El impacto de alimentar a las ovejas con minerales suplementarios sobre el retorno de micronutrientes a los pastos a través de la orina y las heces

Scientific Reports volumen 13, número de artículo: 2747 (2023) Citar este artículo

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La forma (orgánica versus inorgánica) de los minerales (Se, Zn, Cu y Mn), suplementados a ovejas (Charolais × Suffolk-Mule (peso medio = 57 ± 2,9 kg) en dos dosis industriales europeas, sobre el regreso de los micronutrientes a los pastos Se investigó la distribución de nutrientes y la composición en orina y heces de ovejas. Esto dio cuatro tratamientos en total con 6 animales por tratamiento (n = 24). La forma de los minerales suplementados no influyó en la distribución excretora de micronutrientes (Se, Zn, Cu y Mn) entre la orina y las heces, ni en sus concentraciones en las excretas. Sin embargo, las dos dosis ensayadas pueden influir en el flujo de Se en el medio ambiente alterando las proporciones de Se:P y Se:S en las heces y Se:S. proporción en la orina. La administración de suplementos minerales también mejoró la retención de P en las ovejas, reduciendo su excreción a través de la orina. Aunque las concentraciones de micronutrientes fácilmente biodisponibles en las heces no se vieron afectadas por las formas minerales, hubo diferencias en las fracciones más recalcitrantes. de Se, Zn y Cu (como se infiere mediante una extracción secuencial) en las heces cuando se ofrecieron diferentes formas de minerales suplementarios. El impacto potencial de estas diferencias en el flujo de micronutrientes en los pastos requiere más investigación.

Dentro de los sistemas de pastoreo, los excrementos de rumiantes son la principal fuente de aportes de micronutrientes1. La composición de los nutrientes en la orina y las heces puede afectar sustancialmente el ciclo de los micronutrientes en los pastos después de su aplicación al suelo. Las concentraciones de micronutrientes en orina y heces están relacionadas con sus concentraciones en el alimento y el estado de los micronutrientes elementales (minerales) necesarios para la salud del animal2. Se informa que los agricultores de pastizales en el Reino Unido utilizan, en promedio, entre dos y tres métodos diferentes para corregir las deficiencias de nutrientes en su ganado, que incluyen lamidos, bolos, inyecciones, suplementos de agua, suplementos de alimento, uso de fertilizantes (del suelo/foliares) y empapado3. Sin embargo, debido a las variables concentraciones de micronutrientes en los forrajes y los requisitos variables en las diferentes etapas de crecimiento de los animales, la evaluación precisa del grado de deficiencia para una suplementación óptima es difícil3. Por lo tanto, los suplementos de micronutrientes para el ganado a menudo se utilizan de manera profiláctica y rutinaria como parte de la práctica estándar, en lugar de basarse estratégicamente en el nivel de nutrientes en los piensos y/o el nivel de nutrición de los animales. Las diferentes formas químicas de los minerales que se alimentan a los animales pueden afectar la eficiencia de la absorción de nutrientes en los animales4. Generalmente se supone que una mayor absorción de los suplementos equivale a una menor pérdida de micronutrientes por parte de los animales. Sin embargo, los micronutrientes absorbidos aún pueden excretarse mediante excreción endógena, como la bilis y las células epiteliales descamadas1. No está claro si las diferentes formas (orgánicas o inorgánicas) de los minerales suplementarios tienen un impacto significativo en la excreción y partición de los micronutrientes entre la orina y las heces, y la subsiguiente biodisponibilidad de los micronutrientes después de que las excretas se aplican al suelo.

Se ha informado anteriormente que el Zn, Cu y Mn en las ovejas se excretan principalmente a través de las heces, que incluyen minerales no digeridos, así como excreciones endógenas de minerales metabolizados, como la secreción pancreática de Zn y la excreción biliar de Cu y Mn4,5,6. ,7,8. Sin embargo, son raros los estudios que informan sobre el impacto de diferentes formas de minerales suplementarios en la partición de Zn, Cu y Mn entre la orina y las heces. No se encontraron diferencias significativas en la excreción fecal de Zn entre ZnO, Zn-glicina, Zn-lisina y Zn-metionina (a aproximadamente 80 mg de Zn día-1); sin embargo, se encontró una mayor excreción urinaria de Zn en los tratamientos con ZnO. y Zn-glicina sobre Zn-lisina y Zn-metionina9. Existen estudios limitados que investigan el efecto de diferentes formas químicas de Cu y Mn suplementarios en su partición entre las formas de excretas. Un estudio que investigó diferentes formas de Mn y la excreción y absorción de Mn en corderos mostró que no hubo diferencias significativas en la excreción fecal de Mn entre el tratamiento con MnSO4 y el quelato de Mn de hidrato de glicina10. Para el Se, se informó un efecto de interacción significativo entre la dieta (a base de forraje versus a base de concentrado) y la forma química del Se (Se-levadura versus Na2SeO3) en la partición de la orina de Se11. Pero tampoco se informó ninguna influencia significativa de las formas de suplementos de Se (Na2SeO3, Se-levadura y Se-Met) en la partición de la orina de Se12. Se ha informado que la alimentación con niveles supranutricionales de Se aumenta la partición de Se en la orina12,13,14. Por lo tanto, las diferentes dosis de suplementos minerales adoptadas en diferentes estudios pueden explicar resultados contrastantes. En el estudio actual, los dos niveles de dosis de suplemento utilizados por la industria europea de piensos se adoptaron para reflejar mejor un nivel probable utilizado en las granjas.

