Cinética de degradación ruminal de materiales vegetales de Tithonia diversifolia recolectados en la región oriental de Cuba

D Valenciaga, J R López, J Galindo, T Ruiz y F Monteagudo

Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de Las Lajas, Mayabeque, Cuba
dvalenciaga@ica.co.cu

Resumen

Con el objetivo de determinar la cinética de degradación ruminal de materiales vegetales de Tithonia diversifolia, se utilizaron dos vacas Holstein de 450 ± 10 kg de peso vivo, canuladas en rumen. Se utilizó la técnica de las bolsas de dacron y los tiempos de incubación fueron 4,8, 12, 24, 48 y 72 horas. Se observó alto porcentaje de degradabilidad ruminal de la materia seca, la fibra detergente neutra (FDN) y ácida (FDA) para todos los materiales evaluados. Se verificó la menor DMS en todo el período de incubación para el material 2, seguido por 12, 14 y 23 que no tuvieron diferencias entre ellos. El material 24 exhibió mayor DMS en las primeras horas de incubación pero a partir de las 48 horas tuvo un comportamiento similar a los materiales 12, 14 y 23. Se verificó mayor degradabilidad de la FDN y FDA para el material vegetal 24. Los resultados de la cinética de degradabilidad ruminal in situ de MS, FDN y FDA sugieren el alto valor nutricional de los materiales vegetales evaluados para la suplementación de rumiantes en el trópico, lo que permite disponer de mayor diversidad de materiales vegetales para ampliar el uso de la T. diversifolia e en diferentes condiciones.

Palabras clave: arbustiva, degradabilidad efectiva, fase lag, tasa de degradación

Ruminal degradation kinetics of Tithonia diversifolia plant materials collected in the eastern region of Cuba

Abstract

In order to determine the kinetics of ruminal degradation of Tithonia diversifolia plant materials, two Holstein cows of 450 ± 10 kg live weight, cannulated in thr rumen, were used. The nylon bag technique was used and the incubation times were 4, 8, 12, 24, 48 and 72 hours. A high degradability of was observed for DM, NDF and ADF for all evaluated materials. The lowest DMD was verified for material 2, followed by 12, 14 and 23, which did not have differences between them. The material 24 had higher DMD in the first incubation hours but after 48 hours was similar to materials 12, 14 and 23. Lowest DMD was obtained throughout the incubation period for plant material 2 (P=0.049). Highest degradability of the NDF and ADF was observed for the plant material 24. The results of the in situ ruminal degradability kinetics of DM, NDF and ADF suggest the high nutritional value of the evaluated plant materials for ruminant feeding in the tropics. The diversity among the plant materials will facilitate the best use of T. diversifolia under different environmental conditions.

Key words: effective degradability, lag phase, shrub

Introducción

En las zonas tropicales existen numerosas especies arbóreas y arbustivas con potencial para producir elevadas cantidades de biomasa de alto valor nutritivo, que representan una incuestionable alternativa al desarrollo de la producción animal sostenible (Mejía-Díaz et al 2017; Rodríguez 2017). A pesar de esta riqueza, muchas de estas plantas, apenas se utilizan como alimento para el ganado. Evaluar estas especies, para incorporarlas a los sistemas de producción ganadera y brindar alternativas sostenibles, que permitan mejorar los agro-ecosistemas, es un reto para los profesionales de las ciencias agropecuarias.

Tithonia diversifolia (Hemsl.) A. Gray es una planta forrajera no leguminosa, de la familia Asterácea, originaria de América Central que ha sido introducida en el trópico (Maina et al 2012). Forma parte de la flora de Cuba, donde se ha naturalizado con el nombre vulgar de Margaritona o Árnica de la tierra (Ruiz et al 2017). El uso en la alimentación animal de esta arbustiva es cada vez más generalizado, debido a la elevada tasa de producción de biomasa comestible de alta calidad alimentaria, la capacidad de rebrote tras el corte o pastoreo, y su plasticidad ecológica (Ruiz et al 2014; Murgueitio et al 2015).

