Leguminosas
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06.12.2006
Swiss Centre for International AgricultureSchweizerisches Zentrum für Internationale LandwirtschaftCentre Suisse pour l’Agriculture Internationale
Financiado Financiado parcialmente por:parcialmente por:
Leguminosas arbustivas con taninos: Potencial y limitaciones para la
alimentación del ganado en el trópico Tassilo Tiemann, Hans-Dieter Hess, Carlos Lascano
Seminario del CIAT
206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
The forage potential of tanniniferous legumes: Search for sustainable ways to cope with nutritional limitations in smallholder livestock
El potencial forrajero de leguminosas taníferas:Buscar maneras sostenibles como superar limitaciones nutricionales para la ganadería de pequeños agricultores
306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Objetivo general del proyecto
El desarrollo de sistemas de alimentación más eficientes basados en leguminosas arbustivascon altos niveles de taninos condensados, contribuyendo al mejoramiento de la productividad de la ganadería y al aumento del ingreso de pequeños productores.
406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Problema
Deficiencia de proteína es el problema más grave para la ganadería en el trópico.Particularmente pronunciado en sitios con
suelos ácidos e infértiles sequía prolongada
Las leguminosas conocidas (Leucaena, Gliricidia etc) de alta calidad no se adaptan a suelos acidos de baja fertilidad
506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Problema
Exceso de gases del efecto invernadero constituye un problema global.
Rumiantes son una de las mayores fuentes de metano del mundo
606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Posibles soluciones
Leguminosas arbustivas con taninos podrían representar una solución para los dos problemas por
Su capacidad de adaptación a suelos ácidos de baja fertilidadsu capacidad de fijar nitrógeno del airesu sistema radicular extenso y profundosu alta capacidad de persistenciael potencial de taninos de mitigar la producción de metano en rumiantes
706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Introducción taninos
Taninos son compuestos secundarios (no esenciales)
Son un grupo altamente heterogéneo
Taninos forman complejos con muchos compuestos (proteínas, carbohidratos, minerales)
Se distingue 2 grupos grandes:Taninos hidrolizables
Taninos condensados (TC)
806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Introducción taninosLos TC son polímeros de diferentes antocianidinas
Antocianidinas son colorantes (p.e. en flores)
Pelargonidina (510 nm) p.e. en Salvia
Cyanidina (525 nm) p.e. en Rosas rojas
Delfinidina (535 nm) p.e. en Verbena
906.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Introducción taninosEsos tres monómeros pueden formar polímeros de diferentes tamaños y composiciones: se conocen aprox. 15000 TC→ alta variabilidad en sus carácteristicas químicas y biológicas
1006.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Introducción digestión ruminalEl tracto digestivo del rumiante:
La digestión sucede en compartimentos diferenciados con condiciones diferentes
1106.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Objetivos de la presentación
Definir los efectos ambientales sobre la productividad y calidad de especies arbustivas con y sin taninosEvaluar el efecto de mezclas con y sin taninos en procesos de digestión ruminalDeterminar la utilidad de las mezclas con y sin taninos en parámetros de producción animal
1206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
1. Interacción ambiente-plantaRendimiento de biomasaPropiedades químicas de taninos
1306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Interacción ambiente-planta - rendimientoEvaluación de 5 leguminosas arbustivas:
Calliandra calothyrsus Leucaena leucocephala
Desmodium velutinum Cratylia argentea
Flemingia macrophylla
1406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Cultivación en sitios contrastantes (Palmira/Llanos) y con diferentes niveles de fertilización en bloques completamente al azar
Palmira: Mollisol, pH 7.5 Llanos: Oxisol, pH 4.5en Enero 2005, 9 meses después del establecimiento
Interacción ambiente-planta - rendimiento
1506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Evaluación de supervivencia y rendimientoEvaluación de propiedades biológicas y químicas
Producción de biomasa por planta en 9 semanas (lluvias)Fertilización: baja: 20 P, 20 K, 500 Ca, 10 S
alta: 50 P, 60 K, 1000 Ca, 40 S
Interacción ambiente-planta - rendimiento
1606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Diferencias significativas (P<0.05) entre especies y sitios
Producción de biomasa de hojas (se excluyó Leucaena)Matazul (Llanos): diferencia marcada entre sitios y especies con y sin taninos
