DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-03781-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39920581
تاريخ النشر: 2025-02-07
المؤلف: Muhammad Tahir وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغذية المجترات وعلم وظائف الهضم
نظرة عامة
تبحث الدراسة في تأثير مضاف بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) على الاستقرار الهوائي للسيلاج المختلط المكون من Sesbania cannabina والذرة (SC). تسلط الدراسة الضوء على أن التأخير الاستراتيجي في التدهور الهوائي، جنبًا إلى جنب مع التخمر الفعال، يمكن أن يعزز من استخدام السيلاج الغني بالبروتين من قبل المجترات. تم العثور على أن مضاف LAB، الذي يتكون من *Lactobacillus plantarum*، *Lactobacillus farciminis*، *Lactobacillus buchneri*، و*Lactobacillus hilgardii* بتركيز قدره $10^6$ CFU/g وزن طازج، قد ساهم في تنويع المجتمع الميكروبي، مما أدى إلى هيمنة *Lactobacillus hilgardii* و*Lactobacillus buchneri*، مع تقليل وجود الفطر المسبب للتلف *Kazachstania humilis*.
أشارت النتائج إلى أن السيلاج المختلط المعالج بـ LAB أظهر مستويات أعلى من حمض الأسيتيك وأعداد أقل من الخمائر، مما ساهم في تحسين الاستقرار الهوائي. ومع ذلك، أظهرت السيلاجات التي تحتوي على نسبة أعلى من الذرة تدهورًا سريعًا عند تعرضها للهواء. تختتم الدراسة بأن التلقيح بـ LAB لا يعزز فقط إنتاج حمض الأسيتيك بعد التخزين، بل يخفف أيضًا من الآثار السلبية للميكروبات المسببة للتلف، مما يعزز بيئة ميكروبية أكثر استقرارًا. على وجه الخصوص، أظهر السيلاج المختلط S7C3 الملقح بـ LAB ظروفًا مواتية أثناء التخزين وتحسنًا في الاستقرار الهوائي عند تعرضه للهواء، مما يشير إلى إمكانيته للاستخدام الأفضل في أنظمة تغذية المجترات.
مقدمة
تسلط المقدمة الضوء على الدور الحاسم للبروتين في علف الماشية، مشددة على الحاجة إلى مصادر بروتين بديلة بسبب ارتفاع التكاليف ومشكلات توفر الخيارات التقليدية مثل وجبة فول الصويا. تعتبر Sesbania cannabina، وهي بقوليات مقاومة قادرة على الازدهار في التربة المالحة القلوية، بديلًا واعدًا بسبب إنتاجها العالي من الكتلة الحيوية. ومع ذلك، فإن محتواها المنخفض من الكربوهيدرات القابلة للذوبان في الماء (WSC) وسعتها العالية للتخزين تعيق التخمر الفعال للسيلاج. يُقترح التخزين المشترك لـ Sesbania مع الذرة، التي تحتوي على مستويات أعلى من WSC، كحل محتمل، ومع ذلك، لا تزال هناك مخاوف بشأن الاستقرار الهوائي لمثل هذه السيلاجات المختلطة، خاصة في البيئات المهيئة للتلف.
تناقش هذه الفقرة أيضًا دور بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) كمحافظات طبيعية يمكن أن تعزز جودة السيلاج من خلال تثبيط نمو الفطريات وإنتاج السموم الفطرية. يُلاحظ أن تلقيح LAB المركب يحسن من ملفات التخمر والاستقرار الهوائي مقارنةً بالتلقيح بسلالة واحدة. على الرغم من الأبحاث الحالية حول فوائد LAB لتخمر السيلاج، هناك فجوة في فهم الاستقرار الهوائي للسيلاج المختلط من Sesbania والذرة. تهدف الدراسة إلى معالجة ذلك من خلال استخدام تقنيات القياس المطلق لتحليل المجتمعات الميكروبية، مع فرضية أن إضافة الذرة قد تعزز جودة التخمر مع زيادة خطر التلف. تُعتبر هذه الأبحاث ضرورية لتحسين استخدام السيلاج الغني بالبروتين في استراتيجيات تغذية المجترات.
