Effets de la saison de collecte sur la valeur nutritive et la production de méthane et de tannins condensés d’Astragalus gombo

S Medjekal et H Bousseboua¹

Université des frères Mentouri Constantine, Département de Microbiologie Appliquée,
BP 360, route de Ain El-Bey, 25017 Constantine, (Algérie).
Department of Microbiology and Biochemistry, Faculty of Science, University Mohamed Boudiaf M’sila, M’sila, Algeria
sammedj2008@gmail.com
¹ Ecole Nationale Supérieure de Biotechnologie, Ville universitaire Ali Mendjeli
BP 66E RP 25100, Ali Mendjeli/Constantine (Algérie)

Résumé

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à évaluer l’effet de la saison de collecte sur la valeur nutritive et la production de méthane et de tannins condensés par le microbiote d’ovins en présence d’Astragalus gombo (ASGO), prélevé d’une région semi-aride d’Algérie. On observe des variations significatives (p < 0,05) entre les trois saisons dans tous les composants chimiques d’ASGO, sauf en tannins condensés liés aux protéines.

La plante présente des valeurs de protéines brutes (PB) très variables. Le taux le plus faible de PB est noté chez ASGO collecté en été avec une valeur de 166±2 g/kg MS, et la valeur la plus élevée chez ASGO prélevé en hiver (285±14 g/kg MS). De faibles teneurs en tannins condensés totaux sont enregistrées avec de faibles variations d’une saison à l’autre. Globalement, les tannins varient de 19,0 ±0,6 à 24,2±0,6 (g/kg MS). ASGO prélevé durant l’hiver et l’été est le plus producteur de gaz, avec 68,5±24,5 et 70,3±22,5 ml/g MS respectivement. Il est suivi de ASGO au printemps avec 50,8±21,1 ml/kg MS. ASGO, par sa richesse en protéines brutes et ses faibles teneurs en lignine, montre un bon potentiel nutritif pour les ruminants des zones arides, soit en pâturage libre sur les parcours pastoraux, ou bien en complémentation des rations riches en fibres. On peut donc constater que, malgré les caractéristiques exceptionnelles d’adaptation de la flore spontanée saharienne aux conditions climatiques très rudes de leur milieu désertique, il est évident que la survie, le développement et la composition chimique de ces plantes dépendent étroitement des variations climatiques.

Mots-clés: Algérie, alimentation, production de gaz in vitro, ruminant, wilaya de M’sila

Effects of season on potential nutritive value, methane production and condensed tannin content of Astragalus gombo

Abstract

In this work, we were interested to assess the effect of the collection season on the nutritional value, condensed tannins and methane production by the sheep microbiota in the presence of Astragalus gombo, taken from a semi -aride region in Algeria. Significant variations were observed (p <0.05) between the three seasons in all the chemical components of ASGO except condensed tannin bound proteins.

The plant studied herein has crude protein values ​​(CP) widely different. The lowest rate was noted in CP of ASGO collected during the summer with a value of 165, 5 g / kg DM, while the highest value is recorded in ASGO taken in winter (284.7 g / kg DM ). Low total condensed tannins contents are recorded with small variations from one season to another. Overall, the tannins vary from 19.0 to 24.2 (g / kg DM). The ASGO collected during winter and summer is the high gas producer, with 68.5 and 70.3 ml / g DM, respectively. It is followed by the spring ASGO with 50.8 ml / kg DM. ASGO by its high crude protein and low lignin content, shows good potential nutrient for ruminants in arid areas, either by free grazing on rangelands, or supplementation of diets high in fiber. It can be seen that despite the exceptional features of adaptation of the native flora Saharan Africa to harsh climatic conditions of the desert environment, it is clear that their survival, development and chemical composition are highly dependent on climatic variations.

