Olgunlaşma Döneminin Kinoa (Chenopodium quinoa Willd.) da Ot Verimi ve Kalitesi ile Gaz ve Metan Üretimine Etkisi Özlem ÜKE 1 Hasan KALE 1 Mahmut KAPLAN 1 Adem KAMALAK 2 1 Erciyes Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Tarla Bitkileri Bölümü, Kayseri 2 Kahramanmaras Sütçü İmam Üniversitesi, Ziraat Fakültesi, Zootekni Bölümü, Kahramanmaraş : mahmutkaplan5@hotmail.com Geliş (Received): 10.06.2016 Kabul (Accepted): 22.08.2016 ÖZET: Çalışmanın amacı farklı olgunlaşma dönemlerinde (çiçeklenme öncesi, tam çiçeklenme ve tohum bağlama) hasat edilen kinoa bitkisinin (Chenopodium quinoa Willd.) yeşil ve kuru ot verimi, besleme değeri, in vitro gaz ve metan üretimi, metabolik enerji (ME) ve organik madde sindirim derecesine (OMS) etkisini belirlemektir. Kinoa bitkisinin olgunlaşması araştırmada incelenen tüm parametreleri etkilemiştir (P 0.01). Çalışma sonuçlarına göre olgunlaşma döneminin ilerlemesiyle yeşil ve kuru ot verimleri ile ADF ve NDF oranlarında artış olurken, ham protein, ham yağ, ham kül, gaz ve metan üretimi, ME ve OMS oranlarında azalmalar meydana gelmiştir. Olgunlaşma döneminin ilerlemesiyle bitkinin besleme değeri azalmıştır. Bu yüzden ham protein ve ME içeriğinin yüksek olduğu çiçeklenme öncesi ve çiçeklenme dönemlerinde kinoa bitkisinin hasat edilmesi için önerilebilir. Anahtar kelimeler: Besin değeri, in vitro gaz üretimi, kinoa, organik madde sindirimi, ot verimi Effects of Maturity Stages on Hay Yield and Quality, Gas and Methane Production of Quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) ABSTRACT: The aim of the current experiment was to determine the green forage yield, dry forage yield, nutritive value, gas production, methane production, metabolisable energy and organic matter digestibility of quinoa plant harvested at three different stages (pre-flowering, flowering and seeding maturity). The maturity stages had a significant (P 0.01) effect on the parameters studied. Crude protein, ether extract, crude ash, gas production, methane production, metabolisable energy and organic matter digestibility decreased while green forage yield, dry forage yield, ADF and NDF contents increased with advanced maturity. The nutritive value of quinoa plant decreased with advancing maturity. Therefore quinoa plant could be harvested at pre-flowering or flowering stages since crude protein and metabolisable energy of quinoa plant was high at these stages. Key words: Nutritive value, in vitro gas production, quinoa, organic matter digestibility, hay yield GİRİŞ And dağlarının bitkisi olarak bilinen kinoa dünyada insan ve hayvan beslenmesinde geleceğin bitkisi olacağı bildirilmektedir (Pearsall, 1992). Kinoa tek yıllık, tohumla çoğalan otsu bir bitki olup, 40-150 cm arasında dik olarak boylanabilmektedir (Bhargava ve ark., 2007). Her türlü toprak koşullarına uyum sağlamaktadır. Kinoa bitkisi kurağa, dona ve tuzluluğa, hastalık ve zararlılara karşı yüksek düzeyde direnç göstermektedir (Jacobsen ve ark., 2003). Bu üstün özelliklerinden dolayı kinoa ülkemizde düşük verimli ve marjinal tarım alanlarında tarımı yapılabilir. Genellikle tohumu için yetiştirilmesine rağmen yem olarak otu için de yetiştirilebilmektedir (Tan ve Yöndem, 2013). Kinoa bitkisi çeşide, iklim ve toprak özelliklerine bağlı olarak, kuru ot verimi 800 kg/da ın üzerine çıktığı bildirilmektedir. Kinoa