Effects of replacing peanut vine hay with wheat husk on in vitro rumen fermentation, nutrient degradability, and microbial community dynamics of buffalo
水牛の飼料においてピーナッツ・バイン・ヘイを小麦殻に置き換えることは、主要なルーメン細菌叢の変化によって引き起こされることで、乾物および粗タンパク質の分解性を線形的に減少させる一方で、繊維利用率と酪酸産生を増加させ、最終的に、メタン排出量を増加させることなく繊維消化を改善する実行可能な代替品として小麦殻が有効であることを示している。
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中国南部の湿潤で緑豊かな風景の中で、水牛の飼育は地域農業の礎となっていますが、この産業は静かな危機に直面しています。農家は、落花生の収穫後の栄養価の高い残り物である落花生の蔓（つる）の干し草に大きく依存しています。しかし、この資源は不安定です。季節性があり、腐敗せずに保存するにはコストがかかり、供給不足になることも珍しくありません。同時に、持続可能な農業への世界的な機運は、水牛のような反芻動物が食べ物を消化する際に自然に発生する強力な温室効果ガスであるメタンの削減を求めています。解決策は、動物の胃の中にある巨大な発酵室であり、微小な生命がうごめく「ルーメン（第一胃）」の中にあります。これらの微生物は、硬い植物繊維をエネルギーへと分解しますが、その効率は完全に何を食べているかに依存します。もし農家が、高価で季節限定の落花生の干し草を、安価で豊富にあり、安定した代替品である小麦の殻（穀物の乾燥した保護層）に置き換えることができれば、コストを抑え、潜在的にこれらの微生物の働きを変えることができるかもしれません。課題は、消化が悪化したりメタンの排出量が急増したりすることなく、動物がこの新しい飼料をどの程度まで受け入れられるのかを正確に知ることです。
広西水牛研究所の研究者たちは、水牛の胃の中を模倣した制御されたラボシミュレーションを用いて、その答えを見つけ出そうとしました。彼らは3頭の健康な、カニュレーション（管を挿入した状態）された水牛からルーメン液を取り出し、トウモロコシサイレージ、トウモロコシ粉、および大豆粕を含む標準的な飼料と混合しました。この混合物に、彼らは5つの異なるバージョンの粗飼料を導入しました。最初のバージョンでは、飼料には落花生の蔓の干し草のみが含まれていました。その他のバージョンでは、落花生の干し草を段階的に小麦の殻に25パーセントずつ置き換え、最終的なバージョンでは落花生の干し草が全く含まれず、小麦の殻のみとなりました。彼らはこれらの混合物をボトルに密封し、体温で3日間発酵させ、発生したガス、分解された栄養素、および液体の中に生息する微生物コミュニティの変化を注意深く測定しました。
結果は、落花生の干し草が小麦の殻に置き換わるにつれて、明確なトレードオフがあることを明らかにしました。微生物によって生成されるガスの総量は、小麦の殻の割合が増えるにつれて減少し、タンパク質を分解する能力も低下しました。これは、小麦の殻は落花生の干しolaよりも硬く、タンパク質が少ないため、理にかなっています。しかし、本研究では、微生物による繊維の処理方法において驚くべき利点が見出されました。タンパク質の消化は遅 been たものの、中性デタージェント繊維（硬い構造的な植物物質の指標）の分解は、小麦の殻が含まれることで実際に向上しました。微生物は、小麦の殻が特定の繊維分解菌を刺激する異なる種類の課題を提供したためか、繊維質の多い食事に対処する効率が高まったのです。
おそらく最も心強い発見は、気候変動に寄与するガスに関するものでした。食事の変化にもかかわらず、小麦の殻を全量とした場合でも、メタンの生成は増加しませんでした。実際、小麦の殻の割合が高いグループでは、微生物が食物を分解する際の副産物である水素の量が増加しました。通常、微生物はこの水素を使用してメタンを作りますが、ここでは、水素が別の場所へと転用されているようでした。データは、微生物コミュニティが、メタン排出量を増やすことなく、エネルギーを別の方法、おそらくは動物の腸壁にとって重要なエネルギー源である脂肪酸の一種である酪酸をより多く生成することへと転換したことを示唆しています。この変化は、微生物が温室効果ガスの排出を誘発することなく、新しい飼料に適応したことを示しています。
微視的な世界をさらに掘り下げると、研究者たちは、細菌コミュニティ全体の多様性は安定しているものの、存在する特定の細菌の種類は食事に応じて変化することを観察しました。飼料に落花生の干し草のみが含まれているとき、微生物コミュニティはある姿を見せました。小麦の殻が増えるにつれて、コミュニティの構造は変化し、小麦の殻が少ない、あるいは全くないグループと、多いグループの2つの明確なグループに分かれました。硬い繊維を分解したり酪酸を生成したりすることで知られる特定の細菌は、主に小麦の殻を摂取しているグループでより豊富になりました。これらの微生物は、優れた繊維消化とメタン生成への水素の転換を実現する鍵となっているようです。研究では、これらの細菌の遺伝的機能についても調査し、細胞膜を介した栄養素の移動や相互のシグナル伝達といった彼らの核となる役割は一貫しており、コミュニティが食事の変化に対して崩壊することなく、十分に強固であることを示しました。
研究者たちは、小麦の殻は水牛の餌として落花生の蔓の干し草に代わる実行可能かつ効果的な選択肢であると結論付けましたが、使用量に関する具体的な推奨事項を提示しました。ラボの設定では、小麦の殻のみの食事でも微生物は対処できましたが、タンパク質の消化性の低下は、現実世界の農業においては完全な置き換えが理想的ではない可能性を示唆しています。研究は、妥協点を示しています。すなわち、落花生の干し草の最大50パーセントを小麦の殻に置き換えることが、最も適した割合であるようです。このレベルであれば、農家はメタン排出量を増やすことも動物の栄養を損なうこともなく、安定した発酵を維持し、繊維の消化を改善し、有益な脂肪酸の生成を高めることができます。この知見は、本来なら廃棄される農産副産物を家畜のための持続可能な資源へと変えることで、コストを削減し、環境負荷を減らそうとする農家にとって、実用的な道筋を提示しています。
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