El equilibrio de nutrientes (entre macro y micro) en la orina y las heces también es fundamental para la absorción de micronutrientes por las plantas después de que la orina y las heces se aplican al suelo15. La absorción de SeO42- y SeO32- por el raigrás perenne (Lolium perenne L.) está sujeta a competencia con SO42- y PO43-, respectivamente, debido a su configuración electrónica similar en las capas electrónicas más externas16. Es necesario investigar más a fondo si la administración de diferentes formas de minerales suplementarios tendría o no influencia en el equilibrio entre Se, S y P.

Las posibles vías a través de las cuales las diferentes formas de minerales suplementarios pueden afectar la deposición de micronutrientes en los pastos a través de los excrementos y, en última instancia, la posible absorción por las plantas incluyen la alteración de: (1) la partición de micronutrientes entre la orina y las heces; (2) concentraciones o forma química de micronutrientes en orina y heces; y (3) equilibrio de nutrientes (micro y macro) en orina y heces. Para investigar estas tres posibles vías de impacto, 24 ovejas recibieron formas orgánicas o inorgánicas de suplementos minerales (Se, Zn, Cu, Mn) en dos dosis diferentes adoptadas por la industria alimentaria europea durante dos semanas después de un período de aclimatación de dos semanas. Posteriormente se determinaron la cantidad total y las concentraciones de nutrientes excretados en orina y heces. Se investigaron las formas químicas de Se, Zn, Cu y Mn en las heces mediante extracción secuencial.

Pellets concentrados de alimento para animales (concentrados) que contienen minerales inorgánicos premezclados: selenito, óxido de zinc, sulfato de cobre pentahidratado y óxido de manganeso, u minerales orgánicos: levadura selenizada (Selplex®, Alltech Inc., KY, EE. UU.) y Cu, Zn, Mn. Se administraron quelatos de hidrolizado de proteínas (Bioplex®, Alltech Inc., KY, EE. UU.) a ovejas Charolais × Suffolk-Mule macho castradas de un año. Los minerales premezclados fueron mezclados con el concentrado antes de la granulación, por una empresa de piensos (HJ Lea Oakes, Reino Unido), en dos dosis de inclusión industriales de piensos europeas. La Tabla 1 muestra los contenidos de energía y nutrientes del alimento concentrado informados por la compañía de alimento. Hubo en total cuatro tratamientos: minerales orgánicos con una inclusión mayor (OH) o menor (OL) y minerales inorgánicos con una inclusión mayor (IH) o menor (IL). Las dosis de los tratamientos OH e IH fueron utilizadas típicamente por las industrias europeas según la regulación del Consejo Nacional de Investigación de EE. UU.17. Alltech utilizó las dosis de los tratamientos OL e IL para cumplir con la administración de Selplex® y Bioplex®. Para Cu, Zn y Mn, las dosis más bajas fueron el 80% de las dosis altas. La dosis más baja de Se fue el 30% del tratamiento de dosis alta porque la cantidad máxima permitida para la inclusión de Se orgánico fue de 0,2 mg de Se kg-1 MS de dieta con un 12% de humedad según la regulación de la UE18.

A las ovejas se les ofrecieron los concentrados suplementados durante dos semanas junto con ensilaje de pasto grande, procedente de un pasto permanente dominado por raigrás perenne (Lolium perenne), en una proporción de concentrado:ensilaje a base de MS de 40:60. Los métodos analíticos y la calidad nutricional del alimento se informan en el material complementario (Figuras complementarias S1 y S2). Las ovejas (n = 24) fueron pesadas previamente y calificadas por su condición (peso medio = 57 ± 2,9 kg; Puntuación de condición corporal (BCS) = 3,3 ± 0,20) y distribuidas en seis bloques según el peso corporal para garantizar que el valor medio de El peso corporal de las ovejas no fue significativamente diferente entre los tratamientos. Las ovejas fueron encerradas individualmente y se les ofreció ensilaje con uno de los cuatro tratamientos diferentes de concentrado, y con agua potable (nivel de dureza total = 15 mg de calcio L-1) proporcionada a los comederos individuales en los corrales. El experimento se llevó a cabo en las instalaciones para pequeños rumiantes de Robert Orr en North Wyke, Rothamsted Research, utilizando un sistema de biocontrol (BioControl®, As, Noruega) para la alimentación automática y el registro de datos.

