L’escrezione di azoto da parte delle bovine da latte può essere attenuata mediante selezione genetica per basse concentrazioni di azoto ureico del latte?

Introduzione

L’allevamento in Nuova Zelanda è basato sul pascolo con il tasso di allevamento e le date di accoppiamento scelti per raggiungere un equilibrio tra l’offerta di pascolo prevista e la domanda di alimento da parte della mandria. Il sistema di alimentazione dipende fortemente dalla fornitura stagionale del pascolo e, pertanto, il tasso di allevamento delle vacche viene scelto per avere un utilizzo ottimale del pascolo per la produzione di latte e di solidi del latte. Il quantitativo di alimentazione integrativa è basso rispetto ai livelli riscontrati nei sistemi di alimentazione indoor come quelli del Nord America o dell’Europa. I raccolti possono essere utilizzati per compensare la carenza dei pascoli in inverno o in qualsiasi mese estivo in caso di siccità. Il pascolo fresco contiene elevati quantitativi di proteine grezze rispetto al contenuto di energia, pertanto le vacche al pascolo senza integrazione energetica consumano involontariamente quantità eccessive di proteine, superando di gran lunga il loro fabbisogno. Quando l’erba del pascolo viene ingerita raggiunge il rumine dove viene trasformata, le proteine degradabili a livello ruminale vengono scomposte in amminoacidi e ammoniaca. L’ammoniaca viene trasportata al fegato e convertita in urea che entra nel flusso sanguigno. Una piccola parte di essa passa nel latte, una parte ritorna nel rumine tramite la saliva, mentre la maggior parte dell’urea viene trasportata ai reni per essere escreta con l’urina. La concentrazione di azoto ureico del latte (MUN) è stata proposta come strumento diagnostico per valutare l’equilibrio tra proteine e fonti energetiche nella dieta degli animali. In molti paesi, la somministrazione di alimenti proteici alle vacche è un aspetto costoso della dieta se paragonato all’energia. Inoltre, il processo di conversione dell’ammoniaca derivata dal rumine in urea nel fegato richiede energia e proteine. Alcuni ricercatori hanno evidenziato effetti negativi diretti del MUN sulle performance riproduttive a causa dell’aumento delle concentrazioni di azoto ureico nel sangue e della diminuzione del pH uterino. Guinot-Thomas ha evidenziato che anche la produzione di formaggio può essere compromessa, dato il maggiore tempo di coagulazione necessario per il latte che ha un MUN più elevato. Una delle principali preoccupazioni dal punto di vista ambientale è che il MUN può essere associato positivamente alla quantità di azoto urinario (UN) escreto dalla vacca. L’azoto (N) perviene nell’ambiente quando l’UN si decompone in ammoniaca e protossido di azoto a livello di sistema urinario, e ciò lo rende una fonte di inquinamento per l’acqua e per l’aria. In media durante l’anno, il 20% delle emissioni di UN subisce generalmente una lisciviazione a livello del suolo. Esistono diverse opzioni che potrebbero contribuire alla diminuzione dell’UN. Alimentare le vacche con una dieta bilanciata per quanto riguarda il contenuto energetico e di proteine degradabili a livello ruminale (RDP) potrebbe essere un’opzione interessante, specialmente se l’integrazione energetica è conveniente e pratica. In una dieta equilibrata, l’ammoniaca prodotta dal metabolismo delle RDP a livello ruminale può essere facilmente catturata dai microrganismi ruminali stessi ed utilizzata per la sintesi proteica microbica che genera proteine utilizzabili da parte della vacca. La sintesi proteica microbica è molto sensibile alla quantità di energia che deriva dalla fermentazione della dieta. Se