ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DE PLANTAS FORRAGEIRAS E SUAS IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES

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1 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DE PLANTAS FORRAGEIRAS E SUAS IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES FORAGE PLANTS TISSUE ORGANIZATION AND ITS IMPLICATIONS IN RUMINANT Carvalho, G.G.P. 1, A.J.V. Pires 2,3 1 Universidade Federal de Viçosa (UFV). Viçosa, MG. gleidsongiordano@yahoo.com.br 2 Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB). Avenida das Palmeiras, 491. Morumbi. Itapetinga, BA, Brasil. CEP aureliano@uesb.br 3 Pesquisador do CNPq. PALAVRAS CHAVE ADICIONAIS Características anatômicas. Composição química. Valor nutritivo. ADDITIONAL KEY WORDS Agronomic characteristics. Chemical composition. Nutritive value. RESUMO As espécies forrageiras são compostas por lâmina, bainha, colmo, pecíolo e a inflorescência, formadas por variados tipos de tecidos, que apresentam população heterogênea de tipos de células. A utilização do conteúdo celular e de alguns componentes da parede celular pelos ruminantes difere conforme as várias frações e os estádios de desenvolvimento, bem como os diferentes tipos de tecidos. A organização estrutural ou anatômica dos órgãos das plantas e seus tecidos constituintes influenciam também na digestibilidade da parede celular, proporcionando maior ou menor acessibilidade de seus polissacarídeos aos microrganismos do rúmen. Além disso, influencia o consumo, pelo efeito que produz sobre a facilidade de fragmentação das partículas da forrageira, a natureza das partículas produzidas e sua taxa de passagem pelo rúmen. Esta revisão tem por objetivo discutir os aspectos relacionados à organização dos tecidos de plantas forrageiras e suas implicações para os ruminantes. ABSTRACT These are composed by various fractions (leaf blade, leaf sheath, thatch, petiole, blossom), that, by their turn, are formed by various types of tissues, which show heterogeneous population of cell types. The use of the cellular content and some cellular wall components by ruminants differs according to the various fractions and the development stages, as well as the different tissue types. The structural organization or anatomy of plant organs and its constituent tissues, besides influencing the intake through the effect produced on roughage particles fragmentation ease, the nature of particles produced and their rumen passage rate, also influences the cell wall digestibility, providing greater or smaller accessibility of its polysaccharides to rumen microorganisms. This revision has for objective to discuss the aspects related to the forage plants tissue organization and its implications in ruminant. INTRODUÇÃO Estudos avaliando a anatomia e a organização dos tecidos de forrageiras têm sido desenvolvidos nas últimas três décadas (Akin et al., 1973; Akin e Burdick, 1975; Wilson, 1976; Wilson et al, 1989; 1991; Queiroz et al., 2000). Dentre as características anatômicas que tem impacto sobre o valor nutritivo, destacam-se a proporção de tecidos e a espessura da parede celular. Tais características apresentam altas correlações com os teores de fibra, de lignina e de proteína bruta (PB) e com os coeficientes de digestibilidade in vitro da matéria seca (DIVMS). Os tecidos de baixa digestão Recibido: Aceptado: Arch. Zootec. 57 (R):

2 CARVALHO E PIRES correlacionam-se negativamente com a PB e a DIVMS e positivamente com os teores de fibra e de lignina, enquanto aqueles rapidamente digeridos mostram correlações positivas com a PB e com a DIVMS e negativas com os teores de fibra e lignina. A digestão de alguns tecidos é limitada, não somente pelo efeito negativo da lignina sobre a digestão da parede celular, mas também pelo compacto arranjo das células de alguns tecidos e pela elevada espessura da parede celular. As relações entre a anatomia da planta e o valor nutritivo realçam a possibilidade da utilização de características anatômicas na avaliação do valor nutritivo de gramíneas forrageiras. As duas principais estratégias empregadas pelas plantas para sobreviver, armazenamento de nutrientes e defesas contra ameaças externas, têm influência no seu valor nutritivo. No primeiro caso, a planta armazena substâncias durante seu crescimento vegetativo para serem utilizadas em períodos de frio ou de seca e para rebrotar após um corte, pastejo etc. São substâncias altamente digestíveis. No segundo caso, a planta sintetiza compostos como lignina, cutina, fenóis, terpenóides e alcalóides para conferir-lhe resistência ao vento, doenças e desfolhação. Essas substâncias de forma geral fazem parte da estrutura da planta e são de baixo valor nutritivo. TECIDOS VEGETAIS Entre as características anatômicas, a proporção de tecidos tem sido o principal indicativo da qualidade nutricional de espécies forrageiras. Alguns trabalhos demonstraram correlações significativas entre características nutritivas (fibra em detergente neutro, fibra em detergente ácido, proteína bruta, digestibilidade in vitro da matéria seca, entre outras) e proporção de tecidos medida em seções transversais de folhas e colmos de gramíneas. Características anatômicas e nutricionais são influenciadas pelo estádio de desenvolvimento e pelo nível de inserção da folha no perfilho (Wilson, 1976; Queiroz et al., 2000). Lâminas foliares inseridas no topo do perfilho apresentam maior proporção de tecidos de sustentação e paredes celulares mais espessas, sendo menos digestíveis que lâminas de mais baixos níveis de inserção, quando em mesma idade. Nenhum fator isolado afeta tanto a qualidade da forragem quanto a idade, mas o ambiente no qual a planta se desenvolve também desempenha papel relevante. Fahey e Hussein (1999) destacaram a importância de se determinarem os efeitos dos fatores de ambiente sobre a qualidade da forragem. EPIDERME As células da epiderme formam uma camada contínua que reveste a superfície do corpo vegetal em estádio primário. Elas apresentam várias características relacionadas com sua posição superficial. A característica distintiva mais importante das células epidérmicas das partes aéreas da planta é a presença da cutina na parte celular externa e a cutinização desta e de algumas ou todas as outras paredes. O tecido fornece proteção mecânica e está relacionado com a restrição da transpiração e com a aeração. A maturidade da planta exerce grande influência sobre a espessura da parede celular das células epidérmicas. As paredes anticlinais das células epidérmicas de gramíneas tropicais apresentam justaposição sinuosa, que aumenta a superfície de contato entre células adjacentes e dificulta o rompimento do tecido. Além disso, nas gramíneas tropicais, a epiderme encontra-se firmemente aderida ao resto da folha por uma estrutura em forma de viga (figura 1) formada por porções do esclerênquima acima e abaixo do feixe vascular pela BFV e pelo próprio feixe vascular (Wilson, 1994). Assim, o processo de mastigação é muito importante, não só para a redução no tamanho das partículas, mas também para produzir fissuras que servem como porta de entrada aos microorganismos do rúmen. Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 14.