Las ovejas fueron llevadas a las instalaciones dos semanas antes del inicio de la suplementación para la aclimatación. Se ofreció un concentrado de control (sin los minerales premezclados adicionales) como período basal de lavado y control a todas las ovejas durante una semana antes del inicio del período de suplementación (día 0). Durante este período previo al experimento, el concentrado de control se aumentó lentamente en aprox. 100 g día-1 para lograr la proporción 40:60 de concentrado:ensilaje (base MS). La excreta recolectada el día 0 antes de la alimentación de la mañana se consideró la base de excreción mineral de la dieta basal antes de la introducción de la suplementación. La alimentación suplementaria comenzó desde el día 0 cuando el concentrado de control se reemplazó con el concentrado que contenía los minerales suplementarios específicos (Tabla 1). Los contenidos de nutrientes del ensilaje y el agua potable se proporcionan en las Tablas complementarias S1 y S2, respectivamente. Todos los animales se pesaron semanalmente antes de la alimentación de la mañana y se evaluó el BCS al mismo tiempo. La ingesta total diaria (sin incluir agua) de Se, Zn, Cu y Mn de la dieta basal y del suplemento mineral se muestra en la Tabla 2.

Se tomó una alícuota de 1 a 2 ml de agua potable de los bebederos individuales y se agrupó como una muestra semanalmente; Se tomaron tres réplicas en total en cada momento de muestreo. Se tomaron muestras de aproximadamente 100 g de ensilaje de peso fresco de cada contenedor de alimentación antes de la alimentación diaria de la mañana y se agruparon como una muestra diaria general. Se recogieron muestras fecales y de orina totales diarias por separado y se agruparon individualmente de cada oveja antes de la alimentación de la mañana. Una muestra de 50 ml de orina y ca. Se tomaron 200 g de heces de la muestra diaria de orina y heces de cada animal, respectivamente, para su posterior análisis químico. Todas las muestras recolectadas se almacenaron a - 20 ° C antes de la preparación y análisis de las muestras.

Las muestras de agua potable se acidificaron en HNO3 al 5% (v/v) antes del análisis de nutrientes totales. Se filtró una alícuota de 1 ml de muestra de orina y se diluyó 20 veces en HNO3 al 0,5 % y metanol al 1 % para el análisis de nutrientes totales. Las heces se secaron en horno a 105 °C y 80 °C para la medición de la materia seca y el análisis de nutrientes totales y la extracción secuencial, respectivamente. Una prueba preliminar mostró que no había diferencias en el resultado del análisis total de Se, Zn, Cu y Mn en muestras fecales que se secaron utilizando métodos entre secado al aire, liofilización y secado a 80 °C (datos no mostrados). Las muestras de ensilaje se liofilizaron y molieron para analizar la calidad del ensilaje y los nutrientes totales. Después del secado, las muestras de heces o ensilaje para el análisis de nutrientes totales se molieron finamente y se predigirieron 0,25 g de muestra en 3 ml de HNO3, seguido de una digestión en 3 ml de agua ultrapura (18 MΩ) y 2 ml de H2O2 a 175 °. C durante 10 min en un sistema de digestión por microondas (MARS, CEM Corporation®, EE. UU.).

Análisis de nutrientes totales realizado mediante ICP-OES (Perkin Elmer® Optima 7300 V y Agilent® 5900 SVDV) o ICP-MS (Perkin Elmer® NexION 300X) dependiendo de las concentraciones de nutrientes en las muestras. Se utilizó un procedimiento de extracción secuencial de tres pasos modificado propuesto por la Oficina Comunitaria de Referencia (BCR)19 para extraer Zn, Cu y Mn (Tabla complementaria S3) de las muestras fecales. Para el Se, aquí se revisó y adoptó otro método de extracción secuencial20, utilizado originalmente para extraer yodo (I) del suelo (Tabla complementaria S4). La concentración de KH2PO4 utilizada en el paso 2 se cambió de 0,15 a 0,016 M para la extracción de 'Se intercambiable'21. El análisis de la calidad del ensilaje incluyó: pH, ácidos grasos volátiles (AGV), nitrógeno amoniacal y fibra. Este último incluyó la cuantificación de fibra detergente ácida modificada (mADF), fibra ácida detergente (FDA), fibra neutro detergente (NDF) y lignina ácida detergente (ADL), cuyos métodos analíticos se describen en el material complementario y dan como resultado Tabla complementaria S1. Los datos de calidad nutricional, distintos de los micronutrientes, de los piensos concentrados fueron proporcionados por la empresa de piensos HJ Lea Oakes mediante un análisis aproximado (Tabla 1).