Keywords: Algeria, alimentation, in vitro gas production, M’sila wilaya, ruminant

Introduction

La région méditerranéenne englobe, notamment au sud, de vastes zones arides et semi-arides qui peuvent être définies comme des aires où les précipitations, par rapport au niveau de l’évapotranspiration, sont insuffisantes pour assurer une bonne production des différentes cultures céréalières. La plupart de ces zones sont qualifiées de parcours d’élevage et sont caractérisées aussi par une grande variabilité des précipitations et de la température (Abu-Zanat et al 2004).

La steppe, avec la transhumance en zones céréalières, a constitué dans le passé la principale source d’alimentation du cheptel ovin et caprin en Algérie. Cependant, ce système a subi d’importantes modifications. Actuellement, seuls 15% de l’effectif seraient concernés par la transhumance (Bourbouze 2006). La sédentarisation accrue a conduit à une surexploitation des parcours steppiques qui n’arrivent plus à couvrir les besoins alimentaires du cheptel (Amghar et al 2012).

Le genre Astragalus contient environ 3 000 espèces et représente un des plus importants du genre dans la famille des Fabacées (Heywood 1978). Il est largement distribué dans les régions tempérées du monde et situé principalement en Europe, en Afrique, en Asie et Amérique du Nord (Rios et Waterman 1997). Ce genre est représenté en Algérie par environ 40 espèces, y compris Astragalus gombo Coss. & Dur. Cette plante vivace et endémique pousse dans les pâturages arides et désertiques, riches en sable, en Algérie (Quezel et Santa1963). De la famille des Fabaceae (légumineuses), elle constitue indéniablement un élément clef dans l’alimentation des petits ruminants de ces régions.

Cependant, il y a peu d'informations à propos de la valeur nutritive potentielle de cet arbuste dans de telles conditions environnementales. Par ailleurs, peu d’informations sont disponibles sur l’impact des variations saisonnières sur la valeur nutritive de cet arbuste, une légumineuse locale qui est souvent pâturée par les ruminants dans de telles régions.

La composition chimique, seule, est d'une utilité limitée pour évaluer la valeur nutritive des plantes, en particulier celles contenant des composés secondaires (El Hassan et al 2000). La technique de production de gaz in vitro, qui fournit des équations empiriques pour estimer la digestibilité et le contenu de l'énergie métabolisable de l'alimentation des ruminants (Menke et Steingass 1988), a gagné aujourd’hui un grand intérêt et une large acceptation dans le domaine de recherche sur l'évaluation nutritionnelle des aliments (Getachew et al 2005).

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés, à évaluer la valeur nutritive, les tannins condensés et la production de méthane d’Astragalus gombo prélevés dans une région semi-aride d’Algérie et l’effet de la saison de collecte sur ces caractères.

Matériel et méthodes

Caractéristique du site expérimental

La wilaya de M’sila se situe à 35°40’ latitude Nord et 04°30’ longitude Est, sur une altitude d’environ 500 m. Elle est située au sud-est d’Alger, limitée au nord par les wilayas de Médéa, Bordj Bou-Arreridj, Sétif et Bouira ; à l’ouest par Djelfa ; à l’est par Batna et au sud par la wilaya de Biskra. Son territoire ne présente aucune homogénéité géographique (ANAT 2002). La majeure partie de la Wilaya est couverte par la steppe (environ 63% du territoire), formée essentiellement d’Alfa et d’Armoise. Le climat de la région de M’Sila est caractérisé par un été sec très chaud et un hiver très froid avec une pluviométrie faible et irrégulière de l’ordre de 260 mm/an (Rammade 2003).

Echantillonnage et préparation du matériel végétal

L’année est divisée en trois saisons qui correspondent aux périodes de variations climatiques importantes de la zone d’étude :

• l’hiver, saison des pluies et des froids qui va de novembre à février où l’on note de faibles précipitations,
• le printemps, saison du gel et du froid avec quelques précipitations qui s’étalent de mars à mai,
• la saison sèche et chaude qui couvre les mois de juin à novembre.

