Mothers’ parity and weaning age influence the transition from liquid to solid feed in female Holstein calves
Creators: name: Schwarzkopf, Sarah
Publisher: name: Universität Hohenheim
Year: 2023
Subjects: subject: 630

description: Milchbauern streben aus wirtschaftlichen Gründen ein junges Erstkalbealter an. Da diese jungen Färsen während der Trächtigkeit noch wachsen, könnten sie mit ihrem Kalb um Nährstoffe konkurrieren. Daher können die Parität der Mütter und die damit verbundene Nährstoffversorgung während der Trächtigkeit die frühe Entwicklung beeinflussen. Kälber werden als funktionell monogastrische Tiere geboren, die auf Milch oder Milchaustauscher zur Ernährung angewiesen sind. Um den Status eines Wiederkäuers zu erreichen und festes Futter als Nahrungsquelle zu verwenden, müssen sich viele digestive, endokrine und biochemische Funktionen ändern. Daher ist das Absetzen ein kritisches und potenziell stressiges Ereignis. Das durchschnittliche Absetzalter weiblicher Milchkälber beträgt 6 – 11 Wochen, was mit Stress einhergeht, der das Immunsystem, das Wachstum und die Magen-Darm-Entwicklung negativ beeinträchtigen kann. Daher kommt ein Aufschieben des Absetzens möglicherweise der Gesundheit und Entwicklung der Kälber zugute. Es verbessert das Wachstum, reduziert die mit dem Absetzen verbundene Belastung und erhöht möglicherweise das Alter bei der Entfernung aus der Herde. Die vorliegende Arbeit zielte darauf ab, die Auswirkungen von zwei Absetzaltersstufen und der Parität der Mütter auf die Entwicklung und Anpassung an die Entwöhnung zu identifizieren. Mittels eines Tierversuchs mit neunundfünfzig weiblichen Holstein-Kälbern wurden die Auswirkungen eines frühen (7 Wochen) und späten (17 Wochen) Absetzens auf Wachstum, Verhalten, Pansen- und Magen-Darm-Entwicklung und Anpassung des Leber- und Nierenstoffwechsels getestet. Darüber hinaus wurde der Einfluss unterschiedlicher Absetzalter auf Kälber von primiparen und multiparen Kühen berücksichtigt. Proben wurden kontinuierlich im Alter von 8 Tagen (Versuchstag 1) bis zum Alter von 21 Wochen (Versuchstag 140) genommen. Die Analysen und Ergebnisse werden in drei begutachteten wissenschaftlichen Arbeiten beschrieben und im Folgenden zusammengefasst. Die Wachstumsleistung wurde anhand von Lebendgewicht, Lebendgewichtszunahme, Widerrist- und Hüfthöhe, Brustumfang, Rücken- und Körperlänge bewertet. Der Energiestoffwechsel und die Leberfunktion wurden durch Messung der Serumkonzentrationen von Glukose, Insulin, Harnstoff, Cholesterin, Leptin, Beta-hydroxybutyrate und nicht-veresterten Fettsäuren quantifiziert (Manuskript 1). Das Verhalten der Tiere wurde beobachtet unterteilt in Ruhe-, Kau- und Aktivverhalten, um Rückschlüsse auf Anzeichen von Hunger und Stress sowie der Pansenentwicklung zu ziehen. Die Pansenentwicklung und entsprechende metabolische und adaptive Veränderungen im Säure-Basen-Stoffwechsel wurden durch Messung des pH-Wertes in Urin, Kot und Speichel sowie stickstoffhaltiger Metaboliten im Urin bewertet (Manuskript 2). Das Mikrobiom in Kotproben wurde analysiert, um die Reifung des Magen-Darm-Trakts zu beurteilen. Um Einblicke in metabolische Anpassungen zu erhalten, wurde eine umfassende Anzahl an Metaboliten gemessen. Dazu gehörten Aminosäuren, biogene Amine, Acylcarnitine und Sphingomyeline (Manuskript 3). Ein späteres Absetzen im Alter von 17 Lebenswochen wirkt sich positiv auf das Körperwachstum und die Anpassung des Energie- und Säure-Basen-Stoffwechsels aus (Manuskript 1; Manuskript 2). Der pH-Wert des Speichels stieg während des Experiments im Laufe der Zeit an, unabhängig vom Absetzalter oder der Parität der Mutter (Manuskript 2). Da ein alkalischer pH-Wert im Speichel für dessen Pufferkapazität wichtig ist, unterstreicht dies, wie wichtig es ist, das Absetzen zu verzögern. Die gastrointestinale Entwicklung war durch eine längere Milchaustauscheraufnahme nicht beeinträchtigt, sondern erreichte am Ende der Studie einen funktionellen Status. Faktoren der Pansenentwicklung (Manuskript 2) und die Mikrobiota im Kot (Manuskript 3) passten sich schnell an und deuteten auf eine altersabhängige Reifung hin. Die analysierten Metaboliten wiesen auf ausgeprägte Effekte eines frühen Absetzens auf verschiedene Stoffwechselwege hin (Manuskript 3). Insbesondere die Gluconeogenese in der Leber schienen bei früh abgesetzen Kälbern unzureichend zu sein. Die Leptinkonzentrationen und die Rückenlänge waren bei früh abgesetzten Kälbern primiparer Mütter reduziert, nicht jedoch bei spät abgesetzten Kälbern primiparer Mütter (Manuskript 1). Daher profitieren Kälber von primiparen Kühen besonders von einem späteren Absetzen. Die Ergebnisse zeigten, dass ein Absetzen im Alter von 7 Wochen nicht empfohlen werden kann, da es zu abrupten und möglicherweise belastenden Stoffwechselveränderungen und einer gestörten Reifung verschiedener Organe und deren Stoffwechselfunktionen führte. Die aktuelle Studie zeigte, dass die Verzögerung des Absetzens auf ein Alter von 17 Wochen einen gleichmäßigen Übergang verschiedener physiologischer Funktionen in den Wiederkäuerstatus ermöglicht. Deshalb schien es die mit dem Absetzen verbundenen Stoffwechselprobleme und den Stress zu reduzieren. Weitere Forschung über das Absetzen, unter Berücksichtigung der Aufzuchtkosten und späteren Milchleistung und Gesundheit, ist erforderlich.
