DOI: https://doi.org/10.3389/fanim.2025.1739442
تاريخ النشر: 2026-01-16
المؤلف: Elizangela Domenis Marino وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية المجترات وعلم وظائف الهضم
نظرة عامة
تدرس هذه الدراسة آثار مكملات البوليفينول المستمدة من قصب السكر على التخمر في الكرش، وانبعاثات الميثان، ومعايير الدم، والميكروبيوم في الكباش الهولشتاين المرضعة. تم تقسيم ستة عشر بقرة إلى مجموعتين: مجموعة تحكم تتلقى دواءً وهميًا ومجموعة علاج تتلقى 50 مل/يوم من مستخلص البوليفينول المستخرج من قصب السكر. أظهرت النتائج أن مكملات البوليفينول زادت من تركيزات الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) من 58.44 إلى 66.44 ± 3.00 مليمول (P = 0.08) والنسبة المولية للبروبيونات من 18.13 إلى 18.89 ± 0.29 مليمول/100 مليمول (P = 0.08). كانت مستويات الجلوكوز في الدم مرتفعة بشكل ملحوظ في المجموعة التي تلقت المكملات، بينما ظلت انبعاثات الميثان دون تغيير. أظهرت التحليلات الميكروبية عدم وجود تغييرات ملحوظة في التنوع الألفا ولكنها أشارت إلى تحولات مرتبطة بالعلاج في التنوع البيتا، وخاصة زيادة الوفرة النسبية لـ Planctomycetota.
في الختام، أثرت مكملات البوليفينول المستمدة من قصب السكر بشكل إيجابي على التخمر في الكرش وبنية المجتمع الميكروبي دون التأثير على استقلاب النيتروجين في الأبقار الحلوب. تشير الزيادات الملحوظة في البروبيونات وجلوكوز الدم إلى تحسين كفاءة الطاقة، بينما يدعو عدم وجود تقليل في انبعاثات الميثان إلى مزيد من البحث لاستكشاف الظروف التي قد تخفف فيها هذه البوليفينولات من انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل فعال. بشكل عام، تؤكد هذه النتائج على إمكانية استخدام البوليفينولات كمضافات علفية وظيفية لتحسين وظيفة الكرش واستقلاب الحيوانات، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في بيئات الإنتاج التجارية.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للنظام البيئي الميكروبي في الكرش في الأبقار الحلوب، مع التأكيد على تأثيره على استخدام المغذيات، وكفاءة العلف، وإنتاج الحليب. تعمل عملية التخمر، التي تشمل مجموعة متنوعة من الكائنات الحية الدقيقة، على تحويل الكربوهيدرات والبروتينات الغذائية إلى مستقلبات مفيدة مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) والبروتين الميكروبي. ومع ذلك، يمكن أن تؤدي عدم الكفاءة في هذه العملية إلى فقدان الطاقة في شكل ميثان وتعرض الأبقار لاضطرابات استقلابية مثل الحموضة الكرشية تحت الحادة. وبالتالي، هناك اهتمام كبير بالاستراتيجيات التي يمكن أن تعزز التخمر في الكرش مع الحفاظ على هضم الألياف، خاصة من خلال استخدام المركبات النشطة بيولوجيًا المستمدة من النباتات مثل البوليفينولات.
أشارت الدراسات الحديثة إلى أن البوليفينولات، وخاصة تلك المستمدة من قصب السكر، يمكن أن تعدل بشكل إيجابي التخمر في الكرش عن طريق تغيير طرق التخلص من الهيدروجين، مما يزيد من إنتاج البروبيونات ويقلل من انبعاثات الميثان. على سبيل المثال، أظهرت مكملات البوليفينول المستمدة من قصب السكر أنها تقلل من انبعاثات الميثان وتحسن مقاييس النمو في مختلف الماشية، بما في ذلك الحملان والعجول. على الرغم من هذه النتائج الواعدة، لا تزال هناك نقص في التجارب المنضبطة التي تفحص بشكل خاص آثار البوليفينولات المستمدة من قصب السكر على الديناميات الميكروبية في الكرش وانبعاثات الميثان في الأبقار الحلوب. تهدف الدراسة الحالية إلى معالجة هذه الفجوة من خلال التحقيق في تأثير مكملات البوليفينول المستمدة من قصب السكر على انبعاثات الميثان، وخصائص التخمر في الكرش، والتنوع الميكروبي، ومستقلبات الدم، مع فرضية أن مثل هذه المكملات ستعزز إنتاج البروبيونات وتحسن الصحة الاستقلابية العامة دون التأثير على التنوع الميكروبي.
