Effects of replacing peanut vine hay with wheat husk on in vitro rumen fermentation, nutrient degradability, and microbial community dynamics of buffalo
버팔로 사료에서 땅콩 덩굴 건초를 밀 껍질로 대체하는 것은 주요 반추위 세균 군집의 변화에 의해 유도되어 건물 및 조단백질 분해율을 선형적으로 감소시키는 동시에 섬유질 이용률과 부티르산 생성을 증가시키며, 궁극적으로 밀 껍질이 메탄 배출을 증가시키지 않으면서 섬유질 소화를 개선하는 실행 가능한 대안임을 입증한다.
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중국 남부의 습하고 푸른 풍경 속에서 물소(water buffalo)를 기르는 것은 지역 농업의 초석이지만, 이 산업은 조용한 위기에 직면해 있습니다. 농부들은 가축을 먹이기 위해 땅콩 수확의 영양가 있는 부산물인 땅콩 줄기 건초에 크게 의존합니다. 그러나 이 자원은 신뢰하기 어려워지고 있습니다. 계절성이 있고, 부패 없이 저장하기에는 비용이 많이 들며, 종종 공급이 부족하기 때문입니다. 동시에, 지속 가능한 농업을 향한 전 세계적인 요구는 물소와 같은 반추동물이 음식을 소화할 때 자연적으로 생성하는 강력한 온실가스인 메탄을 줄일 것을 요구하고 있습니다. 해결책은 동물의 위장 안에 있는 거대한 발효실인 '루멘(rumen, 반추위)'에 있습니다. 이 안에는 미생물들이 가득 차 있습니다. 이 미생물들은 질긴 식물 섬유를 에너지로 분해하지만, 그 효율성은 전적으로 무엇을 먹느냐에 달려 있습니다. 만약 농부들이 비싸고 계절적인 땅콩 건초를 저렴하고 풍부하며 안정적인 대안인 밀 껍질(곡물의 건조하고 보호적인 겉껍질)로 바꿀 수 있다면, 비용을 낮추고 잠재적으로 이 미생물들이 작동하는 방식을 변화시킬 수 있을 것입니다. 과제는 동물의 소화 기능이 떨어지거나 메탄 배출량이 급증하기 전까지 이 새로운 사료를 정확히 얼마나 많이 수용할 수 있는지 아는 것입니다.
광시 물소 연구소(Guangxi Buffalo Research Institute)의 연구진은 물소의 위 내부를 모사한 통제된 실험실 시뮬레이션을 사용하여 그 답을 찾고자 했습니다. 연구진은 건강한 세 마리의 카뉴레이티드(cannulated, 관을 삽입한) 물소로부터 루멘 액을 채취하여 옥수수 사일리지, 옥수수 가루, 대두박이 포함된 표준 식단과 혼합했습니다. 이 혼합물에 다섯 가지 다른 버전의 거친 사료(roughage) 성분을 도입했습니다. 첫 번째 버전의 식단은 땅콩 줄기 건초만 포함되었습니다. 나머지 버전에서는 땅콩 건초를 25%씩 단계적으로 밀 껍질로 대체하여, 마지막 버전에는 땅콩 건초가 전혀 없고 오직 밀 껍질만 포함되도록 했습니다. 연구진은 이 혼합물들을 병에 밀봉하고 체온에서 3일 동안 발효시키며, 생성된 가스, 분해된 영양소, 그리고 액체 속에 서식하는 미생물 군집의 변화를 정밀하게 측정했습니다.
