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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.64.2007.tde-03092007-144241
Documento
Autor
Nome completo
Cibele Longo
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Piracicaba, 2007
Orientador
Banca examinadora
Abdalla, Adibe Luiz (Presidente)
Araujo, Welington Luiz de
Mui, Tsai Siu
Rodrigues, Paulo Henrique Mazza
Sallam, Sobhy Mohamed Abdallah Hassan
Título em português
Avaliação in vitro de leguminosas taniníferas tropicais para mitigação de metano entérico
Palavras-chave em português
Fenólicos
Metano
Metanogênicas
Microrganismos
Ovinos
Produção de gás
Ruminante
Tanino
Resumo em português
Os animais contribuem para o aumento da concentração de metano na atmosfera através da fermentação de tanques de esterco e da fermentação do trato digestivo (fermentação entérica). A fermentação entérica dos ruminantes, pseudo-ruminantes (cavalos, asno, mulas) e não ruminantes produzem em média 80 Tg/ano de metano e representam 28 % do metano antropogênico global emitido, dos quais 95 % provêm dos ruminantes. Os objetivos destes trabalhos foram (i) rastrear novos materiais com potencial forrageiro que contenham tanino e que promovam redução de metano entérico; (ii) estudar a influência dessas plantas sobre a produção de metano e parâmetros fermentativos in vitro; e (iii) estudar a influência dessas plantas sobre a população de Fibrobacter succinogenes e a comunidade metanogênica no meio de fermentação. Os resultados são apresentados na forma de capítulos, sendo o primeiro objetivo descrito no Capítulo 3, no qual é descrita a caracterização das leguminosas taniníferas Styzolobium aterrimum (STA), Styzolobium deeringianum (STD), Leucaena leucocephala(LEU), Mimosa caesalpiniaefolia Benth (MIC). Estas plantas foram avaliadas pela composição química e quantificação de compostos fenólicos e bioensaio até 96 h de incubação in vitro; tendo Cynodon x cynodon (CYN) como controle para avaliar a produção de gás potencial (A), a fase lag (L), a taxa fraccional de fermentação ('mü') e o incremento de gás devido à adição de PEG após 8, 24 e 48 h de incubação nas cinco plantas. As leguminosas tiveram melhor desempenho fermentativo que a gramínea, com exceção de MIC. Entretanto, a fermentação de todas leguminosas foi limitada diferentemente pela presença de tanino, da fibra indigestível ou pela ação aditiva de ambos. Entre todas as plantas, LEU mostrou ser uma forragem de boa qualidade para suplementação protéica em dietas de ovinos, assim como STA e STD, contanto que para estas haja um melhor manejo de produção para evitar o alto conteúdo de fibras, especialmente de FDA. MIC poderia ser incluído na dieta de ovinos em baixa concentração, não com a finalidade principal de suplementação protéica, mas explorando esta leguminosa como aditivo para mitigação de metano. No Capítulo 4 são apresentados os resultados de outro ensaio in vitro (segundo objetivo). A técnica in vitro de produção de gás foi utilizada para avaliar as quatro leguminosas taniníferas (STA, STD, LEU e MIC) e o CYN como controle em dois horários, no t1/2 (tempo para obtenção da metade da GP) e após 24 h de incubação, medindo a produção total de gás, metano, amônia, ácidos graxos de cadeia curta (AGCC), massa microbiana (MM) e a degradabilidade verdadeira da matéria seca (VDMS). A produção de metano em t1/2 foi reduzida (P < 0,05) com adição das leguminosas em 17% e quando relacionado à VDMS, esta redução alcançou em média 50% com LEU e STA e 37% com MIC e STD. LEU e STA causaram aumento significante na MM seguida por STD, MIC e CYN. A relação MM/SCFA em t1/2 foram maiores para LEU (14,7) e STA (14,1) seguida por STD (6,1), MIC (5,6) e CYN (4,6). A maior MM para LEU e STA sugere uma produção de ATP maior, porém, as diferentes proporções de AGCC demonstraram diferentes rotas de aquisição de ATP. O Capítulo 5 se refere à quantificação de linhagens de bactéria ruminal, a qual foi realizada utilizando primers específicos para detecção de seqüências de gene 16S rDNA para metanogênicas e para a bactéria celulolítica Fibrobacter succinogenes através da reação em cadeia da polimerase em tempo real (qPCR). Foi também investigado a influência das leguminosas na comunidade metanogênica através da eletroforese em gel com gradiente denaturante (DGGE) de seqüências de gene 16S rDNA. As metanogênicas em t1/2 foram 2,0 e 0,9 vezes menores que com STA e LEU comparadas com o controle, mas foram 2,5 e 0,5 vezes maiores com MIC e STD. A população de F.succinogenes foi 2,3 e 1,8 vezes menores do que o controle quando LEU e STA foram incubadas. A análise de DGGE para metanogênicas resultou em diferente distribuição de bandas com os tratamentos. CYN apresentou algumas bandas mais fortes, as quais se tornaram fracas com as leguminosas, exceto em STA. Algumas bandas tanto desapareceram, como em LEU, STA e MIC, ou se tornaram mais fracas, especialmente em STA. MIC apresentou ligeiro aumento no número de bandas fracas. É confirmado que as plantas taniníferas estudadas foram capazes de reduzir a emissão de metano com diferentes proporções dos produtos finais de fermentação, afetando negativamente a população de F. succinogenes e causando alterações na estrutura da comunidade metanogênicas
