RESUMEN
Introduction: The sustainable production of pastures has become a fundamental challenge for the livestock sector where research with plant growth-promoting rhizobacteria as a viable solution, has nearly not been reported. Objective: In this study, we aimed to examine the potential to stimulate growth in Pennisetum clandestinum grass using four isolated bacterial strains from soils obtained from a Colombian tropical silvopastoral system. Methods: We previously identified genetically the strains and characterized two plant growth promoting activities. In addition, we evaluated the growth-promoting effect of the strains in Kikuyo grass under greenhouse conditions. Results: We found that the four bacterial strains were phylogenetically associated with Klebsiella sp. (strains 28P and 35P), Beijerinka sp. (37L) and Achromobacter xylosoxidans (E37), based on partial 16S rRNA gene sequencing. Moreover, the in vitro biochemical assays demonstrated that the strains exhibited some plant growth promoting mechanisms such as 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid deaminase activity and indole compound synthesis. Notably, bacterial inoculation under greenhouse conditions showed a positive influence on P. clandestinum growth. We found a significant (P < 0.05) effect on root and shoot length and shoot dry weight. Shoot length increased by 52 % and 30 % with 37L and 35P compared to those without inoculation treatment. Similarly, the use of 37L and 28P raised shoot dry weight values by 170 % and 131 %, respectively. In root development, inoculation with strains 37L and E37 increased root length by 134 % and 100 %, respectively. Conclusion: Beijerinckia sp. 37L was the most effective of the four strains at increasing P. clandestinum biomass and length.
Introducción: La producción sostenible de pastos se ha convertido en un desafío fundamental para el sector ganadero, donde investigaciones con bacterias promotoras de crecimiento vegetal, como una solución viable, han sido poco reportadas. Objetivo: El objetivo de este estudio fue examinar el potencial para estimular el crecimiento del pasto Pennisetum clandestinum utilizando cuatro cepas bacterianas aisladas de suelos obtenidos de un sistema silvopastoril tropical colombiano. Métodos: Anteriormente identificamos genéticamente las cepas y caracterizamos dos actividades que promueven el crecimiento de las plantas. Además, evaluamos el efecto promotor del crecimiento de las cepas en el pasto Kikuyo en condiciones de invernadero. Resultados: Encontramos que las cuatro cepas bacterianas se asociaron filogenéticamente con Klebsiella sp. (cepas 28P y 35P), Beijerinka sp. (37L) y Achromobacter xylosoxidans (E37), basados en la secuenciación parcial del gen 16S rRNA. Además, los ensayos bioquímicos in vitro demostraron que las cepas exhibían algunos mecanismos que promueven el crecimiento de las plantas tales como la actividad de la enzima desaminasa del ácido 1-aminociclopropano-1- carboxílico, y la síntesis del compuesto indol. En particular, la inoculación bacteriana bajo condiciones de invernadero mostró una influencia positiva en el crecimiento de P. clandestinum. Encontramos un efecto significativo (P < 0.05) en la longitud de la raíz y el tallo, y el peso seco del tallo. La longitud del tallo aumentó en un 52 % y 30 % con 37L y 35P, respectivamente, en comparación con aquellos sin tratamiento de inoculación. Igualmente, el uso de las cepas 37L y 28P aumentó los valores de peso seco del tallo en un 170 y un 131 %, respectivamente. En el desarrollo de la raíz, la inoculación con las cepas 37L y E37 aumentó la longitud de la raíz en 134 y 100 %, respectivamente. Conclusión: Beijerinckia sp. 37L fue la más efectiva de las cuatro cepas al aumentar la biomasa y la longitud de P. clandestinum.
RESUMEN
Abstract Background: Forage characteristics can modify in vitro methane production. There is little information about in vitro methane production of legumes and grasses at different maturity stages in tropical highland grazing systems. Objective: To evaluate the effect of species and forage maturity on in vitro methane production. Methods: Four forage species grown in tropical highlands of Colombia, two grasses: Kikuyu (Cenchrus clandestinus, previously named Pennisetum clandestinum) and ryegrass (Lolium perenne var. Samsum), and two legumes: Lotus (Lotus uliginosus var. Maku) and red clover (Trifolium pratense) were harvested in two paddocks at three maturity stages (young, intermediate, and mature). In vitro 48 h gas production was measured and methane proportion in gas was quantified by gas chromatography. Data were analysed as a randomized complete block (paddocks) design with a factorial arrangement 4×3 (4 species × 3 maturity stages) using the GLM procedure of SAS®. Results: Lotus produced less methane (p<0.01) than ryegrass, clover, and kikuyu (35.5 vs 64.7, 55.7 or 51.4 mL/g degraded organic matter, respectively). Younger forages produced less methane than intermediate and mature forages (42.8 vs 56.3 and 56.4 mL/g degraded organic matter, respectively). Cellulose concentration and organic matter degradability explained 67% (p<0.01) of methane production. Conclusion: Forage composition, presence of condensed tannins, and changes in fermentation patterns may explain the differences observed in in vitro methane production among species and maturity stages.