결과는 땅콩 건초가 밀 껍질로 대체됨에 따라 명확한 절충 관계가 나타남을 보여주었습니다. 밀 껍질의 비율이 높아질수록 미생물에 의해 생성되는 총 가스량은 감소했고, 식단의 단백질 분해 능력도 저하되었습니다. 이는 밀 껍질이 땅콩 건초보다 더 질기고 단백질 함량이 적기 때문에 타당한 결과입니다. 그러나 연구는 미생물이 섬유를 처리하는 방식에서 놀라운 이점을 발견했습니다. 단백질 소화는 느려졌지만, 중성 세제 불용성 섬유(NDF, 질긴 식물 구조 물질의 척도)의 분해는 밀 껍질이 포함되었을 때 오히려 개선되었습니다. 미생물들이 식단의 섬유질 부분을 다루는 데 더 효율적이 되었는데, 이는 아마도 밀 껍질이 특정 섬유 분해 박테리아를 자극하는 다른 종류의 도전을 제공했기 때문일 것입니다.
아마도 기후 변화에 기여하는 가스와 관련하여 가장 고무적인 발견은 밀 껍질이 식단을 대체했음에도 불구하고 메탄 생성이 증가하지 않았다는 점입니다. 사실, 밀 껍질 함량이 높은 그룹에서는 수소(미생물이 음식을 분해할 때 부산물로 생성하는 가스)의 양이 유의미하게 증가했습니다. 보통 미생물은 이 수소를 사용하여 메탄을 만들지만, 여기서는 수소가 다른 곳으로 전환된 것으로 보입니다. 데이터는 미생물 군집이 이 에너지를 사용하는 새로운 방법을 찾아냈음을 시사하며, 이는 아마도 동물의 장벽에 필수적인 에너지원인 지방산의 일종인 부티레이트(butyrate)를 더 많이 생성하는 방향일 것입니다. 이러한 변화는 미생물 군집이 온실가스 배출을 촉발하지 않으면서도 새로운 사료에 적응했음을 나타냅니다.
미생물의 세계를 더 깊이 파고들면서, 연구진은 박테리아 군집의 전체적인 다양성은 안정적으로 유지되었으나, 존재하는 박테리아의 구체적인 유형은 식단에 따라 변한다는 것을 관찰했습니다. 식단에 땅콩 건초만 포함되었을 때와 밀 껍질이 늘어남에 따라 미생물 구조가 변화하여, 밀 껍질이 적거나 없는 그룹과 많은 그룹의 두 가지 뚜렷한 집단으로 나뉘었습니다. 질긴 섬유를 분해하고 부티레이트를 생성하는 것으로 알려진 특정 박테리아들은 밀 껍질을 주로 섭취한 그룹에서 더 풍부해졌습니다. 이 미생물들은 개선된 섬유 소화와 메탄 생성 대신 수소를 재지향하는 핵심 역할을 하는 것으로 보입니다. 연구진은 또한 이 박테리아들의 유전적 기능을 조사하였으며, 영양분을 세포막 너로 이동시키거나 서로 신호를 보내는 것과 같은 그들의 핵심 기능은 일관되게 유지되었다는 것을 발견했습니다. 이는 미생물 군집이 식이 변화에도 불구하고 붕괴하지 않을 만큼 견고하다는 것을 보여줍니다.
연구진은 밀 껍질이 물소를 먹이기 위한 실행 가능하고 효과적인 대안이 될 수 있다고 결론지었으나, 구체적인 사용량에 대한 권고 사항을 제시했습니다. 실험실 환경에서는 식단 전체를 밀 껍질로 구성할 수 있었지만, 단백질 소화율의 저하는 실제 축산 현장에서 완전한 대체가 이상적이지 않을 수 있음을 시사합니다. 연구는 절충안을 제시합니다. 땅콩 건초의 최대 50%를 밀 껍질로 대체하는 것이 최적의 지점(sweet spot)으로 보입니다. 이 수준에서 농부들은 메탄 배출을 늘리거나 동물의 영양 상태를 해치지 않으면서도, 안정적인 발효를 유지하고, 섬유 소화를 개선하며, 유익한 지방산 생성을 높일 수 있습니다. 이 발견은 버려지는 농업 부산물을 활용하여 비용을 절감하고 환경 발자국을 줄이고자 하는 농부들에게 실질적인 길을 제시하며, 단순한 농업 부산물을 가축을 위한 지속 가능한 자원으로 탈바꿈시킵니다.
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