Options for selecting dairy cattle for milk coagulation ability

Lypsylehmien maidon juoksettumiskyvyn jalostuskeinot Väitöskirjassa tutkittiin lypsylehmien maidon juustonvalmistuslaadun parantamista jalostusvalinnan avulla. Tutkimusaihe on tärkeä, sillä yhä suurempi osa maidosta käytetään juustonvalmistukseen. Tutkimuksen kohteena oli maidon juoksettumiskyky, sillä se on yksi keskeisistä juustomäärään vaikuttavista tekijöistä. Maidon juoksettumiskyky vaihteli huomattavasti lehmien, sonnien, karjojen, rotujen ja lypsykauden vaiheiden välillä. Vaikka tankkimaidon juoksettumiskyvyssä olikin suuria eroja karjoittain, karja selitti vain pienen osan juoksettumiskyvyn kokonaisvaihtelusta. Todennäköisesti perinnölliset erot lehmien välillä selittävät suurimman osan karjojen tankkimaitojen juoksettumiskyvyssä havaituista eroista. Hyvä hoito ja ruokinta vähensivät kuitenkin jossain määrin huonosti juoksettuvien tankkimaitojen osuutta karjoissa. Holstein-friisiläiset lehmät olivat juoksettumiskyvyltään ayrshire-rotuisia lehmiä parempia. Huono juoksettuminen ja juoksettumattomuus oli vain vähäinen ongelma holstein-friisiläisillä (10 %), kun taas kolmannes ayrshire-lehmistä tuotti huonosti juoksettuvaa tai juoksettumatonta maitoa. Maitoa sanotaan huonosti juoksettuvaksi silloin, kun juustomassa ei ole riittävän kiinteää leikattavaksi puolen tunnin kuluttua juoksetteen lisäyksestä. Juoksettumattomaksi määriteltävä maito ei saostu lainkaan puolen tunnin aikana ja on siksi erittäin huonoa raaka-ainetta juustomeijereille. Noin 40 % lehmien välisistä eroista maidon juoksettumiskyvyssä selittyi perinnöllisillä tekijöillä. Juoksettumiskykyä voikin sanoa hyvin periytyväksi ominaisuudeksi. Kolme mittauskertaa lehmää kohti riittää varsin hyvin lehmän maidon keskimääräisen juoksettumiskyvyn arvioimiseen. Tällä hetkellä juoksettumiskyvyn suoran jalostamisen ongelmana on kuitenkin automatisoidun, laajamittaiseen käyttöön soveltuvan mittalaitteen puute. Tämän takia väitöskirjassa tutkittiin mahdollisuuksia jalostaa maidon juoksettumiskykyä epäsuorasti, jonkin toisen ominaisuuden kautta. Tällaisen ominaisuuden pitää olla kyllin voimakkaasti perinnöllisesti kytkeytynyt juoksettumiskykyyn, jotta jalostus olisi mahdollista sen avulla. Tutkittavat ominaisuudet olivat sonnien kokonaisjalostusarvossa jo mukana olevat maitotuotos ja utareterveyteen liittyvät ominaisuudet sekä kokonaisjalostusarvoon kuulumattomat maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuus sekä maidon pH. Väitöskirjassa tutkittiin myös mahdollisuuksia ns. merkkiavusteiseen valintaan tutkimalla maidon juoksettumattomuuden perinnöllisyyttä ja kartoittamalla siihen liittyvät kromosomialueet. Tutkimuksen tulosten perusteella lehmien utareterveyden jalostaminen parantaa jonkin verran myös maidon juoksettumiskykyä sekä vähentää juoksettumattomuutta ayrshire-rotuisilla lehmillä. Lehmien maitotuotos ja maidon juoksettumiskyky sekä juoksettumattomuus ovat sen sijaan perinnöllisesti toisistaan riippumattomia ominaisuuksia. Myöskin maidon valkuais- ja kaseiinipitoisuuden perinnöllinen yhteys juoksettumiskykyyn oli likimain nolla. Maidon pH:n ja juoksettumiskyvyn välillä oli melko voimakas perinnöllinen yhteys, joten maidon pH:n jalostaminen parantaisi myös maidon juoksettumiskykyä. Todennäköisesti sen jalostaminen ei kuitenkaan vähentäisi juoksettumatonta maitoa tuottavien lehmien määrää. Koska maidon juoksettumattomuus on niin yleinen ongelma suomalaisilla ayrshire-lehmillä, väitöksessä selvitettiin tarkemmin ilmiön taustoja. Kaikissa kolmessa tutkimusaineistoissa noin 10 % ayrshire-lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa. Kahden vuoden kuukausittaisen seurannan aikana osa lehmistä tuotti juoksettumatonta maitoa lähes joka mittauskerralla. Maidon juoksettumattomuus oli yhteydessä lypsykauden vaiheeseen, mutta mikään ympäristötekijöistä ei pystynyt täysin selittämään sitä. Sen sijaan viitteet sen periytyvyydestä vahvistuivat tutkimusten edetessä. Lopuksi tutkimusryhmä onnistui kartoittamaan juoksettumattomuutta aiheuttavat kromosomialueet kromosomeihin 2 ja 18, lähelle DNA-merkkejä BMS1126 ja BMS1355. Tulosten perusteella maidon juoksettumattomuus ei ole yhteydessä maidon juoksettumistapahtumassa keskeisiin kaseiinigeeneihin. Sen sijaan on mahdollista, että juoksettumattomuusongelman aiheuttavat kaseiinigeenien syntetisoinnin jälkeisessä muokkauksessa tapahtuvat virheet. Asia vaatii kuitenkin perusteellista tutkimista. Väitöksen tulosten perusteella maidon juoksettumattomuusgeeniä kantavien eläinten karsiminen jalostuseläinten joukosta olisi tehokkain tapa jalostaa maidon juoksettumiskykyä suomalaisessa lypsykarjapopulaatiossa.

