Effects of dietary rye and rapeseed on growth performance, nutrient digestibility, digesta characteristics and the intestinal microbiome of weaner piglets | Auswirkungen der Fütterung von Roggen und Raps auf Wachstumsleistung, Nährstoffverdaulichkeit, Charakteristika der Digesta und auf das intestinale Mikrobiom von Absetzferkeln

Rye and rapeseed meal (RSM) are interesting alternatives to wheat and soybean meal (SBM) for the nutrition of weaner piglets, especially regarding current challenges of pig production with respect to climate change and globalized trading of feed components. Rye tolerates more extreme temperatures and lower soil quality than wheat, rapeseed is adapted better to local climate conditions than soybean. The level of inclusion of rye and RSM into piglets’ diets was limited in the past due to the practical evidence of a lower palatability and anti-nutritional factors. Nonetheless, the content of dietary fibre increases with the inclusion of rye and RSM instead of wheat and SBM which might have beneficial effects on digestive physiology and resident microbiota. Moreover, recent studies showed that the feeding of high levels of rye and RSM did not reduce growth performance and feed intake of young pigs. However, research on the combined feeding of rye and RSM in piglets is scarce. Therefore, the aim of this study was to investigate the effects of rye and RSM included at a high dietary inclusion level in comparison to wheat and SBM on growth performance, protein, amino acid, and non-starch-polysaccharide (NSP) digestibility, physical characteristics of the digesta, intestinal morphology, and the composition and metabolic activity of intestinal microbiota in weaner pigs. A feeding trial was conducted with 88 piglets. At weaning at the age of 28 days, the piglets were randomly allocated to four groups and housed two piglets per pen. They were fed one of four isonitrogenous, pelleted diets ad libitum (n = 11): wheat/SBM, wheat/RSM, rye/SBM, and rye/RSM. Dietary inclusion level was 48 % for the cereals, 25 % for SBM, and 30 % for RSM. The diets were analysed for nutrient composition including total dietary fibre and NSP. Body weight gain and feed intake were recorded weekly and faecal consistency was scored daily. After 33 days, one piglet per pen was euthanized for the assessment and collection of digesta and the measurement of intestinal morphology. Digesta samples were analysed for pH value, viscosity, dry matter and nutrient digestibility, bacterial metabolites, and relative abundance of microbiota. The rye-based diets contained more soluble NSP than wheat-based diets. The RSM-based diets were higher in insoluble NSP compared to SBM. Growth performance was not affected by rye, but RSM reduced weight gain (p = 0.024) and feed intake (p = 0.037) compared to SBM. Rye and RSM decreased apparent ileal digestibility of crude protein and amino acids (p < 0.05). Colonic and faecal digestibility of NSP was higher in rye-fed piglets (p < 0.001, p = 0.001, respectively), lower in RSM-fed piglets (p < 0.001). Rye-fed pigs showed a more acidic and viscous small intestinal digesta (p = 0.045, p = 0.013, respectively), and a higher relative weight of the colon tissue (p < 0.001). Concentration of short-chain fatty acids was higher in rye-fed piglets in jejunum and colon (p < 0.001, p = 0.016, respectively). RSM lowered jejunal concentration of short-chain fatty acids (p = 0.001). Rye increased the relative abundance of Firmicutes and decreased Proteobacteria in the jejunum (p = 0.039, p = 0.002, respectively). Firmicutes were decreased and Actinobacteria (jejunum, colon, faeces: p < 0.050), jejunal Proteobacteria (p = 0.019) and colonic Bacteroidetes (p = 0.014) were increased in RSM-fed pigs compared to SBM. In conclusion, this study showed that rye and RSM can be used as alternatives to wheat and SBM in compound feed for weaner piglets without or with only a minor reduction of growth performance and protein digestibility and without any negative effect on animal health. In fact, the inclusion level of rye and RSM may be higher than previously recommended. Effects on digestive physiology and intestinal microbiota were mainly associated with the different composition of dietary fibre of the investigated feed components. The high content of soluble dietary fibre in rye was more degradable than wheat fibre, caused an increased microbial fermentative activity but did not induce a shift of the colonic microbiota. RSM was most likely too high in insoluble dietary fibre which led to the reduction of protein digestibility and bacterial metabolic activity as well an increased relative abundance of Actinobacteria and Bacteroidetes which are known to degrade insoluble fibre. Future research is warranted to elucidate further possible beneficial features of rye and RSM, to evaluate the optimum dietary inclusion level of these feed components, and to improve the understanding of the mechanisms, including host-microbiota interaction, that facilitate targeted practical use of rye and RSM instead of wheat and SBM in pig nutrition.

