Modulations of bacterial communities of grass silage by ensiling management factors

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005142128
Title: Modulations of bacterial communities of grass silage by ensiling management factors
Author: Pirttiniemi, Juho
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Agriculture and Forestry
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202005142128
http://hdl.handle.net/10138/314947
Thesis level: master's thesis
Degree program: Maataloustieteiden maisteriohjelma
Master's Programme in Agricultural Sciences
Magisterprogrammet i lantbruksvetenskaper
Specialisation: Kotieläintiede
Animal Science
Husdjursvetenskap
Abstract: Tutkimuksessa selvitettiin, kuinka erilaiset säilöntäaineet vaikuttavat rehun käymiseen ja sen bakteerikoostumukseen vaihtelevissa säilöntäolosuhteissa. Timotein (Phleum pratense) ja nurminadan (Festuca pratensis) seosnurmelle tehtiin neljä säilöntäainekäsittelyä, jotka olivat kontrolli ilman säilöntäainetta (CONT), muurahaishappoon perustuva säilöntäaine (FA), homofermentatiivinen maitohappobakteeri (LAB) ja suolapohjainen säilöntäaine (SALT). Rehu säilöttiin koesiiloihin käyttäen kahta eri tiiviystasoa. Tiiviille rehulle tehtiin myös likasaastumista kuvaava käsittely, jossa maata ja lantaa lisättiin rehuun. Tiivis rehu johti keskimäärin alhaisempaan pH:hon ja etanolipitoisuuteen kuin löyhästi pakattu rehu, sillä erityisesti CONT rehujen koostumus vaihteli. Likasaastuminen stimuloi voimakasta käymistä CONT ja SALT rehuissa, joten niiden pH ja jäännössokerin määrä olivat alhaisempia kuin vastaavilla ei-saastuneilla rehuilla. Likasaastuneet rehut pysyivät keskimäärin pisimpään aerobisesti stabiileina, sillä erityisesti likasaastuneisiin CONT ja SALT rehuihin kertyi etikkahappoa. Läpi käsittelyjen FA kykeni rajoittamaan käymistä, säilömään rehun sokeria ja vähentämään kokonaiskäymistuotteiden määrää rehuissa. Valittujen 16 bakteeriryhmän osuus nurmen bakteereista oli pieni ja eniten havaittiin Sphingomonasia ja Stenotrophomonasia. Käymisen jälkeen valitut ryhmät muodostivat valtaosan bakteerikannasta ja hallitsevimpia olivat Lactobacillaceae- heimo ja osana sitä Lactobacillus- suku yhdessä Sphingomonasin kanssa. Suhteellisesti FA pienensi Lactobacillaceae- heimon osuutta havainnoista, kun taas osuus oli luonnollisesti suurin LAB rehuissa. Likasaastuminen vähensi Lactobacillaceae- heimon osuutta havainnoista, mutta kasvatti Lactobacillus- suvun osuutta. Bakteerien välillä havaittiin, että Lactobacillus korreloi negatiivisesti Mycoplana, Devosia ja Sphingomonas- sukujen kanssa. Maitohapon määrä korreloi negatiivisesti Devosian, Agrobacteriumin ja Sphingomonasin kanssa, ja nämä samat bakteeriryhmät olivat positiivisesti yhteydessä jäännössokerin määrän kanssa. Viiden bakteeriryhmän havaittiin olevan yhteydessä säilöntälaadun kannalta hyödylliseen käymiseen, loput johtivat lähinnä ei-toivottuun käymiseen. Viisi hyödyllistä bakteeria olivat ainoat Firmikuutti- pääjaksoon kuuluvat bakteerit tässä tutkimuksessa. Säilöntäainekäsittelyn havaittiin parantavan rehun säilöntälaatua vaihtelevissa säilöntäoloissa. Eri säilöntäaineet johtivat erityyppisiin mikrobiomeihin ja bakteerikoostumuksiin. Havaitut korrelaatiot bakteeriryhmien ja käymisparametrien välillä kertoivat, kuinka tietyt dominoivat bakteeriryhmät vaikuttavat käymistapahtumaan.The objective was to evaluate how different silage additives can manipulate the ensiling process and the profile of bacterial communities of grass silages under varying management conditions. Silages were made from mixed timothy (Phleum pratense) and meadow fescue (Festuca pratensis) grass to laboratory scale silos using two compaction levels. The tightly compacted grass was also contaminated with soil and dairy cow faeces. Four additive treatments were used including control without additive (CONT), formic acid based additive (FA), homofermentative strains of lactic acid bacteria (LAB) and salt based additive (SALT). Tight compaction resulted on average in lower pH and ethanol concentration in silages than loose compaction mostly caused by changes in CONT silages. Soil contamination clearly affected CONT and SALT silages by stimulating extensive fermentation and thus decreasing pH and amount of residual water-soluble carbohydrates (WSC) compared to non-contaminated silages. In all conditions, FA restricted fermentation resulting in silages with high WSC and reduced total fermentation products concentration. Soil contamination improved aerobic stability of silages compared to non-contaminated ones because of higher acetic acid concentration in contaminated silages. Abundance of selected 16 bacteria in raw material was low, with Sphingomonas and Stenotrophomonas genera being the most abundant. After fermentation both Lactobacillaceae family and as part of it Lactobacillus genus were dominant with Sphingomonas genus in most of the silages. FA decreased the abundance of Lactobacillaceae family whereas LAB increased it. Soil contamination reduced the amount of other Lactobacillaceae family but boosted the growth of Lactobacillus genus. Lactobacillus presented negative correlations with Mycoplana, Devosia and Sphingomonas. Five bacteria were connected to desirable fermentation pattern and they all were part of same phylum Firmicute. All other selected bacteria had negative correlation with low pH and amount of lactic and total fermentation acids in silage. Use of additives improved fermentation quality of silages ensiled under different management conditions. Different types of additives resulted in varied bacterial profiles. Results confirmed the importance of tight compaction and good hygiene for stable fermentation. Strong correlations between bacterial communities and fermentation quality parameters provided clear insight of the role of the most abundant populations on the fermentation process of grass silage.
Subject: silage
DNA extraction
fermentation
microbiome
metagenome
Phleum pratense
silage additive


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Pirttiniemi_Juho_Pro_gradu_2020.pdf 871.6Kb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record