Resumen Antecedentes: Las características de los forrajes pueden afectar la producción de metano. Hay poca información sobre la producción de metano de leguminosas y gramíneas en diferentes estados de madurez en los sistemas pastoriles de trópico alto. Objetivo: Evaluar el efecto de la especie y la madurez de los forrajes sobre la producción de metano in vitro. Métodos: Cuatro especies forrajeras de trópico alto colombiano, dos gramíneas: Kikuyo (Cenchrus clandestinus, anteriormente llamado Pennisetum clandestinum) y ryegrass (Lolium perenne var. Samsum) y dos leguminosas: Lotus (Lotus uliginosus var. Maku) y trébol rojo (Trifolium pratense), fueron cosechadas de dos parcelas en tres estados de madurez (joven, intermedio y maduro). Se midió la producción de gas in vitro a las 48 h y la proporción de metano en el gas por cromatografía de gases. Los datos se analizaron empleando un diseño de bloques completos al azar (parcelas) con un arreglo factorial 4×3 (4 especies × 3 estados de madurez) mediante el procedimiento GLM de SAS®. Resultados: El lotus produjo menos metano (p<0,01) que el ryegrass, trébol o kikuyo (35,5 vs 64,7, 55,7 o 51,4 mL/g materia orgánica degradada, respectivamente). Los forrajes jóvenes produjeron menos metano que aquellos de edad intermedia y madura (42,8 vs 56,3 y 56,4 mL/g materia orgánica degradada, respectivamente). La concentración de celulosa y la digestibilidad de la materia orgánica explicaron el 67% (p<0,01) de la producción de metano. Conclusión: La composición de la pastura, la concentración de taninos condensados y los cambios en los patrones de fermentación pueden explicar las diferencias en la producción de metano in vitro según la especie y madurez del forraje.
Resumo Antecedentes: As caraterísticas das forragens podem modificar a produção de metano. Existe pouca informação sobre a produção de metano de leguminosas e gramíneas em diferentes fases de maturidade nos sistemas de pastoreio de trópico alto. Objetivo: Avaliar o efeito da espécie e a maturidade das forragens sobre a produção de metano in vitro. Métodos: Quatro espécies de forragens de trópico alto colombiano, duas gramíneas: Capim quicuio (Cenchrus clandestinus), antigamente chamado Pennisetum clandestinum) e azevém (Lolium perenne var. Samsum) e duas leguminosas: Trevina (Lotus uliginosus var. Maku) y trevo (Trifolium pratense), foram colhidas de duas parcelas diferentes em três fases diferentes de maturidade (jovem, intermedia e madura). Foi avaliada a produção de gás in vitro às 48 h e a proporção de metano foi determinada por cromatografia de gases. Os dados foram analisados com um delineamento em blocos ao acaso (parcelas) com um arranjo fatorial 4×3 (4 espécies × 3 fases de maturidade) utilizando o procedimento GLM de SAS®. Resultados: Trevina produz menos metano (p<0,01) que azevém, trevo o capim quicuio (35,5 vs 64,7, 55,7 ou 51,4 mL/g matéria orgânica degradada, respetivamente). Forragens jovens produzem menos metano que forragens com idade intermedia e matura (42,8 vs 56,3 y 56,4 mL/g matéria orgânica degradada, respetivamente). A concentração de celulosa e a digestibilidade da matéria orgânica explicaram o 67% (p<0,01) da produção de metano. Conclusão: A composição da pastagem, a concentração de taninos condensados e as mudanças nos padrões de fermentação podem explicar as diferencias na produção de metano in vitro entre espécies e maturidade de forragens.
RESUMEN
El clorpirifos es un insecticida organofosforado de categoría II, empleado para el control químico deplagas en las praderas utilizadas para la producción lechera de la región Norte de Antioquia. Se realizóun estudio para conocer el comportamiento de la bioacumulación del clorpirifos en el tejido vegetal(raíz y follaje) del pasto Kikuyo (Pennisetum clandestinum Hochst ex chiov.), con dos dosificaciones delplaguicida y la dinámica de los procesos de acumulación del producto. El estudio se desarrollo en uncultivo de pasto hidropónico en el cobertizo de la hacienda La Montaña, de propiedad de la Universidadde Antioquia. Se utilizaron dos concentraciones de clorpirifos comercial (200 y 400 cc/Ha), realizándoseun monitoreo durante 72 horas después de la aplicación. La cuantificación se hizo por cromatografía degases. El análisis estadístico se hizo con el procedimiento Mixed del programa SAS con medidas repetidasy las comparaciones de media se realizaron por la prueba de Tukey y Kramer. Los resultados mostraronuna mayor bioacumulación en la matriz raíz que en la matriz follaje.