Título em inglês
In vitro evaluation of the taninniferous tropical legumes in order to mitigate enteric methane
Palavras-chave em inglês
Gas production
Methane
Methanonogens
Microorganisms
Ovine
Phenolic
Ruminant
Tannin
Resumo em inglês
Animals contribute to increasing the methane concentration in the atmosphere through the fermentation of livestock manure and the fermentation in the digestive tract, e.g, enteric fermentation. The enteric fermentation of ruminants, pseudoruminants (horses, donkeys, mules) and non-ruminants produce an average of 80 Tg/year of methane and comprise 28 % of global anthropogenic methane emission, from which 95% arise from ruminants. The aims of this study were (i) to scan new potential forage containing tannin, which may reduce enteric methane emission; (ii) to study the influence of those plants on methane production and fermentative parameters in vitro; (iii) to study the influence of those plants on the population of Fibrobacter succinogenes and the methanogen community in the fermentation fluid. The results are presented in the form of chapters, being the first objective studied described in the Chapter 3, in which refers to the characterization of the tannin-rich legumes Styzolobium aterrimum (STA), Styzolobium deeringianum (STD), Leucaena leucocephala(LEU), Mimosa caesalpiniaefolia Benth (MIC). They were appraised for the chemical composition, quantification of phenolic compounds and bioassay up to 96 h in vitro incubation using Cynondon x cynodon (CYN) as control, to evaluate the potential gas production, (A), lag phase (L), fractional rate of gas production ('mü') and the gas increment due to PEG addition after 8, 24 and 48 h incubation of the five plants. Legumes showed better fermentative performance (except MIC) than the grass. However, each legumes fermentation was limited diferently by the presence of condensed tannin or the indigestible fiber or by the additive action of both. Among the plants, LEU showed good quality forage for protein supplementation in sheep diets as well as STA and STD as long there is an agriculture management to reduce indigestible fiber, specially ADF. MIC could be included in a sheep diet in low concentration, aiming not the protein supplementation, but exploiting it as an additive to methane mitigation. In Chapter 4 the second object is discussed describing an in vitro gas test to evaluate the four tannin-rich legumes (STA, STD, LEU and MIC), and CYN as control at two main time points: t1/2 (time of half maximal gas production) and 24 h, measuring total gas production , methane, ammonia, short chain fatty acids (SCFA), microbial mass growth (MM) and true substrate degradability (TSD). Methane production at t1/2 was reduced (P < 0.05) with addition of legumes by 17 % but when related to TSD this reduction reached on average 50 % with LEU and STA and 37% with MIC and STD. LEU and STA caused a significant increase in MM followed by STD, MIC, and CYN. Additionally, high MM/SCFA ratios in t1/2 were found in LEU (14.7) and STA (14.1) and followed by STD (6.1), MIC (5.6) and CYN (4.6). The higher MM in LEU and STA suggested higher ATP production; however, the different proportion of the SCFA demonstrated different routes of ATP acquisition. Chapter 5 refers to the quantification of specific strains of rumen bacteria, which was performed using designed primers for detecting 16S rDNA gene sequences for methanogens and the cellulolytic bacteria Fibrobacter succinogenes by real-time polymerase chain reaction (qPCR). Also, the influence of those four legumes on the methanogenic community was investigated using denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) of 16S rDNA gene. Methanogens at t1/2 were 2.0 fold and 0.9 fold lower with STA and LEU compared to the control, but they were 2.5 fold and 0.5 fold higher with MIC and STD. F. succinogenes population was 2.3 and 1.8 fold lower than the control when LEU and STA was applied. DGGE analysis of the methanogenic population resulted in different band patterns with treatments. CYN presented some strong bands, which became weaker with the legumes, except in STA. Some bands either disappeared, as in LEU, STA and MIC, or became weaker, especially in STA. MIC increased slightly the number of weak bands. It is confirmed that the studied taninniferous plants were able to reduce enteric methane with different fermentation products proportions, as well negatively affected F. succinogenes population and caused changes in the methanogenic community structure
 
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Data de Publicação
2007-12-13
 
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