UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELAFacultad de AgronomíaDepartamento de Producción AnimalMaracay

METABOLITOS SECUNDARIOS

Importancia en la producción con especies de interés zootécnico

Dr. Álvaro Ojeda

Julio, 2011

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…Metabolismo Secundario …ó Sustancias Ecológicamente Eficaces

Agronomía-U.C.V.

Conjunto de procesos mediante los cuales se generan sustancias que no forman parte del metabolismo primario (fotosíntesis, respiración, transporte de solutos, translocación, asimilación de nutrientes y diferenciación celular; entre otros), poseen características muy variadas, así como una extrema complejidad química y en sus rutas biosintéticas de origen.

8000 polifenoles

1000 alcaloides

270 aminoácidos no-proteicos

32 cianógenos

Otros (saponinas, terpenos, etc)

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…Agronomía-U.C.V. Compuestos secundarios …

Defensa QuímicaDefensa Química

Metabolismo intermediarioMetabolismo intermediarioprecursores de otros precursores de otros

metabolitos metabolitos

Transporte y Transporte y almacenamiento dealmacenamiento de

NitrógenoNitrógeno

¿ Razón de ser ?¿ Razón de ser ?

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…Agronomía-U.C.V.

Protección de los depredadores

Mayor en plantas con elevada concentración de nitrógeno

Acción sobre:

Digestión y absorción de proteínas, CHO’s y minerales Biodisponibilidad de vitaminas

Su efecto depende de:

Tipo y concentración del compuesto Composición de la dieta Especie y estado fisiológico del animal Adaptabilidad del animal Procesamiento y manejo de la ración

Efecto positivo o deletéreo sobre parámetros productivos

Particularidades …

Metabolito Secundario Aplicación

Aminas En variedad de compuestos orgánicos (ej. quinolinas son

cancerígenas). Muchas veces les confieren actividad fisiológica a la célula animal (ej. histaminas)

Alcaloides Medicinal. En la fabricación de medicamentos

Esteroles Medicinal. Forman parte de hormonas animales y vitaminas

Triterpenos Medicinal e industrial. Son llamados aceites esenciales, útiles en perfumería, farmacia y agroindustria de alimentos

Glicósidos Medicinal. Estimulan la función cardíaca

Saponinas Medicinal e industrial. Precursores de hormonas esteroidales y corticosteroides. Por su actividad tensoactiva son útiles como emulgentes y hemolizantes

Fenoles simples Medicinal e industrial. Poseen actividad antifúngica, desinfectante y aromatizante

Flavonoides Medicinal e industrial. Reducen fragilidad capilar, protegen en estados tóxicos y anti-inflamatorios. Son colorantes

Taninos Medicinal e industrial. Propiedades astringentes y antisépticas. Útiles en la fabricación de tintas y otros colorantes, y en el curtido de pieles

Cumarinas Medicinal e industrial. Anticoagulante y aromatizante

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…Agronomía-U.C.V.

Fuente: Payo et al. (1996)

Diversidad de usos …

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Agronomía-U.C.V.

Naturaleza química Proteínas

Aminoácidos no proteicos Glicósidos Otros metabolitos

Modo de acción y efectos metabólicos Daño en la mucosa intestinal

Inhibición de la actividad enzimática Interferencia en retroalimentación de síntesis enzimática Reacción de alergia e intolerancia Analogía estructural con aminoácidos proteicos Reducción de disponibilidad de nutrientes

Efecto sobre respuesta animal

De acuerdo a …

Estructura Proteica Inhibidores de proteasas, Lectinas, Inhibidores de amilasa, Alérgenos y Antígenos

Aminoácidos No Proteicos Latirógenos y neurotoxinas, Antagonistas de arginina Metabolitos heterocíclicos y misceláneos

Glicósidos Oligosacáridos Polisacáridos no amiláceos Otros glicósidos

Otros Fitatos, Taninos y Alcaloides

Químicamente …

Nociones de Toxicología …

Dosis Letal (DL50 ) Es la cantidad de sustancia que se requiere para causar la muerte del

50% de un grupo de animales de experimentación, bajo condiciones controladas y administrada por una vía específica. Se expresa en miligramos (mg) de sustancia por kilogramo (kg) de peso corporal del animal.

Curva de frecuencia dosis-respuesta

Williams y Burson (1985)

DL50

Aflatoxina B1 15 µg/kg

Cafeína 4000 mg/kg (75 tazas en 30 min.)

