XLIV Reunión Científica AMPA 2017, Clima y Ganadería: Productividad Sustentable
PRODUCCIÓN DE GASES EFECTO INVERNADERO DE DIETAS PARA BOVINOS CON ESPECIES ARBÓREAS CON ALTOS CONTENIDOS DE METABOLITOS SECUNDARIOS [GAS PRODUCTION GREENHOUSE EFFECT OF DIETS FOR CATTLE WITH ARBOREAL SPECIES WITH HIGH CONTENTS OF SECONDARY METABOLITES] María Rafaela Hernández-Escobar1*, René Pinto-Ruiz1, Alejandro Ley de Coss2, Deb Raj-Aryal11+, David Hernández-Sánchez3, José Antonio Jiménez1, Heriberto Gómez- Castro1 1
Programa de Ingeniero Agrónomo en Ganadería Ambiental. Cuerpo Académico en Agroforestería Pecuaria. 1+Cátedras CONACYT Facultad de Ciencias Agronómicas. Universidad Autónoma de Chiapas, Campus V, carretera Villaflores Ocozocoautla km 7.5, CP 30470. Villaflores, Chiapas. 2 Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad Autónoma de Chiapas. Campus IV. Huehuetán, Chiapas 3 Programa de Ganadería. Colegio de Postgraduados km 36.5 Carretera México- Texcoco 56230 Texcoco Estado de México, México *Correspondencia: ela_escobar@yahoo.com
RESUMEN El objetivo del presente estudio fue evaluar el efecto de especies arbóreas con altos contenidos de metabolitos secundarios sobre la producción de gases efecto invernadero al incorporarlas en dietas para bovinos. Se formularon 13 dietas considerando los requerimientos para ganado en crecimiento. Éstas consistieron en un testigo, seis con 15 % de follaje y seis con 15 % de frutos o vainas. Todas las dietas fueron isoproteínicas e isoenergéticas. Las especies arbóreas evaluadas fueron Guazuma ulmifolia, Enterolobium cyclocarpum, Acacia milleriana, Pithecellobium dulce, Acacia farneasiana y Acacia angustissima. Aparte se consideraron otros alimentos de uso frecuente en la alimentación de ganado en la región (pollinaza, pasto seco y grano de maíz). Las variables evaluadas fueron cinética de la producción de gas y volumen total de CO2 y CH4 mediante la técnica in vitro. Se utilizó un diseño experimental completamente al azar con trece tratamientos (dietas). El tratamiento que incluyó vaina de Acacia angustissima tuvo una menor producción de gas (357.89 mL g-1) y la mayor producción se obtuvo con el follaje de huizache (Acacia farneasiana) (862.10 mL g-1). La producción in vitro de CH4 fue mayor para el tratamiento que incluyó follaje de Acacia milleriana (15 %) el cual obtuvo el 12.72 % de CH4 y vaina de Acacia angustissima el cual obtuvo 12.45 %, y la menor producción de CH4 se obtuvo con el testigo (4.09%). Se concluye que la inclusión de especies arbóreas (15%) en la dieta de bovinos no disminuyó la producción de metano, y la especie que más reduce la fermentación es la vaina de timbre (Acacia angustissima).
SUMMARY The objective of the present research was to evaluate the effect of arboreal species with high contents of secondary metabolites on the production of greenhouse gases when incorporating them into diets for cattle. Thirteen diets were formulated with a requirement of 12.7% crude protein for growing cattle. These consisted of one witness, six with 15% of foliage and six with 15% of fruits or pods. All diets were isoprotein and isoenergetic. The tree species evaluated were Guazuma ulmifolia, Enterolobium cyclocarpum, Acacia milleriana, Pithecellobium dulce, Acacia farneasiana and Acacia angustissima. In addition, other foods commonly used in cattle feeding in the region (poultry waste, dry grass and corn) were considered. The variables evaluated were, kinetics of gas production and total volume of CO2 and CH4 by in vitro technique. An experimental design was used completely random with thirteen treatments (diets) was used. The treatment that included timbre pod (Acacia angustissima) had a lower gas production (357.89 mL g-1) and the highest production was obtained with the foliage of huizache (Acacia farneasiana) (862.10 mL g-1). The in vitro production of CH4 was higher for the treatment that included foliage of Acacia milleriana (15%) which obtained 12.72 % of CH4 and Acacia angustissima which obtained 12.45%and the lowest production of CH4 was obtained with the witness (4.09%). It was concluded that the inclusion of arboreal species (15%) in the diet of cattle did not decrease methane production, and the species that reduces the most fermentation is the timbre pod (Acacia angustissima).
Palabras clave: Arbóreas, Metabolitos secundarios, Gases efecto invernadero, Dietas, Bovinos.
Keywords: Trees, Secondary metabolites, Greenhouse effect, Diets and Cattle.