Quantitative trait loci detection and benefits from marker-assisted selection in dairy cattle

Knowing the chromosomal areas or actual genes affecting the traits under selection would add more information to be used in the selection decisions which would potentially lead to higher genetic response. The first objective of this study was to map quantitative trait loci (QTL) affecting economically important traits in the Finnish Ayrshire population. The second objective was to investigate the effects of using QTL information in marker-assisted selection (MAS) on the genetic response and the linkage disequilibrium between the different parts of the genome. Whole genome scans were carried out on a grand-daughter design with 12 half-sib families and a total of 493 sons. Twelve different traits were studied: milk yield, protein yield, protein content, fat yield, fat content, somatic cell score (SCS), mastitis treatments, other veterinary treatments, days open, fertility treatments, non-return rate, and calf mortality. The average spacing of the typed markers was 20 cM with 2 to 14 markers per chromosome. Associations between markers and traits were analyzed with multiple marker regression. Significance was determined by permutation and genome-wise P-values obtained by Bonferroni correction. The benefits from MAS were investigated by simulation: a conventional progeny testing scheme was compared to a scheme where QTL information was used within families to select among full-sibs in the male path. Two QTL on different chromosomes were modelled. The effects of different starting frequencies of the favourable alleles and different size of the QTL effects were evaluated. A large number of QTL, 48 in total, were detected at 5% or higher chromosome-wise significance. QTL for milk production were found on 8 chromosomes, for SCS on 6, for mastitis treatments on 1, for other veterinary treatments on 5, for days open on 7, for fertility treatments on 7, for calf mortality on 6, and for non-return rate on 2 chromosomes. In the simulation study the total genetic response was faster with MAS than with conventional selection and the advantage of MAS persisted over the studied generations. The rate of response and the difference between the selection schemes reflected clearly the changes in allele frequencies of the favourable QTL. The disequilibrium between the polygenes and QTL was always negative and it was larger with larger QTL size. The disequilibrium between the two QTL was larger with QTL of large effect and it was somewhat larger with MAS for scenarios with starting frequencies below 0.5 for QTL of moderate size and below 0.3 for large QTL. In conclusion, several QTL affecting economically important traits of dairy cattle were detected. Further studies are needed to verify these QTL, check their presence in the present breeding population, look for pleiotropy and fine map the most interesting QTL regions. The results of the simulation studies show that using MAS together with embryo transfer to pre-select young bulls within families is a useful approach to increase the genetic merit of the AI-bulls compared to conventional selection.

Measurement of acceleration while walking as an automated method for gait assessment in dairy cattle

The aims were to determine whether measures of acceleration of the legs and back of dairy cows while they walk could help detect changes in gait or locomotion associated with lameness and differences in the walking surface. In 2 experiments, 12 or 24 multiparous dairy cows were fitted with five 3-dimensional accelerometers, 1 attached to each leg and 1 to the back, and acceleration data were collected while cows walked in a straight line on concrete (experiment 1) or on both concrete and rubber (experiment 2). Cows were video-recorded while walking to assess overall gait, asymmetry of the steps, and walking speed. In experiment 1, cows were selected to maximize the range of gait scores, whereas no clinically lame cows were enrolled in experiment 2. For each accelerometer location, overall acceleration was calculated as the magnitude of the 3-dimensional acceleration vector and the variance of overall acceleration, as well as the asymmetry of variance of acceleration within the front and rear pair of legs. In experiment 1, the asymmetry of variance of acceleration in the front and rear legs was positively correlated with overall gait and the visually assessed asymmetry of the steps (r ≥0.6). Walking speed was negatively correlated with the asymmetry of variance of the rear legs (r=−0.8) and positively correlated with the acceleration and the variance of acceleration of each leg and back (r ≥0.7). In experiment 2, cows had lower gait scores [2.3 vs. 2.6; standard error of the difference (SED)=0.1, measured on a 5-point scale] and lower scores for asymmetry of the steps (18.0 vs. 23.1; SED=2.2, measured on a continuous 100-unit scale) when they walked on rubber compared with concrete, and their walking speed increased (1.28 vs. 1.22m/s; SED=0.02). The acceleration of the front (1.67 vs. 1.72g; SED=0.02) and rear (1.62 vs. 1.67g; SED=0.02) legs and the variance of acceleration of the rear legs (0.88 vs. 0.94g; SED=0.03) were lower when cows walked on rubber compared with concrete. Despite the improvements in gait score that occurred when cows walked on rubber, the asymmetry of variance of acceleration of the front leg was higher (15.2 vs. 10.4%; SED=2.0). The difference in walking speed between concrete and rubber correlated with the difference in the mean acceleration and the difference in the variance of acceleration of the legs and back (r ≥0.6). Three-dimensional accelerometers seem to be a promising tool for lameness detection on farm and to study walking surfaces, especially when attached to a leg.

