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Quantifizierung der Methanemissionen bei Rindern mit Hilfe des fäkalen Biomarkers Archaeol (MethanA)

Projekt


Förderkennzeichen: 2812NA126
Laufzeit: 01.11.2013 - 31.10.2016
Fördersumme: 121.066 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung

Ziel des Vorhabens ist die Evaluierung einer indirekten Methode zur Bestimmung der Methanproduktion über Archaeol im Kot von Rindern. Bei Archaeol handelt es sich um ein Membranlipid, welches sich in der Zellmembran der meisten Archaeen nachweisen lässt. Zu den Archaeen zählen auch die methanogenen Mikroorganismen im Vormagensystem von Wiederkäuern, weshalb der fäkale Archaeolgehalt mit der Ausscheidung von Methan in Beziehung steht und einen interessanten Umweltindikator darstellt. Zunächst soll die Beziehung zwischen Archaeolkonzentration und Methanproduktion überprüft werden. Hierfür kann auf eingelagerte Kotproben und Methanmessungen aus vorangegangenen Dummerstorfer Respirationskammerversuchen zurückgegriffen werden. Anschließend sollen Kotproben von Tieren der Karkendamm-Herde gesammelt und analysiert werden. Bei wiederholter Beprobung wäre es so möglich, erstmals Wiederholbarkeiten für die tierindividuelle Archaeolausscheidung unter Praxisbedingungen im Liegeboxen-Laufstall zu schätzen und Umweltfaktoren mit einem Effekt auf die Archaeolkonzentration im Kot zu identifizieren. Dies würde erste Hinweise darauf liefern, inwieweit die Archaeol- bzw. Methanausscheidung erblich bedingt ist. Des Weiteren ist geplant, Korrelationen zwischen der Archaeolausscheidung als Indikator für den Methanausstoß und anderen züchterisch bedeutsamen Merkmalen zu schätzen, um so den Handlungsspielraum für tierzüchterische Maßnahmen zur Emissionsminderung besser abschätzen zu können.

Ziel eines Projektes der Christian Albrechts Universität zu Kiel war die Untersuchung eines im Kot detektierbaren Markers für die Methanemission und im Rahmen dessen die Evaluierung und Bewertung von Archaeol als Hilfsmerkmal für die Zucht auf verminderte Methanproduktion beim Rind. Es zeigte sich ein signifikanter Einfluss des Versuchsdurchlaufs, welcher aus dem Effekt des Laktationsstadiums sowie aus dem Effekt der Ration (stärkereich vs. faserreich) bestand. In einem Praxisversuch konnte eine starke Variation der Archaeolausscheidung zwischen, aber auch innerhalb der Tiere im Produktionsverlauf beobachtet werden. Der Zeitpunkt der Probenahme in der Laktation bzw. zur Trockenstehphase hatte einen hoch signifikanten Einfluss auf den fäkalen Archaeolgehalt.

Das im Verdauungstrakt von Wiederkauern produzierte Methan ist als Endprodukt anaerober Nahrungsumsetzung vom Tier nicht weiter verwertbar. Daher wird es ausgestoßen und stellt eine globale Belastung für das Klima dar. Aus diesen Gründen werden Versuche zur Senkung der Methanemission von Wiederkäuern mit unterschiedlichen Ansätzen verfolgt.
Ziel des Projektes MethanA war die Untersuchung eines im Kot detektierbaren Markers für die Methanemission und im Rahmen dessen die Evaluierung und Bewertung von Archaeol als Hilfsmerkmal für die Zucht auf verminderte Methanproduktion beim Rind.
In eigener Vorarbeit wurden bei zehn Kühen Gaswechselmessungen in Respirationskammern mittels zweier Durchgänge und Fütterung zweier verschiedener Rationen durchgeführt. Es zeigte sich ein signifikanter Einfluss des Versuchsdurchlaufs, welcher aus dem Effekt des Laktationsstadiums (100. vs. 130. ±3 Laktationstag) sowie aus dem Effekt der Ration (stärkereich vs. faserreich) bestand. Im ersten Respirationsversuch zum 100. Laktationstag wurde eine stärke- und fettreiche Ration verabreicht (178 g Stärke/kg Trockenmasse (TM), 44 g Fett/kg TM) und ad libitum gefüttert. Im zweiten Durchlauf zum 135. Laktationstag erhielten die Kühe eine stärke- und fettreduziertere Ration (99 g Stärke/kg TM, 27 g Fett/kg TM). Die Methanproduktion (l/d) wurde für 24 Stunden gemessen, wobei Kotproben für die Archaeol-Analyse um 06:30, 10:00 und 14:30 Uhr entnommen wurden. Die Laktationsnummer des Tieres hatte keinen signifikanten Effekt. Die Beziehung zwischen dem fäkalen Archaeolgehalt und der Methanproduktion zeigte sich relativ schwach linear und nur tendenziell signifikant (R2 = 0,16). Bei Bezug der Methanausscheidung auf Basis der Trockenmasseaufnahme verbesserte sich die Beziehung deutlich (R2 = 0,53). Bei Einzelbetrachtung der Kotproben konnten die um 10:00 Uhr gesammelte Proben die Variation der Methanproduktion am besten erklären (R2 = 0,23).
Im anschließenden Praxisversuch wurde über die Phasen Transit, Laktation und Trockenstehen von 31 Kühen zu festgelegten Zeitpunkten Kotproben entnommen und auf den Archaeolgehalt hin analysiert. Es konnte eine starke Variation der Archaeolausscheidung zwischen aber auch innerhalb der Tiere im Produktionsverlauf beobachtet werden. Die geringste in der Praxis detektierte Konzentration von Archaeol im Kot betrug 12 μg und die höchste Konzentration lag bei 59,7 μg. In der 2. Laktation zeigte sich ein geringeres Konzentrationsniveau an Archaeol im Kot verglichen mit der 1. und 3. Laktation. Der Zeitpunkt der Probenahme in der Laktation bzw. zur Trockenstehphase hatte einen hoch signifikanten Einfluss auf den fäkalen Archaeolgehalt. Die Wiederholbarkeit für das Merkmal fäkale Archaeolkonzentration betrug für alle drei Produktionsphasen 32 %, die Heritabilität für das Merkmal fäkale Archaeolkonzentration ist somit maximal moderat.

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