Estudio de la utilización de nutrientes, de la fermentación y de las comunidades microbianas en el rumen de caprino y en fermentadores de flujo continuo simple

Resumen

En este trabajo se evalúa, comparativamente, el efecto de reemplazar una parte del concentrado en la dieta sobre la fermentación ruminal y la digestibilidad de los nutrientes así como, sobre la estructura, tamaño, diversidad y composición química de las comunidades bacterianas, en ganado caprino y en fermentadores de flujo continuo simple (FFCS). La sustitución parcial del concentrado en la dieta se ha abordado mediante dos estrategias: i) utilización de bloques multinutrientes, que incorporan materias primas autóctonas, entre ellas un subproducto de la extracción del aceite de oliva (experimento 1), y; ii) aumento de la relación forraje:concentrado (F:C) en dietas mixtas, utilizando heno de gramíneas o de alfalfa (experimento 2). Los tratamientos del exp. 1 consistían en una dieta control (dieta AC), basada en heno de alfalfa (60%) y concentrado (40%) y, dos dietas en las que la cantidad de concentrado se reducía a la mitad, en comparación con la dieta AC, y se incluían bloques multinutrientes, denominados I y II (dietas ACBI y ACBII, respectivamente). Las tres dietas se suministraron a 6 cabras de raza granadina (46,9 ± 2,2 kg de peso vivo) y 6 FFCS en 3 períodos consecutivos y siguiendo un diseño experimental en cuadrado latino 3 x 3 replicado, de forma que, tanto in vivo como in vitro, cada dieta se analizó en un total de 6 unidades experimentales, dos por período. En los ensayos in vivo la dieta AC se formuló para cubrir las necesidades de mantenimiento energético de los animales, mientras que en las dietas ACBI y ACBII los bloques multinutrientes se administraron ad libitum. En los ensayos in vitro, la dieta AC, al igual que en los ensayos in vivo, estaba constituida por heno de alfalfa y concentrado en una proporción de 60:40; las dietas ACBI y ACBII contenían heno de alfalfa, concentrado y el bloque multinutriente correspondiente en la proporción 60:20:20. La cantidad de dieta aportada a cada fermentador era de 75 g de materia fresca al día. En el exp. 2 los tratamientos consistían en 4 dietas, constituidas por heno de gramíneas (G) o heno de alfalfa (A) y concentrado, de forma que la relación forraje:concentrado fuese 70:30 (F) o 30:70 (C). Las dietas, denominadas como GF, GC, AF y AC, se ensayaron siguiendo un factorial 2 x 2, dentro de un diseño experimental en cuadrado latino 4 x 4. Todas las dietas se formularon para cubrir el 120% de las necesidades energéticas de mantenimiento de las 4 cabras de raza granadina (46,3 ± 3,0 kg de peso vivo) utilizadas en los ensayos in vivo. En los ensayos in vitro se utilizaron 8 FFCS. Dos fermentadores recibían cada una de las dietas experimentales, uno 30 g de materia seca (MS) y el otro 45 g de MS, con objeto de establecer la influencia de dos rangos de valores de pH diferentes sobre el potencial simulador de los FFCS. El diseño experimental del ensayo in vitro correspondió a dos cuadrados latinos 4 x 4 independientes con un ordenamiento de los tratamientos estudiados similar al del ensayo in vivo. Cada uno de los periodos del ensayo in vitro se iniciaba al finalizar el correspondiente período in vivo. El líquido ruminal, extraído de cada animal (exp. 2) o pareja de animales (exp. 1) alimentados con la misma dieta, se utilizó como inóculo de dos fermentadores a los que se suministraba la misma dieta que recibían el animal o animales donadores de su inoculo. Los resultados del exp. 1 muestran, tanto in vivo como in vitro, que la sustitución parcial del concentrado, en dietas mixtas, por bloques multinutrientes no afectó a la fermentación ruminal de los carbohidratos, ya que la concentración o producción de ácidos grasos volátiles (AGV) en el rumen y en el fermentador, respectivamente, era similar para todas las dietas