Zootecnia Tropical Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas Venezuela ISSN: 0798-7269 Vol. 24, Num. 3, 2006, pp. 213-232

Zootecnia Tropical, Vol. 24, No. 3, 2006, pp. 213-232

Metabolitos secundarios y patrón de selección de dietas en el bosque deciduo tropical de los llanos centrales venezolanos

Secondary metabolites in a tropical deciduous forest vegetation of the Venezuelan central plains

Alfredo Baldizán¹, Carlos Domínguez¹, Danny E. García^2*, Eduardo Chacón³ y L. Aguilar³

¹ Instituto para el Desarrollo de Sistemas Agrosustentables Universidad Nacional Experimental “Rómulo Gallegos” Apartado 4563, San Juan de Los Morros estado Guárico, Venezuela
² Estación Experimental y de Producción Agrícola "Rafael Rangel" Universidad de los Andes, estado Trujillo, Venezuela
³ Facultad de Ciencias Veterinarias Universidad Central de Venezuela Maracay, estado Aragua, Venezuela

Code Number: zt06019

RESUMEN

Mediante el tamizaje fitoquímico se investigó la presencia de algunos grupos de metabolitos secundarios (fenoles, taninos condensados, saponinas, cianógenos y alcaloides) en la biomasa comestible de cuarenta y uno especies presentes en la vegetación del bosque deciduo tropical de los Llanos Centrales de Venezuela. El 44% de las especies encontradas correspondieron a plantas leguminosas. La subfamilia Mimosoide agrupó al 50% de los casos; mientras que Faboide y Caesalpinoide estuvieron presentes en el 28 y 22%, respectivamente. Los fenoles (83%) y los alcaloides (61%) fueron los metabolitos de mayor distribución general. Las combinaciones cuádruples de grupos secundarios fueron las más abundantes en leguminosas (33%) y la doble en las no leguminosas (61%). En algunas de las especies más representativas se observó un efecto marcado de la época, el tipo de bosque y la ubicación geográfica, en la presencia de dichos grupos funcionales. Sin embargo, dependió de las particularidades fitoquímicas en cada caso. Mediante pruebas microhistológicas se observó un amplio rango de aceptabilidad por parte de los bovinos y caprinos. En sentido general, los bovinos consumieron ávidamente aquellas especies con pocas combinaciones de metabolitos, mientras que los caprinos no mostraron preferencias específicas. Se concluye que las especies analizadas contienen en su biomasa algunos metabolitos secundarios cuya presencia en algunos casos varía con la época, el tipo de bosque y su ubicación. Los fenoles y los alcaloides son los grupos que requieren mayor atención en cuanto a su posible repercusión antinutricional, por su elevada distribución en la vegetación.

Palabras clave: composición fitoquímica, metabolitos, bosque deciduo tropical, tóxicos, especies forrajeras.

Summary

The presence of some groups of secondary metabolites (phenols, condensed tannins, saponins, cyanogens and alkaloids) in the edible biomass of 41 species in the tropical deciduous forest vegetation of the Central Plains, Venezuela were investigated. Forty four per cent of the species corresponded to leguminous plants. The Mimosoide subfamily contained 50% of the cases; while Faboide and Caesalpinoide were present in 28 and 22%, respectively. Phenols (83%) and alkaloids (61%) showed a greater general distribution. The quadruple combinations of secondary groups were the most abundant in leguminous (33%) and the double in non leguminous species (61%). In some representative species, a marked effect of the season, the forest type, and the geographical location were observed. However, it depended of the phytochemical particularities. By microhistological tests a wide range of acceptability were observed. In general, cattle consumed eagerly species with few metabolites combinations; while goats showed non specific preferences. The edible biomass of analyzed species contains some secondary metabolites groups whose presence, in some cases, varies with season, the forest type and location. Phenols and alkaloids are the groups that require bigger attention for their possible antinutricional repercussion.

Key words: phytochemical composition, metabolites, tropical deciduous forest, toxics, fodder species.