En extremo …

Grado de diferenciación o complejidad del SNC

Nivel de evolución de los mecanismos reguladores de las funciones corporales (temperatura, respiración, etc)

Estructuración y diferenciación del sistema digestivo y respiratorio

Características y diferenciación de la piel

Sensibilidad diferencial entre especies …

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…Agronomía-U.C.V.

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Agronomía-U.C.V. Inhibidores de Proteasas ...

Sustancias presentes en tejidos de plantas (fund. leguminosas) y animales, que tienen la capacidad de inhibir la actividad de enzimas proteolíticas (ej. Tripsina y Quimiotripsina).

Efectos ...

Hipertrofia y tumores pancreáticos

Reducción en valor de PER (GDP / proteína ingerida)

Incremento en excreción fecal de AA’s azufrados

En ...

Mayoría de las leguminosasCaso clásico: Grano de soya (6% de su proteína)

Agronomía-U.C.V.

Inhibidor (Kunitz / Bowman-Birk)

Proteínadietaria

Tripsinógeno(Páncreas)

CCK (Mucosa)

Tripsina(Intestinal)

Proteolísis Tripsina - Inhibidor

Inhibidor de tripsina y actividad pancreática ...

Fuente: Liener (1990)

Control ...Tostado (195 ºC / 15 min), Hervir en agua, Autoclave (120 º C / 30 min), Radiación

de microondas e infrarrojo, Radiación gamma, Extrusión y Micro-ionización;

entre otros.

Act

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Minutos a 100 º C

0 2 4 6 10 15 20

100

80

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Agronomía-U.C.V.

Tratamiento térmico de Psophocarpus sp., metabolitos secundarios y valor biológico en ratas

I T Hemoaglut. Taninos Valor

Tratamiento (mg/g) (U /mg) (mg/g) Biológico

Ninguno 17,7 200 7,6 - 0,74

Microondas 17,9 196 7,4 - 0,70

Infrarrojo 0,7 10 6,7 0,70

Autoclave 0,7 nd 5,1 0,53

Hervir 0,4 nd 2,5 0,71

I T: Inhibidor de tripsina; nd: No detectado

Fuente: Kadam et al. (2002)

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Agronomía-U.C.V.

Lectinas ...(Del latín legere, que significa preferir, escoger)

Compuestos de distribución paralela a los inhibidores de proteasas, que causan aglutinación de los eritrocitos de varias especies animales, capaces de unirse a las glicoproteínas de la superficie de membrana celular y generar reacciones de incremento de tasa de recambio celular.

Efectos ... Hemoaglutinación y generación de anticuerpos

Inhibición de enzimas que hidrolizan carbohidratos (ej. soya y Phaseolus spp)

Destrucción del borde de cepillo y secreción de mucus intestinal

Promueve colonización de intestino delgado por coliformes

En ...Mayoría de las leguminosas, aunque de toxicidad variable. En soya (prácticamente inocua), ricino (muy tóxica), Canavalia, Phaseolus spp., Dolichos spp. (Jacinto)Ej. Concanavalina A y Aglutinina de germen de trigo.

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Lect

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Fuente: Kik et al. (1990)

Agronomía-U.C.V.

Su acción ...

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…

Hipertrofia e Hiperplasia

Menor Consumo

Normal Fuerte

Hipertrofia e Hiperplasia

Menor Consumo

Dieta

Tripsina

Quimiotripsina

Epitelio IntestinalR

Pepsina

30 - 90 %Lectina HECES

Fuente: Pizzani et al (1999)

Vellosidad intestinal

Agronomía-U.C.V. Alérgenos ...Son compuestos usualmente nitrogenados, que generan reacciones clínicamente definidas como alérgicas, las cuales se caracterizan por el desarrollo de mecanismos inmunológicos, que a través de IgE inducen la liberación de mediadores responsables de las reacciones tisulares comunes en este desorden.

Efectos ...

Digestión insuficiente y diarrea

Respuesta inmune

Pobre comportamiento productivo

En ...

Mayoría de las leguminosas.Reportada en Pisium spp. y Glicine spp.

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Alé

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…

Agronomía-U.C.V.

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Sustancias fotosensibilizantes ...

Filoeritrina

Animal hipersensible a la presencia de la luz solar, particularmente a los rayos U.V., provocando inflamaciones acuosas bajo la piel y eventualmente necrosis dérmica. Se reconocen Fototoxia (sólo quedan afectadas las zonas expuestas al sol) y la Fotoalergia, donde la sustancia suele ser inmunológicamente inactiva, pero al ser irradiada produce una molécula con carácter antigénico que desencadena una reacción alérgica que afecta a zonas expuestas y no expuestas al sol.