La ingesta diaria total de Se, Zn, Cu y Mn (Tabla 2) se estimó a partir del consumo total y las concentraciones minerales del ensilaje y el concentrado, sin incluir agua, el día 13. Se utilizó un modelo ANOVA (y ~ bloque + forma mineral + dosis suplementaria + forma × dosis) se utilizó para probar el impacto de la forma y el nivel de dosis y su interacción en las variables de respuesta, incluidas las concentraciones de nutrientes, las formas químicas de los micronutrientes en las heces y la partición de nutrientes en la orina y las heces. Para probar la influencia del tiempo en las concentraciones de nutrientes en orina y heces, se aplicó un modelo ANOVA modificado (y ~ bloque + día). Se realizaron gráficos QQ y se eliminaron los valores atípicos para garantizar que los residuos de los modelos ANOVA siguieran una distribución normal. La prueba post-hoc se realizó mediante la diferencia mínima significativa (LSD) con un nivel significativo del 95% (P <0,05) referido como "significancia" en todos los contextos. Todos los análisis estadísticos se realizaron en R22.

Los animales procedían de la propia granja del instituto y se evaluaron diariamente su salud y bienestar, según lo determinado por su estado de alerta, consumo de alimento y agua. Todos los procedimientos (ninguno de los cuales requirió anestesia o eutanasia) se llevaron a cabo de conformidad con la Ley de Procedimientos Científicos sobre Animales del Reino Unido de 1986, aprobada por comités institucionales de revisión ética (Rothamsted Research, Animal Welfare and Ethical Review Board) y realizados bajo la autoridad de el número de licencia del proyecto P592D2677. El estudio se informa de acuerdo con las pautas de ARRIVE (https://arriveguidelines.org).

La forma química de los minerales suplementarios no tuvo un impacto significativo en la excreción de los micronutrientes y macronutrientes en orina o heces, ni en su retención como porcentaje de la ingesta total (Tabla 3). Sin embargo, el nivel de dosis suplementaria influyó significativamente en la excreción de Se en orina (P <0,001) y heces (P <0,05) como porcentaje de la ingesta de Se y en la retención de Se como porcentaje de la ingesta (P <0,001). También se observó un efecto del nivel de dosis suplementaria sobre la excreción de Cu en las heces (P < 0,05) y la retención (P < 0,05) como porcentaje de la ingesta total de Cu. El nivel de dosis suplementaria no tuvo un impacto significativo en la excreción y retención como porcentaje de ingesta total de Zn, Mn, P y S. Cabe señalar que la retención calculada como porcentaje de ingesta total de Zn en ovejas fue negativa en todos los tratamientos.

Las heces fueron la ruta excretora dominante para Se, Zn, Cu, Mn y P, mientras que la orina fue la ruta excretora principal para S (Fig. 1). Más del 90% del Zn, Cu, Mn y P se excretaron a través de las heces y más del 60-80% del Se se excretó a través de las heces. A diferencia de otros nutrientes, más del 50% del S se excretó a través de la orina. Para el Se hubo un aumento en la proporción excretada a través de las heces el día 14 (del 83%) en comparación con el día 1 (66%). Por el contrario, hubo una mayor proporción de S excretada por la orina el día 14 (58%) que el día 1 (52%) (Fig. 1).

La proporción de partición mineral entre la orina y las heces de oveja (Charolais × Suffolk-Mule) el día 1 y el día 14. Los datos son el promedio de los resultados de los cuatro tratamientos.

Las concentraciones de micronutrientes en las heces de ovejas alimentadas con suplementos orgánicos de Se, Zn, Cu y Mn siguieron una tendencia temporal similar a la de las ovejas alimentadas con suplementos inorgánicos. Se y Zn en las heces alcanzaron una meseta el día 3 después de aumentar las concentraciones (Fig. 2a, b). Aunque la concentración de Cu en las heces varió a lo largo del tiempo, se observó una tendencia hacia la estabilidad después del día 3 (Fig. 2c). El Mn en las heces se estabilizó después del día 7 después de aumentar las concentraciones (Fig. 2d). Después de que las concentraciones de nutrientes en las heces se estabilizaron, los tratamientos con diferentes formas químicas y niveles de dosis de suplementos minerales no mostraron un impacto significativo en las concentraciones de nutrientes en las heces, excepto el Se. Los tratamientos con niveles de dosis más altos (OH e IH) dieron como resultado concentraciones significativamente más altas de Se en las heces que el tratamiento con niveles de dosis más bajos (OL e IL) (P <0,001, Fig. 2a).

Las concentraciones de micronutrientes y macronutrientes en las heces de ovejas durante el período suplementario. (a) Se (μg kg-1DM) en heces (b) Zn (mg kg-1DM) en heces (c) Cu (mg kg-1DM) en heces (d) Mn (mg kg-1DM) en heces (e ) S (mg kg−1MS) en heces (f) P (g kg−1MS) en heces. Las barras de error son los errores estándar (n = 6) de las muestras. El color del símbolo: '', '', '*' representa el efecto significativo de la forma del suplemento (F1), la dosis suplementaria (F2) y la interacción de F1 y F2, respectivamente. El número de inicios '*', '**' y '***' indican significancias estadísticas de la prueba ANOVA con un valor de p <0,05, <0,01 y <0,001, respectivamente. Las letras minúsculas en inglés representan los resultados estadísticos de la prueba post-hoc de efecto temporal de LSD después de un resultado significativo de la prueba ANOVA.