Los estudios de Ruiz et al (2013, 2014, 2017) en Cuba, muestran los avances logrados en la evaluación de diferentes materiales de esta planta colectados en la región central y occidental del país. En la actualidad (Ruiz et al 2018) se conducen investigaciones integrales con materiales vegetales colectados en la región oriental del país, no evaluados con anterioridad. Los resultados permitirán disponer de mayor diversidad de materiales vegetales para ampliar el uso de T. diversifolia en diferentes condiciones, según el fin productivo que se desee.

Los nuevos modelos para formulación y evaluación de alimentos para rumiantes requieren de la determinación precisa de aspectos dinámicos de la degradación en el rumen (Dong et al 2017). Técnicas que simulan el ambiente ruminal son ampliamente utilizadas para caracterizar la cinética de degradación de recursos forrajeros. Entre ellas, la técnica in situ o de las bolsas suspendidas en rumen, es de las más ampliamente utilizadas (Ørskov y McDonald 1979; Dhanoa 1988; Ferreira et al 2016; Ascencio et al 2018; Choque – Durand et al 2018).

Es por ello que el objetivo del presente trabajo es determinar la cinética de degradación ruminal in situ de la materia seca (MS), la fibra detergente neutro (FDN) y fibra ácido detergente (FDA) de materiales vegetales de T. diversifolia obtenidos a partir de colectas realizadas en la región oriental de Cuba, como parte de las investigaciones que se desarrollan para la evaluación de estos materiales vegetales.

Materiales y métodos

Materiales vegetales

Los materiales vegetales evaluados fueron designados 2, 12, 14, 23 y 24, producidos en la Estación Experimental de Pastos y Forrajes “Miguel Sitachs Naya”, localizada entre los 22º 54´44.94” LN y los 82º 00´38.34” LW y a 83 msnm, perteneciente al Instituto de Ciencia Animal, ubicado en el municipio de San José de las Lajas, Provincia Mayabeque, Cuba. Los materiales vegetales se produjeron en suelo Ferrálico Rojo Éutrico, de rápida desecación, arcilloso y profundo sobre calizas (Hernández et al 2015), a partir de colectas realizadas en la zona oriental de Cuba. En el muestreo se simuló el ramoneo del animal. Al momento del corte los materiales vegetales tenían 60 días de edad y su composición química se muestra en la Tabla 1.

El material colectado, previamente homogenizado y secado durante 48 h en estufa de aire forzado a 60 ºC, se molió a 2.5 mm en un molino (Wiley, USA, modelo 4. 1) para los estudios de degradabilidad ruminal in situ.

Animales y dieta

Se utilizaron dos vacas Holstein de 450 ± 10 kg de peso vivo, canuladas en rumen y alojadas en cubículos individuales con libre acceso a agua potable y los alimentos. Los animales se alimentaron con una mezcla de forraje fresco de Cenchrus purpureus (OM – 22) de 80 días de edad y T. diversifolia material vegetal 10, a razón de 75:25 (base seca), que se ofreció dos veces al día, a las 8:00 am y 4:00 pm. La composición química de los alimentos ofertados se muestra en la Tabla 2.

Los periodos experimentales consistieron en 10 días de adaptación a la dieta y 4 días de muestreos.

Degradabilidad ruminal in situ

La determinación de la degradabilidad ruminal de la MS, FDN y FDA de los materiales vegetales evaluados se realizó según el procedimiento descrito por Mehrez y Ørskov (1977). Se pesaron 5 g de muestra de cada material vegetal por duplicado, para cada horario de incubación y animal, en bolsas de dacrón/poliéster (ANKOM Co, Faiport, NY, USA), con un tamaño de poro de 50 ± 3 µm y dimensiones internas de 10 x 5 cm, previamente taradas y debidamente identificadas.

