Valor nutritivo de siete ecotipos de Tithonia diversifolia colectados en la zona oriental de Cuba

R Rodríguez, J Galindo, T E Ruiz, C Solis¹, I Scull y S Gómez

Instituto de Ciencia Animal, Carretera Central, km 47 ½, San José de las Lajas, Mayabeque, Cuba
rrodriguez@ica.co.cu
¹ Facultad de Ciencias Agropecuarias, Universidad de Panamá, Convenio SENACYT-IFARHU, Chiriquí, República de Panamá

Resumen

Para evaluar el valor nutritivo de siete ecotipos de T. diversifolia colectados en la región oriental de Cuba, se realizaron tres experimentos in vitro en los que se estudió la producción de gas, el efecto de los taninos en los niveles de amoníaco y los estimados de degradabilidad de la materia orgánica (DMO); así como se estimó la degradabilidad in vitro del nitrógeno (DIVN). Para la producción de gas in vitro no hubo interacción entre los factores ecotipos y horarios (p> 0.05), en ninguna de las tres fases en que se dividió la fermentación. En cuanto a los tratamientos, en la fase inicial de la fermentación los ecotipos de tithonia no difirieron entre sí (p= 0.0854). Sin embargo, en la fase intermedia el Ecotipo 24 produjo más gas que los ecotipos 12, 17 y 23, aunque no difirió del resto (p< 0.0001). En la fase final, el Ecotipo 24 produjo más gas que el resto (p< 0.0001). Para las variables NH₃, DMO y EM, no hubo interacción entre los ecotipos y la presencia de taninos (efecto PEG) ni efecto individual del factor presencia de taninos (p> 0.05). El factor Ecotipo sí tuvo efecto en los indicadores determinados (p< 0.05), pues la concentración de nitrógeno amoniacal del Ecotipo 24 fue mayor respecto a los Ecotipos 2 y 3 (p=0.0241). Además, este Ecotipo 24 mostró mayor DMO que los ecotipos 2 y 12 (p= 0.0409). Todos los ecotipos mostraron alta DIVN, superior al 63%, la mayor correspondió al Ecotipo 2 y la menor al 24, que no difirió del Ecotipo 23 (p=0.002). Se pudo aglomerar los Ecotipos en tres grupos, uno formado por los Ecotipos 23 y 24, otro por 12 y 17, y un tercer grupo con los ecotipos 2, 3 y 14.

Palabras clave: análisis de conglomerados, in vitro, producción de gas, rumiantes, suplemento proteico

Nutritional value of seven ecotypes of Tithonia diversifolia collected in Eastern Cuba

Abstract

To evaluate the nutritive value of seven T. diversifolia ecotypes collected in the eastern region of Cuba, three in vitro experiments were conducted in which the gas production, the effect of tannins on ammonia levels and the estimates of degradability of organic matter (BMD); as well as the in vitro degradability of nitrogen (DIVN) was estimated. For the production of in vitro gas there was no interaction between the ecotypes and time factors (p> 0.05), in none of the three phases in which the fermentation was divided. Regarding the treatments, in the initial phase of the fermentation the tithonia ecotypes did not differ among themselves (p = 0.0854). However, in the intermediate phase Ecotype 24 produced more gas than ecotypes 12, 17 and 23, although it did not differ from the rest (p <0.0001). In the final phase, Ecotype 24 produced more gas than the rest (p <0.0001). For the NH₃, BMD and MS variables, there was no interaction between the ecotypes and the presence of tannins (PEG effect) nor individual effect of the presence of tannins (p> 0.05). The Ecotype factor did have an effect on the determined indicators (p <0.05), since the concentration of ammoniacal nitrogen of Ecotype 24 was higher with respect to Ecotypes 2 and 3 (p = 0.0241). In addition, this Ecotype 24 showed higher BMD than ecotypes 2 and 12 (p = 0.0409). All ecotypes showed high DIVN, higher than 63%, the highest corresponded to Ecotype 2 and the lowest to 24, which did not differ from Ecotype 23 (p = 0.002). The Ecotypes could be agglomerated in three groups, one formed by Ecotypes 23 and 24, another one by 12 and 17, and a third group with ecotypes 2, 3 and 14.

