NUTRITIONAL MANAGEMENT OF FEEDLOT CATTLE TO OPTIMIZE PERFORMANCE AND MINIMIZE ENVIRONMENTAL IMPACT1, 2, 3
N. Andy Cole, R. W. Todd, K. E. Hales, D. B. Parker, M. S. Brown, and J.C. MacDonald 4 USDA - Agricultural Research Service, Bushland, TX and Clay Center, NE., West Texas A&M University, Canyon, and Texas AgriLife Research, Amarillo
INTRODUCTION
The past decade has seen an exponential growth in the cattle feeding industry in Brazil and prospects are the growth will continue in the future (Millen et al., 2009, 2011). Feeding cattle nutritionally balanced, high-energy diets in confinement can have several advantages over pastoral systems. However, there are also potential risks. The feeding of livestock in confinement leads to concentration of feed nutrients into a relatively small geographic area. The nutrients of primary environmental concern to agriculture are nitrogen (N), carbon, (C), sulfur (S) and phosphorus (P). In addition, hormones (endogenous and exogenous), antibiotics, and other feed additives may accumulate in the manure. Only a small percentage of the nutrients consumed by livestock are ultimately retained by the animal; hence, little is removed from the premises when the animal leaves the facility. Accumulation of these “excess” nutrients, the extraneous losses of these nutrients to ground water, surface water, and the
1 Presented at the IV Simposio Internacional de Producao de Gado de Corte, Viscosa, Brazil, June 7-10, 2012.
2 USDA is an equal opportunity provider and employer.
3 The use of trade, firm, or corporation names in this article is for the information and convenience of the reader. Such use does not constitute an official endorsement or approval by the United States Department of Agriculture or the Agricultural Research Service of any product or service to the exclusion of others that may be suitable.
4 Research Animal Scientist / Research Leader; Soil Scientist; Research Animal Scientist; Agricultural Engineer/Research Leader; and Associate Professors, respectively. 2 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte atmosphere, and removal of accumulated manure is a significant environmental concern to the cattle feeder. Nitrogen concerns revolve around both water (nitrates in surface & ground water) and air quality (ammonia – NH3, nitrous oxide – N2O, odors) issues. Carbon concerns are related to water (organic matter/biological oxygen demand) and air quality (methane – CH4). Sulfur concerns relate to emissions of hydrogen sulfide (H2S) and other odorous compounds. Phosphorus concerns revolve primarily around potential contamination of surface waters. The potential hazards of misapplication of manures to farm- and pasture-land is also a concern. In the U.S., concentrated animal feeding operations (CAFO)are required to develop Comprehensive Nutrient Management Plans (CNMP) that address factors such as feed management, manure handling, and land application of manure (NRCS, 2000). They are also required to report / mitigate emissions of some gases and particulates. Nutrition and management practices can influence the quantity of nutrients excreted by the animal, as well as influence transformations and movements of excreted nutrients. Today, researchers, nutritionists, feedmills, and feedlot managers may be called on to play an increasingly important and vital role in helping livestock operations meet environmental challenges. Many “common” practices may have to be revised and producers may be required to balance production efficiency and net income with real and perceived environmental concerns.
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ENVIRONMENTAL ISSUES RELATING TO ANIMAL FEEDS AND CONCENTRATED ANIMAL FEEDING OPERATIONS (CAFO): BACKGROUND AND MITIGATION STRATEGIES
General
In general, less than 20% of the nutrients consumed by livestock are ultimately retained by the animal; most is deposited as feces and urine. In the U.S., during a “typical” 150 day feeding period, 1,000 head of finishing beef cattle will excrete the following quantities of nutrients: 1,200 metric tonnes of dry matter (DM), 535 tonnes of C, 27 tonnes of N, 6 tonnes of calcium (Ca), 3.6 tonnes of P, 1.8 tonnes of magnesium (Mg), 1.2 tonnes of S, 6.3 tonnes of chloride (Cl), 6.3 tonnes of K, 1.4 tonnes of sodium (Na), 180 g of cobalt (Co), 12 kg of copper (Cu), 718 g of iodine (I), 120 kg of Fe (Fe), 60 kg of manganese (Mn), 239 g of selenium (Se), and 48 kg of zinc (Zn). In addition to nutrients, the waste will also contain pharmacologically active compounds (PAC: includes resides of pesticides, feed additives such as antibiotics and hormones, exogenous hormones from implants, and endogenously produced hormones), pathogens (bacteria, viruses, protozoa, fungi) and endotoxins produced by gram negative pathogenic bacteria. In the U.S. beef cattle are typically fed in open pens with native soil surfaces. Manure is normally scraped from the pens after each group of cattle is finished. Some of the manure may be stacked in the pen to provide mounds that improve pen drainage. Manure removed from the pen may be immediately applied to fields, stockpiled for later use, or composted in windrows. Manure scraped from the pens normally has a moisture content of 30% to 50% and may contain some soil from the pen. Because the manure may sit in the pen or in stockpiles for several months before it is applied to the field, much of the N and C may be lost to the atmosphere before the manure is collected.
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Water Quality General
Nutrients, pathogens (E. coli, Salmonella, Listeria, Campylobacter, and Cryptosporidium: Berry et al., 2006) and PAC in manure can potentially flow from feedlot surfaces to surface waters or percolate into ground waters (Sharpley et al., 1996). Nitrogen (usually as nitrates), P, and organic matter (OM) can potentially runoff into surface waters causing eutrophication or percolate into ground water making it unsuitable for drinking. In some areas and situations, K, Na, and some trace minerals can be a concern. Feeding operations with properly designed and maintained runoff control structures (RCS) such as retention ponds (term for liquid waste storage area) and(or) lagoons (term for liquid waste treatment area) normally have little, if any, effect on surface or ground water quality. The most probable site for manure contamination of surface waters is via mismanagement at the feedlot or via runoff from fields fertilized with manure. As nutrient, pathogen, or PAC concentrations in the soil profile increase, the risk that they can leave the cropland in runoff also increases. When manure is applied to cropland at P utilization rates, the quantity of land required to dispose of manure is 5 to 10 fold greater than when manure is applied to meet crop N requirements. Decreasing manure output. Beef cattle fed high concentrate diets excrete approximately 28 kg of wet manure daily (85% moisture) per 454 kg of body weight (BW). In general, because of increased feed intake and (or) decreased ration digestibility, the quantity of manure DM produced increases as the forage content of the diet increases. The digestibility of the concentrate portion of the diet can also affect manure production. For example, steam-flaking decreases total manure DM excretion, and fecal starch content (Tucker and Watts, 1993). Hales et al (2012a) noted that manure OM excretion was 15% greater in steers fed dry rolled corn (DRC)- based diets than in steers fed steam flaked corn (SFC)-based diets. When fed at equal energy intake, OM excretion increased 10 to 25% when the concentration of distillers grains+solubles (DGS) increased from 0 to 30% of the diet (Hale et al., 2012a, b)
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Decreasing phosphorus & other mineral losses. According to NRC (1996) most feed grains contain at least 0.3% P. Thus, if fed at 80% of the diet, the basal P content of finishing diets will be 0.25% or more. Phosphorus from protein supplements, liquid feeds, byproducts, or some forages increase this further. Erickson et al. (1999, 2002) and Geisert et al (2010) noted that performance of yearling steers and calves was not adversely affected by feeding finishing diets with P concentrations as low as 0.17%. Similarly, in growing steers, Greene et al. (2001) noted that decreasing the dietary P concentration from 0.33 to 0.22% decreased P intake 50%, and decreased P excretion by 54% without affecting average daily gain and gain/feed. Vasconcelos et al (2009) noted that replacing cottonseed meal with urea as the supplemental N source decreased dietary P concentration by 29.4% and P excretion by 20.5% without adversely affecting animal performance (Gleghorn et al., 2004). The quantity of P excreted increased with days on feed (59, 74, and 88% of P intake on days 30, 75 and 120, respectively). Thus, at present, it appears that supplementing P in most grain-based feedlot finishing diets is not necessary. By feeding more biologically available sources of minerals, it may be possible to decrease the amounts of these minerals required in the diet, and thus, decrease the quantities that are excreted to the environment. The bioavailability of different mineral sources for ruminants has not been thoroughly researched and values in the literature vary greatly. Some values for bioavailability of trace mineral sources are presented in Table 1 (Albin, 1988; Henry, et al., 1988; Greene, 1995; and Spears, 1996).
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Table 1 - Relative bioavailability of trace minerals from different inorganic and inorganic sources in relation to the availability of the sulfate form (Albin, 1988; Greene, 1995; Spears, 1996)
Mineral Sulfate Oxide Carbonate Chloride Organic Cobalt 100 10-30 110 100 85-100 Copper 100 0-30 60-100 110 100-130 Iron 100 <10 0-75 40-95 -- Manganese 100 30-80 30-95 -- 100-120 Zinc 100 40-90 60-100 40-85 100-200
Air Quality.
General. The atmospheric emissions from cattle feeding operations that are of greatest concern vary with geographic location and proximity to neighbors but, in general, are particulate matter (PM, dust), odors, NH3, greenhouse gases (GHG: carbon dioxide – CO2, CH4, N2O), and H2S (Tables 2 and 3). In some regions, where large agricultural operations are in close proximity to cites and automobiles, release of reactive volatile organic compounds (rVOC) is a concern because they can contribute to ozone and smog formation (Hobbs et al., 2001). Dust and odors are usually local in scope and relate to health and quality-of-life issues. In contrast, concerns about NH3, greenhouse gases, and H2S are generally regional/national/global in scope (NRC, 2003). Feedyard air pollutants can originate from many sources, including the cattle, pen surfaces, manure stockpiles or windrows, feed alleys, cattle alleys, feed mill, feed storage areas, feed spills, RCS, and settling basins. Emissions are highly dependent upon factors such as animal stocking density, animal size and age, the diet fed, manure production, manure harvesting techniques, pen surface and soil characteristics, and ambient environmental conditions (i.e., temperature, wind, humidity, precipitation).
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Table 2 - Concentrations of gases, particulates, and pathogens measured in or about beef cattle feedyards
Air quality variable Manure and (or) air sampling locationa Adjacent to or Retention Stockpiles Spreading in above pens pond & windrows field Particulate matterb 1,946 to 35,5361 ------54 to 1,2682 65 to 1,7003a, 3b 25 to 974 116 to 5925 PM-10, % of PM 10.9 to 38.53a, 3b ------Ammoniac 290 to 1,2006 ------90 to 8907 24 to 5398 Odorsd VFA: 4 to 348 -- -- VFA: 70 ppb8 Amines: 1.8 to 19.76 1.5 to 1708 46 to 689 Acetic, % of VFA 54 to 678 -- -- 318 Propionic, % of VFA 12 to 228 -- -- 288 Butyric, % of VFA 17 to 238 -- -- 418 p-cresol, ppt 0.7 to 2.38 -- -- < 0.18 Phenol, ppt 0.4 to 1.18 -- -- < 0.18 Pathogense Negligible10, 11a, 12 ------Endotoxinsf 108 to 31811b ------Methane -- -- 0.01 to 513 -- Hydrogen sulfideh 0.001 to 0.03714 0.004 to 0.01914 -- -- 0.004 to 0.09815 0.003 to 1.0815 a Retention pond includes, settling basins and (or) lagoons (seldom used in beef cattle feedlots). Stockpiles include stockpiles outside of pens but not mounds within pens. b All values are in µg / m3. 1 Elam et al (1971) gross peak 3-hour concentrations determined in 10 California feedlots between 1900 and 2200 hours. 2 Algeo et al (1972) average net concentrations (downwind minus upwind) determined over 24-hours in 25 California feedlots. 3a3b Sweeten et al (1988, 1998) net concentrations determined at 4 to 24-hour intervals in 3 Texas feedyards (17,000 to 45,000 head capacity). 4 McGinn et al. (2002) weekly average at 4 Canadian feedlots (6,000 to 25,000 head). 5 MacVean et al (1986) average total suspended particles sampled over a 24-hour period at a 75,000 head Colorado feedyard c All values are in Φg NH3-N / m3. 6 Hutchinson et al. (1982); 7 Todd et al. (2008). 8McGinn et al. (2002). d Units vary. 8 McGinn et al. (2002) in ppb unless shown.6 Hutchinson et al. (1982) in µg N/m3. 9Sweeten et al (1977) in odor units - dilution to threshold. e Units are colony forming units / m3. 10 Abiola et al., (2002); 11a Purdy et al (2004a); 12 Wilson et al. (2002). f Units are ng / m3. 11b Purdy et al (2004a) summer and winter samples from seven Texas feedyards. g Units are ppm by volume. 13Lopez-Real and Baptista (1996). h Units are ppm by volume as total reduced sulfur. 14 Koelsch et al (2004). 15 Rhoades et al. (2003).
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Table 3 - Estimated losses of gases, particulates, and pathogens at various locations of a beef cattle feedyard
Air quality variable Manure locationa Pen surface Retention Storage / Spreading pond composting Particulate matterb 7 to127 1,2,3 Ammoniac 20 to 60 %4a, 4b 4 to 17 % 19 to 42%6b 26 - 55 % 5a - 365b 3.6 to 46.6 6a Odors/VOCsd 14 to 840 7 2.2 to 23.9 9 9.7 to 22.710 0.7 to 38.3 8 Pathogense Negligible11, 12, 13 ------Carbon dioxide f 74 to 168 14 40 to 57%15 Methane g 0.046 16 6.3 to 8.1 20 518 0 to 217 3.5 to 5 21 -0.12 to 0.004 24 10 18 4.4 22 3.5 19 5.3 to 15.5 23 Nitrous oxide h 0.11 to 0.19 25 Hydrogen sulfidei 0.18 to 4.31 6 0.39 to 9.70 6 a Runoff includes retention pond, settling basins and (or) lagoons (seldom used in beef cattle feedlots). Storage includes mounds in pens or stockpiles. b kg / 1,000 head / day (includes feed mill) - 1 EPA (1986), 2 Sweeten et al, (1998)3. c Φg / m2 /hour. 4a Bierman et al (1999) and 4b Erickson and Klopfenstein (2010) - values are % of N fed. 5a Todd et al (2006) - % of N fed. 5b Todd et al (2008b) - µg/m2 per second. 6a Wood et al (2001) - µg/m2 per second. 6b Eghball et al (1997). d 7 Odor units per second per m2 - Watts et al (1994). 8 Odor units per second per m2 - Wood et al (2001), 9 Wood et al (2001) - over concrete liquid holding tank in Minnesota - odor units per second per m2. 10 Odor units per second per m2 - Pain et al (1988) using a cattle slurry. e 11 Abiola et al. (2002); 12 Purdy et al. (2004a) 13 Wilson et al. (2002). f 14 Values for composting are in kg of carbon / Mg of manure (Hao et al., 2001). 15 Values for composting are % of initial carbon and are based on carbon loses of Eghball et al (1997) assuming 92% of carbon lost to the atmosphere was as carbon dioxide (Hao et al., 2001). g Cattle on typical feedyard diets will also produce approximately 0.07 kg of methane per head daily via enteric fermentation (Harper et. al., 1999) and will emit carbon dioxide via enteric fermentation and normal metabolism. 16 Values are kg/animal daily and are calculated from values of Lodman et al (1993). 17 Values are % of available carbon converted to methane (methane conversion factor) from a dry lot surface and are based on results of Steed and Hashimoto (1994). 18 Values are estimated methane conversion factors based on estimates of Safley et al (1992). 19 Enteric production, as a percentage of gross energy intake (Johnson and Johnson, 1995). 20 Values for composting are in kg of carbon / Mg of manure (Hao et al., 2001). 21 Values for composting are % of initial carbon and are based on carbon loses of Eghball et al (1997) assuming 8% of carbon lost to the atmosphere was as methane (Hao et al., 2001). 22 Estimated quantity of carbon (kg/Mg of manure) emitted by equipment to turn windrows (Hao et. al., 2001). 23 Husted (1994) using chambers - kg/animal/year. Low value is solid manure; high value is cattle manure slurry. 24 Lessard et al (1997) - mg methane/m2/hour. h 25 Values for composting are kg N / Mg of manure (Hao et al., 2001). i Values are in µg/m2 per second. 6 Wood et al. (2001), “retention pond” values are from a concrete liquid storage tank.
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Particulate matter (PM) and dust. Background & emissions. Emissions of PM can have adverse effects on visibility, quality of life, and possibly human and cattle health (MacVean et al, 1986; Loneragan and Brashears, 2005). Dust particles also can carry other pollutants such as odors and pathogens. Most feedyard dust appears to be organic, originating from manure, feed, and animal dander (Sweeten et al., 1988, 1998). Very small particulates (termed PM-2.5 because the mean aerodynamic diameter is 2.5 microns or less) can be respired deep into the lungs and have adverse effects on human health. Most feedyard PM is larger than PM-10 and tended to settle out within 800 m of their source (Sweeten et al., 1998). The concentrations of PM in feedyard air vary greatly (Tables 2 and 3). Dust concentrations tend to be highest at dawn and dusk, when animal activity and atmospheric stability are greatest. Dust emissions from feed mills, a lesser source, also vary greatly, depending on the commodities used, how they are unloaded, transported, and processed, and how feeds are mixed (EPA, 1998a). PM -Control and mitigation . Dust emissions are affected by the environment (i.e., temperature, precipitation, wind), pen surface conditions (i.e., moisture, manure depth: Miller and Berry, 2005), and possibly dietary factors (such as fat content of diet). Emissions may be decreased by increasing animal density, altering feeding time, collecting manure more frequently, and using windbreaks (Sweeten et al., 1988; Auvermann and Romanillos, 2000; Auvermann et al., 2002). Surfacing pens with fly ash or other hard surfaces may also decrease dust emissions and improve manure fertilizer quality (Sweeten et al., 2000). Odors/Volatile organic compounds (VOC)- Background & emissions. Sources of odors from feedyards include the pen surface, manure stockpiles, retention ponds, or fields fertilized with feedlot manure. Feedyard odors are normally comprised of VOC such as amines, volatile fatty acids, alcohols, carbonyls, and reduced sulfur compounds (Mackie et al., 1998; Parker et al. 2005, 2010). Some odorants react rapidly and travel only short distances; whereas, others such a p-cresol travel long distances (Parker et al., 2005). Because odor emissions are dependent upon microbial fermentation of organic compounds, feedyards tend to emit little odor during dry
10 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte conditions, when dust emissions tend to be greatest (Sweeten et al., 1977). When properly managed, composting windrows produce little odor (Tables 2 and 3). Odors -Control and mitigation. The primary source of feedlot odors is the fermentation of starch in feces, followed by protein fermentation (Miller and Berry, 2005; Miller et al. 2006). Thus, decreasing starch in feces can decrease odorant production. For example, cattle fed diets based on high moisture corn (HMC) produced feces with less starch and less odorant production than cattle fed DRC-based diets (Archibeque et al., 2006). Adding distiller’s grain (DGS) to finishing diets tended to increase potential odor production – most likely because of its high N and S content (Varel et al. 2008). A number of “amendments” have been tested to decrease odor emissions from cattle operations; but few have been successful (Buchanan et al., 2003; Donnell et al., 2008). Odors can be decreased by adding compounds such as plant essential oils; however, it is presently unknown if this procedure is economically viable (Varel and Miller, 2001). Ammonia (NH3 – Background & emissions. Ammonia emissions represent a loss of potentially valuable nitrogen fertilizer from manure. In addition, NH3 may also act as a precursor to formation of PM-2.5 via reactions with sulfur dioxide and nitrogen dioxide produced by industry and automobiles. Ammonia emissions can also deposit in surface waters (Hutchinson and Viets, 1969) or on sensitive ecosystems (Van der Eerden, et al., 1998; Krupa, 2003; Todd et al., 2004; 2008a) causing eutrophication or change in plant communities. Feedlot NH3 emissions occur rapidly from urine spots on the pen surface by the rapid hydrolysis of urinary urea-N to NH3 and CO2 (Cole et al., 2009). Atmospheric NH3 concentrations at feedyards vary greatly and there appears to be a notable diel pattern with highest concentrations during the day and lowest concentrations at night (Hutchinson et al. 1982; Todd et al., 2008b, 2011, Rhoades et al., 2010: Tables 2 & 3). Ammonia emissions are greatly affected by environmental factors such as temperature, solar radiation, surface pH, moisture,
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 11 and wind (Hutcheson et al., 1982; Todd et al., 2008b, 2011) and by dietary factors such as protein quantity, protein degradability, carbohydrates degradability, and acid-base balance (Cole et al., 2005, 2006; Todd et al., 2006). Background NH3 concentrations at feedyards tend to range from 5 to 30 mg/m3; whereas, concentrations within feedyards range from 50 to 1,500 mg/m3 (Todd et al., 2008b; 2011; Rhoades et al., 2010; Hristov et al., 2011). Daily emissions of NH3 from feedlots, have ranged from 66 to 283 g/head with an average of 138.7 g/head in summer, 68 g/head daily in winter, and an annualized emission of 119.4 g/head daily (Hristov et al., 2011). As a proportion of N fed, emissions averaged 30.2% in winter, 56.7% in summer and 47.6% annually. Ammonia – Control of emissions. There are four possible techniques to decrease NH3 emissions: 1) decrease urinary urea-N excretion, 2) decrease hydrolysis of urea to NH3 on the pen surface, 3) bind NH3 in the pen surface, and/or 4) convert volatile NH3 to less volatile ammonium (NH4). Because NH3 emissions are controlled primarily by dietary protein content (Cole et al., 2005, 2006; Todd et al., 2006) and air temperature (Todd et al., 2011), three basic approaches have been studied to decrease NH3 losses from cattle operations: 1) diet/ration manipulation, 2) manure/slurry treatment, and 3) capture and treatment of emitted gases. Each approach has a multitude of possible and available technologies. Ammonia control- dietary protein effects. Decreasing urinary N excretion has the potential to decrease NH3 emissions. From 50 to 80% of excreted N is in urine and this quantity typically increases as crude protein (CP) concentration in the diet increases (Erickson and Klopfenstein 2010; Cole et al., 2005; Todd et al., 2006). Decreasing the quantity of degradable intake protein (DIP) in the diet of ruminants can also lower urinary N excretion and potentially lower NH3 emissions (Cole et al., 2005a). Nitrogen losses in urine and subsequent NH3 losses from manure were approximately 24 to 50% greater when a 13% CP diet was fed, than when an 11.5% CP diet was fed to finishing beef cattle (Cole et al., 2005: Todd et al., 2006). Cole and Todd (2009) noted that when metabolizable protein (MP) intake was below animal requirements the N volatilization
12 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte losses averaged approximately 40 g/head daily. Thus, this may be the minimum NH3 emission rate that can be obtained via dietary manipulations. Crude protein requirements of finishing beef cattle determined in performance trials tend to vary. Studies with DRC-based diets (Milton et al., 1997; Shain et al., 1998) suggest the CP requirement is equal to or less than 11.5% of dietary DM. However, studies with SFC-based diets (Cooper et al., 2002; Gleghorn, et al., 2004) suggest the optimal CP concentration is closer to 13.0% of DM. The difference in CP requirements of cattle fed DRC- vs. SFC-based diets appears to be due to greater ruminal fermentation and subsequent greater requirement for DIP in SFC-based diets (Galyean, 1996; Cooper et al., 2002). Based on these studies, the DIP requirement of finishing beef cattle appears to be approximately 6.8% for DRC-, 10% for HMC-, and 9.4% for SFC-based diets. Gleghorn et al (2004: Table 4) and Vasconcelos et al (2009) noted that the supplemental N source (urea, cottonseed meal, or 50:50) did not affect animal performance even though some of the 11.5% CP diets were calculated to be deficient in DIP. This indicates that N recycling from the lower gut to the rumen can compensate for a portion of a DIP deficiency in feedlot diets.
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Table 4 - Effects of dietary crude protein (CP) on steer performance, nutrient excretion and ammonia losses from a simulated feedlot surface (Cole et al., 2005; Gleghorn, et al., 2004; Todd et al., 2006; Vasconcelos et al., 2009)
Item 11.5% CP 13.0% CP Difference,% Performance Trial: Average daily gain, kg Day 0-56 1.86 1.99 7.1 Day 56-112 1.71 1.71 0 Day 0-finish 1.63 1.71 4.7 Dry matter intake, kg 8.73 9.00 2.5 Feed/gain Day 0-56 4.44 4.35 2.2 Day 56-112 5.40 5.49 -2.0 Day 0-finish 5.49 5.44 1.1 N Balance Trial: Day 77 N intake, g/d 110.4 125.2 19.2 Fecal N, g/d 44.1 44.4 11 Urine N, g/d 44.5 61.9 52 Total N excreted, g/d 88.5 106.3 35 N balance, g/d 21.9 18.8 -16.4 N balance, % intake 17.3 14.1 -22.7 Urine urea N, g/d 28.2 46.0 63.1 NH3 loss, total g 800 600 24 Blood urea N, mg/dL Day 28 5.6 6.5 16.1 Day 112 8.0 9.8 22.5
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Presently the DIP and UIP of most feed ingredients have not been determined experimentally. In addition, DIP and UIP values of feeds vary with other dietary and management factors. In many cases it is not possible to “balance” DIP and UIP because of the inherently low ruminally digestibility of proteins in many feed ingredients – For example excess UIP may be fed in order to meet the DIP needs of the ruminal microbes. Ammonia control - Phase feeding of protein. Because nutrient requirements change with the physiological state of an animal, it may be possible to decrease dietary protein concentrations of beef cattle finishing diets as time on feed increases; thus, decreasing urine N excretion and NH3 emissions. In three sequential metabolism trials, approximately 75, 85, and 100% of dietary N intake was excreted on days 30 (350 kg avg. BW), 75 (446 kg), and 120 (515 kg) on feed, respectively and in vitro NH3 production from feces and urine increased with days on feed (Table 5: Cole et al., 2005; Vasconcelos et al, 2009). Studies suggest that impacts of phase feeding on animal performance and NH3 emissions may be affected by factors such as grain processing method and implanting strategy (Erickson and Klopfenstein 2010; Vasconcelos et al., 2006; Cole et al, 2006). However, Erickson and Klopfenstein (2010), with DRC-based diets, and Cole et al (2006) with SFC-based diets, both noted that N volatilization losses could be decreased by 25% or more by decreasing the dietary CP concentration from 12.5-14% CP to less than 11% CP during the last 56 days in the feedlot (Table 6). There are a number of obstacles to overcome for phase feeding to be practical in commercial feedyards: some are logistic (additional supplements, diets, and feed trucks) others nutritional. Obviously, when decreasing dietary CP concentrations, the potential effects on animal performance, animal health, and costs of gain must be considered. Studies suggest that blood NH3 may serve as a renal/systemic buffer in cattle fed high-concentrate diets (Trenkle, 1978). If NH3, does serve as a renal buffer in cattle, decreasing the dietary CP concentration could potentially lead to an increased incidence of acidosis. Thus, other systemic buffers may need to be added to the diet in order to compensate for the lowered renal buffering capacity. The economic practicality of phase feeding under
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 15 current feeding and management situations is equivocal because the potential effects on digestive disturbances are still not clear; especially with highly fermentable diets. In the U.S. the advent of new beta-agonist growth promoters that are fed the last 30 to 45 days on feed, may make phase feeding more practical. However, the increasing use of by-products such as distiller’s grain that are high in CP limit the feasibility of lowering dietary CP concentrations to less than 12%.
Table 5 - Effect of days on feed (30, 75 or 120) on N metabolism and relative in vitro ammonia loss from beef cattle manure (Cole et al., 2005; Vasconcelos et al., 2009)
Item 30 days 75 days 120 days N intake, g/d 140 139 135 Fecal N, g/d 42 46 40 Urine N, g/d 43 65 74 Total excreted , g/d 85 111 114 Urea, % excreted N 36 46 53 Blood urea -N, mg/dl 6.62 8.84 12.48 Ammonia, % of d 30 100 201 310
Ammonia control – dietary fiber and OM. Bierman et al. (1999) reported that 45 to 57% of the N fed to finishing cattle was volatilized; however, N volatilization losses decreased with increasing dietary roughage content. This was most likely due to a partial shift in N excretion from urine to feces. Erickson et al. (2003) also noted that increasing dietary fiber (as corn bran) in finishing diets decreased N volatilization from the pens during a winter/spring feeding period; however, animal performance was adversely affected. At high (> 25%) dietary concentrations, feeding of DGS can increase NH3 emissions by 20 to 50% due to an increase in dietary N intake and subsequent increase in urinary N excretion (Cole et al., 2010; Todd et al., 2011). However, when fed at levels below 15% of diet DM, feeding DGS generally results in little or no increase in dietary N intake or in NH3 emissions. Feeding lower concentrations of DGS shifts some N excretion from the urine to the feces, decreases fecal and manure pH, and provides additional OM on the pen surface
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(Cole et al., 2010). Similarly, Kellems et al. (1979) noted that grain source (corn vs. sorghum vs. barley) and concentration (25, 50 or 75% of diet DM) affected NH3 emissions primarily via their effects on fecal pH.
Table 6 - Effects of phase feeding crude protein on cattle performance (Cole et al., 2006: all steers fed 13.5% CP diets for days 0-112 and 11.5 or 13% CP the last 56 days on feed)
Item Diet crude protein regimen, before/ after day 112, % of DM 11.5 / 11.5 13.0 / 13.0 13.0 / 11.5 ADG, kg Day 0 to112 1.54 1.50 1.50 Day 112 to finish 1.30 1.29 1.18 Day 0 to finish 1.42 1.46 1.42 DMI, kg Day 0 to 112 7.31 7.57 7.57 Day 112 to finish 8.21 8.37 7.81 Day 0 to finish 7.64 7.96 7.65 Gain/feed, g/kg Day 0 to 112 206 205 205 Day 112 to finish 159 155 151 Day 0 to finish 186 184 186 Urinary N, g/d Day 0 to112 57.5 77.8 77.8 Day 112 to finish 84.4 94.2 84.4 N volatilization, kg/hd Day 0 to 112 8.19 10.54 10.54 Day 112 to finish 6.23 8.68 6.23 Day 0 to finish 15.18 19.57 16.30
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 17
Machmuller et al (2006) and Cole et al (2007) noted that feeding supplemental fat could decrease subsequent NH3 emission from sheep and cattle manure in lab-scale systems. However, Cole and Brown (unpublished data) noted no effects of dietary fat concentration on N volatilization losses from feedlot pens. Ammonia control - Pen surface management. Adding OM (as sawdust) to calf pens decreased N volatilization losses by approximately 43% during the winter, but had no effect in the summer (Adams et al., 2004). Adding OM to the pen surface indirectly by adding 30% corn bran to the diet also had mixed effects on N losses from the pen surface (Adams et al., 2004; Erickson and Klopfenstein, 2010). However, adding OM or biomass to pen surfaces also increase the quantity of manure that must be managed. Adding OM to the pen surface did not appear to affect N or OM loss during composting of the manure. On average, 42% of N and 56% of OM in the original manure was lost during the composting process (Erickson and Klopfenstein, 2010). This compares to the 19 to 42% losses of N and 46 to 62% losses of C noted in other trials (DeLuca and DeLuca., 1997; Eghball et al., 1997; Ebeling et al., 2002). More frequent cleaning of soil-surfaced pens will potentially decrease dust emissions but may also increase N capture in the manure and decrease NH3 emissions. Erickson and Klopfenstein (2010) cleaned experimental feedlot pens once per month or only at the conclusion of a 166-day feeding period. During the summer, monthly cleaning increased N recovery by 33% (10 vs. 6.5 kg/head) and decreased apparent volatilization losses by 24%, compared to cleaning once. The effects were considerably less during the winter. Nitrogen losses during composting were 37% greater in manure from pens cleaned monthly than pens cleaned only once. However, total N collected was approximately 50% greater in manure from pens cleaned monthly. Improving pen drainage may potentially lower NH3 and odor emissions while simultaneously benefiting animal performance. Ammonia control - Manure/slurry treatments. Ammonia volatilization from the feedlot surface and waste retention facilities can potentially be decreased by addition of additives such as OM,
18 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte acids, alum, calcium chloride, adsorbents (zeolite, humate) or urease inhibitors (Varel, 1997; Varel, et al., 1999; Shi et al., 2001; Parker et al., 2005; 2012; Cole et al., 2007; Donnell et al., 2008). Unfortunately, each of these methods have distinct disadvantages (increased manure mass, increased manure P, increased sulfate emissions, increased Cl content, short effect period, costs, etc.) that may limit their use in cattle operations. Combinations of compounds that inhibit NH3 losses via different mechanisms (urease inhibition and adsorption by alum or zeolite, for example) may be more effective than single compounds (Cole et al., 2007). At the present time, these do not appear to be economically feasible (Shi et al., 2001). Greenhouse gases – Background and emissions. There is still limited data on concentrations and emission of greenhouse gases (CH4, CO2, N2O) from feedyards (Tables 2 and 3). Methane and CO2 may come from the animal directly (respiration and enteric fermentation) or by fermentation of manure on the pen surface, in stockpiles, or in RCS. Nitrous oxide emissions are primarily from nitrification and denitrification of manure N on pen In the rumen, CH4 formation is a disposal mechanism by which excess hydrogen from the anaerobic fermentation of dietary carbohydrate can be released. Control of hydrogen ions through methanogenesis assists in maintenance of an efficient microbial fermentation by reducing the partial pressure of hydrogen to levels that allow normal functioning of microbial energy transfer enzymes (Morgavi et al., 2010). Methane can also arise from hindgut fermentation but the levels associated with hindgut fermentation are much lower than from the rumen. Enteric fermentation does not appear to result in the production of N2O or NH3 except in rare cases (Reynolds et al., 2010). Greenhouse gases – Control and mitigation. Carbon dioxide and CH4 emissions from pen surfaces and manure stockpiles can be decreased by maintaining a dry surface and by turning windrows more frequently (Lopez-Real and Baptista, 1996; Eghball et al., 1997; Hao et al., 2001). Methane emissions from solid manure appear to depend on temperature (Jarvis et al., 1995; Yamulki et al., 1999). Emissions of N2O from a feedlot surface have not been adequately determined, but are probably low: from 0 to 2% of total N applications
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 19
(USDA, 2004; EPA, 2010; 2011). Nitrous oxide emissions can be decreased by decreasing N excretion. Dietary factors can have significant effects on enteric (and possibly manure) CH4 emissions (Table 7: from Benchaar et al., 2001; Beauchemin et al., 2008; Eckard et al., 2010, Martin et al., 2010).
Table 7 - Summary of effects of various dietary strategies on enteric methane (CH4) production in dairy cows using modeled simulations (Benchaar et al., 2001; Beauchemin et al, 2008)
Strategy CH4, % of CH4, % of GE Intake DE intake Increasing DMI -9 to -23% -7 to -17% Increasing concentrate:forage ratio -31% -40% Using fibrous concentrate (beet pulp) vs starch -24% -22% concentrate (barley) Rapid (barley) vs. slowly (corn) degraded starch -16% -17% Increased forage maturity +15% -15% Forage species (legume vs. grass) +28% -21% Forage preservation (dried vs. ensiled) -32% -28% Increased forage processing -21% -13% Ammonization of straw X 5 X 2 Supplementation of poor quality forage (straw) X 3 X 1.5
CH4 emissions – dietary forage effects. In general, as the proportion of forage in the diet increases, the percentage of energy lost as CH4 increases (Blaxter and Wainman, 1964). However, total daily CH4 losses may decrease because of lower energy intake (Johnson and Johnson, 1995). Total CH4 losses over the animal’s lifetime, or over the feeding period, may be greater with forage feeding because more days on feed are required to reach market weight. Dijkstra et al (2007) suggested that enteric CH4 losses from carbohydrate substrates (g/kg substrate) in a concentrate diet with ruminal pH of 6.5 were 2.11, 3.18, 3.38, and 3.10 for starch, soluble sugars, hemicellulose and cellulose, respectively. In general, as the concentration of forage in the diet increases; or as the digestibility of forage decreases, the fecal excretion of volatile solids increases. This
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can potentially lead to greater CH4 and CO2 production from the manure system. Harper et al (1999) reported CH4 losses of 230 g/animal daily (7.7 to 8.1% of gross energy [GE] intake) in feeder cattle on pasture but only 70 g/head daily (1.9 to 2.2% of GE intake) in cattle fed high concentrate diets. The IPCC (2006) tier II model estimates enteric CH4 production at 3% of GE intake for feedlot cattle and about 6.5% of GE intake for cattle on high roughage diets. CH4 emissions – dietary fat effects. Numerous studies have demonstrated that supplemental fat can decrease enteric CH4 emissions from ruminants. In a review, Beauchemin et al (2008) noted that enteric CH4 emissions (g/kg DMI) decreased approximately 5.6% for each 1% increase in added fat in the diet. In a larger review, Martin et al (2010) reported a decreased of 3.8% (as g/kg DMI) with each 1% addition of fat. However, ruminants have a low tolerance for dietary fat; thus, total fat level in the diet must normally be maintained below 8% of dietary DM. Some sources of fat, such as DGS and whole cottonseed, appear to have some protection against biohydrogenation by ruminal microbes and thus may be better tolerated (Vander Pol et al., 2009; Corrigan et al., 2009). CH4 emissions – grain source and processing effects. Grain source and grain processing method can also affect enteric CH4 losses. In general, the greater the ruminal starch digestibility, the lower the enteric CH4 emissions. At constant energy intake (2 x maintenance) Hales et al (2012a) reported approximately 20% lower (2.5 vs. 3.0% of GE intake) enteric CH4 emission in cattle fed SFC- based diets than in steers fed DRC-based diets. Similar responses were noted with the feeding of HMC compared to DRC (Archibeque et al. 2006). CH4 emissions – dietary byproducts effects. Distiller’s grains and other co-products of the milling and ethanol industries are widely used as cattle feeds. The effects of feeding 30 to 35% DGS (DM basis) on enteric CH4 emission have been variable, ranging from a 25 to 30% decrease (McGinn et al. 2009), to no effect (Hales et al., 2012a), to a slight increase (Hales et al., 2012b). These differing results were probably because of differences in forage and fat
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 21 composition of the diets. In the study of McGinn et al (2009) the diet contained 65% silage and dietary fat intake increased by approximately 3 percentage units when dried DGS were added to the diet. In contrast, Hales et al (2012a) fed diets that contained only 10% forage and were equal in total fat concentration. Hales et al (2012b) noted that when dietary DGS concentrations increased from 30 to 45% of dietary DM, enteric CH4 emissions increased significantly (from 3 to 3.9% of GE intake) despite a greater fat intake. This may have been caused by the lower starch/greater fiber intake at the 45% DGS concentration. CH4 emissions – effects of dry matter feed intake (DMI). Blaxter and Wainman (1964) compared the effects of feeding 6 diets at two levels of intake. Enteric CH4 emission, as a % of GE intake, were 23% greater in steers fed at maintenance than in steers fed at 2X maintenance (8.1 vs. 6.6 % of GE intake, respectively). With ryegrass diets, Milano and Clark (2008) reported that as DMI increased from 0.75% of maintenance to 2 x maintenance, enteric CH4 emissions increased linearly (r**2 = 0.80 to 0.84). Enteric CH4 emissions were described by the following equation:
CH4 = -0.79 +24.83 * (DMI) with CH4 in g/d and DMI in Kg/d. Emissions as a percentage of GE intake were not affected by DMI and ranged from 4.9 to 9.5% of GE intake (15.9 to 30.4 g/kg DMI). Beauchemin and McGinn (2006b) noted that enteric CH4 emissions, as a % of GE intake, decreased approximately 0.773 % units for each unit increase in DMI (expressed as level of feed intake above maintenance). This was less than the estimate using the Blaxter and Clapperton (1965) equation (0.93 to 1.28 % units) or the value suggested by Johnson and Johnson (1995)(1.6% units). CH4 emissions – genetic effects. Several studies have suggested that cattle selected for lower residual feed intake (RFI, i.e. increased feed use efficiency) tend to have lower ruminal enteric CH4 production (Hegarty et al., 2007; Nkrumah et al., 2006); however, other studies have suggested no genetic effect (Freetly and Brown- Brandl, 2011). The apparent effect may be dependent upon stage of
22 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte production and /or quality of the diet consumed (Jones et al., 2011). Because RFI is moderately heritable (0.28 to 0.58; Moore et al., 2009), it might be possible to genetically select for animals with lower enteric CH4 production. CH4 emissions – effects of feed additives & growth promoters. Monensin has been shown to decrease enteric CH4 emissions in finishing cattle by 10 to 25% (Tedeschi et al., 2003; McGinn, et al., 2004). However, in feedlot cattle the effects appear to be transitory; lasting for 30 days or less (Guan et al, 2006). A number of studies have demonstrated that a variety of halogenated analogues have the potential to dramatically decrease ruminal CH4 production (Johnson, 1972, 1974; Trei et al., 1972; Cole and McCroskey, 1975; Tomkins and Hunter, 2004; Tomkins et al., 2009). In general, the effect was greater in cattle fed high-forage diets than in cattle fed high-concentrate diets. When CH4 losses were dramatically reduced, a significant quantity of hydrogen was lost (1 to 2% of GE intake) via eructation. In general, the compounds did not improve production efficiency significantly. In addition, the potential toxicity of these compounds made them unpractical for routine use. Alternative electron sinks are needed to avoid the loss of hydrogen. A number of nitrocompounds (nitropropanol, nitroethane, nitroethanol) have also significantly decreased ruminal CH4 production in vitro (Anderson et al., 2003) with a concomitant increase in hydrogen release. The effect appeared to be enhanced when a nitrate reducing bacterium was added to the culture (Anderson and Rasmussen, 1998). Several studies have suggested that feeding of condensed tannins can decrease enteric CH4 production by 13 to 16%; either through a direct toxic effect on ruminal methanogens or indirectly via a decrease in DMI and diet digestibility (Beauchemin et al., 2007a; Eckard et al., 2010). Tannins may also shift N excretion away from urine to feces which could potentially decrease NH3 and N2O emissions. Studies have also shown that the feeding of yeast cultures, enzymes, dicarboxylic acids (fumarate, malate, acrylate), and plant secondary compounds such as saponins may decrease enteric CH4 emission under some feeding conditions (Ungerfeld et al., 2007;
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Beauchemin and McGinn, 2006a; McGinn et al., 2004; Eckard et al., 2010; Martin et al., 2010). Cooprider et al (2011) noted that the daily CH4 and manure N2O production of cattle fed through a “natural” program with no use of antibiotics, ionophores, or growth promoters were similar to cattle fed in more traditional systems that used anabolic implants, and dietary ionophores and beta-agonists. However, typical cattle had greater average daily gain (ADG: 1.85 vs. 1.35 kg/d) and thus took 42 fewer days to reach the same end point (596 kg body weight [BW]). Thus, cattle fed using modern growth technologies had 31% lower GHG emissions per head. Methane emissions / kg of BW gain were 1.1 kg greater for the “natural” cattle (5.02 vs. 3.92 CO2e/kg BW gain) than the traditional cattle. CH4 emissions – effects of novel microorganisms & their products. Klieve and Hegarty (1999) noted that enteric CH4 production may be bio-controlled directly by use of viruses and bacteriocins. Australian studies have suggested vaccinating against methanogens can decrease CH4 emissions. However, the results have not be consistent (Wright et al., 2004; 2007; Eckard et al., 2010). GHG emissions from manure & compost. Dietary factors can also affect GHG production from manure. For example, less starch is present in the feces of cattle fed SFC-based diets (<5% of DM) than in the feces of cattle fed DRC-based diets (10-22%: Barajas and Zinn, 1998) because of differences in starch digestibility (98.6% vs. 80%, respectively). Because of less readily fermentable substrate (i.e. starch), the quantity of CH4 emitted from the manure of cattle should be less when they are fed more digestible diets. DeKlein and Eckard (2008) suggested the most practical methods to decrease N2O emissions from animal agriculture was decreasing dietary protein content to decrease N excretion. Canadian researchers, using a combined manure + bedding composting system, noted that dietary factors can potentially affect losses of GHG during composting. Hao et al., (2011c) noted that dietary inclusion of the antibiotics tylosin, chlortetracycline, and sulfamethazine altered GHG emission from compost windrows; however, the effects were inconsistent. Hao et al. (2011a,b) also
24 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte noted that replacing dietary barley with dried DGS (40% of DM) did not significantly affect CH4 or N2O losses from manure during 217 days of composting. However, the concentration of NH3+NH4 in the compost was greater when dried DGS was fed. Feeding condensed tannins did not affect GHG losses during composting. Hao et al (2005) noted that additions of phosphogypsum (a byproduct of the phosphorus fertilizer industry consisting primarily of calcium sulfate - CaSO4 – 2H2O) decreased compost CH4 emission but did not significantly affect N2O emissions. Hao et al (2001) reported that GHG emissions from cattle manure compost increased about 2 fold when the compost was actively composted rather than passively composted in windrows. The passive windrows were never turned but air was introduced into the windrows by a series of open ended perforated steel pipes. Active windrows were turned 6 times (d 14, 21, 29, 50, 70 and 84). Losses of GHG from compost were minimal once the compost has matured (Hao, 2007). Xu et al (2007a, b) noted greater CH4 and N2O emissions from windrows that composted dead cattle with manure and straw than from manure+straw only. Emissions of CO2, CH4 and N2O were 3x, 26x, and 5x greater, respectively when mortalities were composted. Hao et al (2005) estimated that 0.2 to 6.1% of the initial C in cow manure was lost as CH4 during composting: this was approximately 14% of total gaseous C losses. Nitrous oxide losses accounted for 0.06 to 0.2% of the initial N or 3% of total N volatilization losses. Hao et al (2004) reported that GHG emissions from compost were not different when straw or wood chips were used as bedding. Methane losses estimated using static chambers, comprised 5.1 to 5.8% of total C losses or 2.0 to 2.7% of total carbon added. Nitrous oxide-N losses represented 0.9% of total N losses or 0.39% of initial N in straw bedded manure compost and 5.9% of N loss and 0.68% of initial N with wood chip bedded manure. Because static chambers were used to measure emissions in these studies, the measured emissions may be underestimates of true flux. Sommer et al (2004a,b) noted that when compost pH decreased from 8.0 to 7.5, N2O emissions tripled. This might be the
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 25 result of decreased NH3 losses and increased NH4 in manure at the lower pH Using static chambers Muir et al (2010) noted N2O flux from 2 Australian feedlot pens ranging from 0 to 0.033 mg/m /minute, CO2 emissions that ranged from 0.97 to 1.44 g/animal daily, and CH4 flux rates of 0.028 mg/m2/minute (0.65 g/head daily). Cooprider et al (2011) noted that the daily manure N2O production of cattle fed through a “natural” program with no use of growth promoters were similar to cattle fed in more traditional systems, but that emissions per unit of BW gain were lower with “traditional” systems. Hydrogen Sulfide/Reduced Sulfur - background and emissions. The primary source of H2S at feedlots appears to be the retention pond. Hydrogen sulfide concentrations at feedyards are relatively low (Koelsch et al., 2004; Rhoades et al., 2003: Tables 2 and 3) but tend to increase with higher temperatures. Emissions of H2S appear to be very episodic; occurring in short bursts following rains (Ken Casey, personal communication). It is not clear which management factors affect H2S emissions from feedlots, but they are probably related to dietary and water S content, surface/pond pH, temperature, and OM. Pathogens & Endotoxins – background and emissions. Airborne pathogens or endotoxins could potentially affect the health of cattle, feedyard employees, and neighbors. However, most pathogens are easily killed by radiation and desiccation; therefore, few living pathogenic bacteria can be cultured in feedyard air (Abiola et al., 2002; Wilson et al., 2002; Purdy et al., 2004a: Tables 2 & 3). Some fungi have been cultured in feedlot air; however, they do not appear to be pathogenic (Purdy et al., 2004b). Endotoxins are highly resistant to radiation and temperature change and thus are potentially present in feedyard air (Purdy et al., 2004a). Pathogens and endotoxins are most likely carried on dust particles or aerosols; therefore, controlling dust particles may also help to control emissions of pathogens and endotoxins. Pathogens and endotoxins are also present in RCS effluent. Purdy et al (2001) suggested that retention pond water should not be used to control dust ( a frequent use in the U.S. southern high plains region). However, controlled studies indicate that dust control with
26 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte retention pond water does not adversely affect cattle performance or health (Loneragan and Brashears, 2005). Pharmacologically active compounds (PACs) - background and losses. Pharmacologically active compounds include hormones (both natural and synthetic), antibiotics, pesticides, and other chemicals that may affect animal or plant species when encountered at sufficiently high doses. Endogenous and exogenous hormones and their metabolites are excreted and thus may accumulate in manure or RCS (Schiffer et al., 2001; Lange et al., 2002; Hanselman et al., 2003; Raman et al., 2004). To our knowledge, the quantities of PACs in feedlot air and the quantities that may deposit downwind of the feedlot have not been measured. Some studies suggest that hormones in feedlot manure or RCS could have adverse effects on wildlife such as water fowl or fish (Orlando et al., 2004). However, if feedlots are capturing all runoff, hormones from the feedlots should not enter surface waters via runoff as long as care is taken when fertilizing with manure to assure that streams and lakes are not contaminated.
BRIEF SUMMARY OF US ENVIRONMENTAL REGULATIONS THAT APPLY TO FEEDLOTS: THE FUTURE FOR BRAZIL?
Clean Water Act (CWA)
The U.S. Clean Water Act was originally passed in 1972 and has been amended several times (http://cfpub.epa.gov/npdes). It established the basic structure for regulating discharges of pollutants into the waters of the U.S, the National Pollution Discharge Elimination System (NPDES) permitting process, and the Effluent Limitation Guidelines and Standards (ELG) for CAFO. To help producers defray some of the costs involved in meeting ELG, the US Department of Agriculture (USDA) established the Environmental Quality Improvement Program (EQIP) that can provide funding to producers to assist in the construction of pollution prevention systems. Portions of the CWA require that manure from CAFOs be
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 27 used properly as a fertilizer to avoid contamination of surface and ground waters, and that records be maintained . Total maximum daily loads (TMDL). Total maximum daily loads are pollution limits set for a waterway based in part on its uses. All dischargers of pollutants into waterways are required to share in controlling the pollution. Because water quality depends on so many factors (soil type, slope, drainage features, livestock stocking rates, nutrient management, pest management, and wetland activities), the specifics of TMDLs vary for different waterways. For example, under some TMDLs livestock can not have access to riparian zones around lakes and streams. Comprehensive Nutrient Management Plans (CNMP). As the first step in controlling water pollution under the CWA, all CAFO are required to have a CNMP to manage manure, waste water, and other organic byproducts such as dead animals. It combines conservation practices and management activities into a system that will achieve the goals of the producer and protect or improve water quality (www.nrcs.usda.gov/programs/afo/cnmp_guide_600.52.html). The CNMP must address the following issues: 1) Manure and wastewater handling and storage; 2) Land treatment practices; 3) Nutrient management; 4) Record keeping; 5) Feed management; and 6) Other waste handling activities such as composting, energy generation, etc.
Clean Air Act (CAA).
The CAA was initially passed in 1963 and has been amended on several occasions (EPA, 1986, 1987). It established the National Ambient Air Quality Standards (NAAQS) for six “Criteria Pollutants”: namely, PM, ozone, carbon monoxide, nitrogen dioxide, sulfur dioxide, and lead. It established Primary Standards to protect human health and Secondary Standards to protect public welfare and the environment. In 1990 the CAA was amended to include PM-2.5 and was recently amended to include some GHG. The primary effects of the CAA on agriculture relate to regulations on PM-10 and PM-2.5 (and possibly its precursors such as NH3) and CH4 and N2O from manure systems. The NAAQS for PM-10 are 50 (annual arithmetic
28 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte mean) and 150 (24-hour maximum) micrograms/m3 and for PM-2.5 are 15 (annual arithmetic mean) and 65 (24-hour maximum) micrograms/m3.