Trois prélèvements ont été effectués sur les mêmes plantes, à mi-janvier pour la première saison, mi-mai pour la deuxième et la fin du mois de juillet pour la troisième saison. La partie aérienne des plantes, feuilles, rameaux minces (jeunes tiges) et quelques fleurs (quand elles existent) ont été coupées avec des ciseaux et prises immédiatement au laboratoire où les échantillons provenant de différents spécimens ont été regroupés et séchés au four à 60 º C pendant 48 heures. Les échantillons ont ensuite été broyés grossièrement au laboratoire à l'aide d'un hachoir puis broyés une seconde fois avec un broyeur muni d'un tamis de 1 mm pour les analyses chimiques et les expériences de fermentation et de digestibilité in vitro.

Analyses chimiques

Pour l’ensemble des échantillons, les teneurs en matière minérale (méthode ID 942,05), extrait éthéré (EE, la méthode ID 7.045) et en protéines brutes par Kjeldhal (PB, ID de la méthode 984.13) ont été déterminées par les procédures de l'Association des Analyses Chimiques Officielles (AOAC 2005). Les constituants pariétaux ont été dosés selon la méthode de Van Soest et al (1991). L'appareil utilisé est un appareil de digestion automatique du type fiber analysis (marque Ankom Technology Corporation, USA).

Analyse des tannins

Les niveaux de tanins condensés de chaque échantillon ont été déterminés en utilisant la méthode décrite par Terrill et al (1991). Les tannins libres ont été estimés par HCL-butanol, après l'extraction de cette fraction avec de l'éther diéthylique pour éliminer les lipides et les pigments interférents. Le résidu de l'extraction à l'acétone a été traité avec du sodium dodécyl sulfate (SDS) et l'extrait obtenu réagit encore avec du HCl-butanol utilisé pour déterminer les tannins condensés liés aux protéines. Le résidu de l’extraction de SDS a été lavé et centrifugé avec deux fois avec 5 ml de méthanol (800 ml/l) et une fois avec du butanol, afin d’éliminer toute trace de SDS. L’analyse de ces résidus en tannins représente la fraction de tannins liés à la fibre de l’échantillon. Une solution de tannin de quebracho purifié (1 mg / ml de l'acétone aqueuse, à 700 ml / l) était la norme. L’absorbance a été mesurée contre un blanc à 550 nm.

Etude de la digestibilité selon Tilley and Terry

L’inoculum (jus de rumen) a été prélevé de quatre brebis adultes de race Mérinos, pesant environ 50 kg et munies de canules permanentes (60 mm de diamètre). La digestibilité in vitro de la matière sèche a été déterminée selon la procédure Ankom Daisy (Ammar et al 1999) et selon le protocole proposé par Tilley and Terry (1963). Pour cela 400 mg de substrat sec ont été pesés dans des sacs Daisy composés de fibres artificielles (taille de 5 cm × 5 cm, taille des pores de 20 µ). Quatre répétions ont été réalisées pour chaque substrat. Ces sacs ont ensuite été thermo-scellés avec un Heat sealer et placés dans des jarres d'incubation. Chaque jarre est un récipient étanche en verre de 5 L de capacité. Les jarres ont ensuite été placées à 39°C dans l'appareil (Ankom Daisy II digestion system, Ankom Technology Corp., Fairport, NY, USA) qui permet une rotation continue afin de faciliter l'immersion effective des sacs Daisy dans la solution ruminale.

Technique de production de gaz in vitro

Le jus de rumen, utilisé comme inoculum, a été prélevé de 6 moutons de race Mérinos, pesant environ 50 kg et munies de canules permanentes (60 mm de diamètre). Durant toute l’expérience, 3 jus de rumen ont été employés. Soit 2 moutons ont été utilisés pour chaque jus de rumen.

La technique de production de gaz in vitro est une simulation de la dégradation des aliments par la microflore du rumen. A l'origine, elle a été développée par Menke et al (1979), dans des seringues de verre, remplacées au laboratoire par des seringues en plastique (Arhab 2006). La technique a ensuite été modifiée par Menke et Steingass (1988) puis Theodoreau et al (1994), par le remplacement des seringues par des flacons en verre. A la fin de la fermentation, le gaz est mesuré à l'aide d'un pression-mètre (Spec Scientific LTD., Scottsdale, AZ, USA).

