Cuban Journal of Agricultural Science Vol. 58, january-december 2024, ISSN: 2079-3480
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Animal Science

In vitro effect of trees forages inclusion from the amazonian piedmont in supplements for cattle

 

iDA.R. Riascos Vallejos1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.*✉:ariascos@sena.edu.co

iDR. Rodríguez Hernández2Instituto de Ciencia Animal, C. Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDLina Y. Quintero1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.

iDDiana P. Vargas1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.


1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.

2Instituto de Ciencia Animal, C. Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

 

*Email:ariascos@sena.edu.co

The in vitro effects of the inclusion of three native species and adapted to the Amazonian piedmont on supplements for cattle were evaluated. A total of seven treatments were constituted: T1) control (concentrate without trees), T2 and T3 (20 and 40 % of Trichantera gigantea inclusion, respectively), T4 and T5 (20 and 40 % of Piptocoma discolor inclusion, respectively), and T6 and T7 (20 and 40 % of Hibiscus rosa-sinensis inclusion, respectively). The in vitro technique of gas production was applied and the in vitro degradability of the dry matter and organic matter was determined. A completely randomized design with four repetitions per treatment was used. The higher gas production corresponded to the control (T1), although did not showed differences with respect to the treatment with 40 % Piptocoma (T5) (p=0.016). The lower values of accumulated gas production were obtained when including 20 % de Piptocoma (T4), which not differ of the treatments T2, T5, T6 and T7. The highest values of in vitro degradability of the dry matter corresponded to the control (T1) and the supplements with 20 % of Trichantera inclusion (T2) and 20 and 40 % of hibiscus (T6 and T7) (p<0.008). The lower degradability value was for T5. The highest figures of in vitro digestibility of organic matter corresponded to the control and to the supplement with 20 % of Ttrichantera (T2) and with hibiscus (T6 and T7) (p<0.0001). The rest of treatments had the fallowing performance: T4 > T3 > T5. It is concluded that the inclusion in the concentrate of 20 % of T. gigantea and 20 and 40 % of H. rosa-sinensis did not affected the DM and OM degradability of the supplement and improved the nutrition partition to higher deposition of the fermented matter as microbial biomass, when decreasing the gas production with respect to the concentrate without trees.

Key words: 
fermentation, livestock, nutrition, Putumayo

Received: 12/2/2024; Accepted: 20/5/2024

Conflict of interest: The authors declare that there is not conflict among them.

CRediT authorship contribution statement: A.R. Riascos-Vallejos: Conceptualization, Investigation, Data curation, Writing of the original draft. R. Rodríguez Hernández: Conceptualization, Writing of the original draft, Supervision. Lina Y. Quintero: Investigation, Data curation. Diana P. Vargas: Data curation, Writing of the original draft

CONTENT

Introduction

 

In Colombia, 45 % of the milk is produce in extensive systems based on grasses with great fiber content, low nutritive value and low biomass production (Blanco-Wells and Günther 2019Blanco-Wells, G. & Günther, M.G. 2019. On crises, ecologies, and transitions: Reflections on latinamerican social theory regarding global environmental change. Revista Colombiana de Sociología, 42(1): 19–40, ISSN: 0120-159X. https://doi.org/10.15446/rcs.v42n1.73190 and Ribeiro da Silva et al. 2021Ribeiro da Silva, T., Granja Salcedo, Y.T., Alvarado Vesga, D. & Duarte Messana, J. 2021. Fuentes Proteicas De Baja Degradación Ruminal Y Su Efecto En La Producción De Metano En Bovinos De Carne. Revista Facultad de Ciencias Agropecuarias -FAGROPEC, 12(2): 232–240, ISSN: 2539-178X. https://doi.org/10.47847/fagropec.v12n2a5). The use of concentrates in the tropics is prohibitive for the most of farmers, due to their high prices. The incorporation of foliages from trees species to conventional concentrates could be a more economic option. It is know that the use of these forages with energy sources of easily fermentation improve the ruminal fermentation patterns and increase the dry matter and organic matter digestibility (Díaz Echevarria et al. 2023Díaz Echeverría, V.F., Sánchez Ramos, A., Albores-Moreno, S., Lara Pérez, L.A., Valencia-Salazar, S.S., Ku-Vera, J.C. & Alayon-Gamboa, J.A. 2023. Valoración nutricional y fermentación in vitro de mezclas de follaje de árboles con harina de yuca en dietas para borregos. Acta Universitaria, 33: e3558, ISSN: 2007-962. http://doi.org/10.15174.au.2023.3558).

The technique of gas in vitro production is widely use in the evaluation of the nutritive value of new foods, supplements and additives, so it constitutes a less laborious and expensive procedure, require less time with respect to in vivo studies (Amanzougarene and Fondevila 2020Amanzougarene, Z. & Fondevila, M. 2020. Fitting of the in vitro gas production technique to the study of high concentrate diets. Animals, 10: 1935, ISSN: 2076-2615. http://dx.doi.org/10.3390/ani10101935) and it is combine with measurements of the degradability of the fermentation wastes which has high correlation with the in vivo degradability (Baffa et al. 2023Baffa, D.F., Oliveira, T.S., Fernandes, A.M., Camilo, M.G., Silva, I.N., Meirelles Júnior, J.R. & Aniceto, E.S. 2023. Evaluation of associative effects of in vitro gas production and fermentation profile caused by variation in ruminant diet constituents. Methane, 2: 344–360, ISSN: 2674-0389. https://doi.org/10.3390/methane2030023). Therefore, the objective of this study was to evaluate the in vitro effects of the inclusion of three forages native and adapted to the Amazonian piedmont on supplements for cattle.