la dieta non apporta sufficiente energia fermentescibile, i microrganismi ruminali sono inefficienti nel catturare l’ammoniaca, quindi l’ammoniaca generata viene convertita in urea nel fegato ed escreta con le urine come proteina non utilizzata. Nei sistemi di pascolo della Nuova Zelanda, una dieta equilibrata richiederebbe un’integrazione energetica che è costosa ed impegnativa in termini di aumento della domanda di manodopera, di realizzazione delle strutture per la conservazione dei mangimi e delle attrezzature per l’alimentazione. Alimentare le vacche con meno RDP e con un regolare apporto proteico, al fine di soddisfare il fabbisogno proteico della vacca, sono tra le strategie di gestione dell’alimentazione discusse in letteratura per attenuare le perdite di azoto. La detenzione di giovenche da rimonta nate da tori selezionati per un MUN basso è stata suggerita come un’opzione utile per ridurre l’escrezione di N da Beatson et al. Essi hanno ipotizzato che le vacche neozelandesi in competizione l’una con l’altra per il consumo spontaneo di erba al pascolo avessero la stessa correlazione tra MUN e UN delle vacche allevate oltreoceano alimentate con razioni miste totali (TMR), ed hanno presupposto che la diminuzione del MUN mediante la selezione avesse un effetto simile sull’UN a quello della diminuzione del MUN ottenuta mediante la dieta. Ciò presumibilmente rispecchia una migliore efficienza di utilizzo dell’azoto da parte delle vacche, ed individua le vacche più capaci nel ripartire un quantitativo maggior del loro azoto alimentare in proteine del latte facendo diminuire la quantità di azoto escreto dalla vacca come MUN. Tuttavia, la riduzione del MUN per vacca potrebbe essere ottenuta fisiologicamente diminuendo l’assunzione volontaria di sostanza secca, che però andrebbe a ridurre l’energia metabolizzabile disponibile per il mantenimento e, di conseguenza, a diminuire la produttività per vacca. L’obiettivo nazionale del settore dell’allevamento in Nuova Zelanda è generare vacche da latte in grado di convertire, in modo efficiente, il mangime in profitto. Per raggiungere tale obiettivo, le vacche e i tori vengono selezionati in base al Breeding Worth index (BW), calcolato come somma del prodotto dei valori riproduttivi stimati e del rispettivo valore economico di ciascuno dei caratteri selezionati. L’indice BW classifica gli animali in unità di profitto netto espresso in dollari per 5 tonnellate di assunzione di sostanza secca (DMI). Il calcolo del BW include otto tratti: la produzione di latte, di grasso e di proteine, il peso vivo della vacca, la fertilità, la longevità, il BCS e il punteggio delle cellule somatiche. Poiché il MUN è associato sia all’escrezione di N che all’efficienza di utilizzo di N, questo può essere considerato un tratto candidato da includere nei criteri di selezione per i bovini da latte della Nuova Zelanda allo scopo di migliorare la sostenibilità ambientale dell’allevamento e la sicurezza alimentare. Non ci sono studi pubblicati che abbiano tenuto in considerazione la risposta alla selezione dopo impiego del MUN come tratto nell’obiettivo di allevamento. Gli obiettivi di questo studio erano (1) valutare le risposte correlabili nella produzione di latte per lattazione (MY), di grasso (FY), di proteina grezza (CPY), di MUN e nel peso vivo medio della vacca matura (LWT) partendo da tre diversi indici di selezione nelle vacche da latte della Nuova Zelanda munte due volte al giorno sulla base di uno schema di progeny test convenzionale e (2) valutare le probabili risposte fenotipiche correlate nella produzione e l’escrezione urinaria di azoto per vacca.