3 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES A parede celular da epiderme junto ao mesofilo é digerida mais rapidamente que aquela associada à cutícula. Os estudos indicam que a parede periclinal externa da epiderme é mais resistente à digestão por ser cutinizada e lignificada (Hanna et al., 1973). No processo de degradação, a cutícula funciona como uma barreira, reduzindo a taxa e a extensão de digestão da epiderme e dos tecidos abaixo dela, fazendo com que placas de cutícula e epiderme, bem como feixes vasculares aderidos, sejam encontrados nas fezes de bovinos alimentados com gramíneas tropicais. Isso pode resultar em redução da taxa de passagem e aumentar o volume de ocupação do rúmen (Wilson, 1993). A lâmina foliar apresenta epiderme menos espessa do que a do colmo. Nos colmos as células estão associadas internamente a um anel subepidérmico de células esclerenquimáticas e feixes vasculares, formando uma estrutura rígida e de difícil fragmentação pela mastigação e ruminação (Wilson, 1994). MESOFILO Os parênquimas clorofilianos, que constituem as células do mesofilo, possuem parede delgada não lignificada. É um dos primeiros tecidos a sofrer digestão, embora esta seja mais rápida em gramíneas de clima temperado. No caso da digestão mais lenta do mesofilo em gramíneas tropicais, isso decorre do arranjo mais compacto das células, que se dispõe de forma justaposta com poucos espaços intercelulares, o que dificulta o acesso dos microorganismos ruminais e retarda o processo de fragmentação do tecido. A fragmentação dos tecidos pela mastigação e o acesso dos microorganismos às células do mesofilo é ainda mais dificultada porque EPS ESC BF TV FL MES ES EPI Figura 1. Seção transversal da lamina foliar de uma gramínea C 4 (Brachiaria decumbens) com indicação dos diferentes tecidos. Mesofilo (MES), floema (FLO), tecido vascular lignificado (TVL), esclerênquima (ESC), bainha do feixe vascular (BFV), epiderme superior (EPS), epiderme inferior (EPI). (Traverse section of eaf blade of C 4 grass (Brachiaria decumbens) with indication of tissue different. Mesophyll (MES), phloem (FLO), tissue vascular lignification (TVL), sclerenchyma (ESC), vascular bundle sheath (BFV), epidermis higher (EPS), epidermis lower (EPI)). Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 15.

