Short background

  World population is increasing day by day and increasing the demand of ruminants production to meet meat and milk requirements to improve the quality of life. However, feed shortage is a major constraint to raise livestock production, especially in tropical and sub-tropical countries it is a severe problem. Rice straw can play an important role for raising livestock production due to its abundant availability throughout the world. The present study has been conducted to evaluate the feeding value of rice straw-based different diets through treating or supplementing with nitrogenous and energy substrates on intermediary metabolism of plasma nutrient in sheep using stable isotope dilution techniques as follows:

Experiment-1

   First of all, the combined experiment of isotope dilution methods using [1-¹³C]Na acetate, [U-¹³C]glucose, [1-¹³C]leucine (Leu), and nitrogen (N) balance test were conducted to determine the effects of rice straw only (RS-diet) on intermediary metabolism of plasma acetate, glucose and Leu in sheep. Four sheep were assigned to two dietary treatments including either mixed hay (MH-diet) or a RS-diet using  crossover design with two 21 d periods. The sheep were fed either mixed hay 40.5 g/kg^0.75/d for the MH-diet, or rice straw 67.2 g/kg^0.75/d for the RS-diet. The isotope dilution methods were conducted as the primed-continuous infusion on d 21 of each dietary period. Nitrogen intake and N digestibility were considerably lower (P < 0.05) for the RS-diet compared to the MH-diet. Rumen ammonia (NH₃) concentration was lower (P < 0.05) for the RS-diet than the MH-diet. Turnover rates (TR) of plasma acetate and glucose did not differ between diets, but numerical values were slightly lower for the RS-diet than the MH-diet. Plasma LeuTR as well as whole body protein synthesis (WBPS) and degradation (WBPD) did not differ between diets, but numerical values were lower for the RS-diet compared to the MH-diet.

Experiment-2

   From the Experiment-1 it was found that although not significant, turnover rates of plasma acetate, glucose and Leu as well as WBPS and WBPD were slightly lower in sheep fed rice straw compared to mixed hay. It could be expected that supplementation of protein or energy source to rice straw would improve the plasma nutrient metabolism through providing required NH₃ and energy for rumen microbes. Thus Experiment-2 was designed using an isotope dilution method of [1-¹³C]Na acetate to assess the feeding effects of rice straw supplemented with soybean meal (SBM) as a high energy protein source (RSS-diet) on intermediary metabolism of plasma acetate kinetics in sheep compared with a MH-diet. Four sheep were assigned either a MH-diet or a RSS-diet using crossover design with two 24 d periods. The isotope dilution method was conducted as the primed-continuous infusion on d 24 of each dietary period. The sheep were fed either mixed hay 57.8 g/kg^0.75/d for the MH-diet or rice straw 59.4 g/kg^0.75/d supplemented with SBM 7.4 g/kg^0.75/d for the RSS-diet. Nitrogen intake did not differ between diets, and N digestibility was considerably higher (P < 0.05) for the RSS-diet compared to the MH-diet. Concentration of acetate in the rumen did not differ between diets. Plasma acetate concentration as well as turnover rate of plasma acetate did not differ between the RSS-diet and the MH-diet. From the current study, it was proved that supplementation of SBM as high energy protein source showed comparable performance to mixed hay on intermediary metabolism of plasma acetate in sheep.

Experiment-3

   The Experiment-2 showed that rice straw supplemented with SBM gave the comparable performance to mixed hay on plasma acetate metabolism in sheep. It could be expected that supplementation of protein source along with soluble carbohydrate source would improve the intermediary metabolism of plasma nutrients through providing required nitrogenous substrates and easily fermentable energy substrates for microbial growth. Therefore, Experiment-3 was designed using isotope dilution methods of [U-¹³C]glucose and [1-¹³C]Leu to investigate the effects of rice straw supplemented with urea and molasses (RSUM-diet) on intermediary metabolism of plasma glucose and Leu kinetics in sheep. Four sheep were fed either a MH-diet or a RSUM-diet using crossover design with two 21 d periods. The isotope dilution methods were conducted as the primed-continuous infusion on d 21 of each dietary period. Feed allowance was computed on the basis of metabolizable energy (ME) at maintenance level. The sheep were fed either mixed hay 57.8 g/kg^0.75/d for the MH-diet or rice straw 59.7 g/kg^0.75/d supplemented with urea 0.84 g/kg^0.75/d and molasses 7.6 g/kg^0.75/d for the RSUM-diet. Nitrogen intake was lower (P < 0.05) for the RSUM-diet than the MH-diet, but N digestibility remained similar between diets. Concentrations of NH₃ and propionate in the rumen were higher (P < 0.05) for the RSUM-diet than the MH-diet. Turnover rate of plasma glucose did not differ between diets, but numerical value was slightly higher for the RSUM-diet than the MH-diet. Plasma LeuTR as well as WBPS and WBPD were comparable between the RSUM-diet and the MH-diet.

