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Zootecnia Tropical, Vol. 23, No. 1, 2005, pp. 61-68 Actividad
fitásica in
vitro de los microorganismos del rumen y degradación in
situ de un sustrato fibroso en ovinos alimentados con diferentes
regímenes In
vitro phytase activity of rumen microorganism and in
situ degradation of fibrous substrate in sheep fed different feeding
regimes. Susmira Godoy1 y Claudio F. Chicco2
Code Number: zt05005 RESUMEN Carneros provistos de fístula ruminal fueron alimentados con tres dietas con diferentes relaciones forraje/ alimento concentrado: alta (F, 100%): mediana (FC, 50%) y baja en forraje (FCC, 20%). Se utilizó un sistema in vitro para medir la actividad fitásica, y suspensión in situ de bolsas de nylon con forraje molido, para determinar la degradabilidad de la materia seca (MS), materia orgánica (MO) y proteína (PC) y fósforo (P) residual. Adicionalmente, se determinó el pH del contenido ruminal. La actividad fitásica aumentó significativamente para los tratamientos con suplementación, con valores de 0,232; 0,229 y 0,313 U/kg para F, FC y FCC, respectivamente, siendo FCC mayor (P<0,05). No se observaron cambios aparentes en la degradación de la MS y MO. La proteólisis aumentó con la adición del concentrado, con valores mas elevados (P<0,05) para FCC. El P residual fue mayor (P<0,05) para el tratamiento FCC (50,7%). El pH disminuyó (P<0,05) con las dietas con concentrados, alcanzando valores cercanos a 6, a las 8 horas de incubación. Se concluye que la suplementación con concentrados aumenta la actividad fitásica en el rumen, con modificaciones del patrón de fermentación de la microbiota, aparentemente a favor de los microorganismos adaptados a condiciones mas ácidas en el ambiente ruminal. Palabras clave: Actividad fitásica, microbiota ruminal, degradación substrato, fibra, ovinos. SUMMARY Rams provided with rumen fistulae were
fed diets containing three levels of forage/concentrate ratios: high (F,
100%)), medium (FC, 50%) and low forage level (FCC, 20%). An in
vitro method was used to determine phytase activity, and an in
situ suspension of nylon bags, containing grounded forage, to measure
degradability of dry matter (MS), organic matter (MO) and residual crude
protein (PC) and phosphorus (P). In addition, pH was measured in rumen content. Phytase activity
increased with the addition of concentrate, with values of 0.232, 0.229 and
0.313 U/kg, respectively for F, FC and FCC, being the latter higher (P<0.05).
No differences were found in MS and MO degradability. Proteolysis was enhanced
with the addition on concentrate, being this higher (P<0.05) for FCC.
Rumen pH was decreased by the addition of concentrate (P<0.05), reaching
values of 6 approximately, at 8 hours of incubation. Residual P was higher
(P<0.05) in FCC treatment. It is concluded that feeding forages with the
addition on concentrate results in an increment o microbe phytase activity
in the rumen, associated with changes in the fermentation pattern, apparently
promoting microorganisms adapted to more acid ruminal environment. Key words: Phytase activity, rumen
microbiota, substrate digestion fiber, sheep. Los rumiantes utilizan el
fósforo orgánico en forma de fitatos debido a la actividad fitásica de la
microbiota presente en los compartimientos pregástricos. Sin embargo, Raun et
al. (1956) señalan que la hidrólisis de los fitatos puede ser incompleta
por saturación de la actividad enzimática, aún cuando, son escasas
las investigaciones realizadas para confirmar estos hallazgos. Recientemente,
Yanke et al. (1998) han estudiado
la actividad fitásica de cultivos puros de bacterias del rumen bajo diferentes
condiciones de alimentación. Estos estudios demuestran que la actividad fitásica
es principalmente de origen bacteriano, confirmando los resultados de Raun et
al. (1956). Además, señalan que la actividad fitásica se incrementa con
el suministro de dietas altas en concentrados, a base de granos. En contraposición, cuando
se incluyen elevadas proporciones (mas del 50% de la dieta) de granos o subproductos
de cereales y oleaginosas en las raciones para rumiantes, es posible que
no ocurra la hidrólisis total del fósforo fítico, como señalado por Ellis
y Tillman (1960), utilizando dietas que contenían 91% del fósforo total en
la forma de fitatos. Consecuentemente, el objetivo
de este estudio fue determinar la actividad fitásica in
vitro de los microorganismos del rumen, provenientes de inóculos de ovinos
con diferentes regímenes alimenticios, y la degradación in
situ de un substrato fibroso bajo los mismos niveles de alimentación. Animales
experimentales y dietas Para medir la actividad fitásica in
vitro de las bacterias del rumen, se llevó a cabo un experimento con
carneros provistos de fístula ruminal, con peso promedio de 40 kg, los
cuales fueron distribuidos aleatoriamente, tres animales por tratamiento,
a tres tipos de dietas: alta (F,100%), media (FC, 50%) y baja (FCC, 20
%) en forrajes. El forraje (Cynodon
plectostachyum) contenía 3,79% PC, 82,2% FDN, 0,21% P y 0,26% Ca. Los
tratamientos FC y FCC se conformaron adicionando al forraje un alimento
concentrado (Cuadro 1), a niveles de incorporación de 50 (300g/animal/día)
y 80% (600g/animal/día) de la dieta total, respectivamente.
