اثر سطوح مختلف پرتوتابی الکترون روی فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری الیاف نامحلول در شوینده اسیدی، توزیع اندازه ذرات و فراوانی نسبی باکتری‌های فیبرولیتیک در الیاف کاه گندم، کاه جو و باگاس نیشکر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه علوم دامی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قائمشهر.

2 دانشیار، پژوهشکده کشاورزی هسته ای، پژوهشگاه علوم و فنون هسته ای سازمان انرژی اتمی ایران

چکیده

سابقه و هدف: مواد خشبی اغلب به دلیل دارا بودن ترکیبات دیواره‌ سلولی (سلولز، همی‌سلولز و لیگنین) قابلیت هضم کمی دارند و این مسئله سبب ماندگاری بیشتر مواد خوراکی در شکمبه، کاهش مصرف خوراک، کاهش قابلیت هضم و کاهش تولید در نشخوار کنندگان است. به همین دلیل محققان به‌دنبال یافتن راهی برای افزایش قابلیت هضم و تجزیه‌پذیری مواد خشبی در شکمبه بوده‌اند. در چند دهه اخیر استفاده از پرتوتابی الکترونی در پژوهش‌های تغذیه دام مورد توجه قرار گرفته است. در مطالعات مختلف بهبود فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری و افزایش اتصال باکتری‌ها به ذرات الیاف مواد خوراکی در اثر به‌کارگیری روش‌های پرتوتابی الکترونی به اثبات رسیده است. انجام این تحقیق که افق تازه‌ای از کاربرد این صنعت را در پژوهش‌های تغذیه دام مورد بررسی قرار داده و می‌تواند سرآغازی برای تحقیقات بیشتر در این زمینه باشد. لذا هدف از این مطالعه بررسی اثر اثر سطوح مختلف پرتوتابی الکترون روی فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری الیاف نامحلول در شوینده اسیدی، توزیع اندازه ذرات و فراوانی نسبی باکتری‌های فیبرولیتیک در الیاف کاه گندم، کاه جو و باگاس نیشکر بود.
مواد و روش‌ها: برای تعیین فرسنجه‌های تجزیه‌پذیری از تعداد 3 رأس گوسفند نژاد شال فیستولاگذاری شده با میانگین وزن حدود 59 کیلو‌گرم و با میانگین سنی تقریباً 12 ماه استفاده شد. گوسفندان در جایگاهی مسقف و نیمه باز، داخل قفس متابولیکی با جیره‌ای کمی بیش از سطح نگهداری، قرار داشتند. پرتوتابی الکترون روی مواد خوراکی در مرکز پرتوفرآیند یزد با دزهای 250 و 500 کیلوگری انجام شد. پرتوتابی با استفاده از شتاب‌دهنده الکترون مدل TT 200 با انرژی ثابت 10 مگا الکترون ولت و با خطای حداکثر 10 درصد انجام شد. برای بررسی اثرات پرتوتابی الکترون بر اندازه ذرات، توزیع اندازه ذرات با استفاده از الک‌های جداکننده ذرات تعیین شد. بدین منظور از سیستم پنسیلوانیا دارای 3 الک با اندازه قطر منافذ 19، 8 و 18/1 میلی‌متر استفاده شد. برای تعیین چسبیدن باکتری‌های شکمبه به ذرات خشبی از روش کیسه‌های نایلونی و دو روش مولکولی و ایزوتوپی استفاده شد. برای این منظور از 3 رأس گوسفند مجهز به فیستولای شکمبه‌ای استفاده شد. برای مشاهده وضعیت دیواره سلولی مواد خشبی، از میکروسکوپ الکترونی نگاره مدل LEO44Oi ساخت کشور انگلستان استفاده شد. برای این منظور از هر نمونه مواد خوراکی با سه دز مختلف (صفر، 250 و 500 کیلوگری) و با بزرگنمایی X 800 تصویربرداری شد.
یافته‌ها: نتایج اثر پرتوتابی الکترون روی فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری الیاف نامحلول در شوینده اسیدی کاه گندم، کاه جو و باگاس نیشکر نشان داد که در بخش‌های سریع‌تجزیه، کندتجزیه، ثابت نرخ تجزیه و تجزیه‌پذیری مؤثر با سرعت‌های عبور مختلف، تفاوت معنی‌داری بین تیمارهای آزمایشی وجود دارد (05/0>P). پرتوتابی در کاه گندم و کاه جو در سطوح 250 و 500 کیلوگری نسبت به گروه شاهد، سبب افزایش معنی‌داری فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری شد. همچنین پرتوتابی در باگاس نیشکر در سطح 500 کیلوگری نسبت به سایر تیمارها، سبب افزایش معنی‌داری فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری در بخش‌های کندتجزیه و تجزیه‌پذیری مؤثر با سرعت‌های عبور مختلف شد. نتایج اثر پرتوتابی الکترون روی توزیع اندازه ذرات نشان داد که تفاوت معنی‌داری بین تیمارهای آزمایشی وجود نداشت. نتایج اثر پرتوتابی الکترون روی فراوانی نسبی باکتری‌های فیبرولیتیک مایع شکمبه نشان داد که تفاوت معنی‌داری در فراونی نسبی باکتری‌های رومینوکوکوس فلاوفسینس و فیبروباکتر سوکسینوژنز بین تیمارهای آزمایشی وجود دارد (05/0>P). با افزایش سطح پرتوتابی تا 500 کیلوگری، افزایش فراوانی نسبی باکتری‌های رومینوکوکوس فلاوفسینس و فیبروباکتر سوکسینوژنز در برخی تکرارهای آزمایش مشاهده شد که نسبت به گروه شاهد به‌طور معنی‌داری بالاتر بود. ت
نتیجه‌گیری: نتیجه کلی تحقیق حاضر نشان داد که پرتوتابی در سطوح 500 کیلوگری، سبب افزایش معنی‌داری فراسنجه‌های تجزیه‌پذیری الیاف نامحلول در شوینده اسیدی، فراوانی نسبی باکتری‌های رومینوکوکوس فلاوفسینس و فیبروباکتر سوکسینوژنز و نیز تخریب ساختار دیواره سلولی الیاف خام در مواد خوراکی مورد آزمایش شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The effect of different levels of electron irradiation on the parameters of degradability of insoluble fibers in acid detergent, particle size distribution and relative abundance of fibrolytic bacteria in wheat straw, barley straw and sugarcane bagas

