Investigations on factors influencing the response of broiler chickens to low crude protein diets with specific regard to nonessential amino acids

Abstract

Nitrogen (N) excretion caused by animal husbandry can have negative effects on the environment. Lowering dietary crude protein (CP) concentrations can reduce these negative impacts by lowering the N excretion of the animals. However, reduction of dietary CP concentrations for broiler chickens may be accompanied by reduced growth. This thesis focused on the effects of dietary CP reduction on growth of broiler chickens and influencing factors that need to be considered in low CP diets. The first study was carried out to investigate to what extent dietary CP concentrations can be reduced when dietary glycine equivalent (Glyequi) and essential amino acid (AA) concentrations are adequately supplied. Further, it was the aim to determine the response of broiler chickens to dietary Glyequi concentrations at varying CP levels. Ten male broiler chickens each were housed in 1 of 84 metabolism units. Diets with three CP levels of 16.3% (CP16.3), 14.7% (CP14.7), and 13.2% (CP13.2) each containing four Glyequi concentrations of 12, 15, 18, and 21 g/kg were used. Quantitative excreta collection was carried out from days 18–21. The reduction of dietary CP concentrations decreased average daily gain (ADG) and gain:feed ratio (G:F) from days 7–21 and increased the nitrogen-utilization efficiency (NUE). Supplementation of Glyequi increased ADG and G:F at CP13.2. The ADG at CP14.7 and G:F at CP14.7 and CP16.3 increased up to 15 g Glyequi/kg. These results indicated that the minimum to which dietary CP concentrations can be reduced in broiler chickens up to three weeks of age is between 16.3 and 14.7% when dietary Glyequi and essential AA are adequately supplied. Further, these findings showed that the growth-response of broiler chickens to dietary Glyequi is influenced by dietary CP concentrations. The second study was conducted to determine whether supplementation of single nonessential AA (neAA) can diminish or overcome the growth-decreasing effect of a diet with reduced dietary CP and neAA concentrations. Further, the effect of non-protein nitrogen supplementation in a diet with insufficient neAA concentrations was investigated. Nine male broiler chickens each were kept in 1 of 81 metabolism units. Two diets with different neAA concentrations, except Glyequi, and adequate essential AA concentrations were mixed resulting in CP levels of 17.8% (CP17.8), and 15.6% (CP15.6). The dietary Glyequi concentration was 15 g/kg in each diet. Other diets were mixed by supplementing either L-Alanine, L-Proline, L-Aspartic acid, a mix of L-Aspartic acid and L-Asparagine·H2O, L-Glutamic acid, or a mix of L-Glutamic acid and L-Glutamine to CP15.6 to achieve the respective neAA concentration of CP17.8. Ammonium chloride (NH4Cl) was added to CP15.6 to achieve the CP concentration of CP17.8. Excreta were collected quantitatively from days 18–21. Highest ADG and G:F from days 7–21 were found at CP17.8 and decreased at CP15.6. Supplementation of aspartic acid and asparagine (Asp+Asn), glutamic acid (Glu), and glutamic acid and glutamine (Glu+Gln) increased ADG and G:F to a similar extent, but not to the level of CP17.8. The NUE was highest at CP15.6, and CP15.6 supplemented with alanine, proline, and Glu. Lower NUE was observed at CP17.8 than at CP15.6 without and with neAA supplementation. Overall lowest ADG, G:F, and NUE were found upon NH4Cl supplementation. These findings showed that individual supplementation of Asp+Asn, Glu, and Glu+Gln could partly overcome the growth-reducing effect of very low CP diets. NH4Cl was found unsuitable to increase growth. The aim of the third study was to investigate interactive effects among dietary Glyequi, cysteine (Cys), and choline (Cho) on the growth of broiler chickens. Ten male broiler chickens each were housed in 105 metabolism units. Excretion of N was determined from days 18–21. Five levels each of dietary Glyequi, Cys, and Cho were tested in 15 dietary treatments. Another diet was provided to 15 birds each in another 5 metabolism units to measure prececal AA digestibility. The G:F from days 7–21 increased with digestible Glyequi intake. Differences between low- and high-digestible Cys intake were low. Hardly any effect of Cho intake on G:F was found compared to digestible intake of Glyequi and Cys. The NUE was very high with low variation among treatments. These results showed that the interactive effects among dietary Glyequi, Cys, and Cho on growth were slightly pronounced. This was likely an effect of high NUE and its low variation that caused the Glyequi requirement to be low. In conclusion, the lowest level to which dietary CP for broiler chickens up to three weeks of age can be reduced is between 16.3 and 14.7%. The growth-decreasing effect of a diet with reduced neAA concentrations can be slightly overcome upon supplementation of Asp+Asn, Glu, and Glu+Gln. Moreover, dietary CP concentrations and the related amounts of excreted N influenced the response of broiler chickens to dietary Glyequi.