Muestras
del contenido ruminal y preparación del inoculo De cada carnero, después de
un período de adaptación a las dietas de 21 días, se tomaron, aproximadamente,
500 ml de liquido ruminal, previo filtrado a través de varios estratos de
gasa de uso quirúrgico. Cada muestra fue subdividida en dos submuestras para
los diferentes estudios. El fluido ruminal filtrado fue centrifugado a 1000
x g durante 5 minutos, para separar protozoarios y partículas de alimento.
Del sobrenadante, se tomaron 150 ml para sedimentar las bacterias por centrifugación
diferencial directa, a 25000 x g, durante 20 minutos (McAllister et
al., 1992). Aproximadamente un gramo de
bacterias, diluido en 10 ml de solución tampón tris-HCl 0,02 M y pH 7,5,
fue triturado con un ultra turax, tres veces durante 15 segundos, dejándolo
en reposo, entre cada molienda, por 10 minutos en hielo. Las muestras fueron
centrifugadas a 30 x g, durante 10 minutos, y luego de separado el sobrenadante, éste
fue re-centrifugado a 13000 x g por 30 minutos (Bitar y Reinhold, 1972). Actividad
fitásica La actividad fitásica de las
bacterias del rumen se determinó por el método de Bitar y Reinhold
(1972). Un ml del sobrenadante fue incubado a 39ºC durante 30, 60 y 90 minutos,
utilizando para ello una solución tampón acetato (0,25 M). Posteriormente,
las muestras fueron incubadas con 5 mM de fitato de sodio (A) y sin fitatos
(B), mas un blanco sin muestras, con fitato de sodio (C). Al finalizar el
periodo de incubación, se interrumpió la reacción con 3 ml de TCA al 20%.
Las muestras se centrifugaron a 100 x g, durante 10 min y al sobrenadante
se determinó el fósforo inorgánico liberado, utilizándose el método de Fiske
y Subbarow (1925). El fósforo liberado de la molécula de fitato de la muestra
(A) fue corregido restando el fósforo inorgánico presente en la muestra (B)
y en el blanco sin muestra (C), y se expresó como mμmol P inorgánico liberado/g/ml/min.
La actividad fításica fue calculada de la siguiente manera: Unidad de fitasa=
(P x 1000)/(Peso x tiempo), donde el fósforo se expresa en µmoles de fósforo
liberado por la fitasa, Peso corresponde al tamaño de la muestra (g) y 60
minutos el tiempo de incubación. De este método, se define que una unidad
de fitasa es la cantidad de fósforo inorgánico liberado por minuto de 5 mM
de una solución de fitato de sodio a una tasa 1µmol/min, a un pH de 5.5 y
a una temperatura de 39ºC. Degradabilidad
in situ Mediante la técnica de suspensión in
situ de bolsas de nylon se determinó la degradabilidad de la materia
seca (MS), materia orgánica (MO), proteína cruda (PC) y fósforo (P) del
forraje en los diferentes tratamientos experimentales (F, FC y FCC). Se
utilizaron nueve carneros fistulados, tres por tratamiento. En cada animal,
vía fístula, se incubaron en el rumen 24 bolsas de nylon que contenían
5 g de forraje (Cynodon nlemfluensis)
molido, con seis tiempos de incubación (3, 6, 12, 24, 48 y 72 horas) y
cuatro réplicas por tiempo. En el contenido residual de
cada bolsa se determinó MS, MO, PC (AOAC, 1984) y P (Fiske y Subbarrow, 1925)
y los valores se expresaron como porcentaje del contenido inicial. Además,
en el contenido ruminal, se determinó pH a las 0, 2, 4 y 8 horas post consumo
del alimento. Análisis
estadísticos Los datos fueron sometidos
a análisis de varianza y las medias comparadas por el método de Tukey (Steel
y Torrie, 1998). Se establecieron ecuaciones de regresión lineal entre las
variables bajo estudio. La actividad fitásica (Cuadro 2) de las bacterias del rumen (U/kg) fue mayor (P<0,05) en los animales que consumían FCC (0,4810), con relación a los tratamientos F (0,3752) y FC (0,3749), lo que demuestra la habilidad de los microorganismos del rumen para hidrolizar fitatos a través de las fitasas microbianas, como señalado por Raun et al. (1956) y más recientemente por Yanke et al. (1998).