Chlorpyrifos is an organophosphate insecticide Category II, used for chemical control of pests inthe grasslands used for dairy production in the northern Antioquia. A study was conducted to know thebehavior of bioaccumulation of chlorpyrifos in plant tissue (stem and foliage) of kikuyu grass (Pennisetumclandestinum Hochst ex chiov.), with two doses of the pesticide and the dynamics of the processes ofproduct accumulation. The study was developed in a hydroponic cultivation of grass in the shed of the farmMontaña, owned by the University of Antioquia. We used two concentrations of commercial chlorpyrifos(200 and 400 cc / ha), will be monitored for 72 hours after application. The quantification was made bygas chromatography. Statistical analysis was done with the program SAS Mixed procedure with repeatedmeasures and comparisons of means was made by the Tukey-Kramer test. The results showed a higherbioaccumulation in the root matrix in the matrix foliage.
O clorpirifós é um inseticida organofosforado de categoria II, utilizado para o controle químico dasplagas nos cultivares utilizados para a produção de leite na região norte da Antioquia. Foi realizado umestudo para conhecer o comportamento da bio acumulação do clorpirifós no tecido vegetal (raiz e folhagem)do capim Kikuyo (Pennisetum clandestinum Hochst ex chiov.), com duas doses do praguicida e a dinâmicados processos de acumulação do produto. O estudo foi desenvolvido em um cultivar hidropônico dafazenda La Montaña, de propriedade da Universidade da Antioquia. Foram utilizadas duas concentraçõesde clorpirifós comercial (200 e 400 cc/Ha), realizando-se um monitoramento durante 72 horas depois daaplicação. A quantificação foi realizada por cromatografia de gases. O Análises estatístico foi realizadopelo procedimento Mixed do programa SAS com medidas repetidas e as comparações de medias foramrealizadas pelo teste de Tukey e Kramer. Os resultados mostraram uma maior bio acumulação na matrizda raiz que a matriz da folhagem.
Asunto(s)
Animales , Bioacumulación , Insecticidas OrganofosforadosRESUMEN
En dos experimentos in vitro, se determinó el efecto de mezclar Lotus uliginosus cv Maku (anteriormente llamado L. pedunculatus) con Pennisetum clandestinum (kikuyo) sobre la degradación de la proteína en licor ruminal y de la materia seca en licor ruminal y licor ruminal con pepsina, en presencia o ausencia de polietilenglicol (PEG). Los tratamientos fueron: kikuyo, 70% de kikuyo y 30% de L. uliginosus con y sin PEG; 50% de kikuyo y 50% de L. uliginosus con y sin PEG y; L. uliginosus. La adición del L. uliginosus al kikuyo, al igual que la adición de PEG (inhibidor de la actividad de los taninos) aumentó la concentración y las tasas de acumulación de amonio en el sistema (p<0.01). Se encontró una estrecha relación entre los niveles de proteína soluble (r2=0.86) y los niveles de amonio en las primeras horas de incubación. La digestibilidad de la materia seca en licor ruminal sin y con pepsina (DIVMSr y DIVMSp) del L. uliginosus fue menor que la del kikuyo (p<0.01). En las mezclas hubo diferencias en la DIVMp pero no en la DIVMSr. La digestibilidad fue superior (p=0.0061) para la mezcla 70:30 que para la mezcla 50:50. La adición de PEG mejoró la DIVMSr y la DIVMSp en las mezclas. Se concluye que el L. uliginosus se podría incluir en la dieta de los rumiantes que pastorean kikuyo en bajas proporciones (30%) sin efectos negativos, pero mayores inclusiones reducirían la digestibilidad de la dieta debido al efecto de los taninos.
Two in vitro experiments were performed to determine the effect of mixing Lotus uliginosus var. Maku (formerly named L. pedunculatus) and Pennisetum clandestinum (kikuyo) on protein degradation in ruminal liquor and of dry matter degradation in ruminal liquor and ruminal liquor plus pepsin, with or without polyethylene glycol (PEG). Treatments were: kikuyo, kikuyo 70% and L. uliginosus 30% with or without PEG, kikuyo 50% and L. uliginosus 50% with or without PEG and L. uliginosus. Addition of L. uliginosus to kikuyo or PEG addition (to inhibit tannin activity) increased both ammonia concentration and ammonia accumulation rates in the system (p<0.01). Ammonia levels were highly correlated with soluble protein (r=0.86) during the first hours of incubation. Dry matter digestibility in ruminal liquor without and with pepsin (IVDMDr and IVDMDp) for L. uliginosus was lower than for kikuyo (p<0.01). In the mixtures there was a difference in IVDMDp but not in IVDMDr being higher for the 70:30 than for the 50:50 mixtures (p=0.061). PEG addition improved IVDMDr and IVDMDp in the mixtures. We conclude that L uliginosus could be included in low proportion (30%) in ruminant diets of animals pasturing kikuyo without negative effects but higher inclusions may reduce diet digestibility due to the effects of tannins.