Los resultados de las extracciones secuenciales mostraron que la administración de diferentes formas de minerales suplementarios a las ovejas no tuvo un impacto significativo en el fraccionamiento químico del Cu en las heces (Tabla 4). Para el Zn, la forma mineral inorgánica de suplementación dio como resultado una partición de Zn significativamente mayor en la tercera fracción (oxidable) (P = 0,0119, Tabla 4). Sin embargo, el Zn en la tercera fracción representó menos del 10% del Zn total en la muestra fecal. La dosis y la forma suplementarias tuvieron un impacto significativo en el fraccionamiento químico de Mn en la cuarta fracción (residual) (P = 0,027 y 0,0415, respectivamente, Tabla 4). Sin embargo, el Mn de la cuarta fracción representó menos del 1% del Mn total. La forma suplementaria tuvo un impacto significativo en el fraccionamiento químico del Se en la tercera fracción (unido a OM o sorbido a (Fe, Al) -hidróxidos) (P <0,001, Tabla 5). Al administrar una forma inorgánica de suplemento mineral a las ovejas, se extrajo más Se en el tercer paso de extracción secuencial que cuando se ofreció una forma orgánica de suplemento mineral. Los tratamientos de dosis más alta generalmente tuvieron concentraciones más altas de Se en las cuatro fracciones extraídas (P <0,001, Tabla 5).

Aunque el efecto temporal fue significativo sobre las concentraciones de Se, Zn, Cu y Mn en la orina, las concentraciones no parecieron seguir una tendencia clara a lo largo del tiempo y fueron variables durante el período suplementario (Fig. 3a-d). El efecto del tratamiento no fue significativo para Zn y Mn durante todo el experimento (Fig. 2b, d). Para Se y Cu, aunque el efecto del tratamiento fue significativo algunos días antes del día 3, no hubo un impacto significativo de los tratamientos con suplementos minerales o los niveles de dosis en las concentraciones de Se y Cu después del día 3 (Fig. 2a, c).

Las concentraciones de micronutrientes y macronutrientes en la orina de ovejas durante el período suplementario. (a) Se (μg L-1) en orina (b) Zn (mg L-1) en orina (c) Cu (μg L-1) en orina (d) Mn (μg L-1) en orina (e ) S (mg L-1) en orina (f) P (mg L-1) en orina. Las barras de error son los errores estándar (n = 6) de las muestras. El color del símbolo: '', '', '*' representa el efecto significativo de la forma del suplemento (F1), la dosis suplementaria (F2) y la interacción de F1 y F2, respectivamente. El número de inicios '*' y '**' indican significancias estadísticas de la prueba ANOVA con un valor de p <0,05 y <0,01, respectivamente. Las letras minúsculas en inglés representan los resultados estadísticos de la prueba post-hoc de efecto temporal de LSD después de un resultado significativo de la prueba ANOVA.

Las concentraciones de S y P en las heces de las ovejas no parecieron verse afectadas por el momento del muestreo (Fig. 2e, f). Las concentraciones de S y P en las heces se mantuvieron estables durante el período suplementario. La concentración de S en la orina alcanzó una meseta después del día 7 después de aumentar las concentraciones (Fig. 3e). A diferencia de otros elementos, las concentraciones de P en la orina disminuyeron constantemente desde el día 0 y alcanzaron las concentraciones más bajas el día 7 (Fig. 3f). La interacción entre el nivel de dosis suplementaria y la forma mineral tuvo un efecto significativo (P <0,05) en la S y P en orina algunos días después de que las concentraciones se estabilizaron (Fig. 3f). La forma de suplemento mineral no tuvo un efecto significativo sobre las proporciones de Se:P y Se:S en orina y heces (Tabla complementaria S5). Los niveles de dosis suplementarios más altos dieron como resultado proporciones significativamente más altas (P <0,001) de Se:S y Se:P en las heces y Se:S en la orina (Tabla complementaria S5).

La orina y las heces, cuando se aplican al suelo, se descomponen a diferentes velocidades y liberan diferentes cantidades y formas de nutrientes al medio ambiente23. Por lo tanto, para comprender el ciclo de los micronutrientes en los sistemas de pastoreo, se necesitan de manera crítica investigaciones sobre la partición de micronutrientes entre la orina y las heces en animales de pastoreo a los que se les administran rutinariamente diferentes formas y niveles de minerales suplementarios. En el presente estudio, las diferentes formas químicas de los minerales suplementarios (orgánicos versus inorgánicos) ofrecidos en los diferentes niveles de dosis típicamente adoptados por la industria alimentaria europea no tuvieron impacto en la partición y excreción total de Zn y Mn % de la ingesta total en orina y heces. de ovejas (Cuadro 3). Aunque los diferentes niveles de dosis tuvieron un impacto significativo en la excreción total de Cu a través de las heces, la forma química no tuvo un impacto significativo y las heces siguieron siendo la ruta de excreción dominante para el Cu. Este resultado concuerda con estudios previos que informaron que las heces son la principal ruta excretora de Zn, Cu y Mn en ovejas4,5,6,7,8.

