Cikoria som fiberkälla till grisar och fjäderfä

Bakgrund

Inblandning av vallfoder i foder till grisar och slaktkycklingar är idag begränsad men kan förväntas öka då vallfoder har flertalet positiva effekter på djurhälsa och välbefinnande. Cikoria (Cichorium intybus L.) är en flerårig ört som växer vild i södra Sverige. Den har egenskaper som gör att den på ett utmärkt sätt kan komplettera andra vallväxter och fröblandningar med cikoria förväntas ge en mer uthållig och stabil vall.  Den vegetativa delen av cikoria innehåller ca 40 % kostfiber varav en betydande del består av uronsyra. Förutom den vegetativa delen av cikoria så har även roten intressanta egenskaper, roten innehåller naturligt 15-20 % inulin och 8-12 % oligofruktos, vilka är klassificerade som prebiotika. Prebiotika stimulerar framförallt tillväxten av bakterier i tarmen med hälsofrämjande egenskaper såsom laktobaciller och bifidobakterier. Studier har visat att uronsyra kan ha liknande effekt. Inom både smågris- och slaktkycklingproduktion är magtarmstörningar ett problem som resulterar i försämrad produktivitet, orsakar lidande för drabbade djur och medför ekonomiska förluster för producenterna. Det är därför viktigt att skapa en god tarmhälsa eftersom detta kan ge ökad motståndskraft mot magtarmstörningar. Fiber har visats ha en positiv effekt på tarmhälsan genom att stimulera mikrofloran och tarmens immunförsvar. Målet är att hitta en fiberkälla som ger positiva effekter på tarmhälsan och därigenom ha en positiv påverkan på produktionen.

Projektet

För att utvärdera vilken potential cikoriablad (C. intybus L.) har som vallfoder I ekologisk produktion genomfördes ett tvärvetenskapligt projekt finansierat av Formas, där institutionerna för husdjurens utfodring och vård, växtproduktions ekologi och mikrobiologi vid SLU ingick. Syftet med detta tvärvetenskapliga projekt var att undersöka huruvida en bred diversitet i odlingsmaterialets egenskaper påverkar resursutnyttjandet med avseende på ljus, vatten och kväve, samt möjligheten för ogräs att invadera bestånden, näringsmässiga egenskaper hos cikoriablad som foder till enkelmagade djur och inverkan av cikoriablad på tarmens mikroflora.

Teori och metod

Ekologisk teori förutsäger att diversa system har ett bättre utnyttjande av för växter tillgängliga resurser ovan och under jord. I allmänhet sås slåtter- och betesvallar med ett fåtal arter vilka ofta har likartad morfologi och fenologi. Ett undantag är skillnaden i kväveförsörjning mellan baljväxter och gräs som ofta utnyttjas i svensk vallodling. För att studera detta anlades ett fältförsök i Svalöv. De använda arterna var timotej, engelskt rajgräs, rödklöver, lusern och cikoria, vilka såddes i både renbestånd och två olika blandningar. De tre första arterna har grunda rotsystem, medan både lusern och cikoria har djupa rotsystem. Rödklöver och lusern är baljväxter med förmåga att i symbios med marklevande organismer utnyttja luftens kväve. Försöket skördades tre gånger år 2008 och fyra gånger år 2009. Före varje skörd mättes beståndens ljusupptag, och den botaniska sammansättningen i varje skörd bestämdes. Identiteten på de ogräs som invaderade bestånden bestämdes flera gånger varje år. Med hjälp av det analyserade innehållet av isotoperna 15N och 13C i växtmaterialet beräknades baljväxternas kvävefixering och överföring av fixerat kväve till de icke-fixerande växterna i beståndet, samt växternas vattenförsörjning. Mineraliskt kväve i markprofilen bestämdes vid två tidpunkter år 2009.

Tidigare data har visat att inulin som finns i cikoriarötter kan ha en prebiotisk effekt, dvs de främjar hälsan genom att stimulera tillväxt av mikrobpopulationer med en gynnsam effekt i tarmen. Cikoriabladen innehåller inte inuliner, utan istället uronsyra som också anses kunna gynna tillväxten av laktobaciller. Det är därför av intresse att studera cikorias (både blad och rötter) inverkan på tarmmiljö och mikrobpopulation. Tre försök har genomförts med växande grisar och ett försök med växande kycklingar för att utvärdera potentialen att använda cikoria som fodermedel till dessa djurslag. I försöken har olika mängder av antingen cikoriablad, cikoriarötter eller en kombination av dessa, ersatt motsvarande mängd av kontrollfodret för att studera hur en inblandning påverkade djurens tillväxt och näringsutnyttjande. Dessutom har cikorians inverkan på tarmens utveckling, tarmmiljön och tarmens mikroflora studerats.

