Leguminosas

Leguminosas arbustivas con taninos:
Potencial y limitaciones para la
alimentación del ganado en el trópico
Tassilo Tiemann, Hans-Dieter Hess, Carlos Lascano
Swiss Centre for International Agriculture
Financiado Schweizerisches Zentrum für Internationale Landwirtschaft
parcialmente por: Centre Suisse pour l’Agriculture Internationale

Seminario del CIAT 06.12.2006

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

06.12.2006 Tassilo Tiemann, Animal Nutrition, ETH Zürich. ttiemann@inw.agrl.ethz.ch 2

Objetivo general del proyecto

El desarrollo de sistemas de alimentación más
eficientes basados en leguminosas arbustivas
con altos niveles de taninos condensados,
contribuyendo al mejoramiento de la
productividad de la ganadería y al aumento
del ingreso de pequeños productores.


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


Problema

Exceso de gases del efecto invernadero
constituye un problema global.

Rumiantes son una de las mayores fuentes de
metano del mundo


Posibles soluciones
Leguminosas arbustivas con taninos podrían
representar una solución para los dos problemas
por
Su capacidad de adaptación a suelos ácidos de baja
fertilidad
su capacidad de fijar nitrógeno del aire
su sistema radicular extenso y profundo
su alta capacidad de persistencia
el potencial de taninos de mitigar la producción de
metano en rumiantes

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)


Los TC son polímeros de diferentes antocianidinas
Antocianidinas son colorantes (p.e. en flores)

Cyanidina (525 nm)
Pelargonidina (510 nm) p.e. en Rosas rojas
p.e. en Salvia

Delfinidina (535 nm)
p.e. en Verbena

Esos tres monómeros pueden formar polímeros de diferentes
tamaños y composiciones: se conocen aprox. 15000 TC
→ alta variabilidad en sus carácteristicas químicas y biológicas


Introducción digestión ruminal
El tracto digestivo del rumiante:
La digestión sucede en compartimentos diferenciados con
condiciones diferentes


Objetivos de la presentación

Definir los efectos ambientales sobre la
productividad y calidad de especies
arbustivas con y sin taninos
Evaluar el efecto de mezclas con y sin
taninos en procesos de digestión ruminal
Determinar la utilidad de las mezclas con y
sin taninos en parámetros de producción
animal


1. Interacción ambiente-planta
Rendimiento de biomasa
Propiedades químicas de taninos


Interacción ambiente-planta - rendimiento
Evaluación de 5 leguminosas arbustivas:

Calliandra calothyrsus Flemingia macrophylla Leucaena leucocephala

Desmodium velutinum Cratylia argentea

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 4.5
en Enero 2005, 9 meses después del establecimiento

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

Evaluación de supervivencia y rendimiento
Evaluación de propiedades biológicas y químicas

Producción de biomasa de hojas (se excluyó Leucaena)
Matazul (Llanos): diferencia marcada entre sitios y especies
con y sin taninos

1200 Calliandra
a
Flemingia
1000
Cratylia Diferencias
ab Desmodium significativas
peso seco de follaje [g]

b (P<0.05) entre
800
b especies y
a‘ sitios
600

b‘
400
c‘ c‘
200

0
Palmira Matazul


Interacción de fertilización con sitio en producción de MS
Efectos claros de fertilización en los suelos pobres de Matazul

1400

a alto
a
1200 bajo

1000
peso seco total [g]

800 a‘

600
b‘
400

200

0
Palmira Matazul

Diferencias significativas con P<0.05

Resumen

Diferencias significativas entre sitios en producción de
biomasa
Mayor producción en suelos fértiles
Mayor 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 (química de taninos)

Evaluación de 3 leguminosas arbustivas:

Calliandra calothyrsus Flemingia macrophylla Leucaena leucocephala



Prueba de astringencia
Cuantificación de Antocianidinas por HPLC
Identificación del peso molecular de las
diferentes fracciones por HPLC y MALDI-ToF



HCl-Butanol Purificación


Astringencia -
Capacidad de Monómeros - HPLC Peso molecular
ligar proteina

Spectrum Index Plot
4.757 6.337 7.818 8.916 9.381 10.762
500.00 nm 500.00 nm 500.00 nm 500.00 nm 500.00 nm 500.00 nm
550.00 550.00 550.00 550.00 550.00 550.00

