Entwicklungen in der Tierernährungsforschung · M. Rodehutscord DAF-Tagung, 21. Oktober 2014...
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M. Rodehutscord INSTITUT FÜR TIERERNÄHRUNG DAF-Tagung, 21. Oktober 2014
Flachowsky, G., Rodehutscord, M., Schenkel, H., Pallauf, J. (2005): Züchtungskunde 77, 518-527
M. Rodehutscord INSTITUT FÜR TIERERNÄHRUNG DAF-Tagung, 21. Oktober 2014
Rahmenbedingungen
Globale Entwicklungen, Prognosen zur ● Bevölkerungs- und Nachfrageentwicklung ● Verknappung von Nährstoffressourcen, z.B.
Lagerstätten für Rohphosphate oder globale Proteinproduktion
Nationale/Regionale Trends ● Gesellschaftliche Wahrnehmung von Landwirtschaft, insbesondere
Tierhaltung ● Entwicklungen für Tierversuchstätigkeit
Methodenentwicklungen ● Für wissenschaftliches Arbeiten ● Routineverfahren für die Anwendung in der Wirtschaft
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500 600 700 800 900
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5ME-Aufwand (GJ)
Mittlere Tageszunahme (g/d)
Wachstum
Erhaltung
47 42 39 37 35 MJ ME/kg LM-Zunahme
3,6 3,2 3,0 2,8 2,7 kg Futter/kg LM-Zunahme
Energiebedarf: Bedeutung der Leistungshöhe
▶ Beispiel: Schweinemast von 30 bis 120 kg
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Überschüsse vermeiden und Umweltwirkung reduzieren
Mangelsituationen in der Versorgung ausschließen
Leitmotive und Rahmenbedingungen der Bedarfsableitung
Nährstoffressourcen schonen und Effizienz steigern
Zielkonflikte mit der Tiergesundheit vermeiden
Gesellschaftliche Entwicklungen ?
1970er Jahre
M. Rodehutscord INSTITUT FÜR TIERERNÄHRUNG DAF-Tagung, 21. Oktober 2014
Überschüsse vermeiden und Umweltwirkung reduzieren
Mangelsituationen in der Versorgung ausschließen
Leitmotive und Rahmenbedingungen der Bedarfsableitung
Nährstoffressourcen schonen und Effizienz steigern
Zielkonflikte mit der Tiergesundheit vermeiden
Gesellschaftliche Entwicklungen ?
1970er Jahre
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
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Effizienz der Energie- und Nährstoffverwertung
Verdauungs- und Stoffwechselprozesse des Tieres, Steuerungs- und Einflussfaktoren ● Limitierung von Verdauungsprozessen ● Mikrobiologie des Verdauungstraktes ● Metabolismus absorbierter Endprodukte der Verdauung, Relation
Anabolismus/Katabolismus ● Expression Stoffwechsel-regulierender Gene
Bei allem: Komplexität durch Wechselwirkungen mit dem ● Genom des Tieres ● Gesundheit und Immunsystem
Quantitative Relevanz und Leistungsentwicklung ● Bedarfswerte fortschreiben, präzisieren, modellieren
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
Ausschuss für Bedarfsnormen
der GfE
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Dosis-Wirkungs-Beziehungen: Wie interpretieren?
Wirkung
Dosis
95% ymax
X95
98% ymax
X98
90% ymax
X90
Flexibel interpretieren: ● Variable Faktorkosten ● Variable Erlöse
Entwicklung komplexer Modelle nötig
Datenbasis für Tierarten unterschiedlich gut
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Effizienz der Energie- und Nährstoffverwertung
Futtermittelbewertung ● Chemische und physikalische Analysen, einschließlich Schnellverfahren
für die Arbeitsroutine (z.B. NIRS-Verfahren) ● Methodenentwicklung: Tierart- und Nährstoff-spezifisch
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
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Bewertungssysteme für Futtermittel
Energie Rind, Schwein, Huhn, Pferd: Umsetzbare Energie (ME) Milchkuh: Nettoenergie für Laktation (NEL)
Protein und Aminosäuren Milchkuh: nutzbares Rohprotein am Duodenum (nXP), ruminale N-Bilanz (RNB)
Schwein: praecaecal verdauliche Aminosäuren (pcvAS)
Pferd: praecaecal verdauliches Rohprotein und pcvAS
Phosphor Schwein: verdaulicher P
Huhn (in Entwicklung): praecaecal verdaulicher P
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Bewertungssysteme für Futtermittel
Energie Rind, Schwein, Huhn, Pferd: Umsetzbare Energie (ME) Milchkuh: Nettoenergie für Laktation (NEL)
Protein und Aminosäuren Milchkuh: nutzbares Rohprotein am Duodenum (nXP), ruminale N-Bilanz (RNB)
Schwein: praecaecal verdauliche Aminosäuren (pcvAS)
Pferd: praecaecal verdauliches Rohprotein und pcvAS
Phosphor Schwein: verdaulicher P
Huhn (in Entwicklung): praecaecal verdaulicher P
Unverdaute und endogene Proteine
Fermentierbare Kohlenhydrate
Bakterienmasse Bakterielle Aktivität
NH4+
Menge und AS-Zusammensetzung des Proteins werden verändert
Kurzk. Fetts.