Keywords: conglomerate analysis, in vitro, gas production, ruminants, protein supplement

Introducción

Para cubrir los requerimientos proteicos de rumiantes alimentados con pastos y forrajes tropicales, se hace necesario suplementar con alimentos ricos en proteínas que permitan compensar los bajos contenidos proteicos de la dieta base. El empleo de alimentos concentrados para suministrar esas proteínas incrementa los costos de alimentación y la dependencia del sistema productivo de fuentes externas de suministro. Además, existen evidencias de que el empleo de concentrados proteicos puede provocar un uso ineficiente del nitrógeno en el rumen, con una excreción excesiva principalmente en la orina (Canh et al 1997; Vander Pol et al 2008), lo que genera afectaciones ambientales fundamentalmente por las emisiones de óxido nitroso (McSweeney et al 2001; Bunglavan y Dutta 2013).

En el presente siglo es cada vez mayor el interés por el uso de arbustivas proteicas como fuentes de nitrógeno para reducir la dependencia de los concentrados en la alimentación de rumiantes con mediano y alto potencial. Entre las arbustivas con más potencialidades para estos fines está Tithonia diversifolia (Hemsl) Gray (Tithonia), especie originaria de México y América Central que ha mostrado buenos resultados al sustituir concentrados sin comprometer la producción (Mahecha et al 2007).

Esta planta destaca por su fácil establecimiento, adaptación exitosa a suelos poco fértiles y a podas frecuentes, y alta producción de biomasa comestible por hectárea por año (Nieves et al 2011; Murgueitio et al 2015). Desde el punto de vista de su composición química, destaca por sus altos contenidos de proteína bruta (PB) y minerales, contenidos moderados de fibra detergente neutro (FDN) y fibra detergente ácido (FDA) (González-Castillo et al 2014; Murgueitio et al 2015; Ruíz et al 2016; Mejía-Díaz et al 2017; Rodríguez 2017) y niveles altos de carbohidratos solubles (18.4 – 33%) (Mejía-Díaz et al 2017 y Rodríguez 2017).

La fuente de variabilidad geográfica es un factor importante para las especies cultivadas que tienen un amplio rango de distribución, en la medida que además de su dispersión natural, éstas han sufrido una amplia dispersión artificial por acción del hombre (Ruiz et al 2018). En Cuba, durante la última década se ha avanzado en la evaluación del comportamiento agronómico, morfológico y nutricional de numerosos ecotipos de T. diversifolia, recolectados en diferentes regiones de la isla (La O et al 2012; Rodríguez 2017; Ruiz et al 2014, 2018; Valenciaga et al 2018). A partir de la información científica aportada por Ruiz et al (2014) sobre el comportamiento de diferentes materiales vegetales de T. diversifolia colectados en la región occidental y central de Cuba en el periodo 2006-2010 se recomendó continuar las colectas y evaluación de esta planta en otras zonas de Cuba.

La combinación de los análisis de composición química con la estimación de producción de gas y la degradabilidad in vitro, es una buena herramienta de investigación para predecir el valor nutritivo de un alimento (Mould 2003 y Mtui et al 2009). Este trabajo tuvo como objetivo evaluar el valor nutritivo de siete ecotipos de T. diversifolia, colectados en la zona de Las Tunas y Granma en el oriente de Cuba, en cuanto a variables e indicadores de su fermentación in vitro.

Materiales y Métodos

Material vegetal

Los experimentos se desarrollaron en las áreas experimentales del Instituto de Ciencia Animal (ICA), ubicado entre el 22º 58 LN y los 82º 02 LO y a 80 msnm. Se evaluaron siete ecotipos de T. diversifolia, los que se denominaron: 2, 3, 12, 14, 17, 23 y 24. Los materiales vegetales se recolectaron de plantas establecidas en suelo Ferralítico rojo, de rápida desecación, arcilloso y profundo sobre calizas (Hernández et al 2015), a partir de colectas realizadas en la zona oriental de Cuba. Las plantas se cosecharon simulando el ramoneo del animal, a los 60 días de edad. En la tabla 1 se muestra la composición química de los ecotipos evaluados.

Procedimiento experimental in vitro

Para la evaluación nutricional de los ecotipos de tithonia seleccionados, se empleó la técnica de producción de gas (Theodorou et al 1994). Se incubó 1.0 g de materia seca (MS) de cada tratamiento en botellas de 100 mL, en medio de cultivo (Menke y Steingass 1988) y un inóculo de microorganismos ruminales, en proporción de 0.20 del volumen total de incubación (80 mL).

Se utilizó como inóculo el contenido ruminal de dos vacas Siboney de Cuba canuladas en rumen, alimentadas ad libitum con forraje de gramíneas y con libre acceso a agua y sales minerales. El contenido ruminal de cada animal se recolectó antes de ofrecer el alimento en la mañana y se conservó en termos cerrados hasta llegar al laboratorio, donde se filtró a través de varias capas de gasa y los dos inóculos se mezclaron en proporciones iguales. Durante el proceso, se mantuvo la temperatura de los inóculos en 39±1 ºC, y las condiciones de anaerobiosis mediante flujo continuo de CO₂. 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.