Materials and Methods

 

Preparation of the evaluated treatments

 

All the forages were obtained in areas from Villa Lucero farm, located at coordinates 0°35'25.6"N 76°32'05.3"W, Puerto Asís municipality, Santana Locality, Putumayo Department, at the southwest of Colombia Republic, at a latitude of 256m.os.l. The climatic conditions corresponds to the region of tropical humid forest, with average temperature of 25.3 ºC, relative humidity of 85 % and annual rainfall of 3 355 mm (Ruiz and Melo 2022Ruiz, J.F. & Melo, J.Y. 2022. Informe de Predicción Climática a corto, mediano y largo plazo en Colombia. Grupo de Modelamiento de Tiempo y Clima, Subdirección de Meteorología – IDEAM, 10 pp. http://www.ideam.gov.co/documents/21021/120966722/01_Predicci%C3%B3n_Clim%C3%A1tica_Feb_Mar_Abr/7c6e8635-2575-4ea0-b7b0-2bc54256b680?version=1.0 [Consulted: September 25, 2023]).

Samples of Trichantera gigantea (Acanthaceae), Piptocoma discolor (Asteraceae) and Hibiscus rosa-sinensis (Malvaceae) were collected from a forage bank established in the farm with one year old plants, to which agronomical management of pruning, control of insects and weeds were carried out. An establishment cut was made and the plants regrowth at 60d was collected by manual cut. The cut material was dried in an air forced oven at 60 ºC until reaching constant weight. Later, the dried material was homogenized and milled with a hammer mill of 1.0mm sieve.

A total of seven supplements were formulated, taking into account the NRC (2001)National Research Council (NRC). 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7th rev. ed. Natl. Acad. Press, Washington DC. recommendations. Each treatment consisted on the inclusion of 20 or 40 % of forage in the supplement and a commercial supplement as control. The fallowing treatments were evaluated:

  1. Commercial supplement [T1 Control]

  2. Commercial supplement with 20 % of T. gigantean inclusion [T2]

  3. Commercial supplement with 40 % of T. gigantea inclusion [T3]

  4. Commercial supplement with 20 % of P. discolor inclusion [T4]

  5. Commercial supplement with 40 % of P. discolor inclusion [T5]

  6. Commercial supplement with 20 % of H. rosa-sinensis inclusion [T6]

  7. Commercial supplement with 40 % of H. rosa-sinensis inclusion [T7]

A total of 5 kg of each treatment to be evaluated were prepared. From each samples for the laboratory analysis and in vitro studies were taking. The treatments were prepared in the biotechnology laboratory from Centro Agroforestal and Acuícola Arapaima del SENA, Putumayo.

In vitro experimental procedure

 

The gas in vitro technique described by Theodorou et al. (1994)Theodorou, M.K., Williams, B.A., Dhanoa, M.S., McAllan, A.B. & France, J. 1994. Simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feeds. Animal Feed Science and Technology, 48: 185-197, ISSN: 0377-8401. https://doi.org/10.1016/0377-8401(94)90171-6 was used. A total of 1.0 g of DM of each treatment was incubated in 110 mL amber bottles in culture media and a microbial inoculum (in 85:10 proportions). The ruminal content of three Holstein crossbreed heifers was used as inoculum, obtaining during the slaughter process in a beneficial center, according to the certificated standards of animal welfare. The animals were feed with a diet of tropical grasses and had free access to water and minerals salts. The ruminal content of each animal was collected and stored in closed vacuum flasks until go to the laboratory, where was filtered and mixture the inoculums in same proportions.

The bottles were sealed and incubated in water bath at controlled temperature (39 ºC). That moment was taking as the zero hour of incubation. A total of four bottles per treatment and four bottles without substrate as control were incubated.

The gas production was measured until 72 h of incubation by a pressure transducer (Autonics, PSA-1 model) with digital scanner. When each scanner finished, the bottles were manually shake. When the incubation ends, they were opened and their content were filter through nylon bags (45μm of porosity) previously tare in analytical scale (OHAUS, ax224/e, ± 0.0001). The bags with the fermentation wastes were dried until reach constant weight. A forced air oven with regulated temperature to 60 ºC during 72 h was used. The in vitro degradability of the dry matter (IVDDM) and the in vitro degradability of the organic matter (IVDOM) of the evaluated supplements were determined by gravimetry, understood as the difference of both indicators. This is: the difference between the incubated substrate and the fermentation waste expressed as the incubated substrate proportion and multiply by 100 (%), respectively.

Chemical analysis

 

The dry matter (DM), organic matter (OM), ether extract (EE) and crude protein (CP) was determined according to AOAC (2016)AOAC. Official methods of analysis of AOAC. 2016. International. 20. ed., Rockville MD: AOAC International, Latimer, George W. Jr. ISBN: 9780935584875. http://www.directtextbook.com/isbn/9780935584875. [Consulted: Octubre 15, 2023]. The neutral detergent fiber (NDF) and acid detergent fiber (ADF) were obtained using the procedure described by van Soest et al. (1991)Van Soest, P.J., Robertson, J.B. & Lewis, B.A. 1991. Methods for dietary fibre, neutral detergent fibre, and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science, 74(10): 3583–3597, ISSN: 1525-3198. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(91)78551-2.

Statistical analysis

 

To determine the effect of the forage species inclusion on the treatments, a complete randomized design with four repetitions was used, which corresponded to each bottle or bag by supplement. The results were analyzed by ANOVA through the statistical package InfoStat (Di Rienzo et al. 2012Di Rienzo, J.A., Casanoves, F., Balzarini, M.G., González, L., Tablada, M. & Robledo, C.W. 2012. InfoStat, versión 2012. Universidad Nacional de Córdoba, Argentina. http://www.infostat.com.ar). When there were differences (P<0.05), the means of treatments were compared by the Duncan (1955)Duncan, D. B. 1955. Multiple Range and Multiple F Tests. Biometrics, 11(1): 1–42, ISSN: 0006-341X. http://doi.org/10.2307/3001478 multiple ranges test.