Der bei der Tierhaltung anfallende Stickstoff (N) kann die Umwelt negativ beeinflussen. Die Absenkung der Rohprotein-(XP)-Konzentration im Futter kann diese negativen Auswirkungen reduzieren. Allerdings kann dies das Wachstum verringern. In der vorliegenden Arbeit wurden Auswirkungen von XP-reduzierten Rationen auf das Wachstum von Masthühnern und Einflussfaktoren, die in Rationen mit reduzierter XP Konzentration berücksichtigt werden müssen, untersucht. In der ersten Studie wurde bestimmt, in welchem Ausmaß die XP-Konzentration in Rationen für Masthühner abgesenkt werden kann, wenn die Konzentrationen an Glycin-Äquivalenten (Glyequi) und essentiellen Aminosäuren (AS) nicht limitierend sind. Außerdem wurde der Effekt unterschiedlicher XP-Stufen auf die Auswirkung von Glyequi-Konzentrationen auf das Wachstum untersucht. Jeweils 10 männliche Masthühner wurden in 84 Stoffwechseleinheiten gehalten. Rationen mit den XP-Stufen 16,3 (XP16,3), 14,7 (XP14,7) und 13,2 (XP13,2) % wurden verwendet, die jeweils 12, 15, 18 und 21 g Glyequi/kg enthielten. Die Exkremente wurden von Tag 18–21 quantitativ gesammelt. Die Reduzierung der XP-Konzentration verringerte die täglichen Zunahmen (TZ) und die Futtereffizienz (FE) von Tag 7–21 und erhöhte die Stickstoffnutzungseffizienz (NNE). Die Zulage von Glyequi steigerte die TZ und FE bei XP13,2. Die FE bei XP14,7 und XP16,3 wurden bis 15 g Glyequi/kg erhöht. Diese Ergebnisse haben gezeigt, dass die geringste Konzentration, bis zu der XP in Rationen für Masthühner in den ersten 3 Lebenswochen abgesenkt werden kann, zwischen 16,3 und 14,7% liegt. Außerdem wurde festgestellt, dass die Wirkung von Glyequi auf das Wachstum von Masthühnern von der XP-Konzentration im Futter beeinflusst wird. Es war das Ziel der zweiten Studie zu untersuchen, ob die Zulage einzelner nichtessentieller AS (neAS) den wachstumsmindernden Effekt einer Ration mit reduzierter neAS-Konzentration verringern oder überwinden kann. Außerdem wurde der Einfluss von Nicht-Protein-Stickstoff in einer Ration mit reduzierter neAS-Konzentration untersucht. Jeweils 9 Masthühner wurden in 81 Stoffwechseleinheiten gehalten. Zwei Rationen mit unterschiedlichen neAS-Konzentrationen, außer Glyequi, und ausreichenden essentiellen AS-Konzentrationen wurden gemischt, was zu Rationen mit 17,8 (XP17,8) und 15,6 (XP15,6) % XP führte. Jede Ration enthielt 15 g Glyequi/kg. Andere Rationen wurden gemischt indem L-Alanin, L-Prolin, L-Asparaginsäure, eine Mischung aus L-Asparaginsäure und L Asparagin·H2O, L-Glutaminsäure oder eine Mischung aus L-Glutaminsäure und L-Glutamin zu XP15,6 gegeben wurden, um die jeweilige neAS-Konzentration von XP17,8 zu erreichen. Ammoniumchlorid (NH4Cl) wurde zu XP15,6 gegeben, um die XP Konzentration von XP17,8 zu erreichen. Die Exkremente wurden von Tag 18–21 quantitativ gesammelt. Die höchsten TZ und FE von Tag 7–21 wurden bei XP17,8 festgestellt und verringerten sich bei XP15,6. Die Zugabe von Asparaginsäure+Asparagin (Asp+Asn), Glutaminsäure (Glu) und Glutaminsäure+Glutamin (Glu+Gln) erhöhte die TZ und FE gleichermaßen, jedoch nicht auf das Niveau von XP17,8. Die NNE war bei XP15,6 und bei XP15,6 mit Alanin, Prolin bzw. Glu am höchsten. Eine geringere NNE wurde bei XP17,8 im Vergleich zu XP15,6 mit und ohne Zulage von neAS festgestellt. Die geringsten TZ, FE und NNE wurden bei Zugabe von NH4Cl festgestellt. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Zulage von Asp+Asn, Glu und Glu+Gln den wachstumsreduzierenden Effekt einer Ration mit sehr niedriger XP-Konzentration zum Teil aufheben kann. NH4Cl war ungeeignet, um das Wachstum zu steigern. Das Ziel der dritten Studie war es die Wechselwirkungen zwischen Glyequi, Cystein (Cys) und Cholin (Cho) auf das Wachstum von Masthühnern zu untersuchen. Jeweils 10 männliche Masthühner wurden in 105 Stoffwechseleinheiten gehalten. Die N Ausscheidungen wurden von Tag 18–21 bestimmt. Jeweils 5 Konzentrationen von Glyequi, Cys und Cho wurden in 15 Behandlungen getestet. Eine weitere Ration wurde in 5 Stoffwechseleinheiten verfüttert, um die prececale AS-Verdaulichkeit zu messen. Eine gesteigerte verdauliche Glyequi-Aufnahme erhöhte die FE von Tag 7–21. Die Unterschiede der FE zwischen niedriger und hoher verdaulicher Cys-Aufnahme waren gering. Die Cho Aufnahme hatte dagegen kaum einen Effekt auf die FE. Die NNE war sehr hoch mit einer geringen Variation zwischen den Behandlungen. Dies führte wahrscheinlich dazu, dass sich die Wechselwirkungen zwischen Glyequi, Cys und Cho kaum auf das Wachstum ausgewirkt haben. Es kann gefolgert werden, dass die geringste Stufe, bis zu der XP in Rationen für Masthühner in den ersten 3 Lebenswochen abgesenkt werden kann, zwischen 16,3 und 14,7% liegt. Die wachstumsmindernde Wirkung einer Ration mit reduzierter neAS-Konzentration kann durch Zulage von Asp+Asn, Glu und Glu+Gln zum Teil kompensiert werden. Die XP-Konzentration der Ration und die ausgeschiedenen N-Mengen beeinflussten die Wirkung von Glyequi auf das Wachstum von Masthühnern.