A dynamic programming model for optimising feeding and slaughter decisions regarding fattening pigs

Costs of purchasing new piglets and of feeding them until slaughter are the main variable expenditures in pig fattening. They both depend on slaughter intensity, the nature of feeding patterns and the technological constraints of pig fattening, such as genotype. Therefore, it is of interest to examine the effect of production technology and changes in input and output prices on feeding and slaughter decisions. This study examines the problem by using a dynamic programming model that links genetic characteristics of a pig to feeding decisions and the timing of slaughter and takes into account how these jointly affect the quality-adjusted value of a carcass. The model simulates the growth mechanism of a pig under optional feeding and slaughter patterns and then solves the optimal feeding and slaughter decisions recursively. The state of nature and the genotype of a pig are known in the analysis. The main contribution of this study is the dynamic approach that explicitly takes into account carcass quality while simultaneously optimising feeding and slaughter decisions. The method maximises the internal rate of return to the capacity unit. Hence, the results can have vital impact on competitiveness of pig production, which is known to be quite capital-intensive. The results suggest that producer can significantly benefit from improvements in the pig's genotype, because they improve efficiency of pig production. The annual benefits from obtaining pigs of improved genotype can be more than €20 per capacity unit. The annual net benefits of animal breeding to pig farms can also be considerable. Animals of improved genotype can reach optimal slaughter maturity quicker and produce leaner meat than animals of poor genotype. In order to fully utilise the benefits of animal breeding, the producer must adjust feeding and slaughter patterns on the basis of genotype. The results suggest that the producer can benefit from flexible feeding technology. The flexible feeding technology segregates pigs into groups according to their weight, carcass leanness, genotype and sex and thereafter optimises feeding and slaughter decisions separately for these groups. Typically, such a technology provides incentives to feed piglets with protein-rich feed such that the genetic potential to produce leaner meat is fully utilised. When the pig approaches slaughter maturity, the share of protein-rich feed in the diet gradually decreases and the amount of energy-rich feed increases. Generally, the optimal slaughter weight is within the weight range that pays the highest price per kilogram of pig meat. The optimal feeding pattern and the optimal timing of slaughter depend on price ratios. Particularly, an increase in the price of pig meat provides incentives to increase the growth rates up to the pig's biological maximum by increasing the amount of energy in the feed. Price changes and changes in slaughter premium can also have large income effects. Key words: barley, carcass composition, dynamic programming, feeding, genotypes, lean, pig fattening, precision agriculture, productivity, slaughter weight, soybeans

Effects of turbidity on feeding and distribution of fish

In aquatic systems, the ability of both the predator and prey to detect each other may be impaired by turbidity. This could lead to significant changes in the trophic interactions in the food web of lakes. Most fish use their vision for predation and the location of prey can be highly influenced by light level and clarity of the water environment. Turbidity is an optical property of water that causes light to be scattered and absorbed by particles and molecules. Turbidity is highly variable in lakes, due to seasonal changes in suspended sediments, algal blooms and wind-driven suspension of sediments especially in shallow waters. There is evidence that human activity has increased erosion leading to increased turbidity in aquatic systems. Turbidity could also play a significant role in distribution of fish. Turbidity could act as a cover for small fish and reduce predation risk. Diel horizontal migration by fish is common in shallow lakes and is considered as consequences of either optimal foraging behaviour for food or as a trade-off between foraging and predator avoidance. In turbid lakes, diel horizontal migration patterns could differ since turbidity can act as a refuge itself and affect the predator-prey interactions. Laboratory experiments were conducted with perch (Perca fluviatilis L.) and white bream (Abramis björkna (L.)) to clarify the effects of turbidity on their feeding. Additionally to clarify the effects of turbidity on predator preying on different types of prey, pikeperch larvae (Sander lucioperca (L.)), Daphnia pulex (Leydig), Sida crystallina (O.F. Müller), and Chaoborus flavicans (Meigen) were used as prey in different experiments. To clarify the role of turbidity in distribution and diel horizontal migration of perch, roach (Rutilus rutilus (L.)) and white bream, field studies were conducted in shallow turbid lakes. A clear and a turbid shallow lake were compared to investigate distribution of perch and roach in these two lakes in a 15-year study period. Feeding efficiency of perch and white bream was not significantly affected with increasing clay turbidity up to 50 NTU. The perch experiments with pikeperch larvae suggested that clay turbidity could act as a refuge especially at turbidity levels higher than 50 NTU. Perch experiments with different prey types suggested that pikeperch larvae probably use turbidity as a refuge better compared to Daphnia. Increase in turbidity probably has stronger affect on perch predating on plant-attached prey. The main findings of the thesis show that turbidity can play a significant role in distribution of fish. Perch and roach could use turbidity as refuge when macrophytes disappear while small perch may also use high turbidity as refuge when macrophytes are present. Floating-leaved macrophytes are probably good refuges for small fish in clay-turbid lakes and provide a certain level of turbidity and not too complex structure for refuge. The results give light to the predator-prey interactions in turbid environments. Turbidity of water should be taken in to account when studying the diel horizontal migrations and distribution of fish in shallow lakes.

