Effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and microbial community structure of grazing yaks in the warm season

doi:10.11686/cyxb2021091

Abstract

Abstract:

The aim of this research was to investigate the effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and the rumen microbial community structure of grazing yaks in the warm season. Forty-eight male yaks with good body condition and similar body weight were randomly assigned to four groups （n=12）. Yaks in the control group were only grazed， while the three supplement groups received 0.5 （Ⅰ）， 1.5 （Ⅱ）， and 2.5 kg·d^-1 （Ⅲ） of concentrate， respectively. There was a 10-day pre-test period and the experimental period lasted 60 days. The experiment results showed that： 1） As concentrate supplementation level increased， the concentration of ruminal fluid total volatile fatty acids， propionic acid， butyric acid， isobutyric acid， valeric acid and isovaleric acid increased quadratically （P<0.05）， while ruminal pH， concentration of acetic acid and the acetic∶propionic acid ratio decreased quadratically （P<0.05） and the concentration of microbial protein in supplement groups Ⅱ and Ⅲ were significantly higher than those in the other two groups. 2） In total， 3138 operational taxonomic units （OTUs） were detected， and 1337 of those OTUs （42.61% of the total OTUs） were shared by all four treatment groups. The control treatment had 183 unique OTUs， while group Ⅲ had 106 unique OTUs. The number of microbial species， Chao1 index and Shannon index decreased with increasing concentrate supplementation level （P<0.05）. 3） At the phylum level， with increasing concentrate supplementation level， the relative abundance of Bacteroidetes increased quadratically （P<0.05）， while the relative abundance of Firmicutes decreased quadratically （P<0.05） and the relative abundance of Actinobacteria increased linearly （P<0.05）. At the genus level， with increased concentrate supplementation level， the relative abundances of Prevotella_1， Christensenellaceae_R-7 and Prevotellaceae_UCG-001 increased quadratically （P<0.05）， while relative abundance of Succiniclasticum andRuminococcaceae_UCG-005 decreased quadratically （P<0.05）. In conclusion， increasing the level of concentrate supplementation promoted rumen fermentation and increased the abundance of the some starch-degrading bacteria of grazing yaks in the warm season.

Key words: grazing yaks, concentrate supplementation level, rumen fermentation, rumen microbial community structure

Dong-wen DAI, Kai-yue Pang, xun WANG, Ying-kui YANG, Sha-tuo CHAI, Shu-xiang WANG. Effects of different concentrate supplement levels on rumen fermentation and microbial community structure of grazing yaks in the warm season[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(5): 169-177.

Figures/Tables 8

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原料 Ingredients	精料 Concentrate supplement
玉米Zea mays	44.27
麸皮Wheat bran	12.06
菜籽粕Rapeseed meal	12.88
小麦Triticum aestivum	4.98
豆粕Soybean meal	12.28
棉籽粕Cottonseed meal	8.57
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	1.22
小苏打NaHCO₃	0.87
氯化钠NaCl	0.87
预混料Premix¹	2.00
合计Total	100.00
营养水平 Nutrient levels²	牧草 Pasture	精料 Concentrate supplement
粗蛋白质Crude protein （CP）	11.35	18.76
粗脂肪Crude fat （EE）	2.53	2.63
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF）	54.16	16.03
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF）	26.74	7.83
钙Calcium （Ca）	2.15	0.60
磷Phosphorus （P）	0.08	0.73

原料 Ingredients	精料 Concentrate supplement
玉米Zea mays	44.27
麸皮Wheat bran	12.06
菜籽粕Rapeseed meal	12.88
小麦Triticum aestivum	4.98
豆粕Soybean meal	12.28
棉籽粕Cottonseed meal	8.57
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	1.22
小苏打NaHCO₃	0.87
氯化钠NaCl	0.87
预混料Premix¹	2.00
合计Total	100.00
营养水平 Nutrient levels²	牧草 Pasture	精料 Concentrate supplement
粗蛋白质Crude protein （CP）	11.35	18.76
粗脂肪Crude fat （EE）	2.53	2.63
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF）	54.16	16.03
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF）	26.74	7.83
钙Calcium （Ca）	2.15	0.60
磷Phosphorus （P）	0.08	0.73