Resultat

Resultaten visar att baljväxterna fixerade mer kväve i närvaro av gräs och att baljväxtfixerat kväve överfördes till de bägge gräsen i synnerhet, men också till cikoria. Vattenutnyttjandet hos de grunt rotade gräsen förbättrades när cikoria eller lusern ingick i blandbeståndet. Upptaget av både ljus och kväve var större i blandbestånden jämfört med renbestånden, vilket i sin tur ledde till att både färre ogräsarter koloniserade blandbestånden samt att de producerade en mindre mängd biomassa jämfört med renbestånden.

Resultaten från djurförsöken visar att både grisar och kycklingar växte tillfredsställande och hade god hälsostatus när de fick foder med cikoria. Näringsutnyttjandet var påverkades inte nämnvärt vid låg inblandning i fodret, medan en viss nedgång uppmättes vid hög inblandning. Nedbrytningen av specifika fiberkomponenter, framförallt uronsyra, som fungerar som en byggsten i pektin, var positivt korrelerad till inblandning av cikoria.         

Mikrofloran i gristarmen karakteriserades både genom att odla fram specifika grupper av tarmbakterier men då tidigare studier visat att endast en liten andel tarmbakterierna går att odla så har även molekylärbiologiska verktyg använts för att utvärdera hur inblandning av cikoria påverkar tarmflorans sammansättning. Storskalig sekvenseringsmetodik (454 pyrosekvensering) visade att grisens tarmekosystem till viss del fortfarande är okänt då många av sekvenserna inte matchade kända bakteriearter. Tarmfloran, som hade hög mikrobiell diversitet och varierade i sammansättning mellan olika djur, dominerades av två huvudgrupper av bakterier tillhörande divisionerna Firmicutes och Bacteriodetes. Trots att bakteriefloran förändrades kraftigt över tid hos växande grisar gick det att urskilja bakteriegrupper som påverkades av inblandningen av cikoria. Analys av digesta i tunntarmen visade att cikoria påverkade både mängden gynnsamma mjölksyrabakterier och mjölksyra. I tjocktarmen gynnades istället specifika smörsyra-producerande bakterier av cikoriablad vilket är intressant då smörsyra ger energi till tarmen samt anses ha anti-inflammatoriska egenskaper. Cikoriarötter gynnade också tillväxten av en bakterie (Megasphaera elsdenii) som man tidigare visat kan hämma tillväxten av Brachyspira hyodysenteriae, bakterien som ger upphov till svindysenteri. Kombinationen av cikoriablad och rötter missgynnade koliforma bakterier samtidigt som laktobacillerna gynnades.

Konklusion

Sammanfattningsvis visar resultaten att samodling ledde till en ökad avkastning, vilken kan förklaras med ett bättre resursutnyttjande av såväl ljus som kväve och vatten i blandbestånd jämfört med renbestånd. Djurförsöken visar att cikoriablad är en utmärkt fiberkälla till både grisar och kycklingar med begränsad negativ inverkan på tillväxt och foderutnyttjande. Inblandning av cikoriablad i fodret har en påtaglig effekt påverkar mag-tarmflorans sammansättning.

Projektansvarig:

Jan Erik Lindberg

Doktorander:

Emma Ivarsson, Haoyu Liu

Publikationer

Referee-granskade arbeten

Ivarsson E., Frankow-Lindberg B., Andersson K., Lindberg J.E., 2010. Effect of inclusion level of chicory (Cichorium intybus L.) and ribwort (Plantago lanceolata L.) forage in a cereal-based diet on dietary fibre digestibility in weaned piglets of different age. Livestock Science 134, 202-204.

Ivarsson E., Frankow-Lindberg B.E., Andersson H.K. and Lindberg J.E., 2011. Growth performance, digestibility and faecal coliform bacteria in weaned piglets fed a cereal-based diet including either chicory (Cichorium intybus L.) or ribwort (Plantago lanceolata L.) forage. Animal 5:4, 558–564.

Liu H.Y., Ivarsson E., Jönsson L., Holm L., Lundh T. and Lindberg J.E., 2011. Growth performance, digestibility, and gut development of broiler chickens on diets with inclusion of chicory (Cichorium intybus L.). Poultry Science 90, 815-823.

Frankow-Lindberg, B.E., 2012. Grassland plant species diversity decreases invasion by increasing resource use. Oecologia, 169, 793-802.

Ivarsson, E., Liu, H. Y., Dicksved, J., Roos, S. and Lindberg, J. E., 2012. Impact of chicory inclusion in a cereal-based diet on digestibility, organ size and faecal microbiota in growing pigs. Animal 6(7), 1077-1085.

Ivarsson, E., Andersson, R. and Lindberg, J. E., 2012. Molecular weight distribution of soluble fiber fractions and short chain fatty acids in ileal digesta of growing pigs. Journal of Animal Science 90, 65-67.