4 CARVALHO E PIRES a epiderme das gramíneas tropicais está aderida aos feixes vasculares pelo esclerênquima. Nas gramíneas de clima temperado e nas leguminosas, as células do mesofilo se dispõem de forma mais dispersa com muitos espaços intercelulares. Isso permite uma penetração mais rápida dos microorganismos, facilitando a digestão das folhas. Além disso, a menor superfície de contato entre as células contíguas favorece a fragmentação do tecido, resultando em partículas de menor tamanho (Wilson, 1993). BAINHA DO FEIXE VASCULAR (BFV) A BFV é constituída por um grupo de células especializadas, que circunda o feixe vascular. Em forrageiras de metabolismo C 4, estas células são bastante desenvolvidas, ricas em cloroplastos e estão envolvidas no processo de assimilação de carbono As gramíneas C 3 também apresentam uma bainha de células circundando os feixes vasculares, entretanto esta bainha é pouco desenvolvida, desprovida de cloroplastos e facilmente digerida pelos microorganismos ruminais. A digestão da BFV de gramíneas C 4 é lenta ou incompleta, devido à sua parede celular espessada. Isto dificulta o acesso dos microorganismos ruminais aos nutrientes no interior das células, que contém mais de 50% das reservas de carboidratos e proteínas da folha (Wilson, 1994). A presença de uma lamela suberizada envolvendo a parede secundária das células, tanto na parede tangencial externa, quanto radialmente no contato com outras células da bainha, é uma característica da BFV nas gramíneas C 4. Essa lamela não é digerida pelos microorganismos do rúmen, impedindo seu acesso à parede celular e ao conteúdo das células da BFV, a menos que ela seja rompida pela mastigação e/ou ruminação. A porção da parede celular adjacente ao lúmen é mais susceptível à colonização microbiana, por apresentar maior quantidade de fenóis do grupo seringil, pois a lignina deste grupo é mais facilmente degradada que as unidades coniferil e guaiacil (Akin, 1993). Isto pode explicar porque os microrganismos do rumem degradam a parede celular das plantas do lúmen em direção à região da lamela média / parede primaria, a qual nunca é completamente digerida. TECIDO VASCULAR O tecido vascular é constituído por células do floema, xilema e fibras associadas. Rapidamente degradadas pelos microorganismos do rúmen, as células do floema possuem parede celular delgada (Wilson, 1993). Contudo, as células do xilema e as fibras associadas apresentam parede espessa e lignificada, tanto na folha quanto no caule. As paredes destas células são consideradas indigestíveis nas gramíneas e leguminosas. Nas lâminas foliares e colmos jovens de gramíneas, o tecido vascular está localizado em feixes que formam estruturas isoladas. Entretanto, com a maturação do colmo ocorre o espessamento e lignificação da parede secundária das células do parênquima interfascicular, formando um anel esclerenquimático subepidérmico que constitui uma barreira ao ataque microbiano e limita a digestão. Gramíneas C 4 apresentam maior freqüência de feixes vasculares na folha, quando comparadas com gramíneas C 3, o que está associado com a estrutura anatômica característica das dessas forrageiras (nervura central lignificada). Isso faz com que as gramíneas C 4 apresentem uma maior proporção de tecidos menos digestíveis como tecido vascular lignificado, esclerênquima e bainha do feixe vascular. As células de parede espessa e lignificada do tecido vascular são as principais responsáveis pela fração indigerível em todas as porções da planta. A maior parte da atividade de ruminação é direcionada para a fragmentação da estrutura do tecido vascular e grande parte das partículas de Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 16.

5 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES tecidos indigeríveis que aparecem nas fezes são porções de tecido vascular, associado ou não com esclerênquima. ESCLERÊNQUIMA O esclerênquima é formado por células longas que desenvolvem uma parede celular espessa, que se lignifica progressivamente com a maturação. Nas folhas de gramíneas, as porções de esclerênquima geralmente ocorrem acima e abaixo dos feixes vasculares. Esta estrutura promove vários pontos de ligação entre a epiderme e a BFV, com efeitos negativos sobre os processos de mastigação, fragmentação, taxa e extensão de digestão, taxa de passagem e no consumo de forragem. No caule, as células esclerenquimáticas formam uma capa envolvendo cada feixe vascular e, com a maturidade, um anel subepidérmico circundando todos os feixes. A formação deste anel dificulta a fragmentação do colmo através da mastigação e exige do animal maior esforço para o aproveitamento desta fração da planta. COMPONENTES RELACIONADOS À DIGESTÃO DA PAREDE CELULAR O desenvolvimento de uma rígida parede ao redor do protoplasma celular representou evolução no processo de adaptação das plantas à vida terrestre. Nesse processo evolutivo, a parede celular adquiriu variações na composição química, na espessura e na distribuição espacial de suas diferentes camadas, dentro de cada tecido (Brett e Waldron, 1990). A parede celular vegetal pode ser dividida em paredes primária, secundária e terciária. As duas primeiras camadas são as mais importantes e mais estudadas. Wilson (1993) caracterizou a parede terciária como uma camada membranosa extremamente delgada, localizada internamente (lado do lúmen) à parede secundária. A parede primária desenvolve-se simultaneamente à expansão celular. Em alguns tipos de células, como as do parênquima, esta é a única parede a se desenvolver. As paredes primárias de duas células contíguas são separadas por uma fina camada conhecida por lamela média, composta, principalmente, de substâncias pécticas. De acordo com Wilson (1993), a parede primária possui espessura média variando de 0,1 a 0,2 ìm. A parede secundária desenvolve-se internamente à parede primária, após completar-se a expansão da célula. Esta parede compreende três camadas (S1, S2 e S3), distinguidas pela orientação das microfibrilas de celulose. Não há evidências de diferenciação da digestão destas camadas. A parede secundária com espessura variando de 1 a 5 µm confere à célula resistência às forças de tensão e compressão. Geralmente, os tipos celulares que apresentam parede secundária se lignificam em maior ou menor grau (Wilson, 1993), afetando a digestibilidade (figura 2). Quimicamente, a parede celular é uma matriz complexa composta de polissacarídeos, proteínas, compostos fenólicos, água e minerais. Dos polissacarídeos, destacamse a celulose, a hemicelulose e a pectina. Existem fortes evidências de que os polissacarídeos isolados apresentam relativa facilidade de degradação pelos microorganismos do rúmen ou por enzimas isoladas. Entretanto, a degradação destes polissacarídeos quando presentes na forma natural, compondo a parede celular, é raramente completada e varia conforme o tecido examinado, a espécie e a idade da planta. As interações dos componentes da parede, particularmente entre os polifenóis e os carboidratos, exercem as maiores restrições à degradação da parede celular (Jung, 1989). Dentre os componentes químicos associados à parede celular, a lignina é o componente que, reconhecidamente, limita a digestão dos polissacarídeos da parede celular no rúmen (Jung e Deetz, 1993). As primeiras observações de correlação negativa entre o conteúdo de lignina e a digestibilidade das forrageiras foram realizadas no início do século (Furstenberg, 1906, Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 17.

