발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 홀스타인 송아지의 성장과 장내균총 및 혈액성상에 미치는 영향 = Effects of dietary supplementation with fermented Chinese chives and yeast extract on growth performance, intestinal microbial community and blood parameters in Holstein calves

국문 초록 (Abstract)

국문초록

발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 홀스타인 송아지의 성장과 장내균총 및 혈액성상에 미치는 영향

본 연구는 농가에서 송아지를 건강하게 육성시키고자 발효부추와 효모추출물을 혼합한 사료첨가제의 급여효과를 구명하였다. 송아지의 설사 분변에서 미생물을 분리·동정하였고, 그 중 Escherichia coli가 가장 많았다. Shigella sonnei, Shigella dysenteriae, Escherichia marmotae 및 Escherichia coli는 ampicillin, vancomycin, clindamycin 및 tetracyclin 등의 항생제에 대해 내성을 가지고 있었다. 부추즙은 Candida glabrata, Escherichia coli, Shigella flexneri균에 대해 특히 강한 항균활성을 보였다. Leuconostoc mesenteroides로 발효시킨 부추는 Bacillus velezensis와 Bacillus aryabhattai에 대한 항균활성이 가장 높았다. 생후 1∼2주령의 초유떼기 송아지를 대상으로 발효부추와 효모추출물(CY: Fermented Chinese chives-Yeast extracts) 첨가제를 0.1%(T1)와 0.5%(T2)를 첨가하여 8주간 급여하였다. 총 실험기간 동안 대조구와 T1이 T2보다 높은 체중을 보였다(p<0.05). 사료섭취량은 5∼8주에 T2(30.46 kg)가 대조구(41.54 kg) 및 T1(46.67 kg)보다 낮았다(p<0.05). 대조구의 분변에서 Enterococcus faecalis가 동정되었으며, T1과 T2에서는 Enterococcus faecium, Escherichia coli, Lactobacillus johnsonii가 동정되었다. 8주차 혈액 내의 total glyceride는 T1이 유의적으로 낮았다(p<0.05). 또한 이유 후 3개월령 송아지에 4주 동안 발효부추와 효모추출물을 0.1%(T1)와 0.5%(T2)를 첨가급여하면서 송아지의 성장에 미치는 영향을 연구하였다. 모든 처리구에서 Bacillus subtilis, Escherichia fergusonii, Shigella spp.가 동정되었다. T1에서는 그 외에 Escherichia coli, Enterococcus hirae, Bacillus stratosphericus, Bacillus pumilus가 동정되었고, T2에서는 감염성궤양증을 일으키는 Staphylococcus cohnii와 세균성 이질을 유발하는 Shigella sonnei가 동정되었다. 발효부추와 효모추출물을 혼합급여한 송아지의 혈액 내 TBIL 및 ALP는 T2가 낮은 경향을 보였다(p<0.1). T2의 HDLC가 높은 경향을 보여 부추의 급여가 지방대사 및 혈중 콜레스테롤에 긍정적인 영향을 주는 것으로 판단된다(p<0.01). 혈중 NH3 농도는 대조구보다 T2가 낮았다(p<0.05). IL-4 유전자 발현은 T1과 T2가 대조구보다 유의하게 낮았다(p<0.05). 혈액 내 IgG 농도는 T2가 65.8 mg/dl로 가장 높은 경향을 보였다(p<0.1). 송아지 분변에 대하여 NGS 분석 결과 전체 미생물 중 Firmicutes와 Bacteroidetes 문(Phylum)이 80% 이상을 차지하였다. Anaerocolumna cellulosilytica는 대조구에만 1.3%로 존재하였다. Ruminococcus bromii, Clostridium saudiense 및 Turicibacter sanguinis는 T1에만 있었고, Ruminococcus flavefaciens는 T2에만 존재하였다. 본 연구의 결과를 종합하면 젖소의 초유떼기 및 이유 송아지에 있어서 발효부추 및 효모추출물을 사료내 0.1%로 첨가하여 급여하면 송아지의 건강 증진을 위한 사료첨가제로 사용할 수 있을 것으로 기대되어진다.