Results and Discussion

 

Table 1 shows the chemical composition of the evaluated supplements. It was formulated on the base of making isoenergetic treatments with CP variation, which not exceeded 3 % between the supplements with low and high protein content. The relation protein/ME was between 9.8 and 11.6 g MJkg DM-1, aspect to be consider because a change in the protein contribution can influence on the cattle productive yield, when modifying the general level of nutrition.

Table 1.  Chemical composition of the evaluated supplements
Treatments T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
DM, % 88.70 89.08 90.22 89.81 91.57 88.88 90.66
OM, % 96.87 96.30 94.04 96.20 95.00 97.14 95.82
Ether extract, % 4.96 6.44 9.32 6.98 7.98 2.72 5.65
Crude protein, % 11.53 11.50 12.49 11.78 13.95 11.50 11.54
NDF 49.03 50.56 52.57 45.83 52.12 53.99 53.98
ADF 28.32 26.81 28.06 28.27 29.27 28.90 31.76
ME (MJkg-1 DM) 11.79 11.50 11.50 11.76 11.98 11.51 11.83
Relation CP/ME (g MJkg-1 DM) 9.80 10.00 10.90 10.00 11.60 10.00 9.80

Figure 1 shows the gas in vitro accumulated production at 72 h of fermentation. The higher production corresponded to the control (T1), although did not showed differences with respect to the treatment with 40 % of Piptocoma (T5) (p=0.016). The lower values of gas accumulated production were obtained when including 20 % of Piptocoma (T4). These ones did not differ of the treatment with 40 % of this plant (T5) neither of the supplements with 20 % of Trichantera (T2) and with Hibiscus (T6 and T7).

Figure 1.  Effect of the supplement on the gas in vitro accumulated production at 72 h of fermentation (SE= ±3.71 and p=0.0158)

The IVDDM and IVDOM are show in figures 2 and 3, respectively. The higher values of IDDM corresponded to the control (T1) and the supplements with 20 % of Trichantera inclusion (T2) and 20 and 40 % of hibiscus (T6 and T7) (p<0.008).The lower degradability value was observed when including 40 % of Piptocoma (T5). The supplement with 40 % of Trichantera did not showed differences regarding the supplements with Piptocoma (T4 and T5).

With respect to the IVDOM, the higher degradabilities were for the control and the supplements with 20 % of Trichantera (T2) and with Hibiscus (T6 and T7) (p<0.0001). The rest of the treatments had the fallowing performance: T4 >T3 >T5.

Figure 2.  Effect of the supplement on the IVDDM at 72h of incubation (SE=±3.18 and p=0.0076)
Figure 3.  Effect of the supplement on the IVDOM at 72h of incubation (SE= ±1.02 and p<0.0001)

Often, the manipulation of the composition of the diet nutrients is propose as strategy to improve feeding to more competitive costs and the ruminal fermentation, as well as to increase energy efficiency or reduce the methane production (Baffa et al. 2023Baffa, D.F., Oliveira, T.S., Fernandes, A.M., Camilo, M.G., Silva, I.N., Meirelles Júnior, J.R. & Aniceto, E.S. 2023. Evaluation of associative effects of in vitro gas production and fermentation profile caused by variation in ruminant diet constituents. Methane, 2: 344–360, ISSN: 2674-0389. https://doi.org/10.3390/methane2030023). According to the scrubs characterization in the Amazonian piedmont, the species P. discolor, T. gigantea and H. rosa-sinensis has adequate content of proteins, energy and degradability (Riascos et al. 2020Riascos-Vallejos, A.R., Reyes, J.J. & Aguirre, L.A. 2020. Nutritional characterization of trees from the Amazonian piedmont, Putumayo department, Colombia. Cuban Journal of Agricultural Science, 54(2): 257-265, ISSN: 2079-3480).That is why, their inclusion in the supplements could reduce costs, without affecting their quality and even, to contribute moderate contents of secondary metabolites that will improved the ruminal fermentation and increased the partition of the degraded nutrients to high microbial synthesis and lower gas production per unit of fermented organic matter.

When jointly analyzing the three measured indicator, the control (T1) always showed the higher values of gas production, IVDDM and IVDOM, as it would be when including in the rest of the supplements a fibrous source (20 and 40 %). The supplements with 20 % of Trichantera (T2) and 40 % of Hibiscus (T7) showed high DM and OM degradabilities, but low gas productions regarding the control. A similar performance had the treatment with 20 % of Hibiscus inclusion (T6), so these ones and the previous should be considered to future studies under in vivo conditions.

When these supplements had similar degradabilities with respect to the control, the performance of the gas production showed that these two treatments promote higher synthesis of microbial biomass, which is a desirable thing when using this type of food. Makkar (2000)Makkar, H.P.S. 2000. Applications of the in vitro gas method in the evaluation of feed resources, and enhancement of nutritional value of tannin-rich tree/browse leaves and agro-industrial by-products. Proceeding Meeting IAEA Technical Cooperation Regional AFRA Project. Cairo, Egypt, pp. 23-40. stated that the foods should be selected by having true high degradability and low gas production per unit of degraded substrate.

Otherwise, the supplement with 20 % of Piptocoma showed lower values of IVDDM, IVDOM and gas production. This performance show that this inclusion level of the tropical forage affects the nutritive value of this treatment, so it was rejected as feed option. The same happen with the treatment with 40 % of inclusion of this plant. This performance could be due, probably; to the presence of secondary metabolites that affects the ruminal fermentation. It is know that this species has secondary metabolites that could affects the ruminal fermentation, like polyphenols, alkaloids and, in less amount saponins (Riascos et al. 2020Riascos-Vallejos, A.R., Reyes, J.J. & Aguirre, L.A. 2020. Nutritional characterization of trees from the Amazonian piedmont, Putumayo department, Colombia. Cuban Journal of Agricultural Science, 54(2): 257-265, ISSN: 2079-3480). Likewise, the inclusion of P. discolor granules in ruminal activators showed that the blocks with high levels of this trees had lower IVDDM (Riascos et al. 2024Riascos-Vallejos, A.R., Vargas-Muñoz, D.P., Narvaez-Herrera, J.P. & Quintero-Quintero, L.Y. 2024. Pellets de melaza como activadores ruminales en bovinos en la llanura amazónica del departamento del Putumayo. Livestock Research for Rural Development, 36: Article #7, ISSN: 0121-3784. http://www.lrrd.org/lrrd36/1/3607jupa.html).