La producción de gas se midió por medio de un manómetro HD8804, acoplado a un calibrador de presión TP804 (DELTA OHM, Italia). Después de cada medición, se liberó el gas hasta igualar las presiones externa e interna de las botellas. Se estimó el volumen de gas a partir de los datos de presión medidos, mediante una ecuación de regresión lineal pre-establecida (Rodríguez et al 2013):

Gas (mL)= (presión [10³ Pa]+4.95) /2.589) (n= 132; R^²= 0.98)

El volumen de gas se expresó por gramo de materia orgánica incubada (MOinc).

Se realizaron tres ensayos in vitro. En el primero de los ensayos, se midió la producción de gas a las 3, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 48, 72 y 96 horas de incubación. También se incubaron cuatro botellas blanco, sin sustrato, para conocer el aporte de gas del inóculo microbiano.

En un segundo ensayo, la producción de gas se midió hasta las 24 horas de incubación. Los ecotipos evaluados se incubaron solos o con 0.5 g de polietilenglicol (PEG 6000), para determinar el efecto de los taninos presentes en los materiales vegetales en los indicadores medidos. Al finalizar la fermentación, se abrieron las botellas y su contenido se filtró a través de bolsas de nailon (45 μm de tamaño de poro) para separar la fase sólida del líquido de incubación. Se estimó la degradabilidad de la MO por gravimetría y se tomaron muestras del filtrado para determinar amoníaco, las que se preservaron con HCl (0.2 N) y se conservaron a -20ºC hasta su análisis.

Finalmente, en el tercer ensayo se estimó la degradabilidad in vitro del nitrógeno (DIVN) de los ecotipos seleccionados según el procedimiento de Raab et al (1983). Para ello, se midió la producción acumulada de gas hasta las 24 horas y se determinó la cantidad de nitrógeno solubilizado. Para estimar la relación entre la producción de gas y la incorporación de N-NH₃ a la proteína microbiana, los tratamientos se incubaron solos y con 500 mg de almidón soluble de maíz (SIGMA, S-4126, St. Louis, MO, USA), a razón de tres botellas por tratamiento. El nitrógeno solubilizado se calculó a las 24 h de incubación, a partir de la regresión lineal de la cantidad de N-NH₃) (eje “Y”, mg N-NH₃) versus producción de gas (eje “X”, mL gas). El intercepto del eje “Y” se consideró como la cantidad de N-NH₃ liberado al medio, cuando no hubo energía disponible (síntesis microbiana cero). La diferencia entre este valor y la cantidad de N-NH₃ determinada en los blancos, indicó la cantidad de nitrógeno solubilizado durante la degradación de los compuestos nitrogenados. La degradabilidad in vitro del nitrógeno (DIVN) se estimó entonces como el cociente entre el nitrógeno solubilizado y el contenido de nitrógeno total de los tratamientos. Al igual que en el ensayo anterior, cuando se detuvo la fermentación se tomaron muestras para determinar amoníaco.

Análisis químico

Se determinó el contenido de MS residual y MO de los ecotipos evaluados (AOAC 2016). Los análisis de amoníaco se realizaron por colorimetría (Chaney y Marbach 1962).

Diseño Experimental

En el caso del experimento in vitro de 96 h, se realizó una única incubación en la que se incluyeron cuatro botellas por tratamiento. Para facilitar el análisis de la producción de gas acumulada in vitro se dividió a priori la fermentación en tres fases. La primera fase (fase inicial) incluyó tres horarios de muestreo entre el inicio y las 12 horas de incubación (3, 6 y 12 h), en la segunda fase (fase intermedia) se consideraron cuatro horarios desde ese instante hasta las 36 h de incubación (18, 24, 30 y 36 h) y por último, en la tercera fase (fase final) se analizaron tres horarios hasta el final de la incubación (48, 72 y 96 h).

Como la producción acumulada de gas in vitro es una medida repetida en el tiempo sobre la misma unidad experimental, primero se analizó el cumplimiento de los supuestos teóricos de normalidad para el análisis de varianza, mediante la dócima de Shapiro-Wilk (Shapiro y Wilk 1965) y el análisis de correlación de Pearson. Como se incumplió el supuesto de la normalidad, se utilizó un Modelo Lineal Generalizado Mixto mediante el empleo del procedimiento GLIMMIX del SAS, considerando como efecto aleatorio las repeticiones (botellas). Se consideró como efectos fijos los tratamientos, horarios de muestreo e interacción tratamiento por horario.