Se encontró que la retención de Zn fue negativa en todos los tratamientos. Lo más probable es que esto se relacione con el aporte significativo de Zn del agua potable (Tabla complementaria S2), que no se incluyó en el cálculo de la ingesta total. La concentración de Zn en el agua potable fue significativamente mayor que en el agua del grifo y se proporcionó en el nivel de mg L-1, y se atribuyó a las tuberías o bebederos galvanizados. El agua potable del bebedero por sí sola podría proporcionar aproximadamente entre 2,14 y 11,9 mg de Zn por día, suponiendo una ingesta diaria de 2 a 6 litros de agua. El alto suministro de Zn proveniente de la dieta basal (47–55%, Tabla 2) junto con el suministro de Zn del agua potable podría haber enmascarado el efecto del Zn suplementado sobre las variables de respuesta. También podrían haber ocurrido efectos de enmascaramiento similares para el Mn, con ca. El 80% provino de la dieta basal (Tabla 2). Este efecto de enmascaramiento de la dieta basal podría ser la razón por la cual el efecto del nivel de dosis solo fue significativo para Cu y Se, donde el porcentaje de la dieta basal fue del 50 % y 30 % en los tratamientos de dosis más altas, respectivamente.

Para el Se, el estudio de Paiva, et al.12 indicó que la dosis suplementaria puede ser un factor determinante en cuanto a si el impacto de la forma mineral suplementaria es significativo. En dosis suplementarias bajas de Se (0,20–0,80 mg Se kg−1 MS o 0,23–1,04 mg Se día−1), Paiva et al.12 no informaron efectos significativos de la forma química de los suplementos de Se sobre la excreción de Se en heces u orina. . Mientras que, con dosis suplementarias de Se más altas (1,4 mg-Se kg-1 MS o 1,68-1,98 mg Se día-1), hubo una diferencia significativa en la excreción fecal de Se (Se inorgánico > Se orgánico), pero esto no se reflejó. en la orina. Sin embargo, en el estudio actual, no hubo interacción significativa entre el nivel de dosis y la forma. Las diferentes formas químicas de los suplementos administrados en los dos niveles de dosis diferentes tampoco tuvieron un impacto significativo en la partición del Se en la orina y las heces (Tabla 3). Las dosis suplementarias de Se adoptadas en el estudio actual fueron inferiores a 0,4 mg Se día-1 (Tabla 2), que está en el rango de los "niveles suplementarios bajos de Se" en Paiva et al.12. Aunque la suplementación con Se en niveles altos (> 1,68 mg Se día-1) permitió dilucidar el efecto de diferentes formas suplementadas en Paiva et al. En un estudio12, la Comisión Europea restringe los niveles de Se orgánico suplementario a 0,2 mg Se kg-1 MS de ingesta completa con un 12% de humedad. En el estudio actual, que deseaba replicar la práctica agrícola actual, esto equivalía a ca. 0,25 mg Se d−1 dependiendo de la ingesta, a los que no se observó el efecto de las diferentes formas químicas.

Aunque las diferentes formas de minerales suplementarios no tuvieron un impacto significativo en las concentraciones de Se, Zn, Cu y Mn en la orina y las heces (Figs. 2, 3), esto no quiere decir que la forma mineral no pueda influir en las formas químicas. del Se, Zn, Cu y Mn excretados en orina y heces. Dado que las heces son la ruta de excreción dominante de Se, Zn, Cu y Mn, se investigaron las formas químicas de los elementos en las heces mediante extracciones secuenciales. Cada fracción extraída se define operativamente en el sentido de que cada una representa la cantidad de un elemento que puede extraerse mediante una determinada solución química. Aunque las extracciones secuenciales no determinan directamente la especiación química, pueden proporcionar una indicación del impacto de los tratamientos sobre la química y la biodisponibilidad de los micronutrientes excretados en las heces. Los elementos que se extraen al principio del proceso generalmente están débilmente unidos a la fase sólida y, por lo tanto, tienen mayor movilidad potencial que los liberados más tarde24. Suponiendo que la biodisponibilidad de los elementos extraídos es una función de la solubilidad y la movilidad, se cree que los elementos que se extraen mediante los dos primeros pasos de la extracción secuencial utilizada están fácilmente disponibles para las plantas, y los pasos 3 y 4 progresivamente menos.