Abstract

Gli obiettivi di questo studio erano duplici. Il primo obiettivo era di stimare le probabili risposte correlate nella concentrazione di azoto ureico del latte (MUN), nella produzione di latte durante la lattazione (MY), nel grasso (FY) e nella proteina grezza (CPY) e nel peso vivo della vacca matura (LWT) secondo tre scenari di selezione che variavano in termini di enfasi relativa per MUN: 0% di enfasi relativa (MUN0%: equivalente all’attuale indice di breeding value in Nuova Zelanda), e indice del valore economico; 20% di selezione positiva con enfasi relativa (MUN+20%) e 20% di selezione negativa con enfasi relativa (MUN-20%). Il secondo obiettivo era di stimare per questi tre scenari il probabile cambiamento nell’escrezione urinaria di azoto (UN) in condizioni di animali al pascolo. Le risposte genetiche previste per vacca all’anno per l’indice attuale erano 16.4 kg di MY, 2.0 kg di FY, 1.4 kg di CPY, -0.4 kg di LWT e -0.05 mg/dL di MUN. La selezione positiva su MUN nell’indice ha prodotto risposte annuali di 23.7 kg MY, 2.0 kg di FY, 1.4 kg di CPY, 0.6 kg di LWT e 0.10 mg/dL di MUN, mentre la selezione negativa su MUN nell’indice ha portato a risposte annuali di 5.4 kg MY, 1.6 kg di FY, 1.0 kg di CPY, -1.1 kg di LWT e -0.17 mg/dL di MUN. Il MUN-20% ha diminuito sia il MUN che la produttività della vacca, mentre il MUN+20% ha aumentato il MUN, la produzione di latte e l’LWT per vacca. L’assunzione di sostanza secca per vacca (DMI) è apparsa aumentata in tutti e tre gli scenari poiché la produzione di latte è aumentata rispetto all’anno di riferimento, pertanto il tasso di allevamento (SR) è stato adeguato per controllare la copertura del pascolo. Paradossalmente dieci anni di selezione con SR corretto al fine di mantenere la domanda annuale di alimento sotto il MUN+20% hanno effettivamente ridotto di 3.54 kg l’escrezione di UN per ha, insieme ad aumenti di 63 kg di MY, 26 kg di FY e 16 kg di CPY rispetto all’anno base. Dieci anni di selezione sull’indice MUN0% hanno prodotto riduzioni maggiori di 10.45 kg di UN e di 30 kg MY, e incrementi di 32 kg per FY e di 21 kg per CPY per ha, mentre l’indice MUN-20% ha ridotto di 14.06 kg UN e di 136 kg la MY, con incrementi di 32 kg in FY e di 18 kg in CPY rispetto all’anno base. Tutti e tre gli scenari hanno aumentato la ripartizione dell’azoto escreto come feci. L’indice di selezione che escludeva il MUN era economicamente vantaggioso nelle attuali circostanze economiche rispetto agli indici di selezione che lo includevano, indipendentemente dal fatto che la selezione fosse a favore o contro il MUN. Non c’è stato alcun beneficio sostanziale da un punto di vista ambientale dall’inclusione del MUN nell’indice BreedingWorth, dato che la lisciviazione di azoto è più una funzione dello SR piuttosto che dell’escrezione di UN della singola vacca.

Questo studio dimostra che è necessario prestare attenzione alle conseguenze dell’intero sistema di selezione per gli impatti ambientali in circostanze di allevamento al pascolo.

 

Can Nitrogen Excretion of Dairy Cows Be Reduced by Genetic Selection for Low Milk Urea Nitrogen Concentration?

Hewa Bahithige Pavithra Chathurangi Ariyarathne 1,* , Martin Correa-Luna2, Hugh Blair1, Dorian Garrick1 and Nicolas Lopez-Villalobos1

  1. School of Agriculture and Environment, Massey University, Palmerston North 4442, New Zealand; H.Blair@massey.ac.nz (H.B.); D.Garrick@massey.ac.nz (D.G.);
  2. INRA, UE Herbipôle, F-63122 Saint-Genès-Champanelle, France; martin.correa.luna@gmail.com

* Correspondence: H.P.Ariyarathne@massey.ac.nz

Animals 2021, 11, 737. https://doi.org/10.3390/ani11030737