Para conocer la distribución con que se ajustaron los datos se probaron las distribuciones Poisson, Log normal, Gamma e Igauss; siendo la Gamma la de mejor ajuste y la función de enlace fue Log. El modelo de mejor ajuste se seleccionó al probar las estructuras de varianza-covarianza Toeplitz (Toep), Componente de Varianza (VC), Simetría Compuesta (CS), Autoregresiva de Orden 1 (AR[1]) y No estructurada (UN). Para seleccionar la matriz de varianza de mejor ajuste a los datos se utilizaron los criterios de información Akaike (AIC), Akaike corregido (AICC) y Bayesiano (BIC) para lo cual se consideró el valor más pequeño. La estructura que cumplió con este requisito fue la Toep. Las medias se compararon a través de la dócima de rango fijo (Kramer 1956) para p< 0.05. En el análisis de los datos se empleó el paquete estadístico SAS (2013), versión 9.3.

En el segundo ensayo los indicadores determinados a las 24 horas de incubación (N-NH₃ y DMO) se analizaron según diseño de bloques al azar con arreglo factorial (7x2), donde el factor principal A fue el Ecotipo de tithonia (7) y el factor principal B la presencia o no de taninos activos (2). Los bloques o réplicas fueron las semanas en que se realizaron las incubaciones (3), y las botellas se consideraron como repeticiones (3). En el tercer ensayo in vitro, el indicador DIVN se analizó según un diseño de bloques al azar. Los tratamientos consistieron en los ecotipos de tithonia (7), los bloques o réplicas fueron las semanas en que se realizaron las incubaciones (3), y como repeticiones las botellas (3). En ambos ensayos, cuando se encontraron diferencias (p< 0.05), las medias de los tratamientos se compararon por la dócima de rangos múltiple de Duncan (1955). En estos análisis se empleó el paquete estadístico InfoStat (Di Rienzo et al 2012).

Por último, se incluyeron en una base de datos Excel las medias de las variables medidas y los parámetros estimados para cada Ecotipo y se realizó un análisis de conglomerados para agrupar ecotipos semejantes, también mediante el empleo del paquete estadístico Infostat.

Resultados y Discusión

La composición química de los ecotipos evaluados estuvo dentro del rango de otros estudios donde se evaluaron arbustivas proteicas, leguminosas o no leguminosas (Edwards et al 2012; La O et al 2012; Aye y Adegun, 2013; Rodríguez et al 2014). Según Ruiz et al (2014), existen evidencias de que tithonia acumula tanto nitrógeno en sus hojas como las especies leguminosas. En este caso, los valores obtenidos para estos ecotipos con 60 días de rebrote fueron superiores en cuanto a PB a los informados por Gutiérrez et al (2014) pero inferiores a los estimados por Santana et al (2018).

En la Figura 1 se muestran los perfiles de producción acumulada de gas in vitro hasta las 96 horas de fermentación de los ecotipos de tithonia evaluados. Al analizar por fases este indicador, se apreció que no hubo interacción significativa entre los factores ecotipos y horarios (p> 0.05), en ninguna de las tres fases en que a priori se dividió la fermentación.

Los efectos individuales de los tratamientos y los horarios de muestreo en la producción acumulada de gas in vitro se muestran en las tablas 2 y 3, respectivamente. En cuanto a los tratamientos, en la fase inicial de la fermentación los ecotipos de tithonia no difirieron entre sí en cuanto a este indicador (p= 0.0854). Sin embargo, en la fase intermedia (18 a 36 horas de incubación) el Ecotipo 24 produjo más gas que los ecotipos 12, 17 y 23, aunque no difirió del resto, mientras el Ecotipo que menos gas produjo fue el 17 que tampoco difirió del Ecotipo 12 (p< 0.0001). En cuanto a la fase final de la fermentación, el Ecotipo 24 produjo más gas que el resto de los tratamientos, que no mostraron diferencias entre sí (p< 0.0001).

Figura 1. Perfil de producción acumulada de gas in vitro de los ecotipos de tithonia evaluados

Respecto al efecto de los horarios de muestreo, se apreció que influyeron en la producción de gas en las tres fases de la fermentación (p< 0.0001). Es importante destacar que dentro de una misma fase todos los horarios difirieron entre sí, excepto en la fase inicial entre las 6 y 12 h de incubación, mostrando la tendencia de incrementar la producción de gas en el tiempo, lo cual fue el comportamiento que se esperaba dado que se trata de valores acumulados.

