Ciencia Animal

Degradabilidad ruminal In situ de variedades de C. purpureus tolerantes a la sequía

J. L. Ledea^{1  *}  , O La O²  , J. V Ray¹  , Celia Vázquez³ 

¹Instituto de Investigaciones Agropecuarias “Jorge Dimitrov”. Estación Experimental de Pastos y For- rajes, km 10½ Carretera Bayamo-Tunas. Bayamo, Granma, Cuba

²Instituto de Ciencia Animal, Apartado Postal 24, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba

³Universidad Estatal del Sur, Manabí, Ecuador

Resumen

Se realizó un estudio para caracterizar la degradabilidad ruminal in situ de la materia seca y materia orgánica de nuevas variedades de Cenchrus purpureus, tolerantes a la sequía (CT-601, CT-603 y CT-605) en diferentes edades de rebrote (60, 80, 100 y 120 días), cultivadas en un ecosistema seco y degradado por la intensa sequía, característico del Valle del Cauto, Granma, Cuba. Se utilizaron dos vacas criollas de 450 ± 10 kg de peso vivo, canuladas en rumen. Las bolsas se introdujeron en el rumen durante 0, 4, 6, 8, 12, 24, 48 y 72 horas. Los parámetros de la degradabilidad de la materia seca mostraron que, para la edad de 60, 80 y 120 días, los mayores valores correspondieron a la variedad CT-603, y a los 80 y 100 días la degradabilidad de la materia orgánica para esta misma variedad. La CT-601, a los 100 d de rebrote, mostró los mayores valores de la degradación de la materia seca. Para la degradación de la materia orgánica a los 120 d, se observaron valores bajos en todos los parámetros. Los porcentajes de degradación fueron superiores al 50 % para la materia seca, y para la materia orgánica fueron cercanos a este valor. La degradabilidad ruminal In situ de la materia seca y materia orgánica de la planta íntegra de las nuevas variedades de Cenchrus purpureus mantiene el patrón de fermentación ruminal de las gramíneas tropicales.

Palabras-clave: Cenchrus; degradación; materia seca; materia orgánica

La región oriental de Cuba se caracteriza por suelos altamente erosionados y salinos (^{Benítez et al. (2010}). En esta región se ubica el Valle del Cauto, donde se desarrolla 90 % de la ganadería de la región (^{Fajardo 2008}).

El Valle del Cauto presenta áreas semiáridas, que comprenden las provincias Granma y Las Tunas, con 48 454 hectáreas de superficie. La provincia Granma representa 50 % del área referida. Otra zona semiárida se encuentra en el municipio Manzanillo, con 16 4215 ha y una tercera área, correspondiente a la vertiente Sur de la Sierra Maestra (desde la costa hasta 500 msnm), comprendida desde Cabo Cruz hasta Santiago de Cuba, que abarca 63 543 ha. Estas zonas poseen características definidas con precipitaciones inferiores a 1000 mm año-1 y largos períodos de sequía de hasta ocho meses, elevada evaporación y coeficientes de precipitación/ evaporación menor de 0.45, característicos de zonas áridas (^{Benítez et al. 2010}).

Ante estas condiciones climáticas adversas que caracterizan al Valle del Cauto, se comenzaron a evaluar variedades de Cenchrus purpureus (conocido también como Pennisetum purpureum) tolerantes a la sequía, obtenidas por cultivo de tejidos in vitro de porciones apicales del Cuba CT-115. Estas variedades se identificaron cuando se realizó la caracterización de estas plantas mediante la determinación electroforética de más de cinco sistemas isoenzimáticos, y se reafirmaron al mantenerse sus características iniciales por más de cinco generaciones (^{Herrera 2000}). El programa de mejoramiento está vigente desde el 2000 y se han realizado evaluaciones agronómicas con resultados favorables para algunas variedades, entre ellas CT-601, CT-603 y CT-605, las cuales demostraron su promisoriedad y superioridad con respecto al progenitor (CT-115). Sin embargo, aún no se realizan evaluaciones de estas plantas desde el punto de vista nutritivo.