Las bolsas se colocaron en sacos de malla de 25 x 35 cm con cierre plástico y se introdujeron en el compartimento ventral del rumen de los animales canulados. Para garantizar la permanencia de las bolsas en la parte ventral del rumen, se fijaron al tapón de la cánula ruminal con una cuerda de nailon de 50 cm de longitud. Se introdujeron en orden inverso a su tiempo de incubación a las 4, 8, 12, 24, 48 y 72 h y luego se retiraron de forma simultánea a las 72 horas. Por cada material vegetal se dejaron dos bolsas sin incubar para determinar la fracción soluble (A) o tiempo cero.

Después de extraída del rumen cada bolsa se lavó con agua corriente de forma manual, hasta que el agua salió clara. Se colocaron en bandejas de aluminio y se secaron durante 48 horas en estufa de aire forzado a 60 ºC. Después se transfirieron a una desecadora por 30 minutos y se pesaron en una balanza técnica digital para determinar la desaparición de la MS. La diferencia entre el peso inicial de la muestra colocada en las bolsas de nailon y el peso del residuo después de la incubación ruminal se utilizó para determinar la materia seca degradada en el rumen.

Los residuos de las bolsas se molieron hasta tamaño de partícula de 1 mm y se conformó una muestra homogénea a la que se le determinó la MS según AOAC (2016) y el contenido de FDN y FDA por el método de Goering y Van Soest (1970).

Estimación de la degradación

Se utilizó el modelo exponencial propuesto por Ørskov y Mc Donald (1979), asumiendo que las curvas de degradación de la MS y de la MO en el tiempo, siguen un proceso cinético de primer orden que se describe de la forma:

P = A Para T₀ = 0 t > t₀

Donde:

- P: Degradación ruminal. Es la degradación ruminal del indicador evaluado en el tiempo “t “de permanencia en el rumen.

- a: Intercepto

- b: Fracción que se degrada en el tiempo t.

- c: Tasa de degradación de la fracción “b”.

- t: Tiempo de incubación.

- A: Fracción rápidamente soluble. Se obtiene mediante la incubación de la muestra en un baño de agua a 39 ºC durante 30 minutos.

Y la degradación de la FDN y FDA se describe según Dhanoa (1988) por la fórmula:

P =A para t=t₀

Donde:

- P: Degradación ruminal. Es la degradación ruminal del indicador evaluado en el tiempo “t “de permanencia en el rumen.

- a: Intercepto

- b: Fracción que se degrada en el tiempo t.

- c: Tasa de degradación de la fracción "b".

- t: Tiempo de incubación.

- L: Tiempo de latencia o “lag” (horas).Tiempo que emplean los microorganismos del rumen para colonizar las paredes celulares de los forrajes y adherirse a ellas.

- A: Fracción rápidamente soluble. Se obtiene mediante la incubación de la muestra en un baño de agua a 39 ºC durante 30 minutos.

Para la determinación de la Degradabilidad Efectiva ruminal (DE) se empleó el modelo de McDonald (1981).

Donde:

- k: Tasa fraccional de pasaje ruminal. Se asumió valor 0.05 (NRC 2001).

- B: Fracción insoluble pero potencialmente degradable. (Ørskov 2002).

B = (a + b) -A

- c: Tasa de degradación de la fracción.

Análisis estadístico

Para la estimación matemática de los parámetros de la cinética de degradación de la MS, MO, FDN y FDA de cada uno de los materiales, se empleó el programa NEWAY EXCEL, según Chen (2000).

Los análisis estadísticos para la comparación de medias de los tratamientos se realizaron utilizando el procesador estadístico InfoStat (Di Rienzo et al 2011) y en los casos necesarios, se utilizó la dócima de Duncan (1955) para la comparación de las medias.

Resultados y discusión

Se obtuvo alto grado de degradabilidad ruminal de la MS para los materiales vegetales evaluados (Tabla 3). Todos los materiales, alcanzaron una degradabilidad ruminal in situ de la MS superior al 80% a las 72 horas de incubación.