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ABSTRACT

Effects of dietary supplementation of fermented Chinese chives with yeast extract on growth performance, intestinal microbiota and blood parameters in Holstein calves

Lee, Joong-Jae
Department of Animal Science and Technology
Graduate School of Konkuk University

The purpose of this study was to investigate the effects of fermented Chinese chives with yeast extract(CY) as a feed additive on the overall growth performance of Holstein calves. Microbes were isolated and identified from feces of diarrheic dairy calves and Hanwoo calves. Escherichia coli was the mostly dominated species among all the isolates. Among the isolates, Shigella sonnei, Shigella dysenteriae, Escherichia marmotae and E. coli showed resistance to various antibiotics including ampicillin, vancomycin, clindamycin and tetracyclin. The Chinese chives juice showed broad spectrum antimicrobial activity against Candida glabrata, E. coli and Shigella flexneri. Fermented Chinese chives juice also showed strong antibacterial activity, especially for Bacillus velezensis and Bacillus aryabhattai. First, the feeding trial for newborn Holstein calves with the supplementation of 0.1%(T1) and 0.5%(T2) CY was investigated for 8 weeks. During the whole experiment period, the body weight of control and T1 group showed higher value than T2 group(p<0.05). During 5-8 weeks, the T2(30.46 kg) group showed lower feed intake compared to control(41.54 kg) and T1(46.67 kg) group(p<0.05). Considering the effect of CY supplementation on fecal microbiota, Enterococcus faecalis was mainly detected from the control group, while Enterococcus faecium, E. coli, and Lactobacillus johnsonii were identified from the treated groups. Coupling the study for the respective effects on blood parameters indicated that TG(Total glyceride) was significantly lower in T1 group compared to other groups in 8th week(p<0.05). In subsequent experiments, the dietary supplementation of 0.1%(T1) and 0.5%(T2) of CY in 3-month old Holstein claves was conducted for 4 weeks. Bacillus subtilis, Escherichia fergusonii, and Shigella spp. were observed from the feces of all treatments. In addition, E. coli, Enterococcus hirae, Bacillus stratosphericus, and Bacillus pumilus were also detected in T1 group. On the other hand, Staphylococcus cohnii causing ulcerosis and Shigella sonnei causing bacterial heterogeneity, were mainly detected from T2 group. TBIL(Total bilirubin) and ALP(Alkaline phosphatase) were lower tendency in the samples of T2 group as compared with other groups(p<0.1). Whereas, HDLC(High-density lipoprotein cholesterol) in the blood showed increasing trend in T2 group, implying positive effects on the fat metabolism and blood cholesterol levels(p<0.01). The blood NH3 content showed lower value in T2 group as compared with the control(p<0.01). The pro-inflammation related IL-4 gene expression was significantly lower in control group as compared with T1 and T2 groups(p<0.05). The