6 CARVALHO E PIRES citado por Besle et al., 1994). Embora a estrutura e a biossíntese da lignina sejam objeto de estudos por mais de um século, muitas questões fundamentais permanecem desconhecidas. Whetten et al. (1998) destacaram incertezas quanto à polimerização dos monolignóis na parede celular (organizada ou ao acaso), à via de biossíntese dos precursores da lignina e à relação entre a estrutura e a função da lignina. Em geral, a lignina possui três álcoois aromáticos: álcool coniferil, que predomina nas espécies arbóreas, álcool sinapil e álcool p-coumaril, predominantes em gramíneas e leguminosas. Os termos core e non-core têm sido usados por alguns autores para diferenciar tipos de lignina em forrageiras (Gordon, 1975; Jung e Deetz, 1993). O primeiro tipo (lignina core) refere-se ao polímero de fenilpropanóides depositado na parede celular, pela polimerização dos álcoois precursores coniferil, sinapil e p- coumaril. Este tipo, determinado rotineiramente nas análises laboratoriais com uso de ácido sulfúrico 72%, é extremamente condensado e também conhecido por lignina Klason ou lignina em detergente ácido (Van Soest, 1994). A lignina non-core representa os ácidos fenólicos p-coumárico e ferúlico (e seus dímeros) depositados na parede celular durante sua formação. Estes ácidos podem estar ligados à lignina core, aos polissacarídeos ou a ambos, simultaneamente (Jung, 1989). Hatfield et al. (1999) sugeriram que a divisão dos tipos de lignina em core e non-core não é apropriada, levando-se em conta que outros componentes podem ser incorporados ao polímero de lignina. Para esses autores, seria melhor definir a lignina com base não só em sua composição química, mas também em relação às suas características funcionais, como prover integridade estrutural à parede celular, resistência à degradação e impermeabilidade à água. A base química da ligação ligninacarboidratos ainda não é bem entendida em gramíneas, embora esta associação seja amplamente consolidada em espécies arbóreas (Besle et al., 1994). A lignina pode estar quimicamente ligada à hemicelulose, por meio da xilose e arabinose (Jung e Vogel, 1992), porém não há evidência de ligação covalente com a celulose (Chesson e Forsberg, 1988). Embora as gramíneas apresentem mais baixos teores de lignina que as leguminosas, as correlações negativas com a digestibilidade são mais fortes em gramíneas. A explicação pode estar na maior concentração de hemicelulose encontrada em gramíneas. Como a lignina se liga covalentemente à hemicelulose, seu efeito seria mais prejudicial para a digestibilidade das gramíneas que das leguminosas (Van Soest, 1994). Outra possibilidade reside nas diferenças em composição monomérica da lignina entre gramíneas e leguminosas. Jung (1989) sugeriu que não somente a quantidade, mas também a composição da lignina pode influenciar na digestibilidade da fibra. Os ácidos fenólicos (lignina non-core) presentes na parede celular das forrageiras mereceram maior atenção por parte dos pesquisadores a partir dos estudos de Hartley (1972), que mostrou correlações negativas entre as concentrações destes ácidos e a digestibilidade. Em geral, o ácido p-cumárico é o que apresenta maior efeito negativo sobre a digestibilidade de forrageiras. Segundo Jung e Deetz (1993), a lignificação da parede celular pode limitar a digestão dos polissacarídeos por meio de três possíveis mecanismos: 1) efeito tóxico de componentes da lignina aos microorganismos do rúmen; 2) impedimento físico causado pela ligação lignina-polissacarídeo, que limita o acesso das enzimas fibrolíticas ao centro de reação de um carboidrato específico; e 3) limitação da ação de enzimas hidrofílicas causada pela hidrofobicidade criada pelos polímeros de lignina. Com relação à toxicidade causada por componentes da lignina, a maioria dos trabalhos indica o ácido p-cumárico como o Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 18.

7 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES Figura 2. Proporção de tecidos em relação ao seu potencial de digestão. (Proportion of tissue in relation to digestion potential). mais tóxico aos microrganismos do rúmen, relativamente aos outros ácidos, embora este efeito só tenha sido observado em concentrações, normalmente não detectadas no fluido ruminal. Assim, a toxicidade causada pelos monômeros fenólicos liberados durante a digestão da parede parece improvável, devido à rápida difusão destas moléculas para fora da célula, por meio do fluido ruminal. Entretanto, se o gradiente de difusão do fluido não está presente, como em células do esclerênquima pouco fragmentadas, as concentrações de ácidos fenólicos no interior da célula podem, facilmente, alcançar os níveis tóxicos aos microorganismos (Wilson e Mertens, 1995). Além disso, o complexo ácido fenólicocarboidrato parece ser um produto comum resultante da digestão da parede celular (Cherney et al., 1992). Como o peso molecular deste complexo é elevado, sua taxa de difusão pode ser até 14 vezes mais lenta que a dos monômeros fenólicos isolados (Wilson e Mertens, 1995), o que pode causar toxicidade aos microorganismos ruminais. Embora os ácidos fenólicos presentes na parede celular das forrageiras possam inibir a digestão dos polissacarídeos sob certas condições, a extensão desta inibição parece pouco importante (Jung e Deetz, 1993), uma vez que as bactérias possuem mecanismos de desintoxicação dos ácidos p-cumárico e ferúlico, pela hidrogenação da dupla ligação e produção do ácido 3-fenilpropiônico (Chesson et al., 1982, citados por Marvin et al., 1996). De acordo com Jung e Deetz (1993), não existe evidência direta que suporte a hipótese de limitação da digestão pela hidrofobicidade causada pela lignificação da parede celular. Segundo estes mesmos autores, o limitado acesso físico das enzimas hidrolíticas ao centro de reação do carboidrato parece ser a maior limitação à degradação da parede celular das forrageiras, em decorrência da lignificação. Após a diferenciação e a maturação dos tecidos, a concentração de lignina na lamela média e na parede primária é mais elevada que na parede secundária, refletindo em maior efeito negativo na digestão dos tecidos. Além disso, na parede primária, a Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 19.

