio was higher in ‘duodenal’ bacteria compared to rumen bacteria. There were no differences in RNA: N ratio between rumen and ‘duodenal’ bacteria. The source of the bacteria in the digestive tract has an influence on the ratio of microbial N: total N, especially when ¹⁵N, AAP, DAPA and D‐ALA but not RNA were used as markers. The most reproducible method was D‐ALA (C.V. 4.7 for rumen and 6.8 for ‘duodenal’ bacteria) followed by ¹⁵N (10.8 resp. 4.8) and RNA (9.7 resp. 8.2). The results obtained with ¹⁵N and D‐ALA agreed closely at the same source of bacteria. The RNA method reached the level of these markers (¹⁵N, D‐ALA) when the bacteria were isolated from the duodenum. It is concluded that D‐ALA (bacteria isolated from rumen and duodenum) and also ¹⁵N (bacteria isolated from duodenum) were the best markers for estimation of the microbial protein synthesis.

Zur Bestimmung des mikrobiellen Proteinertrages im Pansen erfolgten methodische Untersuchungen, in denen 2,6 Diaminopimelinsäure (DAP), Ribonukleinsäure (RNS), ¹⁵N, D‐Alanin (D‐ALA) und das Aminosäureprofil (ASP) als Mikrobenmarker verglichen wurden. 3 Milchkühe (Schwarzbuntes Milchrind, 602 kg LM), die mit je einer Pansenfistel und re‐entrant Kanüle am proximalen Duodenum ausgerüstet waren, erhielten 4 isoenergetische und isonitrogene Rationen in einem periodischen Versuch mit Sojabohnen‐Extraktionsschrot, Fleisch‐ und Knochenmehl, Erbsenmehl und getrocknetem Klee als Hauptproteinquelle (Grobfutter: Konzentrat =50:50). Die Futteraufnahme betrug 15,0 ± 0,45 (y ± s) kg TS/d. Nach 4tägiger Verabfolgung von 9 g ¹⁵N‐Harnstoff (95 atom‐% ¹⁵N‐excess) wurden 3 Stunden nach der Fütterung Pansensaft‐ und Duodenaldigestaproben entnommen und daraus durch differenzierte Zentrifugation Bakterien isoliert. Die Pansenbakterien waren signifikant höher mit ¹⁵N angereichert und hatten ein höheres D‐ALA: N‐Verhältnis als die entsprechenden Isolate aus Duodenalinhalt. Das DAP: N‐Verhältnis war in “Duodenalbakterien”; vergleichsweise höher als in Pansenbakterien. Demgegenüber bestand im RNS: N‐Verhältnis kein Unterschied. Der Ort der Mikrobenisolierung wirkte sich auf das geschätzte Verhältnis von Mikroben‐N: Gesamt‐N im Duodenalinhalt signifikant aus, wenn ¹⁵N, ASP, DAP und D‐ALA, nicht jedoch RNS, als Marker verwendet wurden. Am besten reproduzierbar war die D‐ALA‐Methode (VK 4,7 Pansen‐ und 6,8 “Duodenalbakterien"), gefolgt von ¹⁵N (10,8 und 4,8) und RNS (9,7 und 8,2).

Die mit ¹⁵N und D‐ALA erzielten Ergebnisse stimmten bei gleichem Ort der Bakterienisolierung überein. Die Werte der RNS‐Technik erreichen das Niveau dieser Marker, wenn die Mikrobenpräparation aus dem Duodenum erfolgt. Es wird gefolgert, daß D‐ALA (Bakterienisolation aus dem Pansen oder Duodenum) und ¹⁵N (Bakterienisolation aus dem Duodenum) von den untersuchten Markern am besten geeignet sind, die mikrobielle Proteinsynthese zu beschreiben.

Key words:

• Rumen
• Duodenum
• Bacteria
• Microbial nitrogen
• Marker methods