En la bibliografía especializada se refieren las modificaciones histoquímicas que se producen por efecto fisiológico y, en algunas ocasiones, por elementos externos, como el clima (^{Valenciaga 2007}, ^{Ramírez 2010} y ^{Verdecia 2015}), que influyen en la degradación de los compuestos nutritivos (^{Ledea 2016}).

El objetivo de este estudio es caracterizar la degradabilidad ruminal in situ de la materia seca y materia orgánica de nuevas variedades de Cenchrus purpureus, tolerantes a la sequía en condiciones de intensa sequía estacional, característica del Valle del Cauto.

Materiales y Métodos

Localización. Las determinaciones de la degra-dabilidad ruminal in situ se desarrollaron en los laboratorios analíticos del Instituto de Ciencia Animal (ICA), en Mayabeque, Cuba. Las muestras provinieron de parcelas establecidas en la Estación Experimental de Pastos y Forrajes, perteneciente al Instituto de Investigaciones Agropecuarias “Jorge Dimitrov”, localizada en la provincia Granma en la llanura del Cauto, a 10 ½ km de la ciudad de Bayamo, Cuba.

Material vegetal utilizado. El material vegetal correspondió a las nuevas variedades de Cenchrus purpureus (CT-601, CT-603 y CT-605), obtenidas por cultivo de tejido con tolerancia a la sequía, a partir del CT-115.

Procedimiento experimental. La toma de muestras se realizó en el banco de semilla, establecido hace cinco años en parcelas de 200 m2. El banco consta de 10 surcos, separados a 1 m y 0.75 m entre plantas. Para el establecimiento de los bancos, las semillas proceden del Departamento de Pastos y Forrajes del Instituto de Ciencia Animal, Mayabeque, Cuba. Al momento de tomar las muestras, en cada surco, de forma intercalada se distribuyeron las edades a evaluar (60, 80, 100 y 120 d). Las mismas estaban fraccionadas por subparcelas de 4.50 m lineales, con cuatro repeticiones y un metro de efecto de borde, al comienzo y final de cada surco. Se tomaron de cada repetición cinco plantas de cada edad de rebrote, para un total de cuatro muestreos para los 60 d, tres para 80 y 100 d, y dos para 120 d que abarcaron el período lluvioso y poco lluvioso. Se tomaron 300 g en base verde y se sometieron a secado en estufa de aire forzado marca MEMMERT a 100 ºC durante una hora, y luego a 60 ºC hasta alcanzar peso constante, según la metodología propuesta por ^{Herrera (2014}). Con posterioridad se pasaron por un molino de cuchillas para reducir a tamaño de partícula de 2 mm (para la degradabilidad) y 1 mm (para la determinación de la composición química). Este procedimiento se realizó en cada edad de rebrote.

Composición química. El análisis de las muestras de las nuevas variedades se realizó en la planta íntegra. Se determinó el contenido de materia seca (MS) y proteína bruta (PB) de acuerdo con las técnicas descritas por la ^{AOAC (2016)} y la fibra detergente neutro (FDN), según ^{Goering y Van Soest (1970}).

Degradabilidad ruminal in situ. Para la evaluación de la degradabilidad ruminal in situ se utilizaron dos vacas criollas canuladas en rumen (450 ± 10 kg de peso vivo), que recibían ad libitum forraje de gramíneas (Megathyrzus maximum y Cynodon dactylon), con libre acceso al agua y sales minerales. Se pesaron 5 g de muestras por bolsa de dacrón, después de haber constatado la uniformidad de las dimensiones internas mediante una regla milimetrada, así como el tamaño del poro y la cantidad de poros. cm2, medidos y promediados con la ayuda de un microscopio marca Microscope, modelo N-800M, con cámara HDCE-50 B acoplada, ordenador marca Compac y software Image Driving.

Las bolsas presentaron dimensiones uniformes de 14.0 cm de largo x 8.5 cm de ancho de dimensiones internas, 48 μm de porosidad y 1044 poros cm2. Se lavaron y secaron en estufa marca BINDER a 60 ºC durante una hora y se pesaron con posterioridad en balanza analítica marca SARTORIUS de 0.001g de precisión. Se les determinó la tara a cada una de las bolsas incluidas en el experimento. Luego se agruparon por edad de rebrote para introducirlas en el rumen, y se duplicaron para cada horario de muestreo y animal, para un total de 28 bolsas en cada bastón. Para la fermentación ruminal se introdujeron todas juntas y se extrajeron a las 0, 4, 6, 8, 12, 24, 48 y 72 h.

