Влияние штаммов Enterococcus faecium и Bacillus subtilis на микробиоту и питательность силоса из злаково-бобовой травосмеси

   Силосование является процессом консервирования кормов, качество которых во многом определяется микробиологическими процессами. При неблагоприятных условиях заготовки, высокой исходной влажности растительного сырья, несоблюдении технологии вместо молочнокислых бактерий могут развиваться энтеробактерии, клостридии и другие виды, которые снижают питательную ценность и качество готового корма.

   Цель исследований заключалась в изучении влияния новых штаммов Enterococcus faecium и Bacillus subtilis в качестве биоконсервантов на микробиоту и питательность силоса из злаково-бобовой растительной массы.

   В эксперименте оценивали внесение в силосуемую массу штамма Enterococcus faecium 46 и комбинации штаммов Enterococcus faecium 46 и Bacillus subtilis 18 в сравнении с контрольным вариантом без консерванта. Показатели питательности силоса и состав микробиоты определяли на 30-е сутки ферментации растительной массы. Наилучшие результаты по количеству сухого вещества, нейтрально-детергентной клетчатке и доле молочной кислоты в сумме кислот были продемонстрированы при совместном использовании штаммов Enterococcus faecium и Bacillus subtilis. По результатам оценки микробиоты методом количественной ПЦР в данном опытном варианте детектировано наиболее высокое количество бактерий рода Lactobacillus и меньшее количество представителей семейства Enterobacteriaceae, в том числе Escherichia coli, Klebsiella sp., Citrobacter sp. Полученные результаты свидетельствуют о том, что синергетическое воздействие штаммов при консервировании корма позволило затормозить развитие гнилостных и патогенных токсинообразующих бактерий благодаря усиленному синтезу молочной кислоты. На основании полученных результатов можно сделать заключение о высокой перспективе комплекса бактерий для улучшения ферментации, сохранности питательных веществ в консервированных кормах.

1. Pakarinen P., Maijala S., Jaakkola F.L., Stoddard M. et al. Evaluation of Preservation Methods for Improving Biogas Production and Enzymatic Conversion Yields of Annual Crops. Biotechnology for Biofuels. 2011;4:20. doi: 10.1186/1754-6834-4-20

2. Dong Z.H., Li J.F., Wang S.R., Zhao J. et al. Gamma-ray Irradiation and Microbiota Transplantation to Separate the Effects of Chemical and Microbial Diurnal Variations on the Fermentation Characteristics and Bacterial Community of Napier Grass Silage. Journal of the Science of Food and Agriculture. 2022;102:4322-4332. doi: 10.1002/JSFA.11784

3. Xu Z.S., He H.Y., Zhang S.S., Kong J. Effects of Inoculants Lactobacillus brevis and Lactobacillus parafarraginis on the Fermentation Characteristics and Microbial Communities of Corn Stover Silage. Scientific Reports. 2017;7:13614. doi: 10.1038/s41598-017-14052-1

4. Pedroso A.F., Adesogan A.T., Queiroz O.C., Williams S.K. Control of Escherichia coli O157: H7 in Corn Silage with or Without Various Inoculants: Efficacy and Mode of Action. Journal of Dairy Science. 2010;93(3):1098-1104. doi: 10.3168/jds.2009-2433

5. Driehuis F., Wilkinson J.M., Jiang Y. Silage review: Animal and Human Health Risks from Silage. Journal of Dairy Science. 2018;101(5):4093-4110. doi: 10.3168/jds.2017-13836

6. Ogunade M., Jiang Y., Kim D.H., Cervantes A.A.P. et al. Fate of Escherichia coli O157: H7 and Bacterial Diversity in Corn Silage Contaminated with the Pathogen and Treated with Chemical or Microbial Additives. Journal of Dairy Science. 2017;100:1780-1794. doi: 10.3168/jds.2016-11745

7. Russell J.B., Diez-Gonzalez F., Jarvis G.N. Potential Effects of Cattle Diets on the Transmission of Pathogenic Escherichia coli to Humans. Microbes and Infection. 2000;2(10717540):45-53. doi: 10.1016/s1286-4579(00)00286-0

