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Das allgemeine Ziel der vorliegenden Doktorarbeit war es, den Zusammenhang von Fressverhalten, Futteraufnahme, Milchproduktion und Stoffwechselkrankheiten bei Milchkühen in der Frühlaktation zu untersuchen. Dafür wurden Daten von 70 laktierenden Deutschen Holstein-Friesischen Milchkühen (1. -7. Laktation) gesammelt. Das Fressverhalten wurde mittels eines elektronischen Fütterungssystems überwacht, welches die elektronische Kennung jeder einzelnen Kuh beinhaltete. Während der ersten Studie dieser Arbeit basierte die Analyse des Fressverhaltens der Milchkühe auf jedem Einzelbesuch; dabei war ein Besuch als die Zeit definiert, in der eine einzelne Kuh mit ihrem Kopf im Trog verweilte, unabhängig davon, wie die Kuh diese Zeit verbrachte. Während der zweiten und dritten Studie wurden die Besuche in Mahlzeiten unterteilt, die auf einem Mahlzeitenkriterium basieren, welches wie folgt berechnet wurde: Eine Mischung aus zwei normalen Verteilungen wurde an die Verteilungen der Intervallängen zwischen den Besuchen, die mittels des natürlichen Logarithmuses umgerechnet wurden waren, angepasst. Innerhalb dieser Studien wurde der Einfluss der Laktation, des Laktationsstatus und des Milchleistungsniveaus auf das Fressverhalten und die Futteraufnahme untersucht. Die letzte Studie bestimmte die Auswirkungen von Stoffwechselkrankheiten auf das Fressverhalten, die Futteraufnahme und die Milchproduktion. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Mahlzeit die wichtigere Einheit als der Einzelbesuch ist, um das Fressverhalten zu beschreiben. Laktationsnummer, Laktationsstatus und Milchleistungsniveau waren entscheidend für die Charakteristika des Fressverhaltens und die Futteraufnahme. Die höher Korrelation zwischen Fressverhalten, z.B. Dauer und Umfang einer Mahlzeit, verweisen darauf, dass das Messen der Fresszeit für das Berechnen der Futteraufnahme genutzt werden kann. Stoffwechselkrankheiten hatten einen entscheidenen Einfluss auf das Fressverhalten, die Futteraufnahme und die Milchproduktion. Die Beobachtung der Charakteristika des Fressverhaltens könnte bei der Früherkennung des bei Kühen bestehenden erhöhten Risikos an Stoffwechselstörungen hilfreich sein. / The overall objective of this PhD thesis was to investigate the relationships between feeding behaviour, feed intake, milk production, and metabolic-related production diseases of dairy cows during early lactation. Data from 70 lactating German Holstein Friesian dairy cows (parity 1 to 7) were collected. The feeding behaviour monitoring was conducted by using an electronic feeding system, which was equipped with an electronic identification of each individual cow. In the first study of this dissertation, the feeding behaviour of dairy cows was analysed based on the individual visits, with a visit being defined as the time spent by an individual cow with her head in one of the troughs regardless of how the cow spent that time. In the second and third studies, the visits were clustered in meals based on a “meal criterion”, which was calculated by fitting a mixture of two normal distributions to the distributions of the natural logarithm (LN)-transformed lengths of the interval between visits. In these studies, the effects of parity, stage of lactation, and milk yield level on feeding behaviour and feed intake were investigated. The final study determined the effects of metabolic-related production diseases on feeding behaviour, feed intake, and milk production. The results suggested that the meal is the more relevant unit than the individual visit for describing feeding behaviour. Parity, stage of lactation, and milk yield level had significant effects on feeding behaviour characteristics and feed intake. The high correlation between feeding behaviour such as meal duration and feed intake (meal size) suggests that measuring the time spent eating could be used to estimate the feed intake. Metabolic-related production diseases had significant effects on feeding behaviour, feed intake, and milk production. The monitoring of feeding behaviour characteristics might be helpful to detect the cows’ risk for metabolic-related production diseases at an early stage.