طرق
في هذه الدراسة، أعد الباحثون السيلاج من Sesbania cannabina والذرة، التي تم جمعها من معهد التطوير الجيني في بكين، الصين، في 30 أغسطس 2022. تم تقطيع الأعلاف إلى حجم جزيئي يتراوح بين 1 إلى 2.0 سم ومزجها بنسب متفاوتة: 10:0 (S10)، 9:1 (S9C1)، 7:3 (S7C3)، و5:5 (S5C5). تم إنشاء مجموعتين تجريبيتين: مجموعة تحكم (CK) تم علاجها بالماء المعقم ومجموعة تم تلقيحها بمركب من بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB)، بما في ذلك سلالات من *Lactiplantibacillus plantarum*، *Companilactobacillus farciminis*، *Lentilactobacillus buchneri*، و*Lentilactobacillus hilgardii*. تم زراعة سلالات LAB بشكل لا هوائي وتطبيقها على الأعلاف بتركيز قدره \(10^6\) CFU/g وزن طازج، بينما تلقت مجموعة التحكم حجمًا متساويًا من الماء المعقم.
كشفت التحليلات الغذائية للمواد الطازجة قبل التخزين أن الأعلاف المختلطة كانت تحتوي على نسبة بروتين خام (CP) تتراوح بين 12.73% إلى 15.50% من المادة الجافة (DM)، وكربوهيدرات قابلة للذوبان في الماء (WSC) من 6.07% إلى 11.03% من DM، وألياف منظف محايد (NDF) من 56.00% إلى 57.00% من DM، وألياف منظف حمضي (ADF) من 39.10% إلى 46.43% من DM، ولجنين حمضي من 6.53% إلى 10.23% من DM، ومحتوى نشا من 4.33% إلى 4.57% من DM. كانت محتويات DM للأعلاف المختلطة أقل قليلاً من تلك الخاصة بالمكونات الفردية، حيث تراوحت بين 27.67% إلى 28.44%. تم تعبئة الأعلاف المعدة في أكياس محكمة الإغلاق وسمح لها بالتخزين لمدة 60 يومًا في درجات حرارة محيطة تتراوح بين 25-27 °م.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” من ورقة البحث النتائج الرئيسية المستمدة من التجارب أو التحليلات التي تم إجراؤها. عادةً ما يتضمن بيانات كمية، وتحليلات إحصائية، وتمثيلات بصرية مثل الرسوم البيانية أو الجداول التي توضح نتائج الدراسة. غالبًا ما تتم مقارنة النتائج مع الفرضيات أو الأهداف الأولية الموضحة في المقدمة، مما يبرز الأنماط أو الارتباطات أو التباينات الهامة.
في هذا القسم، قد يبلغ المؤلفون عن مقاييس أو معايير محددة ذات صلة بسؤال بحثهم، موفرين أدلة لدعم استنتاجاتهم. بالإضافة إلى ذلك، يتم مناقشة أي نتائج غير متوقعة أو شذوذ، جنبًا إلى جنب مع آثارها المحتملة على المجال الأوسع للدراسة. بشكل عام، تعتبر النتائج أساسًا حاسمًا للنقاش والتفسير اللاحق للبيانات.
نقاش
في هذا القسم، تبحث الدراسة في تأثيرات مضاف بكتيريا حمض اللاكتيك (LAB) على جودة التخمر، والخصائص الكيميائية، وتعداد الميكروبات في السيلاج المختلط من Sesbania cannabina (SC) بنسب متفاوتة من الذرة. تشير النتائج إلى أن إضافة LAB حسنت بشكل كبير من جودة التخمر، كما يتضح من انخفاض الرقم الهيدروجيني (3.92 لـ S5C5) وزيادة إنتاج الأحماض العضوية مثل حمض الأسيتيك (AA) وحمض البروبيونيك (PA). أظهرت السيلاجات المعالجة بـ LAB محتويات أعلى من البروتين الخام (CP) وكربوهيدرات قابلة للذوبان في الماء (WSC)، بينما انخفضت مستويات النيتروجين الأموني (NH3-N) مع زيادة نسبة الذرة. من الجدير بالذكر أن عدد LAB كان أكبر في السيلاجات المعالجة، التي أظهرت أيضًا انخفاضًا في أعداد الخمائر الضارة مقارنةً بالسيلاجات التحكم (CK).