INTRODUCCIÓN La producción de metano en los rumiantes se genera por los microorganismos durante la fermentación anaeróbica de los carbohidratos solubles y estructurales consumidos, lo cual dependerá de la composición de la dieta, digestibilidad del alimento, procesamiento previo del alimento y frecuencia de alimentación (Bonilla y Lemus, 2012). Actualmente, la presencia de 547
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metano en la atmósfera se ha incrementado, combinado con otros gases, por lo que el calentamiento global se ha acelerado. Ante esta problemática se requiere buscar soluciones que permitan la disminución de este gas, por lo que se han hecho pruebas con especies arbóreas que permitan mitigar la metanogénesis ruminal, pues existen evidencias que demuestran que ciertos compuestos naturales (metabolitos secundarios) presentes en algunas plantas, como las saponinas, taninos y aceites esenciales, reducen la producción de metano ruminal in vitro (Terranova, 2014). Aunque se han realizado estudios con diversas plantas, de acuerdo con Naumann et al. (2013) se necesitan más investigaciones para explorar los efectos de estas plantas en la producción de CH4 cuando se usan junto con otros alimentos. Por otro lado, para conocer la cinética de fermentación e identificar la composición y cantidad de gases que se generan actualmente se está utilizando la técnica in vitro de producción de gases, la cual mide la cantidad de gas liberado directamente como un producto de la fermentación e indirectamente desde el fluido ruminal neutralizado (Posada y Noguera, 2005). Por todo lo anterior, en este trabajo el objetivo es evaluar el efecto de especies arbóreas con altos contenidos de metabolitos secundarios incorporados en dietas integrales para bovinos sobre la producción de gases efecto invernadero utilizando la técnica de producción de gas in vitro. MATERIAL Y MÉTODO El trabajo fue llevado a cabo en el Laboratorio de Nutrición Animal de la Facultad de Ciencias Agronómicas (Universidad Autónoma de Chiapas). Los árboles se eligieron en función de su alto contenido de metabolitos secundarios reportados por Pinto et al. (2009). Estos fueron Guazuma ulmifolia, Enterolobium cyclocarpum, Acacia milleriana, Pithecellobium dulce, Acacia farneasiana y Acacia angustissima. Para el caso de Guazuma ulmifolia se utilizó follaje y fruto y para las demás especies se usó follaje y vainas. El follaje se obtuvo de árboles seleccionados al azar, del mes noviembre a marzo en la colonia el Jobo, Tuxtla Gutiérrez, Chiapas; municipio localizado en los paralelos 16° 41´ 33.2” N 93°06´44.7” O; el corte se realizó simulando el ramoneo de los animales. Las vainas y frutos se obtuvieron de los mismos árboles en los cuales se cortó el follaje, seleccionándose únicamente los maduros (Pinto, 2014). Las muestras se almacenaron en bolsas de nylon, previamente identificadas, y fueron cortadas en trozos pequeños y secadas a 55 ºC en una estufa con circulación de aire por 24 horas, luego se molieron en un molino willey con una criba de 1 mm. Se formularon 13 dietas considerando los requerimientos para ganado en crecimiento de acuerdo al NRC (1984). Éstas consistieron en un testigo, seis con 15 % de follaje y seis con 15 % de frutos o vainas. Todas las dietas fueron isoproteínicas e isoenergéticas. Aparte de las especies arbóreas, se consideraron otros alimentos de uso frecuente en la alimentación de ganado en la región (pollinaza, pasto seco y grano de maíz). Las variables evaluadas fueron la cinética de la Producción de gas in vitro (mL g-1) de la materia seca fermentable la cual se estimó a través de la técnica de producción de gas (Theodorou et al., 1994). Para ello, se adicionaron 90 mL del inóculo diluido bajo un flujo constante de CO2, a frascos color ámbar de 100 mL de capacidad, los cuales contenían 0.5 g de cada tratamiento, se usaron tres repeticiones y se usaron tres blancos para tener una referencia de la producción de gas sin sustrato. La presión de gas se registró con un manómetro (1 kg cm-2 ) a 0, 2, 4, 6, 8, 10, 14, 18, 22, 26, 32, 38, 44, 52, 60, 72 y 96 h de incubación. Así también se estimó el volumen total de CO2 y CH4 producido a 24 horas. El procedimiento para preparar las soluciones fue el mismo que el de cinética. Previo a las mediciones se preparó un mismo número de frascos con una solución de hidróxido de potasio (KOH) a 0.5 M, y se colocó 40 mL a cada uno para hacer reaccionar el gas producido de la fermentación in vitro y de esta manera obtener por diferencia de volumen el 548