Estos resultados coinciden con los obtenidos por otros autores al evaluar la especie. Rosales (1996) reportó degradabilidad ruminal in vitro de la MS de T. diversifolia de 75% a las 72 horas de incubación, mientras que La O et al (2012) al evaluar materiales vegetales de esta planta, procedentes de la zona occidental y central de Cuba, encontraron valores de degradabilidad ruminal in situ de MS por encima del 80% a las 72 horas de incubación en el rumen.

El comportamiento de la cinética de degradación ruminal obtenido, también concuerda con el observado en estudios con otras plantas forrajeras no leguminosas que constituyen excelentes fuentes suplementarias para rumiantes en condiciones tropicales. Zach et al (2017) indicaron degradación ruminal in situ de la MS de Morus sp. en caprinos de 80% a las 72 horas de incubación en rumen; en tanto que Choque - Durand et al (2018) obtuvieron degradabilidad ruminal in situ de la MS de Erythrina sp. de 70% en el mismo horario de incubación y Ascencio et al (2018) reportaron valores de degradabilidad ruminal in situ de MS de 77% para Moringa oleífera.

Se verificó la menor degradabilidad de la MS en todo el período de incubación para el material vegetal 2, seguido por los materiales 12, 14 y 23 que no difirieron entre ellos (Tabla 3). En tanto el material 24 exhibió mayor degradación ruminal, en las primeras horas de incubación y de las 48 horas tuvo un comportamiento similar a los materiales vegetales 12, 14 y 23. Por su parte, se verificó la menor degradabilidad de la MS en todo el período de incubación para el material vegetal 2 y que la del material 24 fue superior en la mayoría de los horarios de incubación.

Se obtuvo mayor degradabilidad de la FDN y FDA en todo el período de incubación para el material vegetal 24 seguido por los materiales 23, 14 y 12 sin diferencias entre ellos; mientras que el material 2 mostró menor degradación (Tablas 4 y 5).

La elevada degradabilidad ruminal de los materiales vegetales evaluados pudiera estar relacionada con su composición química. En la Tabla 1 se observa el alto tenor de proteína y los bajos valores de carbohidratos estructurales (FDN, FDA) que presentan los materiales vegetales, principalmente los materiales 12, 14, 23 y 24, lo que pudiera propiciar mayor disponibilidad de compuestos tales como amoniaco, aminoácidos y péptidos, así como ácidos grasos de cadena corta ramificados, que garantizan la necesaria sincronización de nitrógeno y energía para los microorganismos del rumen, específicamente los celulolíticos (La O et al 2012; Dong et al 2017; Ascencio et al 2018).

Varios son los autores que reportan que T. diversifolia se caracteriza por el alto contenido de nitrógeno total, elevada proporción de nitrógeno de naturaleza aminoacídica y bajo contenido de fibra (González-Castillo et al 2014; Murgueitio et al 2015; Mejía-Díaz et al 2017; Rodríguez 2017). Se puede considerar que el contenido de proteína de esta especie se encuentra en un rango superior, en relación con las forrajeras utilizadas para la alimentación de los rumiantes, y es similar al de otras especies comoGliricidia sepium (14.7%),Leucaena leucocephala (22.2%) y Erythrina poeppigiana (21.4%) (Murgueitio 2009). En correspondencia, Mejía-Díaz et al (2017 ) y Rodríguez (2017) indicaron que T. diversifolia presenta niveles altos de carbohidratos solubles (18.41 – 33%), lo que indica una posible ventaja de su utilización en rumiantes, ya que con la cantidad de carbohidratos no estructurales presentes en esta arbustiva, se espera un aprovechamiento más eficiente de la proteína degradable en rumen.

Con respecto a los parámetros de la cinética de degradación ruminal de los diferentes materiales vegetales (Tablas 3-5), el modelo utilizado tuvo alta bondad de ajuste, ya que R² fue alto, oscilando entre 0.99 y 0.97 para las fracciones analizadas, lo que indica que este modelo explica un porcentaje alto de la variación de los datos reales de degradabilidad ruminal.

