Degradation characteristics of sweet potato and taro in the rumen of Mindong goats and changes in microbial community attached to the surface

doi:10.11686/cyxb2023381

Abstract

Abstract:

The aim of this experiment was to investigate the degradation characteristics and dynamic changes in surface attached microbial communities of sweet potato （Ipomoea batatas） and taro （Colocasia esculenta）in the rumen of Mindong goats. Four healthy male Mindong goats， aged 14 months with permanent rumen fistulas， were selected （average weight 26.60±2.35 kg）. The dynamic degradation rate of nutritional components in sweet potato and taro were measured using a nylon bag method at 2， 4， 8， 16， 24， 36， and 48 hours， during the degradation process. Surface attached microbial changes were also measured at these same time steps. It was found that： 1） The rumen degradation rates of sweet potato and taro gradually increased with increasing degradation time. The effective degradation rates of dry matter （DM） were 66.48% and 62.88% for sweet potato and taro， respectively， while the effective degradation rates of crude protein （CP） were 34.28% and 32.62%， and the effective degradation rates of starch were 53.44% and 43.60%. Notably， the effective degradation rate of sweet potato starch was significantly higher than that of taro （P<0.05）. 2） The alpha and beta diversity results showed that sweet potato and taro had no significant effect on the richness， diversity， and composition of rumen bacteria at different degradation time points （P>0.05）. Bacteroidetes was identified as the predominant bacterial phylum in the rumen microbial communities for both sweet potato and taro groups. At the genus level， the dominant bacterial genus for both groups was Prevotella. A Mantel test further indicated that Pseudobutyrivibrio was significantly positively correlated with rumen degradation in both sweet potato and taro （r>0， P<0.05）. 3） Functional prediction analysis showed that sweet potato and taro regulated the interaction of rumen microorganisms to utilize starch through the pentose phosphate pathway， through glyoxylate and dicarboxylate metabolism and through propanoate metabolism. In conclusion， both sweet potato and taro exhibit favourable rumen degradation performance， but the degradation rates of DM and starch in sweet potato are faster. In the process of degradation， the dynamic balance of rumen microorganisms was not disrupted by either feed， so sweet potato and taro are potential concentrate feed resources.

Key words: sweet potato, taro, Mindong goat, rumen degradation rate, rumen microorganisms

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Figures/Tables 12

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项目Items	含量Content （%）	营养水平Nutrient levels^2）	含量Content
羊草Leymus chinensis	55.00	干物质Dry matter （DM， %）	88.69
玉米Corn	31.00	代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	11.67
豆粕Soybean meal	12.20	粗蛋白质Crude protein （CP， %）	10.94
食盐Salt	0.50	中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	48.66
石粉Limestone	0.10	酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	24.83
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	0.20	粗脂肪Ether extract （EE， %）	2.36
预混料Premix^1）	1.00	钙Calcium （Ca， %）	0.62
合计Total	100.00	磷Phosphorus （P， %）	0.35

项目Items	含量Content （%）	营养水平Nutrient levels^2）	含量Content
羊草Leymus chinensis	55.00	干物质Dry matter （DM， %）	88.69
玉米Corn	31.00	代谢能Metabolic energy （ME， MJ·kg^-1）	11.67
豆粕Soybean meal	12.20	粗蛋白质Crude protein （CP， %）	10.94
食盐Salt	0.50	中性洗涤纤维Neutral detergent fiber （NDF， %）	48.66
石粉Limestone	0.10	酸性洗涤纤维Acid detergent fiber （ADF， %）	24.83
碳酸氢钙Ca（HCO₃）₂	0.20	粗脂肪Ether extract （EE， %）	2.36
预混料Premix^1）	1.00	钙Calcium （Ca， %）	0.62
合计Total	100.00	磷Phosphorus （P， %）	0.35

