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Quantifizierung der Methanemissionen bei Rindern mit Hilfe des fäkalen Biomarkers Archaeol

Krattenmacher, Nina and Thaller, Georg (2017) Quantifizierung der Methanemissionen bei Rindern mit Hilfe des fäkalen Biomarkers Archaeol. [Quantification of bovine methane emissions using the faecal biomarker archaeol.] Christian Albrechts Universität zu Kiel, Institut für Tierzucht und Tierhaltung, D-Kiel .

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PDF - German/Deutsch (Teilschlussbericht)
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Summary

Das im Verdauungstrakt von Wiederkauern produzierte Methan ist als Endprodukt anaerober Nahrungsumsetzung vom Tier nicht weiter verwertbar. Daher wird es ausgestoßen und stellt eine globale Belastung für das Klima dar. Aus diesen Gründen werden Versuche zur Senkung der Methanemission von Wiederkäuern mit unterschiedlichen Ansätzen verfolgt.
Ziel des Projektes MethanA war die Untersuchung eines im Kot detektierbaren Markers für die Methanemission und im Rahmen dessen die Evaluierung und Bewertung von Archaeol als Hilfsmerkmal für die Zucht auf verminderte Methanproduktion beim Rind.
In eigener Vorarbeit wurden bei zehn Kühen Gaswechselmessungen in Respirationskammern mittels zweier Durchgänge und Fütterung zweier verschiedener Rationen durchgeführt. Es zeigte sich ein signifikanter Einfluss des Versuchsdurchlaufs, welcher aus dem Effekt des Laktationsstadiums (100. vs. 130. ±3 Laktationstag) sowie aus dem Effekt der Ration (stärkereich vs. faserreich) bestand. Im ersten Respirationsversuch zum 100. Laktationstag wurde eine stärke- und fettreiche Ration verabreicht (178 g Stärke/kg Trockenmasse (TM), 44 g Fett/kg TM) und ad libitum gefüttert. Im zweiten Durchlauf zum 135. Laktationstag erhielten die Kühe eine stärke- und fettreduziertere Ration (99 g Stärke/kg TM, 27 g Fett/kg TM). Die Methanproduktion (l/d) wurde für 24 Stunden gemessen, wobei Kotproben für die Archaeol-Analyse um 06:30, 10:00 und 14:30 Uhr entnommen wurden. Die Laktationsnummer des Tieres hatte keinen signifikanten Effekt. Die Beziehung zwischen dem fäkalen Archaeolgehalt und der Methanproduktion zeigte sich relativ schwach linear und nur tendenziell signifikant (R2 = 0,16). Bei Bezug der Methanausscheidung auf Basis der Trockenmasseaufnahme verbesserte sich die Beziehung deutlich (R2 = 0,53). Bei Einzelbetrachtung der Kotproben konnten die um 10:00 Uhr gesammelte Proben die Variation der Methanproduktion am besten erklären (R2 = 0,23).
Im anschließenden Praxisversuch wurde über die Phasen Transit, Laktation und Trockenstehen von 31 Kühen zu festgelegten Zeitpunkten Kotproben entnommen und auf den Archaeolgehalt hin analysiert. Es konnte eine starke Variation der Archaeolausscheidung zwischen aber auch innerhalb der Tiere im Produktionsverlauf beobachtet werden. Die geringste in der Praxis detektierte Konzentration von Archaeol im Kot betrug 12 μg und die höchste Konzentration lag bei 59,7 μg. In der 2. Laktation zeigte sich ein geringeres Konzentrationsniveau an Archaeol im Kot verglichen mit der 1. und 3. Laktation. Der Zeitpunkt der Probenahme in der Laktation bzw. zur Trockenstehphase hatte einen hoch signifikanten Einfluss auf den fäkalen Archaeolgehalt. Die Wiederholbarkeit für das Merkmal fäkale Archaeolkonzentration betrug für alle drei Produktionsphasen 32 %, die Heritabilität für das Merkmal fäkale Archaeolkonzentration ist somit maximal moderat.

Summary translation

The greenhouse gas methane is naturally produced in the digestive tract of ruminants and is released by eructation. Enteric methane represents an energy loss of 8 % to 12 % and has a 27-times higher global warming potential than carbon dioxide. Therefore, methane mitigation strategies are envisaged for livestock production. The project MethanA aimed to investigate archaeol – a cell membrane lipid - as a potential biomarker for methane emission in dairy cattle. Relationships between archaeol in feces and methane production was investigated in respiration chambers. Individual variation in fecal archaeol concentration across lactation was analysed at a research farm Karkendamm.
Gas exchange was measured in respiration chambers for ten cows in two consecutive trials fed two different diets. The trial as a combined fixed effect of the stage of lactation (100 vs. 135 ± 3 days in milk) and of the diet (high starch vs. high fibre content), was significant. The relationship between fecal archaeol concentration and methane production was positive linear close to be significant (R2 = 0.16). Using methane production relative to dry matter intake, the relationship improved significantly (R2 = 0.53). In the subsequent study, fecal samples were taken at fixed time points from 31 cows during the phases transit, lactation and dry off. A high variation in the excretion of archaeol between the animals as well as for the different production phases was observed and ranged from 12 μg to 59.7 μg. The lactation day had a highly significant effect on the fecal archaeol concentration. The repeatability of archaeol concentration across all observed production phases was 32 %.
The result confirm the potential of archaeol but relationships are not sufficient to use archaeol as a stand-alone biomarker in the context of methane mitigating breeding approaches. However, the inclusion of archaeol in combination with further indicator traits might be promising strategies for the future.

EPrint Type:Report
Keywords:BÖLN, BOELN, BÖL, BOEL, FKZ 12NA126, FKZ 12NA003, Methan, Archaeol, Treibhausgas, Rinder, Emissionsminderung, Züchtung
Subjects: Animal husbandry > Production systems > Beef cattle
Animal husbandry > Breeding and genetics
Environmental aspects > Air and water emissions
Research affiliation: Germany > Federal Organic Farming Scheme - BOELN > Animals > Tierhaltung
Germany > Universität Kiel > Institute for Animal Breeding and Husbandry
Related Links:http://www.bundesprogramm.de, http://orgprints.org/cgi/search/advanced?addtitle%2Ftitle=&keywords=12NA126&projects=BOEL&_order=bypublication&_action_search=Suchen, http://orgprints.org/id/saved_search/1519
Deposited By: Thaller, Prof. Dr. Georg
ID Code:33927
Deposited On:02 Oct 2018 12:14
Last Modified:02 Oct 2018 12:14
Document Language:German/Deutsch
Status:Unpublished
Refereed:Not peer-reviewed
Additional Publishing Information:Gefördert durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Bundesprogramms Ökologischer Landbau und andere Formen nachhaltiger Landwirtschaft.
Projektleitung: Prof. Dr. georg Thaller, Christian Albrechts Universität zu Kiel, Institut für Tierzucht und Tierhaltung.
Bei dem hier eingestellten Schlussbericht handelt es sich um einen Teilschlussbericht zum Verbundvorhaben. Der Verbundpartner FKZ 12NA003 wird einen eigenen Bericht einreichen.

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