EPCRA
The Emergency Planning and Community Right-to-Know Act (EPCRA) serves as a “tax” on polluters for release, or threatened release, of hazardous substances that might endanger public health or the environment. Over 100 “hazardous” substances are listed with “Reportable Quantities” (RQ). The listed RQs for NH3 and H2S are 45 kg/day: therefore, feedlots with more than 300 head capacity must report their estimated NH3 emissions to their local judge.
Complaints, law suits.
Currently, the US Environmental Protection Agency (EPA) does not have authority to regulate emissions such as odors. However, neighbors to CAFOs have often sued operations for odor (and dust) emissions based on adverse effects on their quality of life or health. Such law suits can be a financial devastating to CAFO.
PRECISION FEEDING: CHALLENGES & OPPORTUNITIES
Challenges
The term “precision feeding” was coined to suggest that livestock can be fed with greater precision than currently practiced. Ideally, in the future, the nutritionist will be able to balance effects of diet modifications on animal performance with subsequent effects on the environment. However, at the present, it is still not clear how effectively some aspects of precision feeding can be applied in the field. Most nutritionists incorporate safety margins in their diet formulations to protect against variation in the nutrient content of ingredients and the nutrient requirements of animals and because the safety margins used in NRC nutrient requirement publications are
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 29 often not clearly stated. The point at which a safety margin becomes excessive is not clear and the quantity of safety margins used by nutritionists varies. Vasconcelos and Galyean (2007) reported that beef cattle consulting nutritionists in the U.S. fed diets that varied from 12.5 to 14% (DM basis) in formulated CP concentration with a mode of 13.5%. Formulated P concentrations ranged from 0.25 to 0.35% with a mode of 0.3%. Millen et al (2009) noted that Brazilian nutritionists formulated for similar CP (12 to 15%) and P values (mode 0.25%) and that most Brazilian nutritionists formulated for DIP. Some of the factors that limit the use of precision feeding in AFO include 1) variability in animal requirements, 2) seasonal / climatic effects, 3) variability in composition of feed ingredients, 4) logistics (Cole, 2003). Additional factors such as the low cost by- product feeds, and as-yet undetermined ingredient associative effects also are important. In short, most of these limitations revolve around the risk of adversely affecting animal health or performance. Animal Variability. The protein requirements of beef cattle change as they approach their finished BW. Ideally, for precision feeding to work, cattle need to be sorted to pens based on a percentage of their finished BW (or days required to reach finished BW or body fat) rather than on their actual BW. Unfortunately, this is easier said than done. When formulating diets for large groups of animals, diets can be balanced based on the genetic potential of the best animals, the worst animals, or the average of animal in the group. As an example of the effect of animal growth potential on CP requirements, we calculated the performance and N excretion of 100 hypothetical steers fed diets formulated to meet the CP requirements of the lowest 50%, lowest 84%, or 100% of the animals in the pen (NRC, 1984; Table 8). Assuming that animals could be individually fed based on their genetic potential for growth, we calculated the overall pen performance and N excretion if 100 animals were “precision fed” (fed three different diets – one balanced for the bottom-performing 50 steers, one for the middle 34 steers, and one for the best-performing 16 steers). Restricting the dietary CP concentration to meet the requirements of 50% of the cattle in the pen had major adverse effects on animal performance and did not decrease total pen N
30 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte excretion because more days were required to reach market weight. Feeding to meet the requirements of 84% of the cattle, rather than 100%, had a slight adverse effect on calculated animal performance but a beneficial effect on calculated N excretion. As expected, precision feeding provided the best performance and lowest N excretion but was not “attainable” in a real world situation. Based on these calculations, diets need to be formulated to meet the requirements of at least 84% of the cattle in a pen. Feeding to meet the requirement of 100% of the cattle will maximize performance but will also have a modest effect on N excretion. Interestingly, these simulated results were similar to results in feeding and metabolism trials (Table 4: Gleghorn, et al., 2004; Vasconcelos et al., 2009). Feed Ingredient Variability. A major factor limiting the use of precision feeding is feed (and thus diet) variability (Figure 1). Loads of feed ingredients vary in nutrient composition because of growing conditions, time in storage, etc. Nutrients in feeds also vary in their bioavailability to the animal. Unfortunately, current technology does not allow feedmills to base every feed mix on the actual nutrient content of the feed ingredients. Thus, rations must be formulated on expected values. Many tabular values are based on “old” and limited data and thus their validity today is in question. In a 5-year survey of corn CP concentrations at a Texas feedyard, only 6% of samples had a CP concentration equal to or greater than NRC (1996) values (Cole, 2003). The variation in the CP contents of grain samples obtained at a commercial feedyard over 5 years is presented in Figure 1. The average CP concentration of corn was approximately 8.9 % - 10 % less than values in the NRC (1996) tables. The sorghum grain and corn samples routinely had P concentrations lower than NRC (1996) tabular values with concentrations as low as 0.19%. On average, they contained 0.25 to 0.28% P and concentrations were greater than 0.23% at least 75% of the time.
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Corn Sorghum Diet
35 30 31 27 25 26 25 23 20 16 16 15 13 13 12 11 11 % ofsamples 10 9 7 8 7 6 6 5 5 3 3 3 4 3 3 0 1 1 <8 8,5 9,5 10,5 11,5 12,5 13,5 14,5 >15 Crude protein %
Figure 1 - Distribution of crude protein concentrations in feed grain and diet samples (% of samples with designated CP concentration - rounded to nearest 0.5%). Diet formul ated for 13.5% CP.
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Table 8 - Calculated effects of feeding to meet the CP requirements of 50%, 84%, 100%, or of precision feeding on steer performance and N excretion: 100 head of 400 kg, large frame steers (NRC, 1984)
Item 50% 84% 100% Precision Ration cost, $ / kg 0.112 0.121 0.123 0.120 N intake, kg/d 15.8 18.1 20.5 17.0 N excreted, kg/d 12.7 14.5 16.4 13.6 ADG, kg 1.24 1.54 1.60 1.60 Feed/gain 8.00 6.49 6.25 6.25 Cost of gain, $/kg 0.95 0.78 0.77 0.75 Days to 580 kg 146 118 114 114 N excreted, kg/pen 1,851 1,711 1,870 1,550
Formulating diets based on knowledge of feed ingredients can help to reduce nutrient waste. If the nutritionist has a good chemical analysis, or a reliable history of the composition of feed ingredients, it is possible to formulate diets that meet the animal’s requirements at least 75 to 90% of the time (Cole, 2003). However, good ingredient and diet samples are required to make correct decisions (Cole 2003). For example, Hales et al (2010) demonstrated that the P and fat content of SFC tended to congregate in fine particles rather than in intact flakes. For some mixed diets, an analysis profile of the individual ingredients may be more accurate than a sample of the mixed diet. Quality control. The best formulated diet in the world will not be effective if the ingredients are not delivered to the mixer in the correct proportion and properly mixed. Mixers should be tested routinely to be sure that ingredients are mixed properly and to determine the optimal mixing time. Logistic challenges. One of the advantages of modern day concentrated livestock feeding operations is the economy of scale. However, the sheer size of many operations also makes it more difficult to adapt some technologies. In large feedyards, modifying feeding practices may require feed mill modifications or may increase the feed truck km and/or worker time required just to get cattle fed. This may be especially true in yards using a “slick bunk”
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 33 management approach. Requirements of added fuel, workers, or feed trucks can result in significant costs to the enterprise. Feed intake. Animals require quantities of nutrients rather than dietary proportions (i.e. g/day vs. %). However, in most livestock feeding operations animals are provided ad libitum access to complete diets. Therefore, diets are formulated to contain designated concentrations of nutrients with the assumption that DMI will be within a specified range. Overestimating DMI will lead to under-feeding specific nutrients, whereas underestimating DMI will potentially lead to feeding excessive quantities of nutrients. For example, a 5% change in the DMI of a dairy cow can affect the required dietary CP concentration by 0.5 to 1% (Chase, 2002). Manure handling charges. Manure handling can represent 5 to10% of the fixed costs of a feedyard (Sweeten, 1978). Adding a “manure handling charge” to the cost of feed ingredients can potentially be beneficial in limiting the use of feeds that may produce environmental problems or increase manure handling costs. For example, if manure must be applied to land based on its P content, then manure with a higher P content will have to be hauled greater distances and the manure becomes less valuable as a fertilizer. Similarly, poorly digested feeds can have dramatic effects on the quantity of manure produced and thus the quantity that must be transported off-site. Thus an additional manure handling charge may be added to the costs of feeds with high P or low digestibility.
OTHER POTENTIAL OPPORTUNITIES / CHALLENGES
1) Gaseous emissions of NH3, odors, etc. are all controlled by a balance of microbial activity on the pen or pond surface. Making drastic changes in nutrition or management in order to decrease emissions of one component (NH3 for example) can potentially lead to increased emissions of other components (N2O for example). 2) The NRC (2003) publication on emissions from AFO recommended that emissions of NH3 and GHG be based on a per unit of production basis, rather than on a per AFO basis. Thus, factors which increase production efficiency, such as growth
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promoters, also decrease NH3 and GHG emissions per unit of gain. 3) Manage feed bunks to avoid feed wastage, avoid sorting and decrease fines. 4) Sort cattle based on their nutrient requirements 5) Become informed and knowledgeable about critical issues in your water- and air-shed 6) Be cautious – don’t take someone else’s environmental problem and making it yours (i.e. “cheap” by-products, etc.). 7) Develop a written nutrient conservation plan.
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50 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
RELATIONSHIP BETWEEN MUSCLE FIBERS, GROWTH EFFICIENCY AND BEEF QUALITY
Brigitte PICARD Inra, UMR1213 Herbivores, Theix, 63122 Saint-Genès-Champanelle, France
Skeletal muscles can be distinguished on the basis of their color, red or white, and their contractile properti s, fast or slow since the first half of the 19th century. Most studies on muscle fiber heterogeneity have focused on two main diversities: contractile response and metabolism. These properties differ according to species. In this review we will focus on cattle muscle fibers and their classification and relation with growth efficiency and beef qualities, mainly tenderness.
MUSCLE FIBER PROPERTIES
Structure
Muscle tissue consists of elongated fibers, cylindrical, multinucleated, and organized in bundles surrounded by connective tissue (Fig. 1). Muscle fibers occupy from 75 to 90% of muscle volume. The muscle fibers themselves are made up of myofibrils. They are elongated, occupy most of the cell volume and are constituted of bundles of protein filaments (Fig. 1) delimited by a structure called a sarcomere (Choi et al., 2009). Observed in the electron microscope, the ordered structure of each sarcomere is based on the alignment of thick and thin filaments, the latter interpenetrating the thick filaments. Myosin and actin are major proteins in the thick and thin filaments, respectively. The thick filaments are composed also of myosin-binding proteins, namely myosin-binding protein C and H (MyBP-C, MyBP-H), titin, and myomesin M protein. The thin filaments are composed of tropomyosin (TM), of the complex troponin [troponin C (Tn-C), troponin I (Tn-I) and troponin T (Tn-T)], of nebulin and regulatory 52 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte proteins (Bottinelli et al., 2000). Myosin, which alone represents 50% of myofibrillar protein, is composed of two heavy chains (MyHC, myosin heavy chain) and four light chains (MyLC, myosin light chain) (Fig. 1).
adipocytes bone chip blood
fiber Sarcomere
connective tissue Bundle of fibers
Thin filament Tropomyosin Thick filament Z line Actin Z line TnT MLC1, 3 TnC TnI MLC2 S1 MyBPMyBP S2
Myosin H area I band A band I band
Figure 1 - Structure and ultrastructure of muscle fibers. Tn, troponin ; MLC, Myosin light chain ; MyBP, Myosin binding protein. S1 et S2, globular head where is the site of ATP hydrolysis
Contractile properties
Myosin is the major protein of muscle tissue. We will focus more specifically on heavy chains because they play an important role in muscle contraction, MyLC have a regulatory role. Indeed, it is at the level of MyHC that the ATPase activity of myosin that will provide energy for muscle contraction by ATP hydrolysis (Fig. 1), is found. Mammalian genomes contain 11 sarcomeric MYH genes (coding MyHC), highly conserved in vertebrate evolution, each coding for a different MyHC isoform (for review: Schiaffino and Reggiani, 2011). Most MyHC genes are associated in two clusters, one containing slow MyHC I (coding by MYH6) and alpha-cardiac (coding
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 53 by MYH7). Another cluster contains the three fast isoforms MyHC IIa, IIx, IIb coded respectively by MYH 2, MYH1 and MYH4 and, two developmental isoforms expressed in embryonic and neonatal muscles: MyHC emb and neo coded respectively by the MYH3 and MYH8 genes (Bottinelli et al., 2000). The four isoforms I, IIa, IIx and IIb are predominant in adult skeletal muscle of different species. The MyHC I isoform is expressed in slow type I fibers, and the three fast isoforms MyHC IIa, IIx and IIb are expressed respectively in the IIA, IIX and IIB fibers. Initially, in mammals, the fast isoforms MyHC IIa and IIb were reported to be expressed respectively in the IIA and IIB fibers. However a third fast MyHC IIx isoform has been identified in several species (human, rat, pig, cattle) (for review: Schiaffino and Reggiani, 2011). This isoform is expressed in fibers called IIX, which cannot be distinguished from type IIB fibers by conventional histochemical techniques. Contractile and metabolic properties of the IIX fibers appear intermediate between those of IIA and IIB fibers. The work of Chikuni et al. (2004) showed that the MyHC IIb gene was present in the bovine genome but was not expressed. However, recently Picard and Cassar-Malek (2009) showed the presence of MyHC IIb isoform in skeletal muscle of some cattle. Thus, the contractile activity of the fibers is faster or slower depending on the type of MyHC isoform they contain. The contractile type can be determined by measuring the ATPase activity of fibers or by revealing the different MyHC isoforms using specific antibodies.
Metabolic properties
If we compare the muscle to an engine: to function it needs fuel. Two forms of nutrients, transported by blood flow, exist: glucides (e.g. glucose and glycogen) and lipids (free fatty acids, triglycerides, volatile fatty acids and ketone bodies). There are also reserves within the muscles (glycogen and triglycerides). The use of these nutrients will help to produce energy for muscle contraction. This power can take two pathways, oxidative (requiring the presence of oxygen) or glycolytic (without oxygen). By combining contractile and metabolic typing three main types of fiber can be distinguished in cattle after birth: slow oxidative (I), fast glycolytic (IIA) and fast glycolytic (IIX)
54 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
(Picard et al., 1998a). Type I fibers have a higher lipid content and a lower level of glycogen and glucose than fast fibers. Therefore, the fast fibers preferentially use glucose as an energy source (Choi et al., 2009).
Cross sectional area of fibers
In bovine as in other species, for the majority of muscles, the mean cross sectional area of the fibers is classified as follows: IIX> IIA> I (Fig. 2). The diameter of oxidative fibers is limited to allow more efficient diffusion of oxygen in a large fiber (Maltin et al 2003). However, in Rectus abdominis (RA) muscle, the classification is the opposite, the type I fibers having the highest cross sectional area (Oury et al., 2009, 2010).
ATPase
I
I
TB RA
Figure 2 - Illustration of cross sectional area of fibers in Triceps brachii (TB) and Rectus abdominis (RA) muscles. With ATPase revelation, slow fibers are in black. This illustrates that in RA muscle slow fibers have the larger size, unlike in main other muscles according to Oury et al., 2009.
CLASSIFICATION OF MUSCLE FIBERS
The classification of muscle fibers is based on a functional test (speed of contraction) and a metabolic criterion (the type of energy metabolism) corresponding to the speed of energy utilization during contraction, and the main source of energy. Various techniques are
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 55 available for the classification of muscle fibers, either at the cellular level on ultra thin sections of muscle fibers from a sample of muscle progressively frozen and stored at -80°C or at the tissue level by ELISA (Picard et al., 1994) or electrophoresis using a muscle homogenate (Picard et al., 2011). Most classifications describe at least three main types of fibers in adult skeletal muscle that can be distinguished according to histochemical, immunohistochemical or electrophoretic criteria.
Histochemical techniques
Two histochemical approaches were used to classify different types of fibers. One of the first classification methods is based on the sensitivity to acidic or alkaline pH of the ATPase activity of the MyHC isoforms. Thus, a distinction between slow twitch acid-sensitive type I fibers, and fast twitch acid-fast type II fibers was made by Guth et al., (1970). This classification is based on the revelation of the myofibrillar ATPase activity on sections. In acidic pH, the ATPase activity of fast fibers is inhibited and that of slow fibers remains intact. Thus, slow fibers are stained black, and fast fibers are not colored, they are white (Fig. 3). Subsequently, using different pH pre- incubation, Brooke and Kaiser (1970) completed this classification by identifying two subclasses of fast fibers (Fig. 3a). A parallel classification based on the determination of the simultaneous histochemical ATPase activity and metabolic enzymes representative of oxidative metabolism, such as succinate dehydrogenase, on serial sections (Fig. 3b), was introduced (Ashmore et al., 1971, Peter et al., 1972). Thus, by combining the two colors we can distinguish: slow oxidative SO fibers (called also βR), which are black ATPase at acidic pH and blue for the SHD activity because they have an oxidative metabolism; they contain the MyHC I isoform. Among fast fibers (white ATPase at acidic pH), there are two sub-populations, the fibers that are blue in SDH are fast oxidative fibers FOG (or αR). They contain the MyHC IIa isoform. Another type of fast fiber (white ATPase at acidic pH) is not colored blue by SDH as this type has a very low oxidative metabolism. These fibers are then called fast glycolytic FG (or αW), they contain IIX MyHC, use mainly glucides to
56 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte produce energy and do not need oxygen to function.For a long time, and especially in cattle, IIX fibers were classified as IIB, according to the classification of Brooke & Kaiser (1970), because the conventional histochemical techniques used did not allow the distinction between the two types of fibers.
Immunohistochemical techniques
More recently, immunohistochemistry techniques using polyclonal and monoclonal antibodies specific of some MyHC have been developed. Thus, from the revelation of the MyHC I, IIa, IIx and IIb isoforms, four fiber types (I, IIA, IIX and IIB) can be highlighted (Fig. 3c, d, e). This technique allows pure fibers that contain a single MyHC isoform and hybrid fibers that contain multiple isoforms of MyHC to be distinguished. These fibers cannot be identified by other methods. Their analysis allows us to accurately determine the changes in fiber types according to the following scheme: I ' I / IIA ' IIA 'IIA/ IIX 'IIX. Recently, we developed a software application allowing an automatic classification of fibers based on the revelation of fiber types by using different antibodies specific for different MyHC (Meunier at al., 2010). The tool, developed with Visilog software, permits rapid and objective fiber typing and morphometric characterisation of bovine muscles. The results have been validated by comparison with our previous histological and densitometric assays. With this tool, combining recent advances in immunochemistry, fluorescence microscopy and image processing, research laboratories can save time and gain reliability. The tool may also be used for typing in animal breeding and in laboratory animals (such as the rat or mouse) once the processing programme has been adapted to species-related antibody specificities.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 57
Azorubine (a) (b)
I I
IIA IIA IIX IIX AX AX
I I I
IIA IIA IIX IIA IIX IIX AX AX AX
(c) (d) (e)
Figure 3 - Classification of muscle fibers by different techniques (a) with the technique of Booke and Kaiser 1970 based on the revelation of ATPase at acidic pH, slow fibers (I) are in black, fast IIA fibers are white and fast IIX fibers are grey. (b) with the technique of Peter et al., 1972, Succinate dehydrogenase activity is revealed, oxidative fibers are blue. The combining observation of section a and b, allows the disctinction of slow oxidative fibers (type I), fast oxido- glycolytic fibers (type IIA) and fast glycolytic fibers (type IIX) (c, d, e) immunohistochemistry using antibody which recongnise (c) : slow MyHC (in green), (d): fast MyHC: IIa+IIx, (e) : MyHC I+IIx The comparaison of different serial sections allows the distinction of hybrid fibers which contain IIa and IIx MyHC isoforms: IIAX, according to Picard et al., 1998a.
Electrophoretic separation
Electrophoretic separation of different MyHC isoforms according to their molecular weight is the most direct approach to determine the contractile properties of a given muscle. However, these isoforms have a very similar amino acid composition and are very
58 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte difficult to separate according to their molecular weight with a good reproducibility. Picard et al. (2011) have developed a separation technique in mini-gels which allows good separation and good reproducibility of the different bovine MyHC isoforms (Fig. 4), thus avoiding the use of a polyacrylamide gradient with the associated problems of reproducibility (Picard et al., 1999). These conditions also allow a good separation of sheep MyHC (Hemmings et al., 2009). Using electrophoretic separation we revealed the existence of a fourth MyHC isoform in some cattle (Fig. 4). This isoform was identified as MyHC IIb (Picard and Cassar-Malek, 2009). According to different studies, this isoform was considered not to be expressed in the limb and trunk muscles of cattle. Maccatrozzo et al. (2004) showed that the MyHC-IIb gene (MYH4) is present in the bovine genome on chromosome 19. However, its expression is restricted to certain specialised eye muscles. In our studies, we revealed the presence of the MyHC IIb protein in some cattle, although the transcript was present in all animals studied (Picard and Cassar-Malek, 2009). So the existence of a post-transcriptional regulation of MyHC-IIb expression may be postulated. By using our electrophoresis technique we demonstrated that the MyHC IIb isoform is observed with very different frequencies among the principal French beef breeds: 25% in Blonde d’Aquitaine, 6% in Charolais, 41% in Limousin. It is the first time that we have observed such differences between breeds for a muscle characteristic (Picard et al., 2010a).
MyHC IIb MyHC IIx
MyHC IIa
MyHC I ST LT ST LT ST LT
Figure 4 - Electrophoretic separation of MyHC of Semitendinosus (ST) and Longissimus thoracis muscles according to Picard and Cassar-Malel 2009.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 59
Some animals (Blonde d’Aquitaine young bulls) have the MyHC IIb isoform in these two muscles
How to choose the best classification technique? As we discussed above, several histochemical, immunohistochemical and electrophoretic techniques are available to classify the different types of muscle fibers. The choice of the technique used is very important because it has been shown not only in the bovine (Picard et al., 1998a) but also in other species that the classifications of muscle fibers are not strictly the same with each technique. For example, the fibers classified FOG according to the method of Peter et al. (1972), were considered as fibers containing MyHC IIa isoform and having an oxido-glycolytic metabolism. However, it appears that in some muscles as the Longissimus thoracis (LT), fibers expressing the MyHC IIa isoform (immunohistochemical revelation) are classified into two subpopulations according to their metabolic properties: IIA oxidative and IIA non-oxidative fibers (Picard et al., 1998a). These fibers are classified as FG fibers using the technique of Peter et al. (1972), thus considered as fibers expressing MyHC IIx isoform and having a glycolytic metabolism. However, in muscles as the Semitendinosus (ST), all IIA fibers have oxidative metabolism and thus correspond strictly to FOG fibers (Picard et al., 1998a). In the Rectus abdominis muscle (RA), SDH activity of fast fibers is very low making it impossible to distinguish between FG and FOG fibers. So, for this muscle the classification of Peter et al. (1972) cannot be used (Oury et al., 2010). Thus, to classify muscle fibers as accurately as possible, we recommend revealing the contractile type by immunohistochemistry using anti MyHC antibodies and the SDH activity on serial sections (Picard and al., 1998a). However, for experiments on large numbers of animals these histochemical techniques cannot be applied because they are time consuming. Alternatively, the contractile and metabolic properties of muscle can be determined from a homogenate by electrophoresis (or ELISA), and by measuring the activities of enzymes representative of glycolytic and / or oxidative metabolic pathways, respectively, (Hocquette et al., 2007; Jurie et al., 2006). The most commonly
60 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte assayed glycolytic enzymes are lactate dehydrogenase (LDH) and phosphofructokinase (PFK). The enzymes of oxidative metabolism are more numerous because of the different metabolic pathways: the hydrolysis of circulating triglycerides, lipoprotein lipase (LPL), the catabolism of long chain fatty acids to acetyl-CoA (β-oxidation enzymes), the Krebs Cycle involved in the catabolism of acetyl-CoA produced from fatty acids or glucose (isocitrate dehydrogenase, ICDH and citrate synthase, CS), or the respiratory chain involved in the synthesis of energy (cytochrome c oxidase). Moreover, electrophoresis is the only technique allowing a good revelation of the MyHC IIb isoform.
Diversity of fibers according to the muscle
The four major fiber types are variously distributed in body muscles of mammals, including limb, trunk, and head muscles. Moreover composition of muscle fiber types varies from one muscle to another depending on its function and anatomical location, especially in cattle between the front and the rear muscles (Schreurs et al., 2008; Talmant et al., 1986; Totland et al., 1991). The volume occupied by type I fibers is 10% higher in the muscles of the front than in the rear (41 and 31% respectively), whereas that occupied by the IIX fibers is similar (37 and 38% respectively). In addition, an intra-muscle gradient was described in the distribution of different fiber types. Thus the proportion of type I fibers is greater in the anterior and medial muscles while the proportion of IIX fibers is higher in the superficial and posterior muscles (Totland et al., 1991). Finally, a proximal-distal or up-down gradient, in terms of contractile and metabolic characteristics, was described for the Semitendinosus muscle in young cattle, which disappears in older animals (Brandstetter et al., 1997). Their proportions within a muscle vary according to species (Fig. 5). For example, the masseter muscle in adult cattle is constituted exclusively of type I fibers (Picard et al., 1996). It is a slow oxidative muscle, which is consistent with its implication in mastication and rumination in ruminants. In contrast, in rodents such as rat, mice and rabbit, which have a faster mastication profile, it
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 61 contains both I and IIA fibers. In guinea pigs, it is composed of IIA fibers exclusively. In carnivores, it contains an unusual fiber type containing a super fast MyHC isoform. Interestingly, we demonstrated that masseter muscle acquires its slow-twitch character as an adaptive response to rumination. Just before birth, this muscle contains fast (80%) and slow fibers (20%). The proportion of slow fibers increases with age in suckled animals (53% at 170 days) and represents 100% just after weaning in bulls, steers and cows (Picard et al., 1996). This clearly illustrates that fiber properties depend on muscle contractile activity. Another example is the diaphragm which is a fast muscle composed of mainly IIX fibers in rats and micee, but a slow muscle in large mammals such as cattle in which it is constituted of type I and IIA fibers (Picard et al., 2002).
(a) (b) (c)
Figure 5 - Revelation of ATPase according to the technique of Brooke and Kaiser, 1972, with pre-incubation at pH 4.35 inhibiting activity of fast fibers. The slow fibers are in black. On Longissimus thoracis muscle from (a) cattle, (b) pig, (c) rabbit, illustrating different contractile properties for the same muscle in three different species.
MYOGENESIS
Muscle fiber properties depend on the fetal and post-natal life of animals. Fiber diversity is issued from fetal development: the different fibers come from different cell generations. While the
62 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte general principles of muscle development are similar in different animal species, they occur with different kinetics, in relation to the maturity of each species at birth. Myogenesis has been well documented in cattle (for review: Picard et al., 2002; Picard et al., 2010b).
Fetal development
During myogenesis, the fibers acquire their contractile and metabolic properties characterized respectively by their myosin heavy chain (MyHC) isoform content and by an enzymatic equipment allowing them to ensure their energy metabolism. In cattle, at least two generations of fibers are involved (Fig. 6). A "primary" generation from the embryonic myoblast fusion, was observed from 30 days after conception and is fully differentiated at the end of the second trimester (about 180 days) of gestation. These slow twitch fibers become "Type I" in most muscles, except in adult fast muscles (as the cutaneus trunci), in which they are converted into fast fibers (Picard et al., 1995a). A "second" generation from the fetal myoblast fusion is detectable from the end of the first quarter, and is the source of most of IIX fibers. After birth, the secondary fibers are converted to fast or slow fiber according to muscle type (Picard et al., 2002). The presence of a third generation has been suggested based on the use of antibodies specific of MyHCs. It is detectable from 40% of the gestation period, as observed also for human muscle (Picard et al., 2010b) and gives rise to fast I and IIA fibers and slow IIC hybrid fibers (undifferentiated at birth, expressing both isoforms of fast and slow MyHC). The analysis of several differentiation markers shows that the contractile and metabolic maturation of fibers occurs mainly during the last trimester of gestation (Picard et al., 2002). Indeed, the expression of developmental MyHC (including embryonic, fetal and α-cardiac) isoforms decreases during this period (Gagniere et al., 1999a; Hocquette et al., 2006 ; Picard et al., 2006). These isoforms are progressively replaced by adult isoforms of fast MyHC (Fig. 7). The slow isoform of MyHC, is expressed earliest, and is detected in myotubes at 30 days of gestation, and then only in the first generation fibers from 180 days. Later, this isoform is also detected
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 63 in the fibers of the second and third generation, which give rise to type I fibers in adult muscle. Three weeks after birth, the muscles of cattle contain only type I, IIa and IIx adult MyHC isoforms (Picard et al., 2006). They do not express the IIb isoform, except in some cattle (Picard and Cassar-Malek, 2009). Thus, the maturation of the contractile properties of bovine muscle is particularly advanced at birth, as in sheep (Maier et al., 1992) and humans (Shrager et al., 2000), but unlike rodents (Cho and al., 1994). During the last trimester of gestation, the activity of enzymes of oxidative and glycolytic metabolism increases greatly in bovine muscle (Gagniere et al., 1999b). The muscles can be distinguished on the basis of their metabolic properties at 180-210 days of gestation, whereas it is possible only during the month following birth or hatching in chickens, rats, rabbit and pigs (Picard et al., 2002). In cattle, all type I fibers have oxidative metabolism from 210 days of gestation. For IIA fibers, oxidative metabolism increases during the last trimester of gestation, and all have oxidative metabolism from birth (Picard et al., 2006). The activities of enzymes involved in glycolytic metabolism also increase during this period (Fig.8) in parallel with changes in the expression of the different isoforms: conversion of cardiac to skeletal LDH isoforms (Chaze et al., 2008).
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Primary generation Secondary generation 60 d FSEfA Third FSEfA generation -SEfA EfA
F-EfA 180 d -S---
270 d Birth S F FFf Sf
Fibres I IIX and IIXF IIA and IIC and I
Figure 6 - Myogenesis in cattle according to Picard et al., 2002.
Using antibodies recognising Fast MyHC (IIa+IIx): F ; fœtal MyHC: f ; embryonic MyHC: E ; Slow MyHC: S The total number of fibers is fixed at 180 days post-conception in average Slow fibers frm the primary generation are totally differenciated from 180 days: they contain only slow MyHC and have an oxidative metabolism A proportion of IIA and IIX fibers still contain fœtal MyHC at birth.
During development, the process of muscle growth is continuous. At the cellular level, the accretion of muscle tissue can be defined by the increased number (hyperplasia) and the diameter and length (hypertrophy) of the fibers. During fetal life, muscle growth occurs first by hyperplasia. Different studies of bovine fetuses showed that the total number of fibers is fixed at about the end of the second trimester of gestation (Picard et al., 2002). Fiber size increases from this point as observed also in sheep (Greenwood et al., 1999, 2000). This process of fiber hypertrophy then occurs during perinatal and postnatal life (Brandstetter et al., 1998a; Jurie et al., 1999). It involves the fusion of satellite cells with existing fibers, as described in other vertebrate species (Biressi et al., 2007). These cells are detectable at 65 days of pregnancy in cattle (Bonnet et al., 2010) and 85 days of gestation in sheep (Greenwood et al., 1999) and contribute to the growth and regeneration of muscle fibers.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 65
Figure 7 - Contractile differentiation during fœtal life in Semitendinosus muscle of charolais foetuses according to Picard et al., 2002.
During the last trimester, when the total number of fibres is fixed, the fœtal MyHC disappears progressively And the proportion of fgast MyHC (IIa+IIx) increase. These results were obtained by ELISA and western-blot techniques
ICDH activity (µmol/min/g) CS activity (µmol/min/g) 20 COX activity (µmol/min/g) 1.2 4 15 0.8 3 10 2 0.4 5 1 0 0 0 110 180 210 260 110 180 210 260 110 180 210 260 dayspc dayspc dayspc
LDH activity (µmol/min/g) PFK activity (µmol/min/g) 400 70 300 50 200 30 100 10 0 0 110 180 210 260 110 180 210 260 dayspc dayspc
Figure 8 - Metabolic differentiation during fœtal life in Semitendinosus muscle of charolais foetusesaccording to Chaze et al., 2008.
Oxidative, ICDH: Isocitrate Dehydrogenase ; CS: Citrate Synthas ; COX: Cytochrome C Oxidase. and glycolytic, LDH: Lactte Dehydrogenase ; PFK: Phosphofructokinase, activities increase during the last trimester of foetal life.
66 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Evolution of contractile and metabolic characteristics of fibers in postnatal life
The number of fibers being fixed during fetal life (Picard et al., 2002), postnatal growth of muscle is achieved only by an increase in size, namely an increase in fiber size (diameter and length). This development is accompanied by changes in the proportions of different types of fibers. In cattle during postnatal life, the contractile and metabolic characteristics of muscle fibers occur in two stages. During one phase of growth from 0-12 months oxidative metabolism decreases, and conversely glycolytic metabolism increases (Picard et al. 1995b). These changes are associated with a decrease in the proportion of IIA fibers (fast oxido-glycolytic) and an increase in the proportion of IIX fibers (fast glycolytic). In males this evolution continues until 12 months and then gradually reverses. During the following age period, the proportion of I and IIA fibers increases, while in contrast the percentage of IIX fibers decreases. Thus, the muscles are more oxidative. It appears that the increase in glycolytic metabolism associated to an increase in the proportion of IIX fibers occurs in a period of intense muscle growth. The opposite trend at 12 months coincides with a slowdown in the intensity of muscle growth. The change in characteristics of muscle fibers with age can be affected by different rearing factors, particularly related to the physiological state of animals, their diet and physical activities (for review: Cassar-Malek et al., 2008).
REGULATION OF FIBER PLASTICITY
Among the different factors influencing muscle fiber properties, we will focus on those associated with an increase of muscle growth potential.
Effect of genetic type on contractile and metabolic characteristics of muscle fibers
In cattle, double-muscled (DM) animals constitute good models to understand the mechanisms controlling muscle hypertrophy. A proteomic analysis conducted on Semitendinosus
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 67 muscle from adult Belgium Blue (BB) cattle (muscle hypertrophy induced by mutation in the myostatin gene and compared to BB without mutation in the myostatin gene) showed changes in protein expression consistent with an increased fast muscle phenotype in double-muscled BB, suggesting that myostatin negatively controls mainly fast-twitch glycolytic muscle fiber numbers. Studies on fetus confirmed that in DM foetuses there is a higher proliferation of second generation fibers, inducing a higher proportion of fast glycolytic fibers. An increase in muscle mass can also be obtained by selection (for example see Renand et al., 1995). Charolais cattle selected on their muscle growth capacity, high (H) compared to low (L) muscle growth capacity, had a higher proportion of fat glycolytic fibers, as observed for DM cattle. In vitro studies have shown a higher proliferation of H muscle myoblasts (Duris and Picard, 1999) as observed for DM myoblasts (Picard et al., 1998b). Studies on foetus corresponding to high muscle growth capacity (H) compared to low (L) at different stages of fetal life demonstrated that muscle hypertrophy in foetuses with a high growth potential is due to a higher total number of fibers (indicating hyperplasia). From the last trimester of gestation, this is associated with a higher proportion of fast glycolytic fibers. However, these animals showed a delay in physiological maturity inducing a delay in the plasticity of muscle fibers after birth. Consequently, the effects of selection on growth rate on muscle properties are observed only on some ages (Picard et al., 2006). A study on the Longissimus thoracis muscle of different breeds of cattle (30 bulls from 15 breeds of cattle in Europe) carried out under conditions comparable with a grain-rich diet, and slaughtered at the age of 15 months has shown that it is possible to discriminate between the breeds on the proportions of different types of fibers (Hocquettte et al., 2007). The hardy beef breeds that are essentially of Spanish origin (Casina, Avilena) had oxidative muscles. The the most fatty beef breeds (Aberdeen Angus and Hereford of British origin) or small-size dairy breeds (Jersey), have an oxidative activity and grade I and IIA fibers with high glycolytic activity and a low content of IIX fibers. The opposite is observed for lean beef breeds (Italian-born Piedmonteseand Charolais and Limousin of
68 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
French origin). The comparison of even more extreme breeds confirmed these results (less oxidative muscles and faster in Belgian Blue compared to Angus). The reverse (oxidative metabolism with very little or no IIX) was observed in the two breeds of the AOP “Taureau de Camargue”: Brave and Di Biou breeds (Santé- Lhoutellier et al., 2010). These two breeds are selected only for bullfighting and not for meat quality. All these data clearly show that a selection of cattle for meat production has led to a higher proportion of fast glycolytic fibers (IIX) associated with less oxidative metabolism and glycolysis.
Endogenous hormones: testosterone
Several studies have shown that androgens increase muscle mass by increasing the surface area of all fibers and by inducing a slow down in the conversion of IIA fibers (fast oxido-glycolytic) to IIX fibers (fast glycolytic) with age. However, two different studies carried out on Montbéliard steers castrated respectively at 2 months and 4 months, compared to non-castrated animals, show that the differences are observable only after puberty (Picard et al. 1995c). Indeed, although the synthesis of testosterone starts at 2 months, no difference in muscle fiber composition is observed at 4 and 8 months. At 12 and 16 months, the muscles of bulls contained lower proportions of IIX fibers and more I fibers than in castrated animals. These differences were accompanied by a lower glycolytic (LDH) and a higher oxidative (ICDH) activity. The average area of the fibers was lower in steers, due to the hypertrophic effect of testosterone in bulls (Brandstetter et al., 1998b, 2002). Similar effects on muscle fiber properties can be obtained with exogenous anabolics such as clenbuterol and cimaterol. In the muscle of these animals, the average cross sectional area of fibers is increased and muscles contain fewer type I fibers (slow oxidative) and more type IIX fibers (fast glycolytic) than controls. However, in these hypertrophied muscles the calcium-dependant proteolytic system is perturbed as the activity of the calpastatin inhibitor increases, inducing a lower rate of post-mortem ageing of these muscles (Picard data not published).
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 69
Effect of nutrition
Growth efficiency can also be manipulated via the diet of cattle. The energy level and the composition of the diet which constitute important factors in cattle rearing, influence the properties of muscle fibers. Dietary restriction before weaning leads to changes in the characteristics of muscle fibers that are still measurable at the age of 9 months (i.e. 5 months after weaning) but have completely disappeared at slaughter at 18 months. Thus, five months after the end of the restriction, the muscles of restricted animals compared with controls, contained fibers with a smaller cross section area, a higher percentage of type I fibers and a lower percentage of IIX fibers (Picard et al. 1995c). These characteristics, measured 5 months after the end of the restriction, is the result of compensatory growth. Energy restriction applied before weaning has transient but not irreversible effects on the characteristics of muscle fibers. All the studies on the effect of energy restriction after weaning, followed by compensatory growth, shows that energy restriction induces a decrease in the fiber surface area, an increase in the proportion of type I and IIA fibers accompanied by higher oxidative metabolism. In contrast, the levels of IIX fibers and glycolytic metabolism are lower. The effect seems more pronounced in young bulls. During the period of compensatory growth, the opposite trend is observed. The proportion of IIX fibers (fast glycolytic) and glycolytic metabolism increase, while the proportion of type I fibers (slow oxidative) and IIA (fast oxido-glycolytic) and oxidative metabolism decreases. At the end of the compensation, fiber size remains lower than that of controls. The effect of compensatory growth, however, is more or less marked according to the muscles, sex, and age of animals. It is also highly dependent on the duration and intensity of the restriction and compensation (Hoch et al., 2003). Studies on the effect of the nature of the diet have shown that grazing cattle have more oxidative muscles than cattle receiving corn silage at the trough (Jurie et al., 2006). Further studies have examined the respective effect of the nature of power and mobility of the animals. The character of more oxidative muscles was due more to the fact that animals move rather than a strict effect of the nature of the diet.
70 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Analysis of fiber type has a high interest in cattle since it was shown that muscle fiber type determines its rate of aging after slaughter. In particular, a positive relationship between meat tenderness and the speed of muscle contraction was proposed by Ouali (1992).
MUSCLE FIBERS AND BEEF TENDERNESS
The myofibrillar proteins strongly influence the tenderness of beef (Koohmaraie et al 2002). The different characteristics of the fibers, depending on the speed of contraction and metabolism, have different effects on tenderness. These vary according to the muscle and animal type (sex, age and breed). The challenge is to establish a clear and agreed definition of the contribution of fibers to tenderness. Nevertheless several points have been identified up to now, although some of them are subjected to debate and discussion (Renand et al 2001; Guillemin et al., 2009).The speed of aging, a process essential in the establishment of tenderness is influenced by oxidative and glycolytic metabolism of the fibers and their contractile type. Indeed, the study of Ouali and Talmant (1990) showed that the ratio calpain/calpastatin (calcium dependant proteolytic system involved in post-mortem ageing) is higher in fast-twitch muscles. Thus, proteolysis is more important and therefore the rate of maturation is greater. This explains the difference in maturation time (very short) when we compare white meat (poultry, pork) to red meat. The study of Dransfield et al (2003) reported that the pH value 3 hours post-mortem explained 0.52 of the variation in tenderness. The post-mortem (pm) pH value, in particular the pH at 3 hours pm, appears to be well correlated with tenderness. This correlation appeared higher for cows than for young bulls in the study of Dransfield et al. (2003). It has been proposed by Marsh et al. (1988) that the pH at 3 hours pm could be an indicator of tenderness and that a value of about 6.1 would give rise to the most tender meat. However, according to one study on 444 cattle (Shakelford et al., 1994), the pH measured very early after slaughter was not well correlated with tenderness. The results obtained by Dransfield et al. (2003) showed that the most tender muscles (mainly LT) had a slow decline in pH, which confirms the importance of this factor. The
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 71 decline in pH post-mortem depends on the contractile and metabolic properties of the muscle. In agreement with this, these properties appear to be correlated with sensory tenderness and mechanical toughness, only in cull cows. Indeed, the pH needs to have a moderate and not too fast decline in order to have tenderness considered as good. Therefore, the glycolytic potential of fibers is an important criterion in the evolution of the pH to 3 hours post-mortem. The most glycolytic muscles have too fast a drop in pH which is therefore detrimental to the tenderness, compared to that of oxidative muscles (Maltin et al 2003). For example, the oxidative and tender Longissimus thoracis muscle, is characterized by a higher pH (6.4) at 3 hours post-mortem while the glycolytic and thougher semitendinosus, has a lower pH value (6.0). Fiber size also has an impact on meat tenderness. Several studies have shown negative relationships, from -0.11 to -0.53 (Crouse et al 1991, Jurie et al. 2006, Picard et al. 2007, Renand et al 2001). Animals whose muscles are composed of finer fibers give the most tender meat. According to Crouse et al (1991), fiber size is an early determining factor for tenderness before 14 days of maturation. A recent study on Charolais young bulls and steers (Guillemin et al., 2011) showed that the less tender LT muscles were characterized by higher mean cross section areas of fibers. However in the ST muscles from the same animals, this relation was not observed. A meta-analysis realised on data from our group on more than 15,764 measurements on 6 muscles (Semitendinosus, Semimembranus, Rectus abdominis, Triceps brachii and principally Longissimus thoracis) from 5,197 animals (1-120 months of age) belonging to 20 different breeds, and from 43 different experiments, confirmed this negative correlation between cross sectional area of fibers and tenderness in LT muscle (Chriki et al., 2011). However, this relation differs according to muscle type. For some studies, including that of Dransfield et al. (2003), the "fiber size" factor is low compared to the "pH" and "metabolic type" Factors. The metabolic type of muscle fibers also affects tenderness. But the nature of the relationship between metabolic type and tenderness is complex. Thus, studies of Zamora et al. (1996) showed that the mechanical strength of the muscles is positively correlated (r
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= 0.65) with the activity of the oxidative enzyme, citrate synthase. So the redder the muscle, the less tender is the meat after ageing. Consistent with that, studies of Renand et al. (1997, 2001) showed that the more oxidative the muscle metabolism, the tougher the meat. However, unlike Renand et al (1997, 2001), Maltin et al. (1998) showed a positive correlation (r = 0.48) between tenderness and the proportion of SO fibers, and a negative correlation (r = -0.38) between tenderness and the proportion of FG fibers. These authors highlight the importance of protein turnover in the fibers to oxidative metabolism to explain higher myofibrillar protein degradation, and thus a more pronounced tenderness. The study of Strydom et al. (2000) found a positive correlation between myofibrillar fragmentation and SO fibers (r = 0.48) on the one hand, and intermediate FOG fibers (r = 0.83) on the other. In the same way, a negative correlation between myofibrillar fragmentation and white fibers FG (r = -0.72) was found. These results on the higher myofibrillar degradation in oxidative fibers are in contradiction to the work of Ouali and Talmant (1990) showing that the ageing rate is higher in glycolytic fibers than in oxidative ones. The study of Dransfield et al. (2003) also showed that tender meats have a higher proportion of SO fibers and a lower proportion of FOG fibers. In addition, the impact of the metabolic type of fibers on the tenderness can change dramatically during muscle function. Thus, Maltin et al. (2003) showed that the more Longissimus lumborum muscle is oxidative, the more tender it is, in contrast to what happens for the vastus lateralis muscle. The study of Picard et al. (2007) shows the same type of results on the Longissimus thoracis (oxidative) and semitendinosus (glycolytic) muscles. It shows in particular that the largest number of correlations between biochemical characteristics and meat tenderness was observed in cows. The LT muscle of cows is most tender when it contains a higher total fat and triglyceride level, low oxidative properties, and contains the lowest total and insoluble collagen contents (Picard et al 2007). On the contrary, the most tender ST muscles are those with the highest glycolytic activities (lactate dehydrogenase, LDH). This property appears to be significantly correlated with tenderness in this muscle, demonstrating that according to the type of muscle
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 73 considered, meat tenderness can be explained by different characteristics. This allows us to understand the many contradictions found in the literature on the relationship between biochemical and sensory quality of meat. According to the authors, the studies were conducted on different types of muscles and different animals. This also shows that no muscle can be a predictor of sensory quality for all the other muscles of the carcass. The relationship between metabolic type and tenderness is very complex because probably controlled by many factors.
CONCLUSION
These data clearly demonstrate that the properties of muscle fibers change throughout the life of the animals under the influence of several factors such as age, sex, breed and rearing system. These factors which affect muscle mass and fiber properties, are important to control for beef production in order to manipulate carcass yield and beef tenderness. The studies on the increase of muscle growth potential showed that cattle with high muscle mass obtained genetically by mutation of the myostatin gene, or by selection on the muscle growth rate, have muscles with a higher proportion of fast glycolytic fibers. This is also true when we compare the French beef breeds to dairy or hardy breeds. The relationship between fiber types and tenderness appear very complex and muscle dependant. The recent genomic programs conducted all over the world will allow to identify new markers of tenderness and will allow a better understanding of the biological functions involved in beef tenderness.
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RE-DISCOVERING RUMEN MICROBIOLOGY: WHICH PRACTICAL TOOLS COULD ARISE FROM MOLECULAR BIOLOGY FINDINGS?
Carl J. Yeoman1, and Bryan A. White1,2* 1The Institute for Genomic Biology, and Department of Animal Sciences2, University of Illinois at Urbana-Champaign, USA. *Corresponding author Mailing address: Institute for Genomic Biology University of Illinois 1206 W. Gregory Drive Urbana, IL 61801 Tel: 001 217-333-2091 [email protected]
ABSTRACT
The molecular biology movement was born in the 1960s with the conglomeration of biology, chemistry and physics. At that time the field of rumen microbiology was well positioned to take a leading role in its maturation. However,the integration of molecular methods in this area was arguably slower than in other disciplines. Nonetheless, today molecular biology is an integral part of rumen microbiology and has led to significant gains in both our understanding and management of the rumen microbial ecosystem. New advances, primarily in next-generation DNA sequencing technologies, have enabled a systems biology approach which offers a renewed promise in obtaining a more complete understanding of rumen microbial ecosystem dynamics and their contributions to increasing productivity, reproductive efficiency, and food value, security and safety as well as reducing the impact of raising livestock on the environment. Here we discuss the contributions molecular biology has and will continue to make to rumen microbiology, its new role in systems biology and the directions the field should now move. 82 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
INTRODUCTION
Ruminant animals are an instrumental component of human agriculture. Ruminant-derived products, including meat, dairy and wool, are fundamental contributors to numerous economies and, as a pivitol component of agriculture, have had major influences on human evolution (Gill, 1997; Tishkoff et al., 2007; Lambert, 2009; Fortunato and Archetti, 2010; Fuselli et al., 2010; Gerbault et al., 2011) and affluence (Gerben-Leenes et al., 2010). While cattle are the most important ruminants to the global economy, other ruminants such as sheep, deer and goats make significant contributions to many individual economies (FAO, 2009; Patil, 2011; Frosch et al., 2008). Ruminant animals subsist almost exclusively on plant biomass. Yet the major source of carbon and energy in plant biomass (primarily housed in the primary and secondary cell walls) cannot be broken down and metabolized by most higher eukaryotes, including ruminant animals (Chesson et al., 1986, Hungate, 1988). Instead ruminants rely on the fibrolytic capabilities of an assortment of microbes. In fact, ~70% of a ruminants daily energy requirements are dependent on microbial deconstruction of this plant biomass and subsequent conversion to energy-rich short chain fatty acids (SCFAs). For this reason, ruminant animals are an evolutionary marvel that have attracted the attention of biologists for over 75 years (Chung and Bryant, 1997). The conditions within the rumen have evolved to optimize the growth potential of fibrolytic anaerobic microbes.The pH of the rumen is typically in the range of 5.7 - 7.3 (Wolin, 1981) and buffered through constant secretion of sodium bicarbonate, which is concentrated in the saliva of the animal’s submaxillary and sublingual glands.The temperature of the rumen is maintained around 39°C although may rise slightly following feeding, when fermentation is maximal (Dale et al., 1954). Muscles in the walls of the rumen constantly undergo a series of coordinated contractions which serve to mix the rumen contents (Hungate, 1988). The combination of the aforementioned factors allows the rumen to achieve microbial concentrations far in excess of those commonly attainable by in-vitro batch culture techniques. These high microbial densities provide the
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 83 necessary fibrolysis-associated enzyme concentrations and comensurate activities required to metabolize forage to at a rate useful to the ruminant (Hungate, 1988). Ruminant-directed research over the years has centered around the aims of increasing productivity, reproductive efficiency, and food value, security and safety as well as reducing the impact of raising livestock on the environment. Over more recent years research has also sought to exploit the fibrolytic properties of rumen microbes for application to the developing biofuel movement. The molecular biology movement was born in the 1960s with the conglomeration of biology, chemistry and physics and rumen microbiology was well positioned to take a leading role in its development. Yet the rumen microbiology field were arguably slower than other fields, most notably medicine, in adopting molecular biology practices. The earliest published use of the term ‘molecular biology’ in medicine that we could find was in 1960, where it was suggested molecular biology was an actively growing field of biomedicine (Schmitt, 1960), by contrast its earliest use of the term in rumen microbiology literature was in 1983, where it was suggested that rumen microbiology should venture into this, now flourishing, field (Smith and Hespell 1983).Today molecular biology is synonymous with biochemistry, genetics, genomics and modern metaomic disciplines and is an integral part of rumen microbiological research.