0
200
400
600
800
1000
1200
Palmira Matazul
peso
sec
o de
folla
je [g
]
Calliandra FlemingiaCratyliaDesmodium
a
c‘
b
ab
b
b‘
a‘
c‘
Interacción ambiente-planta - rendimiento
1706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Interacción de fertilización con sitio en producción de MSEfectos claros de fertilización en los suelos pobres de Matazul
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
Palmira Matazul
peso
sec
o to
tal [
g]
altobajo
a
a‘
a
b‘
Diferencias significativas con P<0.05
Interacción ambiente-planta - rendimiento
1806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Resumen
Diferencias significativas entre sitios en producción de biomasa
Mayor producción en suelos fértilesMayor respuesta a fertilización en suelos pobres
Diferencias en la adaptación de las especies a suelos de baja fertilidad
Calliandra y Flemingia muestran la mejor adaptación para los dos sitios y particularmente para Matazul
Interacción ambiente-planta - rendimiento
1906.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
Evaluación de 3 leguminosas arbustivas:
Calliandra calothyrsus Flemingia macrophylla Leucaena leucocephala
2006.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
Prueba de astringencia Cuantificación de Antocianidinas por HPLC Identificación del peso molecular de las diferentes fracciones por HPLC y MALDI-ToF
2106.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
HCl-Butanol Purificación
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
2206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Astringencia -Capacidad de ligar proteina
Spectrum Index Plot
Sample Name FRACYOLLMETHAN Vial 1 Injection 0 Date Acquired 10/07/96 10:33:56
nm500.00550.00
531.84.76
4.757nm500.00
550.00
526.1
6.34
6.337nm500.00
550.00
508.87.82
7.818nm500.00
550.00
485.8
500.2
526.1
543.4
557.8
8.92
8.916nm500.00
550.00
526.1543.4 9.38
9.381nm500.00
550.00
534.7 10.76
10.762
AU
0.00
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Minutes0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
4.75
7
6.33
7
7.81
8
8.91
69.
381
10.7
62
unknown unknown unknowndelphinidin pelargonidincyanidin
Monómeros - HPLC Peso molecular
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
2306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Prueba de astringencia (Hagerman 1998)Efectos marcados entre especies en astringencia de taninosTendencia a mayor astringencia de taninos en plantas fertilizadas
Palmira
0
1
2
3
4
5
6
7
Flemingia P Calliandra P Leucaena P
Astr
inge
ncy
[mm
]
Fertilización baja
Fertilización altaa
b b
* Diferencias significativas (P<0.05) entre especies (minúsculas) y niveles de fertilización (asteriscos)
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
2406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Análisis de la composición monoméricaDiferencias significativas debidas a especies
Flemingia: alta proporción de Delfinidina (muy astringente)
Diferencias significativas con P<0.05
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
Flemingia Calliandra Leucaena
DesconocidosPelargonidinCianidinDelfinidin
a b
a
a
c
b
bc
ca aa
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
2506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Peso molecular de taninos (Barahona et al, p.p.)Diferencias entre especies en el grado de polimerización de los taninos
Peso molecular de fracciones de taninos en Dalton
1a fracción 2a fracción 3a fracción
--
~1000
~500
Calliandra 250-650 --
Flemingia ~350 ~2000
Leucaena 250-350 ~1000
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
2606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Los taninos de las especies evaluadas tienen diferente astringencia, composición monomérica y grado de polimerización.
Un nivel alto de fertilización aumenta la astringencia de diferentes taninos
La fertilización no influye significativamente en la composición monomérica de los taninos
Interacción ambiente-planta (química de taninos)
Resumen
2706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
2. Taninos y efectos en fermentación
2806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Objetivo
Evaluar el efecto de taninos de leguminosas en parámetros de fermentación in vitro
2906.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Ensayo 1
Evaluar el efecto de diferentes concentraciones de taninos de varios especies sobre la dinámica de fermentación in vitro
3006.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Taninos y efectos en fermentación
3106.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Diseño experimentalMezcla básica:
Brachiaria humidicola (CIAT 6133) (67%)+Vigna unguiculata (CIAT 391) (33%)
Adición de 25, 50, 75 y 100mg de taninos purificados de
Calliandra calothyrsus (CIAT 22310 & 22316)Flemingia macrophylla (CIAT 17403)Leucaena leucocephala (CIAT 734)