كشفت تحليل المجتمع الميكروبي أن Lactobacillus كان الجنس السائد عبر جميع المعالجات، مع زيادة وفرتها في السيلاجات المعالجة بـ LAB. على العكس، انخفضت الوفرة المطلقة للبكتيريا الكلية مع زيادة نسب الذرة. لم يزداد مضاف LAB فقط من الوفرة النسبية لأنواع Lactobacillus المفيدة، بل أيضًا تنوع المجتمع الفطري، مما قلل من انتشار الفطريات المسببة للتلف مثل Kazachstania humilis. أظهرت اختبارات الاستقرار الهوائي أن السيلاجات المعالجة بـ LAB حافظت على الاستقرار لفترة أطول من السيلاجات CK، خاصة في خلطات S7C3 وS5C5، مما يشير إلى أن مضاف LAB يلعب دورًا حاسمًا في تعزيز الاستقرار الهوائي للسيلاج المختلط SC أثناء التعرض للهواء. بشكل عام، تشير النتائج إلى أن دمج LAB يمكن أن يحسن بشكل كبير من جودة التخمر والديناميات الميكروبية للسيلاج المختلط SC، مما يعزز من الحفاظ على الاستقرار.
DOI: https://doi.org/10.1186/s12866-025-03781-3
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39920581
Publication Date: 2025-02-07
Author(s): Muhammad Tahir et al.
Primary Topic: Ruminant Nutrition and Digestive Physiology
Overview
The research investigates the impact of a compound lactic acid bacteria (LAB) inoculant on the aerobic stability of mixed silage composed of Sesbania cannabina and corn (SC). The study highlights that the strategic delay of aerobic deterioration, coupled with effective fermentation, can enhance the protein-rich silage’s utilization by ruminants. The LAB inoculant, consisting of *Lactobacillus plantarum*, *Lactobacillus farciminis*, *Lactobacillus buchneri*, and *Lactobacillus hilgardii* at a concentration of $10^6$ CFU/g fresh weight, was found to diversify the microbial community, leading to the dominance of *Lactobacillus hilgardii* and *Lactobacillus buchneri*, while reducing the presence of the spoilage fungus *Kazachstania humilis*.
Results indicated that LAB-treated mixed silages exhibited higher acetic acid levels and lower yeast populations, contributing to improved aerobic stability. However, silages with a higher corn proportion showed rapid deterioration upon exposure to air. The study concludes that the inoculation with LAB not only enhances acetic acid production post-ensiling but also mitigates the adverse effects of spoilage microbes, thus promoting a more stable microbial environment. Specifically, the S7C3 mixed silage inoculated with LAB demonstrated favorable conditions during ensiling and improved aerobic stability when exposed to air, suggesting its potential for better utilization in ruminant feeding systems.
Introduction
The introduction highlights the critical role of protein in livestock feed, emphasizing the need for alternative protein sources due to rising costs and availability issues of traditional options like soybean meal. Sesbania cannabina, a resilient legume capable of thriving in saline-alkali soils, presents a promising alternative due to its high biomass production. However, its low water-soluble carbohydrate (WSC) content and high buffering capacity hinder effective silage fermentation. The co-ensiling of Sesbania with corn, which has higher WSC levels, is suggested as a potential solution, yet concerns remain regarding the aerobic stability of such mixed silages, particularly in environments conducive to spoilage.