نویسندگان [English]

  • Mohsen Hajipour 1
  • Parvin Shawrang 2
1 Assistant Professor, Department of Animal Science, Islamic Azad University, Qaimshahr Branch,.
2 Associate Professor, Nuclear Agriculture Research Institute, Nuclear Science and Technology Research Institute of Iran Atomic Energy Organization
چکیده [English]

Background and objectives: Fiber materials often have little digestibility due to the presence of cell wall compounds (cellulose, hemicellulose and lignin) and this problem is the reason for longer shelf life of edible materials in the rumen, reducing feed consumption, reducing digestibility and reducing production in ruminants. For this reason, studies have sought to find a way to increase the digestibility and decomposability of fiber materials in the rumen. In various studies, it has been proven to improve the parameters of degradability and increase the attachment of bacteria to fiber particles of materials due to the use of electron beam methods. Conducting this research, a new horizon of the application of this industry in animal nutrition study, and can be a starting point for further study in this field. Therefore, the aim of this study was to investigate the effect of different levels of electron irradiation on the parameters of degradability of insoluble fibers in acid detergent, particle size distribution and relative abundance of fibrolytic bacteria in wheat straw, barley straw and sugarcane bagasse fibers.
Materials and methods: To perform this study, 3 fistulad Shall breed sheep with an mean weight of about 59 kg and an mean age of about 12 months were used to determine the parameters of decomposition. The sheep were housed in a covered and semi-open place, inside a metabolic cage with a ration slightly more than the maintenance level. Electron irradiation was performed on food items at Yazd radiation center with doses of 250 and 500 kgy. Irradiation was carried out using a TT 200 model electron accelerator with a constant energy of 10 megaelectron volts and with a maximum error of 10%.
For this purpose, 3 sheep equipped with rumen fistula were used. To observe the condition of the cell wall of wooden materials, the LEO44Oi model electron microscope made in England was used. For this purpose, each food sample was photographed with three different doses (0, 250 and 500 kg) and with X800 magnification.
Results: The results of the effect of electron radiation on the parameters of the degradability of ADF of wheat straw, barley straw and sugarcane bagasse showed that there is a significant difference between the experimental treatments in the sections of rapidly degraded fraction, slowly degraded fraction, constant rate of degradation and effective degradability with different passage rate (P<0.05). Irradiation in wheat straw and barley straw at the levels of 250 and 500 kGy compared to the control group caused a significant increase in degradability parameters. Also, irradiation in sugarcane bagasse at the level of 500 kgy compared to other treatments caused a significant increase in degradability parameters in slowly degraded fraction and effective degradability with different passage rate. The results of the effect of electron irradiation on the relative frequency of ruminal fluid fibrolytic bacteria showed that there is a significant difference in the relative frequency of Ruminococcus flavofcins and Fibrobacter succinogenes between experimental treatments (P<0.05). By increasing the radiation level up to 500 kGy, an increase in the relative frequency of Ruminococcus flavofcins and Fibrobacter succinogenes bacteria was observed in some repetitions of the experiment, which was significantly higher than the control group. Scanning electron microscope images with different doses showed that by increasing the level of radiation up to 500 kGy, a significant increase in the creation of holes and surface fractures of the fibers was observed (P<0.05).
Conclusion: The general result of the current study showed that radiation at 500 kGy levels caused a significant increase in the parameters of degradability of ADF, relative abundance of Ruminococcus flavofcins and Fibrobacter succinogenes bacteria,

کلیدواژه‌ها [English]

  • Fibrolytic bacteria
  • Degradability
  • Particle size distribution
  • Electron microscopy