Cada bolsa se lavó a mano con agua corriente hasta que el agua salió transparente, una vez extraídas del rumen. Posteriormente se depositaron en bandejas de aluminio y se secaron en estufa marca BINDER a 60 ºC durante 72 h. Luego se transfirieron a una desecadora durante 30 min y se procedió al pesado. 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 MS degradada en el rumen. La solubilidad a la hora cero se obtuvo al incubar dos bolsas con cada alimento en rumen durante 15 min. Después se trataron igual que al resto.

Análisis estadístico. La estimación de la degradación ruminal se realizó mediante el proceso interactivo del algoritmo de MARQUARDT, con ayuda del procedimiento para modelos no lineares, PROC NLIN del software Statgraphics Centurion versión XV.II (^{Statgraphics 2014}). Para la estimación de las características degradativas, se utilizó el modelo exponencial propuesto por ^{Ørskov y Mc Donald (1979}). Se asumió que la curva de degradación de la MS en el tiempo sigue un proceso cinético de primer orden, descrito de la siguiente forma:

Donde:

P	- Degradación ruminal. Es la degradación ruminal del indicador evaluado en el tiempo “t” de permanencia en el rumen
a	- Intercepto (fracción soluble, si el tiempo no es limitante)
b	- Fracción degradable, si el tiempo no es limitante (t)
c	- Tasa de degradación de la fracción (b)
t	- Tiempo de incubación.
a+b	- Potencial de degradación
A	- Fracción rápidamente soluble.

La fracción rápidamente soluble se obtiene de varias maneras. En este estudio se determinó mediante la introducción de la bolsa en el rumen, dejando que penetrara el líquido ruminal al interior de la misma, y extrayéndola súbitamente luego de que se sumergiera completamente en el líquido ruminal. Luego se prosiguió el procedimiento descrito para la degradabilidad in sacco.

Resultados y Discusión

La tabla 1 muestra la composición química promedio de las tres variedades en las diferentes edades de rebrote. No se aprecia alta variabilidad en los indicadores estudiados, que se encuentran en el rango de valores informados para las variedades de este género.

La degradabilidad ruminal in situ de la materia seca (tabla 2 y figura 1) muestra que en los parámetros de la degradabilidad ruminal in situ de la materia seca de la planta íntegra, los valores para (a) estuvieron entre 9.07 y 21.67 %, representados por la variedad CT-605 y CT-603, respectivamente. Hubo alta variabilidad durante las edades y variedades estudiadas.

Table 1 Contant of DM, CP and NDF in the whole plant of new varieties of Cenchrus purpureus in different regrowth age 

Table 2 Characteristics of the in situ ruminal degradability of the dry matter of the whole plant of new drought-tolerant varieties of Cenchrus purpureus at different regrowth age 

(a+b): Potential degradation calculated according to model Y=a+b*(1-e^ (-c*t)), a: Soluble fraction, b: Insoluble fraction but potentially degradable, c: Degradation rate, R2: Determination coefficient, SEE: Standard error of estimation

Figure 1 Dynamics of In situ ruminal degradability of dry matter in the whole plant of new varieties of C. purpureus at the ages of 60, 80, 100 and 120 days 

Los valores para esta fracción fueron semejantes a los referidos por ^{Valenciaga et al. (2001}) cuando evaluaron la degradabilidad ruminal in situ de la planta íntegra de CT-115. Es comprensible este resultado, sobre todo, si se tiene en cuenta que las gramíneas tropicales poseen un patrón de venas paralelas que las hacen muy fuertes con escasos puntos débiles para su ruptura. El efecto inverso benefició a Lotus subbiflorus, en un estudio de ^{Trujillo et al. (2009}), quienes pretendían obtener de la fracción en cuestión valores superiores de degradación (27.83 %). Sin embargo, para ser una fabácea no se diferencia de manera muy marcada de los resultados de las gramíneas en estudio, enfáticamente con la variedad CT-603. Esto indica que, a los 60 d, esta variedad resulta un alimento con altos contenidos de carbohidratos solubles, que constituyen la fracción fácilmente degradable. ^{Andell et al. (2012}) y ^{Ferreira et al. (2014}) también obtuvieron resultados superiores a los de este estudio para esta fracción, estimulados principalmente por las diferencias entre las técnicas in situ e in vitro (^{Navarro et al. 2011}) y la inoculación con microorganismos que modifican el ambiente ruminal, respectivamente.

