Impacts of diet inversion on voluntary intake, digesta and fecal composition, and bacterial community composition in rumen of cattle fed tropical forage-based diets

Abstract

The objective of this study was to evaluate the impact of the diet inversion on voluntary intake, ruminal digesta and feces composition, ruminal fermentation, and bacterial community composition in cattle fed tropical forage-based diest and to establish the minimal length of the adaptation period that could be applied to changeover or crossover design protocols. Twelve rumen-cannulated crossbreed (B. taurus × B. indicus) bovines were used in this experiment (four young bulls, four steers, and four heifers). The experiment lasted 60 d and two diet inversions were done at d 21 and d 41. Four diet sequences were evaluated (one animal of each category per sequence): sugarcane-corn silage-sugarcane, corn silage-sugarcane-corn silage, high-low-high concentrate diets, and low-high-low concentrate diets. All diets were adjusted to 110 g crude protein per kg of dry matter by using urea. Four group of variables were evaluated along experimental days: voluntary intake characteristics, fecal excretion and composition, ruminal digesta compostion, and ruminal fermentation profile. The pattern of the groups along time was interpreted through a non-hierarchical clustering procedure. The diversity of the liquid-associated rumen bacterial community was evaluated by PCR-DGGE in the young bulls from 6 days before to 20 days after the second diet inversion. The pattern of microbial diversity was evaluated through a clustering procedure using the unweight pair group method with arithmetic mean. Stabilization of the voluntary intake, ruminal digesta, fecal excretion and composition, and rumen fermentation profile was achieved within 9-13, 9- 14, 6-13, and 4-11 days after diet inversion, respectively. The bacterial community in the liquid phase stabilized within 3-9 days after diet inversion. The maximum required adaptation period among all characteristics must be chosen to assure the utilization of a robust experimental protocol. From the results of this experiment, among all obtained times to adapt intake, fecal and digesta composition, and ruminal fermentation and microbial diversity, a 14- days adaptation period is recommended for changeover and crossover experiments with cattle fed tropical forage-based diets.

Objetivou-se avaliar o impacto da inversão de dietas sobre o consumo voluntário, composição das fezes e digesta ruminal, fermentação ruminal e estrutura da microbiota ruminal de bovinos alimentados com dietas baseadas em forragens tropicais e estabelecer a duração mínima do período de adaptação que poderia ser aplicado em protocolos de experimentos conduzidos em delineamentos em crossover e changeover. Doze bovinos mestiços Europeu × Zebu fistulados no rúmen foram utilizados no experimento (quatro animais jovens não-castrados, quatro animais castrados e quatro novilhas). O experimento teve a duração total de 60 dias e duas inversões de dietas foram realizadas no 21o e 41o dias. Quatro sequências de dietas foram avaliadas: cana-se-açúcar-silagem de milho-cana-de- açúcar, silagem de milho-cana-de-açúcar-silagem de milho, baixo concentrado-alto concentrado-baixo concentrado e alto concentrado-baixo concentrado-alto concentrado. Todas as dietas foram ajustadas com ureia para apresentarem 110 g de proteína bruta por kg de matéria seca. Quatro grupos de variáveis foram avaliados ao longo do experimento: características do consumo voluntário, excreção e composição fecal, composição da digesta ruminal e perfil de fermentação ruminal. O comportamento dos grupos ao longo do tempo foi interpretado por um procedimento de agrupamento não-hierárquico. A diversidade das populações bacterianas da fase líquida da digesta ruminal foram avaliadas por PCR-DGGE somente nos animais jovens não castrados entre 6 dias antes e 20 dias após a segunda inversão de dietas. Variações na estrutura da comunidade bacteriana foram avaliadas por intermédio de procedimento de agrupamento utilizando-se o método de pares de grupos não-ponderados com média aritmética. A estabilização do consumo voluntário, digesta ruminal, excreção e composição fecal e fermentação ruminal ocorreu entre 9 e 13, 9 e 14, 6 e 13, e 4 e 11 dias após a inversão de dietas, respectivamente. A comunidade bacteriana na fase líquida estabilizou entre 3 e 9 dias após a inversão das dietas. O tempo máximo requerido para adaptação entre todas as características deve ser escolhido para assegurar-se a utilização de protocolo experimental robusto. Assim, a partir dos resultados do presente trabalho, entre todos os tempos necessários para a adaptação do consumo, excreção fecal, composição e perfil de fermentação ruminal e microbiota ruminal, períodos de adaptação de 14 dias são recomendados para experimentos em changeover e crossover com bovinos alimentados com dietas baseadas em forragens tropicais.