项目 Items	干物质瘤胃降解率 Rumen degradation rate of dry matter （%）		粗蛋白瘤胃降解率 Rumen degradation rate of crude protein （%）		淀粉瘤胃降解率 Rumen degradation rate of strach （%）
项目 Items	甘薯SP	芋头TR	甘薯SP	芋头TR	甘薯SP	芋头TR
瘤胃滞留时间Rumen retention time （h）
2	37.66±2.83Ae	33.97±3.84Ae	13.36±4.48Ae	10.56±0.98Ae	24.05±2.63Ae	16.22±1.38Be
4	54.79±2.28Ad	46.52±6.45Ad	23.84±3.45Ad	25.91±3.19Ad	38.91±4.10Ad	24.83±3.33Bd
8	59.35±1.02Ad	54.87±6.67Ac	31.42±1.75Ac	28.09±2.39Acd	51.84±3.39Ac	39.39±2.05Bc
12	69.16±0.63Ac	68.77±2.11Ab	35.82±2.53Ac	31.89±1.84Ac	55.22±3.20Ac	42.40±1.30Bc
24	84.54±7.46Ab	82.45±2.69Aa	45.52±1.48Ab	44.44±0.96Ab	70.27±1.81Ab	58.10±1.14Bb
36	88.79±1.06Aab	84.87±1.60Ba	49.07±1.00Aab	47.55±0.87Aab	73.47±1.43Aab	69.85±1.32Ba
48	91.43±1.08Aa	88.31±1.32Ba	52.22±1.63Aa	50.43±1.10Aa	77.41±1.89Aa	72.56±2.77Ba
时间Time	<0.05		<0.05		<0.05
样品Sample	<0.05		<0.05		<0.05
时间×样品 Time×sample	0.69		0.35		<0.05
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a （%）	31.72±2.78A	23.90±2.99B	8.21±1.96A	8.54±2.68A	15.34±2.64A	10.50±1.70B
b （%）	60.39±2.61B	64.54±2.81A	43.19±1.84A	42.09±2.55A	60.58±2.49B	65.64±1.87A
c （%·h^-1）	0.08±0.01A	0.09±0.01A	0.09±0.01A	0.08±0.02A	0.10±0.01A	0.06±0.01A
ED （%）	66.48±4.28A	62.88±6.41A	34.28±4.22A	32.62±6.75A	53.44±5.62A	43.60±5.39B

项目 Items	干物质瘤胃降解率 Rumen degradation rate of dry matter （%）		粗蛋白瘤胃降解率 Rumen degradation rate of crude protein （%）		淀粉瘤胃降解率 Rumen degradation rate of strach （%）
项目 Items	甘薯SP	芋头TR	甘薯SP	芋头TR	甘薯SP	芋头TR
瘤胃滞留时间Rumen retention time （h）
2	37.66±2.83Ae	33.97±3.84Ae	13.36±4.48Ae	10.56±0.98Ae	24.05±2.63Ae	16.22±1.38Be
4	54.79±2.28Ad	46.52±6.45Ad	23.84±3.45Ad	25.91±3.19Ad	38.91±4.10Ad	24.83±3.33Bd
8	59.35±1.02Ad	54.87±6.67Ac	31.42±1.75Ac	28.09±2.39Acd	51.84±3.39Ac	39.39±2.05Bc
12	69.16±0.63Ac	68.77±2.11Ab	35.82±2.53Ac	31.89±1.84Ac	55.22±3.20Ac	42.40±1.30Bc
24	84.54±7.46Ab	82.45±2.69Aa	45.52±1.48Ab	44.44±0.96Ab	70.27±1.81Ab	58.10±1.14Bb
36	88.79±1.06Aab	84.87±1.60Ba	49.07±1.00Aab	47.55±0.87Aab	73.47±1.43Aab	69.85±1.32Ba
48	91.43±1.08Aa	88.31±1.32Ba	52.22±1.63Aa	50.43±1.10Aa	77.41±1.89Aa	72.56±2.77Ba
时间Time	<0.05		<0.05		<0.05
样品Sample	<0.05		<0.05		<0.05
时间×样品 Time×sample	0.69		0.35		<0.05
瘤胃降解参数Rumen degradation parameters
a （%）	31.72±2.78A	23.90±2.99B	8.21±1.96A	8.54±2.68A	15.34±2.64A	10.50±1.70B
b （%）	60.39±2.61B	64.54±2.81A	43.19±1.84A	42.09±2.55A	60.58±2.49B	65.64±1.87A
c （%·h^-1）	0.08±0.01A	0.09±0.01A	0.09±0.01A	0.08±0.02A	0.10±0.01A	0.06±0.01A
ED （%）	66.48±4.28A	62.88±6.41A	34.28±4.22A	32.62±6.75A	53.44±5.62A	43.60±5.39B

指数 Index	组别 Groups	瘤胃滞留时间Rumen retention time （h）
指数 Index	组别 Groups	2	4	8	24	48
Chao1指数Chao1 index	甘薯SP	356.94±8.69	335.38±69.87	369.21±65.11	372.93±47.01	397.67±61.40
Chao1指数Chao1 index	芋头TR	347.52±140.01	336.43±77.29	391.02±64.27	418.41±53.97	393.52±80.38
ACE指数ACE index	甘薯SP	351.87±8.02	335.86±68.88	369.74±65.84	370.46±46.49	395.04±62.42
ACE指数ACE index	芋头TR	345.70±69.38	333.29±39.05	390.62±33.39	421.65±21.66	390.22±26.45
Shannon指数Shannon index	甘薯SP	5.67±0.32	5.71±0.32	5.70±0.62	5.38±0.81	5.30±1.04
Shannon指数Shannon index	芋头TR	5.77±0.43	5.60±0.37	6.05±0.32	6.30±0.17	5.34±0.17
Simpson指数Simpson index	甘薯SP	0.94±0.02	0.94±0.01	0.92±0.03	0.89±0.09	0.87±0.11
Simpson指数Simpson index	芋头TR	0.94±0.02	0.94±0.02	0.95±0.01	0.96±0.01	0.87±0.05