8 CARVALHO E PIRES lignina encontra-se mais ramificada e mais estreitamente associada aos polissacarídeos que na parede secundária, a qual apresenta a lignina em uma forma mais linear (Jung e Deetz, 1993). Estas características fazem com que a presença da lignina comprometa mais a digestão da camada da lamela média/parede primária que a digestão da parede secundária. Em gramíneas, quando os microorganismos têm rápido acesso à superfície da parede celular, a digestão da parede secundária parece não ser prevenida somente pela lignificação. Wilson e Mertens (1995) sugeriram que a espessura da parede celular e o arranjo das células nos tecidos podem limitar a digestão da parede secundária, tanto quanto, ou até mais que a composição química da parede secundária. De fato, Akin (1982) observou que a parede secundária das células esclerenquimáticas de gramíneas forrageiras apresentou considerável digestão no fluido ruminal, enquanto a lamela média e a parede primária permaneceram intactas. Wilson et al. (1991) verificaram diminuição de 54 a 85% na espessura da parede secundária das células esclerenquimáticas de três gramíneas de clima tropical, após 48 h de incubação em fluido ruminal. Outros resultados confirmaram a digestibilidade variável da parede secundária lignificada de células do esclerênquima e dos vasos de metaxilema, além da completa indigestibilidade da lamela média e da parede primária lignificadas (Grabber e Jung, 1991; Wilson et al., 1993). Assim, apesar de aparentemente intactos, tecidos como o esclerênquima e o xilema podem sofrer digestão parcial, com variável redução da parede secundária. Chesson et al. (1986) demonstraram completa digestão das paredes das células do mesofilo (não-lignificada) isoladas de folhas de Lolium após 8 h de incubação em fluido ruminal. Nesse caso, como a espessura média da parede destas células é de 0,2 ì m (Cheng et al., 1980), obtém-se uma taxa de digestão em torno de 0,025 µm/hora. Wilson e Hatifield (1997) estimaram taxa semelhante para digestão da parede secundária lignificada do esclerênquima. A espessura das paredes das células do esclerênquima varia com a espécie. A literatura mostra valores de 1,30 ì m para Cenchrus ciliares (Moghaddam e Wilman, 1998), 1,92 µm para Brachiaria brizantha (Paciullo et al., 1999), chegando a atingir de 2 a 5 µm em certas espécies (Wilson, 1993). Considerando a espessura média de 2,5 µm e a taxa de digestão de 0,025 µm/h, e assumindo que os microorganismos têm imediato acesso à superfície da parede, conclui-se que menos de 50% (1,2 µm) da parede celular do esclerênquima será digerida após 48 h, fato este verificado por Paciullo et al. (1999). Dessa forma, mesmo que a parede celular esteja acessível ao microorganismo, a digestão não se completará durante o tempo de residência das partículas no rúmen. Pode-se deduzir que, quanto maior a espessura da parede secundária, maior será o tempo necessário para sua completa digestão. Em células com parede espessa, existe a possibilidade das bactérias não terem rápido acesso à parede celular para iniciar o processo de digestão. Nesse caso, a digestão poderá ser limitada não somente pela elevada espessura da parede secundária, mas também pela baixa acessibilidade dos microorganismos à parede celular. Portanto, mesmo na ausência de restrições químicas, é esperado que a digestão da parede do esclerênquima e de outras células com parede espessa seja parcial, em razão da pequena área superficial para a colonização bacteriana em relação ao elevado volume de parede a ser digerida. A importância da relativa inacessibilidade à parede secundária, resultante da estrutura física da parede celular e do arranjo das células, é reforçada pelos resultados de Grabber et al. (1992) e Wilson et al. (1993). Nesses estudos, diferentes tipos de Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 20.