THE AGE OF GENOMICS
Traditional microbiological approaches have largely given way to molecular techniques which overcame critical barriers associated with culturing, identifying and understanding microbes, particularly within an ecological context. The key recognitions that: i) genes gave rise to proteins (Beadle and Tatum, 1941); ii) that genes were DNA molecules (Avery et al., 1944); the structure of DNA (Watson and Crick 1953); and the deciphering of the genetic code, led by Marshall Nirenberg and Heinrich Matthaei (Nirenberg et al., 1965),sporned new technologies that ultimately enabled researchers to sequence and analyze whole genomes (Sangeret al., 1977).In 2004 the first
84 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte genome of a rumen-isolated organism was released when Baar and colleagues (2003) sequenced Wolinella succinogenes. Ruminants, including the taurine cattle (The Bovine Genome Sequencing and Analysis Consortium et al., 2009) and water buffalo (Michelizzi et al., 2010) and rumen microbiota including members of all three domains of life: bacteria, archaea, and eukaryotes have been targeted by genome-sequencing efforts (Table 1).In the process lysogenic phage have also been sequenced in-directly (Leahy et al., 2010). One striking absense from sequencing efforts to date are the protozoa, who make important contributions to ruminant nutrition (Veira, 1986) and rumen ecosystem dynamics (Morgavi et al., 2012). A recent multi-national initiative, the Hungate 1000, led by William Kelly of Agresearch in New Zealand and backed by the USA-based and DOE-funded Joint Genome Institute (JGI) seeks to dramatically extend the available genome repitoire of rumen microbes. The project seeks to add an additional 1,000 microbial genomes to the available databases. Already genome informationhas been valuable in shedding new light on microbes, such as how theyhave evolved (Yeoman et al., 2011b), their lifestyle strategies (Backhed et al., 2005) and metabolic capabilities (Arp et al., 2007). All of which werenot as readily available through morphological and observational analyses. Microbial genomics can allow potential drug and vaccine targets to be identified (Leahy et al., 2010, Dutta et al., 2006), can reveal information on microbial origins and their evolutionary trajectory as well as describe the limits of life within the rumen. The wealth of information that can be generated from genome sequencing has attracted numerous research interests including, biotechnology companies (Podar & Reysenbach, 2006), biomedical (Brudno et al., 2007), agricultural (Yu et al., 2005), and pharmaceutical researchers (Roses et al., 2007), and those interested indeveloping novel drugs (Duenas-Gonzalez et al., 2008), energy generating, system enhancing and bioremediation technologies (Durre, 2007, Butler et al., 2007).
THE TRANSITION TO METAOMICS
One confounding issue of the tradational approaches that is not addressed by genomics is the requirement of growing microbes
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 85 into pure culture. Bacterial diversity within the rumen has been estimated to exceed 1,000 unique species (Krause and Russell 1996), yet only a handful of these have been cultured, let alone had their genomes sequenced. Early molecular methods estimate that between 11 to 15% of rumen microbeshave been cultured (Edwards et al., 2004; Whitfordet al., 1998; Tajima et al., 1999), suggesting that traditional microbiological techniques have overlooked no less than 85% of the total species diversity. This figure is exacerbated by the genetic and phenotypic variation observed within a species (Bekele et al., 2010; Brulc et al. 2011). This intraspecific variationof microbes highlights the fragility of the microbial species concept, and negates the utility of characterizing only “type strains”, shaking the foundations of our current understanding of the rumen microbial ecosystem. Although single cell genomic techniques promise to resolve some of these problems the techniques is still some years away from a practical reality (Kalisky and Quake 2011). Even if it were to become a reality, these reductionist approaches miss the emergent properties of microbial ecosystems, their metabolisms and their interactions with host and environment. Evidence for these emergent properties is widespread, such as in reports of synergism between cellulolytic and non-cellulolytic bacteria in the deconstruction of cellulose (Fondevilla and Dehority, 1996), enhanced and prolonged fibrolytic activity of rumen microbes in the presence of hydrogenotrophs (Joblin et al., 1990)or in the often observed disparity between in-vitro and in-vivo results (Krause et al., 2001;Hungate 1966).New technologies have enabled researchers to transcend these difficulties, and have reinvigorated a systems biology movement that potentiate new and significant advances in the field of rumen microbiology. Metagenomics, the study of all genetic material within an ecosystem, has enabled researchers to gather information on all microbes within an ecosystem from a single sample, regardless of their recalcitrance to standard culture techniques. Infact, information obtained from metagenomic analyses can enable researchers to adapt culture techniques to obtain pure cultures of seemingly important members of an ecosystem (Pope et al., 2011) if desired. Initial metagenomic techniques, facilitated by clone libraries,were
86 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte fraught with bias’ (e.g. Temperton et al., 2009) and barely scratched the surface of more complex microbial ecosystems, such as the rumen. Next-generation DNAsequencing technologies now enable researchers to make deep evaluations of the metabolisms available to microbial communities. Metagenomic studies of ruminants to date have been limited to cattle (Brulc et al., 2009) and Surti buffalo (Singh et al., 2011) but have uncovered novel biomass-degrading genes (Hess et al., 2011), new insights into phage-bacteria interrelations (Berg Miller et al., 2012), the symbiotic interactions among cellulolytics (Mosoni et al., 2011), and genic differences between fiber-adherrent and planktonic microbial populations (Brulc et al., 2009). However, understanding a microbial ecosystem requires more than just cataloguing what genes are available. Functional changes within a microbial ecosystem do not necessarily reflect nor are entirely explainable by the loss or gain of genes or other genetic elements. The behavior of microbes is contextualized to their environment and the other microbes with whom they interact (e.g. Joblin et al., 1990 or Fondevila and Dehority, 1996). Understanding the intentions of microorganisms can be accomplished by looking at their relative mRNA abundances (i.e. their transcriptomes). Early molecular methods to measure gene expression were accomplished by reverse transcription quantitative PCR (VanGuilder et al., 2008). The advent of microarrays later allowed researchers to analyze whole transcriptomes at once (Forozan et al., 1997). Both have been applied to the studies of rumen microbes (e.g. Béra-Maillet et al., 2009 and Kabel et al. 2011). Next-generation DNA sequencing technologies have boulstered the analysis of whole ecosystem transcription profiles. The technique, known as ‘RNASeq’ offers increased sensitivity a broader dynamic range and eliminates the need to know the sequence and structure of a gene to detect it (Croucher and Thompson, 2010). This approach is slowly gaining traction but already has been applied to eukaryotic populations of the rumen micrbiome of muskoxen (Qi et al., 2011). As with metagenomics, RNAseq has also been used to guide culture strategies for obtaining previously uncultured members of a microbial community (Bomar et al., 2011). However, again knowledge of the
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 87 expression of genes from rumen microbial community is still separate from their actual metabolic effects. Metabolomics, the study of small-molecule metabolite profiles, whose relative concentrations are affected by the collective metabolic actions of the host and microbiome address this disparity. Alone, the interpretation of metabolomic data can be difficult, as we are only privy to metabolites above an appreciable level (typically metabolic end-products or those produced faster than they are utilized). This means pathway intermediates, and consequently the pathways leading to these metabolites are not seen through metabolomics alone. However, when used in combination with metagenomics and metatranscriptomics we can obtain important insights into microbial ecosystem function (Mosoni et al., 2011).
DEVELOPING PRACTICAL TOOLS
For rumen microbiology we are still in a period of discovery science. The application of metaomic technologies to ruminantsis in its infancy and has been limited to date. For example metagenomic analyses of cattle livestock have been limited to cattle, raised in sheds in Illinois (Brulc et al., 2009; Hess et al., 2011; Berg Miller et al., 2012), while other conventional livestock species have yet to be evaluated. Metaomic techniques in conjunction with systems biology philosophies holdmuch promise for gaining a fuller understanding of the rumen microbial ecosystem and offer the opportunity to develop more accurate models. Placing this information in the context of nutrition will lead to further gains in productivity, food value, security and safety. In achieving this we can also seek to reduce the impact of raising livestock on the environment. The long term goals of rumen microbiologists should be to understand the ecological and evolutionary dynamics of the rumen microbiome sufficiently that they can re-engineer the ecosystem to achieve all of these goals and to tailor ruminants to different environments and feedlot scenarios. This goal was recognized early in the molecular biology revolution on rumen microbiology (Wallace, 1992) but with greater potential thanks to new and more comprehensive technologies. Prior efforts to alter the rumen microbial
88 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte community have sought to introduce bacteria with novel functions, such as resistence to toxins (Hammond et al., 1989; Quirk et al., 1988; Gregg et al., 1998), or the genetic manipulation of rumen bacteria, such as introducing more efficient or effective fibrolytic genes (Krause et al., 2001). The problem with the former, is that without direct selection or appropriate ecological rewiring innoculants are usually lost (Krause et al., 2000; Wallace and Walker 1993; Attwood et al., 1988; Flint et al., 1989; Miyagi et al., 1995), so such approaches are not suited to addressing cyclic or other discontinuous problems or those to which microbial competitors exist that are better adapted to the rumen environement. While the genetic manipulation of rumen microbes, which often results in enormous increases in an organisms fibrolytic efficacy in-vitro, are not replicated in-vivo (Krause et al., 2001). Another key element to these disparities are microbe:microbe symbioses. Some of these symbioses have been described in the literature but they are too often overlooked and almost always underapreciated. These relationships have important and significant effects on an ecosystems dynamics (Yeoman et al., 2011a) and functional properties (Joblin et al., 1990). A microbes behavior is contextualized to the microbial consortia it engages with (Joblin et al., 1990; Fondevilla and Dehority 1996). Recent and developing technological advances will enable researchers to more thoroughly evaluate the system-wide dynamics of the rumen microbial ecosystem in these contexts, openning new doors to reach production optima historically recognized but yet to be achieved (Krause et al., 2003). A better understanding of the metabolic potential in the rumen microbial community and how we might utilize this potential, is arising from metagenomics and offers possibilities for the discovery of novel metabolic pathways and enzymatic functions that could have profound implications for animal growth and development. Moreover, rumen metagenomics will provide strategies that have significant environmental benefits, such as reduced fecal waste and a decrease in ruminant-derived methane production. Metagenomic-mediated information has the profound potential to increase feed efficiency, thereby reducing the amount of feed per animal and increasing the resulting products of commercial interest. As we continue to use metagenomic approaches to
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 89 investigate the rumen, we will learn more about the previously uncultured species that reside there, their contributions to the microbiome and their potential to improve the overall ruminant farming process. By doing so, metagenomic approaches will contribute productively to animal growth and nutrient utilization and foster a positive image for the agriculture sector with respect to the environment.
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APPLICATION OF NUTRIENT REQUIREMENT SYSTEMS TO GRAZING CATTLE, WITH AND WITHOUT SUPPLEMENTS
Stuart R. McLennanA and Dennis P. PoppiB A The University of Queensland, Centre for Animal Science, Queensland Alliance for Agriculture and Food Innovation, Ecosciences Precinct, GPO Box 267, Brisbane, Qld 4001, Australia. B The University of Queensland, School of Agriculture and Food Science and School of Veterinary Science, Gatton, Qld 4343, Australia.
ABSTRACT
Application of the nutrient requirement systems with grazing animals includes several challenges, not the least being the estimation of the intake and nutritive value of the diet under often diverse and continually changing forage systems. However, application also requires confidence by the user that if the nutrient intake can be accurately determined, the nutrient requirement system will then accurately predict the performance of the animal. These challenges are discussed in this paper. Data sets derived from experiments with confined (non-grazing) cattle fed generally low- quality hays of tropical grasses with a variety of supplement types and intakes were used to compare predictions using either the Australian (SCA 1990; CSIRO 2007) or an American (Cornell Net Carbohydrate and Protein System; CNCPS) requirement scheme. Both systems provided reasonably accurate and similar predictions of growth rate of cattle across the wide range in supplement intakes used providing support for their general application in tropical feeding systems. However, estimates of the various components of energy utilisation, e.g., maintenance energy requirements and efficiency of energy use for growth, were substantially different for the two systems emphasising the importance of applying the different systems in totality. A major impediment to field application of the requirements systems is the difficulty in adequately describing the nutritive value of the selected diet, with large inaccuracies associated with pasture sampling to mimic diet selection. In northern Australia and part of southern USA the use of faecal near-infrared reflectance 96 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte spectroscopy has provided a method of indirectly assessing diet quality from a faecal sample collected from representative animals. Determination of intake by grazing animals has also presented problems and methods of estimating intake based on diet and animal attributes are discussed and evaluated. A method of estimating intake, by back-calculating from liveweight change using the various equations of the requirement schemes, is described and its value for processes such as fodder budgeting is discussed. It is concluded that the various nutrient requirement systems are probably accurate enough for field application, including under tropical and rangeland conditions, and opportunities for the practical application of these systems are suggested.
INTRODUCTION
The various nutrient requirements systems, or feeding standards as they are often called, in use at present prescribe the amount of nutrients of various forms such as protein, energy, vitamins and minerals required for a particular function or level of animal production. There are a considerable number of feeding standards existing throughout the world (see for example, AFRC 1993, NRC 2000, CSIRO 2007) with different countries using different approaches to describing the nutrient requirements. They are fundamentally energy-based systems centred on clear principles of thermodynamics, but with differences in the underlying equations used to describe requirements. Differences for instance apply between those based on net energy (NE; INRA 1989), metabolisable energy (ME; AFRC 1993; CSIRO 2007) or both (NRC 1985, 2007), but these differences apply to the mathematical methods used to calculate requirements and supply, not to the underlying principles for energy use and partitioning by the animal. There are, however, often subtle differences between systems in the assumptions applied in the estimation of requirements, as Dove et al. (2010) demonstrated. The similarities lie in the fact that they all basically provide information on the daily requirements of livestock for energy, protein, minerals, vitamins and water for both maintenance and for the additional productive functions of weight gain, lactation, pregnancy and fibre
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 97 growth. In this paper we will restrict our discussion mainly to energy and protein demand and supply, these being the main drivers of production for grazing animals. This is not to lessen the importance on other nutrients such as minerals but in most instances these deficiencies can be easily rectified once identified, the major challenge being the identification of sub-clinical deficiencies in particular. The majority of the world’s cattle population still obtain the main part of their daily requirements for nutrients from pasture and browse. Thus in order to apply the various nutrient requirement schemes it is necessary to firstly define both the intake and quality of the diet of the grazing animal before the adequacy of that nutrient intake can be assessed for any desired level of animal production. An added complexity is the continually and often rapidly changing nature of the grazed diet according to influences of climate and vegetation changes. Supply of additional nutrients in the form of supplementary feed adds yet another degree of complexity as it affects nutrient supply from the grazed forage material. Supplements are an important component of the nutrition of grazing ruminants in the tropics and special reference will be given in this paper to their use and how they can be accommodated in the application of the feeding standards. Notwithstanding the above challenges, successful application of the nutrient requirement systems would allow livestock producers or their advisors to make informed decisions on aspects such as ration formulation and the setting of safe stocking rates and even on the likely timing of marketing of animals. In a general sense, the feeding standards for ruminant livestock provide the fundamental basis for achieving these applied goals. However, currently the major use of the nutrient requirement systems for grazing animals probably lies in the prediction of animal performance from an estimate of the intake of nutrients derived from the grazed diet plus applied supplements. Our own focus on the application of the nutrient requirement systems arose partly to counter the often expressed assertion that they do not apply to cattle in tropical environments, an untenable assertion suggesting that the laws of thermodynamics do not apply in
98 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte that region and that differences between tropical forages and cattle and their temperate counterparts upon which the feeding standards were largely derived, invalidate use of these nutritional requirement systems for the former. We provided some earlier evidence of the applicability of the ME system to cattle in the tropics, based on a limited data set, refuting the application of an alternative means of mathematical expression based on gross efficiency (Poppi and McLennan 1995). One of the outcomes from the current paper will be to reinforce this earlier demonstration, using a larger data set, and indicate how the systems might be used in practice. Given the previously alluded to difficulties in quantifying the grazing animal’s dietary intake and the nutritive value of its diet, the consequential difficulties in applying the feeding standards under grazing conditions may seem overwhelming. However, Dove et al. (2010) rationalised this task by posing several key questions that defined the extent to which the nutrient requirement systems could be applied to grazing livestock. These could be summarised as: (i) who is applying the system and for what purpose, which largely defines the level of accuracy required; (ii) how well do the requirement systems estimate key requirements and thus how accurate are they for use in balancing nutrient supply in the field; (iii) what plant and animal inputs are required to apply the systems under field condition and what is the ease of obtaining this information and relating it to nutrient requirements; and (iv) what nutrient supply results from grazing the pasture, or to what extent can intake and diet composition be estimated under grazing conditions and how well can the system accommodate the use of supplementary feeding. The issues associated with each question were addressed, with examples, in the paper of Dove et al. (2010) and the reader is directed to this paper for a more detailed review. As alluded to above the application of the nutrient requirement systems under field conditions is a two-phased process, the first being to estimate the intake and quality of the selected diet and thereby determine nutrient intake. Estimation of intake under field conditions is usually based on separate equations relating it to some diet, e.g., dry matter digestibility (DMD), and/or animal characteristics. The second phase relates to the application of the
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 99 equations from the feeding standards to estimate some measure of productive performance such as liveweight gain from this predicted nutrient intake. There are potential errors in both phases and thus the prediction of grazing animal performance may be associated with large errors multiplied across sources. Our initial focus will be on the second aspect, that of determining the adequacy and validity of the equations from the feeding standards to predict utilisation of the energy, especially with tropical diets.
PREDICTING ANIMAL PERFORMANCE FROM KNOWN NUTRIENT INTAKE
In order to address this question, it is necessary to start with reliable data which includes measures of nutrient intake by the animals and their related production. For this purpose we used data from our own research studies collected under controlled feeding conditions in pen experiments where intake, diet quality and liveweight change of cattle were measured. These studies generally involved feeding low-quality tropical grass hays to cattle together with various protein and energy sources, the eventual objective being to devise supplementation recommendations for cattle grazing low- quality tropical pastures during the dry season in northern Australia.
Derivation of data sets
To provide context to these evaluations, it is pertinent to describe some examples of the response relationships we have derived and discuss their application to cattle grazing under tropical production systems. By way of background, the environment under which the predominantly Bos indicus crossbreds cattle are grazed in northern Australia is broadly one of seasonal rainfall distribution with corresponding seasonality of pasture growth and animal production. The region has a distinct wet season during the summer/autumn months followed by a dry winter/spring period which can vary markedly in duration and severity between years. It is not unusual for the dry season to last 5 months or more with little or no rainfall received. In the main native pastures are C4 (tropical) species which
100 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte grow rapidly after the onset of the first storms of the wet season but mature rapidly and, except for the first few months of the wet season, are of general low quality in terms of protein and mineral content and digestibility. Cattle growth follows a similar pattern of rapid weight gain in the first months of the wet season, reduced gains down to weight maintenance for the remaining wet and early dry season and then often weight loss for the majority of the dry season in the absence of supplementary feeding (Winks 1984). This ‘saw-tooth’ annual pattern of weight gain/loss normally confers on cattle slow growth to slaughter weight resulting in older age at slaughter with consequential implications for meat quality. Non-protein nitrogen (NPN) supplements such as those based on urea, sulphur and salt or urea/molasses are routinely used for younger cattle (post-weaning) and for cows, mainly for survival and to increase the chances of conception in cows. Production supplements based on protein meals or an energy source such as molasses or grain, balanced for rumen degradable and undegraded protein and minerals, are sometimes fed to increase annual growth rates and reduce age at slaughter. Alternatively, cattle are provided access to improved pasture species such as leucaena or those based on Stylosanthes spp., but the proportion of cattle given additional nutrients either as supplement or introduced forages is small overall in northern Australia. A primary constraint to increased production in cattle during the dry winter/spring months in northern Australia is low energy intake by the animals. This is largely a function of the low digestibility of the tropical pastures, in accord with their high fibre and lignin content, but also of the low protein content which reduces intake. Provision of a rumen degradable nitrogen source such as urea has been shown to increase microbial growth, increase forage intake (Ernst et al. 1975; Romero et al. 1976) and result in small increases in cattle growth in the order of 200 g/day (Winks et al. 1972) but not at a level required to appreciably reduce the age at which cattle reach slaughter weight and condition. The other alternative for increasing energy intake by cattle on low quality forages is to provide a supplemental energy source such as grains or molasses or a protein meal which provides a combination of rumen degradable and undegraded dietary protein and stimulates forage intake. Our studies
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 101 have investigated the use of both energy sources and true proteins. However, it is important to stress here that we are not talking about providing nutrients in the form of energy versus protein. The ‘so- called’ energy sources usually contain some protein but also provide the energy substrate to stimulate microbial protein production in the rumen thereby increasing the animal’s supply of amino acids post- ruminally for absorption. Similarly, in protein meals there is a considerable carbohydrate component as well as protein available to the animal and its rumen microbes. Calculations made by McLennan et al. (1995) showed that, despite quite large differences in the energy and protein content of barley (12.8 MJ ME and 114 g CP/kg DM) and cottonseed meal (11.1 MJ ME and 375 g CP/kg DM), the estimated metabolisable protein (MP) supply from cottonseed meal was only 61% higher than for barley, much less that the three-fold difference in protein content. Thus both supplement types provide both MP and ME to the animal and it is the relative amounts they supply, and their proportions (i.e., the protein to energy ratio), that should be accounted for when formulating rations. In Figure 1, growth responses by young B. indicus crossbred steers given either protein meals (cottonseed meal and copra meal) or energy sources in the form of barley and sorghum grain or molasses, together with low quality tropical grass hays (<6% CP) fed ad libitum, have been pooled over several pen feeding experiments. The steers were less than 12 months of age and weighed less than 210 kg. In each case the energy sources were balanced for rumen degradable nitrogen by the addition of urea usually in the presence of a sulphur source to further balance the N:S ratio in the diet. As a general trend the response curve to the energy sources was linear (see Figure 1) with the growth response increasing in direct proportion to the amount of supplement fed. By contrast, the response to protein meals was curvilinear with the highest growth increase at low supplement intake apparently reflecting an initial response to additional rumen degradable nitrogen for microbial synthesis in the rumen. At high intakes the responses to the two supplement types were similar seemingly indicating that both were being used largely as an energy source by the animals. It is significant that these response curves are similar in form to those
102 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte similarly generated from reviews of the literature for protein meals (Poppi and McLennan 1995) and energy sources (Poppi et al. 1999). The generally lower cost of grains and molasses compared with protein meals in northern Australia determine that protein meals are more cost-effective than energy sources at low intakes, say <0.5%W/day, but not as intake of supplement increases. Under practical feeding conditions a gradation from protein meal to energy source is indicated as increasing production responses are targeted.
1.2 A 1.2 B
1.0 1.0
0.8 0.8 0.6 0.6 0.4 0.4 0.2 0.2
Growth response (kg/day) response Growth 0.0 (kg/day) response Growth 0.0 -0.2 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 Supplement intake (%W/day) Supplement intake (%W/day) Figure 1 - Growth responses by young steers to increasing intake of either protein meals (solid lines) or ‘energy sources’ (dashed lines) for (A) individual experiments or (B) the data combined across experiments for each supplement type.
The above data were combined with that similarly collected in other pen feeding experiments carried out by our research team (McLennan 1997, 2004; Bolam 1998; Marsetyo 2003) to evaluate the application of the equations from the nutrient requirement systems in predicting the liveweight gain of cattle. These experiments all used young, growing B. indicus crossbred steers (n=240; ca. 10 to 15 months of age; 156-243 kg liveweight), individually fed in pens, diets that were based on low-quality tropical grass forages with a wide
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 103 range of supplement types of varying protein and energy content and levels of intakes.
Relationships between energy intake and liveweight change
In an initial assessment of the data the relationship between estimated energy (ME) intake and the observed liveweight change of the steers was examined. For this exercise ME intake was calculated as the product of known intake of the forage and supplement and their respective energy densities, i.e., the M/D expressed as MJ of ME/kg DM, where M/D was calculated from measured dry matter digestibility (DMD) of forage and supplement using equations 31 and 32, respectively, from Freer et al. (2009). The combined relationships for data pooled across individual experiments is shown in Figure 2. In addition, the energy retained by the steers was back-calculated from the observed liveweight changes using equations 1.312 and 1.32A of SCA (1990) and the relationship between this energy retention and ME intake was: Energy retention (kJ/kg W0.75.day) = 0.493 ME intake (kJ/kg W0.75.day) – 270.48; (R2 = 0.80; residual standard deviation (rsd) = 35.79). These relationships clearly show that the responses to a wide diversity of forage and supplement types occurred within the normal limits of ME intake and kg (efficiency of use of ME for growth), as outlined by Geay (1984) and consistent with the thermodynamic principles of metabolism (Blaxter 1962), and that the ME system is valid for tropical diets and animals in the same way it applies to the temperate systems. Furthermore, the relationship applied across supplement types suggesting that ME intake, and not its supplement source, was the main determinant of LW change. The estimated maintenance requirements (MEm) for the steers in these experiments, as denoted by zero energy retention, was 548 kJ/kg W0.75.day.
104 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
Observed LWObserved change (kg/day) 0.0
-0.2 200 400 600 800 1000 1200 1400 Estimated ME intake (kJ/kg W0.75.day)
Figure 2 - Relationship between estimated ME intake and observed liveweight (LW) change, pooled across several pen feeding experiments, for treatment groups of steers receiving low-quality tropical grass hays plus various supplements. Each data point refers to a treatment group with different symbols representing different supplement types. The equation representing the pooled data is: Y = - 1.061 + 0.002X; (R2 = 0.80, rsd = 0.144).
Predicted vs. observed growth rates
The second aspect was to use these data sets to compare observed liveweight gains (range -0.1 to 1.2 kg/day) with those predicted using either the SCA (1990) equations or the CNCPS (Version 5.0.34; Fox et al. 2004). These systems were chosen as being different in their approach to apportioning energy use in that SCA (1990) and its successor (CSIRO 2007) use the ME system whilst CNCPS is aligned to the NE system, but they are also
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 105 representative of the variation in approaches used by the other major feeding standards. The CNCPS also uses two different approaches, either a simple theoretical model to estimate total digestible nutrient (TDN) content of the diet (Level 1 approach) or a mechanistic approach based on pool sizes of carbohydrate and protein fractions and their digestion and passage rates (Level 2). Because the necessary information on pool sizes and rates was not available for our diets, in our Level 2 simulations we used surrogate values from the feed library in CNCPS for feeds of similar composition. An estimate of the mature body size of the animal is required in both SCA and CNCPS and assumptions on this were made with both systems based on the type of animal used in our experiments. Liveweight gain for both systems is predicted on the basis of an estimate of energy retention determined by various attributes associated with animal and diet descriptions. CNCPS predicts both an ME-allowable and MP-allowable gain, of which in our simulations the lower was used, whereas the SCA equations represented an ME- allowable gain as the effects of MP supply were already accounted for with limits placed on ad libitum intake by the steers. The relationships between the predicted and observed liveweight gain (LWG; kg/day) using the two systems are described by the following relationships and are illustrated in Figure 3:
SCA: Observed LWG = -0.031 + 1.171 Predicted LWG, (R2 = 0.79; rsd = 0.141; standard error of the prediction (sep) = 0.153; bias = 9.6%); CNCPS (Level 2): Observed LWG = 0.123 + 0.947 Predicted LWG, 2 (R = 0.71; rsd = 0.159; sep = 0.185; bias = 17.3%).
It should be emphasised that these relationships applied well across a wide range of forage and supplement combinations. That the relationships were good across a range of supplement types and intakes (Figure 2) indicates that ME intake, irrespective of supplement type, has most influence on use of energy for LW gain. Based on these predictions, errors in the application of the requirement systems will arise through two main sources. The first is the slight under-prediction of growth rate by both systems and the second is the not insignificant variation around each relationship as indicated by R2, residual standard deviation and standard error of
106 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte prediction values. Such variability is common with biological data and the extent to which it can be tolerated is determined by the purpose for which the prediction is being made. With the SCA prediction the intercept of the regression line was not different to zero (P<0.05) indicating good prediction at low growth rates typical of unsupplemented forages, but the slope of the line was greater than 1 (P<0.05) suggesting increased under-prediction as growth rate increased in response to increased levels of supplementation. When CNCPS Level 2 was applied, the slope of the trend line was not different to 1 (P>0.05) but the intercept was greater than zero (P<0.05) indicating a constant under-prediction of gain (about 0.08 kg/day) over the full range. It was noteworthy that when the CNCPS Level 1 approach was used (not shown here) the result was a similar slight under-prediction of growth rate to the Level 2 trend in that the intercept differed from zero (P<0.05) but the slope was not different from 1 (P>0.05). This has practical implications as it suggests that the simpler Level 1 approach can be used in the field where there is limited information about the composition of the diet or where the user has limited experience in the use of the CNCPS, without sacrificing the precision of the predictions.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 107
1.2 1.2 A B Y=X 1.0 Y=X 1.0
0.8 0.8
0.6 0.6
0.4 0.4
0.2 0.2 Observed LWG (kg/day) Observed Observed LWG (kg/day) Observed 0.0 0.0
-0.2 -0.2 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Predicted LWG (kg/day) Predicted LWG (kg/day)
Figure 3 - Relationships (solid lines) between observed liveweight gain (LWG) and that predicted using (A) SCA or (B) CNCPS Level 2. Within figures, symbols represent group mean values. The source of the data is given in the text.
Equations describing energy utilisation
The prediction of growth rate of an animal using the various requirement systems, as above, involves a number of key steps including describing the animal relative to a mature “finished” animal, and estimating, in turn, the M/D of the diet, the maintenance requirements of the animal (MEm), and the efficiencies of conversion of ME to NE for various productive purposes, i.e., km (maintenance) and kg (growth), and the conversion rate from energy retained to liveweight gain. Given the small differences in prediction of growth rate by the SCA and CNCPS systems above, it might be tempting to think that the calculated values for the various components of energy use are also similar for the different systems. However, examining just one of these elements, MEm, and applying the appropriate equations in each system, it becomes obvious that there are considerable differences between systems in the approach taken, assumptions made, and eventual calculated values. Within SCA, the
108 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte maintenance requirement increases with increasing energy intake because the equation (Equation 1.22) used to calculate it includes a multiple of ME intake (MEI) to account for the higher maintenance requirements of productive animals. The equation applicable to a Bos indicus steer is as follows: 0.75 MEm = 0.26W exp(-0.03A)/km + 0.09 MEI, where A is age in years and MEm and MEI are expressed as MJ/day. By contrast, with the CNCPS system there is no adjustment for energy intake in the determination of maintenance requirements. In that system, net energy for maintenance (NEm) is calculated as a function of metabolic body size with adjustments for breed, physiological state, activity, urea excretion, acclimatization, and heat or cold stress. In our simulations, little adjustment for environment was required and the main variable between treatments was the weight of the steers. Thus when NEm was expressed on a body weight basis, it was relatively constant as energy intake increased. By contrast, computed MEm on a liveweight basis decreased with increasing energy intake; accordingly km increased. The regression equations for changes in estimated MEm with increasing ME intake for the two systems are as follows:
2 SCA: MEm = 476.4 + 0.049 MEI, (R = 0.52; rsd = 6.91) 2 CNCPS: MEm =514.2 – 0.032 MEI, (R = 0.06; rsd = 18.36);
0.75 where both MEm and MEI are expressed as kJ/kg W .day (see Figure 4). The values for MEI were determined using the observed intakes by the cattle but the separate calculations of the energy density of the diet (M/D; MJ/kg DM) for each system. The low R2 value for CNCPS can be attributed to outliers which were associated with animals with high intakes of cottonseed meal (up to 20 g/kg W/day), where maintenance requirements were increased to account for the ME cost of urea excretion. There were similar differences between the SCA and CNCPS in calculated values for other elements of energy use (not shown here), for instance in kg and in the energy value of gain. Despite these differences the predictions of animal growth for the two systems were
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 109 quite similar (see Figure 3), highlighting the importance of using any nutrient requirement system in totality rather than selecting different elements from different systems in isolation.
600
550 .day) 0.75
500 (kJ/kg W m 450 ME
400 400 600 800 1000 1200 1400 ME intake (kJ/kg W 0.75.day) Figure 4 - Relationships between ME intake and the estimated maintenance requirements (MEm) for steers calculated using equations of the CNCPS (circle, dashed line) or SCA (triangle, solid line) nutrient requirement systems. The source of the data is given in the text.
Concluding remarks
Overall it can be concluded that both systems provided a reasonable prediction of liveweight gain of the steers across diverse diets including varied types and amounts of supplement, reinforcing that the key principles of energy use apply to tropical diets and cattle and that, provided nutrient intake of grazing cattle can be estimated
110 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte with some precision, the equations describing energy, and protein, use can be applied with some confidence for predicting animal performance. Thus it appears likely that these systems, and likely most other published requirement systems, are accurate enough for use when nutrient intake is known. However, it is the other aspects of defining the intake and nutritive value of the diet of grazing animals that provide the major constraints to field application.
ESTIMATING NUTRIENT SUPPLY FOR GRAZING CATTLE
Estimating nutritive value of the diet
Having established that the various equations encompassed in the nutrient requirement systems for determining nutrient use for productive purposes are relatively robust, the other and more difficult practical issue lies in estimating the supply of nutrients to the grazing animal as defined by the quantity and nutritive value of the diet consumed. Together these represent the major challenge to applying the nutrient requirement systems to grazing animals. Dealing with nutritive value first, accurately estimating diet quality in grazing situations is difficult as grazing animals invariably select a diet of higher quality than that which can be reliably sampled from the total pasture on offer. Endeavours to mimic diet selection by the animals are prone to considerable errors especially in diverse grazing environments involving complex plant communities such as are found in rangelands. Furthermore, diet selection is continually changing as pasture conditions change with seasonal conditions and pasture availability. An encouraging advancement in this area over the last two decades in the southern USA and northern Australia has been the development and use of faecal near-infra-red reflectance spectroscopy (F.NIRS; Lyons and Stuth, 1992; Coleman and Henry, 2002; Dixon and Coates, 2005, 2009) for estimating the quality of the diet selected by grazing animals. The F.NIRS approach relates dietary attributes such as dry matter digestibility (DMD) and crude protein content to the NIR spectra of the faeces collected from representative grazing animals. This methodology allows rapid, frequent and relatively inexpensive determination of diet quality,
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 111 which can be used as an input for the requirement systems to estimate herbage and nutrient intake, which ultimately can be used for prediction of animal performance. Whilst there are obvious advantages in this system for field sampling, its application to new regions and countries requires an initial investment in creating a sufficiently large database of known and predicted composition of diets to allow prediction from field samples.
Estimating forage intake
Determination of intake of grazing animals continues to present one of the major challenges to applying the requirement systems in practice. Over more than 50 years a wide range of approaches have been used by researchers in an effort to estimate both the intake and nutritive value of the diet consumed by grazing animals. Most have involved the estimation of faecal output using external markers (see Mayes and Dove 2000) of various types together with a separate estimate of digestibility of the selected diet which, when combined, provide an estimate of voluntary intake. One of the more recent approaches has been the method based on the use of plant-wax markers, specifically the alkane component, for estimating forage intake and composition (see for example, Dove 2010). It is not intended to provide a detailed description of these methods or their advantages and deficiencies here but we suggest that these various methods have more applicability to researchers seeking a high degree of precision in measurements than to field workers requiring less accurate but more simple and regular estimates of intake for matching nutrient supply with requirements. In order to provide a more practical approach to applying the published requirements to grazing livestock a number of the nutrient requirement systems have developed functions for estimating the potential intake of grazing animals. These are described in more detail in NRC (2007). One such system is that developed within SCA (1990) and later CSIRO (2007) in which intake is calculated as the product of the potential intake of the diet, i.e., that achievable for an all-grass diet when neither quantity nor quality (i.e., DMD of 80% or more) are limiting, and the relative intake which is expressed as a
112 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte proportion of the potential intake which an animal can acquire from the herbage supply. In this system, unlike most others, potential intake is scaled to the standard reference weight (SRW) of the animal to account for differences in the mature size of animals. The SRW refers to the weight of a mature female in the middle of the condition score range for each breed of cattle and sheep. The relative intake is a function of the extent to which the chemical composition of the herbage restricts its intake by the animal and the physical features of the sward which limit the animal’s ability to harvest that herbage across the day. To facilitate the application of these processes in a practical way the functions of the Australian nutrient requirement systems (SCA 1990; CSIRO 2007) have been incorporated into a decision support system (GrazFeed – Freer et al. 1997; GrassGro – Moore et al. 1997; Freer et al. 2009) for use under grazing conditions. In the determination of herbage intake, aspects such as herbage mass and height, digestibility, legume content and N content are incorporated in the algorithms for determining relative intake. It is necessary for the user to input the digestibility of the herbage components from which it is allocated by the encapsulated algorithm into conceptual digestibility pools from which the animal in turn selects until an intake limit is achieved. The GrazFeed package in this form has been successfully applied in south-eastern Australia in temperate pasture systems but not in tropical pasture or rangeland situations where the relationships established for temperate pastures, especially those associated with nutritive value and height, do not apply (Freer et al. 1997; Freer et al. 2009). A possible modification for the rangeland situation is for the user to directly input a digestibility predicted using F.NIRS (see above); the potential for this is currently being evaluated (M. Freer, pers. comm.). However, it will still be necessary to include a consideration of forage availability which will restrict intake below that predicted by diet quality alone. Thus some description of the herbage mass on offer, and the extent of defoliation, will be required. When herbage mass (or leaf mass) per unit area falls below a certain threshold, the animal’s intake will be limited by its ability to satisfy its appetite in the time available to harvest the forage. The extent of defoliation of this herbage mass also affects intake by its flow on
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 113 effect on bite size (Stobbs 1973, 1975). Grazing animals select mostly leaf which contrasts with hand-fed animals which receive variable proportions of leaf and stem when fed a chaffed hay diet. Poppi et al. (1981) showed that intake of leaf was markedly higher than for stem of the same DMD. At present neither the limits of defoliation nor the critical herbage mass have been defined for extensively-grazed native pastures.
Estimating intake for fodder budgeting
Where under tropical pasture or rangeland conditions the main purpose of determining the intake of grazing animals is for fodder budgeting purposes and/or to set appropriate stocking rates, for instance at the end of the growing season when the standing pasture usually represents the available reserves for the ensuing dry season period, it may be possible to achieve a sufficiently accurate prediction of intake from calculations based on observed growth rate of the animals. Providing the equations describing energy utilization by the animals are sound and their application results in relatively accurate prediction of growth rate from known intake and diet composition, as has been demonstrated above, then it should follow that these calculations can be reversed and intake could be estimated by back- calculation from liveweight change and some estimate of the energy density of the diet (M/D). In practice, the liveweight change used in these calculations could be determined from regular weighing of the animals or alternatively it could be predicted based on previous experience in the same area for similar grazing conditions (historical value). This approach to intake prediction is not new; it has been suggested before (e.g., MAFF, 1975; Baker 1982, 2004; Minson and McDonald, 1987). What has usually been lacking is the validation of the predictions under practical feeding conditions. Based on an indication of the validity of the equations describing energy utilization in SCA (1990), as shown earlier, we have developed our own spreadsheet intake calculator called ‘QuikIntake’ (McLennan and Poppi, unpublished data), which is currently undergoing validation. The main inputs required for an unsupplemented, confined (non- grazing) animal include a description of the animal in terms of its
114 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte breed, sex, age, current liveweight, SRW and its liveweight gain, either measured or forecast, and an estimate of the M/D of the diet, which under grazing conditions could be calculated from the DMD derived from F.NIRS analysis (see earlier). With this background information the ME intake required to achieve the liveweight gain can be determined and thereby also DM intake of the forage by dividing ME intake by M/D. Where supplements are fed to the animals at known daily intake, their energy contribution to the total ME intake can be calculated and subtracted so that the remaining ME intake is attributed to the pasture component and its DM intake calculated accordingly. Early results of the validation study indicate some emerging problems with intake prediction for low-quality tropical forages in the variability of the relationship between predicted and observed DM intake for a measured liveweight change, which seem related to the variability around the equations for energy use. As an example, for weaner steers consuming Rhodes grass (Chloris gayana) hay the predicted compared with observed intake for the measured liveweight change was 1.50 vs. 1.67%W/day, whereas for speargrass (Heteropogon contortus) it was 1.84 vs. 1.15%W/day. Thus, although there is confidence in the nature of the equations, there is sufficient variability in predicted intakes to be of concern in their general application. Currently the application of QuikIntake based on the standard equations seems to generally over-estimate intake for a liveweight change or loss around maintenance for low-CP forages. The cause of this variability is still being investigated, but is most likely related to different efficiencies of MCP production and hence MP supply, possibly as a function of variable N recycling under these conditions, or to different relationships between DMD and intake for different forage types (e.g., temperate vs. tropical forages). Extension of this process of intake prediction to the grazing situation presents further challenges in that allowance needs to be made for the additional energy costs of grazing and foraging of the animal, as well as for temperature regulation under extreme conditions. A simplified calculation of the energy expended in eating and walking has been provided by Freer et al. (2009). However, where there already appear to be inaccuracies associated with
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 115 energy use for confined animals, adding the extra dimension of predicting energy use for grazing activity, especially where the distance walked needs to be estimated, is likely to further reduce the precision of intake prediction. When Lardy et al. (2004) applied the NRC beef cattle requirement model (NRC 1996) to cows grazing rangeland and sub-irrigated pastures in Nebraska, they found that at times predicted energy deficits were excessive and “biologically unreasonable”. By their summation, prediction errors were likely to have originated from low predictions of the energy density of the diet selected and the resulting low predicted DM intake. This reinforces the point that models predicting grazing animal performance need first to provide a relatively accurate estimate of voluntary intake of the animals before then predicting the utilisation of that ingested energy for production. The potential multiplication of errors from estimates of both energy intake and utilisation, as suggested by our results and those of Lardy et al. (2004), could provide wide discrepancies in predicted against observed animal performance. Notwithstanding these issues with the accuracy of intake predictions under field conditions, we have used this approach to compare pasture intake in a grazing study for groups of cattle receiving different types and levels of supplement. The assumption here is that the errors will be relatively constant across treatment groups and that the relative, if not actual, intakes predicted will be valid. For instance, the age, breed, sex and SRW of the cattle were the same across groups and liveweight and liveweight gain were measured for each treatment. The DMD, and thence M/D, of the diet was estimated using F.NIRS for an unsupplemented trial group with the assumption that supplements did not influence the quality of the diet selected where pasture availability was not limiting. The other assumption that must be made is that supplement intake does not affect the digestibility of the forage component of the diet whereas it is known that at higher intakes of grain supplement, forage digestibility can be reduced through a depression in cellulolysis in the rumen (substitution; Moore et al. 1999). A correction for this effect can be applied using the equations of Moore but would probably only be warranted where supplement intake exceeded about 20% of the diet DM. In our study, pasture (DM) intakes during a dry season,
116 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte predicted using QuikIntake, were 2.2%W/day for unsupplemented steers and 1.7%W/day for steers consuming 1.2%W/day of a molasses-based supplement. Pasture utilisation and relative carrying capacity of the paddocks under different nutritional regimes could thus be estimated using this information.
Concluding remarks
Considerable inaccuracies can be associated with sampling the pasture in order to obtain an estimate of diet nutritive value but the emergence of the F.NIRS method provides optimism in this area for the future. Translating diet nutritive value to intake by grazing animals remains the major issue and the solution lies beyond a simple relationship between the two as herbage availability and stage of defoliation can limit intake to below that predicted on quality alone. The prediction of intake in grazing animals remains the major obstacle to the application of the nutrient requirement systems in the field. Where the main purpose for intake prediction lies in fodder budgeting, back-calculating intake from liveweight change could provide a sufficiently accurate solution.
APPLICATION
The foregoing discussion leads to our conclusion that the various nutrient requirement systems are sufficiently accurate for most aspects of field application. The basic principles of energy and protein use, and the underlying equations describing them, in the various nutrient requirement systems are conceptually sound and currently apply well enough to permit their application in the field, including with tropical and rangeland systems. Evidence that the two systems tested above, with their quite different approach to determining energy requirements and use, provided similar predictions of growth rate from known nutrient intake suggest that this might be more widely applicable across other requirement systems used world-wide. We strongly refute the suggestion that the requirement systems be discarded; they should be used instead with knowledge and judgement underpinned by an understanding of the equations therein describing nutrient use. Some refinements to the
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 117 various nutrient requirement systems will occur in the future as more research is undertaken and new information becomes available but the general application is unlikely to change in any substantial way. The major changes will probably occur in their more widespread translation to computer-based software systems that simplify the application of their complex equations for practical use by scientists and even animal producers and their advisors. Some suggestions to animal nutrition scientists on the application of the nutrient requirement systems are as follows: 1. Adopt a system for regular use. Nutritionists, especially early- career scientists, are advised to adopt a nutrient requirement system for general use, preferably one from their own region which has adequate support through its widespread application, and become familiar with its key equations, assumptions and inputs and outputs. Obtaining a good understanding of the nutrient requirements system will translate to an enhanced understanding of the key nutritional principles. In association with this endeavour, young scientists should read such key texts as Bioenergetics and growth (Brody 1945), The energy metabolism of ruminants (Blaxter 1962) and, for minerals, The mineral nutrition of livestock (Underwood 1981), which represent the foundations upon which the current systems have been developed, and of which the key principles still apply. Any improvement in the understanding of these principles will be of long-term benefit. 2. Review research findings. An examination of the results of completed research, especially that of feeding trials with confined animals where inputs and responses are well defined, will identify where predictions from the requirement systems agree or do not with observed findings. For instance, how good is the relationship between estimated ME intake and estimated energy retention (see Figure 2 above) or observed LW change? There are a number of equations available with the different feeding standards to calculate the energy density of the diet (M/D) and users are encouraged to evaluate the effect of changing these on the estimation of ME intake and on the relationship described above. Does predicted LW change of hand-fed cattle agree with observed values, and where are the outliers (see Figure 3 above)? Under field conditions an examination of results will require some assumptions on the intake of the animals
118 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte but the exercise is still worthwhile if only to improve the user’s understanding of the various processes involved in determining the animal’s performance. 3. Predict animal performance. Predicting ahead, especially with grazing animals, is difficult because of the various unknowns associated with forage intake and diet quality, which is continually changing. Nevertheless, it does provide a method for initial screening of treatments to be followed later by a retrospective analysis of results obtained together with a re-evaluation of assumptions made. Often more will be learnt from incorrect than from accurate predictions and the information may lead to development of new treatments. Part of the process will be in identifying what information needs to be collected from the forage or animal to improve the predictions. 4. Estimate intake. We have provided an example of how the intake of grazing animals can be estimated by back-calculation from LW change using the various equations of the nutrient requirement systems. A similar process should be possible with other systems but an important parameter will be the energy density of the selected diet which we derived by F.NIRS analysis. Either a measured or historical LW change can be used. There will often be considerable errors around this estimation of intake but the questions will be: how accurate does the prediction need to be, and are the relative differences between treatments in intake estimation representative of actual differences and therefore meaningful for interpreting treatment effects. Given the unknowns associated with applying the nutrient requirement systems in the field the user is likely to at times become disillusioned with their imprecision but this can often arise through unrealistic expectations of accuracy in the predictions. As Dove et al. (2010) proposed, one of the first questions to ask is: for what purpose is the nutrient requirement system being applied and thus what level of accuracy is needed. Scientists may require a higher order of accuracy for predicting performance than, for instance, livestock managers using the system to make estimates of forage intake for fodder budgeting. Deficiencies in the current system exist but it is
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 119 only with widespread use and testing with accumulated new data that refinements will be made and the application improved.
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FETAL PROGRAMMING IN BEEF CATTLE: HOW TO OPTIMIZE PERFORMANCE AND CARCASS VALUE IN EARLY LIFE STAGES
Marcio S. Duarte1, 2, Pedro Veiga R. Paulino2, 1Min Du 1Department of Animal Science, Washington State University, Pullman, WA 99164; 2Department of Animal Science, Universidade Federal de Viçosa, Brazil.
ABSTRACT
Beef cattle are raised for their lean, and excessive fat accumulation accounts for large amounts of waste. On the other hand, intramuscular fat or marbling is essential for the palatability of beef. In addition, tender beef is demanded by consumers, and connective tissue contributes to its background toughness. Recent studies have shown that myocytes, adipocytes and fibroblasts are all derived from a common pool of progenitor cells during the embryonic stage. It appears that during early developmental stage, multipotent mesenchymal stem cells (MSCs) first diverge into either myogenic or adipogenic/fibrogenic lineage; myogenic progenitor cells further develop into muscle fibers and satellite cells, while adipogenic/fibrogenic lineage cells develop into the stromal-vascular fraction of skeletal muscle where adipocytes, fibroblasts and resident fibro/adipogenic progenitor cells (FAPs, the counterpart of satellite cells) are raised. Strengthening myogenesis (formation of muscle cells) that enhances lean growth, promoting intramuscular adipogenesis (formation of fat cells) that elevates marbling, and reducing intramuscular fibrogenesis (formation of fibroblasts and synthesis of connective tissue) can improve overall tenderness of beef. Nutritional, environmental and genetic factors affect MSC differentiation; however, up to now, our knowledge regarding mechanisms governing MSC differentiation remains unclear. Altering MSC differentiation through nutritional management of beef cows, or fetal programming, is a promising method to improve cattle performance and carcass value. 124 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
INTRODUCTION In tropical regions such as Brazil, beef cattle production is based on pastures, which represent the lowest cost feed source for ruminant animals. Consequently, the distribution and seasonal variation in quantity and quality of forage is one of the main problems faced by beef producers in these areas (Sampaio et al., 2010). In addition, considering that the breeding season in most of grazing production systems in Brazil occurs between November and January, pregnant cows usually experience feed restriction during the mid gestation period, which overlaps with the dry season in most of the beef cattle production areas. Thus, in order to minimize this problem, beef producers have designed different strategies of supplementation for grazing pregnant cows mainly during the last three months of gestation when most of fetal growth occurs (Ferrell et al., 1976). Recent studies, however, suggest that nutrient deficiency from early to mid-gestation in ruminant animals can cause reduction of muscle fiber number and muscle mass, and consequently affecting performance and meat quality of progeny (Du et al., 2010a), even when no difference is observed on birth weight of the offspring (Wu et al., 2006). Furthermore, during the early phase of fetal development, critical events for normal conceptus development occur, including differentiation, vascularization, fetal organogenesis, and placental development (Funston et al., 2010). In recent years, a number of studies were conducted to understand mechanisms relating fetal development, including muscle and fat development. Skeletal muscle development mainly involves the formation of muscle fibers (myogenesis), but also the formation of intramuscular adipocytes (adipogenesis) and fibroblasts (fibrogenesis). Intramuscular adipogenesis forms sites for fat deposition or formation of marbling fat. Intramuscular fibrogenesis generates connective tissue responsible for the background toughness of meat. Very recent studies have shown that intramuscular adipocytes and fibroblasts are developed from common progenitor cells (Joe et al., 2010; Uezumi et al., 2010; Uezumi et al., 2011). Thus, enhancing adipogenic and inhibiting fibrogenic differentiation from progenitor cells will increase marbling and tenderness of meat, which demands our understanding
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 125 of mechanisms regulating adipogenic and fibrogenic differentiation of intramuscular progenitor cells. Enhancing knowledge of in utero regulations of myogenesis, adipogenesis and fibrogenesis will allow us, in a short future, to improve the production efficiency of beef cattle and the quality of beef.