مراجع

 Abd El-Aziz, N.A., Salem, A.Z.M., El-Adawy, M.M., Camacho, L.M., Kholif, A.E., Elghandour, M. M.Y. & Borhami, B.E. (2014). Biological treatments and feeding sugarcane bagasse in agriculture. Animals Journal of Integrative Agriculture, 3119 (14): 60829-60836.
Alberti, A., Bertini, S., Gastaldi, G., Iannaccone, N., Macciantelli, D., Torri, G. & Vismara, E. (2005). Electron beam irradiated textile cellulose fibers: ESR studies and derivatisation with glycidyl methacrylate (GMA). European Polymer Journal, 41(8): 1787-1797.
Allen, M.S. (1997). Relationship between fermentation acid production in the rumen and the requirement for physically effective fiber. Journal of Dairy Science, 80 (7): 1447-1462.
Al-Masri, M.R. (2005). Nutritive value of some agricultural wastes as affected by relatively low gamma irradiation levels and chemical treatments. Bioresource Technology, 96 (15): 1737-1741.
ASAE. Standard. (1998). Method of determining and expressing particle size of chopped forage material by screening. St. Joseph. MI: ASAE.
Aslaniyan, A., Ghanbari, F., Kouhsar, J. B. & Shahraki, B.K. (2023). Comparing the effects of gamma ray and alkaline treatments of sodium hydroxide and calcium oxide on chemical composition, ruminal degradation kinetics and crystallinity degree of soybean straw. Applied Radiation and Isotopes, 191: 110524.
Bak, J.S. (2014). Electron beam irradiation enhances the digestibility and fermentation yield of water-soaked lignocellulosic biomass. Biotechnology Reports, 4, 30-33.
Blümmel, M., Steingaβ, H. Becker, K. (1997). The relationship between in vitro gas production, in vitro microbial biomass yield and 15N incorporation and its implications for the prediction of voluntary feed intake of roughages. British Journal of Nutrition, 77(6): 911-921.
Bouchard, J., Methot, M. & Jordan, B. (2006). The effects of ionizing radiation on the cellulose of woodfree paper. Cellulose, 13: 601-610.
Cardoza, R.C. (1985). Threshold size and factors affecting fecal particle weight distribution (Doctoral dissertation, University of Georgia).
Choi, J.I., Kim, J.K., Srinivasan, P., Kim, J.H., Park, H.J., Byun, M.W. & Lee, J.W. (2009). Comparison of gamma ray and electron beam irradiation on extraction yield, morphological and antioxidant properties of polysaccharides from tamarind seed. Radiation Physics and Chemistry, 78(7-8): 605-609.
Duncan, D.B. (1955). Multiple range and multiple F tests. Biometrics, 1: 1-42. ‏
El Faki, H.A., Desikachar, H.S.R., Tareen, J.A.K. & Tharanathan, R.N. (1983). Scanning electron microscopy of in vivo and in vitro digested starch granules of chick pea, cow pea and horse gram. Lebensmittel Wissenschaft und Technologie, 17 (5): 276-281.
Fazaeli, H. (2009). Optimum use of agricultural wastes in livestock feed. Fourth National Conference on Agricultural Waste Dissertation, Tarbiat Modares University, 198-201 (In Persian).
Gandi, J., Holtzapple, M.T., Ferrer, A., Byers, F.M., Turner, N.D., Nagwani, M. & Chang, S. (1997). Lime treatment of agricultural residues to improve rumen digestibility. Animal Feed Science and Technology, 68(3-4): 195-211.
