| Navigasjon: Hovedside / Institutter / Husdyr- og akvakulturvitenskap |
[Sidekart] [Kontakt] 
|
| Tekststørrelse. |
Hege Nordheim-Viken disputerte 20. juni 2008
Ane Gro Siri SkjelfjordFôrplanter dyrket på Vollebekk ved Ås og Holt ved Tromsø - hvordan påvirkes fordøyeligheten av to sorter timotei av temperatur, modningsgrad og daglengde?
Fibre degradation characteristics of timothy (Phleum pratense L.). Effects of maturity stage and climate on ruminal degradation, and prediction by near infrared reflectance spectroscopy
English language abstract
The total indigestible fibre (IaNDF) and the fractional degradation rate of the potential degradable fibre fraction (kdPaNDF) have been found to be the most sensitive factors affecting forage quality. Timothy (Phleum pratense L.) is the most widely grown grass species in Scandinavia, and different cultivars of timothy are adapted to the climate of different regions. The objectives of the present work were (1) to investigate the effect of maturity stage and seasonal variation on the content of neutral detergent fibre (aNDF), IaNDF and kdPaNDF in two cultivars of timothy (Paper I), (2) to study the effects of maturity stage, temperature and photoperiod on growth characteristics, nutritive value of the plant, and the content of IaNDF in timothy grown in controlled environment (Paper II), and (3) evaluate and calibrate the near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) system for predicting the content of IaNDF and kdPaNDF in temperate grasses and red clover (Paper III).
In Paper I, samples from a larger field experiment was utilized to study the effect of maturity stage at harvest on the content of aNDF, IaNDF and kdPaNDF in timothy (Phleum pratense L.). The cultivar Grindstad was grown at Vollebekk, Ås (59°N) and Engmo was grown at Holt, Tromsø (69°N). Also, annual variations in the fibre degradation characteristics were evaluated during three and two consecutive years at Vollebekk and Holt, respectively. To measure degradation characteristics, feed samples were incubated in rumen for 0 to 144 h. The 144 h incubation was used as a measurement of IaNDF. A positive curvilinear relationship was observed between aNDF content and maturity stage. The IaNDF content (g/kg aNDF and g/kg DM) increased (P<0.05) with maturity stage. At Vollebekk, the daily increase during spring growth was 2.2, 6.1 and 3.4 g IaNDF/kg DM in 1991, 1992 and 1993, respectively, and corresponding values during summer growth was 3.0, 1.2 and 2.6 g IaNDF/kg DM. At Holt, the content of IaNDF in summer growth was low and not affected (P<0.05) by maturity stage. The kdPaNDF decreased (P<0.05) with maturity stage. At Vollebekk, despite the same accumulated temperature sum (°Cd) at heading in spring growth, the IaNDF content differed (P<0.05) considerably between years, indicating interactions between temperature and other climatic factors like precipitation. It is concluded that the ruminal aNDF degradation characteristics are affected by maturity stage, and interactions with climatic factors such as temperature and water availability probably interact with maturity stage.
The aim of the experiment reported in Paper II was to investigate the direct and indirect effects of temperature and photoperiod on the content of aNDF and IaNDF in timothy harvested at three defined maturity stages, beginning of heading (BH), full heading (FH) and anthesis (AN). Two latitudinal cultivars of timothy, Engmo and Grindstad was evaluated, the same as used in Paper I. The experiment was performed as a factorial design with two temperature regimes (21/15 °C and 15/9 °C) and photoperiods (18h and 24h), which corresponds to the average temperature and photoperiod during the growing season at Vollebekk and Holt, respectively. Chemical analyses and ruminal in situ incubation for 288h were performed to determine IaNDF content in leaves and stems separately. The increase in IaNDF and acid detergent lignin (ADL) with maturity stage was caused both by increased IaNDF and ADL in stems and a decreased leaf:stem ratio (LSR). For other chemical components and growth characteristics, the effect of maturity stage was dependent on temperature. Plants grown at low temperature used longer time to reach the defined maturity stages, compared to the highest temperature regime. This explained the lower LSR, higher aNDF content and lower crude protein (CP) content in low temperature plants. The effect of temperature was often dependent on maturity stage. However, the content of IaNDF and ADL was only affected by maturity stage. The content of IaNDF and ADL increased by 70% and 35% respectively from BH to AN. Photoperiod affected growth characteristics, but showed minor effects on chemical composition and IaNDF. Due to the lower LSR, Engmo had higher IaNDF and ADL content than Grindstad. In this study a high positive correlation (0.93) between IaNDF and ADL was observed. It is concluded that interactions between temperature and maturity stage affect the growth and nutritive value of timothy. However, only maturity stage affected IaNDF and ADL content, and LSR.
