Vortrag - Büsumer Fischtage
Werbung
Was braucht der Fisch? Bedarfsmodellierungen am Beispiel der Aminosäuren Andreas Lemme Animal Nutrition Services Health & Nutrition Einleitung • Für eine ressourcensparende und umweltschonende Fütterung der verschiedenen Aqua-Species sind Kenntnisse über den Nährstoffbedarf nötig. • Während bei den terrestrischen Nutztieren diese Kenntnisse recht fortgeschritten sind, stehen wir bei den meisten Aqua-Species am Anfang • Dies trifft insbesondere auf den Bereich der Protein bzw. der Aminosäurenernährung zu. Im Folgenden wird dargestellt, wie man Empfehlungen zur optimalen Aminosäurenversorgung von Fischen mittels eines Modellierungskonzeptes ermitteln kann. Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 1 Agenda • Aminosäuren – Bausteine des Lebens • Möglichkeiten der Bedarfsermittlung • Der Dosis-Wirkungs-Versuch und seine Limitierungen • Die faktorielle Bedarfsermittlung • Körperzusammensetzung und Aminosäurenretention • Verwertungen von Aminosäuren für die Retention • Erhaltungsbedarf • AMINOCarp™ • Zusammenfassung Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Aminosäuren sind die Bausteine des Proteins Essentiell Nicht essentiell Methionin Cystein / Cystin Lysin Tyrosin Threonin Glycin Tryptophan Serin Arginin* Prolin / Hydroxyprolin Isoleucin Alanin Leucin Asparaginsäure Valin Asparagin Histidin* Glutaminsäure Phenylalanin Glutamin * nicht essentiell in einigen Spezies Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 2 Aminosäurenreihenfolge ist von der genetischen Information vorbestimmt Threonine Lysine Serine Alanine Methionine Protein chain................................................... CHNH 2 CH 3 HCOH CH HN 2 2 CO CH 3 NH CH CO NH CH 3 2 CH 2 S CH 2 CH 2 CHOH 2 CH 2 CH CO NH CH CH 2 CO NH CH COOH Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Liebig’sches Fass Konzept der limitierenden Aminosäure Val Ile Leistungserhöhung (Wasserspiegel) durch Erhöhung der Aminosäure Met => essentielle AS aus Futter Th r Met Alle Aminosäuren über dem Wasserspiegel (rel. Bedarf) können NICHT gespeichert werden => N-Ausscheidung Arg Lys Trp Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 3 Liebig’sches Fass Konzept der limitierenden Aminosäure Val Ile Leistungserhöhung (Wasserspiegel) durch Erhöhung der Aminosäure Met => essentielle AS aus Futter Th r Met Überschüssige Aminosäuren reduziert => Gesamtverwertung gesteigert Arg Lys Trp Weitere Leistungserhöhung NUR durch zusätzliche Erhöhung einer weiteren Aminosäure Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Der Dosis-Wirkungsversuch Val Ile Met Lys Trp Th r Val Ile Arg Met Lys Trp Th r Met Val Ile Arg Lys Trp Th r Val Ile Arg Met Lys Trp Th r Arg Met Lys Trp Zuwachs, g Th r Val Ile Arg 0.00 0.05 0.10 0.20 0.25 Supplementiertes DL-Met (% im Futter) Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 4 Der Dosis-Wirkungsversuch Val Ile Th r Met Val Ile Arg Lys Trp Th r Val Ile Arg Met Lys Trp Th r Met Val Ile Arg Lys Trp Th r Val Ile Arg Met Lys Trp Th r Met Arg Lys Trp Y = a + b * (1 - e (-c * X)) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Methioninbedarf von Karpfen I Spezifische Wachstumsrate, %/d (Quelle: Schwarz et al., 1998) 0.90 0.80 0.70 0.60 Startgewicht: 552g Endgewicht: 1095 g (max) Versuchsdauer: 85 Tage Methioninsteigerung: DL-Methionin 0.50 Exponentielle Datenauswertung auf Basis publizierter Werte: 0.40 0.30 0.45 0.65 0.85 1.05 1.25 Optimum: 1.45 (95% asymt. Resp.) 1.19% Methionin Methioningehalt, % im Futter Y = 0.36 + 0.46 * (1-e(-4.29 * (X-0.49))) R2 = 0.98 Nebenbefund: Supplementierte Aminosäuren können effektiv in der Karpfenernährung eingesetzt werden! Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 5 Die Grenzen des Dosis-Wirkungsversuchs I • Immer nur eine Aminosäure pro Versuch. • d.h. für ein komplettes Profil der essentiellen Aminosäuren sind 10 Versuche nötig. • Wirkungskurve und Asymptote abhängig • von Bedarfsdeckung anderer Aminosäuren und Nährstoffe. • insbesondere, wenn Kenntnisse über Bedarfszahlen schwach belegt sind. • vom Wachstumsstadium. • juvenil - adult • vom genetischen Potenzial. • züchterische Bearbeitung • von den Umweltbedingungen • Wasserqualität, Temperatur, Platzangebot,… Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Der Weg der Nahrungs-Aminosäuren ASFutter Gesamt-Aminosäuren im Futter vqAA Verdaulichkeit ASfäkal Unverdauliche Aminosäuren mit Kot ausgeschieden ASverd Verdauliche Aminosäuren im Futter kAA Verwertung ASmetab Metabolisiert & N-Ausscheidung ASverf Verfügbare Aminosäuren aus dem Futter ASRet Retentinierte Aminosäuren (im Körperprotein) ASErh Erhaltungsbedarf Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 6 – der faktorielle Ansatz – Retention ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 1. AMINOLab® Analysen von Ganzkörper-Homogenaten: n = 110 Amino acid Common carp* Finfish** Lys Met Met+Cys Thr 100 34 46 53 100 37 50 59 Trp 14 Arg Ile Leu Val His Phe 76 52 92 59 38 51 83 58 98 64 33 56 Probenmaterial u.a. aus Masterarbeit von Christin Heinitz, GMA, 2011 2. Vergleichende Schlachtkörperuntersuchung Retention = AS-GehaltT2 –AS-GehaltT1 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 – der faktorielle Ansatz – Verwertung Spezifische Wachstumsrate, %/d ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 2.22 Startgewicht: 57 g 2.20 Endgewicht: 207 g (max) Versuchsdauer: 58 Tage 2.18 2.16 Methioninsteigerung: DL-Methionin 2.14 Ganzkörperanalysen:Beginn / Ende d. Versuches 2.12 y = -3.139x2 + 6.100x - 0.768 R2 = 0.998 2.10 Quadratische Funktion: 2.08 Maximum: 2.06 0.8 0.9 1.0 1.1 0.97% Met+Cys 1.2 Met+Cys-Gehalt, % im Futter IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 7 – der faktorielle Ansatz – Verwertung ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 Met-Aufnahme Met-Retention Verwertung Gesamtverwertung Met+Cys: 100 90 25.0 80 70 20.0 60 50 15.0 40 10.0 30 20 5.0 Met+Cys-Verwertung Met+Cys-Aufn./Ret., mg/d 30.0 0.78 Met+Cys im Futter: 51.3% 0.83 Met+Cys im Futter: 53.4% 0.93 Met+Cys im Futter: 54.5% 1.05 Met+Cys im Futter: 47.2% 10 0.0 0 0.78 0.83 0.93 1.05 Met+Cys, % im Futter IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 – der faktorielle Ansatz – Verwertung ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 Met+Cys-Retention, mg/d 13.00 12.50 12.00 11.50 11.00 10.50 10.00 9.50 19.0 2 y = -0.13x + 6.24x - 62.79 R2 = 0.99 21.0 23.0 25.0 Met+Cys-Aufnahme, mg/d 27.0 Margin. Met+Cys-Retention, % Unter defizitären Bedingungen wurde zugelegtes DL-Met nahezu vollständig in Körperprotein überführt 140 1. Ableitung y = -0.26x + 6.24 120 100 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 19.0 21.0 23.0 25.0 27.0 Met+Cys-Aufnahme, mg/d IMARES & Univ. Wageningen & Evonik, 2010 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 8 – der faktorielle Ansatz – Verwertung & Erhaltungsbedarf ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 Spezifische Wachstumsrate, %/d 2.0 f 1.5 e Startgewicht: 57 g Endgewicht: 195 g (max) Versuchsdauer: 56 Tage Diäten: Methionin-defizient 0.43% Met; 0.91% Met+Cys d 1.0 d 0.5 c + 0.1% DL-Methionin 0.53% Met; 1.01% Met+Cys c b Met-defizient Met-defizient + 0.1% DL-Met Met-defizient, 1 Fütterung 0.0 a Behandlungen Fasten 1, 2, oder 4 x 3.2g/kg0.8 -0.5 0 1 2 3 4 5 0.8 Futtermenge, x 3.2g/kg Fütterungsfrequenz: 5 x täglich, 2-h-Intervalle (1 x täglich) Ganzkörperanalysen:Beginn und am Ende AS-Retention feedtest & Evonik, 2011 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 – der faktorielle Ansatz – Verwertung & Erhaltungsbedarf ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 70 Slope Ratio-Analyse Met-Retention, mg/d/kg0.8 60 Y = -2.01 + 0.798 Met-def + 0.780 DL-Met 50 40 30 Met-Verwertung: 79.8 / 78.0 % Erhaltungsbedarf: 2.5 / 2.6 mg / d/ kg0.8 20 Met-defizient 10 Met-defizient + 0.1% DL-Met 0 Met-defizient, 1 Fütterung -10 0 20 40 60 80 0.8 Met-Aufnahme, mg/d/kg 100 Relative Verfügbarkeit vom Gesamt-Methionin der DL-Met-suppmentierten Diät vs Met-def.: 97.7% (87.3 – 108.2%) – kein Unterschied => Freies DL-Met genau so hoch verfügbar wie protein-gebundenes Methionin feedtest & Evonik, 2011 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 9 – der faktorielle Ansatz – Verwertung & Fütterungsfrequenz ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 Die Verwertung der Aminosäuren ist beeinflusst von der Fütterungsfrequenz Futterverwertung, g/g 2.50 1.75 gleiche Futtermenge 2.25 2.00 1.75 1.50 1.25 b a 1.00 Frequenz FCR Futterverwertung, g/g • gleiche Futtermenge 1.50 1.25 b a 1.00 2 / Tag kontinuierlich 2.11 1.58 Frequenz FCR TU München & Evonik, 2010 2 / Tag 5 / Tag 1.503 1.31 feedtest & Evonik, 2010 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 – der faktorielle Ansatz – Verdaulichkeit ASBedarf = (ASRet x kAA-1 + ASErh) x vqAA-1 • Bisher wenige Daten zur Aminosäurenverdaulichkeit in Rohstoffen veröffentlicht. Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 10 AMINOCarp™ AS-Modellierung Input / Output Feeding level DM content of diet Feed Conversion Rate Specific Growth Rate Average start weight of fish (g) Average end weight of fish Period Protein content, start Protein content, end Proportion of natural feed to DM intake Feeding frequency (2-5) 2.000 91 1.193 1.525 100.0 229.9 56.0 14.6 15.0 0 3 % BodyWeight per day % g DM / g gain % BodyWeight per day g/fish g/fish days % in whole body* % in whole body* % times a day CP MET CYS M+C LYS THR ARG Total content, % in DM of diet Ratio to Lys 38.8 1.23 57 0.56 26 1.79 83 2.17 100 1.37 63 1.61 74 Digestible content, % in DM of diet Ratio to Lys 33.0 1.05 57 0.48 26 1.53 83 1.84 100 1.16 63 1.37 74 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 AMINOCarp™ AS-Modellierung Szenarien Feeding level DM content of diet Feed Conversion Rate Specific Growth Rate Average start weight of fish (g) Average end weight of fish Period Protein content, start Protein content, end Proportion of natural feed to DM intake Feeding frequency (2-5) 2.000 91 1.193 1.525 100.0 229.9 56.0 14.6 15.0 0 3 2.500 91 1.492 1.525 100.0 229.9 56.0 14.6 15.0 0 3 2.000 91 1.138 1.600 100.0 239.4 56.0 14.6 15.0 0 3 2.000 91 1.193 1.525 50.0 114.9 56.0 14.3 14.7 0 3 2.000 91 1.193 1.525 100.0 229.9 56.0 14.6 15.0 30 3 2.000 91 1.193 1.525 100.0 229.9 56.0 14.6 15.0 0 5 MET MET MET MET MET MET Total content, % in DM of diet Ratio to Lys 1.23 57 0.99 57 1.29 57 1.21 57 1.16 61 1.14 58 Digestible content, % in DM of diet Ratio to Lys 1.05 57 0.84 57 1.09 57 1.03 57 0.99 62 0.97 58 Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 11 Zusammenfassung • Die Kenntnisse zum Aminosäurenbedarf und zur Aminosäurenoptimierung im Futter sind bei vielen Aqua-Species begrenzt. • Der Dosis-Wirkungsversuch stellt eine Möglichkeit zur Bedarfsableitung dar. • hat mehrere Einschränkungen • Der faktorielle Ansatz zur Bedarfs- bzw. Empfehlungsableitung ist eine Alternative. • erlaubt gleichzeitige Berücksichtigung mehrerer Aminosäuren • erlaubt Anpassung an variable Einflussfaktoren • AMINOCarp sind Aminosäurenempfehlungen für Karpfen auf Basis einer faktoriellen Bedarfsermittlung. Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 Fragen? Andreas Lemme, Was braucht der Fisch?, 2. Büsumer Fischtag, 22 Juni 2011 12
