Influence of selected factors on the in vitro digestibility of silage maize and on parameters of rumen physiology

Die Verdaulichkeit ist ein wichtiger Parameter für die Qualität einer Maissorte. In einigen europäischen Nachbarländern fließt sie bereits als Bewertungskriterium in die offizielle Sortenprüfung ein. Es ist bekannt, dass die Verdaulichkeit nicht ausschließlich genetisch determiniert ist, sondern von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst werden kann. Einige dieser Faktoren, wie das Abreifeverhalten ( Stay Green bzw. Dry Down ) die Reifegruppenzugehörigkeit (frühe bzw. mittelfrühe Reifegruppe), die Anfälligkeit für Pilze der Gattung Fusarium sowie der Faktor Umwelt wurden im Rahmen der vorliegenden Dissertation untersucht. Der dreijährige Feldanbau (1995-1998) basierte auf zwei verschiedenen Versuchskonzepten, die Untersuchungen zu konkreten Reifestadien sowie einzelnen Pflanzenfraktionen ermöglichten und aufgrund des Anbaus auf fünf Standorten eine breite Datenbasis zur Untersuchung von Umwelteffekten lieferten. Die Ermittlung der Verdaulichkeit erfolgte in vitro mittels der Cellulasemethode und zusätzlich als Schätzung durch die Nahinfrarotreflexionsspektrokopie (NIRS). Der Fusariumbefall wurde durch die Daumendruck-Bonitur ( Pinch-Test ) auf dem Feld und im Labor durch die Bestimmung der Cellulaseaktivität im Pflanzenmaterial ermittelt. Zusätzlich wurden Analysen zur Kontamination des Pflanzenmaterials mit dem von Fusarien produzierten Mykotoxin Zearalenon durchgeführt. Die Ergebnisse der in vitro-Verdaulichkeitsuntersuchung zeigten im Restpflanzenmaterial deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Maissorten. Diese waren nicht durch sortentypisches Abreifeverhalten zu erklären. Im Durchschnitt besaßen die Sorten der mittelfrühen Reifegruppe bei vergleichbaren Trockensubstanzgehalten eine höhere in vitro-Verdaulichkeit als die Sorten der frühen Reifegruppe. Das Kolbenmaterial der untersuchten Sorten wies lediglich marginale Verdaulichkeitsunterschiede auf. Die maximale in vitro-Verdaulichkeit war bei den einzelnen Pflanzenfraktionen zu unterschiedlichen Zeitpunkten erreicht. Die Verdaulichkeit der Restpflanze reduzierte sich mit zunehmender Abreife, die des Kolbens blieb weitgehend konstant. Im Kolbenmaterial konnte in Übereinstimmung mit den angewendeten Methoden kein Fusariumbefall festgestellt werden. Stengelfusariosen waren in Abhängigkeit von Sorte und Umwelt teilweise sehr ausgeprägt vorhanden. Eine Korrelation zwischen der in vitro-Verdaulichkeit und der Stärke des Fusariumbefalls existierte nicht. Zwischen den Merkmalen Fusariumbefall und Zearalenongehalt in der Pflanze bestand lediglich eine schwach positive Korrelation (r=0,23). Des weiteren konnte ein Zusammenhang zwischen der Reifegruppenzugehörigkeit bzw. dem Abreifeverhalten und der Zearalenonkontamination festgestellt werden. Maissorten der mittelfrühen Reifegruppe wiesen im Vergleich zur frühen und Stay Green -Typen im Vergleich zu Dry Down -Typen geringere Zearalenongehalte auf. Neben den Analysen zur Beeinflussung der in vitro- Verdaulichkeit durch Fusarien, wurde an einem Pansensimulationssystem (Rumen Simulation Technique) untersucht, ob Fusariumbefall bei Mais Effekte auf Parameter der Pansenphysiologie ausübt. Die Ergebnisse zeigten eine signifikante Reduktion der Protozoenanzahl sowie eine erhöhte Bildung von mikrobieller Proteinmasse während der Fermentation von Maisstengeln mit starkem Fusariumbefall. Auch hinsichtlich der Synthese der flüchtigen Fettsäuren Buttersäure und Valeriansäure war bei starkem Fusariumbefall eine signifikante Reduktion zu beobachten. Keinen Einfluss hingegen hatte der Fusariumbefall auf die Bildung von Methan sowie NH4 Stickstoff und auf die Produktion der flüchtigen Fettsäuren Essigsäure und Propionsäure während der Fermentation der Maisstengel.Digestibility is an important parameter concerning the quality assessment of maize cultivars. In some European countries it already became a criteria with regard to the assessment for national lists. It is well known that the digestibility is not only genetically determined but also influenced by a number of other factors. Some of these factors like the maturing habit ( Stay Green Type , Dry Down Type ), the maturing group classification (early to medium early), the susceptibility to infection by fungi of the genus Fusarium, and the factor environment were investigated by the studies presented. Two 3-year field trials (1995-1998) based on different experimental conceptions allowed investigations during certain stages of maturing and on different parts of the maize plant. The carrying out on 5 widespread locations in Germany made it possible to analyse the impact of the factor environment on the digestibility. The digestibility was examined in vitro by an enzymatic procedure ( Cellulase Method ) and was estimated by using NIRS (near infrared reflectance spectroscopy). The extent of Fusarium infection was assessed in the field by the using the Pinch Test and in the laboratory by measuring the activity of the enzyme Cellulase produced by the fungus in the plant material. In addition to these investigations the contamination with the mycotoxin Zearalenone which is produced by many species of the genus Fusarium was analysed. The results showed differences in in vitro digestibility of the cultivars which were more distinct in the stover material than in the cob. Although, on average, the stover of medium maturing genotypes had a slightly higher in vitro digestibility, single genotypes of the early maturing group showed an above average in vitro digestibility. Maturing habit had no effect on stover digestibility. The maximum value for in vitro digestibility of parts of the maize plant occurred at different stages of maturing. During the maturing process there was little variation in cob digestibility but the digestibility of the stover decreased significantly. In agreement of the both procedures no Fusarium infection of the cobs was detected. In contrast to this an occasional, massive infection of the stover material was found, depending on environment and cultivar. No correlation was found between stover digestibility and the extent of Fusarium infection. The correlation between the extent of Fusarium infection and the content of Zearalenone in the plant was positive but very weak (r= 0,23). The results of this study further indicate that, on average, Zearalenone levels were lower in medium early maturing cultivars than in early maturing cultivars and lower in Stay Green than in Dry Down cultivars. In addition to the investigations on the in vitro digestibility of maize, an experiment that dealt with the impact of Fusarium infection on certain parameters of rumen physiology was carried out. The results obtained from analysis by a Rumen Simulation Technique System showed a significant decrease of the number of protozoa but simultaneously an increase in total microbial protein mass in the rumen liquid, due to Fusarium infection. Another result was that the production of two short chain fatty acids decreased significantly during the fermentation of Fusarium-infected maize stovers. No effect of Fusarium was found on the production of methane, NH4-nitrogen and on the total quantity of synthesised short chain fatty acids