FETAL PROGRAMMING DUE TO MATERNAL NUTRITION
The concept of fetal origins of adult health, known as fetal or developmental programming or the Barker hypothesis, is based on the epidemiological data linking long-term effects of low birth weight, due to malnutrition, on adult health (Barker et al., 2002). The fetal origins hypothesis states that fetal nutrient deficiency leads to disproportionate fetal growth and programs later predisposition to chronic disease states such as coronary heart diseases, stroke, diabetes and hypertension (Barker, 2001). Low birth weight has been linked to adult diseases. The prevalence of type 2 diabetes increases 3 fold for men who weighed 5.5 pounds at birth when compared to those who had birth weights of 9.5 pounds. This relationship has been confirmed by several studies in Britain, the United States and Sweden (Barker, 1995, 2003; Hales et al., 1991), and also numerous animal studies (Du et al., 2010a). Fetal nutrient deficiency in human pregnancy is common due to several causes, such as maternal malnutrition, reduced placenta efficiency, adolescent pregnancy, closely spaced pregnancy, pregnancy with multiple fetuses, and hyperemesis gravidarum - a severe nausea and vomiting symptom affecting up to 2% of pregnant women. Maternal malnutrition remains a major concern in underdeveloped countries. However, in developed countries and some developing countries such as China, obesity and overnutrition are becoming serious problems. According to the latest NHANES survey (1999-2002), 26% of non-pregnant women 20-39 years of age in United States are overweight and 29% are obese (Hedley et al., 2004). More importantly, the shift towards higher gestational weight gain appears evident (Siega-Riz et al., 2006), showing excessive nutrient intake during gestation in affluent countries. In animal studies, both early malnutrition and overnutrition during gestation
126 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte program offspring to obesity and insulin resistance (Benyshek et al., 2004; Bieswal et al., 2006; Bispham et al., 2003; Desai et al., 2005; Du et al., 2010c; Fernandez-Twinn et al., 2006; Fernandez-Twinn et al., 2005; King, 2006; Symonds et al., 2004; Tong et al., 2009b; Yan et al., 2010; Zambrano et al., 2006). A growing body of evidence demonstrates that insulin resistance has a fetal origin. Insulin resistance, indicated by a slower glucose removal rate and higher insulin levels is observed in offspring of parents with type 2 diabetes (Petersen et al., 2004; Petersen et al., 2005; Warram et al., 1990). The presence of insulin resistance may exist one or two decades before overt type 2 diabetes is manifested (Petersen et al., 2005). In livestock production, fetal programming can be simply described as a response to a specific challenge during a critical fetal developmental time window that alters the trajectory of development qualitatively, quantitatively, or both, with permanent effects in the life of the animal. This hypothesis is even more reliable if we think that fetal stage is crucial for skeletal muscle development since there is no increase in muscle fibers numbers after birth (Du et al., 2011). Furthermore, development of vital organs has higher priority in nutrients portioning than skeletal muscle, which makes the muscular tissue more susceptible to variations of maternal nutrition during pregnancy. Thus, a decrease in nutrient availability to the dam during gestation can result in a reduced number of muscle fibers through fetal programming, reducing muscle mass and impacting animal performance.
MODULATION OF FETAL SKELETAL MUSCLE DEVELOPMENT BY MATERNAL NUTRITION
Fetal muscle development is a dynamic process that can be divided into two temporally distinct events: primary and secondary myogenesis. Primary myogenesis mainly occurs during the embryonic stage (first 3 months of gestation in the cow), when primary muscle fibers arise; secondary myogenesis occurs during the fetal stage (2 – 7 months of gestation in the cow), and leads to the formation of secondary muscle fibers. Only a small number of primary muscle fibers develop during the embryonic period, which will serve
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 127 as templates for the formation of secondary muscle fibers during the fetal stage. Both primary and secondary muscle fibers are derived from a pool of cells termed mesenchymal stem cells, which can be committed to a myogenic linage as well as other cell types such as adipocytes and chondrocytes (Yan et al., 2012). Several myogenic regulatory factors are involved in the differentiation of mesenchymal stem cells into muscle fibers. Prenatal regulation of myogenesis involves expression of regulatory proteins, including Wingless and Int (Wnt), paired box gene (Pax) 3 and Pax 7 (Hyatt et al., 2008). The Wnt signaling regulates the expression of Pax 3 and Pax 7, which are involved in the expression of the myogenic regulatory factors (MRFs) in mesenchymal stem cells (Figure 1). Identified MRFs include myogenin, MRF-4, MyoD and Myf-5 (Stewart & Rittweger, 2006). The expression of MyoD and Myf5 leads undifferentiated stem cells to undergo myogenic differentation to committed myoblasts. Subsequently, myoblasts express myogenin which is necessary to form multinucleated myotubes. At the end of skeletal muscle formation, MRF4 is expressed leading to formation of mature muscle fibers and MRF4 becomes the dominant MRF in postnatal muscle (Du et al., 2010b; Keren et al., 2006; Kollias & McDermott, 2008).
Figure 1 - In utero regulation of muscle fiber formation.
Since the muscle fibers are formed mainly during the fetal stage, skeletal muscle development is susceptible to nutrient deficiency (Zhu et al., 2004). The proliferation of myogenic cells is sensitive to nutrient availability, with maternal nutrient restriction
128 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte reducing cell proliferation and the number of secondary fibers derived from them. In a previous study when pregnant sheep were assigned to either a control diet which met 100% of the nutrient requirements or to a diet which only met 50% of the nutrient requirements during days 28 to 78 of gestation, the total number and the ratio of secondary to primary muscle fibers were reduced due to nutrient deficiency (Zhu et al., 2004). It was also reported by Quigley et al. (2005) that in sheep, peri-conceptional 50% nutrient restriction of pregnant ewes reduced the total number of fetal muscle fibers by about 20%. Regarding cattle and sheep, the number of muscle fibers is hardly affected by maternal feed restriction at late gestation since the maturation of skeletal muscle occurs in approximately 105 d of gestation in sheep and 210 d of gestation in cattle (Du et al., 2010a; Yan et al., 2010). Nonetheless, maternal feed restriction at this stage does reduce the size of muscle fiber (Greenwood et al., 1999). Muscle fiber type composition affects oxidative capacity and meat quality. The oxidative capacity of muscle fibers generally follows the order of type I > type IIa > type IIb for pigs or type IIx for cattle (He et al., 2001). In a previous study, it was observed that maternal undernutrition reduced muscle fiber number but increased type IIx fibers (Zhu et al., 2008). Alteration of muscle fiber composition of offspring due to maternal nutrient restriction was confirmed by another study in sheep (Daniel et al., 2007). In other study, results reported by Fahey et al. (2005) showed that maternal undernutrition before, but not after, fetal myofiber differentiation at about day 85 of gestation decreased the number of fast fibers in longissimus and vastus lateralis muscles of neonatal lambs, with possible implications for subsequent meat quality.
INCREASING MARBLING AT PRENATAL STAGE
Marbling is critical for meat flavor, juiciness and tenderness (Dodson et al., 2010; Hausman et al., 2009). Marbling becomes a top quality problem due to selection for high lean growth which reduces intramuscular fat accumulation (Du et al., 2010a). Current nutritional management to increase marbling has been focused on finishing feedlot diets (Duarte et al., 2011; Lage et al., 2012; Oliveira et al.,
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2011), which increases the size of intramuscular adipocytes. However, marbling is due to both intramuscular adipocyte number and size. Fetal and early developmental stage is critical for increasing intramuscular adipocyte number (Du et al., 2011). As previously mentioned in this review, myogenesis, adipogenesis and fibrogenesis appear to be competitive processes (Du et al., 2011), and the commitment of stem cells to one of these events can be altered by in utero regulations (Figure 2). By switching the commitment of multipotent cells from myogenesis to adipogenesis, the number of adipocytes in the body can be increased resulting in a different body composition. The formation of adipocytes from the mesoderm begins during midgestation (Du et al., 2010c). Adipogenesis inside muscle during the fetal stage has a dominant effect on the number of intramuscular adipocytes, an event linked to insulin resistance due to their paracrine effects and close proximity (Aguiari et al., 2008). Adipose tissue growth in later life is due to both hypertrophy and hyperplasia (Feve, 2005). However, new adipocytes generated later in life are mainly located in visceral and retroperitoneal fat depots and also in subcutaneous fat depots, with very few located in intramuscular fat (Faust et al., 1978; Miller et al., 1984; Valet et al., 2002). Mechanisms controlling adipogenesis in fetal muscle in vivo are poorly defined, although there are numerous in vitro cell culture studies (Rosen & MacDougald, 2006). In these studies, pre-adipocytes 3T3 and mesenchymal stem cells 10T1/2 cell lines, are commonly used. These studies have demonstrated that peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ) and CCAAT- enhancer-binding proteins (C/EBPs) are crucial intracellular factors controlling adipogenesis. Their expression leads to adipogenesis from pluripotent cells (Cho & Jefcoate, 2004; Giri et al., 2006).
130 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Figure 2 - Variations on maternal nutrition during fetal stage can lead stem cells to undergo to different cell lineages.
Enhanced adipogenesis in fetal muscle of over-nourished mothers produces a large number of adipocytes in skeletal muscle which predisposes muscle of offspring to accumulate intramuscular fat due to the hypertrophy of existing adipocytes (Yan et al., 2010). However, the role of maternal obesity in adipogenesis of fetal muscle has not been extensively studied. In a study evaluating the impact of maternal overnutrition on the adipogenesis and lipid content in fetal muscle, multiparous ewes were fed from 60 d before conception to 75 d of gestation. Ewes were fed either a highly palatable diet at 100% (control - CON) or 150% (obese - OB) of the NRC (1985) recommendations (Tong et al., 2009a). Ewes on the OB diet increased their body weight by about 40% during dietary treatment (P<0.05) and developed severe obesity. In contrast, no significant increase in body weight was observed in CON ewes. Body weight and crown rump length of fetuses from ewes on the OB diet were
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 131
~30% greater (P<0.05) than that of fetuses from ewes on the CON diet at day 75 of gestation (374 ± 10 g and 24.6 ± 0.2 cm vs. 268 ± 12 g and 22.1 ± 0.2 cm, respectively). Additionally, the weights of fetal muscle collected from ewes on the OB diet were greater (P<0.05) than those of ewes on the CON diet. The expression of peroxisome proliferator-activated receptor γ (PPARγ), a marker of initial adipogenesis, was higher (0.05%) in OB fetal muscle, suggesting an enhanced adipogenesis. In addition, the content of lipid in fetal muscle was also increased (P<0.05). These data strongly suggested that maternal obesity and overnutrition affected fetal muscle development by increasing intramuscular fat (Yan et al., 2010).
PROGRAMING BEEF CATTLE PRODUCTION
The Brazilian beef cattle systems that adopt more technology allow the animals that present better growth rate to be kept under pasture conditions up to 21 months, being slaughtered between 21 and 25 months. These animals usually stay more than 82% of their life under pasture conditions and around 18% of their life at feedlot mainly during the finishing period, where they are fed medium to high energy diets, in order to improve carcass and beef quality. However, as the use of high concentrate diets are costly, the time that animals are fed high energy diets in most cases is not enough to provide increase in marbling, which might be related to resistance to insulin that can be developed in the progeny due to perturbations in fetal stage. Marbling is correlated with the number of adipocytes in skeletal muscle. Increased adipogenesis in fetal muscle leads to an increase in the number of intramuscular adipocytes (Du et al., 2011). These intramuscular adipocytes accumulate fat during postnatal growth, forming marbling. Because grass-fed cattle are not fed a grain-based diet during “fattening” that induces adipocyte hypertrophy, it is less likely that adipocyte size will increase dramatically during the “finishing” phase of grass-fed cattle. Therefore, maternal nutritional management to increase adipogenesis in fetal muscle, is an alternative and may be the only choice to enhance marbling in grass-fed beef cattle (Du et al., 2010a). Fetal stage is crucial for the formation of intramuscular adipocytes, and their formation (i.e., adipogenesis) can be enhanced effectively through
132 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte maternal nutritional supplementation (Tong et al., 2009b). Since producers of grass-fed beef usually are also cow-calf operators, these producers are in a unique position to manage maternal nutrition to increase intramuscular fat in calves (Du et al., 2010a). With regard to animal performance, calves born from cows that were severely fed restricted during the second and third trimester of pregnancy, were 30% lighter than those of high birth weight and remained lighter at all stages of life, up to slaughter at 30 months of age, due to significantly slower rates of gain before and after weaning. This suggests that the relatively severe prenatal nutritional restriction may have limited their capacity for later compensatory growth, likely due to a reduction of muscle fibers (Greenwood & Cafe, 2007). More recently, in a study evaluating performance, carcass and meat quality traits of steers from cows adequately fed compared to progeny steers from fed restrict cows during pregnancy, Underwood et al. (2010) reported increased body weight (BW) gain, final BW, and hot carcass weight in steers from cows grazing improved pasture from day 120 to 180 of gestation when compared to progeny from cows grazing native range during that same time. Steers from cows grazing improved pasture had increased back fat and tended to have improved marbling scores compared to steers from cows grazing on native range. From these results, it can be inferred that animal performance, carcass and meat quality traits can be improved by providing better pasture conditions to grazing cows during pregnancy or supplementing them during critical phases of gestation. However, further studies need to be designed in order to develop different strategies of supplementation in grazing systems visioning an increase on performance and beef quality of the progeny.
SUMMARY AND FUTURE PERSPECTIVES
Available studies clearly showed that maternal nutrition affects fetal muscle and adipose tissue development, which has long-term effects on the offspring skeletal muscle and thus may provide a mechanism for fetal developmental programming. In grazing beef systems, maternal undernutrition during gestation seems to be one of major problems that might reduce performance and beef quality traits
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 133 of progeny. Proper nutrient supplementation, however, improves fetal skeletal muscle development and adipogenesis in fetal skeletal muscle, thereby enhancing marbling in progeny. For beef production, although the mechanisms by which placental and fetal programming occur are not completely clear, managing resources to ensure proper cow nutrient intake during critical points of gestation can improve progeny growth efficiency, beef quality and overall profitability.
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BEEF CATTLE WELFARE AND PRE-SLAUGHTER HANDLING IN BEEF PACKING PLANTS
Janice C. Swanson PhD Department of Animal Science, Michigan State University, East Lansing, MI USA
INTRODUCTION
Today the welfare of agricultural animals is a socially and politically active issue in many countries. Public sentiment toward the treatment of agricultural animals varies due to cultural and political differences however the biological principles with respect to the animal remain the same. How animals perceive their world, react to human handling, and express the consequences of poor handling is important to beef cattle producers and packers. We know poor pre- slaughter handling practices have been equated to poor beef quality for over 30 years. More recent work in meat quality indicates that even with improvement of handling practices meat quality is still an issue for the beef industry.
What is Beef Cattle Welfare?
The social and scientific evidence to date indicates that the welfare of beef cattle (or any agricultural animal) rotates around three interconnecting concepts: biological function, emotional states (scientifically referred to as affective states) and the environment in which the animal lives (living a natural life). In 1997 Fraser et al. developed the scientific concepts of animal welfare based on science and the ethical concerns and values expressed by the public. A recent review paper by von Keyserlingk et al. (2009) provides an excellent overview of the integration of the three scientific concepts of animal welfare (Figure 1) as it applies to dairy cattle welfare. The concepts are equally valuable in considering beef cattle welfare. 142 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Health, production, reproduction, mortality, etc
Opportunity to graze, Social needs, etc Fear, frustration, distress, contentment, etc
Figure1 - Three scientific concepts of animal welfare adapted from von Keyserlingk et al. 2009; based on Frazer et al. 1997.
Biological functioning includes physiological indices such as health, productivity, morbidity and mortality rates. For example, when health is compromised, biological function as measured by growth and reproduction is usually poor. As von Keyserlingk et al. (2009) skillfully points out impacts to biological function carry implications for the emotional state of the animal (referred to as affective states) and could possibly be attributed to the management or housing environment of the animal (natural living). The public is often concerned with the unnatural conditions of agricultural animal sand whether the animals adapt to these conditions: for example, beef cattle fed in feedlots and deprived of grazing. All three of these concepts demonstrate the interplay of the biological and environmental factors that affect the emotional lives of animals. Cattle handling practices can impact biological functioning, the emotional state of the animal, and how well an animal can adapt to the conditions of living, handling, transport or pre-slaughter management.
Beef Cattle Behavior and Handling
Competent stockpersons must be able to assess and understand the emotional state of cattle. This includes how cattle
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 143 perceive and learn to negotiate the world around them, the natural behavior of cattle, and how to detect signs of pain and distress to prevent suffering (Stookey and Watts, 2007). From an evolutionary perspective, prey animals avoid sendingovert signals of suffering, injury or distress. In the wild those signals invite death by predatory attack or social challenges from herd mates. Beef cattle are often characterized as possessing higher thresholds for pain than, for example, a dog whose evolved relationship with humans may allow obvious behavioral demonstrations of pain and distress -- especially in the presence of its owner. Detecting and interpreting the more subtle behavioral signs of fear, chronic pain and distress can be a challenge for stockpersons (Underwood, 2002). Cattle behaviors that have been associated with or used to measure emotional states, pain and distress include; vocalization, abnormal locomotion patterns, abnormal postures, head pressing or rubbing, uneven weight distribution, escape, avoidance, flinching, tail twitching or wagging, foot stamping, ear flicking; change in eating, ruminating, drinking, grazing patterns; lethargy, lowered ear position, excessive lying or standing, stretching, maladaptive behavior, asocial and aggressive behavior (Watts and Stookey, 2000;Underwood, 2002; Stafford and Mellor, 2005; Weary et al., 2006; Viñuela- Fernández et al. 2007;AVMA, 2011a,b). How does this information translate into good pre-slaughter handling practice? A basic working knowledge of cattle sensory perception and behavior is important to low stress managing and handling of cattle. Low stress handling techniques exploit the natural behavior of cattle. The outcomes are cattle that move calmly, quietly and more smoothly through a handling system or settle down quickly during restraint. Prey animals, like cattle, employ constant vigilance of their surroundings. The early detection of danger and rapid responses can mean the difference between life and death. Hearing, eye sight, and touch are threeof the most important senses to keeping cattle calm during handling. Cattle, like most grazing animals, have an acute sense of hearing. Their ears are constantly moving in the direction of sound. They are sensitive to high pitched or loud noises which are interpreted as a threat. Therefore the sound of human yelling, sharp whistles, and screaming will agitate and upset cattle. Cattle will be
144 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte less excitable and remain calmer when worked quietly by a stockperson using a soothing tone of voice or “quiet shushingsound” to move them (Grandin and Deesing, 2008). Vision is one of the strongest of the senses cattle use and is linked to the emotional state of fear. Rapid movements like arm waving, erratic darting and running mimic the movements of a predator. Like most prey animals, cattle have eyes located on the side of their heads and provide wide-angle (also called panoramic) vision. With nearly a 360 degree visual field, and only a small blind spot directly behind them, cattle can continuously monitor the environment even while grazing. Cattle also see separate images with each eye (monocular vision) therefore stockpersons must be aware of potential distractions on both sides of the animal. Cattle have dichromatic vision which causes them to react to heavy contrasts of dark and light color. For example, moving cattle from bright daylight into a dark unlit shed or stock truck can cause cattle to balk or attempt to turn around and escape. Dark shadows or reflections on the floor or along a chute (or race) side panel can cause similar behavior. Even an abrupt change in equipment color can cause problems. Moving cattle from daylight to darker environments requiresinterior lighting that shows them aclear path forward. Lighting should be placed so it does not shine into the eyes or cause reflections or shadows. The smooth movement of cattle into working sheds, chute systems (or races), up ramps leading into a transport trailer or into a packing plant should be set up so cattle can see where they are going and minimize the contrast between light and dark. The sense of touch is also important to low stress handling. The quality of physical contact with stockpersons can shape cattle behavior. Beating, hitting, excessive or inappropriate electric prod use and other abusive forms of handling create a long term negative association in cattle with humans, including the places and conditions under which they are handled. The use of non-threatening moving aids such as paddles, flags, and rattles can effectively move cattle without touching. If touching is required it should be momentary and firm enough to initiate calm movement but not escape behavior. Rough handling should never be tolerated by management. It
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 145 decreases animal welfare, is a potential threat to human safety and is known to cause poor meat quality. The effects of poor handling can last the lifetime of an animal. Early experiences with rough handling tend to embed long term memories in cattle.Vigilance of the surrounding environment, detecting changes, proper translation of the change (Is it harmful?) and the execution of a rapid response is deeply rooted in the evolved survival mechanisms of a prey animal. For example, calves that are roughly handled through a chute system for the first time are likely to develop a memory of, and an aversion to, being handled by humans and being restrained in a chute. This sets in motion a behavioral resistance to working with human handlers and restraint that is likely never erased. Working calmly and quietly with the natural behavior of cattle, acquiring the ability to detect signs of distress, and developing practices that help to familiarize cattle with human presence and handling is important. Non-threatening exercises such as quietly riding andwalking among cattle at an early age are imperative to successful low stress handling. It is very important that extensively raised cattle or cattle that are subjected to being worked by stockpersons riding horse-back be familiarized with handling by stockpersons from the ground. Cattle will not perceive or generalize a stockperson on horse-back (horse and rider may be perceived as a single functional organism) as the same as a stockperson(s) on foot. In the final stages of their lives all cattle will be worked by stockpersons on foot at the packing plant therefore they must be familiarized with humans walking amongst them. Moving cattle through a chute and restraint system the first time is scary but distress can be minimized by working cattle calmly through the system, familiarizing them with the experience of capture by being held gently but firmly while in restraint, and quietly released from the restraint back to their herd mates. This may not be practical for all housing conditions but wherever cattle are kept, whether on pasture or rangeland, the first handling experience should be conducted in the least stressful manner as possible. Cattle well- acquainted and adapted to humans, and being calmly herded and
146 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte worked through races and chutes, are often better behaved at the packing plant.
The Flight Zone
Being familiar with the flight zone (the distance a human (or other animal) can approach before the cattle turn and move away) of individual and groups of cattle and how to use it properly to move cattle under a range of conditions is important to low stress handling. Cattle are social herd dwelling animals and moving in groups is part of their natural behavior. There is safety in numbers. Isolation or moving alone means a threat to survival. The size of the flight zone can be influenced by many factors including temperament, genetics, experience with rough handling, and lack of human contact due to extensive raising conditions. Stockpersons that are experts at using the flight zone in extensive (ex. range or pasture) and intensive environments (ex. feedlots and holding pens) will adjust their movements according to the behavior of the cattle. By doing so, they accomplish the task of moving, loading and unloading, and restraining cattle better than those who are not. Many excellent resources are available describing the use of the flight zone and low stress handling techniques under intensive and extensive conditions (seeGrandin and Deesing,2008). Work with the natural behavior of cattle and learning low stress handling techniques will help cattle to better negotiate each phase of the production system.
Phases of Production and Handling of Beef Cattle
In its lifetime, a beef steer can make 3 or more transitions (Figure 2) before arriving at the processing plant at ~18 months of age. Each transition exposes cattle to procedures, transportation, new stockpersons, new herd-mates and new environments.
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Transport Transport Transport
Figure 2 - Typical transitions of beef cattle moving through the beef production system.
As cattle move through these different phases of production the time course of events and processes they experience can have an additive effect on their welfare. For example, it is not atypical for beef calves born in the western United States to be raised under extensive grazing conditions up to 4 to 6 months (or more) of age at which time they are weaned. At weaning time they encounter capture, may be castrated, vaccinated, branded, abruptly separated from its mother,and transported to a new location all within a span of 3 days or less. Each event levies a toll on the animal’s biological functioning and emotional state. Thus many cattle care standards and guidelines recommend spacing distressful procedures apart to allow for recovery. Poor handling during these processes only heightens the effect of each stressful event on biological function (Stookey and Watts, 2007). By the time cattle arrive at the feedlot (~400 kg) they will have encountered transport stress, social stress associated with mixing with new herd mates, changes in feed and forage composition, and being handled and restrained at different intervals for different procedures. Each production phase may engage new stockpersons who may or may not use best handling practices. It is imperative that all stockpersons be trained in low stress cattle handling techniques. Eventually all of these handling experiences land at the packing plant door. Cattle that have been roughly handled through each production phase are likely to be more reactive and create handling problems at the packing plant.Thus pre-slaughter handling
148 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte experiences and the memory of human handling should be a concern of beef packing plants. Many plants can identify cattle from specific feedlots based on their condition and behavior upon arrival. Packing plants can use their position in the beef supply chain to provide important feedback to managers of feedlots about the welfare and treatment of their cattle.
Pre-Slaughter Handling and Meat Quality
A rich scientific literature exists on the effects of pre-slaughter stress on meat quality.Chronic stress induced 24 – 48 h prior to slaughter causes the depletion of glycogen stores in the muscle of cattle. Post-slaughter the glycogen stored in muscle will be converted to lactic acid. If glycogen stores are depleted before slaughter, proper acidification does not occur (Figure 3). The improper pH imparts a darker brick red color to the muscle which becomes firm and dry and is referred to as DFD (Dark, Firm, Dry) beef. The DFD meat is considered undesirable due to the reduction of flavor and tenderness of the beef. DFD beef is also more prone to spoilage. The economic losses and discounts to DFD beef carcasses are a major concern to the beef industry.
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pH
Hours
Figure 3 - The drop in muscle pH from 0-48 hours post slaughter for normal beef carcasses (Normal pH) and for carcasses producing dark, firm and dry meat (DFD).The graph is adapted and redrawn from Wariss, 1990.
Over 30 years ago researchers were identifying factors contributing to poor meat quality. Some of the first studies were focused on pigs. In 1984 Fabiansson et al. reported on the high incidence of DFD beef from cattle raised in Sweden. The pH of meat (pH24>6.2) was identified as a major contributor to the production of dark cutting beef carcasses. Young bulls (twice the incidence of DFD), warm seasonal temperatures, and lairage time and conditions appeared to also contribute to the productionof DFD carcasses. Less than 10 years later Brown et al. (1990) reported the incidence of dark cutting beef in the United Kingdom. Brown and others gathered carcass data from nearly twice as many packing plants (8) and cattle (4816) than the Swedish study. In addition to pH, bulls, and warmer seasonal temperatures; the researchers identified long transport distance to the plant (≥ 241.4 km)and large numbers of cattle slaughtered each day (≤ 50 versus ≥ 100 per day) as additional contributors to the incidence of DFD. In the same year Wariss (1990)
150 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte and Tarrant (1990) published comprehensive reviews of pre- slaughter handling and transportation effects on carcass and meat quality. Other studies conducted in Ireland, France and the United States further substantiated these findings relative to chronic stress and meat quality. Today a carcass pHµ of ~ 6.0 or higher is now considered at risk of DFD. Since then scientists have conducted in depth studies on a variety of factors that affect meat quality (Warner et al. 2010; Gruber et al. 2010). A recent review by Warner, et al. 2010 indicates considerable variability among genetic and environmental influences and interactions that affect tenderness and other important qualities of meat. Warner and others note that the pre-slaughter experiences of cattle can produce varied effects on tenderness and other sensory attributes of beef. Of these experiences acute stress, physical activity, rough handling, animal susceptibility to stress, individual temperament and transport are mentioned Transport. Because transportation to packing plants typically occurs within the 24 – 48 h time window in which meat quality is most affected, scientists have focused on this pre-slaughter activity. Stress factors affecting cattle pre-transit, in-transit and post-transit have been intensively studiedby measuring the physiological response elicited by cattle during different phases of transport (see reviews by von Borrel 2001; Swanson and Morrow-Tesch, 2001; Grandin, 1997). Driving habits, loading and unloading, social activity among cattle within the truck, animal orientation in the truck, ability to balance, stocking density, are some of the factors that have been studied. As one might guess the behavior of stockpersons and truck drivers can significantly affect the transportation experience of cattle. All cattle experience some level of transport stress. However the experience is heightened if attention is not paid to the following factors including: low-stress handling at loading and load-out, design of loading and unloading facilities and equipment, driver skills and training in low stress handling, weather events, length of time in-transit, truck design and maintenance (Grandin and Deesing, 2008). Thus it is important to considercattle transporters who have good records and train drivers not only in driving skills but also cattle behavior and low stress
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 151 handling techniques to reduce the impact of pre-slaughter stressors on cattle. Bruising. There are other meat quality problems like carcass bruising that can be indicative of poor pre-slaughter handling. Bruises are not detectable on live cattle unless severe enough to cause blood leakage and swelling under the skin. The beating of cattle with hard objects, pushing/prodding cattle so that they hit the sides of equipment, poorly designed equipment and facilities with sharp edges and protrusions will cause bruising that damages muscle and lowers both yield and meat quality. Horned cattle tend to have higher percentages of bruising than polled. Bruising can happen during any phase of production and even post-stun (before exsanguination) at the packing plant. In the U.S. the National Cattleman’s Beef Association (NCBA) conducts regular audits of slaughter cows, heifers and steers by collecting data on carcass quality indicators including the incidence of bruising, injection site lesions, and DFD (Garcia et al. 2008). Using this data the NCBA identifies problems and develops strategies to raise awareness of feedlot managers and packing plant operators. They offer recommendations that reduce problems including training in low stress cattle handling techniques and best transport practices. In the 2005 NCBA audit 25.8% of carcasses had 1 bruise, 7.4% had 2 bruises, 1.6% had 3 bruises, 0.4% had 4 bruises, and 0% had more than 4 bruises which was a reduction from the previous two audits. Nearly 65% percent of the audited beef carcasses had no bruises. Of the bruises found, they were most common in the loin (32.6%), chuck (27%) and rib (19.5%) area. The authors attributed the reduction in bruising to the beef industry’s attention to promoting low stress cattle handling and facility design that takes the senses and natural behavior of cattle into consideration.
Pre-Slaughter Handling Recommendations for the Packing Plant
Today most large packing plants have policies and standards that provide guidance to management on pre-slaughter handling practices as well as stunning and slaughter methods. One of the most important policies concerns animal mistreatment or abuse by
152 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte employees as a condition of the termination of employment. In many of the larger plants in North America, specific personnel are tasked with employee training and the regular supervision and auditing of animal handling practices in the plant. For example, in the United States the beef packing plants follow the guidelines, criteria and auditing practices developed by the American Meat Institute (AMI, 2010). Food retailers such as McDonalds require the suppliers of beef products to follow the AMI recommendations and require third party audits of their beef suppliers. Training in low stress animal handling should be a mandatory condition of employment for persons handling cattle at the packing plant. Listed below are recommended guidelines and critical control points employed by packing plants to ensure the welfare of pre- slaughter beef cattle and to deliver a high quality beef product to the consumer. These guidelines and control points were developed through careful identification of criterion and measurements that actually translate into improvements to pre-slaughter handling and to beef cattle welfare. The following recommendations are adapted from the AMI guidelines (AMI 2010). Other guidelines and laws may exist in different countries. Thus it is important to follow the guidelines established for the Brazilian beef industry and by your customers. Cattle Handling Guidelines and Principles: Packing plant employees who are responsible for handling cattle should be trained and regularly audited for their use of best handling practices. Training should also include a complete understanding of the proper use of the equipment, how to inspect equipment to ensure it is in good working order, and how to report any problems with facilities, equipment or other employees that place the safety and welfare of cattle and humans at risk. All cattle arriving at the packing plant will experience some level of anxiety due to the new sights, sounds, and smells. Rough handling rapidly turns the anxiety into fear and distress. The following are 10 general principles that help cattle move more calmly through the processing system and up to the stunning box or restrainer. 1. Employees are trained in cattle behavior and use the flight zone and the point of balance to move cattle calmly and at a walk. Calm animals are easier to move.Employees are also
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properly trained on how to humanely handle and move cattle that become non-ambulatory. 2. Cattle must be given the space they need to move through a race or chute system by moving them in small groups. Large groups that fill the space cause traffic jams. 3. Do not over fill tubs and pens or overcrowd cattle at holding gates. Crowd pens should never be over 75% full 4. Do not yell, bang on gates, railings or walls with sticks or paddles to move cattle. Reduce sources of noise in the areas where cattle will be moving or held 5. Prevent injury, bruises and falls by having non-slip flooring appropriate to the area in which cattle are to be moved, restrained or held. 6. Inspect facilities and restraining chutes for working order, objects that may cause injuries (sharp protrusions) or cause distraction like shadows, hanging objects, or air blowing into the face of cattle. Remove the distraction. 7. Use solid sided panels in crowd pens and races leading up to the restrainer. 8. Use electric prods (≤ 50 volts) sparingly or not at all. Substitute flags, paddles or rattles that will motivate cattle to move but do not pose a significant threat. 9. Make sure all areas are well-lit when working cattle to reduce fear. 10. Do not hit animals or use an electric prod at the opening of the stunning box or restrainer.
Critical Control Points and Audit Criteria: To monitor how well cattle are handled by employees at the plant the following critical control points are audited.These audit criteria were developed by and adapted from the AMI (2010) guidance and auditing documents. 1. Number of cattle that slip (knee or hock hits the floor) and fall (body touches the floor) in the following locations (% slips and falls out of 100 cattle observed): a. unloading of the truck b. crowd pen c. single file chute (race) d. alleys e. stunning box or restrainer
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2. Vocalizations (moos and bellowing) in the following locations while cattle are being handled (% vocalizing out of 100 cattle observed): a. Crowd pen b. Chute leading up to the stunning box or restrainer 3. Use of electric prods (% use out of 100 cattle observed) a. Scores recorded for each animal indicate: i. No use of the prod ii. Prod used for no reason iii. Prod used due to balking 4. Observed acts of rough handling and abuse to cattle a. Record all acts observed and the nature of the acts. Acts may include: i. Application of electric prods to eyes, anus, ears and sensitive parts of the animals body) ii. Dragging non-ambulatory cattle iii. Deliberate acts of abuse such as beating, slamming equipment into animals, and neglecting animals
The next two criteria evaluate how well employees produce an effective stun and if the stun had induced unconsciousness rendering the cattle insensible to pain. The first criterion is measured at the stunning box or restrainer. The second criterion is on the bleeding rail. 1. Stunning Efficacy (% cattle correctly stunned out of 100 cattle observed). The following should be noted for each animal. a. Stunned correctly (first shot and in correct location) b. Failed stun due to equipment failure c. Stunned incorrectly in the wrong location 2. Cattle Insensibility (% cattle insensible out of 100 cattle observed). The following should be noted for each animal. a. Cattle rendered completely insensible (no signs of consciousness) b. Eye movement (in response to touch) or blinking c. Vocalization d. Regular rhythmic breathing pattern e. Cattle attempt to raise its head (called the righting reflex)
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f. A stiff curled tongue (no hanging and occurs with other reflex like eye blink) The recommendations above are a brief summary of the major points to consider when setting performance goals for pre-slaughter handling of cattle at the plant. Packing plants must set the levels of tolerance for each of the criterion. In many cases the buyers of your beef product will set those limits as a condition of business. In the case of major retailers and packing plants in the United States who have adopted the standards set by the AMI, the tolerances are set as follows:
1. 95% cattle must be stunned correctly 2. 100% must be rendered insensible 3. 1% or less cattle fall at truck unloading and in the various locations in the plant 4. 3% or less of the cattle vocalize in locations in the plant (5% or less for ritual slaughter) 5. 25% or less of the cattle are subjected to electric prod use 6. No deliberate acts of abuse are tolerated
There are other considerations for the welfare of cattle while at the plant. For example the plant holding pen (lairage) conditions should be evaluated to ensure cattle have access to water after unloading and space to rest. To prevent problems from showing up on the plant doorstep special attention should be paid to identifying feedlots or ranches that deliver cattle in poor condition. Cattle should be properly assessed for their fitness to withstand transport and the ability to negotiate conditions at the plant once they arrive. Unhealthy debilitated or injured cattle who manage make the journey withoutcollapsing on the truck may drop with fatigue after arrival. Cattle producers who load animals that are unfit should be discounted and if the issue persists denied access to the plant. Promoting good cattle welfare and animal handling practices whether on the ranch, feedlot or at the packing plant is a concern and responsibility of all segments of the beef cattle industry. Training of stockpersons and animal handlers at the plant in sound pre-slaughter management and handling of beef cattle helps to deliver a high
156 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte quality beef product to the consumer while meeting the social expectations for good cattle welfare.
Future Implications
The three concepts of animal welfare covered in the first section of this paper also emerge in the greater global context. For example, the global management of zoonotic disease affecting animals and humans (pandemics and epidemics) is strongly connected to the way animals (and their products) are managed, handled and transportedin addition to the changing ecological environments that foster new emerging or existing pathogens. With our modern packaging, storage and preservation techniques beef products now travel around the globe. The biological functioning (in particular health), emotional states (chronic distress is implicated in the shedding and distribution of disease), and the environments under which animals are managed are all interconnected. Thus the monitoring and control of animal disease, food safety, and environmental impacts of animals that facilitate disease processes are important overlays when considering beef cattle welfare. It is one of the driving forces behind the standardization of animal care and handling, slaughter and transportation practices being ratified and emerging from the World Organization for Animal Health (OIE). The OIE connection to the Codex, World Health Organization and the World Trade Organization will be important drivers of global mandates for the care and management of agricultural animals well into the future.
REFERENCES
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GERÊNCIA E COMPETITIVIDADE NA BOVINOCULTURA DE CORTE
Fabiano Alvim Barbosa1, Rafahel Carvalho Souza2 , Daniel Carneiro de Abreu3, Venício José Andrade4, Juliana Mergh Leão5 1 Médico Veterinário, DSc., Professor da Escola de Veterinária - UFMG; [email protected] 2 Médico Veterinário, DSc., Professor da FEAD e PUC-MG; 3 Engenheiro Agrônomo, MSc., Doutorando do Departamento de Zootecnia – UFV; 4Médico Veterinário, Ph. D., Professor da Escola de Veterinária – UFMG. 4Médico Veterinário, Mestranda - Escola de Veterinária – UFMG.
INTRODUÇÃO
A economia brasileira tem passado por rápidas transformações nos últimos anos. Nesse contexto, ganham espaço novas concepções, ações e atitudes, em que produtividade, controle dos custos de produção e eficiência se impõem como regras básicas de sobrevivência em um mercado cada vez mais competitivo e globalizado. A conscientização dos pesquisadores, técnicos e produtores rurais envolvidos nesse sistema, bem como o ajuste para esse novo cenário, é primordial para a competitividade da atividade (Barbosa & Souza, 2007). Associado a tais mudanças, a adoção de medidas e ações que buscam dirigir, empreender, administrar e gerenciar assumem papel fundamental na empresa rural. Tais medidas e ações são conduzidas com a finalidade de buscar a rentabilidade como objetivo final do processo produtivo, ou seja, gerenciar o processo pelo menor custo, com maior eficiência, a fim de obter o melhor resultado, tudo isso buscando e, ou, mantendo a sustentabilidade (El-Memari Neto, 2011). A sustentabilidade, sob este prisma, é entendida como a capacidade de sobrevivência no longo prazo (Oliveira & Pereira, 2009). O setor agropecuário é caracterizado como uma atividade de longo prazo, com investimentos elevados em que a necessidade de planejamento é fundamental. A produção não pode ser antecipada ou adiada de acordo com o mercado, pois depende de inúmeras variáveis que nem sempre podem ser controladas – mercado, condições climáticas, imposições legais e fiscais. As empresas rurais, independente de seu tamanho, necessitam solucionar 160 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte problemas e tomar decisões estratégicas e operacionais (Barbosa & Souza, 2007). Planejar é a palavra apropriada para se projetar um conjunto de ações para atingir um resultado claramente definido, quando se tem plena certeza da situação em que as ações acontecerão e controle quase absoluto dos fatores que asseguram o sucesso no alcance dos resultados (Alday, 2000). Para maior compreensão das interações entre componentes e gestão dos sistemas de produção, o uso de ferramentas gerenciais é considerado um instrumento eficaz para determinar o diagnóstico do negócio, planejar, estabelecer metas, delinear plano de ações e controlar o sistema de produção. Neste sentido, esta revisão foi conduzida com o objetivo de abordar aspectos gerenciais na bovinocultura de corte, o qual está divida em dois tópicos principais: ferramentas gerenciais e competitividade do sistema de produção de bovinos de corte.
FERRAMENTAS GERENCIAIS
A complexidade das empresas rurais analisadas no contexto interno (fazenda) e externo (mercado) aliada à competitividade do sistema precisam continuamente realocar, reajustar e reconciliar seus recursos disponíveis com os objetivos e oportunidades oferecidos pelo mercado (Souza et al., 1995). A gestão empresarial (planejamento, organização, direção e controle) é uma ferramenta do processo administrativo para aumentar a competitividade do sistema. Cada propriedade possui suas particularidades e desafios, sendo que cada uma apresenta seu contexto técnico e econômico característico. Isso leva a necessidade de diferentes abordagens de ações gerenciais, ainda que a propriedades esteja alocada em uma mesma região. Para obter sucesso na atividade é fundamental conhecer do negócio, planejar e monitorar o sistema de produção, sendo assim o planejamento estratégico ou gestão estratégica torna- se fundamental para a produtividade e rentabilidade do sistema. A gestão estratégica é um processo macro para obter os resultados desejados para que possam ser alcançados os objetivos da atividade, e as ferramentas gerenciais são importantes para planejar
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 161 e monitorar esse sistema. Algumas etapas são importantes para estabelecer a gestão estratégica: ¾ Determinação dos objetivos É o ponto principal do planejamento, com definições genéricas e definições dos propósitos da empresa, relacionados ao ramo de atuação, pretensão futura, busca pelo lucro, segurança, prestígio, social entre outros. ¾ Análise do ambiente externo É necessária a busca de informações mais precisas possíveis com relação às ameaças, oportunidades e restrições no cenário nacional e mundial que possam aumentar ou diminuir a rentabilidade da atividade. Estes fatores que devem ser analisados são: o preço das commodities, juros, balança comercial, análise de mercado (oferta e demanda), estudo de tendências futuras, barreiras alfandegárias, taxas de exportações e importações, entre outros. ¾ Análise interna da empresa É uma análise dos recursos existentes na empresa como os físicos, financeiros, administrativos, mercadológicos, humanos. Sendo necessário levantar suas disponibilidades, necessidades, fornecedores, etc. ¾ Geração e avaliação das metas e estratégias Para a determinação das metas alguns fatores deverão ser avaliados como: − recursos disponíveis na fazenda – solos, vegetação, relevo, animais, recursos hídricos, recursos financeiros disponíveis, mão-de-obra qualificada, estradas, energia elétrica, benfeitorias, etc; − imposições ambientais, legais e de mercado; − objetivos do empreendedor, sendo um dos mais importantes a ser considerado. Após estabelecer os objetivos, analisando a empresa e o ambiente externo, utilizando as informações de pesquisas e de experimentação, além da experiência das pessoas envolvidas nos processos decisórios deverão ser definidas as estratégias para alcançar as metas propostas no projeto. Definido o projeto, as metas e as estratégias a serem seguidas, a próxima etapa é a implantação das estratégias que
162 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte deverão ser executadas pelos gerentes, técnicos e funcionários da propriedade. Um aspecto fundamental nesse ponto é a coleta de dados de produção (técnicos e econômicos), para o monitoramento e a comparação das metas planejadas com as realizadas. Pelo monitoramento consegue-se avaliar quais os pontos críticos do sistema e a eficiência das estratégias utilizadas. Este é o momento de ajuste onde deverão ser corrigidos os desvios ocorridos, e as estratégias poderão ser substituídas. A bovinocultura de corte representa uma atividade dinâmica e complexa (Figura 1), e por este motivo, muitas vezes, se faz necessário utilizar ferramentas gerencias. Uma das vantagens é o fato de poder ser um instrumento de gestão para identificar problemas, seja nas fases de cria, recria e, ou engorda; planejar ações que procurem antever as próximas ações, aplicar e adequar tecnologia ao sistema produtivo; reduzir custo unitário, e consequentemente aumentar a eficiência produtiva e econômica do sistema de produção.
Mercado Rebanho Insumos Manejo Demanda Cria Preços Nutricional; Época Recria Qualidade Genético; Qualidade Engorda Logística Reprodutivo; Localização Sanidade; Logística Controle das informações. Comercialização Política econômica Bovinocultura de Corte
Máquinas e Benfeitorias Terra Outros Capital Humano Operação Topografia Energia Participação Vida útil Fertilidade Impostos Comprometimento Manutenção Pastagem Taxas Conhecimento; Depreciação Culturas Transporte Capacidade técnica; Funcionalidade Preço Financiamento Capacidade gerencial; Necessidade Encargos sociais.
Figura 1 - Complexidade da bovinocultura de corte. Fonte: Adaptado de Oliveira & Pereira (2009).
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Diante desta realidade, para que as ferramentas gerenciais sejam utilizadas de forma eficaz em cada propriedade, Righy (2011) recomenda quatro sugestões para sua adoção: I. Entenda os fatos para cada propriedade em particular. Compreenda os efeitos e metodologia de cada ferramenta, para poder ajustar a ferramenta certa ao sistema; II. Promova estratégias duradouras. A gerência que promove modismo perde a credibilidade de seus colaboradores, tanto que perde a capacidade de gerar a mudança eficaz, visto que as estratégias técnicas deverão ser viáveis e as ferramentas o meio para sua execução; III. Escolha as melhores ferramentas para o serviço. A gerência precisa de métodos eficientes para solucionar os problemas diagnosticados, implementar as medidas e integrar ferramentas adequadas para a propriedade rural. Os problemas devem ser identificados para que seja feita a intervenção pela gerência; IV. Adapte as ferramentas ao seu sistema de negócios, mas não o contrário. Nenhuma ferramenta é garantia de êxito em sua aplicação, já que a mesma dever ser adaptada ao contexto particular de cada propriedade rural. A seguir estão descritos os conceitos, metodologia e utilização das ferramentas gerenciais que podem ser utilizadas no planejamento gerencial em empresas rurais de corte.
Gestão por Macroprocessos (Macroprocesses Management)
A gestão por macroprocessos representa uma estrutura para ações controladas e interligadas entre as várias componentes do sistema que permite estabelecer objetivos, traçar metas e acompanhar o desempenho. Os macroprocessos no sistema podem ser os componentes, como por exemplo, a fase de cria que representam a produção de bezerros, a fase de recria que representam a produção de animais para reprodução e, ou, terminação; a fase de terminação que produzem animais acabados para a comercialização (figura 2).
164 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Macroprocesso I Macroprocesso II Macroprocesso III Macroprocesso IV Períodos Acasalamento/ Gestação Pasto Cruzamento Recria Terminação Parto Comercialização ♀ ♂ ♀ ♂ ♀ ♂ Lactação Confinamento Desmame
♀ = Fêmeas ♂= Machos Ambiente Integrado de Produção
Figura 2 - Macroprocessos e o ciclo da bovinocultura de corte.
Com a identificação dos principais macroprocessos ocorre maior integração, compreensão dos processos interligados e coesão entre os componentes inseridos em uma empresa de pecuária de corte. Rosado Júnior (2007), propõe uma sequência de etapas para nortear o processo de gestão gerencial em uma propriedade de pecuária de corte (Tabela 1). O uso desta metodologia permite implantar a gestão por macroprocessos e determinar os indicadores de desempenho. Na primeira etapa, analisa-se a identidade organizacional no qual é feito um diagnóstico da propriedade a partir de todo o inventário da propriedade. Durante este diagnóstico, todas as características físicas, estruturais, produtivas e financeiras da propriedade são descritos, para que estas informações auxiliem na tomada de decisões pela gerência, defina metas e elabore um plano de ações a partir da missão e visão da propriedade. Logo, na segunda etapa, procede-se a análise da visão geral do sistema, no qual é implantado o modelo de gestão por macroprocessos com a representação geral dos componentes do sistema (Figura 1) e sua respectiva hierarquia de processos. Este modelo é complementado pela análise de ambiente, feita através das análises de Porter e SWOT. Através destas análises, o planejamento gerencial estabelece os objetivos e as ações estratégicas para atingir tais objetivos, identificando e mapeando os processos críticos. Finalmente, na terceira etapa são determinados os conjuntos de indicadores, selecionados pela gerência. Em seguida, os indicadores são agrupados no modelo Balanced Scorecad (BSC) para análise individual e relacionada com os indicadores escolhidos.
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Tabela 1 - Sequência de ações para implantação da metodologia de gestão por macroprocessos e definição dos indicadores de desempenho
Etapa I Identidade Organizacional ⋅ Descrição da empresa ⋅ Estrutura organizacional ⋅ Sistema de produção e principais produtos ⋅ Conhecer a missão e visão da empresa Etapa II Implantação do modelo de gestão por macroprocessos ⋅ Análise da visão geral de sistema ⋅ Descrição da hierarquia de processos ⋅ Análise ambiental pelas análises SWOT e Porter ⋅ Determinação dos objetivos estratégicos ⋅ Determinação das estratégias ⋅ Priorização de processos ⋅ Mapeamento dos processos críticos Etapa III Implantação de sistema de indicadores de desempenho ⋅ Determinação do conjunto de indicadores ⋅ Agrupar os indicadores de acordo com as perspectivas do BSC ⋅ Análise individual dos indicadores escolhidos ⋅ Analise de relacionamento dos indicadores escolhidos Fonte: Rosado Júnior, 2007.
Segundo Rosado Júnior & Lobato (2009), este delineamento de manejo permite um alinhamento no resultado final do processo produtivo com a missão e visão da empresa, podendo ao mesmo tempo adicionar valores aos consumidores.
Análise SWOT (SWOT Analysis)
A análise SWOT é um modelo que pode ser utilizado como ferramenta gerencial, principalmente para análise interna do sistema, além da análise externa. A sigla SWOT é oriunda das inicias das palavras Strengths (forças), Weaknesses (fraquezas), Opportunities (oportunidades) e Threats (ameaças). Sendo assim, a análise pode ser aplicada da seguinte forma na propriedade considerando a
166 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte produção do sistema (dentro da porteira), os fatores internos que representam as forças e fraquezas; e mercado e desafios (fora da porteira), os fatores externos que apresentam as oportunidades e ameaças (Figura 3).
Atividade Ambiente SWOT
Internos Forças Fraquezas Produção de Gado de Corte Oportunidades Externos
Ameaças
Figura 3 - Análise SWOT aplicada na propriedade de produção de bovinos de corte.
Segundo Barbosa & Souza (2007), a análise do ambiente externo consiste na busca de informações mais precisas possíveis com relação às ameaças, oportunidades e restrições no cenário nacional e mundial que possam aumentar ou diminuir a rentabilidade da atividade. Devem ser analisados os preços das commodities, juros, balança comercial, análise de mercado (oferta e demanda), estudo de tendências futuras, barreiras alfandegárias, taxas de exportações e importações, entre outros. Já a analise do ambiente interno consiste em verificar os recursos existentes na empresa como os físicos, financeiros, administrativos, mercadológicos, humanos, sendo necessário levantar suas disponibilidades, necessidades, fornecedores entre outros (Barbosa & Souza, 2007). A análise dos pontos fortes e fracos é determinada pelo desempenho interno na propriedade, tal que as oportunidades e riscos são definidos pelas forças externas de mercado, tanto que possibilita organizar as informações disponíveis e, em seguida, analisá-las cautelosamente e tomar a melhor decisão. Os pontos fortes e os fracos determinam o posicionamento da gerência no
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 167 sistema e orientam as áreas em que as intervenções técnicas proporcionem o maior resultado em seu desempenho.