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porcentaje dióxido de carbono (CO2) producido. Las mediciones se registraron a las 6, 12, 18 y 24 h. y consistió en introducir una jeringa hipodérmica de vidrio de 50 cc en cada frasco con sustrato, para luego introducirlo en los frascos con reactivo, posteriormente se retiró la jeringa, se agitó el frasco y nuevamente se introdujo la jeringa para hacer la medición. Los datos se procesaron en hoja de cálculo electrónica del programa Excel versión 14 y fueron sometidos a análisis de varianza mediante el procedimiento GLM del paquete estadístico SAS (SAS, 1994). Para analizar las variables se utilizó un diseño experimental completamente al azar con trece tratamientos (dietas). Las medias fueron evaluadas utilizando la prueba de Tukey (p<0,05). RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Figura 1 se observa la curva de producción de gas con respecto al tiempo de incubación (96 horas) de los tratamientos evaluados. Los resultados muestran que con la vaina de Acacia angustissima se presentó la menor producción de gas acumulado (357.89 mL g-1)) mientras que la mayor producción se obtuvo con el follaje de Acacia farneasiana (862.10 mL g-1), el tratamiento testigo (pollinaza, pastura seca molida y maíz) presentó una producción intermedia (583.15 mL g1) . Estos resultados podrían estar relacionados con la inclusión de taninos de la especies arbóreas en la dieta, ya que el efecto, positivo o negativo depende de su concentración en éstas, y al consiguiente efecto antimicrobiano y antifungal, que incluso, puede llegar a detener la actividad de fermentación si los niveles de concentración de taninos son elevados (Velázquez, 2011). Terranova et al. (2014) señalan que la presencia de metabolitos secundarios en la dieta puede reducir la producción de subproductos energéticos de la fermentación microbiana, tales como los ácidos grasos volátiles (AGV). Los resultados obtenidos (Figura 2, Tabla 1) muestran que la producción in vitro de CH4 en 24 horas de incubación fue mayor (12.72) para el tratamiento que incluyó follaje de Acacia milleriana y vaina de A. angustissima el cual obtuvo 12.45 %, por el contrario la menor producción se obtuvo con el testigo (4.09%). Esto muestra que la producción de metano y dióxido de carbono no se redujo al incluir las especies señaladas (15% en la dieta). Terranova et al. (2014) encontraron in vitro que la inclusión de 0.2 g/l de saponinas redujo la producción de metano sin afectarla digestibilidad, pero cuando se suministró una dosis de 0.4 g/l, se observó una disminución en la metanogénesis como consecuencia de una menor digestibilidad de la dieta la cual pudo ser ocasionada por la inhibición del crecimiento microbiano, incluyendo las bacterias celulolíticas y hongos. Por su parte Manotoa (2016) señala que el efecto sobre la producción de CH4 es muy variable y depende del tipo de taninos y su concentración en la planta, lo ideal es que haya un contenido moderado de metabolitos secundarios en la dieta de los bovinos, que contribuyan a disminuir la metanogénesis ruminal, sin afectar los parámetros de la dinámica ruminal, como la digestibilidad de la ración, el perfil de fermentación o la tasa de sobrepaso. Las dietas que tienden a mantener un pH cercano a 7 (básico), y baja digestibilidad están asociadas a una mayor producción de metano.
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Figura 1. Producción de gas acumulado (mL g -1)
Figura 2. Porcentaje de gases de efecto invernadero
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Cuadro 1. Porcentaje de producción de gas metano y dióxido de carbono en 24 horas con diferentes especies arbóreas
Vt: Volumen total, Vr: Volumen residual
CONCLUSIÓN Se concluye que la inclusión de especies arbóreas (15%) en la dieta de bovinos no disminuyó la producción de metano, y la especie que más reduce la fermentación es la vaina de Acacia angustissima. Sin embargo se requieren más investigaciones para confirmar los resultados aquí reportados, usando distintos niveles de la especie que produjo menos gas. REFERENCIAS Bonilla C., J.; Lemus F., C. 2012. Emisión de metano entérico por rumiantes y su contribución al calentamiento global y al cambio climático. Revista mexicana de ciencias pecuarias, 3:7076 Naumann, H., Tedeschi, L., Muir, J., Barry, L. 2013. Effect of molecular weight of condensed tannins from warm-season perennial legumes on ruminal methane production in vitro. Biochemical Systematics and Ecology, 50:154-162 Pinto, R.; Hernández, D.; Ramírez, R.; Sandoval, C.; Cobos, M.; Gómez, H.2009. Taninos y fenoles en La fermentación in vitro de leñosas forrajeras tropicales. Agronomía Mesoamericana, 20:81-89 Posada, O. y Noguera, R. 2005. Técnica in vitro de producción de gases: Una herramienta para la evaluación de alimentos para rumiantes. Livestock Research for Rural Development, 17:25-32 Terranova, M.; Campos, R.; Sánchez, H. 2014. Uso de metabolitos secundarios de las plantas para reducir la metanogénesis ruminal. Tropical and Subtropical Agroecosystems, 17: 489 – 499 Velázquez, A.J. 2011. Composición química y producción de gas in vitro de dietas con vainas de Acacia farnesiana. SciELO España. 60:1-5
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