Rearing strategies of young dairy calves in relation to production, behaviour and welfare

Vasikoiden kasvatus yksilökarsinoissa, imemismahdollisuuden puute maitojuoton yhteydessä sekä pienet juomamäärät ovat tekijöitä, jotka mahdollisesti voivat vähentää vasikoiden hyvinvointia. Vasikoiden kasvatukseen etsitäänkin uusia tapoja, joissa eläinten käyttäytymistarpeet ja hyvinvointi otetaan entistä paremmin huomioon. Tässä väitöskirjassa vasikoiden kasvatusta on tarkasteltu sekä tuotannon että vasikoiden käyttäytymisen ja hyvinvoinnin kannalta. Väitöskirja koostuu kolmesta kokeesta, joista ensimmäisessä tutkittiin vasikoiden kasvatusta ryhmäkarsinoissa ulkona tai sisällä ja vasikoiden kasvatusta sisällä ryhmä- tai yksilökarsinoissa. Toisessa kokeessa vasikoiden annettiin imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen viiden tai kahdeksan viikon ajan ja kolmannessa selvitettiin vasikoiden veden juontia, kun vasikat saivat juomarehua vapaasti. Lisäksi kokeiden yhdistetystä aineistosta analysoitiin eri rehujen syöntimäärien suhdetta sekä rehujen vaikutusta kasvuun ennen ja jälkeen maidosta vieroituksen. Tutkimuksessa todettiin, että vasikoita voi ryhmässä kasvattaa kylmissä ja vaihtelevissa sääoloissa ulkona, kunhan ne hoidetaan ja ruokitaan erittäin huolellisesti. Kylmällä ilmalla vasikat saattavat kuitenkin syödä väkirehua vähemmän varsinkin, jos ruokailupaikka on ulkona ja makuualue sisällä. Ryhmässä kasvaneet vasikat aloittivat sekä kuivien rehujen syönnin että märehtimisen nuorempina kuin yksilökarsinassa kasvaneet. Ryhmissä esiintyvää käyttäytymisongelmaa, toisten vasikoiden imemistä, voidaan vähentää hoito- ja ruokintamenetelmillä. Annettaessa vasikoiden imeä emiään rajoitetusti lypsyn jälkeen vasikat oppivat imemään emiään hyvin nopeasti. Lypsytyö vaikeutui muutamien lehmien kohdalla, sillä ne pidättivät maitoa lypsettäessä. Saadessaan imeä rajoitetusti vasikat imivät suurehkoja maitomääriä kerrallaan. Vieroittaminen suurilta maitomääriltä viiden viikon iässä oli kuitenkin liian aikaista, koska vasikat eivät vielä syöneet riittävästi kuivia rehuja. Vieroitus emästä niin viiden kuin kahdeksankin viikon iässä aiheutti vasikoissa levottomuutta ja ääntelyn lisääntymistä. Saadessaan hapatettua juomarehua vapaasti vasikat joivat keskimäärin vain vähän vettä, olipa vesilähteenä avoin ämpäri tai vesinippa. Vasikoiden välillä oli suurta vaihtelua veden juontimäärissä. Viikkoa ennen maidosta vieroitusta vasikat joivat 0-3 l vettä päivässä. Vasikat joivat nipasta kerrallaan vähemmän vettä kuin ämpäristä, ja käyttivät enemmän aikaa päivässä veden juomiseen kuin vesiämpäristä juoneet vasikat. Suurin osa vasikoista joi vettä juomanipoista erikoisella tavalla esimerkiksi painamalla nippaa otsalla ja juomalla tippuvaa vettä. Vesinipat voivat olla siis vasikoille joko vaikeita tai epämukavia käyttää. Vasikoiden juoman maitomäärän lisääntyessä kasvu lisääntyy selvästi. Runsas maidon juominen vähentää kuitenkin kuivien rehujen syöntiä ja vieroitusvaiheessa kasvu voi hidastua. Vasikat olisikin tärkeää vieroittaa vähitellen, ettei muutoksia kasvuun tulisi. Syönti- ja kasvutulokset eivät aina anna oikeaa kuvaa kasvatusmenetelmien eroista eläinten hyvinvoinnin kannalta. Käyttäytyminen on herkkä hyvinvoinnin mittari ja se tulisikin aina huomioida eri kasvatusmenetelmiä arvioitaessa. .

Microclimate and gas emissions in dairy buildings : Instrumentation, theory and measurements