Ziel dieser Arbeit war die Analyse und Modellierung ausgewählter Verhaltensparameter von Mutterkühen im geburts- und brunstnahen Zeitraum durch sensorgestützte Systeme. Als Parameter standen die Bewegungsaktivität, die Flächennutzung und die Wasseraufnahme im Mittelpunkt der Betrachtungen. Dazu wurden bei 20 Abkalbungsereignissen und 10 Brunstereignissen die Bewegungsaktivität und die Flächennutzung in der Zeitspanne von 5 Tagen vor dem Ereignis bis 3 Tage nach dem Ereignis erfasst. Für die Ermittlung der Bewegungsaktivität mit den Variablen Schrittaktivität, Brustbeinlage und Seitenlage konnten Pedometer genutzt werden. Die Flächennutzung wurde mit dem Fernglas Leica Geovid 7*42 BDA und einem GPS-Gerät (GPSHAND Version 2.2) erfasst. Die Messungen zum Parameter Wasseraufnahme fanden für die Zeit 14 Tage vor bis 14 Tage nach dem Ereignis Abkalbung oder Brunst statt. Ein weiteres Ziel war die Bewertung der Parameter in Bezug auf ihre Aussagequalität und Effizienz bei der Erkennung von Abkalbungen und Brunstereignissen. Hier stand besonders die Einzeltieranalyse im Vordergrund. Dafür wurden aus der Zeitreihenstatistik die Lowessfunktion und die Fourieranalyse gewählt. Sowohl im geburts- als auch im brunstnahen Zeitraum erreichte der Parameter Bewegungsaktivität die beste Aussagequalität und Effizienz bezogen auf die Erkennung eines Ereignisses. Die durchschnittliche Schrittaktivität und Brustbeinlage zeigten signifikante Veränderungen im Zusammenhang mit einer Geburt oder Brunst. Die Seitenlage war nur im Zusammenhang mit Schwergeburten auffällig. Mit den entwickelten Bewertungsmodellen wurden im geburtsnahen Zeitraum zwischen 75% und 90% Sensitivität und eine Fehlerrate von 14,3-37,0% erreicht. Mit 40-70% Sensitivität und einer Fehlerrate von 10-50% war die Erkennung der Brunstereignisse geringer und weniger effizient. Die Analyse der Flächennutzung zeigte, dass Mutterkühe in den Stunden nach der Abkalbung die genutzte Fläche einschränken. Diese Verhaltensänderung war teilweise signifikant. Eine Veränderung des Flächennutzungsverhaltens im brunstnahen Zeitraum konnte nicht nachgewiesen werden. Aufgrund der geringen Datendichte wurde auf die Zeitreihenanalyse verzichtet. Innerhalb des Parameters Wasseraufnahme ermöglichten die Ergebnisse aus den Mittelwertberechnungen einen Nachweis von Veränderungen im Wasseraufnahmeverhalten in den Zeiträumen einer Abkalbung bzw. Brunst. Die Anwendung der Lowessfuntion und Fourieranalyse zeigte jedoch, dass die Erkennung von Ereignissen, auf das Einzeltier bezogen, fast nicht möglich ist. Die Hauptursache dafür liegt in der vorhandenen Unregelmäßigkeit von Tränkebesuchen und den starken Schwankungen in der täglichen Wasseraufnahme. / The investigations aimed at analysing and modelling of selected behavioural parameter in suckler cows during the calving and oestrus period via sensor based systems. The analysis were focused on the parameter movement activity, pasture using and water intake. The parameter “movement activity” and “pasture using” were measured throughout 20 parturitions and 10 cows on heat in the period from 5 days ante partum (5ap) to 3 days post partum (3pp). Pedometer were used to investigate the “movement activity” with the variables “pacing activity” as well as the time spent in “upright position” and “sideways position”. The pasture using was recorded with the binoculars Leica Geovid 7*42 BDA and a GPS receiver (GPSHAND Version 2.2). Measurements of the parameter “water intake” took place in the period 14 days before until 14 days after the occurrence of calving and oestrus. Another aim was to evaluate these parameter regarding their force of expression and efficiency for detection of parturition and oestrus. The focus was on the analysis of each animal individually. Therefore, two different approaches to time series analytics were used: Lowess-function and Fourier-analysis. During the period of calving as well as during the period of oestrus the parameter “movement activity” reached the best results in the force of expression and efficiency relating to the detection of an occurrence. The average of pacing activity and time in upright resting positions showed significant alterations in connection with a parturition or oestrus. The time in sideways positions was only conspicuous relating to difficult calving. The sensitivity of the developed models for characterising animal reactions ranged from 75 - 90% with an error rate of 24,3 - 37,0% during the calving period. With a sensitivity of 40-70% and an error rate of 10-50% the detection of oestrus was lower and less efficient. The analysis of the parameter „pasture using“ showed, that the used area of pasture were reduced by suckler cows in hours after calving directly. To some extend this behavioural change was significant. There was no significant change of the parameter “pasture using” during the period of oestrus. Due to the low density of data, the time series analysis was not realized. Within the parameter „water intake“ the results of mean-value calculation could be used for the verification of behavioural changes in water intake during the periods of calving and oestrus. Indeed the application of Lowess-function and Fourier-analysis showed, that a detection of occurrences relating to each animal individually is nearly impossible. The main reason is the present irregularity in frequenting the drinking bowl and the high fluctuation in the daily water intake.