Clorofila

Microorganismos ruminales

Hígado BilisExcreción

Mecanismo de acción ...

Los AGI´s de membranas se alteran y los lisosomas liberan las

enzimas hidrolíticas y/o mediadores químicos de la

inflamación

Fotosensibilidad en piel no

pigmentada

Hierba de San Juan (Hypericum perforatum) Cariaquito naranja (Lantana camara) Pastos diversos (Panicum spp.) Cuernos de chivo (Tribulus terrestris) Hongos (Pithomyces chartarum)

Signos ...

En ...

Diarrea Irritación en piel despigmentada Enrojecimiento Edema e Ictericia

Lesiones ...

Agronomía-U.C.V. Aminoácidos No Proteicos ...

Ubicados en una amplia variedad de leguminosas tropicales, y a menudo varios por especie (600 identificados), existen compuestos tóxicos que mantienen analogía estructural con aminoácidos esenciales o sus neurotransmisores derivados del sistema nervioso central del animal.

Efectos ... Síntesis de proteínas anómalas

Neurotóxicos y Latirismo (AA´s análogo del glutamato)

Inhibición de enzimas, disfunción renal y depilación; entre otros.

En ...Mayoría de las leguminosas, particularmente sus semillas.Comunes en: Canavalia ensiformis, Leucaena leucocephala, Indigofera spicata, Gliricidia sepium, Mimosa spp., Acacia spp. y algunas especies de Astragalus.

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… Aminoácidos Especie g/kg MS semilla Efectos Tóxicos

Neurolatirógenos

-cianoalanina Vicia spp. 1,5 Convulsiones, espasmos tetánicos y muerte

-(N) oxalyl- Lathyrus spp. 25 Convulsiones, muerteaminoalanina

Análogos de ArgininaCanavanina Canavalia spp. 51 Reducción del crecimiento

Gliricidia spp. 40 Disfunción sistema inmuneIndigofera spp. 9 Daño en utilización de N

AromáticosMimosina Leucaena spp. 145 Caída de la lana

Daños orgánicos y muerte

Fuente: Mello (1990)

Distribución y toxicidad de aminoácidos no proteicos

Agronomía-U.C.V.

Susceptibilidad depende de ...

Especie animal

Dieta y tiempo de exposición

Diferencias geográficas

GDP DHP Tiroxina en suero

Tratamiento (6-19 sem.) (a 13 sem.) (a 13 sem)

No tratados 0,52 0,28 28

Tratados 1,03 0,00 85

Fuente: Mello (1990)

Novillos pastoreando Leucaena sp. y bacterias degradadoras de DHP

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Agronomía-U.C.V.

Glucósidos ...

Oligosacáridos...Compuestos como los -galactósidos presentes en leguminosas que inhiben la acción de galactosidasa, generando metano, hidrógeno y CO2 en intestino grueso y con ello provocando diarreas, flatulencia y nauseas

Polisacáridos no amiláceos...Comúnmente referidos como “Fibra dietaria”, son polisacáridos vegetales asociados a la lignina (celulosa, hemicelusosa, gomas, mucílagos, pectina, etc.), incompletamente digeridos en intestino delgado, pero disponibles en intestino grueso, donde su fracción soluble es rápidamente transformada en AGV’s. En pollos se reporta que modifican la viscosidad de las heces, generando efecto de “cama húmeda”, y por lo tanto problemas de manejo y disminución de la producción.M

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…

Agronomía-U.C.V. Otros Glucósidos ...

SaponinasInicialmente asociadas a la Sapindus saponaria, y con gran poder espumante, son compuestos amargos que reducen la palatabilidad de los alimentos. En rumiantes se han empleado como reguladores de la flora microbial del rumen.

Efectos ... Reducción del consumo de alimento

Irritante de membrana bucal y garganta

Inhiben fermentación y síntesis bacteriana

Hemorragias

En ...Alfalfa, frijol de soya, follaje de yuca, Sapindus sp. etc.

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Saponin

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…

    Sdx

Amonio (mg N-NH3/100 ml)

Protozoos

196,0

5,4a

194,9

5,0b

117,3

4,6c

9,8

0,1

Hongos 7,6a 8,1b 8,5c 0,1

Bacterias Totales 10,3a 11,3b 11,7c 0,2

Celulolíticas 7,5a 8,1 8,8c 0,1

Deg. MS (%)        

% (24 h) 12,5a 18,6 25,9c 0,9

T1/2 72,9 69,7 66,6 5,7

DESFAUNACIÓN Y POBLACIONES MICROBIALES  (log10/ml fluido ruminal)

Agronomía-U.C.V.