The tropical forages species show variation in their nutrients and secondary metabolites content according to their phenological state, age or exposition to biotic and abiotic stress. These changes influence on the fermentation dynamic and the nutrient digestibility (Pérez-Can et al. 2020Pérez-Can, G.E., Tzec-Gamboa, M., Albores-Moreno, S., Sanginés-García, J., Aguilar-Urquizo, E., Chay-Canul, A., Canul-Solis, J., Muñoz-Gonzalez, J., Díaz-Echeverria, V. & Piñeiro-Vázquez, A.T. 2020. Degradabilidad y producción de metano in vitro del follaje de árboles y arbustos con potencial en la nutrición de rumiantes. Acta Universitaria, 30: e2840, 1-13, ISSN: 2007-9621. https://doi.org/10.15174/au.2020.2840). Future studies should deep on these aspects, in a way that can obtain supplements that, in addition to contribute nutrients with low production costs, improve the ruminal fermentation of the basic grass.

It has been proved that the supplementation with protein foliages with a fast availability source energy make more efficient the nitrogen metabolism in the rumen (Arjona-Alcocer et al. 2020Arjona-Alcocer V.A., Aguilar-Pérez C.F., Ku-Vera J.C., Ramírez-Avilés, L. & Solorio-Sánchez, F.J. 2020. Influence of energy supplementation on dietary nitrogen utilization and milk production in cows fed foliage of Leucaena leucocephala. Tropical Animal Health and Production, 52(5): 2319–2325, ISSN: 1573-7438. https://doi.org/10.1007/s11250-020-02254-1). Luna (2021)Luna, M.A.A. 2021. Digestibilidad in vitro de dietas para ovinos de engorda suplementadas con follaje de Tithonia diversifolia. Tesis de Maestría. Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Tizimín, 76 pp report under in vitro conditions improvement in the nitrogen availability and in the energy contribution in diets with T. diversifolia, due to high protein solubility and to the increase in the concentration of non structural carbohydrates in the diet. In this study, the supplements showed high energy content and CP values that exceeded 11.5 %, which guaranteed protein availability by energy unit higher than 9.8 g, although it has been to evaluate in the future the effect of the trees inclusion on the solubility of these proteins in the rumen and their availability at intestinal level.

In addition, the inclusion at 20 and 40 % of trees in the supplements did not caused tannins concentrations that exceeded the 50 g kg-1 DM, level which is consider lower to those that should be correspond to these metabolites has beneficial effects, and also affects the growing of microorganisms in the rumen, the ruminal metabolism and the diet digestibility (Díaz Echevarría et al. 2023Díaz Echeverría, V.F., Sánchez Ramos, A., Albores-Moreno, S., Lara Pérez, L.A., Valencia-Salazar, S.S., Ku-Vera, J.C. & Alayon-Gamboa, J.A. 2023. Valoración nutricional y fermentación in vitro de mezclas de follaje de árboles con harina de yuca en dietas para borregos. Acta Universitaria, 33: e3558, ISSN: 2007-962. http://doi.org/10.15174.au.2023.3558). Therefore, in the case of piptocoma, these metabolites could be the cause of the recorded effects on the degradability of the supplements. These could be due to the particular reactivation of these phenolic compounds that, despite their moderate contents, can have an effect higher than other tannins to same concentrations.

Conclusions

 

The inclusion of 20 % de T. gigantea and 20 and 40 % de H. rosa-sinensis in the concentrate did not affect the DM and OM degradability of the supplement and improved the nutrition partition as to high deposition of the fermented matter as microbial biomass, when decreasing the gas production with respect to the concentrate without trees.

Acknowledgments

 

Thanks to the support offered by Servicio Nacional de Aprendizaje SENA and the biotechnology laboratory, SENNOVA project, Putumayo regional, Colombia.

References

 

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Ciencia Animal

Efecto in vitro de la inclusión de arbóreas forrajeras del pie de monte amazónico en suplementos para bovinos

 

iDA.R. Riascos Vallejos1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.*✉:ariascos@sena.edu.co

iDR. Rodríguez Hernández2Instituto de Ciencia Animal, C. Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

iDLina Y. Quintero1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.

iDDiana P. Vargas1Instituto de Ciencia Animal, C. Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.


1Servicio Nacional de Aprendizaje - SENA. Regional Putumayo. Programa SENNOVA, Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima. Puerto Asís, Putumayo, Colombia.

2Instituto de Ciencia Animal, C. Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba.