طرق البحث
في هذه الدراسة، تم اعتماد الطرق المستخدمة بشكل صارم من قبل لجنة أخلاقيات البحث على الحيوانات في معهد علوم الحيوان (رقم البروتوكول 361-2022). أجريت الدراسة في مركز أبحاث وتطوير الأبقار الحلوب في نوفا أوديسا، ساو باولو، البرازيل، واستمرت لمدة 6 أسابيع (42 يومًا) بعد فترة تكيف مدتها 15 يومًا. تضمنت الإعدادات التجريبية إيواء ستة عشر بقرة هولشتاين، كل منها بمتوسط إنتاج حليب يومي يبلغ 20 ± 1 لتر، و120 ± 21 يومًا في الحليب (DIM)، ووزن جسم يبلغ 550 ± 82 كجم، في حظيرة مشتركة مع ظل كافٍ وحوض أسمنتي مشترك، يوفر 0.70 م من المساحة الخطية لكل بقرة.
تم استخدام تصميم كتلة عشوائية كاملة، حيث كانت إنتاج الحليب وDIM معايير للحجب. داخل كل كتلة، تم تعيين الأبقار عشوائيًا إلى واحدة من مجموعتين علاجيتين: 1) مجموعة تحكم، تتلقى 50 مل/يوم من دواء وهمي (ماء)، أو 2) مجموعة بوليفينول، تتلقى 50 مل/يوم من مستخلص غني بالبوليفينول المستخرج من قصب السكر (Polygain™؛ The Product Makers Australia، Keysborough، أستراليا). كان الهدف من هذا التصميم تقييم آثار علاج البوليفينول على إنتاج الحليب وصحة الأبقار بشكل عام.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي أجريت. يسلط الضوء على النتائج المهمة التي تدعم الفرضيات أو أسئلة البحث المطروحة سابقًا في الدراسة. قد تشمل النتائج بيانات إحصائية، وتمثيلات رسومية، ومقارنات بين ظروف أو مجموعات تجريبية مختلفة، مما يوضح فعالية أو تأثير التدخلات أو المتغيرات المدروسة.
بالإضافة إلى ذلك، قد يوفر القسم رؤى حول العلاقات بين المتغيرات، مدعومة بنماذج رياضية أو معادلات حيثما كان ذلك مناسبًا. عادةً ما يتم وضع النتائج في سياق الأدبيات الموجودة، مع التأكيد على أهميتها ومساهمتها في المجال. بشكل عام، يخدم هذا القسم لتأكيد أهداف البحث ويضع الأساس لمزيد من المناقشة والتفسير في الأقسام اللاحقة.
المناقشة
يقيم قسم المناقشة في هذه الدراسة تأثير مكملات البوليفينول المستمدة من قصب السكر على التخمر في الكرش، وانبعاثات الميثان، ومستقلبات الدم، والمجتمع الميكروبي في الأبقار الهولشتاين المرضعة. تم إعطاء مستخلص البوليفينول، الذي يتميز بمجموعة متنوعة من المستقلبات بما في ذلك المركبات الفينولية، بجرعة 50 مل لكل بقرة يوميًا، مستندًا إلى دراسات سابقة على المجترات. أظهرت النتائج أن مكملات البوليفينول أدت إلى زيادة طفيفة في إجمالي الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة (SCFA) والنسبة المولية للبروبيونات، إلى جانب ارتفاع ملحوظ في مستويات الجلوكوز في البلازما، بينما ظلت انبعاثات الميثان دون تغيير. تشير هذه النتائج إلى أن البوليفينولات قد تعزز الغلوكوجين من خلال زيادة إنتاج البروبيونات دون تعطيل توازن التخمر العام.
تسلط الدراسة أيضًا الضوء على التحولات الكبيرة في المجتمع الميكروبي في الكرش، مع زيادات ملحوظة في وفرة Planctomycetota وانخفاض في البكتيريا غير المصنفة. بينما لم تختلف مقاييس التنوع الألفا بشكل كبير بين العلاجات، كشفت تحليلات التنوع البيتا عن تأثيرات العلاج والوقت، مما يشير إلى أن مكملات البوليفينول أثرت بشكل انتقائي على تركيب الميكروبات. إن غياب تغييرات ملحوظة في انبعاثات الميثان، على الرغم من التحولات الملحوظة في التخمر وبنية الميكروبات، يبرز تعقيد تأثيرات البوليفينول ويشير إلى أن فعالية مثل هذه المكملات قد تعتمد على عوامل مختلفة، بما في ذلك السياق الغذائي والجرعة. بشكل عام، تدعم النتائج إمكانية استخدام البوليفينولات المستمدة من قصب السكر كاستراتيجية غذائية لتعديل الأيض في الكرش وتحسين حالة الجلوكوز في الأبقار الحلوب، مع التأكيد أيضًا على الحاجة إلى مزيد من البحث لتوضيح دورها في تخفيف الميثان.