Díaz et al. (1993)Meta

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Saponin

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…

Sapindus saponaria en dieta (g/animal/día)

0 25 50

Agronomía-U.C.V.

Fitoestrógenos ...

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Fito

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rógenos

…

Compuestos derivados del fenilpropano presentes en las plantas (estrona, estriol y β-sitoesterol), que son estructural o funcionalmente similares al estrógeno (14-β-Estradiol). Destacan los lignanos, isoflavones, cumestanos, lactonas (estos dos últimos en animales) y triterpenos. Se conocen actualmente 30 tipos de fitoestrógenos.

Soya, linaza, trébol, avena, Oriza spp., col, alfalfa, lentejas, algunas frutas (ej. manzana) y verduras (ej. remolacha).

En ...

Continuac…

Infertilidad temporal o permanente

Cambios anormales en los órganos reproductivos

Lactación en hembras vírgenes o no preñadas

Prolapso vaginal

Cáncer

Efectos ...

Agronomía-U.C.V.

Cianógenos ...Glicósidos cuya hidrólisis libera ácido prúsico o cianuro de hidrógeno (HCN). Esta cianogénesis ocurre durante la masticación de la planta o por acción microbiana en el rumen.

Efectos ... DL50 (2-4 mg/ kg P.V.)

Efectos goitrogénicos (inducción de bocio)

Su efecto depende de: Tamaño y tipo de animal, tasa de tránsito de digesta y capacidad de metabolizar el HCN

Tratamiento: Premarchitado o deshidratado de plantasó suministro por vía endovenosa de 125-250 ml solución (v/v) con 1,2% Nitrito de sodio + 7,4% tiosulfato de sodio

En ...Niveles no tóxicos en la mayoría de las leguminosas. De importancia en Acacia sp. y yuca

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…

Agronomía-U.C.V. Otros Metabolitos Secundarios ...

Fitatos

El ácido fítico y sus sales, los fitatos, agrupan 2/3 del fósforo de origen vegetal de los monogástricos. Presentan gran habilidad quelatante, formando complejos insolubles con algunos cationes. Se puede reducir su presencia por germinación, uso de fitasas fúngicas y autolisis.

Efectos ...Incrementa requerimientos de minerales

Inhiben enzimas digestivas (ej. Pepsina, pancreatina y amilasa)

Quelación de calcio reduce actividad de tripsina y amilasa

Reducido por fitasas (endógenas y exógenas)

En ...Granos de cereales, semillas y aceites de leguminosas.

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Fita

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…

Fósforo (%) Actividad de

Total Fítico Total/Fítico fitasa (U/kg)

CEREALES

Trigo 0,33 0,18 55 1565

Maíz 0,27 0,17 73 24 Arroz Grano 0,12 0,08 65 112 Pulidura 1,57 1,13 72 134Sorgo 0,26 0,17 66 24

OLEAGINOSAS (Subprpd)Algodón (semilla) 0,64 0,49 77 51Harina de Soya 0,57 0,37 65 62Harina de Palma 0,51 0,29 57 34Harina de coco 0,43 0,24 56 37

Godoy et al. (2005)

Agronomía-U.C.V.

Taninos ...Son compuestos fenólicos, más o menos solubles en agua, y con capacidad para precipitar la gelatina y otras proteínas. Se agrupan en hidrolizables (de importancia en leguminosas) y condensados.

Efectos ... Alta afinidad por las proteínas de la digesta

Reducción del consumo voluntario

Baja absorción de hierro y otros minerales

Efecto beneficioso en rumiantes (20 mg/kg MS)

En ...Mayoría de las leguminosas: Acacia, Leucaena, Prosopies, Albizia, etc.

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Tanin

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…

Humanos

Cabras

PollosMonos

MarmotaConejos

OvinosRatones

BovinosVenado

AusentePresente

Proteínas ricas en prolina ...

Boca

Rumen( pH 5-7 )

Abomaso( pH 2.5 - 3.5 )

Duodeno( pH 8-9 )

Fuente: Mello (1990)

Taninos condensados+

Proteínas Complejo insoluble

Tanino / ProteínaMasticación

Protección del complejo

Taninos condensados libres

Fermentación de CHO”s

Disociación del complejo

Taninos Condensados

Libres

Proteínas

Digestión y absorción

Agronomía-U.C.V.