Probengewinnung
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Bewertungssysteme für Futtermittel
Energie Rind, Schwein, Huhn, Pferd: Umsetzbare Energie (ME) Milchkuh: Nettoenergie für Laktation (NEL)
Protein und Aminosäuren Milchkuh: nutzbares Rohprotein am Duodenum (nXP), ruminale N-Bilanz (RNB)
Schwein: praecaecal verdauliche Aminosäuren (pcvAS)
Pferd: praecaecal verdauliches Rohprotein und pcvAS
Phosphor Schwein: verdaulicher P
Huhn (in Entwicklung): praecaecal verdaulicher P World’s Poult. Sci. J. (2013), 69:678-698
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Effizienz der Energie- und Nährstoffverwertung
Futtermittelbewertung ● Chemische und physikalische Analysen, einschließlich Schnellverfahren
für die Arbeitsroutine (z.B. NIRS-Verfahren) ● Methodenentwicklung: Tierart- und Nährstoff-spezifisch ● In vitro-Verfahren („Ersatzmethoden“)
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
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Grenzen von in vitro-Verfahren (Beispiel)
Wischer et al., 2013, 2014
0
20
40
60
80
100
Methan Fettsäureproduktion Mikrobielle Effizienz
ohne Kastanie Trauben- Myrabolan Sumach Valonea kern
*
*
* * *
rel. zur Kontrolle
* signifikant verschieden zur Kontrolle
▶ Effekte von Tanninen auf die mikrobielle Aktivität in vitro (Rusitec)
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Grenzen von in vitro-Verfahren (Beispiel)
Wischer et al., 2013, 2014
0
20
40
60
80
100
Methan Fettsäureproduktion Mikrobielle Effizienz
ohne Kastanie Trauben- Myrabolan Sumach Valonea kern
*
*
* * *
rel. zur Kontrolle
* signifikant verschieden zur Kontrolle
▶ Effekte von Tanninen auf die mikrobielle Aktivität in vitro (Rusitec)
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Grenzen von in vitro-Verfahren (Beispiel)
Wischer et al., 2013, 2014
0
20
40
60
80
100
Methan Fettsäureproduktion Mikrobielle Effizienz
ohne Kastanie Trauben- Myrabolan Sumach Valonea kern
*
*
* * *
rel. zur Kontrolle
* signifikant verschieden zur Kontrolle
▶ Effekte von Tanninen auf die mikrobielle Aktivität in vitro (Rusitec)
In vitro-Verfahren sind wichtig und werden weiterentwickelt,
werden allein aber nicht ausreichend sein.