^{Herrera (1997}) informó en el occidente de Cuba, en cultivos que se desarrollaron en un suelo ferralítico rojo típico, concentraciones significativas de compuestos solubles en el CT-115. Estos le brindan, según ^{Valenciaga (2007}) mayor provecho por parte de la economía del animal, comportamiento que no está presente en las nuevas variedades, debido a las diferencias que existen entre occidente y oriente en el tipo de suelo y clima, principalmente.

La fracción b tuvo semejante comportamiento a la fracción soluble, pero con rangos de 41.4 a 80.5 %, que variaron en función de la edad de rebrote y variedad. En la edad de 60 d, se obtuvieron los menores valores de la fracción b. Sin embargo, los valores en las diferentes edades superaron a los obtenidos por alenciaga et al. (2001) y ^{Lara et al. (2010}) , lo que indica que la estructura de la planta y su comportamiento agronómico influyeron, sobre todo, en la proporción de hojas. En este sentido, ^{Valenciaga et al. (2001}) refirieron que el comportamiento morfológico favorece la degradabilidad de los parámetros de la MS. ^{Benavidez et al. (2012}) hicieron alusión a que las variaciones anatómicas influyen en las características degradativas de las fracciones de la MS y MO, debido a las proporciones del tipo de célula, que determinan la cantidad de fibra digerible, poco digerible y totalmente indigerible, efecto que pudo haber influido en el resultado obtenido.

La fracción potencialmente degradable presentó valores generales de degradación por encima del 50 %, entre 53.36 y 90.05 %, que se presentaron principalmente en las edades de 80 y 100 d. Sin embargo, estos altos porcentajes de degradación pueden estar relacionados con los prolongados tiempos de retención en el rumen. De esta forma, se observó que las velocidades de degradación en función del tiempo (c) se comportaron entre 1.1 y 13.7 % h-1, y coincidieron con las edades donde hubo mayor degradabilidad de la fracción potencialmente degradable.

^{Benavidez et al. (2012}), al estudiar el potencial forrajero del Zea nicaraguensis (Iltis & Benz), obtuvieron valores de las fracciones (b) y (a+b) inferiores a los obtenidos en este trabajo. No obstante, la tasa de degradación estuvo en los rangos aquí mencionados. ^{Ferreira et al. (2014}) también lograron valores inferiores para la fracción a+b, que presentó degradabilidades que coincidieron con los resultados de ^{Valenciaga et al. (2001}), y que fueron superiores a los señalados por ^{Ferreira et al. (2014)} en plantas íntegras de Cenchrus purpureus. Esto está en correspondencia con el patrón de fermentación de las gramíneas tropicales, independientemente que el Zea nicaraguensis se encuentre en otro orden botánico.

Al evaluar la cinética de la degradabilidad de la MS, se obtuvieron picos a partir de la hora 24, debido a la intervención de otros grupos de organismos, como los hongos y protozoos que hacen uso más rápido del sustrato (^{Galindo et al. 2014}). Además, para cada edad (60, 80, 100 y 120 d) se mostró un comportamiento ascendente hasta el último horario de incubación establecido en este experimento.

Cuando se evalúo la degradación de la materia orgánica (tabla 3, figura 2), en los parámetros de degradación se observó un comportamiento variable. La fracción soluble arrojó porcentajes de degradación inferiores al 10 % en todas las edades y variedades contempladas en el estudio, mientras que la fracción (b) no sobrepasó 50 % de degradación. Los valores de esta fracción se comportaron entre 37 y 46.2 %. Este comportamiento de las fracciones (a) y (b) predispuso a que no se alcanzara la degradabilidad potencial superior a 50 %.