 

*Email: ariascos@sena.edu.co

Se evaluaron los efectos in vitro de la inclusión de tres forrajeras nativas y adaptadas al pie de monte amazónico en suplementos para bovinos. Se conformaron siete tratamientos: T1) control (concentrado sin arbóreas), T2 y T3 (20 y 40 % de inclusión de Trichantera gigantea, respectivamente), T4 y T5 (20 y 40 % de inclusión de Piptocoma discolor, respectivamente) y T6 y T7 (20 y 40 % de inclusión de Hibiscus rosa-sinensis, respectivamente). Se aplicó la técnica in vitro de producción de gas y se determinó la degradabilidad in vitro de la materia seca y materia orgánica. Se utilizó diseño completamente aleatorizado con cuatro repeticiones por tratamiento. La mayor producción de gas correspondió al control (T1), aunque no mostró diferencias con respecto al tratamiento con 40 % de Piptocoma (T5) (p=0.016). Los menores valores de producción acumulada de gas se obtuvieron al incluir 20 % de Piptocoma (T4), lo que no difirió de los tratamientos T2, T5, T6 y T7. Los mayores valores de degradabilidad in vitro de la materia seca correspondieron al control (T1) y los suplementos con 20 % de inclusión de Trichantera (T2) y 20 y 40 % de Hibiscus (T6 y T7) (p<0.008). El menor valor de degradabilidad fue para el T5. Las mayores cifras de digestibilidad in vitro de la materia orgánica correspondieron al control y a los suplementos con 20 % de Trichantera (T2) y con Hibiscus (T6 y T7) (p<0.0001). El resto de los tratamientos tuvieron el siguiente comportamiento: T4 > T3 > T5. Se concluye que la inclusión en el concentrado de 20 % de T. gigantea y de 20 y 40 % de H. rosa-sinensis no afectó la degradabilidad de la MS y la MO del suplemento y mejoró la partición de nutrientes a mayor deposición de la materia fermentada como biomasa microbiana, al disminuir la producción de gas con respecto al concentrado sin arbóreas.

Palabras clave: 
fermentación, ganadería, nutrición, Putumayo

Introducción

 

En Colombia, 45 % de la leche se produce en sistemas extensivos basados en pastos de gramíneas con gran contenido de fibra, bajo valor nutritivo y baja producción de biomasa (Blanco-Wells y Günther 2019Blanco-Wells, G. & Günther, M.G. 2019. On crises, ecologies, and transitions: Reflections on latinamerican social theory regarding global environmental change. Revista Colombiana de Sociología, 42(1): 19–40, ISSN: 0120-159X. https://doi.org/10.15446/rcs.v42n1.73190 y Ribeiro da Silva et al. 2021Ribeiro da Silva, T., Granja Salcedo, Y.T., Alvarado Vesga, D. & Duarte Messana, J. 2021. Fuentes Proteicas De Baja Degradación Ruminal Y Su Efecto En La Producción De Metano En Bovinos De Carne. Revista Facultad de Ciencias Agropecuarias -FAGROPEC, 12(2): 232–240, ISSN: 2539-178X. https://doi.org/10.47847/fagropec.v12n2a5). La utilización de concentrados en el trópico resulta prohibitiva para la mayoría de los productores, debido a sus altos precios. La incorporación de follajes de especies arbóreas a concentrados convencionales podría ser una opción más económica. Se conoce que el uso de estas forrajeras con fuentes de energía de fácil fermentación mejora los patrones de fermentación ruminal y aumenta la digestibilidad de la materia seca y la materia orgánica (Díaz Echevarría et al. 2023Díaz Echeverría, V.F., Sánchez Ramos, A., Albores-Moreno, S., Lara Pérez, L.A., Valencia-Salazar, S.S., Ku-Vera, J.C. & Alayon-Gamboa, J.A. 2023. Valoración nutricional y fermentación in vitro de mezclas de follaje de árboles con harina de yuca en dietas para borregos. Acta Universitaria, 33: e3558, ISSN: 2007-962. http://doi.org/10.15174.au.2023.3558).

La técnica de producción de gas in vitro se usa ampliamente en la evaluación del valor nutritivo de nuevos alimentos, suplementos y aditivos, pues constituye un procedimiento menos laborioso y costoso, requiere menos tiempo con respecto a los estudios in vivo (Amanzougarene y Fondevila 2020Amanzougarene, Z. & Fondevila, M. 2020. Fitting of the in vitro gas production technique to the study of high concentrate diets. Animals, 10: 1935, ISSN: 2076-2615. http://dx.doi.org/10.3390/ani10101935) y se combina con mediciones de la degradabilidad de los residuos de la fermentación que tienen alta correlación con la degradabilidad in vivo (Baffa et al. 2023Baffa, D.F., Oliveira, T.S., Fernandes, A.M., Camilo, M.G., Silva, I.N., Meirelles Júnior, J.R. & Aniceto, E.S. 2023. Evaluation of associative effects of in vitro gas production and fermentation profile caused by variation in ruminant diet constituents. Methane, 2: 344–360, ISSN: 2674-0389. https://doi.org/10.3390/methane2030023). Por ello, el objetivo de este trabajo fue evaluar los efectos in vitro de la inclusión de tres forrajeras nativas y adaptadas al pie de monte amazónico en suplementos para bovinos.

Materiales y Métodos

 

Preparación de los tratamientos evaluados

 

Todos los forrajes se obtuvieron en áreas de la finca Villa Lucero, ubicada en las coordenadas 0°35'25.6"N 76°32'05.3"W, municipio de Puerto Asís, Corregimiento de Santana, Departamento del Putumayo, al suroccidente de la República de Colombia, a una altitud de 256 m s.n.m. Las condiciones climáticas se corresponden con la zona de bosque húmedo tropical, con temperatura promedio de 25.3 ºC, humedad relativa de 85 % y una precipitación anual de 3 355 mm (Ruiz y Melo 2022Ruiz, J.F. & Melo, J.Y. 2022. Informe de Predicción Climática a corto, mediano y largo plazo en Colombia. Grupo de Modelamiento de Tiempo y Clima, Subdirección de Meteorología – IDEAM, 10 pp. http://www.ideam.gov.co/documents/21021/120966722/01_Predicci%C3%B3n_Clim%C3%A1tica_Feb_Mar_Abr/7c6e8635-2575-4ea0-b7b0-2bc54256b680?version=1.0 [Consulted: September 25, 2023]).