The aim of this thesis was to develop measurement techniques and systems for measuring air quality and to provide information about air quality conditions and the amount of gaseous emissions from semi-insulated and uninsulated dairy buildings in Finland and Estonia. Specialization and intensification in livestock farming, such as in dairy production, is usually accompanied by an increase in concentrated environmental emissions. In addition to high moisture, the presence of dust and corrosive gases, and widely varying gas concentrations in dairy buildings, Finland and Estonia experience winter temperatures reaching below -40 ºC and summer temperatures above +30 ºC. The adaptation of new technologies for long-term air quality monitoring and measurement remains relatively uncommon in dairy buildings because the construction and maintenance of accurate monitoring systems for long-term use are too expensive for the average dairy farmer to afford. Though the documentation of accurate air quality measurement systems intended mainly for research purposes have been made in the past, standardised methods and the documentation of affordable systems and simple methods for performing air quality and emissions measurements in dairy buildings are unavailable. In this study, we built three measurement systems: 1) a Stationary system with integrated affordable sensors for on-site measurements, 2) a Wireless system with affordable sensors for off-site measurements, and 3) a Mobile system consisting of expensive and accurate sensors for measuring air quality. In addition to assessing existing methods, we developed simplified methods for measuring ventilation and emission rates in dairy buildings. The three measurement systems were successfully used to measure air quality in uninsulated, semi-insulated, and fully-insulated dairy buildings between the years 2005 and 2007. When carefully calibrated, the affordable sensors in the systems gave reasonably accurate readings. The spatial air quality survey showed high variation in microclimate conditions in the dairy buildings measured. The average indoor air concentration for carbon dioxide was 950 ppm, for ammonia 5 ppm, for methane 48 ppm, for relative humidity 70%, and for inside air velocity 0.2 m/s. The average winter and summer indoor temperatures during the measurement period were -7º C and +24 ºC for the uninsulated, +3 ºC and +20 ºC for the semi-insulated and +10 ºC and +25 ºC for the fully-insulated dairy buildings. The measurement results showed that the uninsulated dairy buildings had lower indoor gas concentrations and emissions compared to fully insulated buildings. Although occasionally exceeded, the ventilation rates and average indoor air quality in the dairy buildings were largely within recommended limits. We assessed the traditional heat balance, moisture balance, carbon dioxide balance and direct airflow methods for estimating ventilation rates. The direct velocity measurement for the estimation of ventilation rate proved to be impractical for naturally ventilated buildings. Two methods were developed for estimating ventilation rates. The first method is applicable in buildings in which the ventilation can be stopped or completely closed. The second method is useful in naturally ventilated buildings with large openings and high ventilation rates where spatial gas concentrations are heterogeneously distributed. The two traditional methods (carbon dioxide and methane balances), and two newly developed methods (theoretical modelling using Fick s law and boundary layer theory, and the recirculation flux-chamber technique) were used to estimate ammonia emissions from the dairy buildings. Using the traditional carbon dioxide balance method, ammonia emissions per cow from the dairy buildings ranged from 7 g day-1 to 35 g day-1, and methane emissions per cow ranged from 96 g day-1 to 348 g day-1. The developed methods proved to be as equally accurate as the traditional methods. Variation between the mean emissions estimated with the traditional and the developed methods was less than 20%. The developed modelling procedure provided sound framework for examining the impact of production systems on ammonia emissions in dairy buildings.

Finnish cattle as reservoir of Campylobacter spp.

The reported incidence of human campylobacteriosis in Finland is higher than in most other European countries. A high annual percentage of sporadic infections is of foreign origin, although a notable proportion of summer infections is domestically acquired. While chickens appear to be a major source of campylobacters for humans in most countries, the prevalence of campylobacters is very low in chicken slaughter batches in Finland. Data on other potential animal reservoirs of human pathogenic campylobacters in Finland are scarce. Consequently, this study aimed to investigate the status of Finnish cattle as a potential source of thermophilic Campylobacter spp. and antibiotic-resistant Campylobacter jejuni for human sporadic campylobacter infections of domestic origin. A survey of the prevalence of thermophilic Campylobacter spp. in Finnish cattle studied bovine rectal faecal samples (n=952) and carcass surface samples (n=948) from twelve Finnish slaughterhouses from January to December 2003. The total prevalence of Campylobacter spp. in faecal samples was 31.1%, and in carcass samples 3.5%. Campylobacter jejuni, the most common species, was present in 19.5% of faecal samples and in 3.1% of carcasses. In addition to thermophilic Campylobacter spp., C. hyointestinalis ssp. hyointestinalis was present in bovine samples. The prevalence of campylobacters was higher among beef cattle than among dairy cattle. Using the enrichment method, the number of positive faecal samples was 7.5 times higher than that obtained by direct plating. The predominant serotypes of faecal C. jejuni, determined by serotyping with a set of 25 commercial antisera for heat-stable antigens (Penner), were Pen2 and Pen4-complex, which covered 52% of the samples. Genotyping with pulsed-field gel electrophoresis (PFGE) using SmaI restriction yielded a high diversity of C. jejuni subtypes in cattle. Determining the minimum inhibitory concentrations of ampicillin, enrofloxacin, erythromycin, gentamicin, nalidixic acid, and oxytetracycline among bovine C. jejuni isolates using a commercial broth microdilution method yielded 9% of isolates resistant to at least one of the antimicrobials examined. No multiresistant isolates were found among the bovine C. jejuni strains. The study of the shedding patterns of Campylobacter spp. among three Finnish dairy cattle herds included the examination of fresh faecal samples and tank milk samples taken five times, as well as samples from drinking troughs taken once during the one-year study. The semiquantitative enrichment method detected C. jejuni in 169 of the 340 faecal samples, mostly at low levels. In addition, C. jejuni was present in one drinking trough sample. The prevalence between herds and sampling occasions varied widely. PFGE, using SmaI as restriction enzyme, identified only a few subtypes in each herd. In two 2 of the herds, two subtypes persisted throughout the sampling. Individual animals presented various shedding patterns during the study. Comparison of C. jejuni isolates from humans, chickens and cattle included the design of primers for four new genetic markers selected from completely sequenced C. jejuni genomes 81-176, RM1221 and NCTC 11168, and the PCR examination of domestic human isolates from southern Finland in 1996, 2002 and 2003 (n=309), chicken isolates from 2003, 2006 and 2007 (n=205), and bovine isolates from 2003 (n=131). The results revealed that bovine isolates differed significantly from human and chicken isolates. In particular, the - glutamyl transpeptidase gene was uncommon among bovine isolates. The PFGE genotyping of C. jejuni isolates, using SmaI and KpnI restriction enzymes, included a geographically representative collection of isolates from domestic sporadic human infections, chicken slaughter batches, and cattle faeces and carcasses during the seasonal peak of campylobacteriosis in the summer of 2003. The study determined that 55.4% of human isolates were indistinguishable from those of chickens and cattle. Temporal association between isolates from humans and chickens was possible in 31.4% of human infections. Approximately 19% of the human infections may have been associated with cattle. However, isolates from bovine carcasses and human cases represented different PFGE subtypes. In conclusion, this study suggests that Finnish cattle is a notable reservoir of C. jejuni, the most important Campylobacter sp. in human enteric infections. Although the concentration of these organisms in bovine faeces appeared to be low, excretion can be persistent. The genetic diversity and presence or absence of marker genes support previous suggestions of host-adapted C. jejuni strains, and may indicate variations in virulence between strains from different hosts. In addition to chickens, Finnish cattle appeared to be an important reservoir and possible source of C. jejuni in domestic sporadic human infections. However, sources of campylobacters may differ between rural and urban areas in Finland, and in general, the transmission of C. jejuni of bovine origin probably occurs via other routes than food.

