Metabolitos secundarios y patrón de selección de dietas en el bosque deciduo tropical de los llanos centrales venezolanos Alfredo Baldizán1, Carlos Domínguez1, Danny E. García2*, Eduardo Chacón3 y L. Aguilar3 1 Instituto para el Desarrollo de Sistemas Agrosustentables 2 Estación Experimental y de Producción Agrícola "Rafael Rangel" 3 Facultad de Ciencias Veterinarias 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
los 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.
Secondary metabolites in a tropical deciduous forest vegetation of the Venezuelan central plains 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.
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). MATERIALES Y MÉTODOS Características de las zonas de muestreo 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. Clima 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 27ªC. Tipo de vegetación 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). Relieve 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. Suelo 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.
Recolección y preparación de muestras 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. Particularidades del muestreo según los tratamientos 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. Ensayos analíticos Tamizaje fitoquímico 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. Manejo animal, estimación del consumo y técnica microhistológica Selección de dietas y observaciones visuales 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. Análisis microhistológico de la vegetación 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. Análisis microhistológico de las heces 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. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Las especies muestreadas en el bosque deciduo tropical se presentan en el Cuadro 2. 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). Cuadro 2. Metabolitos secundarios y consumo relativo de algunas plantas del bosque deciduo tropical en la época de lluvias 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 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).
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.
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).
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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