9 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES tecidos isolados de folhas e colmos de gramíneas foram finamente moídos e incubados para digestão. Evidentemente, a maioria das características anatômicas limitantes à digestão originalmente encontradas nos tecidos foi destruída. Os resultados mostraram, surpreendentemente, elevada digestão de células esclerenquimáticas fortemente lignificadas, evidenciando que as restrições físicas exercem importante papel no processo de digestão da parede celular. TECIDOS VEGETAIS X DIGESTIBILIDADE A digestibilidade de uma forrageira está relacionada a sua composição bromotalógica e, também a sua composição histológica. Segundo Brito et al. (1997) essa digestibilidade relaciona-se também com os diferentes tipos e porcentagens de tecidos e seus órgãos e com a idade da planta, permitindo diferenciação nutricional de espécies e cultivares. De acordo com Akin et al. (1973), pode-se relacionar o potencial de digestibilidade de uma planta com os diferentes tecidos vegetais ou com tecidos específicos. Assim, maiores quantidades de tecidos vasculares lignificados e esclerenquimáticos proporcionam menores taxas de digestibilidade (Rodella, 1982). Com o envelhecimento das plantas ocorre espessamento e lignificação das paredes celulares, principalmente na região dos feixes vasculares. Este fenômeno foi relacionado com a redução das áreas de digestão dos tecidos (Hanna et al., 1973). Paciullo (2000) trabalhando com gramíneas forrageiras verificou que com o avanço do desenvolvimento da planta, aumentos da espessura da parede celular e da lignificação do esclerênquima, sendo que no verão estes processos foram mais intensos que no outono. Neste mesmo trabalho o autor constatou ainda que as células do parênquima e do floema de colmos jovens foram totalmente digeridas, independente da espécie. A epiderme, o xilema e o esclerenquima permaneceram aparentemente intactos. O desenvolvimento foi fator preponderante de alterações anatômicas e digestivas do colmo. Assim, o decréscimo na proporção de parênquima, associado aos aumentos em área do esclerênquima e da espessura da parede celular, com o avanço do desenvolvimento, resultou em menor digestão das seções de colmo, notadamente em capimgordura (Melinis minutiflora). Enfatiza-se que aumento mais expressivo em área de esclerênquima, com o desenvolvimento do colmo, e maior proporção de xilema foram observados em capim-gordura. Em colmos maduros, a epiderme, o esclerênquima, o xilema, além das células de parênquima próximas ao esclerênquima, permaneceram nãodigeridos. O decréscimo na digestão do parênquima, com a idade do colmo, pode ser atribuído à progressiva deposição de compostos fenólicos na parede destas células (Akin et al., 1984; Akin, 1989). A epiderme constitui-se em barreira para a aderência e penetração dos microrganismos ruminais no processo de digestão dos tecidos vegetais, daí a importância da mastigação e da ruminação no processo de fragilização da epiderme. Segundo Paciullo (2000) a digestibilidade apresenta acentuada redução com o aumento da idade, evidenciando que o estádio de desenvolvimento é o mais importante fator a influenciar o valor nutritivo das plantas forrageiras. Em geral, mais altos valores de digestibilidade são observados nas estações frias que nas quentes (MAcADAM et al.,1996). De acordo com Wilson (1982) em revisão dos efeitos de fatores climáticos sobre o valor nutritivo de espécies forrageiras, a temperatura é o fator mais importante, sendo que a digestibilidade diminui de 0,08 a 1,81 unidades percentuais para cada grau centígrado de elevação da temperatura. Dos tecidos do colmo, apenas o parênquima, em estádio inicial de desenvolvimento, e o floema são rapidamente digeridos, sendo o xilema, a epiderme e o esclerênquima praticamente indigestíveis (tabela I). A digestibilidade do parênquima decresce a Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 21.

10 CARVALHO E PIRES medida que a forrageira se desenvolve (Akin, 1989). Brito et al. (1999) acompanharam o crescimento de três cultivares de capimelefante para determinar a porcentagem dos diferentes tecidos presentes nas folhas e nos colmos e avaliar a seqüência de degradação dos tecidos após a incubação in vitro em líquido ruminal de bovinos. Esses autores concluíram que a área ocupada pelo tecido lignificado aumentou com o crescimento das plantas, tanto nas folhas quanto no colmo. A degradação dos tecidos presentes nas diferentes estruturas diminuiu com a idade da planta, com exceção da bainha foliar, que, devido à presença do parênquima, tem sua área de degradação aumentada. Entre os grupos fotossintéticos C 3 e C 4 existem diferenças histo-anatômicas (figura 3) bastante visíveis, e essas diferenças, segundo Queiroz (2000) pode existir até mesmo dentro de plantas de um mesmo grupo fotossintético ou dentro de uma mesma espécie, variando com suas cultivares. Em uma mesma planta, observa-se um gradiente das características anatômicas e nutricionais, segundo o nível de inserção, quando se comparam folhas de um mesmo estádio de desenvolvimento (Rodella et al., 1984). Paciullo (2000) estudando a composição química e digestibilidade in vitro de lâminas foliares em três níveis de inserção e duas idades de capim-gordura, capim-tifton 85 e capim-braquiária, observou que os teores de FDN e FDA foram mais elevados, respectivamente, em lâminas de idade mais avançada e amostradas na estação do verão. Entre as espécies, o capim-braquiária foi a que apresentou mais alto teor de lignina, sendo que as demais espécies não diferiram entre si. Em geral, a composição química foi acentuadamente influenciada pelo nível de inserção da folha no perfilho. Lâminas foliares de posição superior apresentaram maiores teores de FDN e lignina. Segundo o autor isso se explica pelo fato de que o mais longo período de alongamento das folhas de posição