Application of a bacillus subtilis product as probiotic supplementation for health promotion and enhancement of production efficiency in dairy cattle

การประยุกต์ใช้ผลิตภัณฑ์บาซิลลัส ซับทีลีส เพื่อเป็นสารเสริมโปรไบโอติกสำหรับส่งเสริมสุขภาพและเพิ่มสมรรถภาพการผลิตในโคนม

Name: Watcharapong Choonkham

LCSH: ฺBacillus subtilis

LCSH: Dairy farms

LCSH: Dairy cattle

Abstract: In tropical smallholder dairy farms, where the Temperature Humidity Index (THI) is always > 72, the THI threshold for environmental heat stress and nutrition in terms of low quantity and quality of roughages have been highlighted as significant constraints to enhance reproductive performance and milk production. These cause an economically relevant problem in the dairy industry globally, not only in tropical countries.Factors involving environmental management to minimize heat stress and B. subtilis probiotic supplementation in feeding management to improve nutrient utilization are needed to study to promote health and enhance production efficiency in smallholder dairy systems. Therefore, the studies were conducted on smallholder dairy farms membered with dairy cooperatives in Chiang Mai, Thailand. In the first study, the impacts of environmental factors, barn structure characteristics, and farm management factors on reproductive performance were evaluated. A retrospective cohort study using data of cows from 125 farms collected from May to August 2014. The THI values ranged from 80.6 (temperature = 30°C, relative humidity = 64%) to 88.8 (temperature = 38.2°C, relative humidity = 48%). All temperatures measured outside were higher than the temperatures measured inside, ranging from 0.1 to 7.9°C. Both days to first insemination and days open were significantly related to calving season, roof materials, and some farm management factors, but only days open were related to differences in temperature between the inside and outside of barns. A decrease in pregnancy rate is more influenced by heat stress, especially a decrease in barns' temperature than estrus expression. In the second study, the effects of supplementation of B. subtilis on milk production were evaluated. Twenty-eight lactating crossbred Holstein-Friesian cows ( 89 ± 50 days in milk) on four farms were randomly assigned to treatment sequences in a replicated 4 × 4 Latin square design (from May to August 2016). Cows were individually fed 0 (CON), 0. 5 × 1011 (BS0. 5), 1 × 1011 (BS1) or 2 × 1011(BS2) colony-forming units (CFU) of B. subtilis/ day. Each 21 days experimental period included 13 days of adaptation followed by data collection from days 14 through 2 1 . Throughout the study, microclimatic conditions inside the barns were recorded to monitor THI. Milk weights were measured on days 14 and 21, and milk samples were collected on day 21. Whole blood samples were collected for hematological and biochemical analyses only during the first period of the study. The overall THI was higher than 80. THI was negatively related to milk yield (r = −0.52, P < 0.01), protein (r = −0.51, P < 0.01) and lactose (r = −0.49, P < 0.01). Milk yield increased (P < 0. 01) linearly as the level of B. subtilis increased. Cows fed B. subtilis at the level of 2 × 1011 CFU/ day produced 1. 7 kg/ day more milk, and the supplementation did not exert any negative effect on hematological and biochemical parameters. In the third study, the effects of supplementation of B. subtilis, vitamin E and selenium, or both on blood hematological, metabolic, and oxidative status parameters, the incidence of retained fetal membranes (RFM), and reproductive performance of transition cows were performed during July 2016 to January 2018. Thirty-two crossbred HolsteinFriesian cows in the transition period were used in a randomized design trial with a 2 × 2 factorial arrangement of treatments. Cows were randomly assigned to one of four treatments, including no supplementation (CON), single intramuscular injection of 1,000 mg of vitamin E (α-tocopherol acetate) in combination with 10 mg of selenium (sodium selenite) on day 21 before the expected calving date (ES), supplementing 0.5 × 1011 CFU of oral probiotic B. subtilis/cow per day between day −21 and day 21 relatives to calving (BS), or both ES and BS (ESBS). During the study, environmental conditions within the barn were measured. Body condition score (BCS) was determined, and blood samples were collected on day –28, –14, 0, 14, and 28 relatives to calving. The occurrence of RFM and reproductive performance, including days to the first insemination and days open, were collected for all cows. Most of the daily average THI ≥ 72. Approximately 38% of the time would be classified as mild heat stress (THI 72−79) and 51% moderate heat stress (THI 80−90). Cows fed BS tended to have higher glucose and lower βhydroxybutyrate (BHBA), creatinine, aspartate aminotransferase (AST), white blood cell (WBC), and monocytes than cows without BS. No differences in BCS, the incidence of RFM, and reproductive performance were observed. Summarizing, supplemental B. subtilis could reduce negative energy balance indicators by increasing glucose and lowering β-hydroxybutyrate and improving health parameters by keeping WBC and monocytes in a healthy status during the transition period. In the fourth study, the ability of B. subtilis to survive gastrointestinal transit after oral supplementation assessed in fecal samples is considered an inherent property of potential probiotics. Six rumen-fistulated goats were assigned to two treatments: basal rations (CON) and basal rations supplemented with B. subtilis probiotic product (BS) in a cross-over design. Each experimental period lasted 21 days. Body weights were recorded weekly throughout the experiment. On the last day of each experimental period, rumen fluid and fecal samples were collected. Bodyweight and rumen pH were found to be similar between dietary treatments. The goats that received BS had higher numbers of B. subtilis in fecal samples than CON. Therefore, it was concluded that B. subtilis met a prerequisite of probiotics to survive the passage through the gastrointestinal tract. The current result also provides a factual basis for future research involving any effects after supplementing probiotic B. subtilis in small ruminants.