Die zunehmend kritische Betrachtung von Tierhaltungssystemen durch den Verbraucher erfordert eine wissenschaftliche Bewertung der Tiergerechtheit und der arteigenen Bedürfnisse von Nutztieren. Konventionelle ballaststoffarme Schweinemastfutter entsprechen nicht den ethologischen und ernährungsphysiologischen Ansprüchen der Tiere. Verhaltensstörungen sind daher bei Schweinen verbreitet. Der gewählte Forschungsansatz geht davon aus, dass eine erhöhte Befriedigung der Fressmotivation durch rohfaserreiche Futtermittel hier Abhilfe schaffen kann. Daher wurden je 14 Börge über eine Mastperiode mit einer lignocellulosehaltigen Ration gefüttert und mit einer konventionell gemästeten Tiergruppe verglichen. Die Futteraufnahme der Tiere wurde am Fressplatz mit RFID-Respondern registriert. Dabei zeigte sich, dass rohfaserreich gefütterte Schweine langsamer, länger und seltener fraßen und insgesamt weniger Futter aufnahmen. Das lässt auf ein erhöhtes Sättigungsgefühl der Tiere schließen. Das Aktivitäts- und Erkundungsverhalten wurde durch eine Kombination verschiedener Methoden gemessen. Videoanalysen belegten, dass die Tiere beider Gruppen etwa gleich lang ruhten. Die Rohfasertiere zeigten sich dabei weniger empfindlich gegenüber der Umgebungstemperatur. Die Erkundungsintensität, die mittels Respondern gemessen wurde, war ebenfalls nicht durch das Futter beeinflusst. Rohfaserreich gefütterte Schweine zeigten allerdings weniger Interesse an einem Spielzeug und weniger agonistische Auseinandersetzungen. Die Konkurrenz am Futterautomaten war wegen der längeren Fresszeit jedoch erhöht. Vermutlich war die Haltungsumwelt nicht geeignet, bestimmte Unterschiede im Verhalten der Schweine festzustellen. Die Rohfasertiere wuchsen langsamer als die Kontrolltiere, hatten jedoch Schlachtkörper mit erhöhtem Muskelfleischanteil. Die Futterverwertung unterschied sich nicht. Rohfaserreiches Futter verbessert offensichtlich beim Mastschwein die Sättigung und erhöht das Tierwohl. / Animal welfare is of growing importance to consumers of animal products. The development of animal-friendly housing systems and the research on the animal’s requirements are thus aspects of interest. Conventional feeds for fattening pigs are poor in dietary fibre and do not meet the ethologic and nutritional physiologic needs of pigs. This presumably this leads to misdirected behaviour and behavioural disorders, which are widespread in growing pigs. Numerous studies indicate that fibrous feed causes a higher satiation. The thesis on hand is based on the approach that a high level of crude fibre for fattening pigs leads to a reduced motivation to feed and to explore and thus provides relief to the animals. To investigate this, groups of 14 castrated male pigs were fed with a ration containing lignocelluloses during an entire fattening period and were compared to conventionally fed pigs. The feeding pattern of the animals was recorded using RFID responders. Pigs receiving high-fibre feed ate slower, longer and less often and consumed less feed than control pigs. This indicated an improved satiation. Activity and explorative behaviour was measured using various methods. Video analysis showed that both groups performed the same amount of resting behaviour. When choosing a place to rest, high-fibre pigs were less sensitive to their ambient temperature. The intensity of exploration, which was RFID-recorded, was not influenced by the feed. However, high-fibre pigs showed less interest in a toy and less agonistic behaviour. The competition at the feeders was higher, probably because of the prolonged feeding time. Presumably the housing conditions were not suitable for the detection of differences in explorative behaviour between high-fibre and control groups. High-fibre pigs fattened less than control pigs, but delivered better carcasses. The feed conversion was the same for both groups. Fibrous feed apparently enhances satiety in growing pigs and improves animal welfare.

