Propionate uptake by rumen microorganisms: the effect of ruminal infusion

Abstract
We assessed the ability of rumen microbes to significantly incorporate propionate when they are subjected in vivo to no infusion, long-term infusion of minerals, and short- and long-term infusion of high amounts of propionate. Four ruminally cannulated sheep fed 1000 g hay (8 meals per d) were used in a Latin square design. The treatments consisted of no infusion (C), ruminal infusion of propionate (86 g d ^-1) for 1 (P1) and 7 d (P7), and of minerals for 7 d (M7). The infusion of propionate increased its ruminal molar percentage from 19 (C, M7) to 32% (P1, P7). Ruminal pH, osmolality, ammonia concentration, and protozoa counting were not or were poorly affected by the treatments. Rumen contents (100 mL liquid + 100 g solid) were incubated at 39 °C in anaerobic flasks containing artificial saliva, (NH ₄) ₂SO ₄, ground hay, and 0.45  Ci [ 2- ¹⁴C] propionate. After 6 and 16 h, clarified fermenter fluid, liquid-associated protozoa, and liquid-associated bacteria considered as representative of total bacteria were separated by fractional centrifugations. Microbial pellets were washed with saline before 14C determination. In flasks, pH, osmolality, gas, volatile fatty acid (VFA) production, ammonia concentration, protozoal counting and the amount of ¹⁴C in clarified fermenter fluid, liquid-associated protozoa and liquid-associated bacteria were similar among the treatments. Between 6 h and 16 h, the amount of ¹⁴C decreased in the clarified fermenter fluid, and increased in liquid-associated protozoa and liquid-associated bacteria. The amount of estimated microbial DM was 11.0 g per flask. After 6 h and 16 h incubation, the amount of ¹⁴C incorporated into microbial fractions averaged 9.1 and 12.2% of the total amount of ¹⁴C, and was estimated to account for 10.3% of propionate net production irrespective of the treatment and incubation time. It is concluded that the uptake of propionate by ruminal protozoa and bacteria is quantitatively significant, and may not be significantly affected when rumen microbes are submitted to minerals or propionate infusion. These results may explain the differences observed between the methods in the determination of the ruminal production rate of VFA.

Résumé
Utilisation du propionate par les microorganismes du rumen : effet d'une infusion intra-ruminale. Nous avons étudié la capacité des microbes du rumen à incorporer significativement le propionate lorsqu'ils sont soumis ou non in vivo à des infusions à long terme de minéraux, et à court ou long terme d'une grande quantité de propionate. Quatre moutons fistulés du rumen, alimentés avec 1000 g de foin (8 repas par jour) ont subi 4 traitements, en carré Latin  : pas d'infusion (C), infusion de propionate (86 g j ^-1) pendant 1 (P1) et 7 (P7) jours, infusion de minéraux pendant 7 jours (M7). Le pourcentage molaire de propionate dans le rumen augmente avec les infusions de propionate, de 19 (C, M7) à 32 % (P1, P7). Le pH, la pression osmotique, la concentration en ammoniaque, et le dénombrement des protozoaires dans le jus de rumen n'étaient pas ou peu différents entre traitements. Le contenu ruminal (100 mL phase liquide + 100 g phase solide) a été incubé à 39 °C dans des flacons anaérobies contenant de la salive artificielle, du sulfate d'ammonium, du foin broyé, et 0,45  Ci de [ 2- ¹⁴C] propionate. Après 6 et 16 h, les protozoaires et les bactéries libres - censées être représentatives des bactéries totales - ont été séparés du liquide ruminal par centrifugations différentielles. Les culots microbiens ont été rincés avec du sérum physiologique avant le comptage de 14C. Dans les fermenteurs, le pH, la pression osmotique, la production de gaz et d'acides gras volatils (AGV), la concentration en ammoniaque, le dénombrement des protozoaires, et la quantité de ¹⁴C dans le jus clarifié, les protozoaires et les bactéries libres étaient identiques entre traitements. Entre 6 h et 16 h, la quantité de ¹⁴C diminuait dans le jus clarifié et augmentait dans les protozoaires et les bactéries libres. La quantité de microbes a été estimée à 9,6 g MS par fermenteur. Après 6 h et 16 h d'incubation, la quantité de ¹⁴C incorporée dans les microbes atteignait 9,1 et 12,2 % de la quantité totale de ¹⁴C, et était estimée représenter 10,3 % de la production nette de propionate, indépendamment du traitement et de la durée d'incubation. La captation du propionate par les protozoaires et les bactéries du rumen est donc quantitativement significative, et ne semble pas significativement modifiée quand les microbes du rumen sont soumis à des infusions de minéraux ou de propionate. Ces résultats pourraient expliquer les différences observées entre les méthodes de détermination de la production ruminale d'AGV.