Lypsylehmän energiataseen mallintaminen tuotoskauden alkuvaiheessa

Energiataseen mallinnus on osa KarjaKompassi-hankkeeseen liittyvää kehitystyötä. Tutkielman tavoitteena oli kehittää lypsylehmän energiatasetta etukäteen ennustavia ja tuotoskauden aikana saatavia tietoja hyödyntäviä matemaattisia malleja. Selittävinä muuttujina olivat dieetti-, rehu-, maitotuotos-, koelypsy-, elopaino- ja kuntoluokkatiedot. Tutkimuksen aineisto kerättiin 12 Suomessa tehdyistä 8 – 28 laktaatioviikon pituisesta ruokintakokeesta, jotka alkoivat heti poikimisen jälkeen. Mukana olleista 344 lypsylehmästä yksi neljäsosa oli friisiläis- ja loput ayshire-rotuisia. Vanhempien lehmien päätiedosto sisälsi 2647 havaintoa (koe * lehmä * laktaatioviikko) ja ensikoiden 1070. Aineisto käsiteltiin SAS-ohjelmiston Mixed-proseduuria käyttäen ja poikkeavat havainnot poistettiin Tukeyn menetelmällä. Korrelaatioanalyysillä tarkasteltiin energiataseen ja selittävien muuttujien välisiä yhteyksiä. Energiatase mallinnettiin regressioanalyysillä. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitettiin viiden eri funktion avulla. Satunnaisena tekijänä mallissa oli lehmä kokeen sisällä. Mallin sopivuutta aineistoon tarkasteltiin jäännösvirheen, selitysasteen ja Bayesin informaatiokriteerin avulla. Parhaat mallit testattiin riippumattomassa aineistossa. Laktaatiopäivän vaikutusta energiataseeseen selitti hyvin Ali-Schaefferin funktio, jota käytettiin perusmallina. Kaikissa energiatasemalleissa vaihtelu kasvoi laktaatioviikosta 12. alkaen, kun havaintojen määrä väheni ja energiatase muuttui positiiviseksi. Ennen poikimista käytettävissä olevista muuttujista dieetin väkirehuosuus ja väkirehun syönti-indeksi paransivat selitysastetta ja pienensivät jäännösvirhettä. Ruokinnan onnistumista voidaan seurata maitotuotoksen, maidon rasvapitoisuuden ja rasva-valkuaissuhteen tai EKM:n sisältävillä malleilla. EKM:n vakiointi pienensi mallin jäännösvirhettä. Elopaino ja kuntoluokka olivat heikkoja selittäjiä. Malleja voidaan hyödyntää karjatason ruokinnan suunnittelussa ja seurannassa, mutta yksittäisen lehmän energiataseen ennustamiseen ne eivät sovellu.