El material vegetal 2 mostró la fracción A más baja (11.1, 4.3 y 0.9 % para MS, FDN y FDA, respectivamente), así como la degradabilidad potencial que mostró valores de 82.3, 78.3 y 75.8% para MS, FDN y FDA, respectivamente. En tanto, el parámetro “c”fue menor que en el resto de los materiales evaluados (Tablas 3-5). Este comportamiento pudiera estar relacionado con el menor tenor de PB y mayores contenidos de FDN y lignina que mostró este material en comparación con el resto de los materiales vegetales evaluados.

Con respecto a la “fase lag” o período de latencia, íntimamente relacionado con el tiempo que utilizan los microorganismos para colonizar la fibra, adherirse a las paredes celulares y comenzar su acción, se observó mayor tiempo de colonización para los materiales vegetales 2 y 12 (Tablas 4 y5), tanto para la FDN como para la FDA. Este comportamiento pudiera ser atribuido a la mayor resistencia de los constituyentes de la pared celular de estos materiales vegetales a la colonización microbiana, lo que limita la disminución del tamaño de las partículas y constituye una barrera físico-química que dificulta la adhesión y colonización de los sustratos por los microorganismos del rumen (Mertens 2005 y Choque – Durand et al 2018).

Terrill et al 2010) y Ferreira et al 2016) indicaron que, a partir de las particularidades físicas y químicas del alimento, para que ocurra la degradación de las fracciones poco solubles, existe la necesidad de que haya una colonización previa por hongos ruminales que rompan las paredes celulares antes de que se inicie la degradación ruminal propiamente dicha, como pudo suceder con los materiales vegetales 2 y 12, con mayores contenidos de FDN y lignina, por lo que presentaron las mayores períodos de latencia.

Con respecto a la DE, el material vegetal 2 mostró los menores valores (Tablas 3 - 5), evidenciándose que tal como lo sugieren Ørskov (2002) y Ascencio et al (2018) la DE se encuentra directamente relacionada con la fracción B.

Sin embargo, los valores obtenidos de este parámetro de la cinética de degradación ruminal in situ, tanto para la MS como la FDN y FDA (Tablas 3-5), para todos los materiales vegetales bajo estudio, fueron altos y están en el rango de valores informados por La O et al 2012, Ferreira et al 2016, Zach et al 2017 y Choque - Durand et al 2018 en trabajos con diferentes especies de árboles y arbustos tropicales. Este hecho contrasta con lo que sucede con la gran mayoría de las gramíneas tropicales que no alcanzan valores de DE de la MS superiores al 40% (Valenciaga et al 2010 y Ascencio et al 2018).

En este sentido, la incorporación de los materiales vegetales evaluados a los sistemas silvopastoriles pudiera ser una alternativa viable para la producción agropecuaria biológica, económica y ecológicamente sostenible (Mejía-Díaz et al. 2017), ya que diversos investigadores (Ku-Vera et al 2013, Barros-Rodríguez et al 2017 y Mahecha et al 2017) encontraron un mejor ambiente ruminal, en términos de niveles de ácidos grasos de cadena corta, amoníaco y degradabilidad ruminal de los forrajes, cuando la dieta basada en forrajes de baja calidad se suplementó con follajes de especies arbóreas y arbustivas.

Conclusiones

• Los resultados de la cinética de degradabilidad ruminal in situ de la MS, FDN y FDA de los materiales vegetales evaluados sugieren el alto valor nutricional de los mismos para la suplementación de rumiantes en el trópico.
  
  
• Se dispone de mayor diversidad de materiales vegetales de T. diversifolia evaluados, que permiten ampliar el uso de esta arbustiva en diferentes condiciones.

Agradecimientos

Los autores agradecen el apoyo brindado por los trabajadores de la Unidad de Atención a Experimentos de la Dirección de Innovación y Tecnologías Aplicadas (DITA) quienes garantizaron la alimentación de los animales durante todo el período experimental y a los especialistas y técnicos del Laboratorio de Servicios Analíticos (LASAICA) del Instituto de Ciencia Animal de Cuba por la colaboración en los análisis químicos.

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Received 29 August 2018; Accepted 15 October 2018; Published 1 November 2018

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