Expeiment-4

   From the Experiment-2 and Experiment-3 it was found that untreated rice straw supplemented with nitrogenous substrates and energy substrates showed the comparable performance to mixed hay on intermediary metabolism of plasma nutrients in sheep. It is expected that ensiling rice straw supplemented with nitrogenous substrates and energy source will influence the intermediary metabolism of plasma nutrients through better fermentation. Thus Experiment-4 was designed using the isotope dilution methods of [1-¹³C]Na acetate, [U-¹³C]glucose and [1-¹³C]Leu to evaluate the feeding effects of rice straw supplemented with urea and molasses silage (RSUMS-diet) on intermediary metabolism of plasma acetate, glucose and Leu in sheep. Four sheep were assigned to either a MH-diet or a RSUMS-diet using a crossover design with two 21 d periods. The feed allowance was mixed hay 57.8 g/kg^0.75/d for the MH-diet, and rice straw-based silage 109.9 g/kg^0.75/d for the RSUMS-diet, as fed basis. Crude protein supply was 6.4 g/kg^0.75/d for the MH-diet, and 5.4 g/kg^0.75/d for the RSUMS-diet on DM basis. Nitrogen intake was lower (P < 0.05) for the RSUMS-diet compared to the MH-  diet, but N digestibility was considerably higher (P < 0.05) for the RSUMS-diet than the MH-diet. Rumen total VFA and acetate concentrations did not differ between diets, and propionate concentration in the rumen tended to be higher (P = 0.07) for the RSUMS-diet than the MH-diet. Turnover rates of plasma acetate and glucose did not differ between diets. Plasma LeuTR as well as WBPS and WBPD were similar between diets. From the results of this study, it was shown that ensiling rice straw supplemented with urea and molasses can be used for raising ruminant production as like as mixed hay.

Conclusion

  Taken together the results of the present findings, it could be concluded that untreated or treated rice straw with nitrogenous substrates and energy substrates were comparable to mixed hay in relation to plasma acetate, glucose and protein metabolism in sheep.

Further implication

   From the results obtained in the present research, it can be suggested that rice straw is one of the most important by-products as ruminant feed. The use of rice straw is a promising approach to overcome the problem of global feed scarcity, and a better way of recycling this residue to human nutrition through animal feeding. Effective use of rice straw will benefit livestock production. Thus untreated or treated rice straw with easily available protein or energy source should be used extensively for raising ruminant production, reducing feed cost and making a sustainable global environment.

（和訳）

背景

　全世界の総人口は日々増加しており、生活の質向上のため肉や乳の要求量を満たすための反芻家畜生産の需要が増加している。しかしながら、飼料不足が家畜生産向上の主要な障害となっており、特に熱帯および亜熱帯地域では深刻な問題である。稲わらは、世界的に大量に供給できるため、家畜生産向上に重要な役割を果たすことができる。本研究は、ヒツジにおいてサイレージ処理あるいは窒素化合物やエネルギー基質添加の稲わら主体飼料の価値を安定同位体希釈法の血漿栄養素代謝動態から評価するために実施された。

実験１

　最初に、ヒツジにおける血漿酢酸、グルコースおよびロイシン(Leu)代謝に及ぼす稲わら単独給与(RS飼料)の影響を測定するため、[1-¹³C]酢酸Na、[U-¹³C]グルコース、 [1-¹³C]Leuの同位元素希釈法および窒素(N)出納試験が実施された。ヒツジ４頭が混播牧草(MH飼料)とRS飼料に割り分けられ、実験は１期21日間のクロスオーバー法により実施した。飼料給与量はMH飼料が混播牧草40.5 g/kg^0.75/d、RS飼料が稲わら67.2 g/kg^0.75/dとした。それぞれの飼料給与21日目に同位元素希釈法のprimed-continuous infusion法を実施した。N摂取量およびN消化率はMH飼料に比べてRS飼料が低かった(P < 0.05)。ルーメンアンモニア(NH₃)濃度はMH飼料に比べてRS飼料が低かった(P < 0.05)。血漿酢酸およびグルコース代謝回転速度(TR)は両飼料で差がなかったが、数値的にはMH飼料に比べてRS飼料がやや低かった。血漿LeuTRおよび全身のタンパク質合成速度(WBPS)および分解速度(WBPD)は飼料間に差がなかったが、数値的にはMH飼料に比べてRS飼料が低かった。