Taninos y efectos en fermentación
3206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Comperación con niveles de taninos intermedios
0
50
100
150
200
250
300
3 6 9 12 24 36 48 60 72 96 120 144 168
Horas
Prod
ucci
ón d
e ga
s [m
l]
Br/Cau
310-50
316-50Fl-50
Leu-50
Niveles altos de taninos reducen tasa y magnitud de la fermentación
Taninos de Calliandra: mayor efecto en patrones de fermentaciónTaninos de Leucaena: menor efecto en patrones de fermentación
Diferencias significativas (P<0.05) entre especies/ accesiones
Comperación con niveles de taninos altos
0
50
100
150
200
250
300
3 6 9 12 24 36 48 60 72 96 120 144 168
Horas
Prod
ucci
ón d
e ga
s [m
l]
Br/Cau
310-100
316-100Fl-100
Leu-100
Taninos y efectos en fermentación
3306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Simulación de los procesos en el tracto digestivoTaninos y efectos en fermentación
3406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Calidad forrajera – efecto de taninosInclusión de leguminosas taníferas (% MS)
Tratamiento 0 11 22 33
Digestibilidad in vitro de la proteína total
C. argentea 95.4
C. calothyrsus 22310 - 93.1 90.0 84.8 b
C. calothyrsus 22316 - 92.0 88.4 79.3 c
F. macrophylla - 92.8 86.8 87.0 a
L. leucocephala - 93.0 91.0 90.6 a
Digestibilidad in vitro de la proteína por HCL/pepsina
C. argentea 7.0
C. calothyrsus 22310 - 14.4 20.7 27.2 a (32%)
C. calothyrsus 22316 - 13.1 15.7 11.7 c (15%)
F. macrophylla - 17.6 24.7 26.5 a (30%)
L. leucocephala - 12.9 17.4 20.8 b (23%)
3506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Existen diferencias entre taninos de leguminosas de cómo afectan la digestión ruminal
Esa influencia depende tanto del tipo de tanino como de su concentración
Las diferencias entre accesiones pueden ser mayores que entre especies
Resumen
Taninos y efectos en fermentación
3606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
4. Efectos in vivo
3706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivo
Para una evaluación completa del forraje se evaluó
Los efectos de los taninos mediante un balance completo de C y N en ovinos
El impacto en la emisión de metano in vivo en ovinos
Los efectos en la producción y calidad de leche de vacas
3806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivoEnsayos en Colombia y Suiza con ovinos y vacas
Balance de nitrógeno
Producción de leche
Emisión de metano
3906.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivo – balance de N
VARIABLES CONTRASTEST2 vs T4 T3 vs T1 vs T2,T4 T1 vs T3,T5
Consumo de N g/d 0.421 0.951 0.010 <0.001N total al duodeno g/d 0.009 0.373 0.311 0.017Absorción Aparente de N g/d 0.014 0.637 0.656 0.087
La adición de los taninos reduce disponibilidad de N
Control(T1)
Calliandra y Flemingia 15% (T2 y T4)
Calliandra y Flemingia30% (T3 y T5)
0
2
4
6
8
10
12
14
4006.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivo – balance de N
La adición de plantas taníferas puede aumentar la eficiencia microbial
0
2
4
6
8
10
12
Control(T1)
Calliandra y Flemingia 15% (T2 y T4)
Calliandra y Flemingia30% (T3 y T5)
a
ba
g de N microbial/kg de MO digerida
4106.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivo – emisión de metanoLa emisión total de metano bajó en las dietas con alto contenido de leguminosas taníferas
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
Brach
Brach/CaupiCall 15%
Call 30%Flem 15%
Flem 30%
CH4
[l]/k
g pe
so m
etab
ólic
o
a
b b b
d c
2021222324252627282930
Brach
Brach/CaupiCall 15%
Call 30%Flem 15%
Flem 30%
CH
4 [l]
/con
sum
o [k
g]
a a
a a
bb
Diferencias significativas con P<0.05
4206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivo – producción de leche
heno de Caupi 100% 5.3 a 87.3heno de Calliandra 100% 3.6 c 28.9heno de Calliandra/Caupi (67/33%) 4.4 b 59.4heno de Calliandra/Caupi (33/67%) 4.7 b 81.2
Produccion de leche LCG(kg)
Consumo %TRATAMIENTOS
La adición de plantas taníferas disminuye la producción de leche con respecto a la leguminosa sin taninosSin embargo consumo y producción suben con mezclas en comparación a la leguminosa con taninos
Diferencias significativas con P<0.05
4306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos in vivoResumen
Taninos reducen la disponibilidad de proteína para el animalMezclar plantas taníferas con leguminosas de alta calidad mejora altamente el consumo y la producción de leche comparado con dietas puras de especies taníferasLa producción de metano se reduce con la adición de especies taníferas
4406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Conclusiones finales
4506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Conclusiones finalesLeguminosas taníferas muestran un mejor rendimiento en suelos ácidos y aguantan mejor la sequía en ellos que plantas sin taninos