superior contribui para os mais elevados teores de FDN, uma vez que a deposição dos constituintes da parede celular aumenta linearmente com a idade. Nota-se na literatura um certo confundimento do efeito do nível de inserção com a idade cronológica da folha, porque folhas de diferentes níveis de inserção diferem em idade. Wilson (1976) mostrou que lâminas foliares de mais alto nível de inserção apresentaram maior proporção de esclerênquima e xilema, paredes celulares mais espessas e menor quantidade de mesofilo que lâminas localizadas na base do perfilho. Os estudos de Greenberg et al. (1989) (citado por Lempp, 1997), demonstram que o tecido esclerenquimático confere resistência à lâmina foliar, consequentemente pode-se inferir que tanto a proporção como a localização desse tecido pode interferir na colheita da forragem pelos animais em pastejo. Admitindo-se que as diferenças entre lâminas de um mesmo perfilho, entre perfilhos e plantas podem afetar a apreensão da forragem, o melhor amostrador, nessas circunstâncias passa a ser o próprio animal. A utilização de animais esôfago-fistulados, para a coleta de forragem, apresenta a vantagem de incluir o efeito físico da apreensão e mastigação primária do material vegetal. A dieta selecionada deve ser entendida como sendo de preferência do animal modificada pela acessibilidade das espécies dentro de uma determinada vegetação, o que a princípio pode ser extrapolado também para diferenças na inserção de lâminas de um determinado perfilho (Hodgson, 1982). Embora, a coleta de forragem por animais esôfago-fistulados possa não representar a variabilidade na preferência do animal quando se considera um dia de pastejo, ela pode permitir detectar diferenças entre espécies ou cultivares em estudo (Lempp, 1997). Os animais selecionam a forragem, porém os nutrientes disponíveis aos animais em pastejo, freqüentemente, são inferiores Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 22.

11 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES àqueles requeridos para expressar o potencial genético. No caso específico das gramíneas C 4, por apresentarem maior densidade de feixes vasculares em relação às C 3, e esses serem circundados por células da bainha parenquimática, ou seja, maior proporção de parede celular espessa, a composição em carboidratos estruturais torna-se um atributo qualitativo altamente importante, tendo em vista capacidade de fermentação que esses apresentam. A estrutura do pasto é importante na determinação da facilidade com que a forragem é apreendida pelo animal. Quando ela é pouco densa, o animal em pastejo encontra dificuldade em ingerir forragem em quantidade. Correlações positivas entre densidade de folhas e relação lâmina:colmo com o consumo foram observadas em vários experimentos com pastagens tropicais, especialmente a densidade de folhas no estrato superior do pasto (Difante, 2005). Em trabalho conduzido por Brito e Deschamps (2001) para determinar a área ocupada pelos diferentes tecidos presentes no colmo e na folha de três cultivares de capim-elefante (Pennisetum purpureum Schumach.), os autores constataram que o floema representa cerca de 2% da área total dos tecidos. Embora seja um tecido de elevada digestibilidade, esta pequena participação representa pouco para a qualidade final das plantas. Os pesquisadores constataram ainda que a área de tecido epidérmico e tecido vascular lignificado é maior no limbo foliar, principalmente nas folhas jovens e a área de tecido vascular lignificado do colmo aumenta em direção a base da planta. A distância entre os feixes vasculares na bainha está acima de 500 µm, enquanto no limbo é de 140 µm. Difante (2005) ao avaliar o desempenho de novilhos da raça Nelore em pastos de Panicum maximum Jacq. cv. Tanzânia submetidos a regimes de desfolhação intermitente caracterizados por pastejo aos 95% IL do dossel e resíduos de 25 ou 50 cm, observou que ganho médio diário nos animais mantidos no pasto manejado com 50 cm de resíduo foi 20,7% superior àquele dos animais mantidos no pasto com 25 cm de resíduo (tabela I). De acordo com o autor, esses maiores ganhos podem ser justificados pelo consumo de forragem 10% superior em relação aos animais mantidos no pasto manejado com resíduo de 25 cm, uma vez que a composição morfológica e a digestibilidade da dieta dos animais em ambos os tratamentos foi semelhante. Diante dessas respostas obtidas, o autor chamou a atenção para o fato de que dependendo do objetivo do produtor ou do sistema produtivo como um todo, existem momentos em que o desempenho individual deve ser maximizado como, por exemplo, na terminação de bovinos. Nesse caso tornase interessante a manutenção de um resíduo pós-pastejo mais alto, no caso 50 cm. Por outro lado, quando o objetivo é manter um maior número de animais no processo produtivo como, por exemplo, na fase de recria, ou quando o preço da arroba está baixo, torna-se interessante a utilização do resíduo mais baixo (25 cm), que mesmo apresentando rotatividade mais lenta no sistema, proporciona uma maior produtividade animal. Sugeriu-se também que em algumas situações pode ser interessante a associação dos dois resíduos, utilizando a época de maior acúmulo de forragem para otimizar o ganho individual, mantendo uma oferta maior de forragem por meio de um resíduo mais alto e, nas épocas de menor acúmulo, utilizar um resíduo mais baixo de forma a manter um maior número de animais, otimizando a taxa de lotação. Queiroz et al. (2000) estudaram a proporção de tecidos, o grau de correlação linear desta característica com a digestibilidade in vitro da matéria seca e a composição química determinadas em seções transversais das frações botânicas, lâmina e bainha foliares e colmo, amostrados no topo e na base de perfilhos de capimelefante (Pennisetum purpureum, cv. Mott), Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 23.