Para las variables evaluadas en el segundo ensayo in vitro (N-NH₃ y DMO) no hubo interacción entre los ecotipos y la presencia de taninos (efecto PEG; p> 0.05). Tampoco se observó efecto individual del factor presencia de taninos (p> 0.05). A diferencia de otras arbustivas proteicas que tienen altos contenidos de nitrógeno asociados a considerables cantidades de metabolitos secundarios que podrían comprometer la producción bovina, en el caso de tithonia son bajos los contenidos de metabolitos secundarios (Kaitho et al 1997, Dardón y Durán 2011). Lezcano et al (2012), al realizar tamizaje fitoquímico a tithonia de 30 y 60 días de rebrote, concluyeron que solo los alcaloides se distinguieron en forma cuantiosa y notable, mientras la presencia de los demás metabolitos (entre ellos taninos, fenoles libres y saponinas) fue leve.

Por su parte, Verdecia et al (2006) informaron para tithonia bajos valores de fenoles totales y taninos totales (1.1 y 0.6 %MS, respectivamente). De manera similar, Verdecia et al (2018) aunque reportaron mayores valores de fenoles totales y taninos totales en lluvia, estos no superaron el 3.4 y el 2.7 %MS, respectivamente. Se plantea que valores de taninos superiores al 3 o 4 % MS, provocan efectos negativos en la actividad microbiana, la degradabilidad ruminal de la MO y en el consumo voluntario (Barry et al 1986; Al-Masri 2010), mientras que cantidades inferiores no deben tener efectos significativos en la fermentación ruminal (Getachew et al 2002; Min et al 2003). El factor individual Ecotipo sí tuvo efecto en los indicadores determinados (p< 0.05), tal como se muestra en la tabla 4. Respecto a la concentración de nitrógeno amoniacal, se observó que el Ecotipo 24 produjo la mayor cantidad de este compuesto, aunque esos valores solo difirieron respecto a los Ecotipos 2 y 3 (p=0.0241).

En cuanto a la DMO estimada, el mayor valor de digestibilidad correspondió al Ecotipo 24, aunque solo difirió de los ecotipos 2 y 12 (p= 0.0409). Los valores obtenidos fueron similares a los reportados por Rodríguez et al (2014) para M. oleifera y L. leucocephala, pero inferiores a los informados para tithonia por otros autores (Rosales 1996; La O et al 2012; Valenciaga et al 2018). La DMO mostró baja variabilidad entre ecotipos (5.6% entre la de menor y la de mayor digestibilidad). También, Ruiz et al (2014) apreciaron que hubo pocas diferencias en la digestibilidad de los ecotipos colectados en el occidente y centro de Cuba.

Los resultados de la DIVN obtenida en el tercer ensayo permitieron apreciar que todos los ecotipos mostraron alta degradabilidad, superior al 63% (Tabla 5). La mayor DIVN correspondió al Ecotipo 2, mientras que el de menor degradabilidad fue el Ecotipos 24, que no difirió a su vez del Ecotipo 23 (p=0.002). No obstante, los valores de DIVN estimados para los ecotipos de tithonia fueron similares a los informados por Rodríguez et al (2014) para L. leucocephala y superior a los de M. oleifera y M. alba.

Los resultados del análisis de conglomerados de los ecotipos evaluados teniendo en cuenta los indicadores y parámetros evaluados, se presentan con un dendograma en la Figura 2. Este análisis permitió clasificar los Ecotipos en tres grupos: un primer grupo formado por los Ecotipos 23 y 24, un segundo grupo formado por los Ecotipos 12 y 17, y un tercer grupo con los ecotipos 2, 3 y 14. El primer grupo reunió los dos ecotipos de tithonia con menor degradabilidad del nitrógeno y mayores niveles de N-NH₃ y producción de gas acumulada en las primeras 24 h. Por su parte, el tercer grupo incluyó al ecotipo 2, con mayor DIVN y menor nivel de amoníaco, DMO y potencial fermentativo.

Figura 2. Dendograma del Análisis de conglomerados de los Ecotipos evaluados agrupados según las variables y parámetros evaluados.

Conclusiones

• Los siete ecotipos de T. diversifolia colectados en la zona de Las Tunas y Granma en el oriente de Cuba, mostraron buen valor nutritivo para la alimentación de animales rumiantes.
  
  
• Se pudo aglomerar los Ecotipos en tres grupos, uno formado por los Ecotipos 23 y 24, otro por 12 y 17, y un tercer grupo con los ecotipos 2, 3 y 14.

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Received 21 May 2019; Accepted 1 July 2019; Published 1 August 2019

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