INTRODUCCIÓN

En las últimas décadas los árboles, arbustos y las especies rastreras han tenido un papel preponderante en la alimentación animal, debido a su naturaleza multipropósito y amplio margen de adaptación a climas y suelos. En este sentido, existen muchas especies con potencial forrajero, entre las que se destacan las leguminosas por presentar considerables niveles proteicos y elevado valor nutritivo. Sin embargo, muchas de estas plantas contienen metabolitos secundarios que, en dependencia de su estructura química y concentración, pueden constituir factores antinutritivos en los herbívoros que las consumen (Aerts et al., 1999).

Por otra parte, la vegetación del bosque deciduo tropical de los llanos centrales de Venezuela constituye una fuente primordial de especies con características forrajeras que le proveen al ganado de numerosos nutrientes, fundamentalmente, en el periodo de mínimas precipitaciones donde la disponibilidad de alimentos es escasa.

La caracterización fitoquímica integral de las plantas de mayor distribución en dicha área, así como el conocimiento de las variaciones asociadas con factores tales como la época, tipo de formación vegetal y su ubicación, facilitará un mayor aprovechamiento de las bondades de estos sistemas silvopastoriles naturales.

El presente trabajo tuvo como propósito fundamental la detección de fenoles, taninos condensados, saponinas, cianógenos y alcaloides en la biomasa comestible de cuarenta y uno especies perteneciente al bosque deciduo tropical de los llanos centrales de Venezuela y determinar el efecto estacional, tipo de bosque y la zona de muestreo, sobre el grado de positividad en las especies más representativas.

MATERIALES Y MÉTODOS

La recolección del material vegetal se realizó en el centro norte llanero, específicamente en la zona sur del estado Aragua y noreste del estado Guárico enmarcada entre los 65º15´O 8º40´N, 66º00´O 9º15´N, 67º01´O 9º11´N y 66º15´O 9º15´N, Venezuela.

El clima es marcadamente biestacional con una época de sequía comprendida principalmente entre diciembre y abril la cual se tomó como periodo poco lluvioso para la realización de los muestreos y otra de lluvias que abarca los meses de mayo a noviembre como periodo lluvioso. La precipitación promedio anual en la zona se encuentra entre 1.027 y 1.380 mm y la temperatura media es 27°C.

La vegetación es de bosque seco tropical, conformada por paisajes de sabana dominada por la vegetación graminoide (Trachypogon sp. y Axonopus sp.) y árboles achaparrados entre los que se destacan Curatella sp., Byrsonima sp., Prosopis sp., y Acacia sp. La identificación del tipo de formación vegetal se realizó mediante las descripciones realizadas por Baldizán (2003).

Varía desde áreas planas con pendiente próximas a cero hasta áreas con pendientes abruptas. Existen paisajes de pie de monte de colinas y galeras en contacto con la serranía del interior y altiplanicie (mesa conservada), entre otros.

Oscilan de franco arenoso a franco arcilloso, con acidez moderada o nula. Algunos indicadores del suelo en las fincas muestreadas, en dependencia del uso de la tierra, se muestran en el Cuadro 1.

La fracción comestible de cada especie (hojas, flores y frutos) fue colectada, de acuerdo a los factores estudiados, a partir de cinco plantas con aproximadamente la misma edad y en el mismo estado fenológico, en los meses comprendidos entre noviembre de 1999 hasta octubre de 2001 en horas de la mañana (9:00-11:00 a.m.). Todo el material se llevó de forma inmediata al Laboratorio de Bromatología de la Universidad Nacional Experimental "Rómulo Gallegos" y se secó a temperatura ambiente, en un local ventilado y oscuro, durante 14 días. Posteriormente fueron molinadas hasta un tamaño de partícula de 1 mm, y se almacenaron en frascos herméticos hasta la realización de los análisis correspondientes.

Para la determinación del efecto estacional y tipo de bosque, las muestras correspondientes a las especies representativas se tomaron de la finca "La Represa". Con relación a las evaluaciones cualitativas para la determinación del efecto localización, los muestreos se llevaron a cabo en los bosques secundarios de cuatro fincas (Uverito, La Tigana, Santa Rosalía y La Represa) enmarcadas dentro de la zona de estudio, pero distantes entre sí.