Gholi Valikolaei, D., Halajian, M.T., Shorang, P. & Bakhshi Khanaki, G.H. (2012). Evaluating the effect of electron irradiation on the binding time of fibrolytic bacteria in the rumen using polymerase chain reaction. Payam Noor University of Tehran Province, Faculty of Basic Sciences, Master's Degree (In Persian).
Golchin Gelehdoon, S., Teimouri Yansari, A. & Khalvati, L. (2013). The effects of alfalfa particle size and Canola meal treated with hydrochloric acid on physically effectiveness, intake, digestibility and chewing behavior in Zell sheep. Journal of Ruminant Research, 2: 18-39 (In Persian).
Han, G., Zhang, C., Zhang, D., Umemura, K. & Kawai, S. (1998). Upgrading of urea formaldehyde-bonded reed and wheat straw particleboards using silane coupling agents. Journal of Wood Science, 44: 282-286.
Kononoff, P.J. (2002). The effect of ration particle size on dairy cows in early lactation. The Pennsylvania State University.
Latham, M.J., Brooker, B.E., Pettipher, G.L. & Harris, P.J. (1978). Ruminococcus flavefaciens cell coat and adhesion to cotton cellulose and to cell walls in leaves of perennial ryegrass (Lolium perenne). Applied and Environmental Microbiology, 35(1):156-165.
Leonhardt, J.W., Baer, M., Huebner, G., Hennig, A. & Nehring, K. (1983). Gamma and electron radiation effects on straw. Radiation Physics and Chemistry, 21(4): 397-400.
Mulvaney, R.L., Fohringer, C.L., Bojan, V.J., Michlik, M.M. & Herzog, L.F. (1990). A commercial system for automated nitrogen isotope‐ratio analysis by the Rittenberg technique. Review of Scientific Instruments, 61 (2): 897-903.
Naserian AA. (1996). Effect of dietary fat supplementation on food digestion & milk protein production by lactating cows and goats. Thesis (PhD), University of Queensland. AU.
Ørskov, E.R. & McDonald, I. (1979). The estimation of protein degradability in the rumen from incubation measurements weighted according to rate of passage. The Journal of Agricultural Science, 92 (2): 499-503.
Ørskov, E. R. (1991). Manipulation of fibre digestion in the rumen. Proceedings of the Nutrition Society, 50 (2), 187-196.
Pritchard, G.I., Pigden, W.J. & Minson, D.J. (1962). Effect of gamma radiation on the utilization of wheat straw by rumen microorganisms. Canadian Journal of Animal Science, 42 (2): 215-217.
Rouzbehan, Y., Fazaeli, H. & Kiani, A. (2001). The chemical composition and digestibility of wheat straw treated with urea and white rot fungi. In Proceedings of the British Society of Animal Science (Vol. 2001, pp. 123-123). Cambridge University Press.
SAS. (2001). Statistical Analysis System User's Guide: Statistics. SAS Institute, Cary, NC.
Salman, F.M., Salama, R., Khattab, A.E., Soliman, S.M. & El-Nomeary, Y.A. (2011). Chemical, biological and biochemical treatments to improve the nutritive values of sugarcane bagasse (SCB): 1-Chemical composition, scanning electron microscopy, in vitro evaluation, nutrients digestibility and nitrogen utilization of untreated or treated SCB. Life Science Journal - Acta Zhengzhou University Overseas Edition, 8(4): 351-363.
Sadeghi, A.A. & Shawrang, P. (2008). Effects of microwave irradiation on ruminal dry matter, protein and starch degradation characteristics of barley grain. Animal Feed Science and Technology, 141(1-2): 184-194.