blood IgG antibody levels were significantly higher in T2 group(65.8 mg/dl)(p<0.1). For the fecal microbial community, Firmicutes and Bacteroidetes were observed as the dominated phyla(> 80% relative abundance) in all the treatments. On the basis of(> 1%) relative abundance with species level, Anaerocolumna cellulosilytica(1.3%) was only found in control groups. Ruminococcus bromii, Clostridium saudiense and Turicibacter sanguinis were only observed in T1 groups and Ruminococcus flavefaciens was only observed in T2 groups. In conclusion, it was suggested that 0.1% supplementation of CY in feed may improve the health of Holstein calves.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제2장 연구사 4
• 제1절 젖소 송아지의 성장을 위한 천연물 급여효과에 관한 연구 4
• 1. 젖소 송아지의 성장에 영향을 미치는 천연물 연구 4
• 2. 젖소 송아지의 설사 예방을 위한 사료첨가제 급여 연구 8
• 제2절 부추 및 효모추출물의 생리활성과 가축의 첨가급여에 관한 연구 11
• 1. 부추의 생리활성 및 첨가급여 연구 11
• 2. 효모추출물의 생리활성 및 첨가급여 연구 16
• 제3장 송아지 설사균의 분리 및 동정 (연구 1) 18
• 제1절 서론 18
• 제2절 재료 및 방법 20
• 1. 송아지 설사균의 분리 및 동정 20
• 2. 항생제 내성 조사 20
• 제3절 결과 및 고찰 21
• 1. 송아지 설사균의 동정 21
• 2. 항생제 내성 조사 25
• 제4절 요약 27
• 제4장 송아지 설사균에 대한 부추의 항균활성 (연구 2) 28
• 제1절 서론 28
• 제2절 재료 및 방법 29
• 1. 부추즙의 발효 및 동결건조 29
• 2. 부추즙의 물추출 및 에탄올 추출물 제조 29
• 3. 송아지 설사균에 대한 부추의 항균활성 조사 30
• 제3절 결과 및 고찰 32
• 1. 동결건조 발효부추로부터의 미생물 동정 32
• 2. 설사균에 대한 부추의 항균활성 32
• 제4절 요약 39
• 제5장 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 초유떼기 홀스타인 송아지에 미치는 영향 (연구 3) 40
• 제1절 서론 40
• 제2절 재료 및 방법 41
• 1. 시험재료 41
• 2. 실험동물 및 사육 조건 43
• 3. 실험설계 및 방법 43
• 4. 생체중, 증체량, 사료섭취량, 사료효율 48
• 5. 송아지 건강지수 48
• 6. 송아지 분변의 미생물군 조사 48
• 7. 혈액성분 분석 48
• 8. 혈청 내 면역글로불린 농도 49
• 제3절 결과 및 고찰 50
• 1. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 성장에 미치는 영향 50
• 2. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 설사에 미치는 영향 52
• 3. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 분변의 미생물군에 미치는 영향 54
• 4. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈액성상에 미치는 영향 58
• 5. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈청 내
• 면역글로불린 함량의 변화에 미치는 영향 62
• 제4절 요약 64
• 제6장 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 홀스타인 이유 송아지에 미치는 영향 (연구 4) 65
• 제1절 서론 65
• 제2절 재료 및 방법 66
• 1. 시험재료 66
• 2. 실험동물 및 사육 조건 66
• 3. 실험설계 및 방법 66
• 4. 생체중, 증체량, 사료섭취량, 사료효율 69
• 5. 송아지 분변의 미생물군 조사 69
• 6. 혈액성분 분석 69
• 7. 염증 유전자 발현 분석 70
• 7.1. 말초혈액단핵세포(PBMC) 분리 70
• 7.2. mRNA 분리 70
• 7.3. Real time PCR 71
• 8. NGS 방법에 의한 분변 미생물 분석 73
• 8.1. DNA 분리 및 sequencing 73
• 8.2. OTU 분석 73
• 9. 혈청 내 면역글로불린 농도 74
• 제3절 결과 및 고찰 75
• 1. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 성장에 미치는 영향 75
• 2. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 분변의 미생물군에 미치는 영향 77
• 3. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈액성상에 미치는 영향 82
• 4. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈액 내 혈구 분포도에
• 미치는 영향 85
• 5. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈액 내 염증성 사이토카인 유전자 발현에 미치는 영향 87
• 6. 발효부추와 효모추출물의 첨가급여가 송아지의 혈청 내 면역글로불린 함량의 변화에 미치는 영향 89
• 7. NGS에 의한 분변 미생물 분석 91
• 제4절 요약 99
• 제7장 종합고찰 100
• 참고문헌 102
• ABSTRACT 126