Modelo das Cinco Forças de Porter
O modelo das Cinco Forças de Porter pode ser compreendido como uma ferramenta gerencial que auxilia na definição de estratégia para a propriedade, levando em consideração tanto o ambiente interno quanto o externo. Segundo Porter (1991), as cinco forças que influenciam o ambiente externo são: as ameaças de novos entrantes, o poder de negociação dos fornecedores e compradores, as ameaças de serviços substitutos e a rivalidade entre as empresas existentes (Figura 4).
Poder de negociação dos Entrantes Ameaças de novos fornecedores: Potenciais entrantes:
⋅ Custo de mudança; ⋅ Economias de escala; ⋅ Concentração de fornecedores; ⋅ Exigências de capital; ⋅ Presença de insumos ⋅ Política substitutos, etc. governamental, etc. Concorrentes na indústria Fornecedores Compradores
Rivalidade entre as empresas existentes Ameaças de produtos ou serviços Poder de negociação dos compradores: substitutos: ⋅ Concentração de compradores; ⋅ Desempenho relativo de ⋅ Produtos substitutos; preço dos concorrentes; Substituto ⋅ Impacto sobre ⋅ Custos de mudança; qualidade/desempenho, etc. ⋅ Propensão do comprador a mudar, etc.
Figura 4 - As cinco forças competitivas de Porter. Fonte: Porter (1991); citado por Azevedo (1998).
Na bovinocultura de corte, o modelo descreve e analisa as alterações na estrutura competitiva da atividade no sentido de detectar como as cinco forças estão interagindo de forma qualitativa, uma vez que se pretende descrever as forças, qualificando as fontes de ameaças e as oportunidades para a atividade (Azevedo, 1998). É
168 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte muito importante que cada uma dessas forças seja avaliada para que a propriedade possa planejar estratégias competitivas eficazes. O conhecimento das oportunidades e ameaças, além das forças e fraquezas apontadas pela análise de SWOT, constitui um dos pilares para a gestão estratégica das ações. As duas análises, de SWOT e Porter, são complementares, visto que quando o ambiente é analisado pelas cinco forças competitivas são percebidas as oportunidades e ameaças, as quais cruzadas com os pontos fortes e fracos tornam-se bastante contundentes as alternativas e as possibilidades a serem exploradas pela gerência.
Indicadores de Desempenho (Performance Indicators)
Os indicadores de desempenho são ferramentas gerenciais essenciais em uma situação que se utiliza a gestão por macroprocessos, pois fornecem informações importantes para o processo de tomada de decisão. A partir da análise do indicador é possível verificar pontos críticos de monitoramento no sistema. Esses pontos podem assumir um valor quantitativo realizado ao longo de tempo que permite obter informações sobre característica, atributos e resultados, de índices zootécnicos e econômicos. Posteriormente, a gerência efetua a intervenção técnica que influenciam diretamente sobre determinado indicador. No entanto, em razão da elevada complexidade da bovinocultura de corte (Figura 1), o seu entendimento integrado constitui um desafio para pesquisadores, técnicos e empresários (Oliveira & Pereira, 2009). Sendo assim, na tabela 2 estão descritos os principais indicadores zootécnicos e econômicos que afetam a rentabilidade da bovinocultura de corte.
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Tabela 2 - Indicadores zootécnicos e econômicos analisados na bovinocultura de corte
Indicador Especificação Unidade Base de Cálculo Taxa de Prenhez % ao ano no. de fêmeas prenhas/ fêmeas expostas na estação de monta x 100 Taxa de Natalidade % ao ano no. de bezerros nascidos/ fêmeas expostas na estação de monta x 100 Taxa de Desmame % ao ano no. de bezerros desmamados/ fêmeas expostas na estação de Zootécnico monta x 100 Taxa de Mortalidade (até a % ao ano no animais de bezerros mortos/no desmama) total de bezerros nascidos x100 Taxa de Mortalidade (pós- % ao ano no animais da categoria mortos/no desmama) animais da categoria x100 Ganho Médio Diário kg/cab./dia ganho de peso/dia Lotação UA/ha n° total UA/área total Produtividade anual Kg/ha produção carne/ área total Custo Operacional Total (COT) R$/ano Custo fixo + variável Custo Total (CT) R$/ano COT + Custo oportunidade Margem Bruta (MB) R$/ano Receita total – Custo variável Margem Líquida (ML)1 R$/ano Receita total - COT Lucro Total (LT) R$/ano Receita total – CT Custo Operacional Total – R$/cab./ano COT/cabeças médias cabeça Custo Operacional Total – R$/@1 COT/@ produzidas arroba2 Custo Operacional Total – ha R$/ha/ano COT/ hectares Custo Total – cabeça R$/cab./ano CT/cabeças médias Econômico Custo Total – arroba2 R$/@1 CT/@ produzidas Custo Total – ha R$/ha/ano CT/ hectares Margem Bruta – cabeça R$/cab./ano MB/cabeças médias Margem Bruta – arroba2 R$/@1 MB/@ produzidas Margem Bruta – ha R$/ha/ano MB/ hectares Margem Líquida – cabeça R$/cab./ano ML/cabeças médias Margem Líquida – arroba2 R$/@1 ML/@ produzidas Margem Líquida – ha R$/ha/ano ML/ hectares Lucro Total – cabeça R$/cab./ano LT/cabeças médias Lucro Total – arroba2 R$/@1 LT/@ produzidas Lucro Total – ha R$/ha/ano LT/ hectares Retorno Capital Investido3 % ao ano Taxa Interna de Retorno % ao ano Resultado do fluxo de caixa Valor Presente Líquido R$ Resultado do fluxo de caixa
1 Margem líquida = Lucro operacional; 2arroba produzida; 3Lucro dividido pelo somatório do patrimônio e desembolso de caixa X 100.
170 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
As análises dos indicadores de desempenho destacam-se pela segurança e exatidão, visto que os valores são obtidos diretamente de unidades de produção presentes em mesmo ambiente econômico (Oliveira, 2007). Para definições de custos e indicadores econômicos apresentados na tabela 3 consultar Barbosa & Souza (2007). A atividade agropecuária tem que trabalhar no médio e longo prazo obtendo no mínimo lucro operacional ou margem líquida positiva, sendo ideal obter lucro total positivo. Em situações de crise na atividade, no curto prazo, admiti-se trabalhar com margem bruta positiva. A interpretação dos indicadores econômicos descritos na tabela 2 está apresentada na tabela 3.
Tabela 3 - Interpretação das analises econômicas a partir dos indicadores
Situação MB ML LT RCI Situação Tendência RT < COV < 0 < 0 < 0 < 0 Caixa Paralisação da Negativo produção RT < COT > 0 < 0 < 0 < 0 Caixa Sucatear bens Positivo RT = COT > 0 = 0 < 0 = 0 Lucro Zero Permanência no médio prazo RT > COT > 0 > 0 < Cop < 0 > 0 < TJOp Lucro Permanência no longo Operacional prazo RT = CT > 0 = Cop = 0 = TJOp Lucro Equilíbrio no longo Normal prazo RT > CT > 0 > Cop > 0 > TJOp Lucro Crescimento no longo Econômico prazo
COV = Custo operacional variável; COT = Custo Operacional total; Cop = Custo de oportunidade; CT = custo total; TJOp = taxa de juros do custo de oportunidade (% ao ano); RT = Receita tot al; MB = Margem Bruta; ML = Margem Líquida; LT = Lucro Total e RCI = retorno do capital investido. Fonte: Adaptado de Barbosa & Souza (2007).
Centros de Custos (Cost Centers)
O centro de custos é um dos principais métodos financeiros existente na literatura, sendo conceituado, em empresas, como qualquer unidade de agregação de custo realizado em uma atividade ou em um conjunto de atividades que detém certas similaridades
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 171
(Figueiredo, 1996). Este método baseia-se na composição, em categorias, de um rebanho de pecuária de corte, com seus diferentes segmentos, como a fase de cria, recria e, ou, engorda que passam a ser caracterizado como centros de custos dentro desta atividade ou, até mesmo, cada segmento podem também possuir seus próprios centros de custos. Segundo Barbosa & Souza (2007), os centros de custos de uma empresa rural na área de bovinocultura de corte podem ser divididos em custos diretos e indiretos. Os custos diretos são aqueles que originam e se relacionam diretamente com determinada fase, por exemplo, o custo do touro, que são diretamente destinados para o centro de custos das vacas de cria. Já os custos indiretos podem ser aproveitados em mais de uma fase produtiva, como por exemplo, os serviços e os insumos. Sendo assim, o método de centros de custos propõe que os custos indiretos deverão ser rateados proporcionalmente entre os centros de custos. Desta forma, a partir da quantificação de cada centro de custos em comparação a soma dos outros centros, é possível dividir os custos indiretos da atividade produtiva em um determinado período de tempo (Oaigen et al., 2008). O percentual de rateios recebido por centro de custo deve ser relacionado à estrutura de rebanho. O custo de produção por intermédio de centros geradores de custo permite a gerência compreender o impacto de determinados processos e, ou, tecnologias sobre o sistema, especificando no custo final do produto (Oaigen et al., 2008). Conforme a tabela 4, observa- se que os custos da atividade de ciclo completo foram diferentes que o centro de custo confinamento dentro da própria fazenda, ou seja, o centro de custo confinamento obteve maior retorno do capital investido do que a atividade de ciclo completo ao analisar pelo ótica de centro de custo, mesmo assim, o sistema de ciclo completo também foi rentável economicamente.
172 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Tabela 4 - Avaliação econômica do sistema completo de bovinos de corte em Minas Gerais e o seu centro de custo confinamento no ano de 2010
Centro de Custo Sistema Centro de Custo Indicadores Completo1 Confinamento2 Cabeças - média 3.335 1.395 Custo operacional variável (COV) – R$ 1.640.138,93 1.722.593,11 Custo operacional fixo (COF) – R$ 107.035,17 26.270,16 Custo operacional total (COT) – R$ 1.747.174,10 1.748.863,27 Receita Total (RT) – R$ 3.523.290,73 2.141.928,08 R$ 71,36/arroba Custo operacional médio (R$) R$ 359,15/cabeça/ano produzida Margem Bruta (MB) = RT – COV R$ 1.883.151,80 R$ 416.712,91 Lucro Operacional (LOp) = RT- COT R$ 1.776.116,63 R$ 393.064,81 Retorno Capital Investido - % ao mês 3,10% 5,85 %
Fonte: 1Arquivo pessoal; 2Lobo et al., 2011.
COMPETITIVIDADE NA BOVINOCULTURA DE CORTE
Atualmente a cadeia da bovinocultura de corte é caracterizada como um segmento do agronegócio brasileiro de elevada concorrência, incertezas e redução das margens de ganho em que os produtores estão inseridos. O aumento da eficiência produtiva é primordial para a lucratividade da pecuária de corte, sendo que as atividades produtivas devem ser entendidas e manejadas dentro de um enfoque sistêmico, em busca da maximização de lucros. Os sistemas de produção de gado de corte são complexos e diversificados, não havendo fórmulas e nem recomendações únicas que possam ser largamente aplicadas por todo o Brasil. Portanto, cada produtor deve desenvolver seu sistema de produção, combinando suas metas às condições ambientais e mercadológicas (Hembry, 1991, citado por Abreu et al., 2003), aliado às capacidades financeiras e aos recursos humanos, com responsabilidade social e ambiental (Barbosa et al., 2010a). Desta forma, a gerência na propriedade deve se concentrar nos seguintes aspectos: a) Produtividade em escala com adoção de tecnologia; b) Custo unitário de produção menor que o preço unitário de venda;
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c) Maior lucro e maior rentabilidade ao ano; d) Agregar valor com aumento do preço de venda unitário; e) Análise e controle do risco. A capacidade gerencial do administrador na gestão do negócio agropecuário envolvendo o planejamento, direção e controle dos processos da atividade, bem como a alocação dos recursos produtivos de maneira racional, são fundamentais para a eficiência técnica e econômica do sistema de produção. A gerência deve se manter vigilante não permitindo que o aumento de custo unitário diminua sua vantagem competitiva, pois baixo custo unitário significa uma vantagem competitiva no mercado. Porém quando se aumenta produtividade, normalmente, aumenta-se o custo total (principalmente o variável), entretanto devido a maior quantidade de produtos gerados (bezerros, kg de peso vivo ou carcaça) o custo unitário diminui. Com menor custo unitário e mantendo o mesmo preço médio de venda o lucro unitário aumenta e como ocorrerá maior receita total, o lucro total também aumenta levando a maior rentabilidade do sistema. A produtividade deve ser analisada pela disponibilidade dos fatores de produção (terra, trabalho e capital), sendo mais escassos, portanto mais caros. Quando se aumenta a produtividade do rebanho (kg/cabeça/dia) aumenta também a produtividade da terra (arrobas/ha), a produtividade do trabalho (cabeças/dia/homem) e a produtividade do capital (arrobas/ha). Desta forma, pode-se inferir que quando o produtor elevar a produtividade por unidade de área, normalmente, o aumento na produtividade dos demais fatores de produção irão acontecer espontaneamente. O uso de tecnologia permite aumentar produtividade e, consequentemente, reduzir o custo médio unitário, e por este motivo que as propriedades mais tecnificadas são mais competitivas. Porém a eficiência nos processo pela eficácia nas decisões pela gerência são fundamentais para competitividade. A competitividade está diretamente relacionada à racionalidade nos processos de tomada de decisões (Amaral, 2007). Barbosa (2008) em um estudo sobre a avaliação técnica e econômica da bovinocultura de corte em propriedades nos estados de Minas Gerais e Bahia, mostrou que os fatores relacionados ao sistema de criação, escala, ano, localização e capacidade gerencial
174 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte influenciam a rentabilidade da atividade. Conforme tabela 5 o sistema de recria-engorda extensivo, em Minas Gerais, caracterizado por baixa tecnificação obteve baixa produção de peso vivo por hectare, lotação por hectare e taxa de venda. Essa baixa produtividade ocasionou prejuízo, isto é, a receita total não conseguiu pagar nem os custos operacionais variáveis totalmente (margem bruta negativa). Já no sistema de engorda intensivo com uso de tecnologias (adubação de pastagens e confinamento) obteve elevados índices produtivos: produção de peso vivo, lotação e taxa de venda. Apesar de maior necessidade de desembolsos para custeio e investimento a intensificação proporcionou a atividade lucro operacional (margem líquida), isto é, a receita total pagou todos os custos operacionais variáveis e fixos (inclusive depreciações). Os sistemas de ciclo completo semi-intensivo, com maior escala de produção, também obtiveram lucro operacional (Tab. 5). Como o período avaliado desse estudo compreendeu os cenários de baixa de preço da arroba de bovinos (2000 a 2006), o retorno do capital investido médio anual foi abaixo das taxas médias anuais de poupança em todos os sistemas, ficando negativo no sistema de recria-engorda extensivo. Ao analisar a variação patrimonial positiva (maior alta para o valor da terra) que ocorreu durante os anos, mesmo considerando o custo de oportunidade do capital investido, a taxa de rentabilidade aumentou, mas com retorno abaixo de uma aplicação de renda fixa (Tab.5).
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Tabela 5 - Médias anuais dos indicadores técnicos e econômicos de acordo com cada sistema de produção avaliado
Indicadores Engorda Recria-engorda Completo Completo Intensivo Extensivo Semi- Semi- intensivo intensivo Período avaliado 2004 a 2007 2005 a 2007 2000 a 2004 2004 a 2006 Estado Minas Minas Gerais Bahia Minas Gerais Gerais Média de cabeças 459 240 3.878 10.844 Hectares (ha) 155 458 2.926 9.129 Lotação – cabeças/ha 3,0 0,5 1,3 1,2 Peso vivo produzido/ hectare - kg 703 50,7 NA NA Taxa de venda % 77,5 30,6 NA NA Taxa de desfrute % NA NA 29,0 38,0 Custos Op. Variáveis – R$ 844.533,52 162.929,43 339.972,72 2.214.351,34 Custos Op. Fixos - R$ 53.357,96 24.169,24 315.798,88 736.193,21 Custo Op. Total - R$ 897.891,48 187.098,67 655.771,60 2.950.544,55 Receita total – R$ 922.993,28 156.201,04 909.712,42 3.990.039,65 Margem bruta – R$ 78.459,76 (6.728,39) 569.739,70 1.775.688,31 Lucro Operacional1 – R$ 25.101,81 (30.897,63) 253.940,82 1.039.495,10 Lucro Operacional/hectare – R$ 156,89 (67,46) 86,79 113,87 Retorno Capital - % 1,33 (3,10) 3,39 4,75 Retorno Capital com VP - % 3,44 5,34 9,75 9,21
VP = variação patrimonial; NA = não avaliado; 1 - Lucro operacional = margem líquida; Valores numéricos entre parênteses são negativos. Fonte: Barbosa, 2008.
Ao analisar os fatores relacionados à escala de produção, índices zootécnicos e ano de produção no sistema de ciclo completo de bovinos, em Minas Gerais, os indicadores econômicos (receita total, lucro operacional e retorno do capital) aumentaram com o aumento da escala, melhora dos índices zootécnicos e em função do ano (Tab. 6), pois os preços médios de venda de bezerro e arroba bovina aumentaram a partir do ano de 2008.
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Tabela 6 - Médias anuais dos indicadores técnicos e econômicos de um sistema de ciclo completo de bovinos, em Corinto-MG, nos anos de 2005 a 2011
Indicadores 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Média de cabeças 1.460 1.699 1.682 1.901 2.956 3.335 3.972 Hectares (ha) 2.350 2.350 3.071 3.071 5.247 5.247 5.247 Lotação – cabeças/ha 0,62 0,72 0,55 0,62 0,56 0,64 0,76 Taxa de desfrute - % 16,5 16,9 21,6 47,2 25,5 49,3 33,6 Taxa de prenhez - % 54,0 56,0 60,0 64,0 80,0 79,0 76,0 Taxa mortalidade - %1 6,5 5,7 5,2 4,2 2,6 1,4 1,3 Custo Operacional Total - R$ 343.746,18 333.327,29 498.387,81 604.654,09 688.854,73 1.747.174,10 1.356.699,04 Receita total – R$ 340.210,40 322.005,70 581.987,00 1.116.601,70 1.990.614,59 3.523.290,73 3.145.612,51 Lucro Operacional2 – R$ 11.686,95 4.044,77 83.599,19 511.947,62 1.301.759,86 1.776.116,63 1.788.913,47 Lucro Operacional / hectare – R$ 4,97 1,72 27,22 166,70 248,10 338,50 340,94 Retorno Capital - %3 0,79 0,19 3,05 20,91 30,15 37,19 28,4
1- até a desmama; 2 - Lucro operacional = margem líquida; 3 – não está incluído o valor de terra no patrimônio. Fonte: Arquivo pessoal, 2011.
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Muitas vezes o produtor não conhece o impacto de cada item de receita e custo sobre a rentabilidade de seu empreendimento. Uma forma de entender o efeito de cada item é a análise de sensibilidade. A análise de sensibilidade é uma opção para determinar o impacto de cada item de receita e de custo sobre a rentabilidade da atividade, e para avaliar a maximização de lucros ou minimização de custos. Barbosa et al. (2009) realizaram a análise de sensibilidade para o sistema de engorda intensivo, em Sete Lagoas-MG, descrito na tabela 5. Na tabela 7 observam-se as variações de rentabilidade (RCI) em função das variações de preços de venda e os custos de produção. Com o decréscimo no preço de venda de bovinos de 20%, o retorno do capital investido (RCI) médio caiu para -12,09%, em 46 meses. Com o aumento de 20% no preço de venda dos bois, o RCI aumentou para 16,91%, em 46 meses. Com o decréscimo do custo dos suplementos alimentares em 20%, obteve-se o RCI médio de 4,36%, em 46 meses. Com o aumento dos custos dos suplementos alimentares em 20%, o RCI médio caiu para 0,53%, em 46 meses. Com o decréscimo do preço de compra de bovinos em 20%, obteve- se o RCI médio de 13,51%, em 46 meses. Com o aumento do preço de compra de bovinos em 20%, o RCI médio caiu para -6,71%, em 46 meses.
Tabela 7 - Análise de sensibilidade do retorno do capital investido acumulado sobre o lucro operacional às variações nos preços de compra de bovinos, compra de suplementos alimentares e venda de bovinos no sistema de engorda de bovinos intensivo em Sete Lagoas – MG
Variações de preços 20% 10% 10% 20% Acumulado inferior inferior superior superior Compra – kg 13,51% 7,68% 2,41% 2,36% -6,71%
Suplementos Alimentares 4,36% 3,38% 2,41% 1,46% 0,53%
Venda – kg -12,09% -4,84% 2,41% 9,66% 16,91%
Fonte: Barbosa et al., 2009.
178 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Como pode ser notado na tabela 7, o resultado na rentabilidade do sistema de produção tem um efeito maior com a variação do preço de venda de bovinos, do que nas variações da compra de bovinos e da redução do custo alimentar, sendo uma importante estratégia comercial para o administrador procurar agregar valor à venda do produto, conseguindo um diferencial de preço por qualidade ou fazendo a venda pelo mercado futuro de boi gordo, através da BM&F, com contratos que estejam com preços de arroba de boi gordo acima de seu custo de produção. O impacto da variação no preço de venda de bovinos na rentabilidade do sistema também ocorreu da mesma maneira nos sistemas de produção descritos na tabela 5, conforme Barbosa (2008), demonstrando a necessidade da busca por melhor preço de venda na atividade. O risco é derivado da incapacidade de se prever os eventos futuros, tornando a decisão do presente um ato de reflexão, ponderação e avaliação das possíveis conseqüências futuras dessa decisão. Como os projetos agropecuários possuem características de retorno a médio e longo prazo, o risco torna-se um fator determinante para que a tomada de decisão do administrador seja avaliada nos diferentes cenários de probabilidades. Enquanto boas decisões se traduzem em lucros elevados e oportunidades de mercado, decisões inapropriadas podem resultar em considerável perda de recursos. Os gerentes são cobrados para quantificar os riscos inerentes nas suas negociações, e isto requer melhor indicador de análise (Correia Neto, 2007). A avaliação do risco, apesar de subjetiva e de difícil mensuração, é fundamental na tomada de decisão de qual o sistema ou tecnologia deverá ser adotado (Barbosa et al., 2010b). Barbosa et al. (2010b) calcularam o risco do retorno do capital investido em um sistema intensivo de engorda de bovinos usando os dados médios mensais de preços de boi gordo a prazo – BM&F, de julho de 1997 a novembro de 2007 (Esalq/Cepea, 2007), corrigidos pelo Índice Geral de Preços (IGP-DI) da Fundação Getúlio Vargas (FGV) para novembro de 2007 (FGV, 2007). Os dados corrigidos foram distribuídos em cinco classes de variações de arrobas que correspondiam aos cenários de risco. Os retornos anuais calculados em função da variação nos preços históricos de venda de arroba de
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 179 boi gordo demonstraram que as probabilidades do retorno do capital investido sobre o lucro operacional (RCILOp) ficar positiva é de 83,2%, e do retorno do capital investido sobre o lucro total (RCILT) ficar positiva é de 69,6%. A probabilidade de se obterem retornos acima das taxas de 6,75% ao ano (taxa do custo de oportunidade) foi 32%, tanto para o cálculo pelo LOp e LT. As probabilidades de se obterem retornos mais altos que a taxa média de poupança são baixas, correspondendo a 4% (Fig. 5), em um cenário avaliado no período de crise da bovinocultura de corte, 2004 a 2007. O retorno médio esperado em função da variação nos preços históricos de venda da arroba de boi gordo foi de 6,26 e 3,33% ao ano para RCILOp e RCILT, respectivamente. O desvio padrão foi de 7,07 e 6,41% para RCILOp e RCILT, respectivamente; e o coeficiente de variação foi de 113 e 192% para RCILOp e RCILT, respectivamente. Ao analisar o desvio padrão e coeficiente de variação, encontrou-se um risco alto do RCI, em razão da amplitude e o grau de dispersão por unidade de retorno esperado terem sido elevados. Diante dessa situação de risco na atividade, a estratégia de venda futura de venda de boi gordo pela BM&F torna-se uma ferramenta para minimizar o risco frente à volatilidade de mercado.
180 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Figura 5 - Retorno do capital investido sobre lucro operacional (RCILOp), retorno do capital investido sobre o lucro total (RCILT) e as probabilidades nos diferentes cenários – muito pessimista, pessimista, realista, otimista e muito otimista
Fonte: Barbosa et al., 2010b.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
As ferramentas de gestão são muito importantes para gerência da atividade, pois através delas é possível que a tomada de decisão seja mais efetiva e atinja melhores resultados. Entretanto, o que não é medido não pode ser gerenciado. As estratégias devem ser realizadas para que as ferramentas possam servir como um suporte para atingir os objetivos e as metas. A intensificação do sistema para aumento da escala de produção está em função do capital disponível para o investimento, o risco e a taxa de retorno de cada situação. O planejamento técnico aliado ao financeiro e o monitoramento constante são fundamentais para verificar a viabilidade operacional e econômica das estratégias
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 181 assumidas dentro do sistema e fornecer com maior precisão as informações necessárias para a tomada de decisão e manter a empresa competitiva no mercado.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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182 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
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BOVINOCULTURA DE ALTO DESEMPENHO COM SUSTENTABILIDADE
Mário Fonseca Paulino2, Edenio Detmann3, Aline Gomes da Silva6, Daniel Mageste de Almeida4, Ériton Egídio Lisboa Valente6, Ivan França Smith Maciel5, Jefferson Luiz Marciano do Nascimento5, Jéssika Almeida Bittencourt5. Leandro Soares Martins4, Lívia Vieira de Barros6, Nelcino Francisco de Paula6, Roberta Kely Viana Mendes5, Sidnei Antônio Lopes6, Victor Valério de Carvalho5 1 Apoio: CNPq e FAPEMIG; 2 Engº-Agrônomo, D.Sc., Professor Associado, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa. Pesquisador do CNPq [email protected]. 3 Zootecnista, D.Sc., Professor Adjunto, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa. Pesquisador do CNPq [email protected]. 4 Zootecnista, Mestrando, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa. 5 Graduando em Zootecnia, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa. 6 Zootecnista, Doutorando, Departamento de Zootecnia, Universidade Federal de Viçosa.
A bovinocultura no Brasil é explorada em grande variabilidade de recursos genéticos e ambientes. Faz-se necessário, portanto, estabelecer sistemas que se ajustem às realidades específicas, considerando-se os aspectos econômicos, sociais, culturais e ambientais importantes local ou regionalmente. Consequentemente, é natural, encontrarem-se grandes diferenças em produtividade e eficiência econômica. A bovinocultura fundamentada nos princípios da sustentabilidade presume desempenho compatível com os recursos produtivos, humanos e físicos disponíveis, ser detentora de elevada eficiência social e econômica e conduzida usando e ajustando, quando necessário, os recursos naturais em prol de uma atividade que guarde sintonia com a conservação da natureza, para permitir estabilidade na produção e segurança alimentar ao longo das gerações humanas. Em suma, atividade que garanta progresso na escala social para o produtor e aos trabalhadores, segurança alimentar e nutricional para os consumidores e estabilidade na produção e equilíbrio ao ambiente na linha do tempo. Por outro lado, a necessidade de otimização dos recursos produtivos, do aumento da competitividade no mercado, do incremento da produtividade e da redução dos custos leva a uma 184 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte tendência de adoção de tecnologias capazes de tornar a exploração pecuária cada vez mais competitiva e rentável.
PASTAGENS NATURAIS: EQUILÍBRIO PRODUÇÃO E CONSERVAÇÃO
A bovinocultura de corte é a principal atividade econômica das áreas cobertas por pastagens naturais. Independentemente das diferentes características ambientais predominam as fases de cria e recria. Trata-se de um modelo de exploração que presume o aproveitamento da biodiversidade inerente ao ecossistema. A exploração de bovinos em ecossistemas naturais presume a convivência com ecossistemas complexos e frágeis como o Pantanal, a Caatinga, os Campos Nativos Sulinos, os Cerrados Naturais e as Áreas Inundáveis da Amazônia, com o desafio de produzir e manter o ecossistema equilibrado e sadio. As pastagens nativas, normalmente situadas em solos marginais, representam cerca de 50% das áreas destinadas à alimentação dos rebanhos bovinos. Os fatores ambientes são desfavoráveis ao crescimento das plantas forrageiras. Em geral, ocupam áreas de baixa fertilidade natural ou aquelas degradadas pela prática da agricultura extrativista; eventualmente, situam em áreas acidentadas ou baixadas mal drenadas, de reduzido interesse para atividades agrícolas. Uma característica comum a esses sistemas é a pequena produção de matéria seca potencialmente digestível - MSpd no extrato herbáceo, portanto, a pressão de pastejo é reduzida e a produtividade auferida é baixa. A sustentabilidade de qualquer bioma é alicerçada no tripé social, econômico e ambiental. Portanto, é necessário alcançar o equilíbrio dinâmico entre a conservação ambiental e a eficiência econômica da atividade que garanta para as próximas gerações um ambiente saudável para viver e prosperar. Considera-se que o equilíbrio ecológico está associado a ambientes virtuosos de desenvolvimento humano pleno; assim, a meta de conservação dos ecossistemas naturais passa, necessariamente, pelo fortalecimento da bovinocultura tradicional
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 185 dessas regiões, ou seja, a sustentabilidade desta atividade econômica garante a conservação das regiões. De maneira geral, a pecuária de corte é considerada uma atividade com forte impacto ambiental negativo sobre as regiões onde é desenvolvida no país. As generalizações são perigosas e, no caso do Pantanal, ocorreu e ocorre justamente o contrário; a pecuária de corte extensiva foi e é a garantia da conservação deste ecossistema (Abreu, 2010). Neste contexto, o desenvolvimento da pecuária, pautado pelas especiais características da região, não poderá ser atingido sem o aprimoramento dos sistemas de comercialização, uma vez que ineficiências nestes sistemas traduzir- se-ão em desestímulos da produção e concomitantes entraves do próprio desenvolvimento. Uma visão de posse de propriedades em regiões com características distintas, viabilizando o uso integrado das pastagens nativas e cultivadas de forma integrada é uma opção. A exploração da fase de cria e comercialização dos animais destinados ao abate a desmama é uma outra possibilidade. Por outro lado, os diferentes segmentos da cadeia produtiva devem agir em sintonia e complementarmente. A idéia de otimização da unidade produtiva tendo como foco o sistema integrado de produção em que a bovinocultura integra o processo, sob a lógica de processo interativo que vise explorar as vantagens comparativas e características regionais é uma alternativa a ser explorada. A produção de mel na caatinga e turismo ecológico no pantanal são exemplos reais de atividades associadas à bovinocultura. O aparato tecnológico deve ser adaptado para as circunstâncias e características inerentes e específicas para viabilizar a atividade (Paulino et al., 2006b; 2010).
PASTAGENS CULTIVADAS: OTIMIZAÇÃO E ESTABILIDADE
O incremento da produtividade das pastagens tropicais envolve o controle do processo de pastejo, gerando uma estrutura de dossel que viabilize elevada ingestão de energia e nutrientes. Historicamente, preconizou-se o manejo de pasto baseado na manutenção do meristema apical, com a argumentação que ele
186 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte permite à planta forrageira rebrota vigorosa, uma vez que ela se processa a partir da área foliar remanescente, além da produção e expansão de novas folhas originadas do meristema apical. Entretanto, como o crescimento do colmo não foi interrompido pela eliminação do meristema apical, observa-se que, mesmo a intervalos freqüentes de pastejo, ocorre acúmulo de material residual, caracterizado pela presença de colmos lignificados e partes mortas da planta, capaz de prejudicar o consumo de forragem. A este manejo convencional, associou-se desempenho animal durante a época de crescimento das gramíneas de cerca de 500 g/dia. Como as gramíneas apresentam crescimento controlado pela dominância apical, o pastejo intensivo (elevadas pressões de pastejo) de curto prazo e ordenado para remoção de resíduo, ao eliminar o meristema apical, quebra tal dominância; assim, favorecem-se as brotações basilares e impede o alongamento dos entrenós, cujos tecidos apresentam maior resistência à digestão, modulando-se a qualidade do pasto. O impacto animal sobre a vegetação provoca redução dos tecidos senescentes que inibem germinação, perfilhamento e rebrota das espécies desejáveis, e promove um aumento na captação de energia. A preparação e moldagem do perfil da pastagem favorecendo o desenvolvimento de novos perfilhos e folhas, associadas aos períodos favoráveis das estações do ano, devem ser estimuladas. O manejo operacional da pastagem passa pelo atendimento do balanço entre a oferta e demanda de forragem (expressa em MSpd) no médio e longo prazo, envolvendo os conceitos de manejo para qualidade, o diferimento, a complementaridade entre espécies e ou cultivares com características diversas e as práticas de suplementação, dentre outras (Paulino et al. 2001; 2006a). Associado à aplicação destes conceitos de manejo para qualidade, desempenhos médios de 1 kg/dia são descortinados se associado à suplementação mineral adequada. Incrementos de cerca 200 g/dia, em relação a este patamar, são passíveis de serem obtidos com a incorporação do sistema pasto/suplementos múltiplos. Uma avaliação das diferentes fases históricas permite registrar a evolução de conceitos e quantificar a contribuição das
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 187 tecnologias para o domínio do manejo das pastagens tropicais na direção da bovinocultura de alto desempenho sustentável (Tabela 1).
Tabela 1 - Desempenho de bovinos em pastagens cultivadas durante o período de crescimento das plantas no Brasil1
Sistema Ganho Ganho Fonte médio diário adicional2 (g/dia) (g) Pasto com manejo 400 a 700 Euclides et al. (2000) convencional/mistura mineral Pasto com manejo 1220 Paulino et al.(2000a) para qualidade/mistura 1015 Paulino et al.(2000b) mineral 1065 Moraes et al. (2006) 1160 Paulino et al.(2005) Pasto com manejo 1020 200 Zervoudakis et al (2008) para 1380 220 Paulino et al. (2005) qualidade/suplementos 1261 196 Moraes et al. (2006) múltiplos 1130 199 Acedo et al. (2003a) 1134 247 Porto et al.(2009b)
1 Dados agregados; para acessar dados individualizados consultar as referências bibliográficas. 2 Em relação ao tratamento recebendo mistura mineral.
Durante o período seco (de dormência das plantas) o crescimento via rebrota é interrompido, por causa de uma combinação de estádio fenológico e limitações de condições ambientes, e o suprimento de forragem pode declinar devido ao consumo, o desperdício e intemperismo natural; como conseqüência, o crescimento animal tende para uma sazonalidade estrita, podendo ensejar perdas de peso de até 500 g/dia. A otimização do sistema produtivo, na busca de elevadas eficiências biológica e econômica e sustentabilidade ambiental, coloca em destaque a necessidade de redução da sazonalidade. O advento do sistema pasto manejado para qualidade/suplementos múltiplos permitiu minimizar os efeitos da sazonalidade, permitindo recrias compatíveis com sistemas de produção com diferentes ciclos, assim como, a engorda de bovinos durante a época seca. Uma
188 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte retrospectiva no tempo permite ilustrar o incremento obtido nos indicadores técnicos pelo advento de tecnologias compatíveis com as características das gramíneas tropicais (Tabela 2). Ajustes tecnológicos são necessários para as circunstâncias e características inerentes e específicas para viabilizar a atividade (Paulino et al., 2006b; 2010).
Tabela 2 - Desempenho de bovinos em pastagens cultivadas durante o período da seca no Brasil1
Sistema Ganho médio Ganho Fonte diário (g/dia) adicional2 (g) Pasto com manejo - 490 a -140 Euclides et al, (1989) convencional/mistura mineral Pasto com manejo 972 Moraes et al. (2002) para 1137 Paulino et al (2002) qualidade/suplementos 791 Acedo et al (2003b) múltiplos 934 830 Santos et al. (2004) para engorda 983 706 Detmann et al. (2004) 740 Sales et al (2004)
1Dados agregados; para acessar dados individualizados consultar as referências bibliográficas. 2Em relação ao tratamento recebendo mistura mineral.
BOVINOCULTURA DE CICLOS: A BUSCA DO DOMÍNIO DO SISTEMA
A maior competitividade da bovinocultura de corte, frente a outras modalidades de exploração agropecuária, depende da otimização da eficiência de produção e da produtividade. Por outro lado, a busca de melhor eficiência de produção deve levar em conta os custos de produção e o ajuste de todos os fatores que os envolvem. Assim os sistemas de bovinos de corte têm evoluído para a intensificação, em que os animais têm sido selecionados para produzir cada vez mais em menor espaço de tempo. Os genótipos melhorados, de alto potencial para crescimento e desenvolvimento corporal, apresentam demanda de nutrientes intensa.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 189
Se por um lado, há necessidade de propostas efetivas sobre produção, manejo e seleção dos animais para o aumento da produção e da produtividade, por outro, a sociedade demanda a orientação de produção com utilização racional de insumos, garantia de bem estar animal, e que seja economicamente viável, socialmente justa e ambientalmente correta. Na exploração da bovinocultura de corte intensiva, caracterizada por índices de prenhez superiores a 85% e em que se procura a redução nas categorias em desenvolvimento, com as novilhas sendo acasaladas pela primeira vez aos 14 - 16 meses de idade, e os machos são abatidos entre 11 e 16 meses de idade, os ganhos de peso do nascimento a desmama são fundamentais para o sucesso do sistema. Almejam-se, assim, maiores taxas de desfrute e eficiência de estoque. Portanto, o peso a desmama dos bezerros e a taxa de desmama afetam diretamente a eficiência da criação, quando avaliada em termos de quilogramas de bezerro desmamado por vaca por ano, ou do consumo de energia da vaca e do bezerro em relação aos quilogramas de bezerros produzidos. A fase de criação de bezerros constitui etapa altamente responsiva a práticas adequadas de alimentação e manejo. Os bezerros são seletivos no pastejo, sendo a disponibilidade e qualidade de forragem de grande importância para o desenvolvimento destes animais. A busca de sistemas mais econômicos de criação de bezerros, com adoção de práticas de manejo e alimentação adequadas, pode possibilitar tanto melhor criação de fêmeas de reposição quanto o encurtamento do ciclo de produção de carne. Portanto, é necessária a definição de sistemas alimentares, dentro de um sistema de produção de ciclo completo, para garantir a economicidade dos processos de produção de bovinos de corte, os quais dependem do custo de alimentação suplementar adicional para manter as taxas adequadas do crescimento dos bezerros. Mesmo que o aumento da produção de leite permita aumentar o ganho e o peso a desmama dos bezerros, não se pode esquecer que o nível nutricional na maior parte dos sistemas baseados em pastejo, é limitante para dar suporte a níveis elevados de produção
190 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte de leite. Por outro lado, à medida que o bezerro cresce, sua dependência do leite materno vai diminuindo, sua capacidade de pastar aumenta e, conseqüentemente, reduz a quantidade de leite necessária para determinado ganho de peso. Portanto, os nutrientes e energia para dar suporte ao máximo desenvolvimento de bezerros devem ser oriundos do leite produzido pela vaca, das pastagens e da suplementação adicional. A utilização de matrizes com boa habilidade materna (cerca de 1000 kg de leite por lactação), o fornecimento de forragens de boa qualidade e de alimentos concentrados desde a idade precoce têm sido apontados como práticas eficientes na redução dos custos com alimentação. Neste contexto, a técnica de alimentação suplementar adicional para bezerros lactentes, sob o sistema de creep feeding assume grande importância. O creep feeding refere-se ao fornecimento do alimento adicional para animais em fase de aleitamento, em local cujo acesso é restrito aos jovens. No campo produtivo, o creep feeding, ao complementar e enriquecer a dieta do bezerro, permite o incremento das taxas de desenvolvimento corporal até os limiares do mérito genético característico de cada indivíduo, o que resulta em melhor ganho de peso no período de amamentação e maior peso corporal a desmama. Avaliando-se as prioridades do bezerro lactente quanto à ingestão de nutrientes, um programa de suplementação eficiente deve adicionar nutrientes à dieta do bezerro e não substituir nutrientes que estariam presentes no leite e na forragem ingeridos naturalmente, ou seja, o suplemento deve ser fornecido com o objetivo de corrigir deficiências nutricionais e manter elevadas ingestão e digestão de forragem pelo animal. A suplementação de bezerros lactentes possibilita estabelecer o equilíbrio entre a demanda e a oferta de nutrientes durante a fase de aleitamento de bezerros. Assim, procura-se proporcionar maior eficiência alimentar (kg de ganho por kg de suplemento), assegurando a economicidade do ganho adicional proporcionado pelo suplemento. Por outro lado, o creep-feeding pré-condiciona o bezerro ao tipo de alimentação que ele vai receber na terminação, seja no sistema pasto/suplemento ou no confinamento, o que beneficia o seu desempenho.
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Os bezerros oriundos de rebanhos mestiços, em que o leite é a prioridade, normalmente são desmamados com quatro a cinco arrobas (Campos, 1985); a melhoria deste sistema presume associação de pasto de qualidade e suplementação de concentrados. Uma abordagem que procura a integração da pecuária de corte com a de leite tem procurado desenvolver alternativas de alimentação e manejo que permitam produzir bezerro de qualidade, sendo registrados pesos de entre seis e sete arrobas a desmama (Ruas et al., 2007). As estratégias desenvolvidas para valorizar os animais oriundos deste modelo de produção devem ser estimuladas. Na bovinocultura de corte estrita visualiza-se a desmama de bezerros de matrizes com boa habilidade materna, no sistema pasto manejado para qualidade/mistura mineral, com peso em torno de seis a sete arrobas. Uma análise prospectiva registra pesos a desmama próximos a oito arrobas, no sistema pasto/suplemento na fase de cria (Tabela 3). Ajustes tecnológicos para exploração do limite genético dos bovinos, ensejando a bovinocultura com ciclos de 11 a 16 meses de idade, permitem visualizar desmama de bezerros com peso entre 270 e 300 kg. Informações sobre integração de conhecimentos no sistema pasto/suplementos em vários ciclos de produção foram delineadas por Paulino et al. (2001; 2008; 2010).
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Tabela 3 - Desempenho de bovinos em fase de cria sob sistemas diversos1
Sistema Ganho Peso corporal Fonte adicional2 (g) final (kg) Pastagem natural 135,5; 149,5 Santos et al. (2011) Rebanhos mestiços com 135,0 Campos (1985) prioridade para leite Vaca de leite/bezerro de 189,2 Ruas et al. (2007) corte de qualidade 182,3 Porto et al. (2009a) 194,7 Zamperlini et al. Pastagem (2006) cultivada/mistura 200,3 Zamperlini et al. mineral (2005) 200,0 Fernandes et al. (2012) 146 219,0 Zamperlini et al. (2005) 186 228,2 Zamperlini et al. Pastagem (2006) cultivada/suplementos 100 197,8 Porto et al. (2009a) múltiplos 180 218,0 Fernandes et al. 214 (2012) 232,8 Monteiro et al. (2011)
1 Dados agregados; para acessar dados individualizados consultar as referências bibliográficas. 2 Em relação ao tratamento recebendo mistura mineral.
CONFINAMENTO DE BOVINOS: AJUSTANDO O MODELO
O sistema de engorda em confinamento é uma estratégia que permite produzir carne de qualidade, com valor agregado, para diferentes mercados consumidores e, sobretudo, em qualquer época do ano. Inicialmente usado para dar suporte à compra de animais na época de safra e sua revenda nos períodos de entressafra ou como forma de aproveitamento de resíduos ou subprodutos das agroindústrias, o confinamento pouco contribuiu para mudar os indicadores de produtividade do rebanho bovino brasileiro; posto que, trazia o efeito residual da falta de domínio do sistema de cria e recria a pasto, que intercalava ganhos e perdas de peso ao longo do ano, ensejando ciclos longos. Uma vez que dois terços do peso final
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 193
é colocado a pasto, a engorda completava-se com mais de três anos de idade. Quando inserido no sistema de produção de ciclo completo (cria, recria e engorda), o confinamento constitui ferramenta auxiliar no manejo racional de pastagens, caracteriza-se em atividade com características estratégicas, contribuindo efetivamente para a redução de ciclos, desde que associado ao sistema pasto/suplemento nas fases de cria e recria, com grande impacto na bovinocultura de alto desempenho e profunda repercussão social e econômica, permitindo aproximar-se da exploração do mérito genético dos animais. Historicamente, os confinamentos são conduzidos entre abril e meados de dezembro; podendo ocorrer terminação de dois ou três diferentes lotes em um mesmo curral, dentro deste período. Uma evolução nesta linha seria a terminação em confinamento o ano inteiro incluindo o período das precipitações mais intensas de verão. A viabilização deste processo depende de pagamento de prêmios, por parte do mercado de exportação, de restaurantes e churrascarias diferenciados, visando compensar alguns fatores restritivos inerentes a esta atividade. Alguns aspectos tecnológicos da terminação de bovinos em confinamento foram discutidos por Paulino et al.(2010). A integração do sistema pasto/suplementos múltiplos com confinamento permite visualizar a engorda de bovinos logo após a desmama, durante a primeira época seca de suas vidas, viabilizando abates de animais com idade entre 11 e 14 meses.
IMPLICAÇÕES
A sociedade demanda a construção de um modelo de desenvolvimento sustentável, que procure conciliar desenvolvimento sócio-econômico com conservação dos recursos naturais. Em tese não existem conflitos reais aparentes; a questão é conciliar os interesses diversos envolvidos para diminuir o impacto das atividades produtivas no meio ambiente. Os fundamentos da bovinocultura de alto desempenho com sustentabilidade são coerentes com elevada eficiência biológica, menor produção de metano por unidade de produto, economia de energia, menor utilização de vacinas e medicamentos, alimentos
194 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte saudáveis, respeito ao consumidor, evolução social para produtores e trabalhadores e melhor uso da terra. O modelo delineado aqui permite assegurar bem estar à população, criar oportunidade de trabalho e emprego, preservar a cultura e melhorar a qualidade de vida da população em geral. Entretanto, é preciso agir de maneira coordenada, conjugar os interesses dos diferentes segmentos em torno do objetivo comum de proporcionar bem estar para a população no presente e no futuro, ou seja, ter como referência a noção de que todo o sistema ruiria sem o equilíbrio das partes.
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MODELAGEM E META ANÁLISES EM ZOOTECNIA: APLICAÇÃO PRÁTICA PARA A BOVINOCULTURA DE CORTE BRASILEIRA
1Mario Luiz Chizzotti, 2Otávio Rodrigues Machado Neto, 1Márcio Machado Ladeira, 3Sebastião de Campos Valadares Filho 1Prof Adjunto da UFLA-MG, [email protected]; 2Doutor em Zootecnia, 3Prof.Titular DZO-UFV,Coordenador do INCT de Ciência Animal, [email protected].
A modelagem pode ser definida como a representação matemática de um sistema biológico que integra o conhecimento científico gerado ao longo do tempo, e nos permite prever as conseqüências de modificações de determinados parâmetros sobre o comportamento desse sistema. A taxa de publicação de artigos científicos por ano, em âmbito global, tem aumentado significativamente ao longo dos tempos, resultando no acúmulo de informações de pesquisa. A modelagem pode ser utilizada como ferramenta de integração dos resultados experimentais, permitindo simulações que auxiliem no processo de tomada de decisão, otimização de dietas, manejo de pastagem, maximização do lucro e redução no impacto ambiental da atividade. Adicionalmente, modelos matemáticos são de extrema utilidade na identificação de lacunas no entendimento de sistemas e podem auxiliar no ensino e na extensão rural. Os modelos matemáticos podem ser classificados em modelos empíricos, que são caracterizados por equações que ajustam ou descrevem observações através de dados, sem necessariamente entender os processos que causam estas repostas, e em modelos mecanicistas, que representam sistemas ou fenômenos a partir de sub-modelos integrados que descrevem com maior detalhamento as causas de possíveis variações no sistema. Os modelos também podem ser estáticos, descrevendo relações entre variáveis que são constantes (ou no estado de equilíbrio) ou dinâmicos, que representam sistemas ou fenômenos que mudam ao longo do tempo. Os modelos também podem ou não considerar a variabilidade de suas estimativas, sendo classificados em modelos determinísticos, cujos resultados são previsíveis e únicos, ou 198 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte estocásticos, ou seja os que contém elementos de incerteza/variabilidade ou aleatórios, que resultam em diferentes respostas cada vez que os cálculos são executados. As etapas de desenvolvimento de modelos incluem o delineamento dos objetivos, a escolha do sistema, a formulação de hipóteses qualitativas, a formulação de hipóteses quantitativas, a determinação dos parâmetros, e as avaliações (Sauvant, 1992). A análise gráfica de dados permite entender o comportamento do sistema e facilita a formulação das hipóteses. Os dados oriundos de experimentos distintos deveriam ser sumarizados utilizando-se o artifício estatístico da meta-análise para determinação de parâmetros a partir de dados da literatura. Finalmente, a avaliação de modelos consiste na verificação da acurácia e precisão das estimativas (Tedeschi, 2006).
Figura 1 - Etapas do processo de modelagem matemática.
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Modelos exercem um papel importante na melhoria dos sistemas de produção e auxiliam o entendimento da estrutura que dita o seu comportamento sendo ferramentas fundamentais no auxílio ao processo de tomada de decisão. Portanto, eles podem fornecer informações essenciais a serem utilizadas no processo de tomada de decisão por estrategistas, produtores e consultores para maximizar a produção e concomitantemente minimizar os impactos ambientais através da redução da excreção de nutrientes de maneira economicamente viável. Diversos modelos matemáticos nutricionais têm sido desenvolvidos (NRC, AFRC, CNCPS, CSIRO, BR-CORTE) e a revisão e atualização desses modelos deveria ser realizada constantemente. A representação matemática de sistemas deve ser embasada em premissas estatísticas coerentes para sua correta interpretação. Nesse sentido, diversas metodologias matemáticas têm sido estudas de forma a melhorar a predição de modelos e, dentre essas, a ferramenta conhecida como meta-análise se destaca. Quando o efeito de estudo é quantificado e considerado pelo modelo estatístico na comparação de dados oriundos de diferentes experimentos, essa análise estatística é denominada meta-análise (Glass, 1976). Há mais de três décadas este procedimento foi proposto, e combina resultados de vários estudos para fazer uma síntese reproduzível e quantificável dos dados. O objetivo principal da meta análise é avaliar a literatura existente de forma crítica e fornecer um resumo geral dos efeitos dos tratamentos. Essa síntese melhora a potência estatística na pesquisa dos efeitos dos tratamentos, sendo mais precisa na estimação e na magnitude do efeito. A meta análise permite, em caso de resultados aparentemente discordantes, obter uma visão geral da situação (Boissel et al., 1989; Boissel, 1994; D'Agostino & Weintraub, 1995). Quando os efeitos de estudo sobre as observações bem como a heterogeneidade das variâncias não são considerados em regressões envolvendo dados de múltiplos experimentos, erros consideráveis podem estar contidos nas estimativas dos parâmetros da equação de regressão (St-Pierre, 2001), limitando a inferência quantitativa dos dados avaliados.