القيود
تسلط الأبحاث الضوء على إمكانية مكملات البوليفينول لتعديل الميكروبيوم في الكرش، مما يعزز إنتاج البروبيونات والغلوكوجين الكبدي، مما قد يؤدي إلى زيادات طفيفة في مستويات الجلوكوز في الدم. ومع ذلك، تشمل قيود الدراسة حجم العينة الصغيرة لاكتشاف الميثان واستخدام تسلسل 16S amplicon، مما يقيد الدقة التصنيف والتفسير الوظيفي. قد تتأثر عدم وجود تقليل في الميثان بعوامل غذائية، أو جرعة، أو قوة إحصائية غير كافية.
يجب أن تستخدم الأبحاث المستقبلية تقنيات الميتاجينوم أو الميتا ترانسكريبتوم لفهم أفضل للتحولات الوظيفية في المجتمعات الميكروبية، خاصة فيما يتعلق بالمسارات المتعلقة بتحويل السكسينات والبروبيونات، بالإضافة إلى الميثانوجينيسيس. بالإضافة إلى ذلك، يُوصى بفترات قياس أطول لانبعاثات الميثان وتجارب استجابة الجرعة لتحسين تعديل التخمر دون التأثير سلبًا على هضم الألياف. بشكل عام، تظهر البوليفينولات المستمدة من قصب السكر وعدًا كمضافات علفية طبيعية يمكن أن تعزز الكفاءة في الكرش وتدعم ممارسات تربية الماشية المستدامة، مما يستدعي مزيدًا من التحقيق في آثارها طويلة الأمد والاستخدام الأمثل في التطبيقات التجارية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fanim.2025.1739442
Publication Date: 2026-01-16
Author(s): Elizangela Domenis Marino et al.
Primary Topic: Ruminant Nutrition and Digestive Physiology
Overview
This study investigates the effects of sugarcane-derived polyphenol supplementation on ruminal fermentation, methane emissions, blood parameters, and the ruminal microbiome in lactating Holstein cows. Sixteen cows were divided into two groups: a control group receiving a placebo and a treatment group receiving 50 mL/d of sugarcane polyphenol extract. Results indicated that polyphenol supplementation increased total short-chain fatty acid (SCFA) concentrations from 58.44 to 66.44 ± 3.00 mM (P = 0.08) and the molar proportion of propionate from 18.13 to 18.89 ± 0.29 mM/100 mM (P = 0.08). Blood glucose levels were significantly elevated in the supplemented group, while methane emissions remained unchanged. Microbial analysis showed no significant changes in alpha diversity but indicated treatment-related shifts in beta diversity, particularly an increased relative abundance of Planctomycetota.
In conclusion, the supplementation of sugarcane-derived polyphenols positively influenced ruminal fermentation and microbial community structure without compromising nitrogen metabolism in dairy cows. The observed increases in propionate and blood glucose suggest enhanced energy efficiency, while the lack of reduction in methane emissions calls for further research to explore the conditions under which these polyphenols may effectively mitigate greenhouse gas emissions. Overall, these findings underscore the potential of polyphenols as functional feed additives to improve rumen function and animal metabolism, meriting further investigation in commercial production settings.
Introduction
The introduction highlights the critical role of the rumen microbial ecosystem in dairy cows, emphasizing its influence on nutrient utilization, feed efficiency, and milk production. The fermentation process, involving various microorganisms, converts dietary carbohydrates and proteins into beneficial metabolites such as short-chain fatty acids (SCFA) and microbial protein. However, inefficiencies in this process can lead to energy losses in the form of methane and predispose cows to metabolic disorders like subacute ruminal acidosis. Consequently, there is significant interest in strategies that can enhance rumen fermentation while maintaining fiber digestion, particularly through the use of plant-derived bioactive compounds like polyphenols.