Se recolectaron muestras de Trichantera gigantea (Acanthaceae), Piptocoma discolor (Asteraceae) y Hibiscus rosa-sinensis (Malvaceae) de un banco forrajero establecido en la finca con plantas de un año, a las que se les realizó manejo agronómico de podas, control de insectos y arvenses. Se dio un corte de establecimiento y se recolectó el rebrote de las plantas a los 60 d por corte manual. El material cortado se secó en estufa de aire forzado a 60 ºC hasta alcanzar peso constante. Posteriormente, el material seco se homogenizó y se molió con un molino de martillo con criba de 1.0 mm.

Se formularon siete suplementos, teniendo en cuenta las recomendaciones del NRC (2001)National Research Council (NRC). 2001. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7th rev. ed. Natl. Acad. Press, Washington DC.. Cada tratamiento consistió en la inclusión de 20 o 40 % de forrajera en el suplemento y un suplemento comercial como control. Se evaluaron los siguientes tratamientos:

  1. Suplemento comercial [T1 Control]

  2. Suplemento comercial con 20 % de inclusión de T. gigantea [T2]

  3. Suplemento comercial con 40 % de inclusión de T. gigantea [T3]

  4. Suplemento comercial con 20 % de inclusión de P. discolor [T4]

  5. Suplemento comercial con 40 % de inclusión de P. discolor [T5]

  6. Suplemento comercial con 20 % de inclusión de H. rosa-sinensis [T6]

  7. Suplemento comercial con 40 % de inclusión de H. rosa-sinensis [T7]

Se prepararon 5 kg de cada tratamiento a evaluar. De cada uno se tomaron muestras para el análisis de laboratorio y los estudios in vitro. Los tratamientos se prepararon en el laboratorio de biotecnología del Centro Agroforestal y Acuícola Arapaima del SENA, Regional Putumayo.

Procedimiento experimental in vitro

 

Se utilizó la técnica de producción de gas in vitro, descrita por Theodorou et al. (1994)Theodorou, M.K., Williams, B.A., Dhanoa, M.S., McAllan, A.B. & France, J. 1994. Simple gas production method using a pressure transducer to determine the fermentation kinetics of ruminant feeds. Animal Feed Science and Technology, 48: 185-197, ISSN: 0377-8401. https://doi.org/10.1016/0377-8401(94)90171-6. Se incubó 1.0 g de MS de cada tratamiento en botellas de vidrio color ámbar de 110 mL en medio de cultivo y un inóculo microbiano (en proporción 85:10). Se utilizó como inóculo el contenido ruminal de tres novillos mestizos de Holstein, obtenido durante el proceso de faenado en un centro de beneficio, según los estándares certificados de bienestar animal. Los animales se alimentaron con una dieta basada en pastos de gramíneas tropicales y tuvieron libre acceso al agua y a sales minerales. El contenido ruminal de cada animal se recolectó y se conservó en termos cerrados hasta llegar al laboratorio, donde se filtró y se mezclaron los inóculos en proporciones iguales.

Las botellas se sellaron y se incubaron en baño de agua a temperatura controlada (39 ºC). Se tomó ese momento como la hora cero de la incubación. Se incubaron cuatro botellas por tratamiento y cuatro botellas sin sustrato como blanco.

La producción de gas se midió hasta las 72 h de incubación por medio de un transductor de presión (Autonics, modelo PSA-1) con lector digital. Al finalizar cada lectura, las botellas se agitaron manualmente. Cuando terminó la incubación, se abrieron y su contenido se filtró a través de bolsas de nailon (45μm de porosidad) taradas previamente en balanza analítica (OHAUS, ax224/e, ± 0.0001). Las bolsas con los residuos de la fermentación se secaron hasta alcanzar peso constante. Se utilizó una estufa de aire forzado con temperatura regulada a 60 ºC durante 72 h. Se determinó por gravimetría la degradabilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) y la materia orgánica (DIVMO) de los suplementos evaluados, entendida como la diferencia de estos dos indicadores. Esto es: la diferencia entre el sustrato incubado y el residuo de la fermentación, expresado como proporción del sustrato incubado y multiplicado por 100 (%), respectivamente.

Análisis químico

 

Se determinó materia seca (MS), materia orgánica (MO), extracto etéreo (EE) y proteína bruta (PB), según AOAC (2016)AOAC. Official methods of analysis of AOAC. 2016. International. 20. ed., Rockville MD: AOAC International, Latimer, George W. Jr. ISBN: 9780935584875. http://www.directtextbook.com/isbn/9780935584875. [Consulted: Octubre 15, 2023]. La fibra detergente neutro (FDN) y detergente ácido (FDA) se obtuvieron mediante el procedimiento descrito por van Soest et al. (1991)Van Soest, P.J., Robertson, J.B. & Lewis, B.A. 1991. Methods for dietary fibre, neutral detergent fibre, and nonstarch polysaccharides in relation to animal nutrition. Journal of Dairy Science, 74(10): 3583–3597, ISSN: 1525-3198. https://doi.org/10.3168/jds.S0022-0302(91)78551-2.

Análisis estadístico

 

Para determinar el efecto de la inclusión de las especies forrajeras en los tratamientos se utilizó un diseño completamente aleatorizado con cuatro repeticiones, lo que correspondió a cada botella o bolsa por suplemento. Los resultados se analizaron por ANOVA mediante el paquete estadístico InfoStat (Di Rienzo et al. 2012Di Rienzo, J.A., Casanoves, F., Balzarini, M.G., González, L., Tablada, M. & Robledo, C.W. 2012. InfoStat, versión 2012. Universidad Nacional de Córdoba, Argentina. http://www.infostat.com.ar). Cuando se encontraron diferencias (P<0.05), las medias de los tratamientos se compararon por la dócima de rangos múltiple de Duncan (1955)Duncan, D. B. 1955. Multiple Range and Multiple F Tests. Biometrics, 11(1): 1–42, ISSN: 0006-341X. http://doi.org/10.2307/3001478.