Para los parámetros de degradabilidad ruminal de la materia orgánica, los valores de la fracción (a) estuvieron disminuidos. Esto se asocia, según ^{Lara et al. (2010}), al aumento de la tasa de pasaje y a la disminución de la tasa de digestión, que provoca la salida más rápida del rumen de la materia orgánica sin digerir, y causa una tendencia a disminuir el rendimiento microbiano total, pues este se incrementaría generalmente si la cantidad de materia orgánica fermentada es mayor.

Tabla 3 Characteristics of the in situ ruminal degradability of the organic matter of the whole plant new drought - tolerant varieties of Cenchrus purpureus at different regrowth age 

Figure 2 Dynamics of in situ ruminal degradability of organic matter in the whole plant of new varieties of C. purpureus at the ages of 60, 80, 100 and 120 days of regrowth. 

La fracción (a+b) y la tasa de pasaje ruminal (c) (3.3 y 7.3 % h-1) fueron inferiores solo para Tithonia diversifolia, de las nueve arbustivas evaluadas por ^{Naranjo y Cuartas (2011}). Esto demuestra que las nuevas variedades poseen potencialidades como las leguminosas arbustivas, independientemente de la diferencia de género y especie, entre las que resalta el valor nutritivo para los cultivares de C. purpureus. Sin embargo, no dejan de presentar, de forma mayoritaria, células con pared celular secundaria desarrollada, y paredes primarias seriamente comprometidas por compuestos estructurales (tabla 3). ^{Cáceres (1985}) refirió que la digestibilidad de la materia orgánica depende de las proporciones de las paredes celulares y de la digestibilidad de las mismas, así como de la proporción de membranas con presencia de lignina y compuestos indigeribles o de escasa degradabilidad, factores que están presentes en los cultivares en estudio, y en los que se debe profundizar en futuros estudios sobre su impacto en la degradabilidad, según la estructuración molecular.

En la dinámica de la degradabilidad ruminal (figura 2), se observó que hasta la hora 12 de incubación el comportamiento ascendente fue discreto. Según ^{Galindo et al. (2014}), esto se debe a que las bacterias, que son las primeras en colonizar y comenzar a degradar el sustrato, no poseen las enzimas que pueden degradar la gran diversidad de enlaces conectores e interconectores, intramoleculares e intermoleculares, que presentan los carbohidratos estructurales. Sin embargo, a partir del horario 24, se evidencia incremento y desfasaje notable de la cinética degradativa, propiciado por la variedad CT-603. Por su parte, el CT-601 y CT-605 continuaron de forma uniforme la curva de degradabilidad.

Lo anterior se debe a la incorporación de otros microorganismos a la degradación de los compuestos estructurales que potenciaron la acción bacteriana. Según ^{Pedraza (2014}), esta capacidad solo es atribuida a un grupo de hongos ligninolíticos, que secretan peroxidasas (extracelulares, no específicas), capaces de degradar los compuestos que representan las estructuras de la lignina. Por tanto, con respecto al resto de las variedades en estudio, la variedad CT-601 presenta mayor cantidad de estructuras que forman parte de la materia seca.

Para la edad de 80 d, el comportamiento comienza a modificarse, haciéndose más ascendente, debido a la mayor disponibilidad de sustrato sobre el cual actuar. ^{Valenciaga (2007}), ^{Ramírez (2010)} y ^{Fortes (2014}) refirieron que estas modificaciones histoquímicas repercuten en la relación sustrato-enzima por el engrosamiento de las paredes celulares y el incremento de carbohidratos estructurales con el aumento de la edad. ^{Valenciaga (2007)} describió que las características del sustrato (composición química y estructura anatómica) es un factor que determina la acción microbiana, donde se apreció que la microflora ruminal no se afectó al propiciar degradaciones superiores a 50 %.

De forma general, la cinética de gradación muestra el patrón de fermentación de las gramíneas tropicales, donde las complejas transformaciones químicas limitan la utilización del material vegetal por debajo de 50 % (^{Cáceres 1985}).

Se concluye que la degradabilidad ruminal in situ de la MS y MO de la planta íntegra de las nuevas variedades de Cenchrus purpureus mantiene el patrón de fermentación ruminal de las gramíneas tropicales.

References

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Recibido: 04 de Mayo de 2017; Aprobado: 28 de Marzo de 2018

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