Die Untersuchungen zur Physiologie der Beziehungen zwischen Milchleistung und Fruchtbarkeit beinhalten erstens Einzeltieruntersuchungen (n=78 Kühe) zum Beginn der Ovaraktivität p.p., gemessen am Milchprogesterongehalt, zu den Stoffwechselparametern Glukose, Harnstoff, Protein, Cholesterol, Triglyceride, Phosphor und den Aktivitäten der Enzyme GLDH und GOT im Blutplasma sowie zu Milchleistungs- und Fruchtbarkeitsmerkmalen dieser Kühe. Sie wurden an deutschen und israelischen Kühen angestellt. Die 305-Tageleistung beträgt ca. 7500 bzw. 10200 l/Kuh. Unabhängig von der Leistung setzen die 1. und 2. Ovulation durchschnittlich am 19. und 36. Tag ein. Die stoffwechselphysiologischen Abläufe spielen sich trotz großer Leistungsunterschiede auf ähnlichem Niveau ab. Einzelne klinisch-chemische Parameter weisen in speziellen Beziehungen zu anderen Merkmalen Umkehrungen im Vorzeichen der Korrelationen auf. Von einer Adaptation der Stoffwechselwege an spezifische Bedingungen kann ausgegangen werden. Eine Häufung von Kühen ohne Ovulation bis zum 50. Tag p.p. ist nicht zwingend an die Leistung gebunden. Die ovariellen Aktivitäten bis 30 Tag p.p. geben eine relativ genaue Prognose der folgenden Fruchtbarkeit. Zweitens werden die Beziehungen zwischen Milchleistungs- und Fruchtbarkeitsmerkmalen in acht deutschen Herden (n=3225 Kühe, nach Laktationen), 207 israelischen Kibbuzherden sowie innerbetrieblich in einer nordamerikanischen Herde (n=320 Kühe) analysiert. Die Variabilität der Zwischentragezeit wird nur zu ca. 5% durch die Variabilität der Milchleistung bestimmt. Mit steigender Rastzeit steigt der Besamungserfolg. Für die Zwischentragezeit existiert ein Optimum bezüglich Ausschöpfung des Milchleistungspotentiales, das sich mit dem betriebswirtschaftlichen Optimum deckt, wenn die ZTZ leistungsabhängig festgelegt wird. Für höher veranlagte Kühe ist ein Kalbeintervall über ein Jahr hinaus sinnvoll und läßt insbesondere eine höhere Persistenz der Laktation erwarten. Für Kühe mit hohem Eiweiß-Fett-Verhältnis werden physiologische Vorteile ermittelt. Drittens wird mit Untersuchungen zu Auswirkungen des Erstkalbealters auf Leistung, Fruchtbarkeit und Schwergeburtenrate die Betrachtung des gesamten Reproduktions-prozesses geschlossen. Ein Erstkalbealter von 24-26 Monaten ist zu empfehlen. Im Ergebnis dieser physiologischen Analysen sowie unter Einbeziehung betriebswirtschaftlicher Berechnungen zur optimalen Zwischentragezeit wird ein tierindividuell und herdenspezifisch arbeitendes Fruchtbarkeitsmanagementsystem entwickelt. Dieser REPROSYS-FRUCHTBARKEITSPLANER KUH wird an 81 Kühen einer Versuchsanwendung und -auswertung unterzogen. / Firstly, the investigation of the physiology of the relations between milk performance and fertility includes experiments with single animals at the beginning of the first and second ovarian activity p.p., measured by progesteron in milk, investigations of metabilic parametres, such as glucosis, urea, proteine, cholesterol, triglycerides, phosphorus and activity of the enzymes GLDH and GOT in blood plasma as well as these cows' characteristics in milk performance and fertility. The tests were carried out with German and Isreli cows with 305-day-milk yield of 7500 resp. 10200 litres per cow. On average, the ovarian activity starts on the 20th day (1st ovulation) and on the 35th day (2nd ovulation), independently from milk yield. Metabolic processes occur on a similar level, despite big differences in performance. Several of the investigated parametres show - in special relations to other characeteristics - reversions in the pre-sign of the correlations. One can conclude that there is adaptation of the ways of metabolism to specific conditions. An accumulation of cows without ovulation up to the 50th day is not nessesarily related to performance. An exact prognosis of following fertility is possible by