200 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Com o avanço nos softwares estatísticos e no conhecimento do uso de modelos mistos (aqueles contendo efeitos fixos e aleatórios), a análise de dados provenientes de diferentes experimentos, foi aprimorada, possibilitando uma avaliação quantitativa dos resultados disponíveis na literatura. Os procedimentos e vantagens da realização de uma meta-análise aplicável a nutrição animal foram descritos em revisão de St-Pierre (2001). O uso de um modelo misto, que inclui efeitos fixos de tratamentos e aleatórios para estudos e a escolha da melhor estrutura da matriz de variância-(co)variância, baseada nos critérios de informação Bayesiana ou de Akaike, são, em suma, os procedimentos básicos de uma meta-análise. Em situações de limitação de recursos para a pesquisa científica envolvendo grande número de unidades experimentais, a utilização deste procedimento tem colaborado com a obtenção de novas informações a respeito de um determinado tópico de interesse, com baixo emprego de recursos financeiros para essa finalidade. Na área zootécnica, o número de meta-análises publicadas tem aumentado nos últimos anos (McPhee et al., 2006; Schreurs et al., 2008; Chizzotti et al., 2008; Wileman et al., 2009; Azevedo et al., 2010), sinalizando que esse procedimento pode se tornar rotina nesse campo da ciência. Além disso, as demandas dos pesquisadores e também dos usuários das tecnologias que podem ser empregadas na pecuária de corte, estão estimulando e forçando o uso de alternativas para metodologias de análise que dêem visões globais e quantitativas dos resultados experimentais. Chizzotti et al. (2008) conduziram uma meta análise com o objetivo de determinar as exigências nutricionais de energia e proteína para mantença e crescimento de touros, novilhos e novilhas Nelore e Nelore x Bos taurus, de diferentes estudos que utilizaram o abate comparativo para mensurar o balanço de energia e proteína. Para isso, foram utilizados dados de 16 estudos, totalizando 389 unidades experimentais. Os autores verificaram que as exigências de energia para mantença são semelhantes entre as diferentes classes sexuais (machos inteiros, castrados e fêmeas). Da mesma forma, as exigências de proteína para mantença não diferiram. Em
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 201 relação às exigências nutricionais para ganho de peso, verificou-se que a exigência de energia líquida de energia de novilhos foi maior que a de touros mas inferior à observada para novilhas, o que é conseqüência das diferenças observadas na composição corporal. Os autores também não verificaram diferenças entre as classes sexuais para as exigências de proteína para ganho de peso, apesar da porcentagem da energia retida como proteína ter sido negativamente correlacionada com a concentração de energia no ganho. A avaliação dos dados acumulados em exigências nutricionais é de extrema importância para a bovinocultura de corte nacional, pois a determinação das exigências nutricionais de bovinos Nelore e seus cruzados no Brasil é indispensável para a elaboração de modelos matemáticos de predição destas exigências, o que possibilita a otimização da utilização de dietas (redução dos custos com alimentação) nas diferentes fases da vida dos animais, melhorando a economicidade dos sistemas de produção, reduzindo a excreção de nutrientes ao meio ambiente e consequentemente o impacto ambiental da atividade pecuária. Azevedo et al. (2010) utilizaram o princípio da meta-análise com o objetivo de avaliar e desenvolver novas equações para predição do consumo de matéria seca em bovinos Nelore e mestiços. Para estimar os parâmetros, os autores utilizaram dados coletados em experimentos de desempenho independentes com bovinos nas fases de recria e terminação, totalizando 561 unidades experimentais. Os interceptos e as inclinações das equações para bovinos Nelore e mestiços não diferiram de zero e um, respectivamente, o que demonstra a acurácia das equações. O desenvolvimento de equações de predição para bovinos alimentados em condições tropicais também é de grande relevância para a bovinocultura de corte nacional, uma vez que a superestimação do consumo implica em custos desnecessários na confecção e fornecimento de dietas além da possibilidade do desenvolvimento de distúrbios digestivos pelos animais. Por outro lado, subpredições do consumo de matéria seca podem resultar em desempenho insatisfatório e também reduzir a economicidade dos sistemas de produção. Considerando que no Brasil, os animais são submetidos a
202 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte diferentes sistemas de alimentação, muitas vezes com restrição alimentar no período da seca, o que pode ter efeito sobre a ingestão de matéria seca no período chuvoso subseqüente, a utilização de equações de predições desenvolvidas em países de clima temperado com animais taurinos submetidos a diferentes sistemas de produção pode ser inadequada para a obtenção de desempenho ótimo. Diante do exposto, a avaliação e desenvolvimento de novas equações requer um vasto banco de dados para a obtenção de equações acuradas, sendo a meta-análise uma importante ferramenta para a obtenção destas equações. O sistema brasileiro de exigências nutricionais de Zebuínos – BR-CORTE (Valadares Filho et al., 2010) utiliza a meta-análise em praticamente todas equações propostas, tendo em vista a natureza multi-experimental do banco de dados utilizado. O BR-CORTE está em constante atualização e deverá ser revisado a cada quatro anos, incorporando novos resultados de pesquisa gerados nesse interstício. Além de uma importante ferramenta de formulação, a modelagem utilizada nesse sistema permite a identificação de lacunas no conhecimento que norteiam a condução de futuras pesquisas, otimizando a utilização de recursos de pesquisa. A meta-análise também pode ser utilizada para o esclarecimento de controvérsias na pesquisa. Com freqüência na área de produção animal, resultados experimentais conflitantes são reportados, o que estimulam a condução de novos experimentos sobre um mesmo tema para o esclarecimento das dúvidas existentes. Com o acúmulo desses resultados, revisões sistemáticas sobre o tema são realizadas mas falham ao não serem conclusivas. O agrupamento dessas informações e a meta-análise dos fatores de variação, eliminando-se a variabilidade inerente às diferentes condições em que os experimentos foram realizados, pode depurar os resultados e favorecer a conclusão sobre um tema duvidoso. Porém, para que esse objetivo seja alcançado, o banco de dados a ser utilizado em uma meta-análise deve ser aleatório para evitar conclusões equivocadas. Por exemplo, no teste de produtos comerciais, resultados negativos da utilização desses produtos podem ser suprimidos ou deixarem de ser publicados por razões comerciais, o que aumenta a porcentagem de publicações com
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 203 resultados positivos. Adicionalmente, uma busca por experimentos realizada de maneira incompleta pode suprimir experimentos importantes e afetar o resultado da meta-análise. Nesses casos, o agrupamento de dados torna-se perigoso e pode favorecer a conclusão de que determinado produto é eficaz pela falta de independência na publicação de resultados. Para solucionar problemas dessa natureza, testes adicionais podem ser realizados para avaliar a qualidade do banco de dados, como o teste denominado “funnel plot asymmetry” (Egger, 1997). Esse método é baseado no grau de associação entre a magnitude do efeito detectado (dependente do numero de unidades amostrais) e a sua variância, onde quando experimentos menores apresentarem magnitudes de efeito superiores e menores variâncias em relação a estudos com mais unidades experimentais, o banco de dados pode estar viesado. Outros exemplos de aplicações de meta-análise na pesquisa em bovinocultura de corte são apresentados a seguir. McPhee et al. (2006) conduziram uma meta-análise com o objetivo de determinar a influência do tipo biológico (maturidade moderada ou tardia) e do uso de hormônios (implantes) ou de ambos em conjunto, sobre algumas características de carcaça (peso de carcaça quente, teor de gordura intramuscular, espessura de gordura subcutânea na altura da 12ª costela, área de olho de lombo e teor de gordura renal-pélvica-cardíaca). Os autores também tinham o interesse de construir uma tabela com valores médios destas características de carcaça baseada nos resultados obtidos, que seriam utilizados como inputs em um programa de modelagem do crescimento de bovinos de corte e qualidade de carcaça. Foi realizado um levantamento de 43 estudos publicados e estes dados foram utilizados para a condução da meta-análise. Verificou-se que o tipo biológico e a utilização de implantes respondem por grande parte das diferenças observadas nestas características de carcaça. Em todos os pesos de abate (550, 575 e 600 kg) os animais de maturidade tardia apresentaram maior área de olho de lombo, menor espessura de gordura subcutânea, maior proporção de gordura renal, pélvica e cardíaca além de menor teor de gordura intramuscular, característica altamente desejável no mercado norte-
204 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte americano. Foi também verificado que a utilização de implantes hormonais, pode reduzir a espessura de gordura subcutânea e a porcentagem de gordura renal, pélvica e cardíaca, além da gordura de marmoreio. Schreurs et al. (2008) também realizaram uma meta-análise com o objetivo de avaliar o efeito da maturidade animal sobre a área transversal das fibras musculares, porcentagem dos tipos de fibras, atividade das enzimas isocitrato desidrogenase e lactato desidrogenase, colágeno total e insolúvel e por fim, concentração lipídica. Essas avaliações foram realizadas nos músculos Longissimus thoracis, Semitendinosus e Triceps brachii. Para esta meta-análise foram utilizadas 2642 amostras de músculos de touros, novilhos e vacas das raças Aubrac, Charolês, Limousin, Montbéliard e Salers e são oriundos de experimentos conduzidos entre os anos de 1986 e 2006 no Institut National de la Recherche Agronomique, na França. Os autores verificaram que para os touros, a área transversal da fibra, a porcentagem de fibras oxidativas de contração lenta e a atividade da isocitrato desidrogenase, tiveram uma relação quadrática com o aumento da maturidade. Por outro lado, a percentagem de fibras glicoliticas oxidativas de contração rápida, bem como a atividade da enzima lactato desidrogenase, tiveram um comportamento cúbico com o aumento da maturidade. Ademais, foi verificada uma relação linear do grau de maturidade dos animais com a concentração de lipídeos totais e colágeno. De acordo com os autores, o desenvolvimento das características musculares é diferente para cada músculo. Quando comparados com os demais músculos avaliados, o Semitendinosus apresenta maiores área de secção transversal, proporção de fibras glicolíticas de contração rápida, atividade de lactato desidrogenase e conteúdo de colágeno. Já o músculo Longissimus thoracis, apresenta maiores proporções de fibras oxidativas de contração lenta e de lipídeos. As características avaliadas neste trabalho são de grande relevância, uma vez que estão intimamente ligadas com atributos de qualidade da carne bovina, tópico de grande interesse na bovinocultura atual. Diante disso, a utilização da meta-análise possibilitou o agrupamento de dados avaliados ao longo de vinte anos, o que pode permitir conclusões mais confiáveis e acuradas a respeito do tema.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 205
Wileman et al. (2009) utilizando dados de literatura previamente publicados, conduziu uma meta-análise com o objetivo de comparar sistemas convencionais de terminação de bovinos com sistemas alternativos (orgânicos ou naturais) principalmente no que diz respeito ao impacto dos distintos manejos alimentares sobre o ganho de peso diário, a eficiência alimentar e consumo de matéria seca. Foram avaliados os impactos de diversas tecnologias proibidas em sistemas chamados orgânicos ou naturais, como por exemplo os implantes anabólicos, monensina, tilosina, endectocidas e também do uso metafilático de antimicrobianos. Os autores observaram que animais submetidos ao tratamento metafilático na entrada do confinamento apresentaram ganho médio diário adicional de 0,11 kg/dia quando comparados aos animais que não receberam este tipo de tratamento. Ademais, foi verificado que novilhas que receberam implante hormonal no inicio da engorda confinada apresentaram ganho médio diário adicional de 0,08 kg/dia, não tendo sido observados efeitos deste tratamento sobre a eficiência alimentar e consumo de matéria seca nesta classe sexual. Por outro lado, novilhos que receberam implante hormonal apresentaram taxa de ganho de peso adicional da ordem de 0,25 kg/dia além de maior consumo diário (0,53 kg/dia) quando comparados aos animais não implantados. Além disso, nesta classe sexual também verificou-se melhoria da eficiência alimentar com o uso de implantes (0,17 vs. 0,15 g de ganho de peso /kg de MS ingerida). Devido às diferenças observadas em desempenho e eficiência alimentar, os autores concluíram que animais implantados têm um custo de produção inferior, de aproximadamente 77 dólares e 359 dólares, em relação aos animais não implantados e aos terminados em sistemas orgânicos, respectivamente. Neste tipo de estudo, a meta-análise também é de grande importância, uma vez que resultados obtidos com a utilização de implantes anabólicos e aditivos podem ser bastante contrastantes. Diante disso, a avaliação de grande número de dados permite uma maior segurança na tomada de decisão para a adoção de determinadas tecnologias.
206 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Modelar é Preciso! O acúmulo de dados de pesquisa e as inovações computacionais e de softwares permitem integrar conceitos existentes, reduzir dificuldades conceituais em sistemas complexos e auxiliam na interpretação de dados para que a produção animal possa ser otimizada. A modelagem matemática é uma importante ferramenta no auxílio à interpretação de dados e no processo de tomada de decisão, e tem sido amplamente utilizada na produção de bovinos de corte. A meta análise é um dos muitos métodos com aplicação em modelagem e é preferencial em relação à revisão de literatura e ao agrupamento indiscriminado de dados experimentais. Em conjunto, a meta análise e a modelagem geram informações úteis a baixo custo e auxiliam na identificação de lacunas de conhecimento e no planejamento de futuras pesquisas em áreas deficitárias.
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208 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
FORMULAÇÃO DE DIETAS USANDO OS PROGRAMAS CQBAL 3.0 E BR-CORTE 2010
Sebastião de Campos Valadares Filho1, Polyana Albino Silva Machado3, Mario Luiz Chizzotti2, Heber Fernandes Amaral4, Tiago Furtado5 1Prof.Titular DZO-UFV,Coordenador do INCT de Ciência Animal, [email protected]; 2Prof Adjunto da UFLA-MG, [email protected]; 3Estudante de Pós-doutorado UFV, [email protected] ; 4Bacharel em Ciência da Computação, [email protected]; 5Mestre em Ciência da Computação, [email protected].
Os Programas CQBAL 3.0 e BR-CORTE fornecem, respectivamente, dados de composição de alimentos e exigências nutricionais de zebuínos. Esses programas são financiados pela Fapemig, pelo CNPq e pelo INCT de Ciência Animal. O CQBAL 3.0 apresenta em seu banco de dados mais de 2130 derivados de alimentos cadastrados, sendo as informações que compõem este banco de dados provenientes de teses e dissertações geradas ao longo dos últimos anos em várias universidades brasileiras. Este banco de dados é constituído por informações geradas sob diferentes condições climáticas, experimentais e de análise, sendo observados valores bastante diferentes em um mesmo alimento para os mesmos nutrientes, o que não significa erro, uma vez que o objetivo da compilação de dados é gerar uma média que represente as condições reais de cada região. No entanto, quando as informações são inconsistentes , essas são descartadas. A tabela completa com todos os derivados pode ser acessada pelo site www.ufv.br/cqbal. Usando esse banco de dados, o usuário pode compor a tabela da forma que desejar.Existe nesse site um manual explicando que tipos de relatórios o programa pode gerar. Para a utilização desse banco de dados de composição de alimentos,no programa de formulação de dietas, apenas uma tabela resumida de alimentos foi utilizada. Os alimentos da tabela resumida foram divididos nos seguintes tipos: forragens secas, forragens verdes, silagens; concentrados energéticos e protéicos; subprodutos; aditivos e outros, e fontes de minerais. Os critérios para compor essa tabela resumida foram baseados nas informações necessárias de composição de alimentos 210 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte disponíveis no site para atender as exigências nutricionais, devendo os alimentos selecionados possuir em sua composição os dados, expressos na base de matéria seca (MS), de proteína bruta (PB), frações da PB: A, B e taxa de degradação (kd) ou valores fixos de proteína degradada no rúmen (PDR) e proteína não degradada no rúmen (PNDR),fibra em detergente neutro (FDN) preferencialmente corrigida para os teores de cinzas e proteína (FDNcp), extrato etéreo (EE), cinzas, proteína insolúvel nos detergentes neutro (PIDN) e ácido (PIDA) e lignina. Essa composição é necessária para calcular os valores de nutrientes digestíveis totais (NDT), conforme equações preconizadas no BR CORTE (Detmann et al.,2010, para bovinos de corte em consumo voluntário), e também de carboidratos não fibrosos (CNF), quando esses não estão citados. Além desses, as fontes de minerais também constituem parte dessa nova tabela. Os valores de PDR foram calculados conforme sugerido pelo NRC (2001): PDR= A+(B*kd/kd +kp), sendo a taxa de passagem (kp) estimada pelas equações sugeridas pelo NRC (2001) para volumosos úmidos, secos e concentrados. Para o cálculo das exigências nutricionais foi desenvolvido o programa usando as equações de predição descritas no BR-CORTE, onde o usuário adiciona dados do peso corporal sem jejum do animal e do ganho médio diário e tem opções de escolher dentro de categoria animal: bezerro,animais em crescimento e terminação, ou vacas; dentro de raça: nelore ou cruzados; dentro de regime de alimentação: confinamento ou pasto e dentro de sexo: castrado, fêmea ou macho inteiro. Esses cálculos podem ser obtidos pelo site www.ufv.br/brcorte. O programa gera então informações sobre consumo de matéria seca predito (kg/dia), peso corporal em jejum (kg), peso de corpo vazio (kg), peso de corpo vazio equivalente (kg), exigências de energia líquida para ganho (Mcal/dia), energia retida como proteína (%), eficiência de utilização da energia metabolizável para ganho (%), exigências de energia metabolizável para ganho (Mcal/dia), exigências de energia líquida para mantença (Mcal/dia),eficiência de utilização da energia metabolizável para mantença (%), exigência de energia metabolizável para mantença (Mcal/dia), exigências totais de energia metabolizável (Mcal/dia), exigências totais de energia
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 211 digestível (Mcal/dia), exigências totais de nutrientes digestíveis totais (kg/dia), exigências líquidas de proteína para ganho (g/dia), eficiência de utilização da proteína metabolizável para ganho (%), exigências de proteína metabolizável para ganho (g/dia), exigências de proteína metabolizável para mantença (g/dia), exigências totais de proteína metabolizável (g/dia), produção de proteína bruta microbiana (g/dia), exigências totais de proteína degradada no rúmen (g/dia), exigências totais de proteína não-degradada no rúmen (g/dia), exigências totais de proteína bruta (g/dia), exigências dietéticas de cálcio, fósforo, magnésio, potássio, sódio (g/dia) para mantença, ganho e totais. Todas essas exigências estão descritas no BR CORTE em 2010, descrito por Valadares Filho et al. (2010). Além disso, o programa calcula as exigências de cobalto, cobre, iodo, manganês, selênio e zinco (mg/dia), usando os valores recomendados pelo NRC (1996) para gado de corte. O programa de formulação de dietas, em desenvolvimento, visa o cálculo de rações para bovinos de corte, baseado nos dados de exigências gerados pelo BR-CORTE, usando as composições de alimentos da tabela de composição de alimentos CQBAL 3.0. Inicialmente o programa irá calcular os dados de exigências com base nas informações do tipo de animal e do ganho apresentadas pelo usuário. Posteriormente, os alimentos serão selecionados e as rações formuladas para atender às exigências de NDT, PDR,PNDR,PB, e minerais.Para esses cálculos, o programa vai trabalhar com limites para os valores de FDN, CNF e de EE das dietas e também vai usar o preço dos ingredientes para otimizar as dietas. O programa de formulação de dietas estará disponível, on line, sendo denominado de BR CORTE 1.0.
EQUAÇÕES DO NRC (2001) UTILIZADAS NO PROGRAMA BR CORTE 1.0 PARA ESTIMAR AS TAXAS DE PASSAGEM (kp)
Kp = 3,054 + 0,614 X1, para forragens úmidas (silagens, forragens frescas); Kp = 3,362 + 0,479 X1 - 0,007 X2 – 0,017 X3, para forragens secas;e Kp = 2,904 + 1,375 X1 – 0,020 X2, para alimentos concentrados,sendo X1 o consumo de MS em % do peso corporal, X2
212 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
a % de concentrado expressa na base da MS dietética e X3 o teor de FDN da forragem (em % da MS).
EQUAÇÕES DE DETMANN ET AL. (2010) UTILIZADAS NO PROGRAMA BR CORTE 1.0 PARA CALCULAR O TEOR DE NDT DOS ALIMENTOS
1 Carboidratos não fibrosos aparentemente digestíveis para gado de corte em consumo voluntário (CNFDGCv) = (0,9507 x CNF) - 5,11 2 Fibra em detergente neutro digestível para gado de corte em consumo voluntário (FDNDGCv) = 0,835 x (FDNcp – L) x [1- (L/FDNcp)0,85] 3 Proteína bruta aparentemente digestível para gado de corte em consumo voluntário (PBDGCv) = 0,98 x (PB - PIDN) + 0,84 x {PIDN x [1 - e-(o,8188 + 1,1667 x PIDA)]} - 1,61, onde PIDN = proteína insolúvel em detergente neutro e PIDA = proteína insolúvel em detergente ácido expressas em % da MS. 4 Extrato etéreo aparentemente digestível para gado de corte em consumo voluntário (EEDGCv) = (0,8596 x EE) – 0,18 5 Nutrientes digestíveis totais aparentes para gado de corte em consumo voluntário (NDTGCv) = FDNDGCv + PBDGCv + EEDGCv + CNFDGCv
REFERÊNCIAS BIBILIOGRÁFICAS
DETMANN, E.; VALADARES FILHO, S.C.; PAULINO, M.F. Predição do valor energético de dietas para bovinos a partir da composição química dos alimentos. In: Exigências nutricionais de zebuínos puros e cruzados. (BR – CORTE). 2ed. Viçosa: UFV, Suprema Gráfica Ltda. 2010. p.47-63. NATIONAL RESEARCH COUNCIL. Nutrient Requirements of Beef Cattle. 7 ed. Washington, D.C. National Academy Press. 1996. 242p. NATIONAL RESEARCH COUNCIL. Nutrient Requirements of Dairy Cattle. 7 ed. Washington, D.C. National Academy Press. 2001. 381p. VALADARES FILHO, S.C.; MARCONDES, M.I.; CHIZZOTTI, M.L.; PAULINO, P.V.R. Exigências nutricionais de zebuínos puros e cruzados – BR CORTE. 2 ed. Viçosa: UFV, Suprema Gráfica Ltda. 2010, 193p.
USO DE ALIMENTOS RICOS EM LIPÍDEOS PARA ALIMENTAÇÃO DE BOVINOS DE CORTE: RECOMENDAÇÕES DE USO, LI MITAÇÕES E IMPACTOS NA QUALIDADE DA CARNE
Sergio Raposo de Medeiros1 e Tiago Zanett Albertini2 1 Pesquisador A - Embrapa Gado de Corte; [email protected] 2 Pos-doc PNPD/CNPq - Embrapa Gado de Corte; [email protected]
INTRODUÇÃO
Nenhum nutriente de bovinos de corte tem tantas implicações como a gordura. Ele interfere desde a mistura de ingredientes da dieta até o tempo de prateleira da carne. Entre esses dois extremos, ela modifica a fermentação ruminal, influi no aproveitamento de energia da dieta, afeta o metabolismo intermediário, altera a composição nutricional da carne e, até, interfere no número de acidentes nos frigoríficos. O objetivo deste texto é trazer informações multifacetadas sobre o uso desse fascinante nutriente para possibilitar o entendimento de suas restrições e potencialidades e, assim, permitir o melhor uso possível de qualquer que seja o ingrediente rico em lipídeos.
IMPLICAÇÕES NO USO DA GORDURA NA ALIMENTAÇÃO DE BOVINOS
Implicações no Manejo da Alimentação de Bovinos
Alimentos ricos em lipídeos, representados por grãos de oleaginosas e seus óleos, apresentam vantagens e desafios desde a operacionalização de seu fornecimento aos animais. Quando usados como óleo, tem a vantagem de reduzirem o fino das rações (pó), que, além do desconforto do animal ao consumir pode levá-lo a ter problemas respiratórios.Por outro lado, há o desafio de obter uma mistura homogênea desse óleo com os demais ingredientes. Aquecer o óleo e ir dosando aos demais ingredientes já misturados ou em processo de mistura melhora o processo. O aquecimento 238 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte deve ser brando (temperaturas inferiores à 50º C), pois o calor excessivo pode gerar a produção de peróxidos (CHRISTIE, 1981), especialmente os ácidos graxos poli-insaturados (AGPI). Se, em vez de óleo, a própria semente da oleaginosa é utilizada, a facilidade na mistura depende de cada ingrediente. O grão de soja moído, por exemplo, é adequado para misturar com os demais ingredientes, apenas devendo evitar misturar com ureia por conta da urease provocar a liberação de amônia que, além de ser uma perda, reduz a palatabilidade da mistura. Já o caroço de algodão não se presta a moer, pois, ocorre seu emplastramento, sendo comum colocá-lo como um ingrediente à parte ao concentrado e pré-misturando ambos antes de juntá-los ao volumoso. Outro desafio no uso de ingredientes ricos em gordura é a menor estabilidade da mistura, pois a oxidação das gorduras (rancificação) reduz o tempo de estocagem. Há alguma preocupação com a ingestão dos radicais livres formados no processo (FERRARI, 1998), mas o grande problema com alimentos rancificados é sua baixa palatabilidade e consequente menor consumo. O uso de antioxidantes ajuda a retardar esse processo e aumentar a vida de prateleira do produto. Algum dos produtos utilizados pela indústria são o Butilhidroxianisol (BHA, máximo 200mg/kg), o Butilhidroxitolueno (BHT, máximo 100mg/kg). Podem ser usadas vitaminas lipossolúveis, também, especialmente a Vitamina E. A estocagem em local coberto e ventilado ajuda na conservação, pois luz e calor interferem na peroxidação.
Implicações Ruminais
Gordura e Rúmen
Os caminhos evolucionários que moldaram os ruminantes foram baseados em consumo de forragens, cujos teores de gordura médios ficam, em geral, abaixo de 30 g/kg de MS (VAN SOEST, 1994). Portanto, não surpreende a dificuldade que o ecossistema ruminal tem em lidar com altos teores de gordura. Os ácidos graxos, principais componentes das gorduras, são tóxicos para os microrganismos ruminais, sendo particularmente negativos para
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 239 bactérias gram positivas, metanogênicas e protozoários (PALMQUIST e MATTOS, 2006). A degradação da fibra costuma ser prejudicada e acreditava-se que o principal efeito seria por recobrimento das partículas de alimento que dificultaria a colonização pelas bactérias celulolíticas. Todavia, a toxicidade dos ácidos graxos aos microrganismos ruminais, particularmente as celulolítica se o fator principal (HENDERSON, 1973; MACZULAK et al., 1981). Quando o excesso de ácidos graxos no rúmen é grande, ocorre redução na ingestão de MS (IMS) total do animal (URANO et al., 2006; SOUZA et al., 2009; JORGE et al., 2009). Em dietas com maior relação volumoso:concentrado, pode ocorrer redução da taxa de passagem pela mais lenta redução do tamanho das partículas de fibra. Já em dietas ricas em concentrado, a explicação mais lógica para menor IMS recai sobre o controle quimiostático de mecanismos regulatórios de consumo, com efeito da maior quantidade de ácidos graxos na corrente sanguínea reprimindo no sistema nervoso central o desejo de ingestão. Nesta sinalização, a capacidade limitada de ruminantes em oxidar ácidos graxos tem importante papel. Seja qual for a razão da redução de IMS, o maior tempo de permanência no trato digestivo pode compensar a menor taxa de digestão ruminal (que ocorre especialmente na fração fibrosa) com o efeito final sendo um aumento na digestibilidade da dieta. Essa pode ser uma das explicações para melhoria da eficiência alimentar com uso de dietas ricas em gordura.
AGPI, Rúmen e Biohidrogenação
Em sua evolução, o ruminante teve que criar estratégias para lidar com uma parcela dos ácidos graxos que é especialmente tóxica e que pode ocorrer em quantidades apreciáveis nas forragens:ácidos graxos monoinsaturados (AGMI) e poli-insaturados (AGPI). Além disso, quanto mais insaturada a gordura, mais tóxica ela é para os microrganismos ruminais (MACZULAK et al., 1981) devido a maior solubilidade dos AGPI (PALMQUIST e MATTOS, 2006). Como forma de defesa à toxidez, o rúmen tem microrganismos muito competentes em produzir enzimas extracelulares que colocam átomos de H nas duplas ligações tornando-as simples (saturadas),
240 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte processo chamado de biohidrogenação. A biohidrogenação é extensa e, em geral, apenas 10-35% dos ácidos graxos insaturados escapam da biohidrogenação (PALMQUIST, 1988). Assim, apesar do ácido linoleico (18:2) e linolênico (18:3) serem os principais AGPI na dieta de ruminantes, a biohidrogenação faz com que o principal ácido graxo que saia do rúmen seja o esteárico (C18:0) (WOODS e FEARON, 2009). Esse é o motivo pelo qual a gordura da carne do ruminante é mais saturada do que a do monogástrico (Figura 1).
60 52,31 51,14 50 41,3 40 C 18:0 30 C 18:1 20,46
Teor (%) C 18:2 20 17,46 10,25 10 6,19 2,21 3,9 0 Dieta Digesta Marmoreio
Figura 1 - Teores dos ácidos graxos em três situações: antes da ingestão, no duodeno (digesta) e o marmoreio resultante (Duckett, 2000).
Uma maneira de tentar fazer os ácidos graxos serem menos expostos à biohidrogenação no rúmen seria através da própria proteção pela planta (ou parte da planta) que os contêm (PALMQUIST, 1988; CHILLIARD et al., 2001). Ainda outra estratégia para reduzir a biohidogenação é o aumento na concentração de ácidos graxos na dieta (BEAM et al., 2000). O uso de ionóforos e a redução do pH ruminal também reduzem a biohidrogenação (DEMEYER & DOREAU, 1999).
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 241
Gordura no Rúmen e Produção de Metano
Conforme já comentado, as bactérias metanogênicas também são mais sensíveis aos ácidos graxos, o que abre a possibilidade de usar a suplementação com gordura para obtenção de uma fermentação ruminal mais eficiente, com maior produção de ácido propiônico e consequente maior retenção de carbono (CLARY et al., 1993; LANA & FOX, 2001). Já HESS et al. (2008) alertam que em dietas em que o óleo de soja suplementar a dieta em 30 g/kg de MS, a redução da relação acetato:propionato estaria mais relacionada ao milho presente na dieta do que ao próprio óleo em si, havendo também contribuição da fermentação do glicerol que resulta em produção de propionato. Há, portanto, um confundimento de efeitos difíceis de serem isolados.TEDESCHI et al. (2003) comentam que a suplementação com gordura pode alterar a resposta ao ionóforo, pois seus modos de ação se sobrepõe, mas que, por outro lado, o efeito do ionóforo em reduzir a lipólise dos triglicerídeos no rúmen poderia ser benéfico ao animal, pois menos ácidos graxos não esterificados haveriam no rúmen. Apesar do grande interesse em se reduzir a emissão de metano com a suplementação de gordura, ainda há um grande confundimento de quanto o efeito é por alteração qualitativa da fermentação ruminal (rotas metabólicas alternativas mais eficientes como discutido acima) ou, além disso, por um efeito decorrente da menor atividade fermentativa, que pode reduzir o desempenho. BEAUCHEMIN et al, (2008), agregando o resultado de trabalhos com inclusão de gordura de várias fontes em diversas situações, estimaram que o metano (g CH4/kg IMS) seria reduzido em 5,6% para cada 1% de adição de gordura a mais na dieta (1% = 10 g de gordura suplementar/kg de MS, Figura 2). Esses autores, além de determinarem que a gordura suplementar explicava 67% da redução de metano em relação aos tratamentos controle, fizeram observações interessantes:
ddiid() 242 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Canola,óleo Canola, semente Soja, óleo Soja, semente Girassol, óleo Girassol, semente Peixe/Girassol, Caroço de algodão Peixe/LInhaça, Caroço de algodão/Canola semente Linhaça, grão Ácido mirístico puro Côco, óleo Farelo de Côco % Redução Metano/IMS
Gordura Adicionada (%MS)
Figura 2 - Efeito da gordura adicional na redução de emissão de metano por quilograma de MS ingerida em relação ao controle sem suplementação de gordura (Beauchemin et al., 2011).
(i) a variação entre as diversas fontes foi muito grande, chegando a reduções de até 63,8% com 70 g gordura/kg MS óleo de coco a mais na dieta; (ii) óleos contendo altos teores de ácidos graxos de cadeia média (AGCM) (C12:0 e C14:0), como o óleo de coco e o óleo de palma são os que mais reduzem o metano, mas tem pouco apelo comercial por serem caros e (iii) os ácidos graxos de cadeia longa (AGCL) provenientes de algumas fontes de grãos de oleaginosas que não são extensamente mastigadas (linhaça, por exemplo), precisam ser mecanicamente processadas para que
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 243 exerçam o efeito redutor de emissão e (iv) parte da redução ocorre por degradação da fibra e parte por redução de IMS. Conforme já comentado, se essa redução de IMS for grande, pode resultar em pior desempenho. Nesse caso, apesar de ocorrer a redução da emissão de metano, o resultado pode não ser vantajoso, uma vez que a produção de metano por quilograma de carne pode menor ao tratamento sem a gordura suplementar. BERCHIELLI et al. (2011), por exemplo, concluíram que soja grão e óleo de linhaça produziram menores valores de produção de metano por quilograma de carcaça de bovinos da raça Nelore (menos 15% e 20%, respectivamente) em relação a uma dieta controle sem adição de gordura suplementar ou dietas com óleo de palma ou gordura protegida. Todavia, o ganho de peso do tratamento com óleo de linhaça (0,79 kg/cab.dia) foi significativamente inferior ao controle e ao de gordura protegida (1, 15 e 1,03 kg/cab.dia)
Implicações Metabólicas
Um dos aspectos mais interessantes do uso da gordura é o aumento da eficiência alimentar decorrente da inclusão deste nutriente. Há basicamente dois motivos para o aumento da eficiência: (i) ácidos graxos pré-formados dispensam síntese de novo a partir do acetato, evitando parte do incremento calórico associado à esta rota metabólica (economia no anabolismo) e (ii) a geração de energia por oxidação de AGCL é cerca de 10% mais eficiente que a oxidação de acetato (economia no catabolismo). A gordura no animal foi vista por muito tempo apenas como fonte de energia e insulante corporal, mas, a essencialidade de alguns ácidos graxos levou a descoberta deles serem importantes precursores de compostos reguladores do metabolismo como as prostaglandinas, tromboxanas e leucotrientos, conhecidos como eicosanóides (PALMQUIST & MATTOS, 2006).Também foi reconhecida importante ação de ácidos graxos individualmente na lipogênese (GRIINARI et al., 1998) já com trabalhos realizados no Brasil (GAMA et al., 2008; MEDEIROS et al., 2010). Ainda mais surpreendente foi a descoberta que o tecido adiposo era o produtor de um importante hormônio com efeitos drásticos em consumo e uma série de outros importantes efeitos, a
244 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Leptina (JI et al., 1998). A leptina é um pequeno hormônio proteico (16 kDa) secretado pelo tecido adiposo branco que regula a ingestão de matéria seca (IMS), o dispêndio energético, a homeostase do peso corporal e, consequentemente influencia a deposição de gordura em animais e humanos (HOUSEKNECHT et al., 1998) Entre os efeitos metabólicos que os ácidos graxos podem influenciar um dos mais bem documentados são as melhorias na reprodução animal. A quantidade que parece fazer diferença seria algo em torno de 400 g por vaca por dia e identificou-se que fontes de gordura vegetal dão melhores resultados que fontes de gordura animal. Isto está ligado a maior proporção de AGPI (particularmente ácido linoleico) das fontes vegetais. Uma das explicações metabólicas para isso é que a Prostaglandina F2α, quando não bloqueada pelo embrião, resulta em morte embrionária. A enzima responsável por esse bloqueio é a Ciclooxygenase-2 (COX-2), cuja enzima limitante para sua produção é regulada por AGPI (18:2, EPA = 20:5, DHA = 22:6, CLA) (STAPLES et al, 1998; MATTOS et al., 2002 ). Portanto, teores baixos desses ácidos graxos podem predispor a morte embrionária. No Brasil-Central, onde temos estacionalidade pronunciada e devemos ter menor ingestão de AGPI, por conta das forrageiras tropicais terem um perfil de ácidos graxos mais saturados (O’KELLY e REICH; 1976), pode-se esperar resultados na exploração desta técnica. HESS et al. (2008) comentam situações em que excesso de suplementação fez com que as novilhas engordassem demais e resultados negativos fossem observados. Eles sugerem a suplementação de gordura para novilhas de 90 a 60 dias antes da estação de monta, porque as concentrações de colesterol aumentada pela suplementação atingiram seu plateau entre essas datas. Uma estudo contendo uma meta análise de cinco estudos envolvendo a suplementação de CLA no inicio da lactação demonstra a melhoria no desempenho reprodutivo (DE VETH et al. 2009). Interessantemente, as melhorias na reprodução foram relacionadas a dose do CLA t10, c12, mas não a melhoria no balanço energético, o que sugere que o efeito do CLA seria independente do balanço de energia. Resultados positivos na reprodução também foram obtidos com vacas de leite em pastagem por MEDEIROS et al (2010).
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 245
Implicações na Qualidade da Carne
Dietas com Gordura e Qualidade da Carcaça
Dietas ricas em gordura podem ter efeitos na qualidade da carne por vários motivos. O primeiro deles, seria decorrente do efeito da gordura na terminação da carcaça, usualmente medida pela espessura de gordura subcutânea (EGS) na altura da 13ª costela. A EGS é importante por reduzir a chance de resfriamento rápido da carcaça que causa o encurtamento das fibras da carne, comprometendo fortemente a maciez (FELÍCIO, 1997). O valor mínimo de 3 mm é recorrente em programas de qualidade de carne, como no caso do programa do Novilho Precoce de Mato Grosso do Sul. Também há uma forte relação entre EGS e os mercados internacionais que melhor remuneram a carne. Com relação a isso, não se trata da carcaça em si, mas que há uma remuneração maior do mercado para carnes com maiores teores de gordura marmorizada (LANNA e ALMEIDA, 2005) e, quanto mais intensa a terminação, maior o marmoreio (SCOLAN et al., 2006, SMITH et al., 2009).É curioso observar que alguns confinadores vem sendo orientados a fornecer gordura, principalmente como gordura protegida para aumentar a espessura de gordura subcutânea, sem qualquer suporte dos resultados obtidos na literatura, que mostram haver pouco efeito da inclusão de gordura na dieta na terminação da carcaça. O efeito da gordura tem sido indireto: em dietas com gordura acima do limite ruminal, que reduzem o consumo de energia e resultam em ganhos menores, a EGS da carcaça é menor, ocorrendo o oposto, quando a energia da gordura aumenta o ganho. Esse é o motivo para o menor teor de gordura de animais criados em pastagens. WARREM et al (2008), por exemplo, observaram maior teor de gordura na carcaça comparando dieta com silagem de gramínea do que dietas com concentrado porque a oferta destes foi restrita de forma a resultar em mesmo ganho. Portanto, não é necessariamente o tipo de dieta que causa a maior deposição de gordura, mas a taxa de ganho (SCHOONMAKER et al.; 2004). Maiores taxas de ganho resultam em aumento na taxa de deposição
246 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte de gordura quando se ultrapassa a capacidade de deposição de proteína muscular (OWENS et al. 1993, REEDS e MERSMANN, 1991).
Dietas com Gordura e Marmoreio
Outro aspecto fundamental para qualidade da carne é a quantidade de gordura intramuscular da carne que se deposita particularmente na terminação dos animais, por uma manutenção de síntese de gordura e declínio no crescimento muscular (SCOLAN et al. 2006). Sua valorização está relacionada, principalmente, a dois aspectos: maciez e sabor. No caso da maciez, a gordura tem efeito direto modesto (SCOLLAN et al. 2006), especialmente quando medida fisicamente (Warner-Bratzler, por exemplo), mas, como ela aumenta a sensação de maciez por sua ação lubrificante, é melhor identificada pelos painéis sensoriais. Na questão do sabor, por sua vez, a importância se dá principalmente em função de que os compostos que dão flavor (aroma + sabor) solubilizam-se na gordura e pela própria participação dos ácidos graxos, inclusive pós-cocção quando resultam em vários compostos que alteram a palatabilidade da carne (CALKINS e HODGE, 2007). Uma hipótese que a inclusão da gordura na dieta poderia atrapalhar o marmoreio é que a maximização da energia para ganho como carboidrato (glucose, particularmente) aumentaria a deposição de gordura. Isso ocorreria por ação de hormônios (especialmente a insulina) que estimulariam a lipogênese e/ou a preferência dos adipócitos responsáveis pelo marmoreio pelos carbonos de carboidratos, em contraste com os adipócitos da carcaça (SCOLLAN et al. 2006). Os resultados de GUNN et al. (2009), que observaram maior marmoreio nas dietas com maior ganho quando estudavam dietas com diferentes proporções de DDGS (Dried distillers grains with solubles) e dietas com alta proteína (21-22% na MS) ou alta gordura (9% da MS), poderiam indicar o efeito do carboidrato, mas na verdade houve efeito do ganho na marmorização, pois as dietas com altos teores de gordura e proteína tinham níveis nutricionais problemáticos em termos de fermentação ruminal e custos de excreção de proteína, respectivamente. Assim, de forma geral, dietas com elevada porcentagem de gordura que resultem em ganhos
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 247 equivalentes às dietas convencionais parecem não ter grande influência no marmoreio (RULE & BEITZ, 1986; ANDRAE et al., 2001)
Dietas com Gordura ePerfil de Ácidos Graxos
O ponto em que a suplementação com gordura mais pode influenciar na qualidade da carne, sem dúvida, é o perfil de ácidos graxos. Uma elevada ingestão de ácidos graxos insaturados pode exceder a capacidade dos microrganismos do rúmen em biohidrogenar, o que aumenta a absorção intestinal de ácidos graxos insaturados (RULE & BEITZ, 1986). A mera adição de grandes quantidades de ácidos graxos na dieta não garante a alteração do perfil lipídico produzido, como relatado por HUERTA-LEIDENZ et al.(1991) que usaram altas porcentagens de caroço de algodão (15 e 30% da MS da dieta) obtendo apenas discretas alterações na composição de gordura perirenal e subcutânea. Um dos motivos seria a presença de ácidos graxos ciclopropenos, que inibem a ação das dessaturases e, portanto, aumentariam a saturação dos ácidos graxos (KELLY et al., 2001), o que ilustra bem que a alteração do perfil lipídico tem particularidades dependendo de cada fonte de gordura. Outro motivo de não ter alterado o perfil de ácidos graxos é a extensa biohidrogenação dos ácidos graxos do caroço que, uma vez protegidos com caseína (GULATI et al.; 1996) e variando de 3,5 a 7,5% da MS da dieta, aumentaram em 5 a 8 vezes no valor de 18:2 na gordura perirenal, omental e subcutânea de animais britânicos. CHANG et al. (1992), também usando semente de girassol (9,57% da MS), observaram aumento de oleico (18:1), mirístico (14:0) e esteárico (18:0) na gordura da base da cauda de animais. Além de sementes de oleaginosas, milho de alto teor de óleo (7% de gordura na MS) também podem ser usados para mudar o perfil lipídico e, assim, ANDRAE et al. (2001), substituindo milho convencional, obtiveram aumento de linoleico (18:2), araquidônico (20:4) e AGPI, com redução nos ácidos graxos saturados no Longissimus dorsi. A gordura de marmoreio pode ser mais difícil de ser alterada, como em trabalhos com 14% de sementes de soja extrusada que não causaram alteração na composição da gordura de marmoreio, apesar de causarem aumentos de ácido linoleico
248 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
(18:2) e α-linolênico (18:3 n-3, ALC) de mais de 24% na gordura subcutânea (RULE & BEITZ, 1986; ANDRAE et al., 2001). O perfil lipídico alterado por quantidades crescentes de soja extrusada pode ser visualizado na Tabela 1.
Tabela 1 - Concentração de ácidos graxos na carne de bovinos alimentados com soja extrusada: baixa soja (2,7% EE na MS) e alta soja (5,6% EE na MS)
mg/g de gordura Controle baixa soja alta soja C18:0 141,3 b 155,2 a 165,2 a C18:1 c9 392,8 a 385,2 ab 377,5 b C18:1 t10 8,5 b 11,7 a 12 a C18:1 t11 13,3 b 14,2 b 17,1 a C18:2 c9,c12 16,1 b 16,7 ab 19,1 a C18:3 c9,c12,c15 2,1 c 2,3 b 2,8 a C18:2 c9,t11 (CLA) 6,6 b 6,9 b 7,7 a Fonte: Madron et al (2004) citados por Ladeira e Oliveira(2006). Dentro da mesma linha médias acompanhadas por letras minúsculas diferem (P<0,05).
O uso de óleos vegetais na dieta de ruminantes é bem menos comum do que o uso de sementes de oleaginosas pelas dificuldades operacionais, preço e por serem mais desafiadoras ao ambiente ruminal como já comentado. Todavia, exatamente por proporcionarem maior disponibilidade dos ácidos graxos no rúmen, podem resultar em maiores alterações lipídicas. OLIVEIRA et al. (2008) demonstraram bem isso na terminação de novilhos bubalinos, pois não obtiveram aumento de ácido linoleico conjugado (18:2 c9, t11, CLA) com 13% de grão de soja em relação ao controle (~ 2 mg CLA/g gordura), mas obtiveram 4,6 mg CLA/g gordura com o uso de 2,5% de óleo de soja, aporte equivalente ao proporcionado pelo grão. Neste mesmo trabalho, apenas com o aumento da disponibilidade dos ácidos graxos no rúmen (por ser como óleo) houve redução de palmítico (16:0) e esteárico (18:0; ~25 para 23 g/100 g gordura). Já o aumento de gordura, independente do tipo de
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 249 oferta (grão vs. óleo), aumentou a quantidade de vacênico (18:1 t11; ~0,7 para 0,9). O uso do óleo aumenta a relação AGI/AGS, especialmente pela redução do 16:0 e do 18:0. Os AGPI têm uma maior capacidade para inibir a síntese de novo de lipídeos do que os AGS. Portanto, além do efeito de reduzir ácidos graxos de maneira relativa, quando se aumenta oferta de AGPI, pode ocorrer também uma redução na síntese de AGS de cadeia curta e média, o que é positivo em termos de perfil de ácidos graxos uma vez que o láurico (12:0) e o mirístico (14:0) são os principais ácidos graxos hipercolesterolêmicos. SCOLLAN et al. (2001) utilizaram óleo de linhaça na alimentação de bovinos, suplemento rico em ácido α-linolênico, resultando em um aumento de 100% na concentração deste no músculo bovino. O óleo de linhaça tem se mostrado o alimento mais interessante para alterar o perfil lipídico da carne, mas seu uso esbarra no seu elevadíssimo custo quando comparado às demais fontes.
Perfil de Ácidos Graxos e Sabor
Ácidos graxos individualmente podem interferir com o sabor da carne. Foi detectada correlação positiva entre sabor favorável os seguintes ácidos graxos: miristoleico (14:1); palmítico (16:1); esteárico (18:0); oleico (18:1 c9); linoleico (18:2 c9,c12) e linolênico (18:3 c9,c12,c15) (Davis e Backus, 1982 citado por CALKINS e HODGEN, 2007). Forante o 14:1 e o 18:0, o aumento no teor dos demais está em linha com um perfil de ácidos graxos mais saudável. O teor de oleico (18:1 c9) foi positivamente relacionado com qualidade sensorial da carne em vários trabalhos (WESTERLING & HERDRICK, 1979; DRYDEN & MARCHELLO, 1970; MELTON et al., 1982). Isto poderia ser por um efeito indireto: HAUSMAN et al.(2009) afirmam que, em parte, o melhor sabor pode estar ligado ao oleico (18:1 c9) conferir menor rigidez da gordura em função do seu menor ponto de fusão, o que faria a gordura mais solubilizável e, portanto, mais fácil de ser sentida pelas nossas estruturas gustativas. Todavia, ter mais AGPI, não resulta necessariamente em melhorias no sabor, como observado por ANDRAE et al. (2001). Neste trabalho,apesar
250 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte do Longissimus dorsi produzido com milho de alto teor de óleo ter significativamente mais AGPI que o controle (4,7% vs. 5,7%), não houve diferença no sabor pelas notas de um painel sensorial.
Estabilidade da Carne com Perfil mais Insaturado
O aumento de AGPI predispõe a rancificação da carne. (RULE et al., 1995; NURNBERG et al., 1998; CALKINS e HODGE, 2007), pois eles são mais susceptíveis à oxidação, sendo por vezes negativamente correlacionados com notas de flavor dadas em painéis sensoriais (DUCKETT et al., 1993; CALKINS e HODGE, 2007). O linolênico (18:3) seria duas vezes mais susceptível à oxidação do que o linoleico (18:2) (SHAIDI, 1992 citado por YANG et al., 2002). MANDELL et al. (1997) observaram que o aumento de AGPI contribuiu para menor vida de prateleira e problemas de flavor típicos daqueles encontrados em animais com dieta à base de forragem. A inclusão de Vitamina E na dieta é uma das maneiras de tentar reduzir o problema. JUAREZ et al. (2012) usando vários tratamentos nutricionais (controle, alto teor de vitamina E, 10% linho moído ou alto teor de vitamina E e 10% linho moído) encontraram que, enquanto os tratamentos não tiveram efeito na composição da carne ou sua maciez, o aumento na ocorrência de produtos de oxidação foram menores na carne de novilhos suplementados com vitamina E os valores mais elevado ocorreram na carne de novilhos suplementados com a linhaça, rica em 18:3. Os dados de composição em ácidos graxos, em geral, é obtida do tecido in natura, levantando dúvidas quanto ao que efetivamente o consumidor iria ingerir após o preparo que envolve altas temperaturas. Neste sentido, o trabalho de ALAFAIA et al (2010) confirma a boa estabilidade do AGPI da carne após processamentos térmicos.
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LIMITES NO USO DE LIPÍDEOS EM DIETAS DE BOVINOS DE CORTE E RECOMENDAÇÕES DE USO DE ALIMENTOS RICOS EM GORDURA
A recomendação usual, como limite crítico a partir do qual piores resultados são obtidos, fica entre 50 a 60 g de gordura/kg de MS (5 a 6% da MS). Quanto se ultrapassa esse nível crítico efeitos negativos em eficiência alimentar, desempenho e atributos de carcaça, podem ocorrer (ZINN & PLASCÊNCIA, 1993; HUERTA-LEIDENZ et al., 1991; GUNN et al., 2009). Em uma interessante revisão com suplementação em pastagem e confinada, HESS et al. (2008) sugerem inclusão de menos de 30 g/kg de MS da dieta de gordura suplementar para maximizar o uso de dietas baseadas em forragem. Considerando a dieta basal com valores próximos a 30 g/kg de MS, isso equivaleria a manter a dieta com 3 a 6% da MS como gordura. O outro extremo seria a recomendação de uso de 80 a 100 g/kg de MS em locais de elevado estresse calórico, onde o consumo é comprometido pelo calor e, assim, esse aporte permite aumento de consumo de energia (além da vantagem do menor incremento calórico da gordura). O valor crítico de inclusão de gordura não leva em consideração a fonte de gordura, nem a sua forma de apresentação, sendo que ambas influem neste efeito. Assim, grãos de oleaginosas têm perfil altamente insaturado, mais deletério (PALMQUIST & JENKINS, 1980), que é um pouco aliviado pelo fornecimento dos grãos inteiros, uma vez que o óleo fica inicialmente isolado do ambiente ruminal e tem sua liberação mais lenta no tempo (CHILLIARD et al., 2001). Todavia, mesmo a gordura ingerida dentro dos grãos costuma ser extensamente biohidrogenada (PALMIQUIST, 1988; ZINN e PLASCENCIA, 1993; CHILLIARD et al., 2001). Há trabalhos com valores bem acima dos limites sugeridos, sem grandes problemas. Assim, apesar do fornecimento como óleo costumar ser mais danoso ao ambiente ruminal, há trabalhos como o de BEAULIEU et al. (2002) em que novilhas Angus x Wagyu receberam dietas com 0% ou 5% de óleo de soja e apesar da dieta com o óleo de soja ter 10,7% de gordura na MS, a ingestão foi a mesma. Um dos fatores que parece ser muito importante para explicar resultados que contrariam os limites usuais é a relação volumoso:concentrado.
