Effects of arginine level on rumen flora population structure and fermentation in weaning sika deer

doi:10.11686/cyxb2021167

Abstract

Abstract:

This study investigated the effects of arginine level on rumen fermentation and flora population structure of weaning sika deer. Twelve three month old male sika deer with similar body weight were randomly divided into three groups of four. All groups were fed the same basal diet containing 12.28% crude protein （CP） with differing levels of arginine： 0.80% （A）， 1.08% （B）， and 1.26% （C）. The experimental period was 50 days. On the last day， 20 mL rumen fluid was extracted from each animal， rumen fermentation parameters were measured， and DNA was extracted to analyze rumen bacterial diversity. It was found that： 1） The content of ammonia nitrogen in rumen fluid of Group B was higher （P<0.01） than that in Group C， while the contents of acetic acid， butyric acid and isobutyric acid in Group B were lower （P<0.01） than those in Group A. The content of total volatile fatty acids in Group B was lower （P<0.05） than that in Group A and the ratio of acetate to propionate in Group B was lower （P<0.01） than that in Groups A and C. 2） The ACE index of Group B was higher （P<0.05） than that of Group C while the Chao1 index of Group B was significantly higher than that of Groups A and C （P<0.05） and the Simpson index of group B was higher （P<0.01） than that of Groups A and C and the Shannon index showed the opposite pattern. The bacterial diversity of Group A differed （P<0.05） from that of Groups B and C. 3） Taxonomically， at the phylum level， the relative abundance of Bacteroidetes in Group B was lower （P<0.01） than that in Group A， the relative abundance of Firmicutes was higher （P<0.05） than in Group A， and the relative abundance of Proteobacteria in Group B was higher （P<0.05） than in Groups A and C. At the genus level， the relative abundance of unidentified_Prevotellaceae did not differ （P>0.05） among the three groups， the relative abundance of Methanobrevibacter in Group A was higher （P>0.01） than in Groups B and C， the relative abundance of Succinivibrio in Group B was higher than in Group A （P<0.01） and Group C （P<0.05）. In conclusion， 1.08% dietary arginine level significantly improved the microbial richness of sika deer， changed the bacterial diversity and the taxonomic structure of dominant bacteria， and thus promoted rumen propionic acid fermentation， and enhanced the body energy supply.

Key words: weaning sika deer, arginine, rumen fermentation, flora population structure

Yu-jie FAN, Hua-zhe SI, Xiao-xu WANG, Qian-long YANG, Xin-yu ZHANG, Wei ZHONG, Kai-ying WANG. Effects of arginine level on rumen flora population structure and fermentation in weaning sika deer[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2022, 31(10): 154-166.

Figures/Tables 12

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项目 Item	组别Groups
项目 Item	A	B	C
原料 Ingredients
玉米 Corn （%）	49.80	50.90	51.70
酒糟蛋白Distillers dried grains with solubles （DDGS， %）	3.00	2.80	2.00
苜蓿草粉 Alfalfa meal （%）	36.00	36.00	36.00
豆粕 Soybean meal （%）	0.00	1.00	1.00
玉米胚芽粕 Corn germ meal （%）	5.00	2.50	2.20
糖蜜 Syrup （%）	3.00	3.00	3.00
预混料 Premix^1）	1.80	1.80	1.80
食盐 NaCl （%）	0.50	0.50	0.50
赖氨酸Lysine （Lys， %）	0.48	0.48	0.48
蛋氨酸Methionine （Met， %）	0.16	0.16	0.16
精氨酸Arginine （Arg， %）	0.26	0.46	0.66
合计 Total	100.00	100.00	100.00
营养水平 Nutrient levels
干物质Dry matter （DM， %）	92.55	91.94	92.26
有机物Organic matter （OM， %）	88.42	88.33	88.65
粗蛋白质Crude protein （CP， %）	12.28	12.28	12.28
总能Gross energy^2）（GE， MJ·kg^-1）	11.60	10.99	11.19
粗脂肪Ether extract （EE， %）	2.25	2.35	1.99
钙Calcium （Ca， %）	0.85	0.85	0.88
磷Phosphorus （P， %）	0.36	0.35	0.33
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	77.38	77.25	78.11
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	29.90	29.62	31.27

项目 Item	组别Groups
项目 Item	A	B	C
原料 Ingredients
玉米 Corn （%）	49.80	50.90	51.70
酒糟蛋白Distillers dried grains with solubles （DDGS， %）	3.00	2.80	2.00
苜蓿草粉 Alfalfa meal （%）	36.00	36.00	36.00
豆粕 Soybean meal （%）	0.00	1.00	1.00
玉米胚芽粕 Corn germ meal （%）	5.00	2.50	2.20
糖蜜 Syrup （%）	3.00	3.00	3.00
预混料 Premix^1）	1.80	1.80	1.80
食盐 NaCl （%）	0.50	0.50	0.50
赖氨酸Lysine （Lys， %）	0.48	0.48	0.48
蛋氨酸Methionine （Met， %）	0.16	0.16	0.16
精氨酸Arginine （Arg， %）	0.26	0.46	0.66
合计 Total	100.00	100.00	100.00
营养水平 Nutrient levels
干物质Dry matter （DM， %）	92.55	91.94	92.26
有机物Organic matter （OM， %）	88.42	88.33	88.65
粗蛋白质Crude protein （CP， %）	12.28	12.28	12.28
总能Gross energy^2）（GE， MJ·kg^-1）	11.60	10.99	11.19
粗脂肪Ether extract （EE， %）	2.25	2.35	1.99
钙Calcium （Ca， %）	0.85	0.85	0.88
磷Phosphorus （P， %）	0.36	0.35	0.33
中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	77.38	77.25	78.11
酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	29.90	29.62	31.27