4.76 6.34 7.82 526.1 8.92 526.1
543.4 9.38 534.7 10.76
531.8 508.8
526.1
557.8
500.2
485.8 543.4

delphinidin cyanidin pelargonidin unknown unknown unknown

0.05
4.757

6.337

0.04

0.03
AU

7.818

0.02
10.762
9.381
8.916

0.01

0.00

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 18.00 20.00
Minutes
Sample Name FRACYOLLMETHAN Vial 1 Injection 0 Date Acquired 10/07/96 10:33:56


Prueba de astringencia (Hagerman 1998)
Efectos marcados entre especies en astringencia de taninos
Tendencia a mayor astringencia de taninos en plantas
fertilizadas
Palmira
7 Fertilización baja
6 * a Diferencias
Fertilización alta
significativas
Astringency [mm]

5
(P<0.05) entre
4
b b especies
3 (minúsculas)
2 y niveles de
1 fertilización
0 (asteriscos)
Flemingia P Calliandra P Leucaena P


Análisis de la composición monomérica
Diferencias significativas debidas a especies
Flemingia: alta proporción de Delfinidina (muy astringente)
100%
a a a
90% b a c

80%
c
Desconocidos
b a
70% Pelargonidin
Cianidin
Diferencias
60%
Delfinidin significativas
50%
con P<0.05
40%

30%
a b c
20%

10%

0%
Flemingia Calliandra Leucaena



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

Calliandra 250-650 -- --

Flemingia ~350 ~1000 ~2000

Leucaena 250-350 ~500 ~1000


Resumen

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


2. Taninos y efectos en fermentación


Objetivo

Evaluar el efecto de taninos de
leguminosas en parámetros de
fermentación in vitro


Ensayo 1

Evaluar el efecto de diferentes
concentraciones de taninos de
varios especies sobre la
dinámica de fermentación in
vitro


Taninos y efectos en fermentación



Diseño experimental
Mezcla 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)

Niveles altos de taninos reducen tasa y magnitud de la
fermentación
Taninos de Calliandra: mayor efecto en patrones de fermentación
Taninos de Leucaena: menor efecto en patrones de fermentación

Comperación con niveles de taninos intermedios Comperación con niveles de taninos altos

Br/Cau Br/Cau
300 300
310-50 310-100
250 250 316-100

P roducción de gas [m l]
P roducción de gas [m l]

316-50
Fl-50 Fl-100
200 200 Leu-100
Leu-50

150 150

100 100

50 50

0 0
3 6 9 12 24 36 48 60 72 96 120 144 168 3 6 9 12 24 36 48 60 72 96 120 144 168

Horas Horas

Diferencias significativas (P<0.05) entre especies/ accesiones

Simulación de los procesos en el tracto digestivo


Calidad forrajera – efecto de taninos
Inclusión 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%)

Resumen

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


4. Efectos in vivo


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


Efectos in vivo
Ensayos en Colombia y Suiza con ovinos y vacas

Producción de leche

Balance de nitrógeno Emisión de metano

Efectos in vivo – balance de N
La adición de los taninos reduce disponibilidad de N
14
12
10
8
6
4
2
0
Control Calliandra y Flemingia Calliandra y Flemingia
(T1) 15% (T2 y T4) 30% (T3 y T5)
VARIABLES CONTRASTES
T2 vs T4 T3 vs T1 vs T2,T4 T1 vs T3,T5
Consumo de N g/d 0.421 0.951 0.010 <0.001
N total al duodeno g/d 0.009 0.373 0.311 0.017
Absorción Aparente de N g/d 0.014 0.637 0.656 0.087


Efectos in vivo – balance de N

La adición de plantas taníferas puede aumentar la
eficiencia microbial
g de N microbial/kg de MO digerida
12 a a
10 b

8
6
4
2
0
Control Calliandra y Flemingia Calliandra y Flemingia
(T1) 15% (T2 y T4) 30% (T3 y T5)


Efectos in vivo – emisión de metano
La emisión total de metano bajó en las dietas con alto
contenido de leguminosas taníferas

1.9 30
a a a
29
1.8
CH4 [l]/kg peso m etabólico

b 28

CH4 [l]/consum o [kg]
b b a a
1.7 27
26
1.6
25
1.5 24
b
d c b
1.4 23
22
1.3
21
1.2 20

ch aup
i 15% 30% 15 % 30 % ch aup
i 15% 30% 15 % 30 %
Bra Ca ll Ca ll Bra h/ C Ca ll Ca ll lem lem
ch/ C Flem Flem c F F
Bra Bra