Estimation de l’énergie métabolisable

L’équation proposée par Menke et al (1979) a été utilisée pour le calcul de l’énergie métabolisable (EM) : EM (MJ/kg MS) = 2,20 + 0,136 GP + 0,057 CP

Avec GP est exprimée en ml et CP en g/kg MS.

Analyse du méthane

La production de méthane a été analysée par chromatographie en phase gazeuse (HP 5890 Hewlett Packard Series II gas chromatograph, Waldbronn, Germany). Après 24 heures d'incubation, les flacons sont placés dans un bain de glace afin d'interrompre la fermentation. Un système de seringues graduées munies d’une valve est utilisé d’une part pour permettre la mesure de la pression en millilitre et, d’autre part, pour permettre le prélèvement d’un échantillon de gaz en vue de son analyse chromatographique. Le volume du dioxyde de carbone est calculé par différence entre le gaz total enregistré et le volume du méthane produit.

Analyses statistiques

Une analyse de la variance (Steel et Torrie 1980) a été réalisée sur les données de la composition chimique, les fractions pariétales, les tannins condensés, les paramètres de fermentation in vitro et la digestibilité de Tilley et Terry, avec prise en compte de la saison de collecte comme source de variation pour les trois échantillons de plante fourragère étudiés. Le test de comparaison multiple de Tukey's a été utilisé pour déterminer la moyenne qui diffère du reste du groupe. Les moyennes ont été considérées significativement différentes pour une valeur de probabilité P< 0,05.

Résultats et discussions

La composition chimique et les teneurs en tanins condensés d’Astragalus gombo (ASGO), collecté sur trois saisons, sont présentées dans le tableau 1. On y observe des variations significatives (p < 0,05) entre les trois saisons de collecte dans tous les composants chimiques d’ASGO, sauf en tannins condensés liés aux protéines (TCLP).

La plante étudiée présente des valeurs de protéines brutes (PB) très variables. Le taux le plus faible de PB est observé chez ASGO collecté durant l’été avec une valeur de 166 g/kg MS, alors que la valeur la plus élevée est enregistrée chez ASGO prélevé en hiver (285 g/kg MS). Beaucoup de fourrages méditerranéens ont une faible valeur nutritive et ne jouent pas habituellement un rôle important en production animale pour cette raison mais aussi pour d’autres facteurs, comme la teneur basse en PB (protéines brutes totales) de quelques espèces arbustives (Cabiddu et al 2000). La teneur en PB des fourrages est plus élevée que le niveau minimum de 7-8% MS requis pour un fonctionnement du rumen et une alimentation considérés convenables des ruminants (Van Soest 1994).

Le faible contenu en PB dans ASGO prélevé l’été peut être probablement dû aux proportions élevées de feuilles mûres dans l'échantillon. En effet, les fourrages légumineux et les arbustes sont employés pendant des années comme aliments pour le bétail dans beaucoup de régions du monde, principalement en raison de leur haute teneur en valeur protéique (Tolera et al 1997; Ammar et al 2004). Cette caractéristique peut être attribuée à la faculté de ces fourrages à fixer l'azote atmosphérique grâce aux apports des Rhizobia associés à leurs nodosités.

Cependant, une grande différence en PB a été notée entre les trois fractions d’ASGO étudiées. Celle-ci est probablement due aux différences dans l’accumulation de l’azote durant les stades de croissance car la récolte a été réalisée sur trois saisons complètement différentes. Ceci dit et compte tenu du contenu élevé en PB, l’utilisation de cette légumineuse est indiquée comme supplément protéique aux fourrages de mauvaise qualité et aux sous-produits fibreux. Cette proposition devrait être envisagée avec précaution car la digestibilité de l’azote dépend des composés phénoliques et en particuliers, les tannins (Tolera et al 1997).