The results observed in the green house study in Paper II imply that other factors than temperature are important for explaining the annual variation, and that other interactions than those included in Paper II may explain these effects. As suggested in Paper I, drought may be an important factor affecting growth and aNDF characteristics. The temperature fluctuations in the natural environments, and the timing of these fluctuations may influence plant growth. Moreover, high temperatures are often related to high light intensity which might have affected plant growth or chemical composition of plants, or both.
In paper III, available information of in situ degradation of NDF in plant samples of temperate grasses and red clover (n=382) were utilized to develop calibration equations for predicting IaNDF and kdPaNDF by NIRS. In situ residues of aNDF after 144h of ruminal incubation were assumed to represent IaNDF fraction. The aNDF content of the samples ranged from 266 to 703 g/kg DM, the aINDF ranged from 14 to 360 g/kg DM, and the kdPaNDF varied from 0.020 to 0.137/h. Spectral data was transformed to their second order derivates and a standard normal variate and detrending procedure was used. NIRS prediction were made by modified partial least square technique and prediction accuracy was tested after separating the samples into a validation (close to 70 samples) and a calibration dataset. Establishment of new NIRS calibrations and successive predictions of new validation samples were repeated four times. For IaNDF, the standard error of prediction corrected for bias (SEPC) was 17.7 g/kg DM, and the standard coefficient of determination in prediction (R2p) was 0.92, and the corresponding values for kdPaNDF were 0.012/h and 0.51. From this study it was concluded that the developed calibration equations had acceptable prediction of aINDF, and can be used for predicting aINDF for use in practical feed evaluation. The NIRS prediction of kdPaNDF was less accurate due to weaknesses with the reference method.
The main conclusion from this study is that increased maturity has large impact on forage quality by affecting the fibre characteristics in grasses. The effect of temperature on fibre characteristics was less clear. While the results from experiments in natural environment indicated an effect of temperature on fibre characteristics, the results from the green house study could not support these observations. Nevertheless, temperature seems to have a great effect on plant growth characteristics.
Key words / ISI database key words: indigestible NDF, maturity stage, NDF degradation, temperature, timothy, Phleum pratenseL., aNDF, indigestible aNDF, climate, leaf:stem ratio, photoperiod, indigestible fibre, INDF, NDF, NIRS
Address: Indre Namdal Regionråd, N-7870 Grong
Nedbrytningskarakteristikker av fiber i timotei (Phleum pratense L.). Effekt av utviklingsstadium og klima på nedbryting i vom, og prediksjon ved nær-infrarød refleksjons-spektroskopi
Norsk sammendrag
Undersøkelser har vist at den totalt ufordøyelige fraksjonen av fiber (IaNDF) og den fraksjonelle nedbrytningshastigheten av den potentielt fordøyelige fiberfraksjonen (kdPaNDF) er de mest sensitive variablene for grovfôrkvaliteten. Timotei er den mest brukte grasarten i Skandinavia, og ulike sorter er tilpasset klimaet i forskjellige regioner. Formålet med de utførte forsøkene var å (1) undersøke effekten av utviklingsstadium og årsvariasjon på innholdet av fiber (aNDF), IaNDF og kdPaNDF i to ulike sorter av timotei (Artikkel I), (2) å undersøke effektene av utviklingsstadium, temperatur og lysperiode på vekstkarakteristikker, kjemisk innhold og IaNDF i timotei under kontrollerte betingelser. (Artikkel II), og (3) evaluere og kalibrere nær-infrarød refleksjons-spektroskopi (NIRS) systemet for prediksjon av innhold av IaNDF and kdPaNDF i gras og rødkløver (Artikkel III)