Diferentes especies y accesiones varían mucho en el tipo de taninos que contienen y en la actividad biológica de ellos
La composición monomérica de los taninos no depende de la fertilización
El impacto de las leguminosas taníferas en producción animal se puede mejorar mediante la mezcla con leguminosas de alta calidadsin taninos
La emisión de metano baja con la adición de leguminosas con taninos
4606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Conclusiones finales
En mezclas con leguminosas de alta calidad las plantas seleccionadas presentan una alternativa viable para pequeños agricultores en regiones con suelos ácidos y con una sequía prolongada para mantener la producción animal en un nivel intermedio
4706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Visión
Los retos de la futura investigación deben ser:
Seleccionar plantas con un mejor rendimiento y una fase de establecimiento más corta y segura
Encontrar técnicas que permiten relacionar mejor las características químicas de los taninos con su actividad biológica
Buscar plantas con taninos favorables para la alimentación animal
4806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Agradecimientos
Les agradezco su atención e interés
4906.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Les agradezco su atención e interés
5006.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
6. Efectos en la fertilidad de suelos
5106.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos en la fertilidad de suelosEnsayo al principio y después de 40 días
5206.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos en la fertilidad de suelos
Diferencia significativa con P<0.05
0
0.5
1
1.5
2
2.5
heces20
heces80
sinfertil
heces20
heces80
urea 20 urea 80 sinfertil
sin microelementos con microelementos
% n
itróg
eno
desp
ués
de 5
6d [%
] a
b
a‘b‘
c‘ c‘ c‘
c
Efecto de diferentes tratamientos en el porcentaje de nitrógeno en las plantas.
Sin microelementos: taninos en heces muestran efecto claro
5306.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos en la fertilidad de suelos
Diferencia significativa con P<0.05
0
20
40
60
80100
120
140
160
180
heces20
heces80
sinfertil
heces20
heces80
urea 20 urea 80 sinfertil
sin microelementos con microelementos
mg
nitró
geno
des
pués
de
56d
[%]
a
b
a‘
b‘b‘ b‘c‘
c
Efecto de diferentes tratamientos en el contenido de nitrógeno en las plantas.
La cantidad total de N es mayor con mayor adición de heces
5406.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Efectos en la fertilidad de suelosResumen
Un efecto de taninos se muestra solamente en suelos muy pobres sin niveles adecuadas de microelementos.
Más heces resultan en porcentualmente menos N en la planta.
La cantidad absoluta de N secuestrada en las plantas aumenta con la cantidad de heces aplicadas.
5506.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Evaluación agronómicaCondiciones: Palmira: 24.3°C, 896mm/año, 960m snm
Matazul: 26°C, 2250mm/año, 160m snm30 plantas/bloque, solo las 12 centrales evaluadas
Diferencias entre sitios y especies son significativas con P<0.05
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
Calliandra Flemingia Leucaena Cratylia Desmodium
punt
os d
e cl
asifi
caci
ón
Palmira altoMatazul alto
Interacción ambiente-planta
5606.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Calidad forrajera – efecto de taninosProteína cruda en relación a la proporción PEG:TC
La cantidad de PEG requerida para neutralizar diferentes taninos varia
5706.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
Calidad forrajera – efecto de taninos
Ácidos grasos volátiles:Aun promediado sobre todas las concentraciones hay una diferencia marcada en cantidad y calidad de los AGV
AGV totales
58
60
62
64
66
68
70
72
Calliandra 22310 Calliandra 22316 Flemingia Leucaena
conc
entra
ción
[mm
ol] '
acetato:propionato
3.2
3.4
3.6
3.8
4
Calliandra 22310 Calliandra 22316 Flemingia Leucaena
rela
ción
ace
t: pr
op
a
ab
bcc
a
b
c
d
Diferencias significativas con P<0.05
5806.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. [email protected]
0102030405060708090
100
11 22 33
Inclusión de taninos [%]
Deg
rada
ción
de
PC
en
el ru
men
[%]
C. calothyrsus 22310 C. calothyrsus 22316F. macrophylla L. leucocephala
Efecto de proteína sobrepasante (bypass protein)El efecto de proteína sobrepasante es demostrableSin embargo no puede compensar el efecto negativo de los taninos en el rumen completamente
75
80
85
90
95
100
11 22 33
Inclusión de taninos [%]
Deg
rada
ción
de
PC to
tal [
%]
C. calothyrsus 22310 C. calothyrsus 22316F. macrophylla L. leucocephala
aa
b
c0
5
10
15
20
25
30
11 22 33
Inclusión de taninos [%]
Deg
rada
ción
de
PC c
on p
epsi
na [%
]
C. calothyrsus 22310C. calothyrsus 22316F. macrophyllaL. leucocephala
aa
b
c
aabb
Taninos y efectos en fermentación