12 CARVALHO E PIRES capim-setária (Setaria anceps, cv. kazungula) e capim-jaraguá (Hyparrhenia rufa). Foi constatado neste estudo que o capimjaraguá apresenta maior proporção de bainha parenquimática dos feixes na lâmina foliar e de tecido vascular lignificado e esclerênquima na lâmina e bainha foliares, apresentando proporção de tecidos menos compatível à de uma forrageira de alto valor nutritivo, em comparação ao capim-elefante e capim-setária. Em outro recente estudo conduzido por Brito et al. (2003), os autores avaliaram a composição química e a digestibilidade de diversas frações de Brachiaria brizantha e Brachiaria humidicola, após 70 dias de crescimento e verificaram que a Brachiaria brizantha apresentou maiores concentrações de FDN no caule e PB nas folhas. Segundos os autores isto resultou em coeficientes de digestibilidade maiores em relação à Brachiaria humidicola e a diferença de digestibilidade entre caule e folhas e nas frações mais velhas pode estar relacionada ao tipo de condensação da lignina presente nos tecidos. CONCLUSÕES Com base no levantamento realizado, fica implícito que as características anatômicas e nutricionais são influenciadas pelo estádio de desenvolvimento e pelo nível de inserção da folha no perfilho. Lâminas foliares inseridas no topo do perfilho apresentam maior proporção de tecidos de sustentação e paredes celulares mais espessas, sendo menos digestíveis que lâminas de mais baixos níveis de inserção, na mesma idade. Dentre os fatores que afetam a qualidade da forragem, a idade da planta é o fator isolado com maior contribuição. Contudo, o ambiente no qual a planta se desenvolve também desempenha papel relevante, realçando, portanto, a necessidade de determinação dos efeitos do ambiente sobre a qualidade da forragem, o que é muito pouco estudado atualmente nos trabalhos de pesquisa. A organização estrutural ou anatomia dos órgãos da planta e seus tecidos constituintes, além de influenciar o consumo pelo efeito que produzem sobre a facilidade ou não de fragmentação das partículas da forrageira, a natureza das partículas produzida e sua taxa de passagem pelo rúmen, influenciam também na digestibilidade da parede celular, proporcionando maior ou menor acesso dos microorganismos do rúmen aos polissacarídeos. Forragens jovens apresentam maior digestibilidade. Neste sentido, é sempre interessante aliar a qualidade com produtividade de forragem. A determinação Tabela I. Digestão relativa dos tecidos vegetais em plantas de clima temperado e tropical. (Relative digestion of the vegetable tissue in plants of temperate and tropical climate). Digestão relativa dos tecidos FRAÇÃO/ORIGEM Rápida Lenta e parcial Não digerido Folha/tropicais MES e FLO EPI e BPF XIL e ESC Folha/temperadas MES, FLO, EPI e BPF BPF (depende da XIL e BIF (depende daespécie) espécie) e ESC Colmo/gramíneas FLO e PAR (imaturo) PAR (meia idade) EPI e ESC (anel) MES-mesofilo; FLO- floema; EPI - epiderme; BPF- bainha parenquimática dos feixes; ES-esclerênquima; XIL-xilema; BI-bainha interna dos feixes; PA-parênquima. Fonte: Adaptada de AKIN, Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 24.

13 ORGANIZAÇÃO DOS TECIDOS DAS PLANTAS. IMPLICAÇÕES PARA OS RUMINANTES Figura 3. Proporção de tecidos em lâminas foliares de gramíneas de clima tropical C4 e temperado C3. TVL- tecido vascular lignificado; BPF- banhia parenquimática dos feixes; ESC- esclerênquima; EPI- epiderme; MES- mesofilo (adaptado de Wilson, 1997). (Proportion of tissue in leaf blade foliate of grass of tropical C 4 and temperate C 3 climate. TVL-tissue vascular lignification; BPF-parenchyma bundle sheath; ESC-sclerenchyma; EPI-epidermis; MES-mesophyll (Adapted of Wilson, 1997). da proporção dos tecidos, associado à definição de alvos de manejo para a maioria das espécies forrageiras, tem merecido pouca atenção por parte dos pesquisadores em todo o mundo. Este tipo de estudo poderia ser uma alternativa para melhorar mais ainda os índices de produtividade da pecuária tanto de corte como de leite, uma vez que a forragem seria colhida no seu estádio ótimo de maturidade apresentado o máximo possível de tecidos de alta disgestibilidade. BIBLIOGRAFIA Akin, D.E Histological and physical factors affecting digestibility of forages. Agron. J., 81: Akin, D.E Biological structure of lignocellulose and its degradation in the rumen. Anim. Feed Sci. Tech., 21: Akin, D.E Section to slide technique for study of forage anatomy and digestion. Crop Sci., 22: Akin, D.E., H.E. Amos and F.E. Barton Rumen microbial degradation of grass tissue by scanning electron microscopy. Agron. J., 65: Akin, D.E., R.H. Brown and L.L. Rigsby Digestion of stem tissues in Panicum species. Crop Sci., 24: Akin, D.E. and D. Burdick Percentage of tissue types in tropical and temperate grass leaf blades and degradation of tissues by rumen microorganisms. Crop Sci., 15: Archivos de zootecnia vol. 57 (R), p. 25.

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