I Artikkel I ble plantemateriale fra utførte feltforsøk utnyttet til å undersøke effekten av utviklingsstadium ved høsting på innholdet av aNDF, IaNDF og kdPaNDF i timotei (Phleum pratense L.). Timoteisortene Grindstad ble dyrket på Vollebekk, Ås (59°N), og Engmo ble dyrket på Holt, Tromsø (69°N). På Vollebekk, ble også årlige forskjeller i utvikling av IaNDF undersøkt. Nedbrytningskarakteristikker av NDF ble bestemt ved hjelp av in sacco metoden. Fôrprøver ble inkubert i vomma fra 0 til 144 timer. Rester fra 144 timers inkubasjon ble benyttet til å beregne IaNDF. For aNDF ble det funnet en positiv kurvlineær sammenheng med utviklingsstadium. Ufordøyelig aNDF (g/kg TS) økte med utviklingsstadium. På Vollebekk, var den daglige endringen i førsteslåtten henholdsvis 2.2, 6.1 og 3.4 g IaNDF/kg TS for 1991,1992 og 1993, og for andreslåtten var økningen på 3.0, 1.2 og 2.6 g IaNDF/kg TS. På Holt viste resultatene fra andreslått at innhold av IaNDF var lite påvirket (P<0.05) av utviklingsstadium. Gjennomgående ble kdPaNDF redusert (P<0.05) med økende utviklingsstadium. På Vollebekk varierte innhold av IaNDF mellom år, selv om antall døgngrader (°Cd) var lik. Dette tyder på samspill mellom temperatur og andre klimatiske faktorer som nedbørsmengde. Det ble konkludert at nedbrytningskarakteristikker av aNDF i vom er påvirket av utviklingsstadium ved høsting, og at klimatiske faktorer som temperatur og tilgjengelighet av vann påvirker effekten av utviklingsstadium.
Hensikten med forsøket som er rapportert i Artikkel II, var å undersøke direkte og indirekte effekter av temperatur og daglengde på innholdet av aNDF og IaNDF i timotei høstet ved tre ulike utviklingsstadier, begynnende skyting (BH), full skyting (FH) og ved blomstring (AN). I forsøket ble to ulike sorter av timotei benyttet, Engmo og Grindstad. De samme sortene ble benyttet i forsøket beskrevet i Artikkel I. Forsøket ble utført etter et faktoriellt design med to temperatur regimer (21/15 °C og 15/9 °C) og fotoperioder (18h og 24h), og de to ulike nivåene av temperatur og fotoperiode korresponderer med gjennomsnittlig nivå i vekstsesongen på henholdsvis Vollebekk og Holt. Kjemisk sammensetning og vomfordøyelighet etter 288 timers inkubasjon i vom ble undersøkt i blad og stengel hver for seg. Økningen i IaNDF og lignin (ADL) med utviklingsstadium var forårsaket både ved en økning i stengelmaterialet, men også på grunn av et redusert blad:stengel forhold (LSR) i hele planten. For kjemisk innhold og vekstkarakteristikker var effekten av utviklingsstadium avhengig av temperatur. Planter dyrket ved lav temperatur brukte lengre tid på å nå de definerte utviklingsstadiene sammenlignet med planter dyrket ved høy temperatur. Dette forklarte den lave LSR, det høge innholdet av aNDF, og det lave innholdet av råprotein (CP) i planter fra det lave temperatur regimet. I dette forsøket var det kun utviklingsstadium ved høsting som påvirket innholdet av IaNDF og ADL. Innholdet av IaNDF og ADL økte med henholdsvis 70% og 35% fra BH til AN. Fotoperiode påvirket vekstkarakteristikker, men hadde liten effekt på kjemisk sammensetning og IaNDF. På grunn av det lave LSR hadde Engmo høgere innhold av IaNDF og ADL enn Grindstad. I dette forsøket ble det funnet en positiv korrelasjon (0,93) mellom IaNDF and ADL. Det ble konkludert at effekten av utviklingsstadium på vekst og kjemisk sammensetning av timotei var påvirket av temperatur, bortsett fra for IaNDF, ADL og LSR hvor kun utviklingsstadium hadde innvirkning.