Efectos in vivo – producción de leche
La adición de plantas taníferas disminuye la producción
de leche con respecto a la leguminosa sin taninos
Sin embargo consumo y producción suben con mezclas
en comparación a la leguminosa con taninos
Produccion de Consumo
TRATAMIENTOS
leche LCG(kg) %
heno de Caupi 100% 5.3 a 87.3
heno de Calliandra 100% 3.6 c 28.9
heno de Calliandra/Caupi (67/33%) 4.4 b 59.4
heno de Calliandra/Caupi (33/67%) 4.7 b 81.2

Efectos in vivo
Resumen

Taninos reducen la disponibilidad de proteína para el
animal
Mezclar plantas taníferas con leguminosas de alta
calidad mejora altamente el consumo y la producción
de leche comparado con dietas puras de especies
taníferas
La producción de metano se reduce con la adición de
especies taníferas


Conclusiones finales


Leguminosas 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 calidad
sin taninos

La emisión de metano baja con la adición de leguminosas con
taninos


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


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


Agradecimientos

Les agradezco su atención e interés

Les agradezco su atención e interés


6. Efectos en la fertilidad de suelos


Efectos en la fertilidad de suelos
Ensayo al principio y después de 40 días


Efecto de diferentes tratamientos en el porcentaje de
nitrógeno en las plantas.
Sin microelementos: taninos en heces muestran efecto claro
2.5
a
% nitrógeno después de 56d [%]

2
a‘ Diferencia
b‘
1.5
significativa
b con P<0.05
1
c‘ c‘ c‘

0.5
c
0
heces heces sin heces heces urea 20 urea 80 sin
20 80 fertil 20 80 fertil

sin microelementos con microelementos


Efecto de diferentes tratamientos en el contenido de
nitrógeno en las plantas.
La cantidad total de N es mayor con mayor adición de heces

180
a‘
mg nitrógeno después de 56d [%]

160
140
120 Diferencia
b‘ b‘ b‘
100 significativa
a c‘
80 con P<0.05
60
b
40
c
20
0
heces heces sin heces heces urea 20 urea 80 sin
20 80 fertil 20 80 fertil

sin microelementos con microelementos


Resumen
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.


Interacción ambiente-planta
Evaluación agronómica
Condiciones: Palmira: 24.3°C, 896mm/año, 960m snm
Matazul: 26°C, 2250mm/año, 160m snm
30 plantas/bloque, solo las 12 centrales evaluadas
5.0 Palmira alto
Matazul alto
Diferencias
4.0
entre sitios y
puntos de clasificación

especies son
3.0
significativas
con P<0.05
2.0

1.0

0.0
Calliandra Flemingia Leucaena Cratylia Desmodium


Proteína cruda en relación a la proporción PEG:TC
La cantidad de PEG requerida para neutralizar diferentes
taninos varia



Ácidos grasos volátiles:
Aun promediado sobre todas las concentraciones hay una
diferencia marcada en cantidad y calidad de los AGV

AGV totales acetato:propionato
72
a
a 4
70

b
concentración [mmol] '

relación acet: prop
68
3.8
ab
66

3.6
64 c
c bc
62
3.4
d
60

3.2
58
Calliandra 22310 Calliandra 22316 Flem ingia Leucaena
Calliandra 22310 Calliandra 22316 Flem ingia Leucaena


Efecto de proteína sobrepasante (bypass protein)
El efecto de proteína sobrepasante es demostrable
Sin embargo no puede compensar el efecto negativo de los
taninos en el rumen completamente

100 30 100 C. calothyrsus 22310 C. calothyrsus 22316
Degradación de PC en el rum en [% ]

D egradación de PC con pepsina [% ]

90 a F. macrophylla L. leucocephala

D e gra da c ión de PC tota l [% ]
25
80
a a 95
70 a 20
a
60
b b 90
50 b 15 a
40 85
30
10 C. calothyrsus 22310 c b
C. calothyrsus 22310 C. calothyrsus 22316 C. calothyrsus 22316
20 80
F. macrophylla L. leucocephala 5 F. macrophylla
10 L. leucocephala c
0 0 75
11 22 33 11 22 33 11 22 33
Inclusión de taninos [%] Inclusión de taninos [%] Inclusión de taninos [%]


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