Inicialmente se pesaron 25 g de cada material vegetal y macerados con 250 mL de etanol al 98% durante 48 horas, realizando los análisis por triplicado. A los extractos alcohólicos se les aplicó el tamizaje fitoquímico descrito por García (2003) para investigar la presencia de fenoles (Fn) mediante la utilización de Cloruro de Hierro (III), taninos condensados (TC) a partir del ensayo con Vainillina/ácido sulfúrico, saponinas (Sap) tomando en cuenta el índice de espuma (Galindo et al., 1989), cianógenos (Cn) mediante la reacción con el papel picrosódico y alcaloides (Alc) a partir de la precipitación con sal de Antimonio en medio ácido.

Para la descripción de los ensayos se utilizó el sistema cualitativo de cruces para especificar la presencia o ausencia de los grupos de metabolitos siguiendo los criterios: presencia cuantiosa (+++), presencia notable (++), presencia leve (++) y ausencia (-). Todas las pruebas cualitativas fueron realizadas por tres analistas de forma individual para corroborar la escala de positividad asumida.

Con el fin de comprobar el estado de los reactivos analíticos, se utilizaron soluciones de compuestos patrones. Para los Fn se empleó solución de fenol (1%), en el caso de los TC se comprobó mediante D+ Catequina (2%). La calidad del picrato de sodio se verificó mediante la reacción con extracto de Amigdalina 3% (m/v) y para los Alc las pruebas se realizaron con Gramina (2%) y Efedrina (1%).

Se utilizó un rebaño compuesto inicialmente por 150 caprinos mestizos y 60 vacunos cebuínos, cada uno constituido por composición etaria combinada y con distintos sexos. La salida al pastoreo se efectuó a partir de las 7:00 a.m., tanto para caprinos como para bovinos. Durante el periodo experimental los animales solamente consumieron la vegetación del bosque.

Basándose en la metodología propuesta por Espinoza (1996) se procedió a la observación visual a distancia, siguiendo el recorrido de los rebaños de rumiantes a través del bosque mediante el auxilio de binoculares para no perturbar los hábitos de pastoreo y/o ramoneo y precisar las especies vegetales consumidas y sus partes en las diferentes épocas del año (patrón de conducta). Se observaron diariamente en horas del día (8:00 a.m.- 5:00 p.m.) el comportamiento de 45 caprinos y 32 vacunos.

Siguiendo la técnica del pastoreo simulado (Hand Plucking) se colectaron muestras vegetales similares a las consumidas (Schwartz et al., 1977). Se efectuaron observaciones periódicas de tres días seguidos, cada 4 semanas a través del año.

Para la preparación de los patrones de epidermis vegetales se consideraron las recomendaciones propuestas por Virgüez (1993). Se tomaron muestras de las plantas (hojas y flores) más abundantes y que se consideraron consumidas por el método de observación directa, para así formar los patrones de referencia. El montaje de los patrones se hizo en base a 60 especies de plantas herbáceas y leñosas extraídas en la misma área de estudio. De las especies recolectadas se montaron 720 láminas, de las cuales fueron seleccionadas por duplicado las más nítidas para cada especie.

Los colorantes empleados para el contraste de los tejidos fueron: azul de algodón con toluidina, orange G, verde yodo y fast-green (Cutler, 1988). El tejido epidérmico foliar de cada planta se observó tanto en la región abaxial como adaxial (Granado, 1989). Los materiales considerados se observaron microscópicamente tomando fotografías de cada especie y partes de las mismas por medio de un microscopio invertido Zeiss Axioskop M35W con cámara Nikon FX-235A incorporada utilizando película de 135 mm y 100 ASA.

La caracterización morfológica de la epidermis de los patrones ensayados se sustentó de acuerdo a las descripciones bibliográficas generadas por Metcalfe y Chalk (1979). Siguiendo la metodología empleada por Virgüez y Chacón (1996), cada cuatro semanas y procurando limpiar previamente los corrales, se procedió a la recolección de las heces frescas tanto de bovinos como de caprinos dentro de los respectivos corrales. Los muestreos se efectuaron por tres días consecutivos (submuestras) cada mes a lo largo del año. El muestreo se hizo al azar dentro de los corrales en forma de zig-zag o línea quebrada, procurando colectar en diferentes sitios. Las heces de bovinos se tomaron por separado en bandejas de aluminio desechable con una capacidad aproximada de 1 kg de heces. Se colectaron las heces de la parte central con guantes desechables retirando la parte superior y evitando la porción en contacto con el suelo. Las heces de caprinos se recogieron con pinzas evitando la contaminación con tierra y pelos, y se introdujeron en frascos de vidrio con tapas de roscas. Cada recipiente se identificó con la fecha y corral de procedencia. Se tomaron seis muestreos para la época seca y seis muestreos para la época húmeda. Las muestras se preservaron en hielo seco hasta su transporte al laboratorio.