Resultatene fra veksthusforsøket i Artikkel II viser at det er andre faktorer enn temperatur som har betydning for den årlige variasjonen i IaNDF. Som antydet i Artikkel I, kan tørke være en faktor som påvirker vekst og nedbrytningskarakteristikker av aNDF. Temperatursvingninger i et naturlig klima, og tidspunktet for høg eller låg temperatur kan påvirke responsen i planten. Temperatur er også ofte relatert til høg lysstyrke, og dette kan også påvirke både vekst og kjemisk innhold i blad og stengler.
I Artikkel III, ble tilgjengelig informasjon fra in sacco nedbrytningskarakteristikker av NDF i gras og rødkløver (n=382) utnyttet for å utvikle kalibreringsligninger for å predikere IaNDF og kdPaNDF ved hjelp av NIRS. Nedbrytingsgrad av aNDF etter 144 timers inkubasjon ble benyttet som mål for IaNDF. Innholdet av aNDF i prøvene varierte fra 266 til 703 g/kg TS, innholdet av aINDF varierte fra 14 til 360 g/kg TS, og innhold av kdPaNDF varierte fra 0,020 til 0,137/h. Spektral data ble transformert til andre ordens derivater og en standard normal variat og detrending prosedyre ble utført. NIRS prediksjonen ble gjort ved hjelp av modifisert partiell minste kvadraters teknikk, og nøyaktigheten av prediksjon ble testet etter å ha delt datasettet i et valideringsdatasett (ca 70 prøver) og et kalibreringsdatasett. Etablering av nye NIRS kalibreringer og prediksjoner ble gjentatt fire ganger. For IaNDF, var standard feil for prediksjon korrigert for bias (SEPC) 17,7 g/kg TS, og standard koeffisient for bestemmelse i prediksjonen (R2p) var 0,92, og de korresponderende verdiene for kdPaNDF var 0,012/t og 0,51. Fra dette forsøket ble det konkludert at de utviklede kalibreringsligningene hadde en akseptabel prediksjon av aINDF, og kan bli brukt til å predikere IaNDF i praktisk fôrplanlegging. Prediksjon av kdPaNDF ved hjelp av NIRS var mindre nøyaktig mest sannsynlig på grunn av svakheter ved referansemetoden.
Hovedkonklusjonen fra dette studiet er at utviklingsstadium ved høsting har stor innflytelse på fôrkvaliteten på grunn av endringer i nedbrytningskarakteristikkene av fiber. Effekt av temperatur på nedbrytningskarakteristikkene var mindre klar. Mens resultatene fra feltforsøkene antydet en effekt av temperatur på nedbrytningskarakteristikkene av fiber, kunne en ikke i forsøk under kontrollerte betingelser påvise effekt av temperatur på fordøyelighet av fiber. Temperatur hadde likevel stor betydning for vekstfaktorer og utvikling av gras.
Nøkkelord til artikkelsøk: indigestible NDF, maturity stage, NDF degradation, temperature, timothy, Phleum pratenseL., aNDF, indigestible aNDF, climate, leaf:stem ratio, photoperiod, indigestible fibre, INDF, NDF, NIRS
Adresse: Indre Namdal Regionråd, 7870 Grong
Til toppen
Publisert: 20.04.08
Oppdatert: 29.06.09
Utskriftsvennlig versjon
Del med en venn:
Institutt for husdyr- og akvakulturvitenskap