氨基酸 Amino acid	组别Groups
氨基酸 Amino acid	A	B	C
赖氨酸 Lysine （Lys）	0.65	0.65	0.65
蛋氨酸 Methionine （Met）	0.16	0.16	0.16
精氨酸 Arginine （Arg）	0.80	1.08	1.26
苏氨酸 Threonine （Thr）	0.33	0.35	0.35
天冬氨酸 Aspartic acid （Asp）	0.76	0.82	0.81
丝氨酸 Serine （Ser）	0.40	0.43	0.42
谷氨酸 Glutamic acid （Glu）	1.32	1.38	1.39
甘氨酸 Glycine （Gly）	0.37	0.39	0.38
丙氨酸 Alanine （Ala）	0.71	0.73	0.71
半胱氨酸 Cysteine （Cys）	0.05	0.04	0.05
缬氨酸 Valine （Val）	0.41	0.43	0.43
异亮氨酸 Isoleucine （Ile）	0.29	0.31	0.32
亮氨酸 Leucine （Leu）	0.87	0.91	0.90
酪氨酸 Tyrosine （Tyr）	0.25	0.26	0.25
苯丙氨酸 Phenylalanine （Phe）	0.40	0.42	0.43
组氨酸 Histidine （His）	0.20	0.20	0.20
脯氨酸 Proline （Pro）	0.63	0.64	0.63

氨基酸 Amino acid	组别Groups
氨基酸 Amino acid	A	B	C
赖氨酸 Lysine （Lys）	0.65	0.65	0.65
蛋氨酸 Methionine （Met）	0.16	0.16	0.16
精氨酸 Arginine （Arg）	0.80	1.08	1.26
苏氨酸 Threonine （Thr）	0.33	0.35	0.35
天冬氨酸 Aspartic acid （Asp）	0.76	0.82	0.81
丝氨酸 Serine （Ser）	0.40	0.43	0.42
谷氨酸 Glutamic acid （Glu）	1.32	1.38	1.39
甘氨酸 Glycine （Gly）	0.37	0.39	0.38
丙氨酸 Alanine （Ala）	0.71	0.73	0.71
半胱氨酸 Cysteine （Cys）	0.05	0.04	0.05
缬氨酸 Valine （Val）	0.41	0.43	0.43
异亮氨酸 Isoleucine （Ile）	0.29	0.31	0.32
亮氨酸 Leucine （Leu）	0.87	0.91	0.90
酪氨酸 Tyrosine （Tyr）	0.25	0.26	0.25
苯丙氨酸 Phenylalanine （Phe）	0.40	0.42	0.43
组氨酸 Histidine （His）	0.20	0.20	0.20
脯氨酸 Proline （Pro）	0.63	0.64	0.63

项目 Item	组别 Groups			P值 P-value
项目 Item	A	B	C	P值 P-value
pH	7.35±0.07a	7.28±0.03ab	7.21±0.03b	0.0298
氨态氮（NH₃-N， mg·dL^-1）	8.22±0.54ABa	10.98±2.13Aa	4.79±1.94Bb	0.0120
总挥发性脂肪酸Total volatile fatty acids （TVFA， mmol·L^-1）	28.46±1.27a	20.39±2.09b	19.41±5.78b	0.0420
乙酸 Acetic acid （ACE， mmol·L^-1）	19.82±1.08Aa	14.05±1.49Bb	12.03±2.47Bb	0.0043
丙酸 Propanoic acid （PRO， mmol·L^-1）	3.84±0.98	4.46±0.25	4.10±0.57	0.5536
异丁酸Isobutyric acid （ISOB， mmol·L^-1）	0.15±0.03Aa	0.02±0.01Bb	0.11±0.05ABa	0.0126
丁酸 Butyric acid （BUTY， mmol·L^-1）	2.43±0.50Aa	1.02±0.24Bb	1.18±0.12Bb	0.0037
异戊酸Isovaleric acid （ISOV， mmol·L^-1）	0.30±0.12	0.02±0.01	0.17±0.20	0.1140
戊酸 Valeric acid （VAL， mmol·L^-1）	0.16±0.03a	0.16±0.02a	0.11±0.01b	0.0649
乙丙比Acetic∶propanoic （A∶P， mmol·L^-1）	4.37±0.14Aa	3.10±0.16Bc	4.04±0.08Ab	<0.0001