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JORDAN et al (2006) observaram que, em suas dietas experimentais com relação volumoso:concentrado (V:C) de 10:90, apesar de altos níveis de inclusão de gordura suplementar, a redução de ingestão não foi tão grande quanto em outros trabalhos com relação V:C maiores, o que faz sentido ao se focar o efeito da menos IMS na redução da digestibilidade da fibra. Outro aspecto interessante, é que em dietas com maiores teores de concentrado a menor taxa de biohidrogenação faz aumentar o fluxo ruminal de AGI, cuja absorção intestinal é maior, o que faz com que haja aumento do teor de energia metabolizável (PLASCENCIA et al, 2003). Ainda com relação à relação V:C na dieta, quando ela é alta o efeito dos lipídeos da dieta é menos negativo, pois a interação dos ácidos graxos com as regiões hidrofóbicas das partículas de alimento reduzem sua toxicidade (PALMQUIST e MATTOS, 2006). A composição lipídica basal da dieta também pode influir. No caso dos países tropicais, por exemplo, seria lógico esperar uma maior margem de segurança, uma vez que as forragens tropicais seriam menos insaturadas (O’KELLY & REICH, 1976), permitindo, assim, maiores níveis de inclusão dos nutrientes ricos em gordura. O sebo, por ser menos insaturado, é menos prejudicial que o óleo (ZINN e PLASCENCIA, 1993; PALMQUIST e JENKIS, 1980). Todavia, o uso de sebo no Brasil está proibido1. O motivo da proibição seria o risco de disseminação da BSE (doença da vaca louca). A lei intenciona abranger o risco de sebo que contenha ainda restos de tecido nervoso que poderiam conter o príon defeituoso causador dessa doença. Há críticas no sentido dessa proibição ser severa demais, mas tem prevalecido o entendimento mercadológico que o rigor demonstra uma posição sanitária firme necessária frente aos nossos importadores. O uso de suplementos contendo gordura em pastagem é pouco comum, o que deve ocorrer principalmente pelos desafios operacionais comentados no item 2.1. Com o uso de forragens temperadas, HESS et al (2008) sugerem não incluir mais de 20 g/kg de MS da dieta de gordura suplementar para evitar efeito de substituição da forragem pelo suplemento, o que equivaleria a não ter esse efeito até cerca de 5% de gordura da MS somada da pastagem (3 unidades percentuais) com a
1Instrução Normativa no. 8 de 25 de Março de 2004 do Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 253 do suplemento (2 unidades percentuais). Esses mesmos autores comentam que para o objetivo de aumentar a ingestão de energia digestível, não se deve passar dos 40 g/kg de MS da dieta de gordura suplementar (dieta final com cerca de 7% de gordura na MS). No Brasil, ainda há menos estudos, dos quais se destacam os trabalhos desenvolvidos por PAULINO et al. (2002, 2006) que avaliaram o efeito da utilização de suplementos contendo soja em grão, bem como caroço de algodão, na terminação de bovinos durante a época seca e das águas. De acordo com PAULINO et al. (2002) na estação seca os animais foram manejados sobre pastagem diferida com 4 kg/animal.dia de suplementos(7,9% EE, na MS). O pH ruminal para um suplemento tradicionalmente formulado com farelo de soja (3,2% EE) foi menor que nos suplementos contendo soja em grãos e caroço de algodão, todavia, os autores não observaram para os diferentes tratamentos reduções de pH abaixo do nível crítico (i.e. pH 6) onde iniciariam os efeitos deletérios sobre a microbiota celulolítica ruminal. Esse efeito dos suplementos contendo grão de oleaginosas pode ser interessante e estaria mais ligado a substituição do amido pela gordura do que um efeito tamponante propriamente dito. O desempenho dos animais na estação seca para ganho e rendimento de carcaça foram 1,07 kg/d e 52,9%, respectivamente. Já no estudo realizado no período das águas (PAULINO et al, 2006), em que os suplementos foram oferecidos na quantidade de 500 g/animal/dia (82% NDT e 59,6% PDR) em intervalos não frequentes (3 vezes/semana) houve ganhos adicionais de até 143 g/animal.dia em relação ao grupo testemunha apenas recebendo sal mineral. Com o objetivo de avaliar o efeito da suplementação de gordura por um período curto de tempo (flushing), MULLER et al. (2008) suplementaram vacas de corte no período pós-parto e avaliaram a taxa de ganho dos mesmos. As vacas foram suplementadas ad libitum (30% grãos de soja e 70% de milho, com 8% EE) durante 15 dias após o parto, contudo, não verificaram diferença significativa quando comparada ao grupo controle. Por outro lado, o número de estudos de suplementação com gordura em animais terminados em confinamento no Brasil é mais expressivo ( Tabela 2).
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Tabela 2 - Alguns resultados de experimentos que avaliaram os efeitos de suplementados contendo gordura em confinamento no Brasil
N° Autor Objetivo Tratamento Resultados animais Verificar o efeito da Dieta contendo gordura protegida gordura sobre as protegida1. Dieta características de controle (9,5% JAEGER et Não houve 32 carcaça. PB, 2,4% EE em al. (2004) efeito do tratamento. base de MS); dieta com gordura (11% PB, 6,16% EE). Avaliar os efeitos Os animais tratados com dos sais de cálcio sais de cálcio de ácidos de ácidos graxos Duas dietas (com graxos apresentaram no desempenho, 45% de grão seco maior consumo características de ou úmido de comparados ao grupo carcaça de milho, 78% NDT, controle, contudo, não foi SILVA et al. 48 novilhos e na 13,9%PB e 6,57% detectada diferença na (2007) população de EE) contendo de eficiência alimentar. A protozoários no sais de cálcio de população de rúmen. ácidos graxos2 em protozoários ciliados base de MS. reduziu em função das dietas contendo os sais de ácidos graxos. Avaliar a influência A ingestão de energia Dietas contendo de sementes de bruta foi 5% maior para sementes de linhaça e grãos as dietas contendo grãos linhaça (inclusão canola no de linhaça e canola em WADA et al. de 9,25% em 24 consumo, relação ao tratamento (2008) base de MS) e digestibilidade de controle (sem a inclusão grãos de canola nutrientes e de oleaginosas), contudo, (inclusão de desempenho. não houve melhoria na 9,2%). eficiência alimentar. Avaliar o consumo, A ingestão de MS foi 8% desempenho e Dieta contendo menor para os animais características de caroço de algodão que ingeriram caroço de carcaça. (15% de inclusão algodão, contudo, não JORGE et 48 em base de MS), houve melhoria na al. (2009) com 71,6% NDT, eficiência alimentar, 12,6% PB e 5,7% desempenho ou EE. características de carcaça.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 255
Tabela 2 – Continuação...
Avaliar o Dietas contendo A ingestão de MS (como desempenho com baixo (3,15% EE % PV) foi 7,3% menor dietas contendo e 72,8% NDT) e para os bovinos que diferentes teores alto teor de ingeriram a dieta de alto SOUZA et de gordura. gordura (7,28% 29 teor de gordura e para um al. (2009) de EE e 71,7% dos genótipos avaliados NDT). O nível de melhorou a eficiência EE foi elevado alimentar (kg ganho/kg com grãos de soja consumo MS) em 8%. moídos. Desempenho e Foram utilizados características de níveis crescentes Houve redução linear no carcaça de inclusão de COSTA et consumo e no tamanho 36 caroço de al. (2011) do músculo Longissimus algodão: 0, 14,3, dorsi. 27,5 e 34%(em base de MS). Desempenho e Sais de cálcio de qualidade de carne ácidos graxos4 Os sais de cálcio de ácido foram acrescidos graxo aumentaram 18% em dietas da taxa de ganho de peso MARGARID contendo baixo e 2% do rendimento de O et al 60 (46,7% da MS, carcaça de animais que (2011) 65% NDT e 12% ingeriram a dieta com PB) e alta teor de maior proporção de concentrado concentrado. (76,6%, 71% NDT e 13,9 % PB)
1 5% de inclusão (em base de MS) do produto comercial LAC 100 – Yakult® com 88% EE à base de óleo de soja. 24% de inclusão (em base de MS) do produto comercial Lactoplus® (Dalquim Indústria Química Ltda, Itajaí, SC, Brasil). 3Dieta com a proporção 30:70 (volumoso:concentrado) contendo 46% de grãos de soja ou 5% de gordura protegida e dieta 70:30 contendo 6,5% de grãos de soja ou 5% de gordura protegida. 43% de inclusão (em base de MS) de Lactoplus®.
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Dietas com Uso de Gordura Protegida
O uso de gordura protegida para alterar a composição de ácidos graxos na carne é uma saída óbvia, uma vez que o perfil lipídico mais saturado dos bovinos ocorre, exatamente, pela ação de biohidrogenação ruminal. Ao se reduzir a ocorrência da hidrólise das ligações ésteres estáveis no rúmen, evita-se a biohidrogenação que só ocorre no ácido graxo livre. A busca por sistemas que, além de eficazes na proteção dos lipídeos, sejam economicamente viáveis é um dos grandes desafios do setor. A única forma comercialmente empregada com sucesso há mais de 20 anos são sais de cálcio de ácidos graxos. Ocorre que esse tipo de proteção é eficiente apenas quando o óleo vegetal usado como matéria prima tem elevada porcentagem de ácidos graxos saturados, como o óleo de palma, rico em ácido palmítico (16:0). Hoje existe a variante, feita com o óleo de soja como matéria prima. Como o óleo de soja é bastante insaturado, com cerca de 50% de linoleico (18:2), a proteção como sais de cálcio é bem menos eficaz. Resultados do trabalho de JENKINS & PALMQUIST (1984) explicam isso: o sal de cálcio produzido com óleo de soja apresentou valores de 80% de dissociação, em função do menor pKa dos AGI, enquanto que os sais de ácidos graxos com óleo de palma apresentaram menos de 1% de dissociação em pH 6,5 ou menos de 10% em pH 5,5. Outras formas de proteção à biohidrogenação ruminal como a reação de ácidos graxos com aminas primárias para produzir amino-acil graxos (JENKINS et al., 1996) e a mistura com caseína e proteção (GULATI et al., 2000) são relatadas na literatura. Este último, desenvolvido originalmente na Austrália nos ano 1970, tem alto grau de proteção, entre 79–84% para uma gama de suplementos ricos em gordura n-3 (GULATI et al. , 2002). Apesar do sucesso técnico, essas tecnologias não se estabeleceram na prática particularmente por serem caras. Já existe tecnologia para a proteção ruminal de ácidos graxos com uso de nanotecnologia (CHO et al., 2010) e essa é uma vertente que poderá mudar radicalmente a possibilidade de alterar o perfil de ácidos graxos da carne. Em um trabalho com terminação de vários grupos genéticos comparando um tratamento controle com outro contendo gordura
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 257 protegida como sais de cálcio de ácidos graxos, JAEGER et al. (2004) não obtiveram efeito na terminação com os animais sem diferença significativa para EGS: 7,46 mm e 8,04 mm, respectivamente para dieta controle e com a gordura protegida (Tabela 2). Isto mostra, também, que a gordura per se também não altera o grau de acabamento, pois, o tratamento com gordura protegida tinha mais de 2,5 vezes mais gordura (6,16% vs 2,40%). PIRES et al. (2008) obtiveram aumento de AGPI nas dietas com gordura protegida (5% da MS como sais de cálcio de ácido graxo) tendo 5,41% contra 4,21% do controle, todavia isso provavelmente ocorreu porque a dieta controle continha apenas 2,4% de gordura e a dieta com a gordura protegida 6,2%. Recentemente, SCHIAVON et al (2011) realizaram trabalho usando CLA protegido da fermentação ruminal (produto comercial: SILA, Noale, Itália), no qual ésteres metílicos de ácidos graxos estão ligados à uma matriz de sílica e, recobrindo esse complexo, óleo de soja hidrogenado. A proteção alterou ligeiramente o perfil de ácidos graxos músculo e em tecidos gordurosos quando oferecido (80 g/cab.dia ou ~0,9% MS) por sobre o alimento no cocho por longo período, mas sem alterar o teor de gordura. Os CLA foram significativamente aumentados e o isômero t10, c12 aumentou muito mais no músculo (20 vezes mais que o controle) em relação ao tecidos gordurosos (de 0,2 a 0,9 vezes mais), mostrando que ele é preferencialmente depositado no músculo.
Dietas com Caroço de Algodão
É comum as pessoas associarem a inclusão de caroço de algodão na dieta de bovinos de corte com o desenvolvimento de sabor desagradável na carne, todavia isso ainda não foi reproduzido em condições experimentais, mesmo com dietas contendo 20% de caroço de algodão (PESCE, 2008). Em um trabalho conduzido na Embrapa Gado de Corte com a suplementação de 9% de gordura na MS por 178 dias não foi detectado diferença por painel sensorial quanto a sabor ou aroma (MEDEIROS et al, 2005). Isto pode estar ligado ao fato que as análises são feitas apenas com o músculo Longissimus dorsi. Adicionalmente, há relatos de ocorrência de
258 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte graves problemas com o sabor da carne com o uso elevados teores de gordura que não o caroço de algodão. Os fatores, isoladamente ou em conjunto que podem levar a problemas de sabor com oleaginosas seriam: a) Inclusão acima dos limites nutricionais (6-7% da MS); b) uso de oleaginosas em mal estado de conservação; c) acúmulo de algum componente aromático na gordura e d) peroxidação dos ácidos graxos da carne durante seu armazenamento. O gossipol, um composto polifenólico solúvel em lipídeos mais conhecido por sua ação tóxica para animais é também um composto aromático e poderia esta envolvido no problema. Como seu teor no caroço de algodão é muito variável, ajudaria a explicar o problema ser intermitente.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O uso de alimentos ricos em gordura tem se mostrado compensador seja por motivos econômicos (R$/unidade de energia), seja por terem vantagens nutricionais como menor incremento calórico ou menor estresse ao pH ruminal. Por isso, eles têm sido bastante usados e devem continuar sendo. Já quanto a alterar o perfil de ácidos graxos, de forma geral, as estratégias de suplementação mais efetivas são caras e causariam impacto negativo na rentabilidade. Seria, então, imperativo que fosse pago um bônus para viabilizar economicamente sua produção, o que faz com que apenas alguns nichos de mercado ou condições especiais viabilizem produzir carne assim diferenciada. Soma-se a isso, a incerteza se o mercado estará disposto a pagar a mais por essa carne mais saudável. Por fim, o fato de serem ricos em gordura tem pouca influência no teor de gordura da carcaça ou no da gordura intramuscular, que são bem mais influenciados por fatores genéticos e pela taxa de ganho, sendo, portanto, fundamental o correto balanceamento da dieta como um todo.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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INOVAÇÕES TECNOLÓGICAS NOS SISTEMAS DE INTEGRAÇÃO LAVOURA-PECUÁRIA-FLORESTA - iLPF
Ramon C. Alvarenga¹; Miguel M. Gontijo Neto¹ ¹ Eng. Agrônomo, DSc, Pesquisador da Embrapa Milho e Sorgo
Sistemas integrados de produção vêm sofrendo inúmeros ajustes no decorrer do tempo. Neste sentido, a Integração lavoura- pecuária-floresta – iLPF representa uma nova abordagem destes sistemas, que visa aliar produção sustentável com a preservação dos agroecossistemas. Barcellos et al. (2011) conceituaram a iLPF como sendo “estratégias que visam a produção sustentável por meio da integração de atividades agrícolas, pecuárias e florestais, realizadas na mesma área, em cultivo consorciado, em sucessão ou rotacionado, buscando efeitos sinérgicos entre os componentes do agroecossistema, contemplando a adequação ambiental, a valorização do homem e a viabilidade econômica”. Dentro do atual conceito de iLPF estão contempladas as 4 combinações de componentes possíveis, quais sejam: Integração Lavoura-Pecuária (agropastoril); Integração Pecuária-Floresta (silvipastoril); Integração Lavoura-Floresta (silviagrícola); e Integração Lavoura-Pecuária- Floresta (agrossilvipastoril). Portanto, a iLPF incentiva a intensificação do uso da terra de maneira harmônica e sustentada nos doze meses do ano, necessariamente com adoção de práticas de manejo e conservação do solo e da água como base para alcançar a sustentabilidade do sistema, além de contribuir na preservação do meio ambiente. Considera, ainda, a necessidade de melhoria da qualidade de vida do produtor rural e da sociedade como um todo. A diversificação de atividades na iLPF permite que haja melhor aproveitamento dos recursos financeiros, da mão de obra e de máquinas e equipamentos durante todo o ano, concorrendo para a redução de custos de produção e consequente aumento da renda. Tudo isso contribui para o melhor fluxo de caixa. Do ponto de vista social, a demanda por mão de obra durante todo o ano contribui para 268 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte a criação de empregos permanentes, diminuindo o fluxo de migração, especialmente em direção a periferia das cidades. Em função da perspectiva de aumento da produção e renda, aliada aos serviços ambientais prestados pela iLPF, há uma intensa discussão acerca das possibilidades destes sistemas atenderem aos anseios da sociedade. Neste sentido, o governo federal, dentro do Plano Nacional de Mudanças Climáticas (PNMC), instituiu o Plano Setorial de Mitigação e de Adaptação às Mudanças Climáticas para a Consolidação de uma Economia de Baixa Emissão de Carbono na Agricultura (Plano ABC), em que a iLPF é considerada uma das tecnologias chaves, contando inclusive com linhas de crédito específicas dentro do Programa ABC, com recursos do BNDES. Em razão das características de diversificação da produção, pode haver necessidade de maior apoio ao produtor, pois ele terá que sair da sua zona de conforto na medida em que experimentará novas atividades aliadas àquelas as quais ele já está acostumado a gerenciar. A assistência técnica oficial e privada tem cumprido bem este papel, entretanto, ainda é bastante comum ver situações em que o produtor, inconscientemente ou por comodidade, privilegia aquele sistema ao qual tem maior afinidade. Se um dos pilares da iLPF é buscar o sinergismo entre os componentes dos sistemas vegetal e animal, é de se pensar sobre a necessidade de um planejamento a longo prazo que contemple todo o sistema, desde sua implantação até sua maturação. Raros são os produtores capazes de fazer este planejamento sem auxílio de técnicos experimentados no assunto.
RESGATANDO PRÁTICAS COMO INOVAÇÃO
Para atender ao quesito da sustentabilidade, o manejo e a conservação do solo e da água devem ser prioritários. Portanto, tão logo se faça a correção química e física do solo em áreas com declive, deve-se implementar as práticas mecânicas de conservação do solo e da água que se fizerem necessárias, tais como o terraceamento e bacias de contenção de água pluvial. Somente depois disso deve-se iniciar o plantio das mudas de árvores, em nível. O plantio das árvores em nível vai orientar todo o manejo e o
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 269 trânsito de máquinas e equipamentos na área, orientando o plantio das lavouras e as práticas culturais, também em nível. Existe uma linha de pensamento que defende o plantio das árvores no alinhamento leste-oeste como forma de maximizar a entrada de luz solar nas faixas de cultivos. Advoga-se que nesse alinhamento é possível implantar maior número de árvores e, mesmo as faixas sendo mais estreitas, é possível cultivar lavouras por maior tempo e as pastagens se desenvolvem mais. Esse sentido do alinhamento das árvores só deve ser implementado em terrenos predominantemente planos, pois, caso contrário, corre-se o risco de haver erosão do solo e perda gradativa do seu potencial de produção. O risco aumenta na medida em que o sentido de alinhamento de plantio se aproxima do sentido da declividade do terreno. Como a declividade dos terrenos geralmente é variável, lança-se mão de linhas mestras para alocação das árvores. Assim, na metade do comprimento da rampa de declive do terreno, seleciona-se um alinhamento em nível por onde começa o plantio das árvores. A partir desse, e considerando o número de linhas de árvores, deixam-se faixas de mesma largura no espaçamento escolhido, para os cultivos de lavouras e depois, pastagens. A mesma largura da faixa é importante por questões operacionais dos equipamentos de plantios, pulverizações e colheita, evitando com que haja linhas mortas que dificultam essas atividades. Entretanto, se o comprimento de rampa da encosta for muito grande e a declividade variável, pode ser necessário subdividi-lo com maior número de linhas mestras para evitar o aparecimento de alinhamento mais no sentido morro abaixo. Nesse caso, o aparecimento de algumas linhas mortas de lavoura é inevitável e o produtor deverá conviver com esta situação durante esta fase. Em adição, o sistema de plantio direto deve ser preferido aos métodos convencionais de aração e gradagens. Todos esses cuidados com o uso e manejo dos solos, além de minimizarem a erosão, favorecem a infiltração de água no solo e têm efeitos positivos no meio ambiente. Além disso, mais água no solo significa menor risco de déficit hídrico, maior taxa de crescimento das árvores
270 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte e, principalmente, das pastagens, notadamente na primeira parte do período seco do ano. A proposta do novo código florestal brasileiro faz menção a sistemas agrossilvipastoris como adequados às condições de topo de morro e áreas com declividades >45%, áreas estas classificadas como de reserva legal diante da fragilidade de degradação destes ambientes. Nesta situação existem experiências muito positivas, como a “Agricultura de Montanha”, desenvolvido na região da Zona da Mata mineira sob a liderança de Ferreira (UFV) e Gomes (Emater-MG). Este trabalho mostra a viabilidade em se implantar sistemas sustentáveis e competitivos em áreas semelhantes às mencionadas. Adota tecnologias conservacionistas, como o plantio direto de lavouras, pastagens e coveamento para as árvores, lançando mão da tração animal, tudo isto realizado em nível.
PLANEJAMENTO E IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS iLPF
Para a definição e o pleno alcance das metas da iLPF é necessária uma tomada de consciência sobre o real papel de cada componente (lavoura-pecuária-árvores) com vistas a extrair dele o melhor resultado, tanto técnico quanto econômico ou ambiental. As lavouras, além da produção de grãos ou forragem, principalmente conservada (silagem), têm a função de gerar renda no curto prazo para o custeio do empreendimento e de deixar no solo nutrientes residuais importantes às árvores e decisivos às pastagens, não só em termos de quantidade e qualidade, mas também em longevidade delas. Então, como a lavoura é o componente da iLPF de maior exigência, especialmente em fertilidade do solo, os critérios de correção inicial do solo devem ser baseados nestas exigências, sendo possível construir uma boa base de fertilidade do solo por meio das correções e fertilizações durante a fase de implantação e de cultivo das lavouras para atender tais exigências. Ainda, com relação as lavouras, e dependendo do interesse em cultivá-las por maior período de anos, esta decisão vai interferir diretamente sobre o espaçamento dos renques de árvores, que neste caso devem ser mais afastados entre si a fim de reduzir o sombreamento sobre a faixa de cultivo anual. As características de
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 271 crescimento das árvores irão afetar, também, a larguras das faixas de cultivos anuais. Crescimento mais lento torna a fase agrícola mais longa. Com o crescimento das árvores, a sombra passa a prejudicar acentuadamente a produtividade das lavouras. Então, é hora de substituir as lavouras por pastagens que têm maior habilidade em desenvolver-se nesta condição. Geralmente, na última safra de lavoura faz-se o consórcio com o capim que já poderá ser pastejado na entressafra. Muitos trabalhos têm sido realizados para estudar maneiras adequadas de produção de lavouras, especialmente do milho, em consórcio com capim. É consenso o uso de subdoses de herbicidas graminicidas seletivos ao milho para paralisar temporariamente o crescimento do capim para que este se estabeleça sem interferir na produtividade do cereal. Por outro lado, a produtividade da pastagem formada neste consórcio ainda é questionada, mesmo quando há entrelinhas de capim entre as linhas do milho, pois o capim da entrelinha é abafado pelo capim da linha do milho devido à adubação somente desta faixa de solo. Neste sentido, Alvarenga et al. (2011) estudaram diferentes estratégias de adubação de base no consórcio milho + capim braquiária brizantha com o objetivo de, além da produção de grãos de milho, proporcionar adequado estabelecimento do capim. Verificaram que, para solo já corrigido quimicamente, a adubação de base do consórcio milho + braquiária brizantha pode ser feita na proporção de 33,3 - 33,3 - 33,3 ou 25 - 50 -25% de adubo NPK em sulcos de plantio do milho + braquiária, e laterais somente com braquiária em sistemas de integração lavoura-pecuária, em detrimento da recomendação atual de 100% do adubo na linha de semeadura do milho (00 - 100 - 00). O milho não perde produtividade e depois da colheita do cereal o capim da entrelinha, melhor nutrido, cresce semelhantemente ao da linha não sendo abafado por este, resultando num pasto mais bem fechado e produtivo. A partir da implantação da pastagem, a pecuária passa a gerar renda até o final do empreendimento. É importante monitorar a fertilidade do solo, pois, apesar de as pastagens e de as árvores reciclarem nutrientes, a exportação desses é muito maior, principalmente em se tratando de boas pastagens. É comum observar pastagens produtivas originadas em sistema iLPF que
272 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte decaíram acentuadamente a produtividade nos anos subsequentes ao da implantação, o que se acentua quando se alonga o ciclo da silvicultura para obtenção de madeiras para serraria. Portanto, deve haver um planejamento de reposição de nutrientes e/ou ajustes da carga animal em conformidade com a disponibilidade de forragem das pastagens. Para uma expectativa de produção de 10 @ de carne/ha/ano é razoável prever uma adubação do pasto ao custo de fertilizantes equivalente a 1,5 @/ha/ano (15% sobre o ganho líquido de @). Em valores atuais (fevereiro de 2012), 1,5 @/ha/ano custa R$150,00 (cento e cinquenta reais) que é o custo de 56,25 kg de nitrogênio (ureia 45% N custa R$1.200,00/t). Um nível de adubação desta magnitude é suficiente para manter o patamar de produtividade da pastagem. Para o caso de outro nutriente se tornar limitante, a formulação deve ser ajustada. Ainda persistem indagações sobre qual capim é mais adequado para iLPF em função da sua tolerância ao sombreamento. As informações são um pouco variáveis, em função das condições locais de clima e de fertilidade do solo, grau de sombreamento e manejo da pastagem. A Embrapa Gado de Corte recentemente demonstrou que aumentando o sombreamento o capim braquiária brizantha cv Piatã foi mais produtivo que o Marandu e este superior ao Massai. De modo geral, diversos pesquisadores têm trabalhado com perdas de produtividade da pastagem em torno de 30% em relação àquela a pleno sol, embora isto seja muito variável. Duas considerações devem ser feitas: a) Se não há reposição de nutrientes na pastagem ela, naturalmente, irá perdendo produtividade com o tempo. Por exemplo, há casos em iLPF que não havendo reposição de nutriente, o capim Panicum maximum cv Tanzânia, exigente em fertilidade do solo, degrada-se rapidamente tendendo a desaparecer da área. Havendo adequada oferta de nutrientes, pode haver perdas de produtividade, entretanto, ele se mantém estabelecido; b) No caso de exploração multiuso do povoamento, a intensidade do sombreamento é reduzida com o tempo, embora as árvores ainda estejam crescendo. Isto ocorre primeiramente devido à desrama e, depois, pelo corte das árvores com menor potencial em produzir toras. Isto contribui sobremaneira para favorecer a pastagem ali estabelecida.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 273
O componente arbóreo exige cuidados desde o plantio até a colheita final. Na iLPF, uma boa sugestão é planejar e manejar as árvores com vistas à exploração multiuso do povoamento. Assim, obtém-se rendas intermediárias. A primeira aproximadamente aos quatro anos de idade do povoamento, com o desbaste daquelas árvores defeituosas e de menor crescimento, cujo destino pode ser estacas, escoras, lenha ou carvão. Mais à frente, novo desbaste produz peças de maior calibre para mourões de cercas e currais, dentre outros usos, além de carvão ou lenha feitos com partes menos valorizadas destas árvores. Outros desbastes poderão ocorrer até a maturação do povoamento, quando o restante das árvores é destinado a usos mais nobres, como toras para serraria de alto valor agregado. Geralmente, de metade a 2/3 das árvores são retiradas nos desbastes. As árvores, até a colheita, prestam importantes benefícios ao sistema. Devem ser o primeiro componente da iLPF a ser implantado e, assim, orientam o sentido de cultivos nas faixas de plantio das lavouras. Funcionam como quebra vento, beneficiando primeiramente as lavouras e depois as pastagens. Durante o segmento silvipastoril elas têm papel fundamental sobre o microclima das faixas de pastagem e geração de sombra, com efeitos positivos no desempenho dos animais. Outro benefício é a reciclagem de nutrientes. Quanto à melhoria do microclima, tanto durante a fase lavoura-floresta (silviagrícola) quanto na pasto-floresta (silvipastoril), merece destaque o fato de que esta melhoria beneficia também insetos-praga, dentre outros. Fato desta natureza ocorreu recentemente num sistema iLPF nos campos experimentais da Embrapa Milho e Sorgo. A lavoura de milho do sistema teve ataque intenso de lagarta-do-cartucho, ao passo que fora do sistema, a pleno sol, este ataque foi bem menor. Assim, é importante ficar atento e, se possível, adotar a priori um manejo integrado de pragas. O uso de materiais com tecnologia de transgênicos é outra possibilidade. Um outro benefício prestado pelas árvores diz respeito ao potencial de sequestro de carbono contribuindo para a mitigação da emissão de gases do efeito estufa (GEE) em sistemas de produção pecuária. Em trabalho conduzido por Almeida et al. (2011) com
274 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte sistemas iLPF com renques de eucalipto em pastagem, usando tratamentos com 227 e 357 árvores/ha, observou-se aos 16 meses após o plantio a fixação de média de 4,2 kg de C por árvore, resultando em um sequestro de 0,9 e 1,5 t/ha de C. Estes valores correspondem ao sequestro de 3,4 e 5,5 t/ha de CO2eq para os tratamentos com 227 e 357 árvores/ha respectivamente. Considerando que um bovino de 450 kg (1 UA) emite em torno de 1,5 t/ano de CO2eq, o sequestro de carbono efetuado pelo componente arbóreo seria suficiente para neutralizar as emissões de 1,84 e 3,04 UA/ha, respectivamente. Há de se considerar, entretanto, alguns pontos críticos para o perfeito desenvolvimento de um sistema iLPF. Por envolver maior número de variáveis, com características bastante contrastantes, o seu manejo torna-se diferenciado e bem mais complexo, exigindo experiência do técnico planejador. Por exemplo, o manejo do componente arbóreo exige podas ou desramas, desbastes seletivos, aceiros, controle de pragas, etc. Por outro lado, as lavouras também exigem cuidados e a aplicação de herbicidas é crítica pois pode afetar o componente árvore. Também, os animais podem interferir na qualidade do produto final das árvores devido a quebras, caso o tamanho delas não seja compatível com a categoria animal. O técnico deve ter sempre em mente que o ótimo para o sistema geralmente não é o ótimo para um dos componentes, isoladamente. Portanto, o planejamento deve ser criterioso, levando em consideração a escolha das espécies que irão compor o sistema, bem como a elaboração do cronograma das atividades. Esse cronograma deve ser iniciado pela amostragem de solo, passar pelo seu condicionamento físico e químico, incluindo as práticas de manejo e conservação de solo e de água e realocação de cercas e estradas, dentre outras. É importante que o arranjo das árvores no sistema esteja muito bem equacionado nesta etapa inicial pois dele dependerão todas as demais. As possibilidades de combinação entre os componentes de sistemas iLPF são grandes. Na escolha do componente arbóreo deve-se dar preferência a cultivares ou clones adaptados à região, que possam originar produtos de maior valor agregado e que o mercado absorva, e que tenham crescimento mais rápido e produtos
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 275 acabados em menor tempo. Se o crescimento for lento, a fase silviagrícola (árvore-lavouras) será mais longa, sem efeito tóxico para os animais nem alelopático para as lavouras ou as forrageiras. Não se pode descartar a possibilidade de utilização de espécies nativas com o objetivo de recomposição paisagística e sombreamento em pastagens. Além disso, estas árvores podem ser exploradas comercialmente com a produção de frutos, sementes, resinas, fármacos e óleos, dentre outros. Em qualquer destas situações a produção de mel é uma realidade. Trabalhando com diferentes cenários de produção de carvão vegetal, sistema agrossilvipastoril e silvipastoril, Cordeiro e Silva (2010) obtiveram melhores indicadores financeiros para os sistemas consorciados. Atribuíram isto ao valor da madeira para serraria, que agrega maior valor de comercialização quando comparado ao carvão vegetal. Informações da Votorantin Metais (junho de 2010) dão conta de que um povoamento de eucalipto com 250 árvores/ha e com nove anos de idade foi vendido, em pé, ao preço de R$200,00 a árvore. Resultados semelhantes a este podem ser conseguidos pelos produtores rurais com um acompanhamento criterioso das suas atividades de iLPF. Como foi mostrado, há diferentes momentos de entrada de capital no negócio e parte deste amortiza os custos com as árvores. No final de um ciclo de iLPF, a venda das árvores pode ser considerada como lucro líquido. Transforma-se na caderneta de poupança do produtor rural.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A iLPF é uma boa estratégia de uso intensivo e sustentado dos solos. Permite a diversificação de atividades, diminuindo os riscos e aumentando a produção agrícola, pecuária e florestal. Para tanto, é necessário que seja adequadamente planejada e o cronograma de atividades, fielmente cumprido, como forma de maximizar a produtividade e a renda, além de evitar atropelos e improvisações. A possibilidade de produção de agroenergia (lenha, carvão, óleo para biodiesel, etanol) e de madeiras contribui,
276 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte marcadamente, para a redução da pressão de desmatamento das áreas sob florestas nativas. A produção pecuária em sistemas iLPF também apresenta números bastante favoráveis (10 @ de carne/ha/ano e idade de abate de 24 meses), especialmente quando se compara com a pecuária tradicional (3 @ de carne/ha/ano e abate com 40 meses). A possibilidade de se produzir um bovino mais precoce pode contribuir para a redução da taxa emissão de GEE por animal (kg de CO2eq / @ produzida) e a fixação de carbono pelos outros componentes dos sistemas iLPF, especialmente o componente arbóreo, pode contribuir sobremaneira para a mitigação da emissão de gases do efeito estufa, adequando os sistemas de produção pecuária aos moldes da Agricultura de Baixa Emissão de Carbono.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALVARENGA, R. C.; GONTIJO NETO, M. M.; CASTRO, A. A. D. N.; COELHO, A. M.; ALMEIDA, E. de P. C. Rendimento do consórcio milho-braquiária brizantha afetado pela localização do adubo e aplicação de herbicida. Revista Brasileira de Milho e Sorgo, v. 10, n. 3, p. 224-234, 2011. 11 p. BARCELLOS, A. de O.; MEDRADO, M. J. S.; GRISE, M. M.; SKORUPA, L. A.; ROCHA, W. S. D. Base conceitual, sistemas e benefícios da iLPF. In: BALBINO, L. C.; BARCELLOS, A. de O.; STONE, L. F. (Ed.). Marco referencial: integração lavoura-pecuária-floresta. Brasília, DF: Embrapa, 2011. p. 23-37. Texto em português e inglês. CORDEIRO, S. A.; SILVA, M. L. da. Análise técnica e econômica de Sistemas Agrossilvipastoris. In: OLIVEIRA NETO, S. N. de; VALE, A. B. do; NACIF, A. de P.; VILAR, M. B.; ASSIS, J. B. de. (Ed.). Sistema Silvipastoril: Integração Lavoura, pecuária e Floresta. Viçosa, MG: Universidade Federal de Viçosa, 2010. P. 167-189.
INTEGRAÇÃO ENTRE AVALIAÇÕES VISUAIS E DE ULTRASSONOGRAFIA EM PROGRAMAS DE MELHORAMENTO GENÉTICO DE ZEBUÍNOS
William Koury Filho Diretor da BrasilcomZ – Zootecnia Tropical www.brasilcomz.com – [email protected]
INTRODUÇÃO
Para escrever o artigo “Interação entre avaliações visuais e de ultrassonografia em programas de melhoramento genético de zebuínos” serão utilizados não somente trabalhos científicos publicados, mas também a experiência prática de mais de 10 anos em consultoria em melhoramento de bovinos. Ou seja, exercício profissional que exige a constante de interpretação de informações genéticas e fenotípicas a serem utilizadas como critério de seleção para se atingir objetivos particulares de cada rebanho assessorado. Com redação não ortodoxa aos padrões acadêmicos, o artigo será escrito a partir de uma ótica e reflexões particulares sobre a utilização destas duas ferramentas de forma isolada e em conjunto de maneira complementar. Muitos dos conceitos apresentados foram absorvidos ao longo de anos de estudos, observações e convivência com diferentes professores, acadêmicos profissionais da área, criadores, e práticos de campo. Atualmente, a velocidade e volume com que a informação transita e, também, a maior abertura no mercado mundial de carnes, trazem consigo comparações inevitáveis em relação à qualidade, sistemas de produção e custos do que se está produzindo. Melhorar a relação custo/benefício para o produtor e atender às exigências dos consumidores em relação à segurança alimentar, qualidade do produto, bem-estar animal e responsabilidade social, além de respeito ao meio ambiente, fazem parte dos desafios diários enfrentados pela cadeia produtiva da carne bovina brasileira. Com o segundo rebanho do mundo em número de cabeças, o Brasil é também o segundo em volume de produção e, ainda, o primeiro em exportação de carne bovina. O país apresenta área e 278 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte condição climática favoráveis para pecuária de corte, o que contribui para os baixos custos de produção em sistemas preponderantemente a pasto. Mesmo com a grande evolução nas últimas duas décadas, a atividade no país ainda apresenta potencial para se tornar mais eficiente. Uma das ferramentas para aperfeiçoar os índices zootécnicos é a utilização de programas de melhoramento genético que permitam identificar os melhores indivíduos, para utilizá-los como reprodutores e, com isto, promover ganho genético aditivo.
JUSTIFICATIVA
A seleção de zebuínos no Brasil passou por várias fases, inicialmente era baseada em características qualitativas, principalmente relacionadas à caracterização racial e, somente a partir de meados do século XX, é que foram implantados processos seletivos para características de produção, tais como: controle ponderal, controle leiteiro, provas de ganho em peso e testes de progênie. Atualmente, somente na raça Nelore, existem pelo menos oito sumários de touros no país. Apesar disso, os programas de melhoramento devem ser constantemente avaliados para verificar sua eficácia. Na última década, muitas raças bovinas de corte, além da Nelore, implementaram programas de melhoramento no Brasil. Esses programas utilizam, principalmente, características de crescimento, tais como: pesos padronizados em diferentes idades, ganhos de peso e dias para atingir determinados pesos. Essas características são de fácil obtenção, e de acordo com a literatura, apresentam variância genética aditiva direta de magnitude média a alta, portanto, respondem bem à seleção, argumentos que justificam a grande aceitação por parte dos produtores. A Figura 1 corresponde a representação simplificada de curvas de crescimento de dois biotipos distintos – tardio e precoce. Os pontos A e B sinalizam o início da desaceleração do crescimento e início da deposição de gordura de acabamento. Vale ressaltar que
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 279 existem indícios que a precocidade em deposição de gordura coincide fisiologicamente com a precocidade sexual nas fêmeas.
Figura 1 - Representação rudimentar de curvas de crescimento de diferentes biótipos Fonte: www.brasilcomz.com.
A estrela apresentada na Figura 1 destaca o momento em que as curvas se cruzam. Exatamente nesse ponto os animais estão com o mesmo peso, e a balança – simples interpretação do peso – diria que esses indivíduos são iguais, mas na realidade caracterizam biotipos completamente diferentes. Essa situação pode ocorrer em pesagens de um programa de melhoramento, provas de ganho em peso e levar a conclusões e decisões de seleção não necessariamente corretas – a balança mede o peso, mas é cega.
280 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Figura 2 - Animais de biotipo distintos com o mesmo peso no momento da foto. (Fonte: Agropecuária Jacarezinho).
Na Figura 2 podem ser observadas diferenças morfológicas bastante significativas entre as duas novilhas, é notório o quanto a rês da esquerda é mais profunda de costelas, além de apresentar maior volume de massas musculares quando comparada a rês da direita, que representa o biótipo mais exigente, tardio ou “pernalta”. Os conceitos apresentados reforçam a necessidade de que seleção em bovinos de corte não deve ser pensada exclusivamente na balança, mas sim na composição do peso, que basicamente é o resultado da distribuição/proporção dos tecidos: músculo, osso e gordura. Contudo, o maior prejuízo econômico da seleção exclusivamente por peso, deve ser o comprometimento do desempenho reprodutivo das matrizes, pois a reprodução tem grande impacto econômico, e só ocorre quando as fêmeas estão em bom estado de escore corporal, condição necessária para que a vaca crie bem seu produto e volte a emprenhar – ano a ano (Figura 3). Esse conceito é explicado pela maior exigência de mantença de vacas muito altas e pesadas, que podem estar em desarmonia com
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 281 o sistema de produção em que estão sendo criadas, uma vez que, no Brasil, as terras menos férteis ou de fronteiras são aquelas mais utilizadas pela pecuária bovina, em sistemas de produção preponderantemente à base de pastagens tropicais.
Figura 3 - Representação, por analogia, relacionando as canecas com uma matriz e o preenchimento do líquido pelo sistema de produção de acordo com a ordem de necessidades/funções fisiológicas da vaca. (Fonte: Adaptado de Hill 1995).
Em trabalho publicado em 1999, Vargas e colaboradores classificaram matrizes em pequenas, médias e grandes, utilizando o “frame size” baseado na altura de posterior. Por essa classificação foram observadas diferenças significativas em desempenho reprodutivo entre os três grupos de diferentes tamanhos, com vantagens adaptativas, em ambientes a pasto, daquelas matrizes de menor e médio “frame size”. Trabalhos similares apresentaram resultados parecidos, o que coincide com observações de campo em zebuínos no Brasil.
282 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Avaliando características distintas, os escores visuais e a ultrassonografia têm sido ferramentas utilizadas, com eficácia, em programas de melhoramento genético com o objetivo de selecionar por composição de peso.
Figura 4 - Representação das curvas de crescimento de diferentes frames e suas respectivas composições de peso. (Fonte: Adaptado por Velloso 2011).
ESCORES VISUAIS
Utilizado desde o início do processo de domesticação dos animais, o olho humano é a mais antiga ferramenta de seleção de bovinos que atende as características almejadas pelo homem. Nos dias atuais, a avaliação visual empírica continua sendo utilizada em inúmeras situações, tais como: critério de compra e descarte de animais; concessão de registros genealógicos por técnicos de associações das mais diversas raças bovinas; no julgamento comparativo nas pistas de exposições agropecuárias; e também em acasalamentos dirigidos, em que muitos profissionais analisam o exterior dos animais em complemento a genealogia, ao desempenho fenotípico e às avaliações genéticas.
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 283
Os exemplos citados ilustram situações em que o homem utiliza a apreciação visual de maneira empírica, com margem para preferências e interpretações particulares – embora haja arquétipos preconizados pelas associações de raças. Outra situação é a aplicação de avaliações visuais em programas de melhoramento genético para bovinos de corte. Nesse caso, os escores visuais são coletados por metodologias definidas por conceitos replicáveis, identificando diferenças morfológicas de maneira menos subjetiva. O método procura minimizar a influência pessoal do avaliador e, desta forma, gerar dados apropriados para compor o universo de características analisadas pelas avaliações genéticas. No Brasil o grande mestre e incentivador do uso de escores visuais em programas de melhoramento genético foi o Dr. Luiz Alberto Fries. O zootecnista relatou que a utilização de escores visuais no país coincide com a implantação do PROMEBO (Programa de Melhoramento de Bovinos) em 1974, que preconizava além das pesagens em fases estratégicas, a avaliação visual dos animais baseada em duas metodologias: Escores de Conformação (EC) do U.S.D.A. (Departamento de Agricultura dos Estados Unidos), BEEF (1974), que utilizava escala absoluta com 17 graus, e cada um deles subdividido em 3 sub-graus; e o Sistema de Avaliação Ankony (LONG, 1973), também baseado em referências absolutas, utilizando escores com escala de 1 a 10 para cinco características: ausência de gordura excessiva (G); musculosidade (M); tamanho do esqueleto (T); aprumos e estrutura óssea (A) e caracterização racial e sexual (C). Fries afirmou que o programa funcionou bem nas propriedades que seguiam seriamente as recomendações do PROMEBO, no entanto a consequência da seleção por peso aliada a identificação de animais de carcaça mais magra, pela característica G da metodologia do sistema Ankony, resultou em tipos morfológicos com grande velocidade de crescimento, porém tardios. A solução apontada pelos técnicos foi a seleção visando identificar o outro extremo da escala para a característica G, então denominada Precocidade de terminação (P). Desta maneira fora
284 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte iniciada a atual configuração para a metodologia que avalia escores de Conformação, Precocidade e Musculatura conhecida por CPM. No Programa Natura foram realizadas expressivas mudanças conceituais no ano de 1990. A partir de sugestões dos técnicos de campo a escala foi reduzida para 5 classes de escores, e a avaliação passou a ser relativa ao lote. Escores conceituais e relativos ao grupo de contemporâneos, com escala de 1 a 5, é a metodologia atualmente utilizada em zebuínos pela Conexão Delta G, PAINT, Nelore de Produção, Nelore IRCA e também no PROMEBO com raças britânicas e sintéticas. Na Agropecuária CFM e Nelore Qualitas a escala também é relativa e varia de 1 a 6. Geneplus e Nelore Lemgruber avaliam apenas para Conformação Frigorífica – uma característica traduzida por um índice empírico de musculatura, gordura de acabamento e peso. Técnicos da Associação Brasileira de Criadores de Zebu (ABCZ) desenvolveram metodologias interessantes de avaliação visual de tipo para descrever um animal, as mais recentes foram o DERAS e o PHRAS, (JOSAHKIAN & MACHADO, 1998). A avaliação era baseada em referência absoluta, com escala de 1 a 5 em relação ao ideal da raça. Na prática os resultados apresentavam pouca variabilidade e eram altamente influenciados pelo sistema de produção e preferências pessoais. Dr. Fries dizia que sistemas de escores absolutos tendem a constranger os avaliadores, e resultam em conjunto de dados extremamente concentrados em torno de um valor considerado como bom, por isso sugeriu sistemas de notas conceituais e relativas ao grupo de manejo/contemporâneos, procurando conseguir melhores distribuições dos escores. Dando sequência ao trabalho de Koury Filho (2001), Koury Filho & Albuquerque (2002) propuseram a metodologia EPMU(RAS) com base em estudos e/ou experiência de campo com as metodologias PROBOV, MERCOS, PHRAS, Sistema Ankony e, principalmente, CPMU. Existem muitos estudos abordando diferentes metodologias e modelos estatísticos, com o objetivo de melhorar as estimativas dos parâmetros genéticos. Mais abundantes são os trabalhos que estimam parâmetros genéticos de características de relevância em
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 285 programas de melhoramento. Porém, escassos são os estudos que analisam a eficiência na coleta dos dados, e a qualidade dos mesmos para a avaliação genética, embora seja consenso entre os melhoristas que quanto melhor for a qualidade dos dados, mais acurados serão os resultados das estimativas dos valores genéticos. O assunto é ainda mais delicado ao se referir a dados de escores de avaliações visuais, que não são mensurados por nenhum tipo de máquina, dependendo de treinamento e aptidão dos técnicos de campo, e também da clara definição da metodologia. Após defendida a tese de Koury Filho (2005), a Associação Nacional de Criadores e Pesquisadores (ANCP), em parceria com a BrasilcomZ®, adotou a coleta de dados de EPMU pelo padrão de qualidade denominado SAM® - Sistema de Avaliação Morfológica, que atualmente geram DEPs morfológicas para o programa Nelore Brasil. Como o Nelore Brasil possui a maior base de dados em zebuínos que concilia escores visuais e medidas de ultrassonografia, este programa será o estudo de caso mais utilizado para discorrer sobre o tema proposto.
CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS AVALIADAS PELO SAM
Estrutura Corporal (E) – Sinaliza o tamanho do animal, é avaliado pela área (abrangência visual) do mesmo observado de lado, baseado na altura e comprimento do esqueleto – considerando as pernas. Indivíduos com DEPs mais elevadas levam à progênies com maior estrutura corporal. Somente com a utilização em conjunto com as DEPs de Precocidade e Musculosidade, é que se pode ter uma melhor percepção do biotipo da progênie. Precocidade(P) – Avaliada pela relação entre a profundidade de costelas e comprimento dos membros, considerando ainda a altura da virilha. Animais com DEPs elevadas favorecem a diminuição do tempo de engorda e melhor adaptação a sistemas de produção a pasto. A correta visualização da progênie depende da análise conjunta com as DEPs de Estrutura e Musculosidade. Musculosidade (M) – Verifica-se distribuição muscular do animal, volume e comprimento dos músculos. Animais com DEPs
286 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte mais elevadas são indicados, tendo em vista a produção de progênies com maior rendimento de carcaça. As avaliações visuais a desmama são coletadas a partir dos 6 meses (150 dias) até 9 meses de idade (270 dias), tendo como referência a data base, em torno de 7 meses (210 dias). O momento próximo a desmama é uma boa oportunidade para avaliar os bezerros antes que ocorra qualquer seleção – comum em muitos rebanhos. Ao sobreano as avaliações são coletadas a partir dos 12 meses (365 dias) até 20 meses de idade (610 dias), tendo como referência a data base, em torno de 16 meses. O sobreano é uma boa oportunidade para avaliar a adaptação do animal ao sistema de produção praticado pela expressão das características. As DEPs morfológicas estimadas atualmente pela ANCP são: Estrutura Corporal ao Sobreano (DES), Precocidade ao Sobreano (DPS) e Musculosidade ao Sobreano (DMS). Fenotipicamente são atribuídos escores de 1 a 6, relativos aos grupos de manejo avaliados, para as características E, P e M. Assim os escores 1 e 2 conceitualmente são conferidos para os animais que menos expressam a característica (fundo), 3 e 4 para os intermediários (meio) e 5 e 6 para os indivíduos que mais se destacam (cabeceira).
Figura 5 - Representação didática de diferentes biotipos e respectivos escores de EPM, atribuídos com relação a um grupo de manejo fictício. (Fonte: www.brasilcomz.com).
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INTERPRETAÇÃO DAS DEPs PARA CARACTERÍSTICAS MORFOLÓGICAS PELO ANCP – SAM
As DEPs morfológicas de Estrutura Corporal (tamanho), Precocidade (comprimento de costelas) e Musculosidade (arqueamento de costelas e evidência de massas musculares) devem ser interpretadas em conjunto para a visualização do biotipo. DEPs com valores altos para Estrutura (E) e baixos para Precocidade (P) e Musculosidade (M) indicam biotipo exigente (tardio) – de tamanho elevado, pouca profundidade de costelas e pobre de musculatura. DEPs baixas para E e altas para P e M, indicam progênies compactas, muito profundas e musculosas. Os extremos apresentados demonstram que com a correta compreensão das DEPs morfológicas, o criador pode direcionar seu rebanho para o biotipo desejado através de acasalamentos dirigidos e seleção. As DEPs morfológicas são expressas em escala de probabilidade. Dessa forma valores inferiores a 50% são negativos, e superiores a 50% são positivos.