Shahbazi, H.R., Sadeghi, A.A., Fazaeli, H., Raisali, G., Chamani, M. & Shawrang, P. (2008). Effects of electron beam irradiation on ruminal NDF and ADF degradation characteristics of barley straw. Journal of Animal and Veterinary Advances, 7(4): 464-468.
Shaikhayev, G.O. (1995). Extraction of DNA from the whole blood by silica gel. Gene Biology, Moscow. ‏
Shawrang, P., Majdabadi, A. & Sadeghi, A.A. (2012). Changes in cell wall compositions and degradation kinetics of electron beam-irradiated sugarcane bagasse. Turkish Journal of Veterinary and Animal Sciences, 36(5): 527-532.
Shi, Y., Odt, C.L. & Weimer, P.J. (1997). Competition for cellulose among three predominant ruminal cellulolytic bacteria under substrate-excess and substrate-limited conditions. Applied and Environmental Microbiology, 63(2): 734-742.
Tajima, K., Aminov, R.I., Nagamine, T., Matsui, H., Nakamura, M. & Benno, Y. (2001). Diet-dependent shifts in the bacterial population of the rumen revealed with real-time PCR. Applied and Environmental Microbiology, 67(6), 2766-2774. ‏
Takacs, E., Wojnarovits, L., Földváry, C., Hargittai, P., Borsa, J. & Sajo, I. (2000). Effect of combined gamma-irradiation and alkali treatment on cotton–cellulose. Radiation Physics and Chemistry, 57(3-6): 399-403.
Tabatabaie, N., Fathi Nasri, M.H., Farhangfar, H. & Riasi, A. (2015). Nutritional value determination of beam irradiated barley straw. Journal of Livestock Research, 4(2): 9-17.
Wang, R.F., Cao, W.W. & Cerniglia, C.E. (1996). PCR detection and quantitation of predominant anaerobic bacteria in human and animal fecal samples. Applied and Environmental Nicrobiology, 62(4), 1242-1247. ‏
Wang, Y., Ramirez-Bribiesca, J.E., Yanke, L.J., Tsang, A. & McAllister, T.A. (2012). Effect of exogenous fibrolytic enzyme application on the microbial attachment and digestion of barley straw in vitro. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 25(1): 66.
Wasikiewicz, J.M., Yoshii, F., Nagasawa, N., Wach, R.A. & Mitomo, H. (2005). Degradation of chitosan and sodium alginate by gamma radiation, sonochemical and ultraviolet methods. Radiation Physics and Chemistry, 73(5): 287-295.
Wu, X., Chen, L., He, W., Qi, H., Zhang, Y., Zhou, Y. & Wang, K. (2020). Characterize the physicochemical structure and enzymatic efficiency of agricultural residues exposed to γ-irradiation pretreatment. Industrial Crops and Products, 150: 112228.
Yang, L., Cao, J., Jin, Y., Chang, H.M., Jameel, H., Phillips, R. & Li, Z. (2012). Effects of sodium carbonate pretreatment on the chemical compositions and enzymatic saccharification of rice straw. Bioresource Technology, 124: 283-291.
Yang, W.Z. & Beauchemin, K.A. (2006). Effects of physically effective fiber on chewing activity and ruminal pH of dairy cows fed diets based on barley silage. Journal of Dairy Science, 89(1): 217-228.
Zheng, Q., Zhou, T., Wang, Y., Cao, X., Wu, S., Zhao, M. & Guan, X. (2018). Pretreatment of wheat straw leads to structural changes and improved enzymatic hydrolysis. Scientific Reports, 8(1): 1321-1329.
نشریه پژوهش‌ در نشخوار کنندگان
دوره 12، شماره 4
دی 1403
صفحه 1-18

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار