Variación genotípica en la calidad nutricional de veintidós procedencias de Trichanthera gigantea (H & B) Nees

S D Ospina, J E Ararat* y M Rosales**

 Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria – CIPAV, Cali, Colombia, soniad@cipav.org.co
* Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira, Valle del Cauca, Colombia
** Virtual Research and Development Centre, Livestock, Environment and Development (LEAD) Initiative FAO, Rome, Italia

Resumen

Fueron caracterizadas 22 procedencias de Trichanthera gigantea con base en caracteres de producción y calidad nutricional. El material vegetal estuvo sembrado en vivero en Cali, Valle del Cauca, Colombia. Fue realizado un corte de uniformidad y dos experimentales a intervalos de 90 días. Se determinó el contenido de materia seca (MS), proteína cruda (PC), fibra detergente ácida (FDA), fibra detergente neutra (FDN), taninos condensados extractables (TCE), digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) y fermentabilidad in vitro por el método de producción de gas (PG). Técnicas de análisis univariado y multivariado de datos (análisis de varianza, análisis de componentes principales y análisis de clasificación jerárquico), permitieron detectar diferencias significativas entre las procedencias, en caracteres de producción y calidad nutricional (composición química, digestibilidad y fermentabilidad). La diversidad genética que presentaron las procedencias de Trichanthera gigantea sólo es atribuible a las diferencias de origen geográfico, como resultado del proceso de colonización y adaptación de la especie en condiciones de aislamiento geográfico y en ambientes diferentes al sitio de origen. La fermentabilidad in vitro y la producción de forraje verde fueron las dos variables que se encontraron más asociadas al origen geográfico de las procedencias; en particular, los materiales del Valle del Cauca, Colombia, se destacaron por su alta fermentabilidad y menor producción forrajera, mientras que los de origen venezolano mostraron baja fermentabilidad pero alta producción de forraje.

Palabras claves: Trichanthera gigantea, procedencias, potencial forrajero, composición química, digestibilidad, fermentabilidad.

Abstract

Genotypic variation in the nutritional quality of twenty-two provenances of  Trichanthera gigantea (H & B) Nees

Twenty-two provenances of Trichanthera gigantea were characterized for yield and forage quality characters. The vegetative material was sown in a tree nursery in Cali, province of Cauca Valley, Colombia. A cut of uniformity was made at the start followed by  two experimental harvests at intervals of ninety days. Dry matter (DM), crude protein (CP), acid detergent fibre (ADF), neutral  detergent fibre (NDF), extractable condensed tannins (ECT), in vitro dry matter digestibility (IVDMD), in vitro fermentability by the gas production method (GP). Statistical techniques of univaried and multivaried analysis (variance, correlation, principal components and hierarchical classification) detected significant differences among provenances, in chemical characters associated with production and forage quality (chemical composition, digestibility and fermentability). The genetic diversity presented in the 22 provenances is attributable to differences of geographical origin of the materials, as a result of the colonization process and adaptation of the species to conditions of geographical isolation in environments different to the original site. The in vitro fermentability and the forage yield were associated with the geographical origin of the provenances; the provenances from the Cauca Valley, Colombia presented high fermentability and low forage yield, while those of Venezuela were of low fermentability but with high forage yield.

Key words: Trichanthera gigantea, provenances, forage potential, chemical composition, digestibility, fermentability.

Introducción

El Nacedero Trichanthera gigantea, especie arbórea con enorme potencial forrajero, ha despertado en los últimos años un inusitado interés investigativo, tanto en Instituciones nacionales como extranjeras, por su valor nutricional, posibilidad de convertirse en excelente oferta alimenticia para diferentes especies animales y gran adaptación a diversos sistemas agrosilvopastoriles del trópico y subtrópico americano y asiático (Ospina 2000).

Evaluaciones hechas con dietas suministradas a diferentes especies animales, principalmente monogástricos, han arrojado resultados variables presumiblemente debido a variación de tipo genético en la calidad de los materiales utilizados (Rosales y Ríos 1999). Para determinar si la variación fenotípica observada era de origen genético, ambiental, o producto de la interacción genotipo x ambiente, la Fundación CIPAV estableció una colección de procedencias, con materiales de regiones colombianas y venezolanas (Rosales 1997). Estudios preliminares sobre caracterización morfoagronómica y bioquímica (uso de patrones isoenzimáticos) de los materiales disponibles en el banco, confirmaron la existencia de alta variabilidad genética intraespecífica, cuya expresión en caracteres agronómicos como capacidad de rebrote después del corte, producción de biomasa y en caracteres asociados con calidad nutricional, deben ser investigados.

El objetivo del presente trabajo fue estudiar la variabilidad genética en 22 procedencias de Trichanthera gigantea con base en caracteres de producción, composición química, digestibilidad y fermentabilidad; como criterios para seleccionar procedencias promisorias por su potencial forrajero.

Materiales y métodos

El trabajo de campo se llevó a cabo en un vivero, localizado en Cali, Valle del Cauca, Colo³mbia, a 1042 msnm. con una precipitación promedia durante el periodo experimental de 1887 mm anuales. Los análisis químicos fueron realizados en el laboratorio de Calidad de Forrajes del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT).

Establecimiento de la colección

Cinco estacas (de 30 a 40 cm. de longitud, con 2 yemas) por procedencia, obtenidas de árboles establecidos desde 1992, fueron sembradas en macetas de 0.4 m³ con sustrato compuesto de suelo, arena y lombriabono, en proporción 3:1:1 respectivamente. Siete meses después de la siembra se realizó un corte de uniformidad siguiendo tres criterios: a) igual altura de corte, b) defoliación total, c) poda de rebrotes dejando únicamente el tallo principal. Las 66 unidades experimentales (22 procedencias x 3 repeticiones) que finalmente fueron introducidas al ensayo, se distribuyeron en el área del vivero siguiendo un diseño de bloques completos al azar.

Muestreos experimentales

Se realizaron dos cortes con intervalos de 90 días, contados a partir del corte de uniformidad. Se cosechó y pesó por separado la biomasa de hojas completas (incluyendo pecíolos) y la de tallos delgados. La muestra para laboratorio se extrajo de la biomasa acumulada en hojas completas.

Análisis químico

Los contenidos de materia seca (MS) y materia orgánica (MO) fueron determinados por métodos estándar, proteína cruda (PC) por el método Kjeldhal, (AOAC 1990), fibra detergente neutra (FDN) y fibra detergente ácida (FDA) por Van Soest y Wine (1967), taninos condensados extractables (TCE) por Terrill et al (1992), digestibilidad in vitro de la materia seca (DIVMS) por Tilley y Terry (1963). Para estimar la acción de la flora micobial del rumen sobre el forraje y la cinética de degradación del mismo, se realizó la prueba de fermentabilidad in vitro por Theodorou et al (1994). Los resultados obtenidos en cuanto a producción de gas a través del tiempo, se ajustaron para cada procedencia de acuerdo al modelo de Gompertz sugerido por Schofield et al (1994).

Análisis de la información

Para probar la hipótesis sobre la existencia de variabilidad genotípica entre procedencias, con las variables asociadas a producción de forraje y calidad nutricional (composición química, digestibilidad y fermentabilidad) se realizó análisis de varianza (ANOVA) y la prueba multirango de Duncan para comparar entre los promedios de las procedencias (SAS 1990).

Los promedios de las variables de producción y calidad de cada procedencia se integraron en los denominados índices de potencial forrajero: Índice de Calidad Estandarizado (ICE), Índice de Rendimiento y Calidad Estandarizado (IRCE) y el Índice de Rendimiento y Calidad Estandarizado Ponderado (IRCEP). El índice de potencial para una procedencia es el valor resultante de sumar las contribuciones de las diferentes características a la configuración del índice. El aporte de una característica se expresa como la desviación entre el promedio de dicha característica medida en la procedencia de interés y el promedio general de todas las procedencias, en unidades de desviación estándar general (Stewart y Dunsdon 1998; Stewart 1999), ver ecuación 1.

IPF (Pr) = å ( Xi _(Pr) – X _(i) ) / S _(i)

Ecuación 1. Índice de Potencial Forrajero para la procedencia Pr

Xi _(pr): Promedio de la i - ésima característica para la procedencia Pr con i: 1,2;...k características

X _(i): Promedio general de la característica i - ésima considerando todas las procedencias

S _(i): Desviación estándar general de la característica i - ésima considerando todas las procedencias

Dado que los especialistas en nutrición animal consideran que ciertos factores nutricionales son de mayor relevancia que otros, al momento de juzgar un forraje, en el presente trabajo se diseñó el IRCEP, el cual asigna a la contribución de cada variable un factor ponderado, asociado con la importancia relativa de dicha variable en la consolidación de la producción y calidad de la procedencia. El procedimiento para hallar el IRCEP está basado en la ecuación 1, pero adicionalmente se integra un factor de ponderación para cada variable (Ospina 2000), ver ecuación 2. 

IRCEP (Pr) = å Fi ( Xi _(Pr) – X _(i) ) / S _(i)

Ecuación 2. Índice de Rendimiento y Calidad Estandarizado Ponderado para la Procedencia Pr

Fi: Factor de calificación de calidad y rendimiento ponderado para la procedencia Pr

Xi _(pr): Promedio de la i - ésima característica para la procedencia Pr con i: 1,2;...k características

X _(i): Promedio general de la característica i - ésima considerando todas las procedencias

S _(i): Desviación estándar general de la característica i - ésima considerando todas las procedencias

Finalmente las variables cuantitativas de producción y calidad nutricional, los índices de selección y los parámetros de la prueba de fermentabilidad in vitro se reunieron en una matriz de promedios (procedencias por variables) que se utilizó como “materia prima” para el análisis multivariado de componentes principales (SAS 1990).

Resultados y discusión

La Tabla 1 presenta los promedios por procedencia para algunos caracteres asociados con producción forrajera, composición química, digestibilidad y fermentabilidad, al igual que un resumen de los resultados del análisis de varianza: media general, F calculado (Fc) para la prueba de hipótesis sobre igualdad de medias entre procedencias y entre cortes, coeficiente de variación (CV) y diferencia mínima significativa (DMS) entre procedencias.

Algunas procedencias mostraron diferencias significativas (P<0.05) ó altamente significativas (P<0.01), en su aptitud promedia para producción de forraje. Dichas diferencias sólo pueden ser atribuibles al origen geográfico de las procedencias. Tomando en consideración que a través de procesos de colonización, adaptación, reproducción vegetativa sucesiva y en condiciones de aislamiento geográfico, puede motivarse, algún tipo de variación genética ó lo que Vega (1988) reporta como un proceso de especiación. De igual forma los altos coeficientes de variación asociados con los caracteres cuantitativos, sumado a las variaciones observadas en descriptores morfológicos, confirman la diversidad genética de la especie. Sirva de ejemplo la variación observada en el área foliar, carácter ligado directamente con la capacidad fotosintética de la planta. Este rasgo fluctuó entre 45 y 107 cm²/hoja en el estrato superior (CV = 27) y entre 30 y 68 cm²/hoja en el estrato medio (CV = 30). La variación en la relación hoja : tallo, carácter asociado con calidad nutricional estuvo entre 1.98 y 19.83 (CV = 186). También, se destacan las fluctuaciones ocurridas en la producción de forraje verde (PFV) y la composición en PC.

Las diferencias entre promedios de procedencias fueron significativas (P<0.05) para todas las variables de composición química y calidad nutricional, excepto para FDN. Cabe anotar que en los caracteres de composición química y digestibilidad la variación genética entre procedencias no fue tan acentuada como en los caracteres de producción forrajera; debido a que aquellos son rasgos intrínsecos con la estructura química de la especie, más estables a los cambios y adaptaciones y controlados por genes a nivel nuclear que sólo podrían ser modificados mediante mutaciones inducidas a nivel experimental, en laboratorios o centros de investigación (Vega 1988).

Los resultados de la prueba de taninos condensados extractables fueron negativos, no se encontró este tipo compuesto en ninguna de las muestras estudiadas. La capacidad de fermentación de las procedencias, estimada a través de la mayor o menor producción de gas,  fue altamente significativa en el primer corte e igualmente significativa en el segundo corte. Se encontraron materiales con incrementos cada vez mayores en la tasa de fermentación y menor duración de la fase de producción de gas nula (o fase lag), lo que indica la rápida colonización del material por parte de la flora microbiana. Desde el punto de vista de la nutrición animal, las procedencias con mayor producción de gas y rápida tasa de fermentación, son potencialmente las de mejor aprovechamiento, considerando que se requiere un tiempo menor para que el forraje sea degradado por la flora ruminal. 

Índices de potencial forrajero

Debido a que el potencial forrajero de una planta no sólo depende de la producción de biomasa, sino también de su aptitud para el consumo y de su calidad nutricional, varios autores consideran que este debería expresarse considerando el aporte conjunto de la composición química "per sé", de la digestibilidad in vitro y de la eficiencia de extracción y absorción de nutrientes en el proceso de digestión. En este estudio para integrar toda la información que se generó en la caracterización cuantitativa, para poder comparar y seleccionar procedencias sobresalientes, se construyeron tres índices de selección: ICE, IRCE y el IRCEP. Las procedencias que exhibieron los más altos promedios para las variables que se contemplan en cada índice, fueron también las que recibieron la más alta calificación según el índice que se tratara.

El ICE combina caracteres asociados con composición química (PC, FDN), DIVMS y PG. Con base en este criterio se pudo establecer los materiales más destacados por su calidad nutritiva potencial. El IRCE incluye además de los parámetros de composición química (PC, FDN), DIVMS Y PG, la producción forrajera, expresada en MS. El IRCEP integra los parámetros de calidad y de producción de forraje, además pondera la importancia relativa de cada uno de ellos en la consolidación de la aptitud forrajera de una procedencia. Las procedencias de mejor desempeño según los resultados del IRCEP debieran ser incorporadas a programas de multiplicación, mejoramiento y selección, en futuros trabajos de investigación (Tabla 2).

Análisis de componentes principales

Las matriz de promedios de orden 22 procedencias x 30 variables cuantitativas asociadas con caracteres de producción y calidad nutricional, se redujo después de identificar los bloques de variables correlacionadas (con información redundante) a una matriz de 22 procedencias x 9 variables. Finalmente las variables consideradas en el análisis de componentes principales fueron: RHT, PC, PG, DIVMS, FDN, FDA, PFV, AF, MS. Los cuatro primeros componentes principales explicaron el 77% de la varianza total de la matriz original (Tabla 3). La Tabla 4 presenta las correlaciones entre las variables y los componentes principales, lo que permite identificar cuáles variables explican la conformación de cada uno de los componentes. 

El primer componente principal, estuvo altamente correlacionado con la cinética de la fermentación a través del método de PG, el segundo con la relación entre DIVMS, contenido celular (FDN) y fracción ligno celulósica (FDA), el tercero explicó la influencia de la DIVMS sobre la PG, y el cuarto representó la RHT y su influencia en el contenido de PC.  

El análisis de conglomerados permitió la identificación de cinco grupos de procedencias al nivel 0.13% de la varianza total, que explica la fuente de variación y separación de los grupos. Cada uno de los grupos presenta características de producción forrajera y calidad nutricional muy similares entre las procedencias que lo conforman (Figura 1).

Grupo 1: Reúne las procedencias que presentaron mayor RHT y composición en PC, bajo contenido celular (FDN) y fracción ligno-celulósica (FDA), pero muy escasa PG; localidades de Campo Elías, Biscucuy, Tres Esquinas, Turén (Venezuela) y la procedencia de El Retorno (Colombia).

Grupo 2: Este grupo se distinguió por la más alta DIVMS y PG; localidad de Boconó (Venezuela).

Grupo 3: Presenta las procedencias con menor PFV, bajo contenido celular (FDN) y fracción ligno-celulósica (FDA); localidades de Soatá, Chíscas, Caldono, Rionegro, Cali, Barbosa y Puerto Gaitán. Todas de origen colombiano, pero distribuidas en distintas condiciones agroclimáticas.

Grupo 4: Las procedencias de este grupo se caracterizaron por el más alto contenido celular (FDN) y fracción ligno-celulósica (FDA), características que no afectaron la expresión de otros rasgos de calidad nutricional importantes como la DIVMS y el contenido de PC, cuyos valores medios fueron similares al promedio de la colección; localidades de Puerto Gaitán 1 (Colombia) Rubio y Guanare (Venezuela).

Grupo 5: Este grupo se diferenció por la menor RHT, también asociada a menor composición en PC. Este grupo mostró la mayor PG, durante ambos cortes; las procedencias que lo integran son todas de origen colombiano con excepción de la procedencia Las Cruces, de origen Venezolano, las demás procedencias son de diferentes municipios del Valle del Cauca, como El Cerrito, Buenaventura, Dagua, Sevilla y Ansermanuevo

 

 

 

 

 Figura 1. Dendograma de agrupamiento de 22 procedencias de Trichanthera gigantea.

 La tendencia general en las procedencias de los grupos 1 y 5 es presentar menor composición en PC, sin afectar la PG. Al parecer otros factores como la composición de la pared celular (FDN), la fracción ligno-celulósica (FDA) y además como lo indicó Rosales y Ríos (1999), los carbohidratos no estructurales, en el caso de Trichanthera gigantea, son los constituyentes principales del sustrato para la fermentación bacteriana. Por lo tanto influyen directamente sobre la mayor o menor eficiencia en la degradación microbial, la cinética de la fermentación y la PG.

Selección de procedencias promisorias

El objetivo de la selección de procedencias de Trichanthera gigantea con base en atributos asociados a producción de forraje y calidad nutritiva, es identificar aquellas procedencias que superen el potencial productivo y las expectativas de uso en los sistemas donde tradicionalmente se ha establecido. Se espera que materiales de buen desempeño bajo las condiciones de este estudio sean también los de mejor comportamiento cuando se establezcan en campo. Para la selección de procedencias elite se consideraron no sólo los resultados derivados de las pruebas cuantitativas para rasgos de producción y calidad nutricional, sino también las calificaciones obtenidas según el IRCEP. Las procedencias destacables por su producción forrajera fueron: El Retorno, Rubio, Tres Esquinas, Turen, Boconó. Este grupo es diferente a los que sobresalieron en rasgos de calidad nutricional: Dagua, Sevilla, Puerto Gaitán 1. Estos resultados confirmaron que las procedencias venezolanas y la de El Retorno, Guaviare (Colombia) poseen un gran potencial para producción de forraje. Además, de acuerdo con la caracterización morfológica desarrollada por Ospina y Rosales (2001), este grupo se diferenció claramente de las procedencias colombianas.

Para la selección con base en el IRCEP, se asume que una procedencia elite, es aquella que presenta un IRCEP > 0; es decir, su desempeño en promedio es superior al promedio de la colección. En orden de importancia las procedencias "elite" con base en el IRCEP fueron: Boconó, Tres Esquinas, Sevilla, El Cerrito, Biscucuy, Ansermanuevo, Rubio, El Retorno, Puerto Gaitán 1, Las Cruces. Cinco de las anteriores son de origen venezolano y coinciden en el grupo destacado para producción forrajera, las demás de origen colombiano: El Cerrito, Sevilla, Ansermanuevo (Valle del Cauca), El Retorno y Puerto Gaitán 1.

Agradecimiento

Agradecimientos a las instituciones que apoyaron decisivamente la realización de esta investigación: La Fundación Centro para la Investigación en Sistemas Sostenibles de Producción Agropecuaria – CIPAV, la Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira y el Laboratorio de Calidad de Forrajes del Centro Internacional de Agricultura Tropical - CIAT.

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