Inclusión de nitratos en la alimentación de bovinos : una alternativa para mitigar las emisiones de metano entérico

• Autores: Ortiz Chura, Abimael
• Año de publicación: 2021
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Cataldi, Angel Adrián; Cerón Cucchi, María Esperanza
• Materia: Bovinos; Rumen; Nitratos; Metano; Microbiota; Cambio climático global; Raza Holstein; Ternero; Ciencias Veterinarias
• Institución: Universidad de Buenos Aires

Nitrate decreases ruminal methanogenesis through competition with hydrogenotrophic\nmethanogens for available hydrogen (H2), and also by its toxic effects on methanogens, but there\nis limited knowledge of its effects on other members of the ruminal microbiota and their metabolites. The general objective of this thesis was to evaluate the effect of nitrate inclusion on\nenteric methane (CH4) emission, ruminal microbiota and ruminal metabolism in Holstein calves. To develop this objective, first, an in vitro study was performed to demonstrate its\nantimethanogenic effect and its implications on digestibility and ruminal fermentation in diets of\nlow nutritional quality. Then, an in vivo study using Holstein calves was developed to evaluate the\neffects of nitrate inclusion in the diet on enteric CH4 emission, feed intake, ruminal fermentation\ndynamics, temporal changes in ruminal microbiota (at 0, 4, and 8 h post-feeding), and finally, the effects on biochemical, hematological and blood gases parameters in response to a progressive\ninclusion scheme of nitrate in the diet. Results of the in vitro study: Dry matter digestibility (DMD) and organic matter digestibility (OMD) of the urea + molasses (UME) and nitrate + molasses (NME) treatments were significantly\nincreased compared to the control treatment (CTR) (P<0.001). The NME treatment, compared to\nUME and CTR, decreased CH4 production (g/kg DMD) by 62% and 64%, respectively. Ruminal\npH and total volatile fatty acid (VFA) production did not differ between treatments (P>0.05). The\nNME and UME treatments increased ruminal ammonia concentration (NH3-N) compared to the\nCTR treatment (P<0.01). The NME treatment induced a higher proportion of acetate, but a lower\nproportion of propionate, butyrate, and valerate compared to the UME and CTR treatments (P<0.001).\nResults of the in vivo study: Dry matter intake (DMI), initial and final weight, body weight gain (BWG) and feed conversion did not differ between dietary treatments (P>0.05). Diets containing\nnitrate (NIT) decreased CH4 emission by 27% (g/day), yield by 21% (g/kg of DMI), and intensity by 23% (g/kg of BWG) compared to the control diet (CTR; P<0.05). Ruminal pH and total VFA\nconcentration did not differ between dietary treatments (P>0.05), but they differed with time postfeeding (P<0.05). NH3-N and acetate concentrations increased at 4 h post-feeding, while propionate decreased with the NIT diet (P<0.05). Feeding the NIT diet reduced the populations of total bacteria, total methanogens, Ruminococcus albus and Ruminococcus flavefaciens, and the abundance of Succiniclasticum, Coprococcus, Treponema, Shuttlewortia, Succinivibrio, Sharpea, Pseudobutyrivibrio, and Selenomona (P<0.05); whereas, the populations of total fungi, protozoa,\nFibrobacter succinogenes, Atopobium, and Erysipelotrichaceae L7A_E11 increased (P<0.05).Methemoglobin and deoxyhemoglobin increased according to nitrate concentrations in the diet (P<0.05), on the contrary, oxyhemoglobin and carboxyhemoglobin decreased (P<0.05).\nHematocrit levels decreased (P<0.05), whereas, albumin, alanine aminotransferase (ALT) and gamma-glutamyl transpeptidase (GGT) concentrations did not change (P>0.05). However,\nglucose, urea, aspartate aminotransferase (AST), and retinol concentrations increased (P<0.05)\naccording to nitrate concentrations in the diet.\nIn conclusion, in the in vitro study, the inclusion of nitrate and urea increased the digestibility of Rhodes grass hay, but only the nitrate reduced CH4 production substantially (~60%). Although the inclusion of nitrate induced a lower proportion of propionate, butyrate, and valerate, the digestibility of the substrates was not negatively influenced. In the in vivo study, the ability of nitrate inclusion in the diet to reduce enteric CH4 emission and CH4 yield was confirmed without significantly affecting DMI or BWG. The lower enteric CH4 emission in response to nitrate feeding was over\nthe stoichiometrically predicted reduction potential and also associated with a lower density of total methanogen population, suggesting a predominantly direct effect on ruminal\nmethanogenesis. The decrease in the proportion of propionate in the ruminal fluid in response to\nnitrate was associated with a reduction in the abundance of bacteria involved in the succinate and acrylate metabolic pathways to propionate synthesis. Finally, a dose-response effect was\nobserved for methemoglobin, glucose, urea, AST, and retinol, but these values did not exceed\nreference values. These results highlighted the importance of using a scheme of progressive\ninclusion of nitrate in the diet of calves to reduce the risks of nitrate and nitrite toxicity, and in turn reduce enteric CH4 emissions
Fil: Ortiz Chura, Abimael. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Veterinarias. Buenos Aires, Argentina