Roggen und Rapsextraktionsschrot (RSM) sind interessante Alternativen zu Weizen und Sojaextraktionsschrot (SBM) für die Fütterung von Absetzferkeln, vor allem im Kontext aktueller mit dem Klimawandel und dem globalisierten Handel von Futterkomponenten einhergehenden Herausforderungen für die Schweineproduktion. Roggen toleriert extremere Temperaturen und schlechtere Bodenqualität als Weizen, Raps ist an das lokale Klima besser angepasst als Soja. Die Höhe der Einsatzempfehlungen für Roggen und RSM in Ferkelfutter war in der Vergangenheit aufgrund bestehender Vorbehalte bezüglich niedriger Schmackhaftigkeit und aufgrund antinutritiver Faktoren limitiert. Allerdings steigt der Anteil der Faserstoffe, sogenannter „dietary fibre“, mit der Verwendung von Roggen und RSM statt Weizen und SBM. Dies könnte eine positive Wirkung auf die Verdauungsphysiologie und die intestinale Mikrobiota haben. Neue Studien zeigten außerdem, dass die Fütterung hoher Anteile von Roggen und RSM Wachstum und Futteraufnahme junger Schweine nicht reduzierte. Es gibt jedoch nur wenige Studien zur kombinierten Fütterung von Roggen und RSM. Daher war es Ziel dieser Studie die Wirkung hoher Anteile von Roggen und RSM im Vergleich zu Weizen und SBM auf Wachstum, Protein-, Aminosäuren- und Nicht-Stärke- Polysaccharid (NSP)-Verdaulichkeit, physikalische Eigenschaften der Digesta, intestinale Morphologie und die Zusammensetzung und metabolische Aktivität der intestinalen Mikrobiota bei Absetzferkeln zu untersuchen. Es wurde ein Fütterungsversuch mit 88 Ferkeln durchgeführt. Beim Absetzen im Alter von 28 Tagen wurden die Ferkel randomisiert auf vier Gruppen aufgeteilt und zu zweit in Buchten eingestallt. Sie wurden jeweils mit einer von vier isonitrogenen, pelletierten Rationen ad libitum gefüttert (n = 11): Weizen/SBM, Weizen/RSM, Roggen/SBM und Roggen/RSM. Die beiden Getreide wurden zu je 48 % in die Ration eingemischt, SBM zu 25 % und RSM zu 30 %. In den Rationen wurde die Nährstoffzusammensetzung einschließlich „total dietary fibre“ und NSP analysiert. Körpermassezunahme und Futteraufnahme wurden wöchentlich erfasst, die Kotkonsistenz täglich gescort. Nach 33 Tagen wurde ein Ferkel pro Bucht euthanasiert, um Digesta-Proben zu sammeln und zu analysieren und um Maße der Darmmorphologie zu erfassen. Die Digesta wurde hinsichtlich pH-Wert, Viskosität, Trockenmasse- und Nährstoff-Verdaulichkeit, bakterieller Metabolite und der relativen Häufigkeit der Mikrobiota untersucht. Die Roggen-Rationen enthielten mehr lösliche NSP als die Weizen-basierten. Die RSM-Rationen hatten mehr unlösliche NSP im Vergleich zu SBM. Das Wachstum wurde von Roggen nicht beeinflusst, aber RSM reduzierte die Körpermassezunahme (p = 0,024) und die Futteraufnahme (p = 0,037) im Vergleich zu SBM. Roggen und RSM senkten die scheinbare ileale Verdaulichkeit von Protein und Aminosäuren (p < 0,05). Die Verdaulichkeit der NSP in Colon und Faeces war höher in den Roggen gefütterten Ferkeln (p < 0,001 bzw. p = 0,001) und niedriger in RSM gefütterten Ferkeln (p < 0,001). Die Roggen gefütterten Ferkel hatten saurere und viskösere Digesta im Dünndarm (p = 0,045 bzw. p = 0,013) und schwereres Colon-Gewebe (p < 0,001). Die Konzentration der kurzkettigen Fettsäuren in Jejunum und Colon war höher in den Roggen gefütterten Ferkeln (p < 0,001 bzw. p = 0,016). RSM minderte die Konzentration der kurzkettigen Fettsäuren im Jejunum (p = 0,001). Roggen erhöhte im Jejunum die relative Häufigkeit der Firmicutes und senkte die der Proteobacteria (p = 0,039 bzw. p = 0,002). Firmicutes waren in RSM gefütterten Ferkeln im Vergleich zu SBM niedriger, Actinobacteria höher (Jejunum, Colon, Faeces: p < 0,050) und Proteobacteria im Jejunum (p = 0,019) und Bacteroidetes im Colon (p = 0,014) höher. Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass Roggen und RSM als Alternativen zu Weizen und SBM in Mischfutter für Absetzferkel eingesetzt werden können ohne bzw. nur mit geringgradigen Einbußen hinsichtlich des Wachstums und der Proteinverdaulichkeit und ohne eine Beeinträchtigung der Tiergesundheit. Tatsächlich könnte dabei die Einsatzmenge in der Ration höher sein als bisher empfohlen. Die Effekte auf Verdauungsphysiologie und intestinale Mikrobiota standen vor allem mit der unterschiedlichen Zusammensetzung der „dietary fibre“ der untersuchten Futterkomponenten in Zusammenhang. Der hohe Gehalt löslicher Faserstoffe in Roggen war zu einem höheren Grad abbaubar als Weizenfaserstoffe, verursachte eine erhöhte mikrobielle Fermentationsaktivität, aber führte nicht zu einer Verschiebung der Mikrobiota im Colon. RSM enthielt vermutlich einen zu hohen Anteil unlöslicher Faserstoffe, was zur verminderten Proteinverdaulichkeit und bakterieller metabolischer Aktivität führte und zu einer Erhöhung der relativen Häufigkeit von Actinobacteria und Bacteroidetes, die bekanntermaßen unlösliche Faserstoffe verwerten. Dies gibt Anlass für künftige Studien, um weitere mögliche positive Eigenschaften von Roggen und RSM zu erforschen, sowie die optimale Einsatzmenge zu ermitteln und die Mechanismen, einschließlich der Interaktion zwischen Wirt und Mikrobiota, besser zu verstehen, welche die gezielte praktische Nutzung von Roggen und RSM statt Weizen und SBM in der Schweinefütterung ermöglichen.