Recent studies have indicated that polyphenols, especially those derived from sugarcane, can positively modulate rumen fermentation by altering hydrogen disposal routes, thereby increasing propionate production and reducing methane emissions. For instance, sugarcane polyphenol supplementation has been shown to reduce methane emissions and improve growth metrics in various livestock, including lambs and calves. Despite these promising findings, there remains a lack of controlled trials specifically examining the effects of sugarcane polyphenols on ruminal microbial dynamics and methane emissions in lactating dairy cows. The current study aims to address this gap by investigating the impact of sugarcane polyphenol supplementation on methane emissions, ruminal fermentation characteristics, microbial diversity, and blood metabolites, with the hypothesis that such supplementation will enhance propionate production and improve overall metabolic health without compromising microbial diversity.
Methods
In this study, the methods employed were rigorously approved by the Animal Research Ethics Committee of the Animal Science Institute (protocol no. 361-2022). Conducted at the Dairy Cattle Research and Development Center in Nova Odessa, São Paulo, Brazil, the research spanned 6 weeks (42 days) following a 15-day adaptation period. The experimental setup involved housing sixteen Holstein cows, each with an average daily milk yield of 20 ± 1 L, 120 ± 21 days in milk (DIM), and a body weight of 550 ± 82 kg, in a shared paddock with adequate shade and a communal cement trough, providing 0.70 m of linear space per cow.
A randomized complete block design was utilized, with milk production and DIM serving as blocking criteria. Within each block, cows were randomly assigned to one of two treatment groups: 1) Control, receiving 50 mL/d of a placebo (water), or 2) Polyphenol, receiving 50 mL/d of a sugarcane-derived polyphenol-rich extract (Polygain™; The Product Makers Australia, Keysborough, Australia). This design aimed to evaluate the effects of the polyphenol treatment on milk production and overall cow health.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It highlights the significant outcomes that support the hypotheses or research questions posed earlier in the study. The results may include statistical data, graphical representations, and comparisons between different experimental conditions or groups, demonstrating the effectiveness or impact of the interventions or variables studied.
Additionally, the section may provide insights into the relationships between the variables, supported by mathematical models or equations where applicable. The findings are typically contextualized within the framework of existing literature, emphasizing their relevance and contribution to the field. Overall, this section serves to validate the research objectives and lays the groundwork for further discussion and interpretation in subsequent sections.
Discussion
The discussion section of this study evaluates the impact of sugarcane-derived polyphenol supplementation on ruminal fermentation, methane emissions, blood metabolites, and the microbial community in lactating Holstein cows. The polyphenol extract, characterized by a diverse array of metabolites including phenolic compounds, was administered at a dose of 50 mL per cow per day, informed by prior ruminant studies. Results indicated that polyphenol supplementation led to a modest increase in total short-chain fatty acids (SCFA) and the molar proportion of propionate, alongside a significant rise in plasma glucose levels, while methane emissions remained unchanged. These findings suggest that polyphenols may enhance gluconeogenesis through increased propionate production without disrupting overall fermentation balance.
The study also highlights significant shifts in the ruminal microbial community, with notable increases in the abundance of Planctomycetota and a decrease in unclassified bacteria. While alpha diversity metrics did not differ significantly between treatments, beta diversity analyses revealed treatment and time effects, indicating that polyphenol supplementation selectively influenced microbial composition. The absence of significant changes in methane emissions, despite the observed shifts in fermentation and microbial structure, underscores the complexity of polyphenol effects and suggests that the efficacy of such supplements may depend on various factors, including dietary context and dosage. Overall, the results support the potential of sugarcane-derived polyphenols as a dietary strategy to modulate ruminal metabolism and improve glucose status in dairy cows, while also emphasizing the need for further research to clarify their role in methane mitigation.
Limitations
The research highlights the potential of polyphenol supplementation to modulate the rumen microbiome, enhancing propionate production and hepatic gluconeogenesis, which may lead to modest increases in blood glucose levels. However, the study’s limitations include a small sample size for methane detection and the use of 16S amplicon sequencing, which restricts taxonomic resolution and functional inference. The observed lack of methane reduction may be influenced by dietary factors, dosage, or insufficient statistical power.
Future research should employ metagenomic or metatranscriptomic techniques to better understand functional shifts in microbial communities, particularly concerning pathways related to succinate and propionate conversion, as well as methanogenesis. Additionally, longer measurement periods for methane emissions and dose-response trials are recommended to optimize fermentation modulation without negatively impacting fiber digestion. Overall, sugarcane-derived polyphenols show promise as natural feed additives that could enhance ruminal efficiency and support sustainable livestock practices, necessitating further investigation into their long-term effects and optimal usage in commercial applications.