Bacillus coagulans inoculation generates an alternative microbial succession trajectory associated with nitrogen preservation and aerobic stability in alfalfa silage
Diese Studie zeigt, dass die Inokulation von Luzernensilage mit *Bacillus coagulans* eine einzigartige, stufenweise mikrobielle Sukzessionsbahn etabliert, die der traditionellen Inokulation mit *Lactiplantibacillus plantarum* übertrifft, indem sie die Stickstofferhaltung signifikant verbessert und die aerobe Stabilität durch ausgeprägte funktionelle Verschiebungen in der Acetatproduktion und Nährstoffretention verlängert.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich ein Feld mit Luzerne vor, einer üppigen grünen Nutzpflanze, die von Landwirten wegen ihres hohen Proteingehalts geschätzt wird, der Milchkühe und anderes Vieh ernährt. Um dieses wertvolle Futter durch den Winter frisch zu halten, häckseln Landwirte es oft klein und pressen es fest in luftdichte Säcke oder Silotürme, ein Prozess, der als Silieren bezeichnet wird. In dieser versiegelten Umgebung durchläuft das Pflanzenmaterial eine natürliche Fermentation, bei der mikroskopisch kleine Organismen Zucker abbauen und Säuren produzen, die die Nahrung konservieren. Alfalfa ist jedoch dafür bekannt, schwierig zu konservieren zu sein. Da sie reich an Protein, aber arm an den für die Fermentation benötigten Zuckern ist, gelingt es ihr oft nicht, schnell genug zu versäuern. Dies ermöglicht es unerwünschten Bakterien, das kostbare Protein in Abfallprodukte abzubauen, was den Nährwert des Futters verringert. Zudem kann das Futter, sobald der Lagerbeutel geöffnet wird und Luft hineinströmt, sehr schnell verderben, indem es durch die Aktivität von Hefen und Schimmelpilzen heiß wird und verrottet. Die Herausforderung für Wissenschaftler bestand lange darin, einen Weg zu finden, um diese mikroskopische Welt so zu leiten, dass das Protein intakt bleibt und das Futter auch nach dem Brechen der Versiegelung stabil bleibt.
Forscher der Landwirtschaftlichen Universität Gansu in China machten sich daran, dieses Rätsel zu lösen, indem sie testeten, wie verschiedene mikroskopische Helfer, bekannt als Inokulante, den Verlauf der Fermentation bei Luzerne verändern. Sie verglichen eine Standardbehandlung mit einem gängigen Milchsäurebakterium mit einem neueren Ansatz unter Verwendung einer anderen Art von Bakterien, namens Bacillus coagulans, sowie einer Kombination aus beiden. Das Ziel war es zu sehen, welche Methode das Protein am besten bewahrt und das Futter vor dem Verderb schützt, wenn es der Luft ausgesetzt wird. Die Studie ergab, dass die zwei Arten von Bakterien sehr unterschiedliche Wege für die mikrobielle Gemeinschaft einschlagen. Das traditionelle Milchsäurebakterium wirkt schnell, senkt die Säure des Futters rasch ab und übernimmt fast sofort die Kontrolle über die Umgebung. Im Gegensatz dazu schafft die Bacillus coagulans-Behandlung einen eher graduellen, gestuften Prozess, bei dem verschiedene Arten von Bakterien abwechselnd agieren, was zu einer höheren Konzentration an Essigsäure führt, einer anderen Art von Konservierungssäure.
Die Ergebnisse zeigten, dass das schnell wirkende Milchsäurebakterium zwar frühzeitig den pH-Wert erfolgreich senkte, das Protein jedoch nicht so gut schützte wie die Bacillus coagulans-Behandlung. Nach sechzig Tagen Lagerung wies das mit Bacillus coagulans behandelte Silage den höchsten Rohproteingehalt auf und hatte die niedrigsten Werte an Stickstoffabfällen. Noch wichtiger war: Als die Forscher die Säcke öffneten und das Futter zur Testung der Stabilität der Luft aussetzten, wurde der Unterschied noch deutlicher. Die Kontrollgruppe, die keine Behandlung erhielt, begann bereits nach vierzig Stunden aufzuheizen und zu verderben. Die mit dem schnell wirkenden Milchsäurebakterium behandelte Silage hielt länger durch und überstand etwa einhundertfünf Stunden, bevor sie Anzeichen von Verderb zeigte. Die mit Bacillus coagulans behandelte Silage und die Mischung, die es enthielt, blieben jedoch einhundertdreiunddreißig Stunden lang stabil. Dies deutet darauf hin, dass die Anwesenheit von Essigsäure, die effektiver im Kampf gegen die Hefen und Schimmelpilze ist, die Verderb verursachenden Faktoren in der Luft bekämpft und somit der entscheidende Faktor war, um das Futter frisch zu halten.
Um zu verstehen, warum dies geschah, blickten die Wissenschaftler mittels fortschrittlicher Gensequenzierung tief in die mikrobiellen Gemeinschaften. Sie fanden heraus, dass das schnell wirkende Milchsäurebakterium eine sehr einfache Gemeinschaft schuf, die von einer einzigen Art von Mikroben dominiert wurde. Während dies gut war, um schnell Säure zu erzeugen, machte es das System anfällig, sobald die Luft zurückkehrte. Die Bacillus coagulans-Behandlung hingegen unterstützte eine vielfältigere und sich wandelnde Gemeinschaft. Diese Vielfalt ermöglichte es der Silage, ein besseres Gleichgewicht der Säuren aufrechtzuerhalten und spezifische genetische Funktionen im Zusammenhang mit dem Stickstoff- und Schwefelstoffwechsel zu bewahren. Als Luft eingeführt wurde, passte sich die Gemeinschaft in der Bacillus coagulans-Silage lokal an, ohne auseinanderzufallen, während die unbehandelte Silage unter einem breiten Zusammenbruch ihrer mikrobiellen Struktur litt. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Konservierung von proteinreichem Futter nicht nur daraus besteht, das Futter so schnell wie möglich anzusäuern. Stattdessen hängt der Erfolg davon ab, die mikrobielle Gemeinschaft durch eine spezifische Sequenz von Veränderungen zu leiten, die eine resiliente Umgebung aufbaut – eine, die das Protein während der Lagerung schützen und den Schock der Luftexposition aushalten kann, wenn das Futter schließlich bereit ist, verzehrt zu werden.
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