Interactions between harmful algae and calanoid copepods in the Baltic Sea

The aim of the studies reported in this thesis was to examine the feeding interactions between calanoid copepods and toxic algae in the Baltic Sea. The central questions in this research concerned the feeding, survival and egg production of copepods exposed to toxic algae. Furthermore, the importance of copepods as vectors in toxin transfer was examined. The haptophyte Prymnesium parvum, which produces extracellular toxins, was the only studied species that directly harmed copepods. Beside this, it had allelopathic effects (cell lysis) on non-toxic Rhodomonas salina. Copepods that were exposed to P. parvum filtrates died or became severely impaired, although filtrates were not haemolytic (indicative of toxicity in this study). Monospecific Prymnesium cell suspensions, in turn, were haemolytic and copepods in these treatments became inactive, although no clear effect on mortality was detected. These results suggest that haemolytic activity may not be a good proxy of the harmful effects of P. parvum. In addition, P. parvum deterred feeding, and low egestion and suppressed egg production were consequently observed in monospecific suspensions of Prymnesium. Similarly, ingestion and faecal pellet production rates were suppressed in high concentration P. parvum filtrates and in mixtures of P. parvum and R. salina. These results indicate that the allelopathic effects of P. parvum on other algal species together with lowered viability as well as suppressed production of copepods may contribute to bloom formation and persistence. Furthermore, the availability of food for planktivorous animals may be affected due to reduced copepod productivity. Nodularin produced by Nodularia spumigena was transferred to Eurytemora affinis via grazing on filaments of small N. spumigena and by direct uptake from the dissolved pool. Copepods also acquired nodularin in fractions where N. spumigena filaments were absent. Thus, the importance of microbial food webs in nodularin transfer should be considered. Copepods were able to remove particulate nodularin from the system, but at the same time a large proportion of the nodularin disappeared. This indicates that copepods may possess effective mechanisms to remove toxins from their tissues. The importance of microorganisms, such as bacteria, in the degradation of cyanobacterial toxins could also be substantial. Our results were the first reports of the accumulation of diarrhetic shellfish toxins (DSTs) produced by Dinophysis spp. in copepods. The PTX2 content in copepods after feeding experiments corresponded to the ingestion of <100 Dinophysis spp. cells. However, no DSTs were recorded from field-collected copepods. Dinophysis spp. was not selected by the copepods and consumption remained low. It seems thus likely that copepods are an unimportant link in the transfer of DSTs in the northern Baltic Sea.

The connection between on-farm assessed welfare (A-index) and production parameters of the sows

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää tilalla määritetyn hyvinvoinnin yhteyttä emakoiden tuotantotuloksiin. Hyvinvointia arvioitiin suomalaisen hyvinvointi-indeksin, A-indeksi, avulla. Tuotantotuloksina käytettiin kahta erilaista tuotosaineistoa, jotka molemmat pohjautuivat kansalliseen tuotosseuranta aineistoon. Hyvinvointimääritykset tehtiin 30 porsastuotantosikalassa maaliskuun 2007 aikana. A-indeksi koostuu kuudesta kategoriasta ’liikkumismahdollisuudet’, ’alustan ominaisuudet’, ’sosiaaliset kontaktit’, ’valo, ilma ja melu’, ’ruokinta ja veden saanti’ sekä ’eläinten terveys ja hoidon taso’. Jokaisessa kategoriassa on 3-10 pääosin ympäristöperäistä muuttujaa, jotka vaihtelevat osastoittain. Maksimipistemäärä osastolle on 100. Hyvinvointimittaukset tehtiin porsitus-, tiineytys- ja joutilasosastoilla. Erillisten tiineytysosastojen pienen lukumäärän takia (n=7) tilakohtaiset tiineytys- ja joutilasosastopisteet yhdistettiin ja keskiarvoja käytettiin analyyseissä. Yhteyksiä tuotokseen tutkittiin kahden eri aineiston avulla 1) Tilaraportti aineisto (n=29) muodostuu muokkaamattomista tila- ja tuotostuloksista tilavierailua edeltävän vuoden ajalta, 2) POTSIaineisto (n=30) muodostuu POTSI-ohjelmalla (MTT) muokatusta tuotantoaineistosta, joka sisältää managementtiryhmän (tila, vuosi, vuodenaika) vaikutuksen ensikoiden ja emakoiden pahnuekohtaiseen tuotokseen. Yhteyksiä analysointiin korrelaatio- ja regressioanalyysien avulla. Vaikka osallistuminen tutkimukseen oli vapaaehtoista, molempien tuotantoaineistojen perusteella tutkimustilat edustavat keskituottoista suomalaista sikatilaa. A-indeksin kokonaispisteet vaihtelivat välillä 37,5–64,0 porsitusosastolla ja 39,5–83,5 joutilasosastolla. Tilaraporttiaineistoa käytettäessä paremmat pisteet porsitusosaston ’eläinten terveys ja hoidon taso’ -kategoriasta lyhensivät eläinten lisääntymissykliä, lisäsivät syntyvien pahnueiden ja porsaiden määrää sekä alensivat kuolleena syntyneiden lukumäärää. Regressiomallin mukaan ’eläinten terveys ja hoidon taso’ -kategoria selitti syntyvien porsaiden lukumäärän, porsimisvälin pituuden sekä keskiporsimiskerran vaihtelua. Paremmat pisteet joutilasosaston ’liikkumismahdollisuudet’ kategoriasta alensivat syntyneiden pahnueiden sekä syntyneiden että vieroitettujen porsaiden lukumäärää. Regressiomallin mukaan ensikkopahnueiden osuus ja ”liikkumismahdollisuudet” kategorian pisteet selittivät vieroitettujen porsaiden lukumäärän vaihtelua. POTSI-aineiston yhteydessä kuolleena syntyneiden porsaiden lukumäärän aleneminen oli ensikoilla yhteydessä parempiin porsitusosaston ’sosiaalisiin kontakteihin’ ja emakoilla puolestaan joutilasosaston parempiin ’eläinten terveys ja hoidon taso’ pisteisiin. Kahden eri tuotantoaineiston avulla saadut tulokset erosivat toisistaan. Seuraavissa tutkimuksissa onkin suositeltavampaa käyttää Tilaraporttiaineistoja, joissa tuotokset ilmoitetaan vuosikohtaisina. Tämän tutkimuksen perusteella hyvinvoinnilla ja tuotoksella on yhteyksiä, joilla on myös merkittävää taloudellista vaikutusta. Erityisesti hyvä eläinten hoito ja eläinten terveys lisäävät tuotettujen porsaiden määrää ja lyhentävät lisääntymiskiertoa. Erityishuomiota tulee kiinnittää vapaana olevien joutilaiden emakoiden sosiaaliseen stressiin ja rehunsaannin varmistamiseen kaikille yksilöille.