The section further discusses the role of lactic acid bacteria (LAB) as natural preservatives that can enhance silage quality by inhibiting fungal growth and mycotoxin production. Compound LAB inoculation is noted to improve fermentation profiles and aerobic stability compared to single-strain inoculation. Despite existing research on LAB’s benefits for silage fermentation, there is a gap in understanding the aerobic stability of Sesbania-corn mixed silage. The study aims to address this by employing absolute quantification techniques to analyze microbial communities, hypothesizing that corn addition may enhance fermentation quality while increasing spoilage risk. This research is positioned as essential for optimizing the use of protein-rich silage in ruminant feeding strategies.
Methods
In this study, the researchers prepared silage from Sesbania cannabina and corn, collected from the Institute of Genetic Development in Beijing, China, on August 30, 2022. The forages were chopped to a particle size of approximately 1 to 2.0 cm and mixed in varying ratios: 10:0 (S10), 9:1 (S9C1), 7:3 (S7C3), and 5:5 (S5C5). Two experimental groups were established: a control group (CK) treated with sterilized water and a group inoculated with a compound of lactic acid bacteria (LAB), including strains of *Lactiplantibacillus plantarum*, *Companilactobacillus farciminis*, *Lentilactobacillus buchneri*, and *Lentilactobacillus hilgardii*. The LAB strains were cultivated anaerobically and applied to the forages at a concentration of \(10^6\) CFU/g fresh weight, while the control group received an equal volume of sterilized water.
The nutritional analysis of the fresh materials prior to ensiling revealed that the mixed forages had a crude protein (CP) content ranging from 12.73% to 15.50% dry matter (DM), water-soluble carbohydrates (WSC) from 6.07% to 11.03% DM, neutral detergent fiber (NDF) from 56.00% to 57.00% DM, acid detergent fiber (ADF) from 39.10% to 46.43% DM, acid lignin from 6.53% to 10.23% DM, and starch content from 4.33% to 4.57% DM. The DM contents of the mixed forages were slightly lower than those of the individual components, ranging from 27.67% to 28.44%. The prepared forages were vacuum-sealed and allowed to ensile for 60 days at ambient temperatures of 25-27 °C.
Results
The “Results” section of the research paper presents the key findings derived from the conducted experiments or analyses. It typically includes quantitative data, statistical analyses, and visual representations such as graphs or tables that illustrate the outcomes of the study. The results are often compared against the initial hypotheses or objectives outlined in the introduction, highlighting significant patterns, correlations, or discrepancies.
In this section, the authors may report on specific metrics or parameters relevant to their research question, providing evidence to support their conclusions. Additionally, any unexpected findings or anomalies are discussed, along with their potential implications for the broader field of study. Overall, the results serve as a critical foundation for the subsequent discussion and interpretation of the data.
Discussion
In this section, the study investigates the effects of a compound lactic acid bacteria (LAB) additive on the fermentation quality, chemical characteristics, and microbial populations of Sesbania cannabina (SC) mixed silage with varying proportions of corn. The results indicate that the addition of LAB significantly improved fermentation quality, as evidenced by a lower pH (3.92 for S5C5) and enhanced production of organic acids such as acetic acid (AA) and propionic acid (PA). The LAB-treated silages exhibited higher crude protein (CP) and water-soluble carbohydrate (WSC) contents, while the ammonia nitrogen (NH3-N) levels decreased with increased corn proportion. Notably, the LAB population was greater in treated silages, which also showed a reduction in detrimental yeast populations compared to control (CK) silages.
The microbial community analysis revealed that Lactobacillus was the dominant genus across all treatments, with its abundance increasing in LAB-treated silages. Conversely, the absolute abundance of total bacteria decreased with higher corn ratios. The LAB additive not only increased the relative abundance of beneficial Lactobacillus species but also diversified the fungal community, reducing the prevalence of spoilage fungi such as Kazachstania humilis. Aerobic stability tests demonstrated that LAB-treated silages maintained stability longer than CK silages, particularly in S7C3 and S5C5 mixtures, indicating that the LAB additive plays a crucial role in enhancing the aerobic stability of SC mixed silage during air exposure. Overall, the findings suggest that the incorporation of LAB can significantly improve the fermentation quality and microbial dynamics of SC mixed silage, promoting better preservation and stability.