Abstract: ในฟาร์มโคนมรายย่อยในเขตร้อนชื้นซึ่งดัชนีอุณหภูมิ-ความชื้น (Temperature Humidity Index, THI) มากกว่า 72 ซึ่งเป็นจุดวิกฤตของการสูญเสียผลผลิตเนื่องจากความเครียดจากความร้อนและ โภชนาการในแง่ของปริมาณและคุณภาพของอาหารหยาบต่ำ ถือเป็นข้อจำกัดที่สำคัญในการเพิ่ม ประสิทธิภาพระบบสืบพันธุ์และการผลิตน้ำนม สิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดปัญหาทางเศรษฐกิจใน อุตสาหกรรมนมทั่วโลกไม่เพียงแต่ในประเทศเขตร้อนขึ้นเท่านั้น ปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการจัดการสิ่งแวดล้อมเพื่อลดความเครียดจากความร้อนและการเสริม โปรไบโอติกบาซิลลัส ซับทีลีสในการจัดการอาหารเพื่อเพิ่มการใช้ประโซชน์สารอาหารเป็นสิ่งที่ต้อง ทำการศึกษาเพื่อส่งเสริมสุขภาพและเพิ่มสมรรถภาพการผลิตในระบบฟาร์มโคนมรายย่อย ดังนั้นจึง ทำการศึกษาในฟาร์มโคนมรายย่อยที่เป็นสมาชิกของสหกรณ์ โคนมในจังหวัดเชียงใหม่ ประเทศไทย การศึกษาที่ 1 ได้มีการประเมินผลกระทบของปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม ลักษณะโครงสร้างของ โรงเรือนและปัจจัยด้านการจัดการฟาร์มที่มีต่อประสิทธิภาพระบบสืบพันธุ์ การศึกษาแบบย้อนหลัง (Retrospective cohort study) โดยใช้ข้อมูลของวัวจาก 125 ฟาร์มที่รวบรวมตั้งแต่เดือนพฤษภาคมถึง สิงหาคม พ.ศ. 2557 ค่าดัชนี THI อยู่ระหว่าง 80.6 (อุณหภูมิ เท่ากับ 30 ˚C ความชื้นสัมพัทธ์ เท่ากับ 64%) ถึง 88.8 (อุณหภูมิ เท่ากับ 38.2 ˚C ความชื้นสัมพัทธ์ เท่ากับ 48%) อุณหกูมิทั้งหมดที่วัดจาก ภายนอกสูงกว่าอุณหภูมิที่วัดได้จากภายในโรงเรือนตั้งแต่ 0.1 ถึง 7.9 ˚C ทั้งระยะคลอดถึงผสมครั้งแรก (Days to first insemination)และระยะคลอดถึงผสมติดหรือวันท้องว่าง (Days pen) มีความสัมพันธ์อย่างมีนัยสำคัญกับฤดูกาลคลอด วัสดุมุงหลังคาและปัจจัยด้านการจัดการ ฟาร์มบางอย่าง แต่มีเพียงวันท้องว่างเท่านั้นที่สัมพันธ์กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างภายใน และภายนอกโรงเรือน อัตราการผสมติดที่ลดลงได้รับอิทธิพลจากความเครียดจากความร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการลดลงของอุณหภูมิในโรงเรือนมากกว่าการแสดงออกของการเป็นสัด การศึกษาที่ 2 ได้ทำการประเมินผลของการเสริม บาซิลลัส ซับทีลิส ต่อการผลิตน้ำนม แม่โคลูกผสมโฮลสไตน์-ฟรีเชียนที่กำลังให้นมจำนวน 28 ตัว (วันให้นม 89 ± 50 วัน) ในฟาร์ม 4 แห่ง ได้รับการสุ่มเลือกลำดับการเสริมบาซิลลัส ซับทีลีสในแบบลาตินสแควร์ (Replicated 4 x 4 Latin square design ตั้งแต่เดือนพฤยภาคมถึงสิงหาคม พ.