GRUPO

Taninos PEG

Consumo N (g/día) 42,4 47,6

Nitrógeno en digesta (g/kg MS)

Rumen 39,9 33,0Abomaso 48,8 43,3Ileum 33,6 20,7Heces 38,3 22,7

Digestibilidad en (%N) :

Rumen 13 26Inst. delgado 53 55Inst. grueso 1 0

Total 67 81

Metabolismo de nitrógeno ...

Menor consumo ... Menor tasa de fermentación microbial

Menor concentración de NH3 en rumen

Disminución de tasa de recambio ruminal

Menor producción de AGV´s

Fuente: Waghorn et al. (1994)

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Tanin

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…

Secado del forraje Uso de PEG Suplementación con plantas libres de taninos y urea Manipulación de microflora ruminal

Destoxificación ...

Agronomía-U.C.V.

Micotoxinas ...

Son compuestos de naturaleza no proteica, de peso molecular intermedio, que se generan del crecimiento y multiplicación de los hongos en un sustrato apropiado. El término se deriva de las palabras griegas mykes (hongos) y toksikon (veneno).

Condiciones óptimas ...

Concentración de oxígeno de 20,9%

pH entre 6,0 y 7,0

Temperatura superior a 20 ºC

Humedad de 14 a 20%

Otros (integridad de cutícula del grano, etc.)

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Mic

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xin

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…

MicotoxinaMaíz

(10 muestras)Otros

ingredientesAlimento para aves

Aflatoxina 24 33 92

Vomitoxina 50 44 88

Acrotoxina 24 22 80

Zearolina 40 66 60

T-2 Toxina 0 33 36

Fremonixina 50 78 88

Países: Taiwán, Malasia, Tailandia, Singapur, Indonesia e India

Agronomía-U.C.V.

González (2005)

Localidad Micotoxinas

Oeste de EuropaEste de EuropaNorteaméricaSudaméricaAfricaAsiaAustralia

ocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenonazearalenona, desoxinivalenolocratoxinas, desoxinivalenol, zearalenona, aflatoxinasaflatoxinas, fumonisinas, ocratoxinas, desoxinivalenol, toxina T-2 aflatoxinas, fumonisinas, zearalenonaaflatoxinasaflatoxinas, fumonisinas

Micotoxinas en el mundo ...M

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…

Contaminación por Micotoxinas (%) en alimentos para aves

Toxina Hongo DL50

(mg/kg PV)1Principales efectos

Cultivos más sensibles

AflatoxinaAspergillus sp.

3Crecimiento reducido, daños de hígado, ictericia, reducción de inmunidad

Todos los cereales, Semilla de algodón, Maní, grano de soja

Zearalenona Fusarium sp. 10

Infertilidad, anestros, mortalidad embrionaria, prolapso rectal, calidad del semen

Todos los cereales, alfalfa, yuca, maní y sorgo

Tricotecenos (T2, DAS,DON)

Fusarium sp. 10Inapetencia, vómito, reducción de inmunidad

Todos los cereales

Ocratoxina y Citrinina

Aspergillus sp. Penicillum sp.

10Crecimiento reducido, daños bazo/hígado

Cereales, maní y sorgo

Fumoninisina Fusarium sp. 19

Reduce ingesta y crecimiento, problemas respiratorios, edema pulmonar

Todos los Cereales

1= En caso de cerdosFuente: Devegowda et al (1998)

De mayor interés ...

Control de Micotoxinas ...Agronomía-U.C.V.

Uso de antimicóticos (ej. base de ácido propiónico)

Tratamiento:

Físico: Calor, luz ultravioleta y dilución del alimento contaminado,

Químico: Amoniaco, bisulfito de sodio, formaldehído, ácido ascórbico y ozono

Uso de secuestrantes

Minerales: Arcillas (bentonita), zeolitas, aluminosilicatos de Ca y Na

Biológicos: Glucomananos

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…

Degradación biológica (bacterias, levaduras y hongos)

Manipulación Genética (Clásica o por Ingeniería Genética)

Rotación de potreros

Formulación de las dietas Selección de ingredientes Dilución de dietas Suplementación con nutrientes (nitrógeno, vitaminas, sales

yodadas, etc.)

Tratamiento de materiales

Primarios: Tratamientos químicos, enzimáticos, físicos (fraccionamiento, aplicación de calor)

Secundarios: Extrusado, peletizado, etc.

¿ Existe control ? ...Agronomía-U.C.V.

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gen

era

l …

“La canción a los campos retorne

en el alba sembremos la voz,

explotar a la tierra y no al hombre

es consigna de un hombre mejor ”

Antonio EstevesHimno Facultad de Agronomía, U.C.V.

Agronomía-U.C.V.

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