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
pH	7.32a	7.23ab	6.95b	6.89b	0.07	0.002	<0.001	<0.001
微生物蛋白MCP （mg·mL^-1）	2.16c	2.23c	2.38b	2.47a	0.08	0.017	0.090	0.239
氨态氮NH₃-N （mg·dL^-1）	11.32a	10.87ab	10.65bc	10.09c	0.16	0.013	0.042	0.124
总挥发性脂肪酸TVFA （mmoL·L^-1）	69.41b	70.80b	73.07a	76.88a	1.45	0.031	<0.001	<0.001
乙酸Acetic acid （mmoL·L^-1）	51.76a	49.38a	44.76b	42.84c	1.15	<0.001	<0.001	<0.001
丙酸Propionic acid （mmoL·L^-1）	9.73d	11.89c	15.46b	19.91a	0.51	<0.001	<0.001	<0.001
丁酸Butyric acid （mmoL·L^-1）	4.48b	5.24b	7.87a	8.92a	0.35	0.036	<0.001	<0.001
异丁酸Isobutyric acid （mmoL·L^-1）	0.45b	0.72b	0.99a	1.03a	0.06	<0.001	<0.001	<0.001
戊酸Valeric acid （mmoL·L^-1）	1.35b	1.71ab	1.93a	2.05a	0.02	0.039	<0.001	<0.001
异戊酸Isovaleric acid （mmoL·L^-1）	1.64c	1.86b	2.06a	2.13a	0.03	0.021	<0.001	<0.001
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid	5.32a	4.15b	2.90c	2.15d	0.08	<0.001	<0.001	<0.001

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
pH	7.32a	7.23ab	6.95b	6.89b	0.07	0.002	<0.001	<0.001
微生物蛋白MCP （mg·mL^-1）	2.16c	2.23c	2.38b	2.47a	0.08	0.017	0.090	0.239
氨态氮NH₃-N （mg·dL^-1）	11.32a	10.87ab	10.65bc	10.09c	0.16	0.013	0.042	0.124
总挥发性脂肪酸TVFA （mmoL·L^-1）	69.41b	70.80b	73.07a	76.88a	1.45	0.031	<0.001	<0.001
乙酸Acetic acid （mmoL·L^-1）	51.76a	49.38a	44.76b	42.84c	1.15	<0.001	<0.001	<0.001
丙酸Propionic acid （mmoL·L^-1）	9.73d	11.89c	15.46b	19.91a	0.51	<0.001	<0.001	<0.001
丁酸Butyric acid （mmoL·L^-1）	4.48b	5.24b	7.87a	8.92a	0.35	0.036	<0.001	<0.001
异丁酸Isobutyric acid （mmoL·L^-1）	0.45b	0.72b	0.99a	1.03a	0.06	<0.001	<0.001	<0.001
戊酸Valeric acid （mmoL·L^-1）	1.35b	1.71ab	1.93a	2.05a	0.02	0.039	<0.001	<0.001
异戊酸Isovaleric acid （mmoL·L^-1）	1.64c	1.86b	2.06a	2.13a	0.03	0.021	<0.001	<0.001
乙酸/丙酸Acetic acid/propionic acid	5.32a	4.15b	2.90c	2.15d	0.08	<0.001	<0.001	<0.001

项目 Items	对照组 Control group	补饲组Supplementary groups			SEM	P值P-value
项目 Items	对照组 Control group	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	SEM	方差分析ANOVA	线性Line	二次Quadratic
物种数Observed species	1693.82a	1499.76ab	1488.15b	1294.37c	26.50	0.021	<0.001	0.003
Chao1指数Chao1 index	2091.67a	1798.12b	1858.96b	1650.29b	55.81	0.010	0.009	0.035
Shannon指数Shannon index	8.61a	8.53a	8.37a	7.80b	0.10	<0.001	<0.001	<0.001
谱系多样性PD whole tree	137.83a	128.35a	125.34a	113.93a	2.78	0.275	<0.001	0.001
覆盖率Coverage （%）	98.36a	98.53a	98.51a	98.45a	0.16	0.314	0.063	0.111