description: Dairy farmers aim for a young age at first calving for economic reasons. As these young heifers are still growing during pregnancy, they might compete with their calf for nutrients. Therefore, mothers’ parity and related nutritional supply during pregnancy might influence early development. Calves are born as functional monogastric animals that rely on milk or MR for nutrition. To reach the ruminant status and use solid feed as a nutritional source, many digestive, endocrine and biochemical functions need to change. Therefore, weaning is a crucial and potentially stressful event. The average weaning age of female dairy calves is 6 – 11 weeks, which is accompanied with stress that might negatively impair the immune system, growth and gastrointestinal development. Hence, delaying weaning potentially benefits calves’ health and development. It improves growth, reduces distress associated with weaning and possibly increases age ate removal from herd. The thesis at hand aimed to identify the effects of two weaning ages and mothers’ parity on development and adaption to weaning. By means of an animal experiment including fifty-nine female Holstein calves, the effects of weaning early (7 weeks of age) and late (17 weeks of age) on growth, behavior, rumen and gastrointestinal development and adaption of liver and kidney metabolism were tested. In addition, the effect of different weaning ages on calves born to primiparous and multiparous cows was taken into consideration. Samples were taken continuously beginning at the age of 8 days (experimental day 1) to 21 weeks of age (experimental day 140). The analyses and results are described in three peer-reviewed scientific papers and summarized below. Growth performance was evaluated via live weight, live weight gain, withers and hip height, heart girth, back and body length. Energy metabolism and liver function was quantified by measuring serum concentrations of glucose, insulin, urea, cholesterol, leptin, beta-hydroxybutyrate and non-esterified fatty acids (Manuscript 1). Animal behavior was observed divided in resting, chewing and active behavior to draw conclusion about signs of hunger and stress as well as rumen development. Rumen development and corresponding metabolic and adaptive changes in acid-base metabolism were evaluated by measuring pH in urine, feces and saliva and nitrogen-containing metabolites in urine (Manuscript 2). The microbiome in fecal samples was analyzed to assess maturation of the gastrointestinal tract. To gain insight to metabolic adaptions a broad set of metabolites was measured. These included amino acids, biogenic amines, acylcarnitines and sphingomyelins (Manuscript 3). Delaying weaning to 17 weeks of age had positive effects on body growth and adaption of energy and acid-base metabolism (Manuscript 1; Manuscript 2). The pH of saliva increased over time during the experiment unaffected by weaning age or mothers’ parity (Manuscript 2). As an alkaline pH in saliva is important for its buffering capacity, this highlights the importance to delay weaning. Gastrointestinal development was not impaired by prolonged MR intake, but rather reached a functional status at the end of the trial. Factors of rumen development (Manuscript 2) and microbiota in feces (Manuscript 3) adapted quickly and indicated an age-dependent maturation. The analyzed metabolites indicated distinct effects of early weaning on various metabolic pathways (Manuscript 3). Particularly, liver gluconeogenesis seemed to be insufficient for early-weaned calves. Leptin concentrations and back length was reduced in early-weaned calves born to primiparous mothers, but not in late-weaned calves from primiparous mothers (Manuscript 1). Therefore, calves born to primiparous cows particularly benefit from delaying weaning. The results indicated that weaning at the age of 7 weeks is not recommended, as it led to abrupt and possibly stressful metabolic changes and impaired maturation of various organs and their metabolic functions. The current study showed that delaying weaning to 17 weeks of age enables a smooth transition of various physiological functions to the ruminant status. Therefore, it seemed to reduce the metabolic problems and stress associated with weaning. Further research is needed about weaning, taking rearing costs and later milk performance and health into consideration.