estudiadas (P ¿ 0,35). Además, la sustitución de la mitad del concentrado por el bloque II (dieta AC vs. ACBII) no redujo (P > 0,05) la síntesis de proteína microbiana, medida como flujo de bases púricas (BP) al duodeno. Los datos in vivo, obtenidos en este experimento, apuntan a la posibilidad de utilizar bloques multinutrientes para sustituir una parte del concentrado de la dieta de ganado caprino en mantenimiento, sin que la fermentación ruminal se vea comprometida. Por otro lado, en este experimento se observaron diferencias significativas (P < 0,001) entre los valores absolutos, obtenidos in vivo e in vitro, para la mayor parte de los parámetros de la fermentación y para la composición química de las fracciones bacterianas. Sin embargo, las respuestas al efecto de la dieta de la mayor parte de las variables analizadas in vivo, incluyendo la relación BP:N de las diferentes fracciones bacterianas utilizadas para la estimación del flujo de N microbiano, se reproducían adecuadamente en los FFCS (interacción origen de la muestra x dieta, P ¿ 0,05). En aquellos casos en los que las tendencias observadas in vivo e in vitro no eran similares, como la proporción molar de ácido propiónico y una serie de parámetros relacionados con la síntesis de proteína microbiana, las diferencias pueden deberse a los distintos valores de pH encontrados en el rumen y en los fermentadores (interacción origen x dieta, P = 0,003). Los resultados correspondientes al ensayo in vivo del exp. 2 muestran que la mayor parte de los nutrientes de las dietas ricas en concentrado (GC y AC) presentaban una mayor (P < 0,001) digestibilidad aparente y número total de protozoos en el rumen, en comparación con aquellas dietas ricas en forraje. Sin embargo, la digestibilidad aparente de la proteína, la concentración de N-amoniacal en el rumen y la síntesis de proteína microbiana, medida como excreción urinaria de derivados púricos (DP), aumentaban al cambiar la relación F:C de 70:30 a 30:70, únicamente con las dietas basadas en heno de gramíneas (interacción tipo de forraje x relación F:C, P ¿ 0,08). Por otra parte, la dietas ricas en concentrado promovían menores (P < 0,001) valores de pH en el rumen, en relación a aquellas con alta proporción de forraje, sin afectar (P = 0,12) a la concentración media de AGV totales. Los valores del flujo de N microbiano, estimados a partir de la excreción de DP en orina, eran muy superiores cuando se utilizó la relación BP:N de las fracciones bacterianas aisladas en nuestras condiciones experimentales que cuando se empleaba el valor fijo del cociente BP:N propuesto en la bibliografía para pequeños rumiantes. Los resultados encontrados en este ensayo in vivo indican que aunque los parámetros relacionados con el metabolismo del N no se modificaron al aumentar la relación F:C de 30:70 a 70:30 con dietas basadas en heno de alfalfa, el menor contenido en energía digestible de las dietas ricas en forraje podría limitar su uso en animales de alta producción. Los valores medios de pH, obtenidos en los fermentadores del exp. 2 que recibían 30 g de MS (entre 6,22 y 6,53), eran superiores (P < 0,001) a los que se observaron en los fermentadores que recibían 45 g de MS diarios (entre 5,70 y 6,08). En los primeros, además, los valores de pH mostraban un rango más cercano al de los valores encontrados en el rumen de caprino alimentado con las mismas dietas (entre 6,22 y 6,43). Los resultados obtenidos en el ensayo in vitro del exp. 2 explican algunas discrepancias in vivo vs. in vitro observadas en el exp. 1: bajos valores del pH en fermentadores, asociados con un aporte más elevado de MS, hacen que la simulación de la respuesta in vivo de algunas variables a los tratamientos no sea adecuada. Así, la digestibilidad de los nutrientes, especialmente la de la fibra neutro detergente, y algunos parámetros de la fermentación ruminal como el pH, la concentración