Figura 6 - Figura que descreve as características de EPM no reprodutor. Suas respectivas DEPs morfológicas estimadas é
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que indicarão a probabilidade que sejam transmitidas aos seus descendentes. (Fonte: www.brasilcomz.com). ULTRASSONOGRAFIA
A ultrassonografia começou a ser utilizada para a predição da composição da carcaça de bovinos de corte na década e 1950 pelo Dr. James Stouffer da Universidade de Cornell nos EUA. Na época, os aparelhos eram primitivos, as medições difíceis e os resultados não muito concisos. Desde a década de 1980, a tecnologia vem sendo aprimorada, atualmente as sondas são mais anatômicas, o aparelho diminuiu de tamanho e houve uma grande evolução dos softwares para interpretação, o resultado é que as imagens estão muito melhores. A evolução da tecnologia não diminui a necessidade de capacitação de técnicos para coleta e processamento das imagens, além de protocolos de idade e correta identificação de grupos de manejo para que os dados sejam apropriados para predições genéticas confiáveis. Com sistemas de produção particulares e se tratando de zebuínos, houve necessidade do desenvolvimento de protocolos de coleta no país. Maior detalhamento sobre padrões de qualidade podem ser encontrados em www.aval-online.com.br.
Tabela 1 - Protocolo idade em dias preconizado pela AVAL e adotado pela ANCP – Associação Nacional de Criadores e Pesquisadores. (Fonte: www.aval-online.com.br)
Raça Machos Fêmeas Machos confinados Fêmeas confinados
Nelore 490 – 610 490 – 610 330 – 400 330 – 400
Brahman 490 – 610 490 – 610 330 – 400 330 – 400
Guzerá 490 – 610 490 – 610 330 – 400 330 – 400 Tabapuã 490 – 610 490 – 610 330 – 400 330 – 400 Angus - - 320 – 340 320 – 360
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CARACTERÍSTICAS DE CARCAÇA OBTIDAS POR ULTRASSOM
AOL (cm²) – Área de olho de lombo, que é a área de uma secção transversal do músculo Longissimus dorsi entre as 12ª e 13ª costelas, correspondente ao corte transversal da carne denominada contra-filé, frequentemente utilizada como característica indicadora de musculosidade e qualidade da carcaça e dos cortes cárneos, em termos de rendimento; EG (mm) – Espessura de gordura subcutânea na costela, que é a espessura do depósito de gordura subcutânea entre as 12ª e 13ª costelas sobre o músculo Longissimus dorsi (gordura do contra-filé). É uma característica indicadora do grau de acabamento e que influencia a qualidade da carne por proteger a carcaça no resfriamento;
Figura 7 - (A) Local de coleta da imagem da AOL e EG pelo ultrassom no animal, (B) é a descrição dos pontos anatômicos de uma imagem obtida na região entre a 12 e a 13 costelas (pontos de referência da medida a e b), e (C) é o corte cárneo das características AOL e EG.A. (Fonte: Fotos A e C Marcos J. Yooko; foto B AVAL – Serviços Tecnológicos S/S).
EGP8 (mm) - Espessura de gordura subcutânea na garupa, que é a espessura do depósito de gordura subcutânea entre os ossos íleo e ísqueo, mensurada na intersecção dos músculos Gluteus mediuse e Biceps femoris (gordura da ponta da picanha). É também uma característica indicadora do grau de acabamento da
290 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte carcaça, sendo interessante para animais criados em pastagem, pois sua deposição inicia-se mais cedo que o das costelas na idade ideal de coleta da imagem traduzindo em maior variabilidade fenotípica, o que é mais interessante para estimar DEPs em programas de melhoramento;
Figura 8 - (D) é o local da medida da imagem gerada pelo ultrassom da EGP8, (E) é a descrição dos pontos anatômicos de uma imagem obtida na garupa (pontos de referência da medida c), e (F) é o corte cárneo da característica EGP8 (Fonte: Foto D Marcos J. Yooko; fotos E e F AVAL – Serviços Tecnológicos S/S).
IM (%) - Outra característica de qualidade da carcaça obtida por ultrassom em tempo real é a porcentagem de gordura intramuscular (IM, %), que é a porcentagem de marmoreio tomada na direção longitudinal sobre o músculo Longissimus dorsi entre a 12ª e a 13ª costelas (marmoreio do contra-filé) e serve para predizer a quantidade de gordura intramuscular depositada na carcaça.
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Figura 9 - (G) é o local da medida da imagem gerada pelo ultrassom da IM, (H) é a descrição dos pontos anatômicos de uma imagem obtida no músculo Longissimus dorsi (pontos de referência da medida d), e (I) é o corte cárneo da característica IM. (Fonte: Fotos G e I: Ultrasound Guidelines Council Study Guide; foto H: AVAL Serviços Tecnológicos S/S).
Figura 10 - Locais das medidas de ultrassom (Fonte: www.aval-online.com.br).
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INTEGRAÇÃO ENTRE AVALIAÇÕES VISUAIS E DE ULTRASSONOGRAFIA EM PROGRAMAS DE MELHORAMENTO GENÉTICO DE ZEBUÍNOS
Avaliações visuais e medidas de ultrassonografia são utilizadas em programas de melhoramento genético, em bovinos de corte, para selecionar por composição de peso. Por consequência, a utilização destas tecnologias pode alterar a curva de crescimento com resultados positivos em ganho nas precocidades de terminação e sexual, o que se traduz numa pecuária de ciclo mais curto e ganho em eficiência produtiva e ambiental. Resultados de pesquisa apontam eficácia e viabilidade no uso tanto das avaliações visuais como das medidas de ultrassonografia como ferramenta para discriminar os animais quanto à composição/qualidade da carcaça (May et al., 2000; Koch et al., 2004). Outro ponto fundamental para que possam ser utilizadas em programas de melhoramento é que as características avaliadas por ambas as tecnologias apresentam herdabilidades estimadas em populações zebuínas, de moderadas a altas – portanto respondem bem a seleção (Koury Filho, 2005; Yooko et al.; 2009, Faria et al., 2009; Koury Filho et al., 2010) Na Tabela 2 são apresentados parâmetros genéticos estimados em rebanhos da raça Nelore que evidenciam a resposta a seleção para EPM. Os rebanhos analisados neste estudo são todos pertencentes ao programa Nelore Brasil (Rancho da Matinha, Naviraí Agropecuária, Nelore Colonial, Genética Aditiva, Nelore Sandim e Fazenda Bacuri).
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Tabela 2 - Componentes de variância e parâmetros genéticos obtidos em análises uni-característica de Estrutura Corporal (E), Precocidade (P), Musculosidade (M), Altura de Posterior (AP) e Peso ao Sobreano (PS) (Koury Filho, 2010)
Componentes de variância* Parâmetros genéticos** Característica 2 2 2 2 2 σ a σ e σ p h e E 0,429 1,385 1,814 0,24 ± 0,09 0,76 ± 0,09 P 1,498 0,888 2,386 0,63 ± 0,12 0,37 ± 0,12 M 0,962 1,048 2,009 0,48 ± 0,11 0,52 ± 0,11 AP 4,968 8,465 13,434 0,37 ± 0,08 0,63 ± 0,08 PS 230,744 554,915 785,659 0,29 ± 0,07 0,71 ± 0,07
2 2 2 *σ a = variância genética aditiva; σ e = variância residual; σ p = variância fenotípica. ** h2 = coeficiente de herdabilidade; e2 = proporção da variância fenotípica devida aos efeitos residuais.
Na tabela 3 são apresentados resultados do mesmo estudo que permitem considerações interessantes. A primeira é a alta correlação genética entre precocidade e musculosidade, o que faz sentido, já que animais com curvas de crescimento para ciclo curto tendem a expressar a musculosidade em idades mais precoces, pois param de crescer mais jovens. Outro resultado esperado é o da correlação positiva da altura de posterior com E, e negativa da altura com P e M, ou seja, selecionar para altura significa ganho para E, mas também perda em precocidade e musculosidade. Para fechar, E, P e M possuem correlação positiva com peso, o que permite dizer que é possível selecionar para biotipo, e continuar a evoluir no peso.
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Tabela 3 - Estimativas de correlações entre os efeitos genéticos aditivos (acima da diagonal) e entre efeitos residuais (abaixo da diagonal) entre as características Estrutura Corporal (E), Precocidade (P), Musculosidade (M), Altura de Posterior (AP) e peso ao Sobreano (PS), obtidas em análises bi-característica (Koury Filho, 2010)
Característica E P M AP PS E - 0,49 ± 0,17 0,63 ± 0,15 0,57 0,83 P 0,43 ± 0,10 - 0,90 ± 0,05 -0,29 0,42 M 0,44 ± 0,08 0,56 ± 0,10 - -0,33 0,50 AP 0,49 0,22 0,30 - - PS 0,68 0,58 0,62 - -
Quando foram coletadas as avaliações visuais no estudo acima pelo técnico Koury Filho, nos mesmos rebanhos foram também tomadas medidas de ultrassonografia pelos técnicos Fabiano Araújo e Marcos Yokoo nos padrões de qualidade da AVAL. Tabela abaixo colada como Figura 11.
Estimativas de herdabilidade (h²), correlações genéticas (rg), fenotípicas (rf) e residuais (re) das características área de olho de lombo (AOL), espessura de gordura subcutânea (EG), espessura de gordura subcutânea na garupa (EGP8), estrutura (E), precocidade de (P) e musculosidade (M), da raça Nelore.
Figura 11 - Nesta tabela as marcações ovais chamam a atenção para as correlações genéticas das medidas de ultrassonografia com os escores visuais. (Fonte: Yooko et al., 2009).
Poucos são os estudos correlacionando medidas de ultrassom com escores visuais em zebuínos, e nem todos são passíveis de comparações por utilizarem metodologias diferentes para coleta dos dados. O trabalho de Yokoo, 2009, é uma oportunidade interessante de observar parâmetros genéticos obtidos por metodologias bem definidas e técnicos capacitados em ambas as tecnologias. Esse
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 295 estudo apresenta correlações positivas entre AOL e EPM, sendo a maior correlação estimada entre AOL e M (0,61) – conforme esperado – porém deixa claro que, embora de magnitude relativamente alta e com tendência no mesmo sentido, são características distintas. As correlações de EG e EGP8 com os escores de EPM também se comportaram conforme esperado, já que os valores mais expressivos se dão entre EG e EGP8 com a característica P (0,40 e 0,42) respectivamente. Outro ponto interessante é que ambas as características de acabamento medidas por ultrassonografia apresentaram correlações genéticas ligeiramente negativas com E, mesmo comportamento observado entre as correlações de EPM com altura, o que faz sentido já que a Estrutura Corporal é avaliada pelo tamanho do esqueleto – basicamente a avaliação visual do “frame”. Embora utilizadas para objetivos de seleção comum, apresentam correlações genéticas moderadas e positivas entre AOL e M e entre EG, EGP8 e P, indicativo de que, em parte, são expressas pelos mesmos conjuntos de genes (Yokoo et al., 2010; Dibiasi et al., 2010). Na prática, fica evidente que as tecnologias avaliam características distintas e podem ser complementares para se atingir objetivos com maior velocidade e consistência.
REFLEXÕES
Objetivo x Subjetivo
Existe muita polêmica entre o que é objetivo, e o que é subjetivo, principalmente quando a temática envolve avaliações visuais – inclusive o assunto já foi pauta para uma reportagem realizada pela revista DBO em setembro de 2010. O zootecnista Dr. Roberto Carvalheiro em trabalho sobre jejum antes da pesagem, pondera que mesmo o peso, que parece ser um dado simples de ser coletado pode apresentar má qualidade. O próprio Dr. Roberto Sainz, em documento encaminhado para a ABCZ em 2001, chama a atenção para subjetividade e baixa acurácia que pode existir nas medidas de ultrassom pela falta de
296 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte padronização dos técnicos de coleta, na interpretação das imagens e dos próprios aparelhos. Desde o início da década passada tenho acompanhado o trabalho da AVAL em definir protocolos e padrões de qualidade para coleta de medidas de ultrassom para zebuínos no Brasil. Ciente da importância da padronização necessária entre avaliadores para que os dados de que escores visuais tenham credibilidade, a BrasilcomZ seguindo a trilha da AVAL, tem promovido treinamentos e credenciamentos para técnicos, colaborando ainda com estudos para definição de protocolos de idade e padrões de qualidade na coleta de avaliações visuais para que sejam estimadas DEPs confiáveis. Um importante ganho com a utilização de ambas as ferramentas a partir de metodologias e bem definidas, é a correta formação e informação dos grupos de manejo para os programas de melhoramento.
MEDIDAS DISTINTAS QUE SE COMPLEMENTAM
Ultrassom mede pontualmente a área do contra filé (AOL) e a espessura de gordura subcutânea (EG e EGP8). Enquanto os escores visuais avaliam o biotipo. A Musculosidade por escores é avaliada pela expressão da característica apresentada pelo indivíduo, independente do tamanho/frame, diferentemente a AOL é a medida da área do contra filé e pode estar associada não somente a evidência da musculatura, mas também a própria estatura do animal. O parágrafo acima pode ser melhor explicado pelos gráficos apresentados por Carvalheiro (Figuras 12 e 13) (Oliveira, et al., 2008).
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Figura 12 - Distribuição dos resultados para AOL x M. Correlação Moderada (0,43) e alto grau de discordância foi observado entre sDEP_AOL e sDEP_M se for considerado que ambas medidas têm a mesma finalidade. O grau de discordância foi acessado pela proporção de animais que apresentaram diferenças entre as sDEPs maior ou igual a um desvio-padrão apresentados nos quadrantes da diagonal esquerda superior e direita inferior (Fonte: apresentação de Carvalheiro do estudo de Oliveira, et al., 2008).
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Figura 13 - Distribuição dos resultados para AOL x M e a representação do biótipo correspondente nos quadrantes de maiores discrepância entre as medidas (Fonte: apresentação de Carvalheiro do estudo de Oliveira, et al., 2008 – gravura dos biotipos www.brasilcomz.com).
O Angus é um belo exemplo de como os escores visuais associados a medidas de ultrassonografia e dados de frame size produziram um biotipo produtivo consistente. Atualmente, em muitos países, a Angus deixou as avaliações visuais, utilizando a ultrassonografia em conjunto com medidas de frame size para seleção de qualidade de carcaça. Vale ressaltar que a raça é conhecida e remunerada (pela indústria) por qualidade de carcaça, inclusive pelo marmoreio – avaliado diretamente pela ultrassografia.
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No zebu a realidade é outra. Primeiro, por que não recebe grandes premiações por qualidade de carne. Segundo, seu grande destaque é a adaptabilidade aos sistemas de produção nos trópicos, e o consequente reflexo na fertilidade, vigor de bezerro e baixos custos de produção. Outra particularidade é que os zebuínos apresentam grande variabilidade morfológica. Na raça Nelore, por exemplo, são encontrados reprodutores em centrais de inseminação artificial variando de 1,50 m à 1,90 m de altura de posterior. Existem indivíduos fortes em sua linha dorso-lombar e fracos de musculatura no posterior e vice-versa. Oliveira et al., 2008 analisando resultados obtidos no CP Lagoa (prova de desempenho da Central CRV Lagoa), chamam atenção aos riscos de trabalhar exclusivamente com a ultrassonografia, já que AOL possui grande correlação com peso e Estrutura Corporal, e as características EG e EGP8 apresentam forte influência do sistema de produção. Quanto a opção adotada pela Angus em segurar o biotipo pela seleção conjunta de ultrassom e frame, embora interessante, parece ser ainda mais eficiente a combinação de US e avaliações visuais de E, P e M para seleção de composição de peso e biotipo funcional/adaptado. Embora chamada de Precocidade, a avaliação visual para esta característica não observa diretamente a espessura de gordura subcutânea, como a medida de ultrassonografia, o que se avalia é o biotipo. Via de regra, os animais precoces coincidem com aqueles que apresentam maior profundidade de costelas, virilha baixa e de porte compacto a mediano – existem exceções. Já aqueles com menos profundidade de costelas e maior altura correspondem ao outro extremo em biotipo e são considerados tardios – também chamados de pernaltas. Na prática os animais que expressam P e M como cabeceira em relação ao lote avaliado são sadios e bem adaptados ao sistema de produção em que estão sendo mantidos – avaliação relativa. Essa melhor adaptação ao ambiente deve refletir também em eficiência da performance reprodutiva – principalmente em relação às fêmeas (Figura 3).
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O proprietário do Rancho da Matinha, que tem a precocidade sexual como um de seus principais objetivos de seleção, é um adepto da ultrassonografia. O Sr. Luciano Borges, que somente a dois anos passou a coletar sistematicamente os escores visuais, relata que mesmo não tendo selecionado diretamente por P e M, aquelas matrizes que emprenhavam no desafio precoce, e principalmente as que reconcebiam na estação de monta seguinte apresentavam costelas profundas, eram grossas e de frame moderado, o que fez com que o rebanho fosse adquirindo consistência para o biotipo mais precoce. Outro exemplo é o dos programas CEIP (Figura 14) que pela forte pressão de seleção por fertilidade, associado a um índice de seleção que contempla escores visuais, vem obtendo resultados muito expressivos para rendimento e acabamento com um perfil de rebanho diferenciado com relação ao biotipo e mais consistente quando comparado com a grande variabilidade existente na raça Nelore.
Figura 14 - Touros selecionados por índices que contemplam avaliações visuais (Fonte: Programas CFM e Conexão Delta G.)
Existem ganhos em selecionar para qualidade de carne, mas economicamente a seleção para composição de peso, em raças zebuínas (“puras”), deve apresentar maior impacto na adaptabilidade dos animais aos sistemas de produção praticados no país e, consequentemente, seu reflexo em características reprodutivas e encurtamento do ciclo de produção.
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Muitas características são utilizadas como critério de seleção no país. Como consultores precisamos definir a estratégia para se atingir um determinado objetivo. Particularmente, sempre penso em um índice que deve equilibrar características associadas ao desempenho com outras que segurem o tamanho e desenhem o biotipo que poderá variar, em específico, em função do sistema de produção e objetivos de mercado do cliente. Mesmo em programas de melhoramento bem delineados, a interpretação de informações genéticas e morfológicas são necessárias para aprimorar a eficiência produtiva e proporcionar melhores resultados financeiros. As reflexões apresentadas neste artigo têm um grande componente empírico baseado em experiência prática de campo. Mais estudos devem ser conduzidos para que algumas das hipóteses expostas possam ser comprovadas cientificamente.
AGRADECIMENTOS
À Equipe BrasilcomZ, pelas frequentes colaborações; Ao Roberto Carvalheiro (GENSYS), pelas saudáveis conversas técnicas; Ao Marcos J. Yokoo (EMBRAPA), pelo material de texto e imagens referentes a ultrassonografia.
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AVANÇOS TECNOLÓGICOS NO EMPREGO DE FÁRMACOS PARA CONTROLE DA REPRODUÇÃO DE FÊMEAS BOVINAS DESTINADAS À IATF Technological advances in the use of drugs to control the reproduction of cows intended for TAI
Ed Hoffmann Madureira [email protected]; Milton Maturana Filho [email protected] Departamento de Reprodução Animal Faculdade de Medicinac Veterinária e Zootecnia , Universidade de São Paulo
INTRODUÇÃO
A pecuária atual exige máxima eficiência reprodutiva e produtiva para possibilitar retorno econômico. Nesse sentido, a utilização dos hormônios exógenos se faz muito importante no contexto de se buscar produtividade e rentabilidade. A eficiência reprodutiva é o principal fator para uma produção eficiente, economicamente, viável em gado de corte (DICKERSON,1970). Desde a década de 50, do século anterior, quando vários hormônios esteróides se tornaram comercialmente disponíveis, buscam-se avanços tecnológicos para controle farmacológico do ciclo estral, principalmente os ligados à superovulação e sincronização das ovulações. Na década de 70, a disponibilidade das Prostaglandinas do grupo F2 alfa (PG) trouxe grande avanço e sua associação com progestágenos e estrógenos, possibilitou o emprego da Inseminação Artificial em Tempo Fixo (IATF). Na época, os conhecimentos da área da fisiologia da reprodução eram insuficientes para proporcionar resultados economicamente interessantes. Entretanto, na década de 80, o emprego da ultra-sonografia e a disponibilidade de se quantificarem vários hormônios possibilitaram o ajuste dos protocolos de IATF e eles passaram a ser empregados em maior escala nos sistemas de produção de carne e de leite. Na década de 90, vários produtos hormonais estavam disponíveis comercialmente e os protocolos recomendados já eram 306 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte suficientes para possibilitar um avanço no emprego da técnica, o que só veio a acontecer cerca de uma década depois. Programas de IATF servem para concentrar as inseminações e a parições em épocas desejáveis, sendo aplicados em rebanhos de vacas zebuínas. Os protocolos de IATF visam controlar o crescimento das ondas foliculares, regular a função do corpo lúteo e o momento da ovulação (MACMILLAN e BURKE, 1996 ; RIBEIRO et al., 2009). Para uma eficiente sincronização da ovulação, com taxas de prenhez adequadas, é necessário o atendimento a 4 quesitos:
1) Proporcionar um período de 7 a 10 dias de exposição das fêmeas bovinas a teores de progesterona ou progestágenos, que mimetizem a fase luteínica do ciclo estral. Isto pode ser obtido pela administração oral de MGA (acetato de melengestrol), ou pela utilização de implantes vaginais de progesterona, ou MAP (medroxiprogesterona), ou FGA (acetato de fluorogestona), ou implantes auriculares de norgestomet. Existem diferenças de estrutura química, potência, farmacocinética, metabolismo (STANCZYK, 2003) e afinidade de ligação ao receptor de progesterona (MOFFATT et. al., 1993; BAUER et al., 2000; PERRY et al., 2005) entre os diversos progestágenos. A capacidade deles em mudar a frequência e a amplitude dos pulsos de LH parece ser necessária para a aceleração do início da puberdade (DAY e ANDERSON, 1998) e do retorno à ciclicidade no início do período pós parto, em vacas européias e zebuínas. 2) A Fase progestacional deve ser encerrada em todos os animais de maneira sincronizada e isto pode ser atingido com a retirada dos implantes ou pela interrupção da administração oral de progestágenos e pela aplicação de PG. 3) Durante o período progestacional, deve ocorrer uma re- organização das ondas foliculares, de sorte que o “status” folicular, no momento do encerramento da fase progestacional, seja muito semelhante entre os animais. Este é um ponto chave do sucesso e pode ser atingido de várias maneiras, como por exemplo: a) aspirando-se todos os folículos
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ovarianos, no momento da colocação dos implantes. Assim, uma nova onda folicular será iniciada em todos os animais e, no momento da retirada dos implantes e aplicação de PG, uma grande proporção de fêmeas terá um folículo dominante e sadio, que poderá ovular assim que ocorrer um pico do hormônio luteinizante (LH); b) provocando-se a ovulação dos folículos dominantes, pela aplicação do hormônio liberador de gonadotrofinas (GnRH). Isto também possibilitará a emergência de uma nova onda folicular, cerca de 30 a 40 horas após. Vale a pena ressaltar que as condições de anestro, que comumente acontecem em 70 a 75% das vacas de corte, no início do período pós-parto, afetam a eficiência dos protocolos que utilizam GnRH para sincronizar a onda. É de grande importância que a vaca esteja ciclando para ovular ao 1° GnRH, o que, subseqüentemente, aumenta a taxa de ovulação ao indutor para inseminação; c) provocando-se a atresia dos folículos ovarianos, independentemente da fase do desenvolvimento na qual se encontrem. Isto é geralmente atingido com a aplicação de 17-beta-estradiol (17B) ou de seus ésteres, como benzoato (BE), cipionato (CE) ou valerato de estradiol (VE). O estradiol, em associação com os progestágenos, provoca uma inibição da liberação de FSH e LH, de modo que os folículos sofrem atresia. Assim que o efeito dos estrógenos cessa, devido à biotransformação e eliminação dos mesmos do organismo, surge uma nova onda folicular, entre 3 e 6 dias (em média 2,8 d para 17B-estradiol, 3,6 d para benzoato de estradiol e 5 d para valerato de estradiol), dependendo da vida média do estradiol empregado. Na maioria dos animais, no momento da retirada dos implantes, haverá um folículo dominante, com capacidade ovulatória, para responder ao pico de LH e apresentar uma ovulação sincronizada. 4) Por fim, resta sincronizar o pico de LH o que ocorre pela aplicação do próprio LH, ou gonadotrofina coriônica eqüina (eCG) exógena, ou gonadotrofina coriônica humana (hCG) exógena, ou de um análogo de GnRH, que provocará um pico hipofisário de LH, ou pela aplicação de estradiol, que proporcionará um pico de GnRH, no hipotálamo , que também
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resultará um pico de LH sincronizado. Como o pico de LH, em todos os casos, ocorrerá em um momento conhecido, resta fazer uma IA, cerca de 15 horas antes do momento esperado da ovulação, para que as taxas sejam aceitáveis. Em média, as ovulações ocorrem cerca de 25 h após a aplicação de LH ou hCG, cerca de 30 h após GnRH e 45h após benzoato de estradiol. Como uma regra prática, recomenda-se atrasar cerca de 6 h a IATF, quando se utiliza o sêmen sexado, mas esta recomendação ainda carece de um maior amparo científico. As taxas de prenhez podem variar de 20 a 80%, mas em média, são atingidos resultados da ordem de 50%. A que se devem as variações das taxas de prenhez? Ciclicidade? Escore de condição corporal (ECC)? Protocolos? Puberdade? Gostaria, portanto, de tecer alguns comentários, baseados em experimentos científicos, que vêm sendo realizados no Brasil e no mundo e acrescentar informações baseadas na experiência prática de nosso grupo.
PRODUTOS VETERINÁRIOS DISPONÍVEIS
De um modo geral, os produtos disponíveis no mercado brasileiro, tanto os nacionais, como os importados, são de boa qualidade e as diferenças entre eles não explicam as diferenças de taxas de prenhez que são comumente obtidas. Há inovações que poderão trazer benefícios e serão citadas ao final do artigo.
PROTOCOLOS
Nas duas últimas décadas, muito tem sido dedicado ao desenvolvimento de protocolos IATF para melhorar a fertilidade de vacas de corte. Abordagens distintas, como o uso de diferentes hormônios ou doses em dias diferentes, pré-sincronização etc., têm sido utilizadas para melhorar a sincronia da onda folicular, visando aumentar a fertilidade das vacas. No entanto, é importante destacar que os protocolos hormonais estão bem ajustados e, desde que implementados de maneira correta, funcionam adequadamente. Há uma tendência de se supervalorizar a importância dos protocolos! É de suma importância o conhecimento da fisiologia e endocrinologia básicas
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 309 relacionadas, para que decisões e ajustes possam ser feitos. Realmente, existem protocolos mais adequados para novilhas ou vacas de corte, ciclando ou em anestro, ou para vacas leiteiras de alta ou baixa produção, puras ou cruzadas e isto deve ser levado em consideração nos programas de IATF. Atualmente, isto não tem sido um fator limitante dos programas de IATF, pois existe um dedicado trabalho das empresas fornecedoras dos medicamentos, que contam com profissionais capacitados e são assessoradas por pesquisadores de várias instituições. Entretanto, atribuir o sucesso ou insucesso de um programa de IATF ao emprego do produto A ou B, fabricado pela empresa A, B ou C, que utilizam o protocolo X, Y ou Z, é um exagero.
Condição de manejo dos animais
Neste ponto reside, a chave do sucesso e grande parte da explicação do insucesso dos programas de saúde reprodutiva que vêm sendo utilizados. Em vários estudos, tem sido demonstrada a importância dos fatores relacionados com as condições metabólicas, imunológicas, estresse térmico e de saúde de vacas de corte e de leite sobre o desempenho reprodutivo (MATURANA FILHO et al., 2011; BASCHANT e TUCKERMANN, 2010) Nos sistemas extensivos de criação de bovinos de corte, observa-se que 50% das vacas não recebem um manejo adequado que contribua com melhores índices de fertilidade (LUCY et al.,2001; GASSER et al., 2003 ; MADUREIRA et al., 2006). Os principais fatores são a nutrição, a baixa condição corporal ao parto, a amamentação e incidências de ciclos curtos (MADUREIRA et al.,2006). Portanto, é necessário dar mais atenção à pergunta: Como podemos manejar os animais para que eles respondam melhor aos bons produtos e protocolos disponíveis? Vacas no início do período pós parto apresentam-se anovulatórias, principalmente por falhas no manejo nutricional e na maioria das vezes não concebem no período esperado para que o intervalo médio entre partos seja mantido (YAVAS e WALTON, 2000).
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É necessário que haja um sistema eficiente da disponibilidade de pastagens, para otimizar o desempenho animal e o uso de ração suplementar pode superar as deficiências do componente forragem. Quando as necessidades de energia e proteína aumentam por causa de lactação, prenhez e crescimento, poderá ser necessário que parte do componente forragem da dieta seja substituído por concentrados (FONTANELI, 1999). Os pecuaristas que se dedicam à cria dão muita atenção ao período da estação de monta, entre Novembro e Março (apenas como exemplo), mas muitas vezes não se atentam que grande parte do resultado que obtêm é fruto de como manejaram o rebanho de Abril a Outubro. É importante maximizar ou manter um oferecimento constante e em quantidade suficiente de forragens, entretanto, quando são oferecidas à livre escolha, juntamente com concentrados suplementares em quantidades restritas, o consumo de matéria seca da forragem pode ser variável (aumentar, diminuir ou permanecer igual) (MOORE, 1992; MOORE et al. 1999). Em geral, essa estratégia auxilia na diminuição do consumo de forragem, principalmente quando a qualidade da mesma é alta. As diferenças no consumo estão principalmente ligadas à qualidade da fibra das forragens e ao tipo de forragem, que irão determinar a digestibilidade e a taxa de passagem, do que às diferenças entre os concentrados (WALDO, 1986). Entretanto, pequenas quantidades de concentrado podem aumentar o consumo voluntário, quando o valor nutritivo das forragens é baixo, especialmente quando a forragem tem elevada proporção entre NDT e PB (MOORE, 1994). Neste sentido, outros aspectos básicos do manejo devem ser considerados para preparar as vacas para estação de monta, visando a eficiência reprodutiva: sanidade, ECC ao desmame, ao parto e ao início da estação de monta, momento adequado do desmame, mineralização, manejo de pastagens, suplementações estratégicas, planejamento, construção e manutenção de instalações e cercas, investimentos em recursos humanos etc... A qualidade do sêmen também está diretamente ligada à taxa de concepção na IATF e deve ser avaliada antes do uso.
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A qualificação operacional é tão importante quanto a técnica, de modo que a capacitação de recursos humanos deve ser encarada como uma prática rotineira e continuada. Portanto, em última análise, é a condição das matrizes que impacta o índice de prenhez, tanto da IATF, quanto da EM.
EFEITO DA CC AO PARTO SOBRE A EFICIÊNCIA REPRODUTIVA
É sabido que o desempenho reprodutivo de rebanhos de corte está intimamente ligado à condição nutricional das matrizes. Os ruminantes possuem a capacidade de armazenar energia, na forma de reservas corporais, como gordura, para disponibilizá-las nos momentos de privação. Logo após o parto, a amamentação torna-se prioritária e boa parte do que a vaca consome, ou possui na forma de gordura, é destinada à amamentação. Outro momento crítico do ciclo reprodutivo é o terço final da gestação, quando o feto aumenta cerca de 10 vezes o seu peso. Neste período, quase todo o metabolismo da vaca está direcionado ao crescimento fetal (NRC, 2000).
Figura 1 - Energia líquida de mantença (ELm) de vacas de corte durante o ciclo produtivo (NRC, 2000).
Vale lembrar que esta fase do ciclo coincide com o período mais seco do ano. Portanto, é essencial que a vaca recomponha
312 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte suas reservas corporais, no período logo após o desmame, porém antes que se encontre no terço final da gestação. Rebanhos de cria, em sistemas extensivos, em regiões tropicais (devido ao característico regime de chuvas e, consequentemente, da disponibilidade de forrageiras), devem ser manejados no sentido de assegurar a recomposição das reservas corporais das matrizes. A suplementação nutricional durante o terço final da gestação tende a aumentar o peso do bezerro ao nascer e a suplementação após o parto tende a aumentar a produção leiteira, de sorte que, além dos custos não encontrarem justificativa, pouco efeito positivo haverá sobre o ECC das vacas. Portanto, a produtividade e a rentabilidade do sistema de cria dependem do planejamento nutricional durante o período da seca (NRC, 2000). A alta proporção de vacas em anestro, no início da estação de monta, é uma condição comum em vacas de corte Bos taurus indicus e afeta negativamente a eficiência reprodutiva, causando sérios prejuízos na pecuária brasileira (BARUSELLI et al., 2004; RIBEIRO et al., 2009). Segundo Spitzer et al., (1995), as vacas que parem com ECC maior ou igual à 5 (escala de 1 a 9) têm uma elevada probabilidade de conceber na próxima EM. Entretanto, vacas que parem com CC menor do que 5 apresentam uma probabilidade de gestação cerca de 35% menor. Se grande percentual das vacas do rebanho está com ECC ≤ 4 no parto, ainda pode haver chance dessas vacas emprenharem dentro de uma estação de monta, mas para que isso ocorra é necessário aumentar a oferta de energia e proteína além de suas exigências (aproximadamente 120%) durante o período inicial pós- parto (COOKE et al., 2008). No entanto, este é um procedimento de emergência e, provavelmente, será prejudicial para a eficiência econômica e produtividade da fazenda. É importante ressaltar que vacas de corte excessivamente condicionadas (ECC ≥ 7) podem ter dificuldades ao parto, além de custos de mantença elevados, têm chance reduzida de emprenhar em comparação com vacas com ECC moderado (COOKE et al, 2009). Isto pode ser atribuído aos efeitos de metabólitos como os
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ácidos graxos não esterificados (AGNEs) e seus compostos, sobre o consumo, ciclicidade e qualidade dos oócitos, o que afeta a capacidade das vacas manterem o início da gestação. No entanto, vacas com ECC > 6 ao parto, não devem ser colocadas em dieta com restrição de nutrientes, pois isso pode intensificar mais o balanço energético negativo e o anestro pós-parto, resultando ainda mais em diminuição do desempenho reprodutivo.
Figura 2 - Influência do escore de condição corporal (ECC), avaliados no início da estação de monta, na probabilidade de vacas tornarem-se prenhes. Adaptado de Cooke et al. (2009).
Numa vaca zebuína, um ponto na escala de ECC representa cerca de 40 Kg de peso vivo ou seja, uma diferença de apenas 40Kg ao parto pode significar uma taxa de prenhez da ordem de 60%, ao invés de 90%, ao final da EM. Uma atitude prática de grande importância é avaliar o ECC das vacas ao desmame e manejá-las de forma que atinjam um ECC de pelo menos 5 ao parto, lembrando que, ao atingir o terço final de gestação, a vaca terá dificuldade de ganhar peso. De maneira prática, a avaliação do ECC tem sido uma ferramenta valiosa para refletir o estado nutricional dos rebanhos. O ECC ao parto tem sido positivamente correlacionado com o desenvolvimento folicular precoce no período pós parto, com o estoque hipofisário de LH aos 30 dias pós parto, com as
314 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte concentrações circulantes de IGF1 , frequência dos pulsos de LH e intervalo pós parto após o desmame precoce (MADUREIRA et al., 2005). De um modo geral, em fazendas bem manejadas, as vacas concebem, em média, 90 dias após o parto e os bezerros são desmamados aos 8 meses de idade. Por ocasião do desmame, as vacas se encontram ao redor do 5º mês de gestação. Neste período, a exigência nutricional é baixa e a vaca ainda tem um período de 60 a 70 dias para recompor suas reservas corporais, antes que sua exigência nutricional volte a aumentar, ao atingir o terço final da gestação. Nas fazendas que adotam a IATF, o intervalo entre o parto e a concepção tem diminuído o que faz com que, ao desmame, as vacas estejam numa fase um pouco mais avançada da gestação, sobrando menos tempo para recomposição das reservas corporais. Com a valorização dos bezerros, nos últimos anos, tem sido frequente a comercialização dos mesmos antes do desmame, o que, de fato, ocorre quando da entrega dos bezerros aos compradores, evitando-se as perdas de peso ocasionadas pelo desmame. Considerando-se os dois fatores em conjunto, conclui-se que um encurtamento do período de serviço e um atraso no desmame praticamente provocam uma sobreposição dos 2 momentos de alta exigência nutricional, abolindo-se o único período no qual a vaca tem a oportunidade de recompor suas reservas corporais. Isto tem levado a uma diminuição do ECC ao parto, principalmente em anos particularmente secos. O baixo ECC ao parto leva, de imediato, ao nascimento de bezerros mais leves, a uma diminuição da taxa de prenhez à IATF e, por fim, a uma diminuição da taxa de prenhez ao final da EM, pois há aumento da incidência de anestro, por falta de reservas corporais. Em vacas com baixo ECC o uso da eCG pode auxiliar as condições de crescimento folicular e de ovulação, principalmente em vacas acíclicas (BARUSELLI et al., 2004; BARUSELLI et al., 2002; CUTAIA et al., 2003). A vantagem de se utilizar a eCG nos protocolos de sincronização, é que este hormônio é administrado no momento da
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 315 remoção do implante de progestágenos, evitando assim um trabalho a mais de manipulação.
Tabela 1 - Taxa de Prenhez à IATF em novilhas Nelore tratadas com PG no início do tratamento (D0) e com eCG (400UI) na retirada do dispositivo intravaginal de progesterona
Número Taxa Prenhez (%) Sem PG/Sem eCG 100 14,0 (17/100) Com PG/Sem eCG 97 17,5 (17/97) Sem PG/Com eCG 98 35,7 (35/98) Com PG/Com eCG 97 34,0 (33/97) Efeitos Principais Sem PG 198 24,7 (49/198) Com PG 194 25,8 (50/194) Sem ECG 197 15,7 (31/197) Com eCG 195 34,9 (68/125)
Fonte: Marques (2005).
Algumas recomendações úteis são que: 1) as vacas não sejam protocoladas antes de 45 dias pós-parto; 2) os desmames sejam feitos no máximo aos 240 dias de idade e 3) que se aproveitem ao máximo, os 60 dias seguintes ao desmame para oferecer uma condição nutricional que permita a rápida recomposição do ECC , seja pela disponibilização das melhores pastagens ou suplementação nutricional (sal mineral proteinado, por ex.) para esta categoria animal.
NOVILHAS
Frequentemente, as novilhas apresentam resultados inferiores aos das vacas. Uma das perguntas mais comuns é qual protocolo devo utilizar para novilhas? Mais importante do que isso é saber em que estado estas novilhas se encontram para ser inseminadas. Em lotes de novilhas têm-se várias categorias como as impúberes, as pré-púberes, as púberes imaturas, as púberes maduras que mantiveram ou interromperam sua ciclicidade. Cada uma destas categorias responde de maneira diferente à IATF.
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Vários fatores influenciam na idade à puberdade sendo eles o genótipo, a estação do ano, o comportamento do rebanho (efeito macho), a terapia hormonal, a taxa de crescimento, nutrição e genética das novilhas (FIELDS, 1994; FILHO,2007). Novilhas Nelore têm a idade à puberdade em torno de 22 a 36 meses e a idade ao primeiro parto de 44 a 48 meses, ressaltando que zebuínos são mais tardios que os taurinos (SOUZA, 1995). Porém, as novilhas podem atingir a puberdade com idade entre 13 a 15 meses (SÁ FILHO, 2008), considerado o ideal e mais lucrativo. As novilhas devem ter uma concepção precoce, durante sua primeira estação reprodutiva e, para isso, a maioria das novilhas deve estar ciclando regularmente já ao início desta estação (LOBATO, 1997). Essas novilhas que concebem logo no início da EM irão parir no início da estação de nascimento com maior possibilidade de desmamar bezerros mais pesados, aumentando, consequentemente, sua produção ao longo da vida reprodutiva (LESMEISTER, 1973). A condição corporal dos animais é de grande importância na adoção de alternativas de manejo nutricional com vistas ao aumento da eficiência reprodutiva das novilhas. No início da estação de reprodução, as novilhas devem atingir um peso equivalente a 55- 60% do peso adulto da vaca da raça correspondente. No caso de novilhas de corte de raças zebuínas, o peso ao início da estação de monta deve estar em torno de 300 a 330 kg. Pesos inferiores, no início da EM, podem comprometer o desempenho reprodutivo dessas fêmeas, e a fertilidade da EM do ano subseqüente (WILTBANK et al., 1985). No caso de novilhas zebuínas, a suplementação alimentar para obtenção de um peso vivo de 300 a 330 kg aos 18 meses pode não se justificar economicamente, se a maior parte desses animais não estiver apta à reprodução (SANTOS e SÁ FILHO, 2006).
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Tabela 2 - Efeito do ECC (1-5) no diâmetro do folículo dominante no momento da IATF e na taxa de prenhez de Novilhas Nelore (Bos Indicus.)
ECC P Variável <2,75 3 > 3,25 Diâmetro Folículo na IATF 8,21±0,03b 8,29±0,03b 9,31±0,03b 0,03 Taxa de prenhez (%) 41,5 (105/253)b 43,1 (84/195)b 54,1 (93/172)a 0,03
Fonte: Adaptado de Sá Filho et al., 2008.
Percentual de novilhas prenhes de acordo com os dias indicados no período de monta Item 0 20 40 60 ECC 4 32 27 431 562 5 42 35 652 803 6 49 47 903 963 Ganho de peso pós-parto Moderado 341 272 562 702 Alto 482 463 763 843 a Adaptado de Spitzer et al; 1995123 Médias na mesma coluna, em cada item, sem o mesmo sobrescrito diferem (P<0,05).
Existem diferenças na fisiologia reprodutiva entre Bos taurus e Bos indicus que pode influenciar a resposta aos protocolos de sincronização empregados. Uma das diferenças observadas está relacionada aos teores de progesterona durante o ciclo estral (RANDELl, 1990; BARUSELLI et al., 2004; BURKE et al., 1996). De qualquer maneira, mesmo novilhas púberes e maduras podem não apresentar o mesmo desempenho reprodutivo de vacas frente à IATF. Programas de IATF em novilhas ainda são um desafio à pesquisa, principalmente em fêmeas bovinas zebuínas.
ESTRESSE TÉRMICO E OXIDATIVO
Nosso grupo tem verificado o efeito de vários fatores como estresse térmico, metabólico e oxidativo sobre a fertilidade das vacas na EM. No estudo inicial de Maturana Filho et al., 2011 com 404 vacas Nelore, com bezerro ao pé, e período pós-parto entre 40 e 70
318 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte dias, no início do protocolo de IATF e 102 novilhas da raça nelore, mantidas em pastagem de Brachiaria brizantha, com livre acesso a suplemento mineral e água. Foram avaliados os parâmetros das variáveis: ECC na escala de 1-9, no início do protocolo, no momento da IATF e no diagnóstico de gestação (DG); Temperatura retal (TR) no momento da IATF; e o índice de temperatura e umidade (ITU) no momento da IATF. O índice de temperatura e umidade (ITU) foi calculado a partir do modelo definido por Thom, (1959): ITU: 0,8 x T + [(UR(%)/100) x (T-14,4)] + 46,4, onde: T = temperatura 0C e UR = umidade relativa do ar. Posteriormente, de forma retrospectiva, as vacas foram alocadas para os grupos de acordo com o número de partos (novilhas, primíparas, vacas de 2 crias e vacas de 3 crias) e com a temperatura retal (Tretal 1: 37,0°C -39,4 °C; Tretal 2: 39,5°C - 41,5°C), no momento da IATF. As vacas com temperatura retal abaixo de 39,4ºC apresentaram taxa de prenhez significativamente superior à das vacas cuja temperatura retal foi maior do que 39,4ºC (75,6% VS 62,4%). No ano seguinte, no mesmo rebanho, com 506 vacas, as taxas de prenhez também diferiram, segundo a temperatura retal: 62% VS 48%. Nota-se que a fertilidade de vacas e novilhas de corte também é afetada por fatores climáticos, pois esses distintos grupos têm uma capacidade de regulação metabólica e termorregulatória diferente. Aparentemente, vacas que já atingiram a maturidade sexual possuem melhor fertilidade, mesmo frente a desafios como o estresse calórico. Isto ocorre apesar de já ter sido demonstrado que há um maior grau de resistência celular ao calor por raças zebuínas (PAULA- LOPES et al. 2003). Outro fator relacionado a essas diferenças na taxa de prenhez estaria ligado à capacidade de tolerância térmica pelo oócito de raças zebuínas, que provavelmente ocorre depois da maturidade sexual completa (PAULA- LOPES et al. 2003; HANSEN, 2005).
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Tabela 3 - Odds Ratio e taxa de prenhez das variáveis, incluindo o modelo final de regressão logística para efeitos climáticos
Fator Classe n Taxa Prenhez Odds ratio 95% Intervalo P (%) confiança ITU 1 63 84,2 3,8 1,7 – 8,5 0,002 2 247 74,9 2,1 1,2 – 3,5 3 94 56,4 Referente 1 vs 3 157 - 0,009 2 vs 3 341 - TRETAL 1 295 75,6 (Class 1) 0,008 2 109 62,4 (Class 2) 1 vs 2 1,68 1,1 – 2,7 0,002 ECG Sim 246 72,1 0,96 Não 158 71,9 PVE 1 304 70,7 0,30 2 100 76
ITU: Classe 1- (69 – 74), Classe 2 (75- 79), Classe 3 (80- 84); TRETAL: Classe 1 (37,0°C -39,4 °C); Classe 2 (39,5°C - 41,5°C); PVE: Classe 1: (20 – 40 dias pós-parto); Classe 2: (50 – 70 dias pós-parto).
Esse efeito observado sugere que a capacidade termorregulatória pode estar diminuída quando o animal passa por um grande desafio metabólico, como a amamentação e o crescimento, o que vai ao encontro dos dados de Pereira (2005), que demonstrou ser a capacidade termorregulatória diferente entre os zebuínos, corroborando também com os achados de Paula- Lopes et al. (2003).
320 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte
Gráfico 1 - Taxa de prenhez de vacas e novilhas Nelore, dentro da mesma classe de TR e ITU
Fonte: Maturana Filho et al.,(2011).
Gráfico 2 - Taxa de prenhez de vacas e novilhas Nelore, dentro da mesma classe ITU e diferentes TR
Fonte: Maturana Filho et al.,(2011).
O estresse oxidativo também pode interferir nas taxas de prenhez. Num estudo preliminar, com 532 vacas nelore, avaliou-se a atividade do enzima superóxido dismutase (SOD) e separaram-se as taxas de prenhez segundo atividade alta (acima da média) ou baixa (abaixo da média) da SOD. A média das concentrações de SOD no estudo foi de 2101,36 U/g Hb, sendo de 1665,16 U/g Hb e de 2602,16 U/g Hb para os grupo de alta e baixa respectivamente. No
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 321 grupo onde a atividade da SOD foi alta, a taxa de prenhez foi de 67,1%, enquanto foi de 55,8% no grupo no qual a atividade foi menor (p=0,03).
Gráfico 3 - Taxas de Prenhez aos 30 e 60 dias após IATF de acordo com as concentrações de SOD
Taxa de Prenhez SOD P1 ‐ Vacas 67.1 67.1
55.8 54.5 54.9 53.9
↓ SOD (30) ↑ SOD (30) Média Prenhez ↓ SOD (60) ↑ SOD (60) Média Prenhez 30 60
(124/222) (57/110) (181/332) (122/222) (57/110) (179/332)
P= 0.03 P= 0.05
Em nossos experimentos mais recentes, estão sendo avaliadas variáveis metabólicas em vacas nelore e em vacas holandesas de alta produção leiteira para observar o efeito do estresse metabólico sobre a fertilidade. Os dados citados acima ainda são preliminares e experimentos com delineamentos mais elaborados vêm sendo propostos, para elucidar e propor medidas de manejo, para contornar ou amenizar o efeito destas variáveis sobre o desempenho produtivo e reprodutivo de rebanhos de corte e leite.
CUIDADOS NA INSEMINAÇÃO ARTIFICIAL
Seguem algumas recomendações, com intuito de padronizar procedimentos operacionais. Quando se realiza a IATF, geralmente levantam-se as canecas com as racks, muitas vezes. Cada vez que se levanta a caneca, expõe-se o sêmen armazenado a temperaturas críticas. Ao final da EM, não se pode afirmar em que condição de
322 - VIII Simpósio de Produção de Gado de Corte armazenamento o sêmen se encontra, nos diferentes botijões, nos diferentes retiros. O procedimento que vem sendo adotado é o de se retirarem todas as doses de uma rack e colocá-las no banho-maria ou descongelador. O sêmen está a uma temperatura de -196oC e, quando cerca de 10 palhetas são colocadas, ao mesmo tempo no descongelador, a temperatura cai e deixa a curva de descongelamento mais lenta o que provoca crio-injúria nos espermatozóides . Uma recomendação é de que toda a rack seja retirada e colocada em uma caixa térmica com nitrogênio líquido. Na sequência, 5 palhetas podem ser colocadas de cada vez no descongelador. Em recente experimento científico, ficou demonstrado que, quando 10 palhetas foram descongeladas ao mesmo tempo, a partir da 6º palheta, a qualidade do sêmen foi comprometida (OLIVEIRA et. al., 2012).
AVANÇOS ESPERADOS NOS PRODUTOS VETERINÁRIOS
Por fim, quais avanços podem se esperados nos produtos veterinários em si? Como sabemos que a dose ideal de progesterona varia segundo a categoria animal, surgirão produtos mais indicados para novilhas, com quantidades menores de progesterona do que para vacas de corte, por exemplo. Vacas leiteiras de alta produção, necessitam de doses de progesterona significativamente maiores do que vacas de corte e necessitarão produtos mais específicos. O fato de se manejarem as vacas 3 ou 4 vezes até que sejam inseminadas é um fator limitante da IATF. O emprego de produtos que contenham reservatórios de hormônios, cuja liberação seja controlada por dispositivos eletrônicos, pode ser uma opção. A progesterona ou progestágeno nano/micro estruturadas podem vir a ser grandes aliadas na solução deste problema. Nestes casos, nano/micro partículas, ou nano/micro-emulsões, ou nano/micro filamentos têm surgido. De um modo geral, estes medicamentos são suspensões injetáveis e os hormônios vão sendo liberados das matrizes poliméricas utilizadas, por mecanismo de simples difusão
IV Simpósio Internacional de Produção de Gado de Corte - 323 ou erosão, após absorção dos veículos utilizados, permanecendo no local de aplicação, um depósito de nano/micro partículas. Nosso grupo de pesquisa em cooperação com grupos da UEM, UNICAMP e EMBRAPA já conseguiu produzir nanopartículas e nanofilamentos de progesterona em matrizes biopoliméricas cujos testes in vivo iniciaram-se em 2012 (BRANDÃO, 2009; MADUREIRA e CARDOZO-FILHO, 2010; OLIVEIRA et. al., 2012; PIMENTEL, 2010).
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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