Toutefois, la teneur élevée en PB de certains fourrages doit être considérée avec précaution car elle peut se révéler comme paramètre trompeur, du fait que toutes les protéines sont en principe dégradées mais les facteurs anti-nutritifs peuvent réduire leur disponibilité en dessous de la concentration nécessaire. Par conséquent, la teneur en matière azotée ne devrait pas être le seul critère pour juger des caractéristiques d'une plante fourragère. En effet, des résultats obtenus par quelques auteurs (Waghorn et al 1994 ; Arhab 2006) indiquent que la réactivité, la structure, le poids moléculaire des végétaux et les interactions de leurs différents métabolites secondaires sont plus importants que les niveaux contenus dans la détermination de l'aptitude d’une espèce végétale donnée comme complément protéique (Boufennara et al 2012).

Globalement, la composition de la fraction pariétale de l’ASGO sur les trois saisons présente une composition très différente (P<0,05). Concernant la fraction qui représente la paroi totale (cellulose + hémicellulose + lignine) NDF, elle varie entre 415 et 456 g/kg MS. La teneur la plus élevée est notée pour l’ASGO collecté pendant l’hiver et la plus faible pour l’été. Ces teneurs sont comparables aux valeurs de la fraction pariétale rapportées par Larbi et al (1998) pour des fourrages tropicaux (542 g/kg MS), par Ammar et al (2005) pour des fourrages méditerranéens (383-572 g/kg MS), par Gasmi-Boubaker et al (2005) pour des fourrages tunisiens collectés des zones arides (360-551 g/kg MS) et par Salem et al (2006) pour des fourrages autochtones des zones arides égyptiennes (368-651 g/kg MS). Cependant, ces mêmes valeurs sont inférieures à celles de plusieurs auteurs (Bahman et al 1997 ; Genin et al 2004) ; elles restent approximativement identiques aux mesures de Pascual et al (2000).

Les différences observées dans nos échantillons pourraient s’expliquer par les conditions environnementales régnant dans la région d’étude : haute température et faibles précipitations. En effet, Pascual et al (2000) indiquent que les mêmes paramètres tendent à augmenter la fraction pariétale (NDF) et à diminuer le contenu soluble des végétaux. La teneur en MM de l’ASGO présente une variation significative en fonction de la période de récolte. La plus faible teneur a été observée au printemps et en été, avec des fourchettes allant de 100 à 201 g/kg MS. Selon Spear (1994), la concentration des éléments minéraux dans les plantes varie fortement avec le type de sol, le climat, le stade de maturité et la saison de récolte. En plus de ces facteurs et dans notre cas, l’éventuelle contamination des parties aériennes par la silice peut aussi expliquer ces taux élevés de matière minérale (MM) (Boufennara 2012). De plus, le développement du système racinaire est considéré comme l’un des facteurs déterminants de la variation intra et interspécifique de la tolérance à la sècheresse et par conséquent de la variabilité des teneurs en MM (Dione 1991 ; Traore 1998). En effet, des espèces, comme ASGO, possèdent un système racinaire très ramifié permettant un plus grand contact avec le sol et par conséquent une plus grande surface d’échanges. La perte des feuilles pendant la saison sèche est également un facteur d’une meilleure adaptation aux conditions difficiles de sécheresse (Traore 1998). Cette étude montre également que les teneurs en tannins varient en fonction de la saison de récolte (P < 0,05). De faibles teneurs en tannins condensés totaux ont été enregistrées avec de faibles variations d’une saison à l’autre. Globalement, les tannins varient de 19,0 à 24,2 (g/kg MS). Ces différences en concentration peuvent être attribuées à la saison de collecte (Makkar et al 2007). Les variations saisonnières en polyphénols, d’une manière générale, suivent des modèles différents pour chaque espèce végétale (Hagerman 1992). Vaithiyanathan et Singh (1989) rapportent que les feuilles de diverses espèces d'arbres ont répondu différemment aux variations saisonnières, par rapport à leur teneur en tannins. Certaines espèces montrent une augmentation de la teneur en tannins en été et d’autres en hiver. Le stress hydrique induit des augmentations de teneur en TC (Anuraga et al 1993) mais la répartition entre les tannins libres et liés ou non aux protéines dépend du stress subi durant la croissance de la plante (Iason et al 1995). Il existe aussi une relation positive entre l’intensité lumineuse et la quantité de polyphénols produits par une plante (Mole et Waterman 1987). Lees et al (1994) ont observé une augmentation de la teneur en TC dans le Lotier pédonculé (Lotus uliginosus Cav.) quand la température est de 30°C comparée à 20°C, alors qu’il n’en est pas de même pour le Lotier corniculé. Les variations entre les différentes fractions des tannins peuvent être liées, non seulement aux saisons de collecte elles-mêmes mais aussi à la méthode d'analyse. Avec des plantes riches en tannins, une difficulté majeure est le manque de techniques de laboratoire précises pour leurs dosages (Palmer et Mc Sweeney 2000). Les méthodes colorimétriques doivent être utilisées avec prudence, car elles ne donnent pas un dosage quantitatif précis. Les différences entre les valeurs observées et celles de la littérature, concernant les concentrations en tannins, pourraient résulter de la nature des tests utilisés, de la nature des tannins dosés dans les différentes espèces fourragères, du stade de croissance et, également, de l'influence des facteurs édaphiques et climatiques (Rubanza et al 2005).