de AGV y el flujo de BP no se simularon correctamente en aquellos fermentadores que recibían 45 g MS de la dieta por fermentador y día, mientras que en los que recibían 30 g MS si se observó una adecuada simulación de las respuestas a los tratamientos que se producían en el animal. Sin embargo, los primeros permitían simular la evolución temporal de los 3 parámetros de la fermentación analizados (pH y concentración de AGV y N amoniacal), observada in vivo (interacción dieta x origen x tiempo, P ¿ 0,18). Los FFCS alimentados con 30 g de MS diarios, cuyos valores de pH eran próximos a los del rumen de animales alimentados con las mismas dietas, simularon adecuadamente la respuesta de la mayor parte de los parámetros estudiados cuando se disminuyó la cantidad de concentrado en la dieta. En aquellos casos en los que no se observó un mismo patrón de respuesta in vivo e in vitro, como la digestibilidad aparente de los carbohidratos no fibrosos y la relación acético:propiónico, la incapacidad de los FFCS para simular lo que ocurría en el animal solo se manifestaba con las dietas ricas en forraje (GF y AF). Este hecho coincide con la observación de que el efecto in vivo del tipo de forraje utilizado sobre varios de los parámetros estudiados no se reprodujo adecuadamente en los FFCS, independientemente de que sus valores de pH fueran o no cercanos a los del rumen. Las diferencias en cuanto a la composición química de las fracciones bacterianas, aisladas a partir de muestras de contenido ruminal y de los FFCS, observadas en ambos experimentos, indican una estructura distinta de las comunidades bacterianas presentes en ambos ecosistemas. Mediante dos técnicas moleculares, polimorfismo en la longitud de los fragmentos terminales de restricción (T-RFLP) y reacción en cadena de la polimerasa a tiempo real (qPCR), se comprobó que si bien la diversidad y el tamaño de las comunidades bacterianas del contenido de los FFCS, cuyo pH era superior a 6,0, no diferían (P ¿ 0,05) de las establecidas en el rumen de caprino alimentado con las mismas dietas, su estructura era diferente. El análisis discriminante de las especies presentes en las fracciones bacterianas asociadas a las fases sólida y líquida del contenido del rumen y del vaso del fermentador, indica una estructura bacteriana más parecida cuando la dieta suministrada a los animales y a los fermentadores era la misma que cuando no lo era. Los resultados obtenidos, mediante la aplicación de técnicas moleculares, sugieren que las diferencias in vivo vs. in vitro, encontradas para algunos parámetros de la fermentación ruminal, se deben a una distinta composición de ambos ecosistemas en especies bacterianas. Sin embargo, la biomasa y diversidad de las bacterias de ambos ecosistemas eran parecidas, lo que puede indicar que en los FFSC se establece una microbiota cuya funcionalidad es suficientemente parecida a la del rumen como para detectar diferencias entre tratamientos similares a las encontradas en el rumen de caprino. Los resultados de este trabajo muestran la utilidad de los fermentadores de flujo continuo simple para estudiar el efecto de distintos tratamientos sobre el metabolismo ruminal del ganado caprino. La calidad de la simulación que los fermentadores proporcionan depende de que la relación entre la cantidad de dieta suministrada a los fermentadores y la de saliva infundida permita que el pH de los fermentadores sea lo más próximo posible al del rumen. El potencial simulador de estos fermentadores con dietas mixtas forraje-concentrado depende de la calidad del forraje. El uso de bloques multinutrientes permite la inclusión de un subproducto, con un elevado contenido en humedad, en dietas para rumiantes en mantenimiento sin comprometer la fermentación ruminal. La sustitución parcial del concentrado por un forraje de buena calidad como el heno de alfalfa tampoco compromete la fermentación ruminal.