Asimismo, los resultados indican
un incremento en la actividad fitásica como respuesta a los altos niveles
de fitatos en la dieta, a consecuencia de la suplementación con elevadas
proporciones de alimento concentrado. Yanke et al. (1998) y Reddy et al. (1982)
obtuvieron valores de actividad fitásica superiores a los señalados en este
estudio, cuando se utilizaron dietas con 90% de granos, en relación con la
dieta con 100% de heno. La degradabilidad in
situ de la MS y MO del forraje en el rumen fue similar para los distintos
tratamientos, con valores (%), a las 72 horas de incubación, de 66,7 y
72,3 para F, de 63,6 y 68,7 para FC y de 67,5 y 72,0 para FCC, respectivamente
para MS y MO dentro de cada tratamiento (Cuadro 3). Los resultados indican
que la degradabilidad in situ de
la MS y MO aparentemente no fue afectada por las condiciones experimentales
de las dietas, con diferentes proporciones de alimento concentrado. Como
indicado más adelante, a consecuencia de la adición de alimento concentrado,
hay una reducción del pH cerca de 6,0. Esto sugiere un cambio en el patrón
de fermentación con microorganismos adaptados a condiciones de bajo
pH (Miwa et al., 1997). El contenido de PC residual
(%) del forraje incubado fue similar para F (68,2) y FC (66,2) y más bajo
(P<0,05) para FCC (49,9), lo que indica un cambio en la microflora ruminal,
favoreciendo el desarrollo de los microorganismos, tanto bacterias como protozoos,
que promueven una mayor actividad proteolítica, a medida que aumenta el nivel
de alimento concentrado en la dieta (Barnett y Reid, 1961). El P residual (%) del forraje (Cuadro 3) fue mayor (P<0,05) en el tratamiento FCC (50,7) que en F (31,7) y FC (33,6), lo que parece estar relacionado con la mayor actividad fitásica de los microorganismos, con mayor liberación de fósforo en el ambiente ruminal. El efecto de estas condiciones sobre la utilización del fósforo del forraje no está claramente definido, más allá de la actividad fitásica microbiana.
El pH del contenido ruminal
para los tratamientos FC y FCC disminuyó con el tiempo de incubación con
valores, a las 8 horas, de 5,95 y 5,61, respectivamente. Para F, el pH se
mantuvo constante (6,4) a los diferentes tiempos de incubación (Cuadro 4).
Debido a que el pH del contenido ruminal está estrechamente relacionado con
la formación de AGV, este cae después de la ingestión de alimento, particularmente
con dietas altas en alimentos concentrados, pero mucho menos cuando el animal
es alimentado con forraje únicamente. El efecto de dietas altas en
concentrados sobre el pH del rumen se debe a una mayor proliferación
de bacterias amilolíticas, a expensas de las que utilizan el substrato fibroso
(Hungate, 1966).
CONCLUSIONES Los resultados indican un
incremento en la actividad fitásica de los microorganismos del rumen en respuesta
a altos niveles de fitatos en la dieta, que aparentemente no es proporcional
con el incremento del nivel de suplementación con granos y subproductos.
Esto sugiere una mayor actividad fitásica, con mayor liberación de fósforo,
cuyo efecto sobre la utilización del elemento en el forraje no está claramente
definido. Asimismo, la alimentación de ovinos, con elevadas proporciones
de concentrados en la dieta (FCC), promueve una mayor actividad amilolítica y,
probablemente, también proteolítica de la microbiota, lo que tiende a disminuir
el pH del contenido del rumen. No hay aparente efectos sobre la utilización
de la MS y MO del forraje. A ECOS-NORD-FONACIT (V99A01)
y a FONACIT (Proyecto S1 2000000754) por el financiamiento parcial del trabajo.
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