Resultados y Discusión

 

En la tabla 1 se muestra la composición química de los suplementos evaluados. Se formuló sobre la base de elaborar tratamientos isoenergéticos y con variación en PB, que no superaran 3 % entre los suplementos con menor y mayor contenido de proteínas. La relación proteína/EM se mantuvo entre 9.8 y 11.6 g MJkg MS-1, aspecto a considerar porque un cambio en el aporte de proteínas puede influir en el rendimiento productivo del bovino, al modificarse el plano general de nutrición.

Tabla 1.  Composición química de los suplementos evaluados
Tratamientos T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7
MS, % 88.70 89.08 90.22 89.81 91.57 88.88 90.66
MO, % 96.87 96.30 94.04 96.20 95.00 97.14 95.82
Extracto etéreo, % 4.96 6.44 9.32 6.98 7.98 2.72 5.65
Proteína bruta, % 11.53 11.50 12.49 11.78 13.95 11.50 11.54
FDN 49.03 50.56 52.57 45.83 52.12 53.99 53.98
FDA 28.32 26.81 28.06 28.27 29.27 28.90 31.76
EM (MJkg-1 MS) 11.79 11.50 11.50 11.76 11.98 11.51 11.83
Relación PB/EM (g MJkg-1 MS) 9.80 10.00 10.90 10.00 11.60 10.00 9.80

En la figura 1 se muestra la producción acumulada de gas in vitro a las 72 h de fermentación. La mayor producción correspondió al control (T1), aunque no mostró diferencias con respecto al tratamiento con 40 % de Piptocoma (T5) (p=0.016). Los menores valores de producción acumulada de gas se obtuvieron al incluir 20 % de Piptocoma (T4). Estos no difirieron del tratamiento con 40 % de esta planta (T5) ni de los suplementos con 20 % de Trichantera (T2) y con Hibiscus (T6 y T7).

Figura 1.  Efecto del suplemento en la producción de gas acumulada in vitro a las 72 h de incubación (EE= ±3.71 y p=0.0158)

Las DIVMS y DIVMO se presentan en las figuras 2 y 3, respectivamente. Los mayores valores de DIVMS correspondieron al control (T1) y los suplementos con 20 % de inclusión de Trichantera (T2) y 20 y 40 % de Hibiscus (T6 y T7) (p<0.008). El menor valor de degradabilidad se observó al incluir 40 % de Piptocoma (T5). El suplemento con 40 % de Trichantera no mostró diferencias respecto a los suplementos con Piptocoma (T4 y T5).

En cuanto a la DIVMO, las mayores degradabilidades se registraron para el control y los suplementos con 20 % de Trichantera (T2) y con Hibiscus (T6 y T7) (p<0.0001). El resto de los tratamientos tuvieron el comportamiento siguiente: T4 >T3 >T5.

Figura 2.  Efecto del suplemento en la DIVMS a las 72 h de incubación (EE=±3.18 y p=0.0076)
Figura 3.  Efecto del suplemento en la DIVMO a las 72 h de incubación (EE= ±1.02 y p<0.0001)

A menudo, la manipulación de la composición de los nutrientes de la dieta se propone como estrategia para mejorar la alimentación a costos más competitivos y la fermentación ruminal, así como para incrementar la eficiencia energética o reducir la producción de metano (Baffa et al. 2023Baffa, D.F., Oliveira, T.S., Fernandes, A.M., Camilo, M.G., Silva, I.N., Meirelles Júnior, J.R. & Aniceto, E.S. 2023. Evaluation of associative effects of in vitro gas production and fermentation profile caused by variation in ruminant diet constituents. Methane, 2: 344–360, ISSN: 2674-0389. https://doi.org/10.3390/methane2030023). Según la caracterización de arbustos en el pie de monte amazónico, las especies P. discolor, T. gigantea e H. rosa-sinensis presentan contenido adecuado de proteínas, energía y degradabilidad (Riascos et al. 2020Riascos-Vallejos, A.R., Reyes, J.J. & Aguirre, L.A. 2020. Nutritional characterization of trees from the Amazonian piedmont, Putumayo department, Colombia. Cuban Journal of Agricultural Science, 54(2): 257-265, ISSN: 2079-3480). Por ello, su inclusión en los suplementos podría abaratar costos, sin afectar la calidad de aquellos e incluso, aportar contenidos moderados de metabolitos secundarios que mejorasen la fermentación ruminal e incrementasen la partición de los nutrientes degradados hacia mayor síntesis microbiana y menor producción de gas por unidad de materia orgánica fermentada.

Al analizar de manera conjunta los tres indicadores medidos, el control (T1) siempre mostró los mayores valores de producción de gas, DIVMS y DIVMO, como se debía esperar al incluir en el resto de los suplementos una fuente fibrosa (20 y 40 %). Los suplementos con 20 % de Trichantera (T2) y 40 % de Hibiscus (T7) mostraron altas degradabilidades de MS y MO, pero bajas producciones de gas respecto al control. Un comportamiento similar tuvo el tratamiento con 20 % de inclusión de Hibiscus (T6), por lo que estos y los anteriores se deben considerar para futuros estudios en condiciones in vivo.

Al tener estos suplementos similares degradabilidades con respecto al control, el comportamiento de la producción de gas indicó que estos dos tratamientos promovieron mayor síntesis de biomasa microbiana, lo que es algo deseable al utilizar este tipo de alimento. Makkar (2000)Makkar, H.P.S. 2000. Applications of the in vitro gas method in the evaluation of feed resources, and enhancement of nutritional value of tannin-rich tree/browse leaves and agro-industrial by-products. Proceeding Meeting IAEA Technical Cooperation Regional AFRA Project. Cairo, Egypt, pp. 23-40. planteó que los alimentos se deben seleccionar por tener degradabilidad elevada verdadera y baja producción de gas por unidad de sustrato degradado.

Por el contrario, el suplemento con 20 % de Piptocoma mostró valores menores de DIVMS, DIVMO y producción de gas. Este comportamiento indica que ese nivel de inclusión del forraje tropical afectó el valor nutritivo de ese tratamiento, por lo que se descartó como opción alimentaria. Lo mismo sucedió con el tratamiento con 40 % de inclusión de esta planta. Este comportamiento se puede deber, probablemente, a la presencia de metabolitos secundarios que afectan la fermentación ruminal. Se sabe que esta especie tiene metabolitos secundarios que pueden afectar la fermentación ruminal, como polifenoles, alcaloides y, en menor medida, saponinas (Riascos et al. 2020Riascos-Vallejos, A.R., Reyes, J.J. & Aguirre, L.A. 2020. Nutritional characterization of trees from the Amazonian piedmont, Putumayo department, Colombia. Cuban Journal of Agricultural Science, 54(2): 257-265, ISSN: 2079-3480). Asimismo, la inclusión de P. discolor en activadores ruminales en forma de granulado dejó ver que los bloques con mayores niveles de esta arbórea tuvieron menor DIVMS (Riascos et al. 2024Riascos-Vallejos, A.R., Vargas-Muñoz, D.P., Narvaez-Herrera, J.P. & Quintero-Quintero, L.Y. 2024. Pellets de melaza como activadores ruminales en bovinos en la llanura amazónica del departamento del Putumayo. Livestock Research for Rural Development, 36: Article #7, ISSN: 0121-3784. http://www.lrrd.org/lrrd36/1/3607jupa.html).

Las especies forrajeras tropicales muestran variaciones en su contenido de nutrientes y metabolitos secundarios según su estado fenológico, edad o exposición a estrés bióticos y abióticos. Estos cambios influyen en la dinámica de fermentación y la digestibilidad de los nutrientes (Pérez-Can et al. 2020Pérez-Can, G.E., Tzec-Gamboa, M., Albores-Moreno, S., Sanginés-García, J., Aguilar-Urquizo, E., Chay-Canul, A., Canul-Solis, J., Muñoz-Gonzalez, J., Díaz-Echeverria, V. & Piñeiro-Vázquez, A.T. 2020. Degradabilidad y producción de metano in vitro del follaje de árboles y arbustos con potencial en la nutrición de rumiantes. Acta Universitaria, 30: e2840, 1-13, ISSN: 2007-9621. https://doi.org/10.15174/au.2020.2840). Futuros estudios deben profundizar en estos aspectos, de manera que se puedan obtener suplementos que, además de aportar nutrientes con menores costos de producción, mejoren la fermentación ruminal del pasto base.

Se ha comprobado que la suplementación con follajes proteicos con una fuente de energía de rápida disponibilidad hace más eficiente el metabolismo del nitrógeno en el rumen (Arjona-Alcocer et al. 2020Arjona-Alcocer V.A., Aguilar-Pérez C.F., Ku-Vera J.C., Ramírez-Avilés, L. & Solorio-Sánchez, F.J. 2020. Influence of energy supplementation on dietary nitrogen utilization and milk production in cows fed foliage of Leucaena leucocephala. Tropical Animal Health and Production, 52(5): 2319–2325, ISSN: 1573-7438. https://doi.org/10.1007/s11250-020-02254-1). Luna (2021)Luna, M.A.A. 2021. Digestibilidad in vitro de dietas para ovinos de engorda suplementadas con follaje de Tithonia diversifolia. Tesis de Maestría. Tecnológico Nacional de México, Instituto Tecnológico de Tizimín, 76 pp informa en condiciones in vitro mejora en la disponibilidad de nitrógeno y en el aporte energético en dietas con T. diversifolia, debido a mayor solubilidad de la proteína y al aumento en la concentración de carbohidratos no estructurales en la dieta. En el presente estudio, los suplementos mostraron alto contenido de energía y valores de PB que sobrepasaron 11.5 %, lo que garantizó una disponibilidad de proteínas por unidad de energía superior a los 9.8 g, aunque habría que evaluar en el futuro el efecto de la inclusión de las arbóreas en la solubilidad de esas proteínas en el rumen y su disponibilidad a nivel intestinal.

Además, la inclusión al 20 y 40 % de las arbóreas en los suplementos no provocó concentraciones de taninos que superaran los 50 g kg-1 MS, nivel que se considera inferior al que debe corresponder a estos metabolitos para que tengan efectos beneficiosos, y por encima del cual afectan el crecimiento de los microorganismos en el rumen, el metabolismo ruminal y la digestibilidad de la dieta (Díaz Echevarría et al. 2023Díaz Echeverría, V.F., Sánchez Ramos, A., Albores-Moreno, S., Lara Pérez, L.A., Valencia-Salazar, S.S., Ku-Vera, J.C. & Alayon-Gamboa, J.A. 2023. Valoración nutricional y fermentación in vitro de mezclas de follaje de árboles con harina de yuca en dietas para borregos. Acta Universitaria, 33: e3558, ISSN: 2007-962. http://doi.org/10.15174.au.2023.3558). No obstante, en el caso de Piptocoma, estos metabolitos pudieron ser la causa de los efectos registrados en la degradabilidad de los suplementos. Esto se podría deber a la reactividad particular de estos compuestos fenólicos que, a pesar de sus contenidos moderados, pueden tener un efecto mayor que otros taninos a iguales concentraciones.

Conclusiones

 

La inclusión en el concentrado de 20 % de T. gigantea y 20 y 40 % de H. rosa-sinensis no afectó la degradabilidad de la MS y la MO del suplemento y mejoró la partición de nutrientes en cuanto a mayor deposición de la materia fermentada como biomasa microbiana, al disminuir la producción de gas con respecto al concentrado sin arbóreas.

Agradecimientos

 

Se agradece el apoyo ofrecido por el Servicio Nacional de Aprendizaje SENA y el laboratorio de biotecnología, proyecto SENNOVA, regional Putumayo, Colombia.