El nitrato disminuye la metanogénesis ruminal porque compite con los metanógenos hidrogenotróficos por el hidrógeno molecular (H2) disponible, y también por sus efectos tóxicos sobre los metanógenos, pero hay limitados conocimientos de sus efectos sobre los otros\nmiembros de la microbiota ruminal y sus metabolitos. El objetivo general de la tesis fue evaluar el efecto de la inclusión de nitrato sobre la emisión de metano (CH4) entérico, la microbiota y el\nmetabolismo ruminal en terneros Holstein. Para desarrollar este objetivo, primeramente, se realizó un estudio in vitro con la finalidad de evidenciar su efecto antimetanogénico y sus implicancias en la digestibilidad y la fermentación ruminal en dietas de baja calidad nutricional.Después, se desarrolló un estudio in vivo, utilizando terneros Holstein con el objetivo de evaluar\nlos efectos del uso de nitratos sobre la emisión de CH4 entérico, el consumo de alimentos, la dinámica de la fermentación ruminal, los cambios temporales de la microbiota ruminal (a las 0, y 8 h post-ingesta), y finalmente, los efectos sobre los parámetros bioquímicos, hematológicos y gases en sangre en respuesta a un esquema de inclusión progresiva de nitrato en la dieta. Resultados del estudio in vitro: La digestibilidad de la materia seca (DMS) y orgánica (DMO) de los tratamientos urea + melaza (UME) y nitrato + melaza (NME) fueron incrementadas significativamente en comparación con el tratamiento control (CTR) (P<0,001). El tratamiento\nNME comparado con UME y CTR, disminuyó la producción de CH4 (g/kg DMS) en 62% y 64%,\nrespectivamente. El pH ruminal y la producción total de ácidos grasos volátiles (AGV) no difirieron entre los tratamientos (P>0,05). Los tratamientos NME y UME incrementaron la concentración de\nnitrógeno amoniacal ruminal (N-NH3) comparado al tratamiento CTR (P<0,01). El tratamiento NME indujo una mayor proporción de acetato, pero una menor proporción de propionato, butirato y valerato comparado con los tratamientos UME y CTR (P<0,001). Resultados del estudio in vivo: El consumo de materia seca (CMS), el peso inicial y final, la\nganancia diaria de peso (GDP) y la conversión alimenticia no difirieron entre los tratamientos dietarios (P>0,05). La dieta que contiene nitrato (NIT) disminuyó la emisión de CH4 en 27% (g/día), el rendimiento de CH4 en 21% (g/kg de CMS), y la intensidad de emisión de CH4 en 23% (g/kg de GDP) comparado con la dieta control (CTR; P<0.05). El pH ruminal y la concentración\ntotal de AGV no difirieron entre los tratamientos dietarios (P>0,05), pero sí con el tiempo postingesta de alimentos (P<0,05). Se observaron aumentos a las 4 h post-ingesta en las\nconcentraciones de N-NH3 y acetato, mientras que el propionato disminuyó con la dieta NIT (P<0,05). La alimentación con la dieta NIT redujo la población de bacterias totales, metanógenos totales, Ruminococcus albus y Ruminococcus flavefaciens, y la abundancia relativa de\nSucciniclasticum, Coprococcus, Treponema, Shuttlewortia, Succinivibrio, Sharpea, Pseudobutyrivibrio y Selenomona (P<0,05); mientras que, la población de hongos totales,protozoos, Fibrobacter succinogenes, Atopobium y Erysipelotrichaceae L7A_E11 aumentaron\n(P<0,05). La metahemoglobina y la desoxihemoglobina sanguínea aumentaron en función de las concentraciones de nitrato en la dieta (P<0,05), por el contrario, la oxihemoglobina y la carboxihemoglobina sanguínea disminuyeron (P<0,05). Los niveles del hematocrito disminuyeron\n(P<0,05), mientras que, las concentraciones de albúmina, alanina aminotransferasa (ALT) y\ngamma-glutamil transpeptidasa (GGT) no se modificaron (P>0,05). Sin embargo, las concentraciones de glucosa, urea, aspartato aminotransferasa (AST) y retinol aumentaron\n(P<0,05) en función de las concentraciones de nitrato en la dieta.En conclusión, en el estudio in vitro, la inclusión de nitrato y urea incrementaron la digestibilidad del heno de grama Rhodes, pero únicamente el nitrato redujo sustancialmente la producción de CH4 (-60%). A pesar de que la inclusión de nitrato indujo una menor proporción de propionato, butirato y valerato, la digestibilidad de los sustratos no fue influenciada negativamente. En el estudio in vivo, se confirmó la capacidad de la inclusión de nitrato en la dieta para reducir la emisión de CH4 entérico y el rendimiento de CH4 sin afectar significativamente el consumo de alimento ni la ganancia de peso. La menor emisión de CH4 entérico en respuesta a la alimentación\ncon nitrato estuvo por encima del potencial de reducción estequiométricamente esperado y también se asoció a una menor densidad de la población total de metanógenos, lo que sugiere un efecto predominantemente directo sobre la metanogénesis ruminal. La disminución de la proporción de propionato en el líquido ruminal en respuesta al nitrato se asoció con una menor\nabundancia de bacterias implicadas en las vías metabólicas del succinato y el acrilato para la síntesis de propionato. Finalmente, se observó un efecto dosis-respuesta para la metahemoglobina, la glucosa, la urea, la AST y el retinol, pero estos valores no superaron los valores de referencia. Estos resultados resaltaron la importancia de utilizar un esquema de inclusión progresiva de nitrato en la dieta de terneros para reducir los riesgos de toxicidad por los\nnitratos y nitritos, y a su vez reducir las emisiones de CH4 entérico
Nutrición animal
Doctor de la Universidad de Buenos Aires en Ciencias Veterinarias