8. Chapman P.A., Siddons C.A., Cerdan Malo A.T., Harkin M.A.A. 1-year Study of Escherichia coli O157 in Cattle, Sheep, Pigs and Poultry. Epidemiology and Infection. 1997;119(9363024):245-250. doi: 10.1017/s0950268897007826

9. Queiroz O.C.M., Ogunade I.M., Weinberg Z., Adesogan A.T. Silage Review: Foodborne Pathogens in Silage and Their Mitigation by Silage Additives. Journal of Dairy Science. 2018;101:4132-4142. doi: 10.3168/jds.2017-13901

10. Vissers M.M., Driehuis F., Te Giffel M.C., De Jong P. et al. Short communication: Quantification of the Transmission of Microorganisms to Milk via Dirt Attached to the Exterior of Teats. Journal of Dairy Science. 2007;90(8):3579-82. doi: 10.3168/jds.2006-633

11. Pahlow G., Muck R.E., Driehuis F., Elferink S.J.W.H.O. et al. Microbiology of Ensiling. In: Silage science and technology. Madison, USA: American Society of Agronomy, Inc., 2003.

12. Hu W., Schmidt R.J., McDonell E.E., Klingerman C.M. The Effect of Lactobacillus buchneri 40788 or Lactobacillus plantarum MTD-1 on the Fermentation and Aerobic Stability of Corn Silages Ensiled at Two Dry Matter Contents. Journal of Dairy Science. 2009;92:3907-3914. doi: 10.3168/jds.2008-1788

13. Косолапов В.М., Чуйков В.А., Худякова Х.К., Косолапова В.Г. Физико-химические методы анализа кормов. Москва: Типография Россельхозакадемии, 2014. 344 с.

14. Ávila C.L.S., Carvalho B.F. Silage Fermentation-updates Focusing on the Performance of Microorganisms. Journal of Applied Microbiology. 2020;128(4):966-984. doi: 10.1111/jam.14450

15. Borreani G., Tabacco E., Schmidt R.J., Holmes B.J. et al. Silage Review: Factors Affecting Dry Matter and Quality Losses in Silages. Journal of Dairy Science. 2018;101:3952-3979. doi: 10.3168/jds.2017-13837

16. Zhang Y.C., Li D.X., Wang X.K., Lin Y.L. et al. Fermentation Dynamics and Diversity of Bacterial Community in Four Typical Woody Forages. Annals of Microbiology. 2019;69:233-240. doi: 10.1007/s13213-018-1398-z

17. Huhtanen P., Rinne M., Nousiainen J. Evaluation of the Factors Affecting Silage Intake of Dairy Cows; A Revision of the Relative Silage Dry Matter Intake Index. Animal. 2007;1:758-770. doi: 10.1017/S175173110773673X

18. Fustini M., Palmonari A., Canestrari G., Bonfante E. et al. Effect of Undigested Neutral Detergent Fiber Content of Alfalfa Hay on Lactating Dairy Cows: Feeding Behavior, Fiber Digestibility, and Lactation Performance. Journal of Dairy Science. 2017;100:4475-4483. doi: 10.3168/jds.2016-12266

19. Miller M.D., Kokko C., Ballard C.S., Dann H.M. et al. Influence of Fiber Degradability of Corn Silage in Diets with Lower and Higher Fiber Content on Lactational Performance, Nutrient Digestibility, and Ruminal Characteristics in Lactating Holstein Cows. Journal of Dairy Science. 2021;104:1728-1743. doi: 10.3168/jds.2020-19088

20. Li L., Sun Y., Yuan Z. Effect of Microalgae Supplementation on the Silage Quality and Anaerobic Digestion Performance of Manyflower Silvergrass. Bioresource Technology. 2015;189:334-40. doi: 10.1016/j.biortech.2015.04.029