Detection of clinical mastitis with the help of a thermal camera

Increasing dairy farm size and increase in automation in livestock production require that new methods are used to monitor animal health. In this study, a thermal camera was tested for its capacity to detect clinical mastitis. Mastitis was experimentally induced in 6 cows with 10 mu g of Escherichia coli lipopolysaccharide (LPS). The LPS was infused into the left forequarter of each cow, and the right forequarters served as controls. Clinical examination for systemic and local signs and sampling for indicators of inflammation in milk were carried out before morning and evening milking throughout the 5-d experimental period and more frequently on the challenge day. Thermal images of experimental and control quarters were taken at each sampling time from lateral and medial angles. The first signs of clinical mastitis were noted in all cows 2 h postchallenge and included changes in general appearance of the cows and local clinical signs in the affected udder quarter. Rectal temperature, milk somatic cell count, and electrical conductivity were increased 4 h postchallenge and milk N-acetyl-beta-D-glucosaminidase activity 8 h postchallenge. The thermal camera was successful in detecting the 1 to 1.5 degrees C temperature change on udder skin associated with clinical mastitis in all cows because temperature of the udder skin of the experimental and control quarters increased in line with the rectal temperature. Yet, local signs on the udder were seen before the rise in udder skin and body temperature. The udder represents a sensitive site for detection of any febrile disease using a noninvasive method. A thermal camera mounted in a milking or feeding parlor could detect temperature changes associated with clinical mastitis or other diseases in a dairy herd.

Maidontuottajatila ja ravinnepolitiikka: Tilan toimintamekanismit, politiikan tarve ja ohjauskeinojen vaikuttavuus

Tutkielman tarkoituksena on rakentaa malli, jolla voidaan arvioida maitotilan toimintaa monipuolisesti ravinnehuuhtouman kannalta. Tavoitteena on ennen muuta analyyttinen tarkastelu siten, että kuitenkin huomioiden maidontuotannon ominaispiirteet, keskeisinä esimerkkeinä ravinnon, maidontuotannon ja lannan ominaisuuksien väliset riippuvuudet. Analyysissa tarkastellaan tilanomistajan yksityisen hyödynmaksimoinnin ja yhteiskunnan tavoitteiden eroavaisuutta. Lisäksi johdetaan optimaaliset ohjauskeinot ja arvioidaan eräiden yksinkertaisten ohjauskeinojen vaikuttavuutta. Mallin analysoinnin perusteella yksityinen ja yhteiskunnallinen optimiratkaisu eroavat toisistaan kaikkien päätösmuuttujien osalta. Ei voida kuitenkaan yleispätevästi sanoa muutosten merkittävyyttä tai suuntaa ottamatta kantaa mallin funktiomuotoihin ja parametriarvoihin. Optimaaliset ohjauskeinot tulisi asettaa keinolannoitteen ja lannan levitykselle, väkirehuruokinnalle ja säilörehun viljelylle, mutta ei eläinten määrälle. Toisaalta optimaaliset ohjauskeinot ovat hyvin monimutkaisia. Tarkasteltujen yksinkertaisempien ohjauskeinojen vaikuttavuutta ei voida tarkasti arvioida analyyttisella tasolla. Numeeristen tulosten perusteella yhteiskunnallisessa optimissa eläinmäärä olisi hieman yksityistä optimia pienempi, väkirehun käyttö vähäisempää, enemmän peltoa allokoitaisiin säilörehun viljelyyn ja lannoitustasot olisivat kautta linjan hieman pienemmät. Lannanlevitykset eroavat etäisyyden suhteen: molemmissa tapauksissa lannanlevityksen intensiteetti kasvaa kohti tilan keskusta kuljettaessa, mutta yksityisessä optimissa lähimmälle pellolle dumpataan kaikki ylimääräinen lanta, kun taas yhteiskunnallisessa optimissa lanta levitetään tasaisemmin eri pelloille. Ero kokonaishyvinvoinnissa jää pieneksi, mutta eläinmäärän kasvu kärjistäisi lannan dumppauksen aiheuttamia huuhtoumahaittoja. Yksinkertaisista ohjauskeinoista lannoitusrajoitus sekä ravinne- ja keinolannoitevero osoittautuivat kohtalaisen käyttökelpoisiksi numeeristen tulosten perusteella. Sen sijaan eläinmäärän rajoittaminen ja lannan kuljetuskustannuksia kompensoivat tuet vaikuttavat tulosten perusteella huonoilta ratkaisuilta.