Los resultados de la extracción secuencial de heces mostraron que la forma mineral suplementaria no tuvo un impacto significativo en el Se, Zn, Cu y Mn extraídos en los dos primeros pasos (Tablas 4, 5). Sin embargo, hubo diferencias significativas en el tercer paso para las extracciones de Se y Zn, y en el cuarto paso para la extracción de Mn. Estos resultados implican que las diferentes formas (orgánicas versus inorgánicas) de minerales suplementarios no afectarían el Se, Zn, Cu y Mn fácilmente disponibles después de que las heces se aplican al suelo, pero pueden tener un efecto a largo plazo en el flujo final de Se, Zn. y Mn en el medio ambiente al influir en las fracciones menos disponibles. La tercera y cuarta fracciones de las extracciones secuenciales están asociadas con micronutrientes unidos a materia orgánica (MO) y/o hidróxidos de Fe/Al, que son menos móviles que las fracciones anteriores. La liberación de micronutrientes de la MO y/o los óxidos de Fe/Al después de que las heces se aplican al suelo puede depender de los elementos en función de la diferente afinidad de las especies de Se, Zn, Cu y Mn por la MO y los óxidos de Fe/Al, y las diferentes reacciones geoquímicas por las que pueden pasar estos elementos1. La biodisponibilidad y la absorción de los micronutrientes liberados también pueden variar según las diferentes plantas25. Se necesitan más investigaciones para comprender el impacto potencial de la forma mineral suplementaria en el flujo a largo plazo de Se, Zn y Mn en el suelo.

La disponibilidad de Se para las plantas no está asociada únicamente con el Se total disponible en el medio ambiente. Estudios anteriores han demostrado que la absorción de Se del suelo puede reducirse mediante elementos que comparten los mismos mecanismos de transporte de nutrientes en las plantas. Por ejemplo, se ha demostrado que la aplicación de fertilizante S al suelo disminuye la absorción de Se por el raigrás, la alfalfa (Medicago sativa) y el trigo (Triticum aestivum)26,27,28. Fan et al.29 demostraron que la concentración de Se en el grano de trigo siempre era baja cuando se aplicaba fertilizante de sulfato. Estas observaciones pueden atribuirse al antagonismo elemental entre Se y S26,28, porque se supone que SO42− y SeO42− comparten el mismo transportador en las plantas30. En un ensayo de cultivo en solución con raigrás perenne, se observó una disminución > 90% en la absorción de SeO42- en respuesta a un aumento de diez veces en SO42-, y una disminución de 30 a 50% en la absorción de SeO32- en respuesta a un aumento de diez veces. aumento de PO43− a la solución16. Para reflejar el antagonismo potencial entre Se, S y P, se estudió su equilibrio en orina y heces calculando las proporciones de Se:S y Se:P en las excretas (Tabla complementaria S5).

No se observó ningún impacto significativo de la forma mineral suplementaria ni en las proporciones de Se:S y Se:P en los excrementos ni en el Se fácilmente disponible para la absorción de las plantas, como se muestra en la extracción secuencial (Tabla 5). Además, las formas químicas y las concentraciones totales de P y S administradas a las ovejas, así como la distribución de P y S entre la orina y las heces, no fueron significativamente diferentes entre los tratamientos. Sin embargo, los niveles de dosis suplementarios más altos de Se dieron como resultado proporciones más altas de Se:S y Se:P en la orina y las heces (Tabla complementaria S5). Las dos dosis adoptadas en el estudio actual son dosis que normalmente utiliza la industria europea de piensos. Este resultado indica que diferentes dosis de suplementos minerales pueden influir significativamente en las proporciones de Se:S y/o Se:P en los excrementos de ovejas y, a su vez, pueden influir en el flujo de Se en el medio ambiente. Por lo tanto, se necesitan estudios sobre la influencia potencial de diferentes proporciones Se:S y Se:P en las excretas animales sobre el flujo de Se en los sistemas de pastos.

Las concentraciones de P en la orina de diferentes tratamientos disminuyeron constantemente (Fig. 2f), pero las concentraciones de P en las heces se mantuvieron constantes a lo largo del tiempo (Fig. 2f). La disminución con el tiempo en el P urinario no pareció ser atribuible a una ingesta variable de P del ensilaje, ya que las concentraciones de P en el ensilado proporcionadas durante el período de suplementación (del día 1 al día 14) no fueron significativamente diferentes (Tabla complementaria S3). Se ha demostrado que la concentración de P en la orina está relacionada con la concentración de P en la saliva, y la distribución del P entre la saliva y la orina está influenciada por el tipo de dieta ofrecida4. A medida que aumenta el contenido de fibra de la dieta, la partición del P inicialmente absorbido entre la secreción salival y la excreción urinaria se desplaza hacia la ruta salival4,31. Se ha informado que la tasa de salivación es el principal factor de control en la excreción urinaria de P porque la disminución de la tasa de salivación aumenta la concentración de P en plasma y da como resultado que se excrete más P a través de la orina32. Sin embargo, en el estudio actual, es poco probable que un cambio en las características físicas de la dieta explique la disminución de P en la orina, ya que no hubo diferencias significativas en la proporción de ensilaje:concentrado (Figuras complementarias S1 y S2) ni en la digestibilidad del ensilaje (Figuras complementarias S1 y S2). Tabla S3) a través del tiempo.