La morfología básica de los tejidos presentes en las heces se hizo por medio de la comparación visual de lo observado en el microscopio con los dibujos y fotografías obtenidas en los patrones. La presencia, formas, tamaños y distribución de tricomas, estomas, esclereidas, cuerpos de sílice, y parénquimas sirvieron para reconocer las especies botánicas.

Se consideraron especies altamente consumidas aquellas que presentaron elevados porcentajes de aparición en las heces; resultado que se corroboró mediante el método de observación visual.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las especies muestreadas en el bosque deciduo tropical se presentan en el Cuadro 2a, b. Del total de especies, 49% correspondieron a plantas leguminosas, de las cuales la mitad pertenecieron a la subfamilia Mimosoide y el resto quedó distribuido entre Faboide (26%) y Caesalpinoide (21%). El resto de las especies estuvieron formadas por una gran diversidad de familias botánicas, entre las que se destacaron Bignoniaceae, Boraginaceae Flacourtiaceae y Malvaceae, aspecto que apoya lo expresado por numerosos autores en cuanto a que no solamente las especies leguminosas pueden ser utilizadas con éxito en la alimentación animal; sino que otras plantas de diferentes agrupaciones botánicas presentan elevado potencial para los sistemas silvopastoriles en condiciones tropicales (González y Cáceres, 2002; Pinto et al., 2002).

Entre los géneros que más sobresalieron en cuanto al número de especies se encontraron Acacia, Caesalpinia, Tabebuia y Mimosa, los cuales han sido señalados como promisorios para los sistemas agroforestales en investigaciones llevadas a cabo en Latinoamérica y otras regiones del mundo (Abdulrazak et al., 2000; Pinto et al., 2003).

Con relación a las partes de las plantas evaluadas, el 90% correspondieron a las hojas; fracción de la biomasa comestible que, conjuntamente con los frutos, son las más nutritivas por presentar elevados valores de proteína y exhibir mayor valor nutricional en términos de digestibilidad y degradabilidad ruminal (Larbi et al., 1997; Kaitho et al., 1997).

Al analizar las características fitoquímicas de todas las especies, una buena parte de ellas presentaron Fn y Alc (83 y 61%, respectivamente) y tanto las especies leguminosas como no leguminosas exhibieron individualmente considerables proporciones de dichos metabolitos (Figura 1). Estos resultados coinciden con lo planteado por Kumar (1992), Sotelo et al., (1995), Rosales (1998) y Varona (2006) en relación a que los polifenoles y los compuestos nitrogenados de naturaleza no proteica constituyen los dos grupos de metabolitos secundarios de mayor distribución en las plantas superiores. Por tales motivos, estos compuestos presentan la mayor importancia en cuanto a su posible efecto detrimental en la alimentación animal en las condiciones de pastoreo bajo este sistema.

Las Sap estuvieron presentes en el 39% de todas las especies; mientras que los TC y los Cn se detectaron sólo en el 35% de los casos. La menor distribución de estos metabolitos se encuentra directamente relacionada a que cada grupo fitoquímico presenta funciones específicas, y no generales, en las plantas que los contienen (Kumar, 1992). En ese sentido, las Sap participan activamente en los procesos de regulación del crecimiento vegetal en determinados estadíos de crecimiento, y aunque muchas de ellas no son dañinas para el metabolismo de los rumiantes, le confirieren a los forrajes sabor amargo y una menor palatabilidad. En el caso de los TC, sus características astringentes son más acentuadas en las etapas iniciales del desarrollo vegetativo y pueden disminuir el consumo voluntario e interferir en los procesos de asimilación de las proteínas y los carbohidratos (Aerts et al., 1999). Los Cn constituyen típicos compuestos de defensa y las plantas sólo los sintetizan cuando se encuentran sometidas a estrés hídrico, son atacadas por plagas y/o enfermedades foliares o producto al pisoteo de los animales (García, 2003).

