Análisis de hojas de Gmelina arborea y actividad enzimática de bacterias ruminales adheridas a partículas de alimento.

Abstract

El objetivo de la investigación fue evaluar algunas características de hojas de Gmelina arborea para su uso en la alimentación de rumiantes. La cantidad de lignina en la nervadura central, composición química, degradación in vitro, producción de biogás, CO2, CH4, variables fermentativas y adherencia de bacterias ruminales en tres tamaño de hojas: chicas (Hc; menos de 210.67 cm2), medianas (Hm; de 210.67 a 302.93 cm2) y grandes (Hg; más de 302.93 cm2) fueron evaluadas. Los experimentos realizados fueron: Experimento 1. Medición histoquímica del área relativa lignificada en un corte transversal en la nervadura y en la lámina foliar. El diseño experimental fue complemente al azar con arreglo factorial y mediciones repetidas, el efecto fijo fue el tamaño de la hoja y el efecto aleatorio fue el árbol; los factores fueron tamaño de hoja (chica, mediana, grande) y época (lluvia y seca), y los datos se analizaron con el procedimiento GLIMMIX. El efecto de la interacción tamaño de hoja por época fue significativo en el área de la nervadura total, área relativa de tejido lignificado en la nervadura, ancho de la nervadura y margen (P ≤ 0.05), pero no fue significativo para el porcentaje del área con lignina (P > 0.05). Experimento 2. La variables determinadas fueron materia seca (MS), materia orgánica (MO), fibra detergente neutro (FDN), fibra detergente ácido (FDA) extracto etéreo (EE), lignina, proteína, celulosa y hemicelulosa y su correlacion con la temperatura y precipitación pluvial. El diseño experimental fue factorial, los factores fueron la época y el tamaño de hoja, y los datos se analizaron con los procedimientos GLM y CORR. La época afectó el contenido de MS, FDN, lignina y celulosa (P ≤ 0.0001), y la concentración de proteína cambió debido a la época y el tamaño de hoja (P ≤ 0.001); la interacción época por tamaño de hoja modificó sólo el contenido de hemicelulosa (P ≤ 0.05). Los resultados del análisis para los coeficientes de correlación y la significancia de la precipitación pluvial con cada componente químico fueron: MS (r = 0.38, P = 0.0002); FDN (r = -0.57, P ≤ 0.0001); FDA (r = -0.034, P = 0.747); lignina (r = 0.29, P = 0.005); MO (r = 0.11, P = 0.3141); cenizas (r = 0.13, P = 0.23); proteína (r = -0.82, P < 0.0001); EE (r = -0.05, P = 0.66); hemicelulosa (r = -0.68, P < 0.0001) y celulosa (r = -0.38, P = 0.002). Los coeficientes de correlación y significancia de la temperatura con cada componente químico fueron: MS (r = -0.38, P = 0.002); cenizas (r = -0.13, P = 0.23); FDN (0.57, P < 0.0001); FDA (r = -0.034, P = 0.747); lignina (r = -029, P = 0.0051); MO (-0.11, P = 0.314); proteína (r = 0.82, P < 0.0001); EE (r = 0.05, P = 0.66); hemicelulosa (r = 0.68, P < 0.0001) y celulosa (r = 0.38, P = 0.0002). Experimento 3. Las variables fueron degradación in vitro de la MS (DIVMS), variables fermentativas (ácidos grasos volátiles, AGV, y nitrógeno amoniacal, N-NH3), producción de biogás, CO2 y CH4. El diseño experimental fue completamente al azar con arreglo factorial, el análisis de las variables se realizó con los procedimientos GLM y CORR . La época tuvo un efecto en los porcentajes de degradación de las hojas (Seca: Hc 55.88, Hm 61.55, Hg 63.26 vs Lluvia: Hc 45.72, Hm 48.95, Hg 50.24; P ≤ 0.0001) y en el tamaño de hoja (P ≤ 0.001). El contenido menor de N-NH3 fue 24.34 mg dL-1 en la hojas medianas y el mayor fue para las hojas grandes (29.67 mg dL-1), pero no hubo diferencias (P > 0.05) entre los tres tamaños de hojas. En el porcentaje total de AGV no hubo efecto de la época, hoja ni por la interacción de los factores (P > 0.05). El efecto de la interacción época x hoja fue significativo para acético y butírico (P ≤ 0.05), no para propiónico (P > 0.05), pero sí para la producción de metano in vitro (mL g MS-1) de hojas (Seca: Hc 2.47, Hm 3.41, Hg 4.53vs Lluvias: Hc 4.35, Hm 2.29, Hg 1.38; P ≤ 0.0001). Experimento 4. Cuantificación de la adherencia de bacterias ruminales a xilema, floema, epidermis de haz y del envés de lámina y la nervadura. El diseño experimental fue un arreglo factorial 4 x 3 con el tiempo de incubación (0, 3, 24 y 72 h) y el tamaño de hoja como factores, y los datos se analizaron con el procedimiento GLINMIX. En este experimento se observó la adherencia de bacterias y la degradación floema, mesófilo empalizado, mesófilo esponjoso, haz y envés de la nervadura, pero el xilema no se degradó en ningún tamaño de hoja. Las conclusiones de estos experimentos son: 1) la temperatura y precipitación influyen en el contenido de lignina dentro de la nervadura central; 2) la composición química de las hojas se modifica por la precipitación y temperatura; 3) la degradación in vitro de la materia seca, nitrógeno amoniacal, ácidos grasos volátiles, producción de biogás, CO2 y CH4 indican que hubo fermentación de las hojas dentro de los biodigestores; 4) la observación de microorganismos adheridos en las hojas de G. arborea muestra un efecto positivo en el crecimiento de bacterias ruminales. Lo anterior podría ser avalado por la presencia o ausencia de tejidos y bacterias adheridas en la nervadura o lamina de las hojas después de un período de degradación. Las hojas grandes y medianas tuvieron mayor presencia de bacterias que las