A pesar de representar una pequeña proporción del peso corporal total, los micronutrientes desempeñan un papel fundamental en las reacciones metabólicas1. Por ejemplo, el Zn desempeña un papel fundamental en la formación de proteínas de unión al ADN que influyen en la transcripción y, por tanto, en la replicación celular4. El aumento de la ingesta de Zn puede aumentar el metabolismo, que implica el uso de P como parte del trifosfato de adenosina (ATP) y, a su vez, podría aumentar el uso de P en las ovejas, lo que lleva a una disminución de las concentraciones de P en la orina. Además, el P participa directamente en el metabolismo del Se, formando SePO33-, un producto intermedio en la síntesis de selenocisteína (Sec)33,34, que también es una actividad metabólica que requiere ATP en animales. Por lo tanto, la disminución de los niveles de P en la orina puede estar relacionada con la ingesta de suplementos minerales, a través de un mejor estado mineral del animal que mejora el metabolismo y, por tanto, la retención de P.

Este estudio investigó la influencia potencial de las formas químicas (orgánica versus inorgánica) del Se, Zn Cu y Mn suplementados en la partición de nutrientes, la composición de nutrientes y el equilibrio de nutrientes en la orina y las heces de ovejas, lo que puede influir aún más en el ciclo de los micronutrientes en el ambiente. Para reflejar las prácticas en las granjas, se adoptaron dos dosis suplementarias de suplementos minerales utilizadas por la industria europea. La forma de los minerales suplementados en cualquiera de las dosis industriales no tuvo un impacto significativo en las concentraciones de Se, Zn, Cu y Mn excretadas, ni en su distribución excretora entre la orina y las heces. Aunque las concentraciones de micronutrientes fácilmente biodisponibles en las heces no se vieron afectadas por las formas minerales, hubo diferencias en las fracciones más recalcitrantes (mediante extracción secuencial) de Se, Zn y Cu en las heces cuando se administraron diferentes formas de minerales suplementarios a las ovejas. El impacto de estas diferencias en el flujo de micronutrientes en los pastos y el medio ambiente en general requiere más investigación. Las diferentes dosis suplementarias también alteraron las proporciones de Se:P y Se:S en las heces y Se:S en la orina, lo que puede afectar el flujo de Se en el medio ambiente. También se necesitan más estudios para investigar esta posible influencia. Finalmente, se observaron concentraciones decrecientes de P en la orina cuando las ovejas recibieron suplementos minerales. Esta observación se atribuyó a una posible mejora del metabolismo en las ovejas que recibieron los suplementos minerales y, a cambio, a una mejor retención de P. Si la observación de una disminución de la concentración de P en la orina es reproducible o no en otros ensayos de suplementación mineral, y a qué Hasta qué punto esto podría influir en el ciclo del P en los sistemas requiere más investigación.

El conjunto de datos generado y analizado durante el estudio actual está disponible en el repositorio de Rothamsted, https://doi.org/10.23637/rothamsted.98883.

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Sarah Dunham, Mark Durenkamp y Aranzazu Louro-Lopez de Rothamsted Research ayudaron con parte del trabajo de preparación y análisis de la muestra. Andrew Mead y Kirsty Hassall del departamento de Ciencias Computacionales y Analíticas de Rothamsted Research ayudaron con el diseño experimental y la aleatorización del animal de experimentación. El informe contiene datos proporcionados por North Wyke Farm Platform, una capacidad nacional del Reino Unido respaldada por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC) (BBS/E/C/000J0100).

Este trabajo fue financiado a través de una alianza estratégica entre Rothamsted Research y Alltech Bioscience Center, que financió el doctorado del autor principal.

Rothamsted Research, North Wyke, Okehampton, EX20 2SB, Devon, Reino Unido

P.-T. Kao, H. Fleming y T. Darch

Alltech Bioscience Centre, Sarney, Summerhill Road, Dunboyne, Co. Meath, Irlanda

H. Warren

Rothamsted Research, Harpenden, AL5 2JQ, Hertfordshire, Reino Unido

SP McGrath

Facultad de Ciencias de la Tierra, Universidad de Bristol, Bristol, BS8 1RJ, Reino Unido

Autobús HL

Universidad Harper Adams, Newport, TF10 8NB, Shropshire, Reino Unido

MRF Lee

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P.-TK: conceptualización, curación de datos, análisis formal, investigación, metodología, redacción—borrador original. HF: investigación, metodología. HW: recursos, supervisión, redacción: revisión y edición. TD: supervisión, redacción: revisión y edición. SPM: supervisión, redacción, revisión y edición. HB: supervisión, redacción: revisión y edición. MRFL: conceptualización, metodología, adquisición de fondos, administración de proyectos, redacción: revisión y edición.

Correspondencia con P.-T. Kao.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Kao, PT., Fleming, H., Warren, H. et al. El impacto de alimentar a las ovejas con minerales suplementarios en el retorno de micronutrientes a los pastos a través de la orina y las heces. Informe científico 13, 2747 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-29717-3

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Recibido: 13 de abril de 2022

Aceptado: 09 de febrero de 2023

Publicado: 16 de febrero de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-29717-3

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