Teniendo en cuenta las combinaciones de los compuestos detectados (Figura 2) las leguminosas presentaron mayor proporción de especies con combinaciones cuádruples de compuestos; mientras que las no leguminosas se destacaron sólo por presentar elevado porcentaje de combinaciones dobles. Estas diferencias pueden ser atribuidas a que, en sentido general, las especies fijadoras de nitrógeno sintetizan una mayor diversidad de estructuras secundarias como estrategia de supervivencia más avanzada, que en el caso de las plantas pertenecientes a otras familias botánicas; en las cuales, con la formación de pocas toxinas potentes se puede lograr el efecto deseado (García, 2004a,b). Dicho proceso se ha perfeccionado con millones de años de co-evolución de las plantas con los animales herbívoros y constituye un aspecto medular para comprender las diferencias quimiotaxonómicas entre las especies vegetales y su repercusión en el plano nutricional.

Con relación a las especies altamente consumidas por los bovinos y caprinos la Figura 3 muestra la distribución según la presencia de cada grupo funcional. Si bien es conocido que el consumo que realizan los animales en pastoreo libre, no sólo depende de la composición química de las plantas que forman parte de su dieta; sino también de la categoría animal y sus hábitos alimentarios, la disponibilidad de material voluminoso y de factores intrínsicos de las especies tales como su arquitectura, la aparición de espinas, la rugosidad y la pubescencia de las hojas; la presencia de metabolitos secundarios en la biomasa comestible constituye un factor importante que se debe considerar para comprender la selectividad que realizan los animales, cuando se alimentan de especies arbóreas y arbustivas (Pinto et al., 2003). En ese sentido se observó un amplio margen de aceptabilidad por parte de los rumiantes. El 35 % de las especies fueron bien consumidas por los bovinos y el 48 % por los caprinos, lo cual sugiere la factibilidad del uso de estas fuentes de alimento como material suplementario, la mayor capacidad de ramoneo de las cabras y la elevada diversificación que realizan de los componentes dietéticos (Baldizán, 2003).

En todos los casos, los caprinos consumieron más especies que contenían mayor diversidad de compuestos secundarios en comparación con los bovinos. No obstante, se observó un patrón homogéneo en cuanto a que los Fn y Alc, seguido por los Cn y Sap fueron los metabolitos presentes en las dietas más consumidas. Al respecto, estudios bioquímicos han determinado que los rumiantes, y particularmente las cabras, se encuentran provistos de defensas fisiológicas tales como la secreción bucal de proteínas con elevadas proporciones de prolina e hidroxiprolina, la adaptación de las bacterias ruminales para degradar compuestos nitrogenados no proteicos, la conjugación de los cianuros con el azufre endógeno y la hidrólisis ácida de los glucósidos saponínicos como mecanismos para contrarrestar las elevadas dosis de Fn, Alc, Cn y Sap, respectivamente (García, 2004a).

Por su parte, la menor proporción de TC en las plantas mayormente consumidas indica que las especies que contienen este grupo de metabolitos secundarios, son menos apetecibles para los vacunos y caprinos. Asimismo, los animales consumieron con avidez aquellas plantas con poca presencia de metabolitos combinados (Figura 4). Sin embargo, los caprinos consumieron mejor las plantas con todas las combinaciones de compuestos, quizás debido a su mayor capacidad de degradar o transformar dichas estructuras mediante la acción de los microorganismos ruminales (Kumar, 1992).