Ivarsson, E., Andersson, R. and Lindberg, J. E., 2012. Digestibility of fibre sources and molecular weight distribution of fibre fractions in ileal digesta of growing pigs. Archives of Animal Nutrition 66, 445-457.

Liu, H. J., Ivarsson, E., Dicksved, J., Lundh, T. and Lindberg, J. E., 2012. Dietary inclusion of chicory (Cichorium intybus L.) affects pig intestinal micro-environment and gut microbiota. Applied and Environmental Microbiology 78 (12), 4102-4109.

Liu, H. Y., Lundh, T., Dicksved, J. and Lindberg, J. E., 2012. Expression of heat shock protein 27 in gut tissue of growing pigs fed diets without and with inclusion of chicory fiber. Journal of Animal Science 90, 25-27.

Frankow-Lindberg, B.E. and Dahlin A.S., 2013. N2 fixation, N transfer and yield in grassland communities including a deep-rooted legume or non-legume species. Plant and Soil, doi: 10.1007/s11104-013-1650-z (In press).

Manuskript

Dicksved J., Andersson A.F., Zheng Z., Jansson J.K. and Lindberg J.E. Barcoded pyrotag sequencing of the fecal microbiota of growing pigs fed a cereal based diet including chicory Cichorium intybus L.) or ribwort (Plantago lanceolata L.) forage. Manuscript

Frankow-Lindberg, B.E. and Wrage, N. 2013. Temporal changes of 13C in grassland plant communities of functionally contrasting species composition. Manuscript

Liu, H.Y., Dicksved, J., Lundh, T. and Lindberg, J.E., 2013. Expression of heat shock protein 27 and 72 correlates with specific commensal microbes in different regions of the gastrointestinal tract. Manuscript

Liu, H.Y., Lundh, T., Roos, S., Jonsson, H., Ahl, D., Dicksved, J. and Lindberg, J.E., 2013. Effects of Lactobacillus johnsonii and Lactobacillus reuteri on gut barrier function and heat shock proteins in porcine IPEC-J2 intestinal epithelial cells. Manuscript

Konferenspublikationer

Frankow-Lindberg, B.E. and Dahlin, A.S., 2010. Transfer of nitrogen from legumes to non-nitrogen fixing species in multi-species swards. Proceedings of the NJF Seminar 432: The potential of forage legumes to sustain a high agricultural productivity, pp. 83-86.

Frankow-Lindberg, B.E., 2010. Richness of unsown plant species in a sown ley crop. Grassland Science in Europe. Vol. 15: 794-796.

Ivarsson E. and Lindberg J.E., 2010. Nutrient utilization and growth performance in growing pigs fed a cereal-based diet with chicory forage (Cichorium intybus L.) inclusion. 3rd International Symposium on Energy and Protein Metabolism and Nutrition. EAAP Publication 127, 617-618.

Lindberg, J. E. and Frankow-Lindberg, B. E., 2006. The effect of feeding two grassland herbs on the growth performance of weaned piglets. Grassland Science in Europe. Proceedings of the 21st General Meeting of the European Grassland Federation, Badajoz, Spain. Vol. 11, pp. 486-488.

Frankow-Lindberg, B.E., 2010. Richness of unsown plant species in a sown ley crop. Grassland Science in Europe. Vol. 15: 794-796.

Liu H.Y. and Lindberg J.E., 2010. Nutrient utilization and growth performance in broiler chickens fed a cereal-based diet with chicory forage (Cichorium intybus L.) inclusion. 3rd International Symposium on Energy and Protein Metabolism and Nutrition. EAAP Publication 127: 619-620.

Konferensabstrakt

Dicksved J, Lindberg JE, Haglund AG, Rosenquist M and Jansson JK. 2006. Dietary modulation of the pig intestinal microbiota. 11th International symposium on microbial ecology (ISME), August 2006, Vienna, Austria.

Ivarsson E. and Lindberg J.E., 2010. Impact of feeding diets with inclusion of chicory on the faecal bacteria in growing pigs. 61st Annual meeting of the European association for animal production, Heraklion, Greece, August 23-27, 2010. Book of abstract 16, 49.

Ivarsson E. and Lindberg J.E., 2011. Nutrient utilization of chicory forage (Cichorium intybus L.) in growing pigs. 24th Nordic Feed Science Conference, Uppsala, Sweden June 14-16, 2011. NJF Report 7:3, 179.

Liu HY and Lindberg JE., 2010. Chicory (Cichorium intybus L.) in weaned pig diets: effects on ileum and colon. 61st Annual Meeting of the European Association for Animal Production-Crete (Greece), August, 2010.

Populärvetenskaplig publicering

Frankow-Lindberg, B. 2010. Engelskt raj motar ogräs. Arvensis nr. 4, s. 13.

Frankow-Lindberg, B. 2010. En tredjedel av gräsens kväve från baljväxterna. Arvensis nr. 4, s. 19.