ศ. 2559 แม่โคได้รับการเสริมบาซิลลัส ซับทีลีส จำนวน 0 (กลุ่ม CON) 0.5 x 1011 (กลุ่ม BS0.5) 1 x 1011 (กลุ่ม BS1) หรือ 2 x 1011 (กลุ่ม BS2) โคโลนี (colony-forming units, CFU)/ วัน มีระยะเวลาของการศึกษาทั้งหมด 4 ช่วง แต่ละช่วงประกอบด้วย 21 วัน โดยแบ่งออกเป็น 13 วันแรกเป็นช่วงของการปรับสัตว์กับอาหาร ตามด้วยการเก็บรวบรวม ข้อมูลตั้งแต่วันที่ 14 ถึง 21 ตลอดการศึกษาได้มีการบันทึกข้อมูลสภาพแวดล้อมภายในโรงเรือนเพื่อ วัดค่าดัชนี THI ทำการวัดปริมาณน้ำนมในวันที่ 14 และ 21 และเก็บตัวอย่างน้ำนมในวันที่ 21 ตัวอย่าง เลือดถูกเก็บสำหรับการวิเคราะห์ทางโลหิตวิทยาและทางชีวเคมีเฉพาะในช่วงแรกของการศึกษา เท่านั้น ค่าดัชนี THI โดยรวมสูงกว่า 80 ค่าดัชนี THI มีความสัมพันธ์ทางลบกับผลผลิตน้ำนม (r =-0.52, P <0.01), โปรตีน (r = -0.51, P <0.01) และแลคโตส (r =-0.49, P < 0.01) ผลผลิต น้ำนมเพิ่มขึ้น (P <0.01) เชิงเส้นเมื่อระดับของการเสริมบาซิลลัส ซับทีลีสเพิ่มขึ้น แม่โคที่ได้รับการ เสริมบาซิลลัส ซับทีลีส ที่ระดับ 2 x 1011 CFUวัน มีผลผลิตน้ำนมมากขึ้น 1.7 กิโลกรัม/วันและการ เสริมบาซิลลัส ซับทีลีสไม่ส่งผลเสียต่อค่าทาง โลหิตวิทยาและทางชีวเคมี การศึกษาที่ 3 ผลของการเสริมบาซิลลัส ซับทีลีส วิตามินอีและซีลีเนียมหรือทั้งสองอย่างต่อ ค่าพารามิเตอร์ทางโลหิตวิทยา เมตาบอลิก และสถานะออกซิเดชั่นในเลือด อุบัติการณ์ของรกค้าง (Retained fetal membranes, RPM) และประสิทธิภาพระบบสืบพันธุ์ของแม่โคในช่วงเปลี่ยนผ่าน (Transition cows) ได้ทำการศึกษาในช่วงเดือนกรกฎาคม พ.ศ. 2559 ถึงมกราคม พ.ศ. 2561 แม่โ ลูกผสมโฮลสไตน์-ฟรีเชียน 32 ตัวในช่วงเปลี่ยนผ่าน (Transion period) ถูกนำมาใช้ในแผนการ ทดลองแบบสุ่มแฟคทอเรียล (2 x2 factorial design) โดยแม่ โคได้รับการสุ่มเลือกให้รับปัจจัยการ ทดลอง 1 ใน 4 ได้แก่การไม่ให้สารเสริมใดๆ (กลุ่ม CON) การฉีดวิตามินอี 1,000 มิลลิกรัม (C-tocopherol acetate) ร่วมกับซีลีเนียม 10 มิลลิกรัม (โซเดียมซีลีไนค์) เข้ากล้ามเนื้อเพียงครั้งเดียวใน วันที่ 21 ก่อนคลอด (กลุ่ม ES) การเสริมบาซิลลัส ซับที่ลีส 0.5 x 1011 CFU/วัน ระหว่างวันที่ 21 ก่อนคลอด ถึงวันที่ 21 หลังคลอด (กลุ่ม BS) หรือทั้ง ES และ BS ( กลุ่ม ESBS) ในระหว่างการศึกษา ได้ทำการเก็บข้อมูลสภาพแวดล้อมภายในโรงเรือน คะแนนสภาพร่างกาย (Body condition score, BCs) และเก็บตัวอย่างเลือดในวันที่ 28 และ 14 ก่อนคลอด วันคลอด (วันที่ 0) วันที่ 14 และ 28 หลังคลอด อุบัติการณ์ของรกค้างและประสิทธิภาพระบบสืบพันธุ์ ได้แก่ ระยะคลอดถึงผสมครั้งแรก (Days to first insemination) และ ระยะคลอดถึงผสมติดหรือวันท้องว่าง (Days open) ได้ทำการ รวบรวมสำหรับแม่โคทุกตัว ค่า THI เฉลี่ยรายวันส่วนใหญ่มากกว่าหรือเท่ากับ 72 ประมาณ 38% เป็น ความเครียดจากความร้อนระดับเล็กน้อย (Mild heat stress, ค่า THI 72-79) และความเครียดจาก ความร้อนระดับปานกลาง 