Al analizar las variaciones ocasionadas por la época en la presencia de los grupos fitoquímicos, en algunas de las especies más importantes, no se observó un efecto estacional acentuado en A macracantha, P. juliflora y A. glomerosa (Cuadro 3). Sin embargo, P. cassia mostró características tánicas y saponínicas en el periodo poco lluvioso, B. cumanesis mayor presencia de TC, Cn y Alc en el periodo lluvioso y Cordia sp. propiedades cianogénicas en la lluvia. Dichas variaciones interespecíficas, sin duda, se encuentran estrechamente relacionadas con las fluctuaciones climáticas y el grado de humedad del suelo. Al respecto, estudios de ecofisiología vegetal han determinado que la respuesta, en cuanto a la biosíntesis de compuestos secundarios, se lleva a cabo a partir de estímulos sensoriales mediados por las vías de transducción de señales dependientes solamente del factor genético (Pineda, 2004); por tales motivos quizás la respuesta fue diferenciada en cada especie.

Un efecto marcado de la época en la presencia de polifenoles, cumarinas, taninos, flavonoides y esteroles han sido también señaladas por García et al. (2003) en variedades forrajeras de Morus alba de amplia distribución en Centroamérica.

Con relación a la presencia de los compuestos secundarios en dependencia del tipo de bosque (Cuadro 4), A. glomerosa y Cordia sp. no mostraron diferencias respecto a la formación vegetal. No obstante, se observaron variaciones cualitativas importantes en el resto de las especies en la aparición de mayores cantidades de TC, fundamentalmente, cuando éstas se encontraban en el bosque secundario con respecto al área virgen.

Estos resultados quizás se deben a que en el bosque secundario la biomasa de las especies presentaba menor edad con respecto a la formación virgen, debido al proceso de regeneración natural que ocurre en los primeros, cuando las áreas son intervenidas. En este sentido, algunas investigaciones apuntan a que las especies arbóreas que contienen polifenoles en su fracción comestible (TC y taninos hidrolizables) presentan mayores concentraciones en la etapa juvenil de su desarrollo vegetativo como estrategia de defensa frente a la depredación de los herbívoros (Brooks y Owen-Smith, 1994; Mochiutii, 1995).

Al analizar el efecto de la localización en la presencia de compuestos secundarios (Cuadro 5), se observaron variaciones cualitativas en A. macracantha y  P. juliflora para todos los grupos de metabolitos, aspecto que quizás estuvo condicionado por las diferenciadas características edafoclimáticas de cada finca muestreada. En este sentido, los Fn y Cn estuvieron presentes de forma independiente a la zona muestrea, en cambio el resto de los grupos exhibieron variaciones acentuadas. Al respecto Makkar y Becker (1998), en estudios realizados en regiones contrastantes del mundo (bosque húmedo subtropical, sabanas secas y laderas frías), determinaron que la altitud; así como las características del suelo y el clima en los cuales se desarrollan algunos árboles y arbustos (Albizia sp., Morus sp. y Acacia sp.),  influyen notablemente en la presencia y actividad de algunos metabolitos secundarios de elevada distribución natural. Sin embargo, Mamiam et al. (2006) determinaron en especies del género Clusia que la presencia de TC y quinonas no se ve afectada por las condiciones edáficas. No obstante, los flavonoides, Sap y triterpenoides presentan variaciones cualitativas acentuadas en función al grado de acidez del suelo. 

 Dado la divergencia de los resultados sobre el efecto de la ubicación geográfica en la presencia de metabolitos secundarios en árboles forrajeros, y que en la mayoría de los experimentos publicados no se ha definido el grado de madurez de las plantas y el estado fenológico, se hace muy difícil comparar los resultados y establecer patrones fitoquímicos que caractericen, de manera invariante, a cada especie.  No obstante, en la medida que los estudios sean encaminados a determinar el efecto de varios factores, de manera conjunta, se podrá dilucidar con exactitud las posibles propiedades antinutritivas de cada fuente de alimento.

CONCLUSIONES

Las especies analizadas del bosque deciduo tropical de los Llanos Centrales de Venezuela contienen indistintamente en su biomasa Fn, TC, Sap, Cn y Alc, de los cuales los Fn y Alc presentan la más amplia distribución y requieren mayor atención en cuanto a sus posibles propiedades antinutricionales. La presencia de compuestos secundarios en A. glomerosa, B. cumanesis y Cordia sp. son afectados por la época y el tipo de bosque.  En A. macracantha y P. juliflora no se observó un marcado efecto estacional; no obstante, el tipo de bosque y la localización de cada especie influyeron drásticamente en los resultados fitoquímicos.

LITERATURA CITADA

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