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Effizienz der Energie- und Nährstoffverwertung
Futtermittelbewertung ● Chemische und physikalische Analysen, einschließlich Schnellverfahren
für die Arbeitsroutine (z.B. NIRS-Verfahren) ● Methodenentwicklung: Tierart- und Nährstoff-spezifisch ● In vitro-Verfahren („Ersatzmethoden“) ● Wechselwirkungen verschiedener Inhaltsstoffe miteinander
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
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0 500 12.500
0
20
40
60
80
100
InsP6-Abbau, %
ohne mit
Phytase (U/kg):
MCP-Suppl.:
c
d
b
cd
a a
Wechselwirkungen von Inhaltsstoffen
Zeller et al. (2014)
Daten von Broilern Messungen im terminalen Ileum Mais-basierte Ration Zulagen von Monocalcium-Phosphat und einer E.coli 6-Phytase
▶ Beispiel: Phosphat und Phytasezulagen
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Effizienz der Energie- und Nährstoffverwertung
Futtermittelbewertung ● Chemische und physikalische Analysen, einschließlich Schnellverfahren
für die Arbeitsroutine (z.B. NIRS-Verfahren) ● Methodenentwicklung: Tierart- und Nährstoff-spezifisch ● In vitro-Verfahren („Ersatzmethoden“) ● Wechselwirkungen verschiedener Inhaltsstoffe miteinander
Neue und veränderte ● Futtermittel (Pflanzenzüchtung, Lebensmitteltechnologie, etc.) ● Futtermittelzusatzstoffe
Futtermittelkonservierung
Leistungsentwicklung/Gesunderhaltung/Tierverhalten
Futtermittel, Inhaltsstoffe, Bewertung
Tier, Bedarf, Versorgungsempfehlung
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Beispiel: Entwicklung der Milchleistung
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
0500
5000
6000
7000
8000
9000
kg Milch/Jahr
LKV Sachsen-Anhalt, 2014
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Beispiel: Entwicklung der Milchleistung
LKV Sachsen-Anhalt, 2014
200020
0120
0220
0320
0420
0520
0620
0720
0820
0920
1020
1120
1220
130
5005000
6000
7000
8000
9000
kg Milch/Jahr
2000 2008 20130
10
20
30
40
Anteil der Kühe >700 kg Fett+Eiw. (≈9400 kg Milch) (%)
Selektionserfolg bei der Milchleistung war/ist nicht mit entsprechend gesteigerter Futteraufnahme gekoppelt
Veränderungen bei den Anforderungen an die Futterqualität und Physiologie des Tieres.
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kg Milch/Tag10 20 30 40 50
6080
100120140160180200
3,5%4,0%4,5%
NEL-Bedarf (MJ/Tag)
Milchfett:
Bsp: Energiebedarf der Milchkuh 650 kg Lebendmasse; 3,3% Milchprotein
kg Milch/Tag10 20 30 40 50
10
15
20
25
30
3,5%4,0%4,5%
Futteraufnahme (kg TM/Tag)
Milchfett:
Unterstellt:7,2 MJ NEL/kg TM
?
Sehr hohe Wahrscheinlichkeit für ein Defizit in der Energieversorgung
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Hoher NEL-Bedarf und Begrenzungen der Futteraufnahme erklären Bemühen um hohe NEL-Konzentrationen
Gratwanderung zwischen Energiebedarfsdeckung und „Wiederkäuergerechtheit“ der Ration
Bewertung der Strukturwirksamkeit von Rationen: Physikalisch effektive Neutral-Detergenzfaser (peNDF) Vermeidung eines zu starken Abfalls des pH-Wertes im Pansen GfE (2014): Proc. Soc. Nutr. Physiol. 23, 166-179
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Tierwohl/Tierverhalten: Beispiel Pferde
Ausführungen zur artgerechten Ernährung ● Täglich 1 kg Heu pro 100 kg Lebendmasse
(„… zur Aufrechterhaltung der Magen-Darm-Gesundheit unbedingt erforderlich…“)
● „… zumindest sollte der energetische Erhaltungsbedarf allein über Grobfuttermittel gedeckt werden.“
● Maximal 1 g Stärke pro 1 kg Lebendmasse und Mahlzeit
● Täglich maximal 1 g Fett pro 1 kg Lebendmasse
GfE-Versorgungsempfehlungen, im Druck
Das Spannungsfeld Leistung-Gesundheit-Tierwohl erfordert
interdisziplinäre Sichtweisen und Herangehensweisen
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Sind die institutionellen Rahmenbedingungen passend?
Stimuli durch Förderinstitutionen
Disziplinäre Verbünde
Interdisziplinäre Arbeit über Standorte hinweg
Universitäten: Interdisziplinarität? Institutionelle Voraussetzungen?
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Gesellschaftliche Rahmenbedingungen
● für die Tierhaltung ● für Tierversuche
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Schlussfolgerungen
Effizienz der Nutzung global knapper Ressourcen weiter steigern
Dabei Tiergesunderhaltung erhalten
Möglichkeiten und Rahmenbedingungen für die experimentelle Forschung mit Tieren und den wissenschaftlichen Nachwuchs nicht weiter einschränken
Große Herausforderungen für die wissenschaftliche Community und die Gesellschaft: