doi: 10.15389/agrobiology.2020.6.1268rus
УДК 636.085.52:579.64:577.2
ФЕРМЕНТАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В СЕНАЖЕ ИЗ ЛЮЦЕРНЫ
БЕЗ ДОБАВОК И С ИНТРОДУКЦИЕЙ ШТАММА Lactobacillus plantarum
Ю.А. ПОБЕДНОВ1, А.А. МАМАЕВ1, М.С. ШИРОКОРЯД1,
Е.А. ЙЫЛДЫРЫМ2 ✉, Г.Ю. ЛАПТЕВ2, Л.А. ИЛЬИНА2, Е.А. БРАЖНИК2,
Н.В. ТАРЛАВИН2
Оптимальный рН, необходимый для функционирования протеаз у люцерны, более низкий, нежели у клевера лугового или злаковых трав, а в составе этой культуры много белка и пектина, что не способствует получению качественного корма. Подкисление сенажируемой люцерны рекомендуется ускорять за счет внесения препаратов молочнокислых бактерий. В настоящей работе впервые в России было выявлено разнообразие состава микроорганизмов при ферментации сенажа с применением NGS-секвенирования. Целью работы было изучение особенностей ферментации люцерны при ее обычном сенажировании и применении препарата молочнокислых бактерий Биотроф. Опыты проводили в 2018-2019 годах. В первом опыте исследовали особенности биохимических и микробиологических процессов, возникающих при сенажировании люцерны. В качестве сырья использовали люцерну изменчивую Medicago sativa L. nothosubsp. varia (Martyn) Arcang сорта Пастбищная 88 (экспериментальное поле ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии им. В.Р. Вильямса, Московская обл.). Перед закладкой в стеклянные бутыли объемом 0,5 л люцерну подвяливали в прокосах в течение 7 ч до содержания сухого вещества 43,5 %. Динамику рН, содержание аммиака, сахаров и кислот брожения изучали при сенажировании люцерны в лабораторных сосудах обычным способом. Сенаж анализировали через 0, 4, 7, 14, 28, 60 и 90 сут хранения. Состав микробного сообщества исходной растительной массы и сенажа из люцерны анализировали в динамике с использованием молекулярно-биологического метода NGS-секвенирования по модифицированнной методике. Во второй серии опытов изучали влияние препарата молочнокислых бактерий Биотроф (ООО «Биотроф», Россия) на основе Lactobacillus plantarum № 60 на сохранность и биохимические показатели сенажа из люцерны сорта Пастбищная 88, провяленной до содержания сухого вещества 47,6 и 51,3 %. Сенаж заготавливали в лабораторных емкостях объемом 0,5 л, оснащенных устройствами для учета выделившихся газов, без внесения добавок и с введением препарата Биотроф в рекомендуемой заводом-изготовителем дозе (105 КОЕ/г зеленой массы). Было показано, что при кратковременном провяливании люцерны до сенажной влажности в сухом веществе растений образуется 0,03-0,04 % аммиака и 0,08 % масляной кислоты, содержание которых в начале сенажирования возрастает соответственно до 0,08-0,09 и 0,13-0,14 %. При провяливании и в начале сенажирования люцерны наблюдалось заметное увеличение содержания моносахаров в ее сухом веществе. Кроме того, при провяливании в сухом веществе люцерны накапливается до 3,7 % и более яблочной кислоты, которая, как и сахар, способна сбраживаться молочнокислыми бактериями. Продуценты масляной кислоты — бактерии семейства Clostridiaceae в процессе ферментации не обнаруживались. Среди бактерий класса Clostridia в сенаже при хранении были выявлены типичные обитатели рубца — бактерии семейств Eubacteriaceae, Lachnospiraceae, Peptostreptococcaceae и Ruminococcaceae. Мы выявили связь между возрастанием обилия бактерий рода Ruminococcus и увеличением количества яблочной кислоты (r = 0,80 при p ≤ 0,05), а также между возрастанием количества яблочной кислоты и увеличением численности бактерий филума Bacteroides, присутствующих в сенаже (r = 0,84 при p ≤ 0,05). Накопление яблочной кислоты улучшало сбраживаемость растений, обусловливая быстрое подкисление корма до рН 4,4-4,3 под влиянием внесенного препарата молочнокислых бактерий Биотроф. Этот прием улучшал биохимические показатели корма, способствуя снижению содержания в нем масляной кислоты, однако не приводил к заметному улучшению сохранности питательных веществ и повышению энергетической питательности сухого вещества полученного сенажа вследствие благоприятного процесса брожения в провяленной люцерне. Ускорение подкисления провяленной массы препаратом Биотроф не оказывало существенного влияния и на сокращение образования аммиака в процессе ферментации. До 4-14-х сут хранения в сенаже без добавок выживали микроорганизмы Staphylococcus arlettae, Salmonella subterranea, Streptococcus gordonii, Enterococcus cecorum, способные вызывать заболевания людей и животных. В связи с этим хранящийся сенаж, заложенный с технологическими нарушениями, может содержать патогены сельскохозяйственных животных, что определяет необходимость применения биопрепаратов с антимикробной активностью для его консервирования. Основной эффект от использования биопрепарата при сенажировании люцерны сводился лишь к улучшению биохимических показателей корма, не приводя к заметному повышению его сохранности.
Ключевые слова: люцерна, сенаж, протеолиз, микробиота, биопрепараты, молочнокислые бактерии, подкисление, качество корма, NGS-секвенирование, количественная ПЦР.
Yu.A. Pobednov1, A.A. Mamaev1, M.S. Shirokoryad1,
E.A. Yildirim2 ✉, G.Yu. Laptev2, L.A. Ilyina2, E.A. Brazhnik2,
N.V. Tarlavin2
The optimal pH required for the functioning of proteases in alfalfa is lower than that of meadow clover or cereal grasses, and this culture is rich in protein and pectin which is not favorable for high-quality feed production. It is recommended to accelerate the acidification of the alfalfa being hayed by adding preparations of lactic acid bacteria. In the present work, for the first time in Russia, a diversity profile of haylage microbiota during fermentation was revealed using NGS sequencing. The work aimed to study the peculiarities of alfalfa fermentation during haylage with and without using Biotrof, a lactic acid bacteria-based preparation. The experiments were performed in 2018-2019. In the first experiment, the peculiarities of biochemical and microbiological processes during alfalfa haylaging were examined. Alfalfa Medicago sativa L. nothosubsp. varia (Martyn) Arcang cv. Pastbishnaya 88 was grown (experimental field, the Williams Federal Research Center for Forage Production and Agroecology, Moscow Province), cut for hay, dried in swaths for 7 hours to a dry matter content of 43.5 % and put into 0.5 l glass vessels for haylaging. The pH dynamics, ammonia, sugar and fermentation acid levels were measured on days 0, 4, 7, 14, 28, 60, and 90 of storage. The composition of the microbial community of the plant biomass and the alfalfa haylage was analyzed in dynamics using NGS sequencing according to a modified technique. In the second series of experiments, the effect of the preparation of lactic acid bacteria Biotrof (OOO Biotrof, Russia) based on Lactobacillus plantarum No. 60 on storability and biochemical parameters of the haylage from alfalfa cv.Pastbishnaya 88 biomass dried to a dry matter content of 47.6 and 51.3 %, was studied. The biomass was put into 0.5 l-containers equipped with devices for measuring evolved gases for two treatment, with no additives and upon introduction of the Biotrof preparation in the recommended dose (105CFU/g green mass). It was shown that a short-term wilting of alfalfa biomass to the haylage moisture resulted in 0.03-0.04 % ammonia and 0.08 % butyric acid concertation followed by an increase to 0.08-0.09 and 0.13-0.14 %, respectively, when haylaging. During wilting and early fermentation, the sugar contents in the biomass increased noticeably. In addition, the wilted alfalfa accumulates at least 3.7 % of malic acid which, like sugar, can be fermented by lactic acid bacteria. Butyric acid producers, the bacteria of the Clostridiaceae family, were not detected during fermentation. During haylage storage, among the bacteria of the Clostridia class the typical rumen microorganisms were identified of the families Eubacteriaceae, Lachnospiraceae, Peptostreptococcaceae, and Ruminococcaceae. We have found a relationship between an increase in the abundance of bacteria of the genus Ruminococcus and an increase in the amount of malic acid (r = 0.80, p ≤ 0.05), and also between an increase in the amount of malic acid and an increase in the number of bacteria of the phylum Bacteroides in the haylage (r = 0.84, p ≤ 0.05). The accumulation of malic acid improved the fermentability of plant biomass, causing a rapid acidification of the feed to pH 4.4-4.3 due to the introduced preparation of lactic acid bacteria Biotrof. This method improved the biochemical parameters of the feed, contributing to a decrease in the butyric acid level, however, it did not lead to a noticeable improvement in the preservation of nutrients and an increase in the energy nutritional value of the dry matter of the obtained haylage due to the favorable fermentation process in dried alfalfa biomass. Acceleration of the acidification of the dried mass with the Biotrof preparation did not have a significant effect on the reduction of ammonia formation during fermentation. Staphylococcus arlettae, Salmonella subterranea, Streptococcus gordonii, and Enterococcus cecorum capable of causing diseases in humans and animals, survived up to 4-14 days of storage in haylage without additives. In this regard, the stored haylage, if technological disturbances occur, may contain pathogens of farm animals, therefor, antimicrobial biologicals are required for conservation. Therefore, the main effect of the Biotrof application was reduced only to an improvement in the biochemical parameters of the feed without leading to a noticeable increase in its preservation.
Keywords: alfalfa, haylage, proteolysis, microbiota, biologicals, lactobacteria, acidification, feed quality, NGS sequencing, quantitative PCR.
1ФГБНУ ФНЦ кормопроизводства и агроэкологии |
Поступила в редакцию |