51% (Moderate heat stress, ค่า THI 80-90) แม่โคที่ได้รับการเสริม บาซิลดัส ซับทีดีส มีแนวโ น้มที่จะมีน้ำตาลกลูโกสสูงกว่า ค่า B-hydroxybutyrate (BHIBA) ครีเอดินีน แอสพาเทตอะมิโนทรานสเฟอเรส (AST) เม็ดเลือดขาว (White blood cell, WBC) และโมโนไซต์ต่ำ กว่าแม่โคที่ไม่ได้รับการเสริมบาซิลลัส ซับทีลีส ไม่พบความแตกต่างของคะแนนสภาพร่างกาย (BCS) อุบัติการณ์ของรกค้างและประสิทธิภาพระบบสืบพันธุ์ โดยสรุปการเสริมบาซิลลัส ซับที่ลีส สามารถ ลดตัวบ่งชี้สมดุลพลังงานเชิงลบ (Ncgative cnergy balance, NEB)โดยการเพิ่มคํ่กลูโคส ลดค่า BHBA และคงระดับเม็ดเลือดขาวและ โมโนไซต์ ให้อยู่ในภาวะสุขภาพที่ดีในช่วงระยะเปลี่ยนผ่าน การศึกษาที่ 4 ความสามรถรอดชีวิตเมื่ออยู่ในระบบทางเดินอาหารของบาซิลลัส ซับทีลีส หลังจากการเสริมสารที่ทำการตรวจประเมินจากตัวอย่างอุจจาระถือเป็นคุณสมบัติของโปรไบโอติกได้ ทำการศึกษาในแพะเจาะกระเพาะ (Rumen-fistulated goats) 6 ตัว ได้รับปัจจัยการทดลอง 1 ใน 2 ได้แก่ การไม่ให้สารเสริมบาซิลลัส ซับที่ลีส (กลุ่ม CON) และการให้สารเสริมบาซิลลัส ซับที่สีส (กลุ่ม BS) ในแผนการทดลองแบบเปลี่ยนสลับ (2 x2 Cross-over design) มีระยะเวลาของการศึกษา ทั้งหมด 2 ช่วง แต่ละช่างประกอบด้วย 21 วัน น้ำหนักตัวจะถูกบันทึกทุกสัปดาห์ตลอดการศึกษา ในวันสุดท้ายของแต่ละช่วงการศึกษาจะมีการเก็บตัวอย่างของเหลวในกระเพาะหมัก (Rumen fluid) และอุจจาระ ผลการศึกษาพบว่าน้ำหนักตัวและค่ความเป็นกรด-ด่างในกระเพาะหมัก (Rumen pH) ไม่แดกต่างกันระหว่างกลุ่มทดลอง กลุ่มที่ได้รับการเสริมสารบาซิลลัส ซับทีลีส (กลุ่ม CON) มีจำนวน บาซิลลัส ซับทีลิส ในตัวอย่างอุจจาระสูงกว่า กลุ่ม CON ดังนั้นจึงสรุปได้ว่า บาชิลลัส ซับทีลิส มี คุณสมบัติตามข้อกำหนดเบื้องต้นของโปรไบโอติก โดยสามารถรอดชีวิตเมื่ออยู่ใน ระบบทางเดิน อาหาร อีกทั้งยังสามารถใช้เป็นข้อเท็จจริงในการอ้างอิงสำหรับการศึกษาวิจัยในอนาคตที่เกี่ยวข้องกับ ผลกระทบใด ๆ หลังจากการเสริมโปรไขโอติกบาซิลลัส ซับทีลีส ในสัตว์เคี้ยวเอื้องขนาดเล็ก

Chiang Mai University. Library

Address: CHIANG MAI

Email: cmulibref@cmu.ac.th

Name: Witaya Suriyasathaporn

Role: Advisor

Name: Teera Chewonarin

Role: Advisor

Name: Wasana Chaisri

Role: Advisor

Created: 2020

Modified: 2024-01-06

Issued: 2023-10-21

วิทยานิพนธ์/Thesis

application/pdf

eng

DegreeName: Doctor of Philosophy

Level: Doctoral Degree

Descipline: Veterinary Science

Grantor: Chiang Mai University

©copyrights Chiang Mai University

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	581451007.pdf	2.05 MB	1	2024-08-26 18:27:22

ใช้เวลา

0.03968 วินาที