21. Li M., Zi X., Zhou H., Hou G. et al. Effects of Sucrose, Glucose, Molasses and Cellulase on Fermentation Quality and in Vitro Gas Production of King Grass Silage. Animal Feed Science and Technology. 2014;197:206-212. doi: 10.1016/j.anifeedsci.2014.06.016

22. Yan Y.H., Li X.M., Guan H., Huang L.K. Microbial Community and Fermentation Characteristic of Italian Ryegrass Silage Prepared with Corn Stover and Lactic Acid Bacteria. Bioresource Technology. 2019;279:166-173. doi: 10.1016/j.biortech.2019.01.107

23. Guo T.T., Zhang L., Xin Y.P., Xu Z.S. et al. Oxygen-inducible Conversion of Lactate to Acetate in Heterofermentative Lactobacillus brevis ATCC367. Applied and Environmental Microbiology. 2017;83: e01659-17. doi: 10.1128/AEM.01659-17

24. Cai Y.M., Benno Y., Ogawa M., Ohmomo S. et al. Influence of Lactobacillus spp. from an Inoculant and of Weissella and Leuconostoc spp. from Forage Crops on Silage Fermentation. Applied and Environmental Microbiology. 1998;64:2982-2987. doi: 10.1128/AEM.64.8.2982-2987.1998

25. Ni K.K., Zhao J.Y., Zhu B.G., Su R.N. et al. Assessing the Fermentation Quality and Microbial Community of the Mixed Silage of Forage Soybean with CROP Corn or Sorghum. Bioresource Technology. 2018;265:563-567. doi: 10.1016/j.biortech.2018.05.097

26. Grill J.P., Crociani J., Ballongue J. Characterization of Fructose 6 phosphate Phosphoketolases Purified from Bifidobacterium Species. Current Microbiology. 1995;31:49-54. doi: 10.1007/BF00294634

27. Ogunade M. Silage Review: Mycotoxins in silage: Occurrence, Effects, Prevention, and Mitigation. Journal of Dairy Science. 2018;101(5):4034-4059. doi: 10.3168/jds.2017-13788

28. Lindgren Ö.S. Influences of Enterobacteria on the Fermentation and Aerobic Stability of Grass Silages. Grass and Forage Science. 1995;50:41-47. doi: 10.1111/j.1365-2494.1995.tb02292.x

29. Fuhs G.W., Chen M. Microbiological Basis of Phosphate Removal in the Activated Sludge Process for the Treatment of Wastewater. Microbial Ecology. 1975;2:119-138. doi: 10.1007/BF02010434

30. Bai C., Wang L., Sun H., Xu Y. et al. Dynamics of Bacterial and Fungal Communities and Metabolites During Aerobic Exposure in Whole-plant Corn Silages with Two Different Moisture Levels. Frontiers in Microbiology. 2021;12:663895. doi: 10.3389/fmicb.2021.663895

31. Keshri J., Chen Y., Pinto R., Kroupitski Y. et al. Microbiome Dynamics During Ensiling of Corn With and Without Lactobacillus plantarum Inoculant. Applied Microbiology and Biotechnology. 2018;102:4025-4037. doi: 10.1007/s00253-018-8903-y

32. Liu B., Huan H., Gu H., Xu N. et al. Dynamics of a Microbial Community During Ensiling and Upon Aerobic Exposure in Lactic Acid Bacteria Inoculation-treated and Untreated Barley Silages. Bioresource Technology. 2019;273:212-219. doi: 10.1016/j.biortech.2018.10.041

33. Yue Z.B., Chen R., Yang F., James M. et al. Effects of Dairy Manure and Corn Stover Co-digestion on Anaerobic Microbes and Corresponding Digestion Performance. Bioresource Technology. 2013;128:65-71. doi: 10.1016/j.biortech.2012.10.115

34. Li Y., Nishino N. Effects of Inoculation of Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus buchneri on Fermentation, Aerobic Stability and Microbial Communities in Whole Crop Corn Silage. Grass and Forage Science. 2011;57:184-191. doi: 10.1111/j.1744-697X.2011.00226.x