Fermentation et production de méthane in vitro

Comme le montre le tableau 2, la saison de collecte a un effet significatif sur la production de gaz, la production de méthane, la digestibilité IVD.TT et EM. L’ASGO prélevé durant l’hiver et l’été s’est montré le plus producteur de gaz avec 68,5 et 70,3 ml/g MS respectivement, il est suivi de l’ASGO du printemps avec 50,8 ml/kg MS. Il faut rappeler que pour certains auteurs, la méthode de production de gaz in vitro de Menke et al (1979) est aujourd’hui largement utilisée pour estimer la digestibilité et l’énergie métabolisable des aliments pour les ruminants (Getachew et al 2004), ce qui est controversé. Nos valeurs sont globalement inférieures à celles rapportées par Bouazza (2014) pour Vicia faba (201 ml/kg MS) mais comparables à celles de Acacia albida (71,7 ml/kg MS) rapportées par le même auteur. Les faibles valeurs de digestibilité d’ASGO ont été enregistrées durant l’été et le printemps (60,4 et 60,9 %) respectivement et une valeur de 67,2 % a été notée pour l’hiver. Nos résultats pourraient s’expliquer par la variation des composants chimiques des substrats, résultant essentiellement des variations climatiques.

Conclusion

• Du point de vue chimique, les variations temporelles démontrent que l’effet saison sur les différents résultats obtenus est significatif sauf pour les tannins condensés liés à la protéine (TCLP). Cet effet s’exerce par les variations climatiques qui lui sont associées. En effet, une variabilité nette pour la teneur en matière azotée totale et en constituants pariétaux est enregistrée. Malgré les caractéristiques exceptionnelles d’adaptation de la flore spontanée saharienne aux rudes conditions du milieu, il est évident que sa survie, sa prolifération et sa composition chimique dépendent étroitement des variations climatiques.
  
  
• L’Astragalus gombo, par sa richesse en protéines brutes et ses faibles teneurs en lignine, montre un très bon potentiel nutritif pour les ruminants des zones arides, soit en pâturage libre sur les parcours pastoraux, ou bien en complémentation des rations riches en fibres.
  
  
• Cette étude a aussi des implications pratiques pour le développement des technologies agro-forestières. Astragalus gombo montre un bon potentiel comme plante fourragère, significatif pour les projets de réhabilitation des écosystèmes dégradés dans les zones arides et semi-arides.

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Received 26 July 2016; Accepted 18 November 2016; Published 1 December 2016

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