hojas chicas. El floema fue, probablemente, la causa principal de las diferencias en la degradación in vitro de la MS entre los tamaños de hojas evaluadas. _______________ ANALYSIS OF Gmelina arbórea LEAVES AND ENZYMATIC ACTIVITY OF RUMIAL BACTERIA ADHERED TO FOOD PARTICLES. ABSTRACT: The objective of the research was to evaluate some characteristics of leaves of Gmelina arborea for their potential utilization in feeds for ruminants. The amount of lignin in the central rib, chemical composition, in vitro degradation, gas production, CO2, CH4, fermentative variables and adherence of ruminal bacteria in three leaf sizes: small leaves (Hc, less than 210.67 cm2), medium (Hm) from 210.67 to 302.93 cm2) and large (Hg; more than 302.93 cm2) were determined. The experiments carried out were four: Experiment 1. Histochemical measurement of the relative area lignified in a cross section in the rib and in the leaf blade. The experimental design was completely randomized with factorial arrangement and repeated measurements, fixed effect was the leaf size and random effect was the tree; factors were leaf size (small, medium, large) and season (rain and dry), and GLIMMIX procedure was used to analyze the data. The effect of leaf size interaction per epoch was significant in the area of the total rib, relative area of lignified tissue in the rib, width of the rib and margin (P ≤ 0.05), but it was not significant for the percentage of the area with lignin (P > 0.05). Experiment 2. The variables determinated were dry matter (DM), organic matter (OM), neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), ether extract (EE), lignin, protein, cellulose and hemicellulose. The experimental design was factorial, factors were tha season and the leaf size, and data were analyzed with the GLM and CORR procedures. The season affected the content of DM, NDF, lignin and cellulose (P ≤ 0.0001) and the protein concentration was affected by the time and the leaf size (P ≤ 0.001); the epoch by leaf size interaction changed only the hemicellulose content (P ≤ 0.05). The results of the analysis for the correlation coefficients and the significance of rainfall with each chemical component were: DM (r = 0.38, P =0.0002); NDF (r = -0.57, P < 0.0001); ADF (r = -0.034, P =0.747); lignin (r = 0.29, P =0.005); OM (r = 0.11, P = 0.3141); ashes (r = 0.13, P = 0.23); protein (r = -82, P < 0.0001); EE (r = -0.05, P = 0.66); hemicellulose (r = -0.68, P < 0.0001) and cellulose (r = -0.38, P = 0.0002). The coefficients of correlation and significance of the temperature with each chemical component evaluated were: DM (r = -0.38, P = 0.0002); ashes (r = -0.13, P = 0.23); NDF (0.57, P < 0.0001); ADF (r = -0.034, P = 0.747); lignin (r = -029, P = 0.005); OM (-0.11, P = 0.314); protein (r = 0.82, P < 0.0001); EE (r = 0.05, P =0.66); hemicellulose (r = 0.68, P < 0.0001) and cellulose (r = 0.38, P = 0.0002). Experiment 3. The variables were DM in vitro degradation (DIVMS), fermentative variables (volatile fatty acids, VFA, and ammoniacal nitrogen, NH3-N), production of biogas, CO2 and CH4. The experimental design was factorial, factors were season and leaf size, and data were analyzed with the GLM and CORR procedures. Season had an effect on percent of leaves degradation (Dry: Hc 55.88, Hg 63.26, Hm 61.55 vs Rain: Hc 45.72, Hg 50.24, Hm 48.95; P ≤ 0.0001) and on leaf size (P ≤ 0.0001). The lowest content of N-NH3 was 24.34 mg dL-1 for medium leaves and the highest (29.67 mg dL-1) was for large leaves, but there were no differences (P > 0.05) among the three leaves sizes. For total VFA there were no effects of season, leaves nor by the factors interaction (P > 0.05). The effect of the epoch-by-leaf interaction was significant for acetic and butyric (P ≤ 0.05), not for propionic (P > 0.05), but it was significant for methane in vitro production (mL g DM-1) of leaves (Dry: Hc 2.47, Hm 3.41, Hg 4.53 vs. Rains: Hc 4.35, Hm 2.29, Hg 1.38; P ≤ 0.0001). Experiment 4. Quantification of ruminal bacteria adherence to xylem, phloem, beam epidermis and the underside of the lamina and the rib. The experimental design was a 4x3 factorial arrangement with incubation time (0, 3, 24 and 72 h) and leaf size as factors, and data were analyzed with he GLINMIX procedure. The adherence of bacteria and degradation of tissues such as phloem, mesophilic palisade, spongy mesophyll, beam and underside of the rib was observed, but the xylem did not degrade in any leaf size. The conclusions of these four experiments are: 1) Temperature and precipitation influence the lignin content inside the midrib; 2) the chemical composition of the leaves is modified by precipitation and temperature; 3) in vitro dry matter degradation, ammonia nitrogen, volatile fatty acids, production of biogas, CO2 and CH4 indicate that there was fermentation of the leaves within the biodigesters; 4) the observation of microorganisms attached to the leaves of G. arborea shows a positive effect on the growth of ruminal bacteria. This could be supported by the presence or absence of tissues and bacteria adhered to the leaf rib or leaf after a period of degradation. The large and medium leaves had a greater presence of bacteria than the small leaves. The phloem was probably the main cause of the differences for the in vitro degradation of the DM between the sizes of leaves evaluated.