実験２

　実験１では、有意差は認められなかったものの、血漿AceTR、GluTR、LeuTR、WBPS、WBPDはMH飼料に比べてRS飼料がやや低かった。稲わらにタンパク質およびエネルギー源を添加すると、ルーメン微生物の活動に必要なNH₃やエネルギーが供給されるため血漿栄養素代謝の改善が期待される。そこで、実験２では[1-¹³C]酢酸Naの同位元素希釈法を行い、ヒツジにおいて大豆粕(SBM)添加稲わら(RSS飼料)とMH飼料の血漿酢酸代謝を比較した。ヒツジ４頭が１期24日のクロスオーバー法にしたがってMH飼料あるいはRSS飼料に振り分けられた。それぞれの飼料給与24日目に同位元素希釈法のprimed-continuous infusion法を実施した。飼料給与量はMH飼料が混播牧草57.8 g/kg^0.75/d、RSS飼料が稲わら59.4 g/kg^0.75/d、SBM 7.4 g/kg^0.75/dとした。実験は１期24日間のクロスオーバー法にしたがって実施した。N摂取量は飼料間で差がなく、N消化率はMH飼料に比べてRSS飼料がかなり高かった(P = 0.004)。血漿AceTRおよび酢酸濃度はRSS飼料とMH飼料に差はなかった。本実験の結果から、ヒツジにおいて高エネルギー・高タンパク質であるSBMを稲わらに添加すると血漿酢酸代謝動態は混播牧草に匹敵することが示された。

実験３

　実験２ではSBMを添加した稲わらを給与したヒツジの血漿酢酸代謝は混播牧草に匹敵することを示した。可溶性炭水化物を含むタンパク質源の添加は、微生物の成長にとって必要な窒素化合物と易発酵性エネルギー基質を供給することによって血漿栄養素代謝を改善するのかもしれない。したがって、実験３ではヒツジの血漿グルコースおよびLeu代謝動態に及ぼす尿素および糖蜜添加稲わら(RSUM飼料)給与の影響を測定した。ヒツジ４頭が１期21日のクロスオーバー法にしたがってMH飼料あるいはRSUM飼料を給与された。それぞれの飼料の21日目に同位元素希釈法のprimed-continuous infusion法を実施した。飼料給与量は維持代謝エネルギー(ME)量とし、MH飼料が混播牧草57.8 g/kg^0.75/d、RSUM飼料が稲わら59.7 g/kg^0.75/d、尿素 0.84 g/kg^0.75/d、糖蜜7.6 g/kg^0.75/dとした。N摂取量は、MH飼料に比べてRSUM飼料がかなり低かったが(P < 0.05)、N消化率は両飼料で類似していた。ルーメンNH₃およびプロピオン酸濃度はMH飼料よりもRSUM飼料が高かった(P < 0.05)。血漿グルコース代謝回転速度は飼料間に差がなかったが、数値的にはMH飼料と比べてRSUM飼料がやや高かった。血漿LeuTR、WBPSおよびWBPDはRSUM飼料とMH飼料とで同等であった。

実験４

　実験２および実験３から窒素化合物とエネルギー基質を添加した稲わらは混播牧草と同等の成績が得られることを明らかにした。サイレージ化した窒素化合物・エネルギー基質を添加した稲わらは発酵を通じて血漿栄養素代謝に影響を与えることが期待される。したがって、実験４ではヒツジの血漿酢酸、グルコースおよびLeu代謝に及ぼす尿素と糖蜜添加稲わらサイレージ(RSUMS飼料)給与の影響を評価するため、[1-¹³C]酢酸Na、[U-¹³C]グルコース、 [1-¹³C]Leuの同位元素希釈法を実施した。ヒツジ４頭が１期21日のクロスオーバー法にしたがってMH飼料とRSUMS飼料に割り分けられた。飼料給与量は現物でRSUMS飼料が尿素・糖蜜添加稲わらサイレージ109.9 g/kg^0.75/d、MH飼料57.8 g/kg^0.75/dとした。粗タンパク質給与量はRSUMS飼料5.4 g/kg^0.75/d、MH飼料が混播牧草6.4 g/kg^0.75/dであった。N摂取量はMH飼料に比べてRSUMS飼料が少なかったが(P < 0.05)、N消化率は高かった(P < 0.05)。ルーメン総VFAおよび酢酸濃度は飼料間で差がなく、プロピオン酸濃度はMH飼料よりもRSUMS飼料が高い傾向を示した(P = 0.07)。血漿酢酸およびグルコース代謝回転速度は飼料間に差がなかった。血漿LeuTR、WBPSおよびWBPDは両飼料で類似していた。本研究の結果から、尿素と糖蜜を添加した稲わらサイレージは混播牧草と同様に反芻家畜の生産向上のため使用し得ることが示された。

結論

　窒素化合物とエネルギー基質を添加した未処理およびサイレージ処理の稲わらは血漿酢酸、グルコースおよびタンパク質代謝に関して混播牧草に匹敵する飼料であると結論される。

将来的な意義

　本研究の結果から、稲わらは反芻家畜の飼料として最も重要な副産物の１つであることが示された。稲わらの使用は世界的な飼料不足問題を解決する有望な手段であり、家畜飼養を通じて稲わらを人の栄養に再利用できる優れた技術である。稲わらの効率的利用は家畜生産にとって有益である。したがって、容易に供給可能なタンパク質とエネルギー基質を添加した未処理およびサイレージ処理した稲わらは反芻家畜の生産を向上させ、飼料コストを抑制し、持続可能な地球環境を創出するために広く普及されるべきである。