considering the ovarian activity up to the 30th day. Secondly, the relations between milk performance and fertility marks in eight German herds (n=3225 cows, for seperate lactations) all Israeli Kibbuz herds (n=207 herds) and within a North American herd (n=320 cows). The variability of the empty days is determined only by 3% by the variability of milk performance. A longer service interval causes rising success of insemination. There is an optimum for the service interval in order to ladle out the potential of milk capacity. It is congruent with the financial optimum if the empty days are fixed independently from performance. A calving interval of more than one year is useful for high-yielding dairy cows. Thus, higher persisence and 201-305-day milk yield can be expected than. Physiological advantages were established for cows with high protein-to-fat-relation. Thirdly, the consideration of the entire reproduction process is cosed by investigation of the effect of age of first calving on performance and dystokia. An early calving age of 24 to 26 mounth is recommended. The result of the physiological analyses as well as economic calculations on the optimal empty days is the development of an animal-inidividual and herd-specific fertility-management-system. This REPROSYS-MRG-FERTILITY-ORGANIZER COW is applicated and analysed by experiments with 81 cows.

WWOX (WW domain-containing oxidoreductase) is a candidate tumor suppressor gene that has been shown to be involved in various cancers including breast, lung, prostate, gastric and hepatic. The Drosophila ortholog Wwox was identified and subjected to targeted ‘loss of function’ mutagenesis. The resulting mutants were found to be viable when homozygous with no obvious defects in the adult fly. As Wwox mutant flies were found to exhibit an increased sensitivity to ionising radiation (IR), a number of Wwox proteins specifically deleted or mutated at positions consisting of conserved functional protein motifs, or regions that are highly conserved among WWOX / Wwox homologs. The Wwox variants were tested for their ability to modify the IR sensitivity phenotype. In the course of this study, it was found that background mutations introduced during the generation of the mutant flies was responsible for the IR sensitivity phenotype. As a result, proteomic alterations resulting from changes in Wwox protein levels in Drosophila were investigated in order to ascertain the possible molecular functions of the Wwox protein. 2D-DIGE analysis was conducted on a number of different fly genotypes expressing differing levels of Wwox protein in both adult and embryonic flies. The proteomic changes resulting from lack of Wwox function as well as Wwox over-expression were detected with the proteins of interest identified by mass spectrometry (MS) using both MALDI-TOF/TOF-MS and LC-ESI-MS/MS. Label free quantitative MS analysis was also performed in order to determine the most abundant protein(s) in those spots found to contain multiple proteins. These proteomic studies identified changes in a wide variety of proteins with a significant number of metabolic proteins as well as proteins involved in oxidative stress response as a result of different levels of Wwox expression. Of particular interest, consistent changes in different isoforms of superoxide dismutase 1 (Sod1) were identified. Due to the known roles these proteins play in pro and anti-apoptotic pathways, it is possible that Sod1 and Wwox may work in concert to regulate the delicate balance of defence mechanisms in response to environmental stresses, particularly oxidative stress. The protein/gene targets identified in this work therefore offer some insights into normal Wwox function. / Thesis (Ph.D.) -- University of Adelaide, School of Molecular and Biomedical Science, 2008

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