otunun %26-28 kuru madde, %13-22 ham protein içerdiği, kuru madde sindiriminin ise %63-69 arasında değiştiği bildirilmektedir (Van Schooten ve Pinxterhuis, 2003). Bitkilerin ot verimi ve kalitesi üzerine hasat zamanı etki etmektedir (Kaplan ve ark., 2013). Hasat zamanının bitkilerin verim ve kalitesi üzerine etkileri konusunda oldukça fazla sayıda çalışma mevcuttur (Kamalak ve ark., 2005ab; Canbolat, 2012; Kaplan ve ark., 2013; Kaplan ve ark., 2014ab). Ancak bazı bitkilerde bu alanda yapılmış çalışmalar mevcut değildir (Kaplan ve ark., 2014a). Yemlerin besleme değeri üzerinde yemlerin besin madde bileşimi, metabolik enerji ve sindirilebilir besin maddeleri oldukça önemlidir. Bu açıdan bu parametrelerin belirlenmesi oldukça önemlidir (Canbolat, 2012). Yemlerin besleme değerinin saptanmasında hızlı, kolay ve ucuz bir yöntem olması nedeniyle in vitro gaz üretim tekniği kullanılmaktadır (Menke ve ark. 1979). Ayrıca in vitro gaz üretim tekniği küresel ısınmada etkili olan metan (CH 4) gazı ölçümünde de yararlanılabilmektedir (Lin ve ark., 2013). Bu araştırmanın amacı; farklı olgunlaşma döneminde hasat edilen kinoa bitkisinin yeşil ve kuru ot verimi, kimyasal bileşimi, in vitro gaz ve metan üretimi ile metabolik enerji ve organik madde sindirim derecesini belirlemektir. 42
MATERYAL ve METOT Kinoa Tarımı ve Yem Örneklerinin Hazırlanması Çalışmada materyal olarak Salcedoinia kinoa çeşidi kullanılmıştır. Tohumlar 1 Mayıs 2015 yılında Erciyes Üniversitesi Araştırma ve Uygulama Merkezi deneme tarlasına 10.5 m 2 lik parsellere ekilmiştir. Tohumlar 100 g/da hesabına göre 35 cm sıra arasında her parselde 6 sıra olacak şekilde ekilmiştir (Tan ve Yöndem, 2013). Deneme toprağının kireç ve tuz oranı düşük, potasyum ve fosfor yönünden zengin, ph hafif alkali olurken organik madde oranı ise az bulunmuştur. Toprak analizlerine göre 10 kg/da N ve 8 kg/da P 2O 5 olacak şekilde gübre uygulaması yapılmıştır (Aguilar ve Jacobsen, 2003). Sapa kalkma ve çiçeklenme öncesi dönemlerinde olmak üzere iki defa sulama yapılmıştır. Bitkiler çiçeklenme öncesi, tam çiçeklenme ve tohum bağlama dönemlerinde hasat edilmiş yeşil ve kuru ot verimi belirlenmiştir. Kimyasal Analizler Kinoa bitkisinden hasat sonrası yeşil ot alınmış (500 g) ve 70 C de 48 saat kurutulmuştur. Kurutulan yemler analiz öncesi 1 mm elek çapına sahip değirmende öğütülerek kimyasal analizlerde kullanılmıştır. Ham kül içeriği 1 g kuru örneğin 550 o C de 8 saat kül fırınında yakılarak, ham yağ eter eksraksiyonu, azot (N) içeriği ise Kjeldahl metodu kullanılarak saptanmıştır (AOAC, 1990). Hücre duvarı bileşenlerini oluşturan nötr deterjan lif (NDF) (Van Soest ve Wine, 1967) ve asit deterjan lif (ADF) ANKOM 200 Fiber Analyzer (ANKOM Technology Corp. Fairport, NY, USA) cihazı kullanılarak belirlenmiştir (Van Soest, 1963). İn Vitro Gaz ve Metan Üretiminin Saptanması Farklı olgunlaşma dönemlerinde hasat edilen kinoa otunun gaz ve metan üretiminin belirlenmesinde in vitro gaz üretim tekniği kullanılmıştır (Menke ve ark., 1979). Rumen sıvısı fistül takılmış %60 yonca ve %40 arpadan oluşan karışımla beslen ve her zaman ulaşabilecekleri su ve yalama taşları temin edilen üç adet 1.5 yaşlı ivesi toklusundan alınmıştır. Rumen sıvısı sabah yemlemesinden önce alınarak dört katlı tülbentten süzülmüş ve 1:2 oranında tampon çözeltiyle karıştırılmıştır. Tampon çözelti 500 ml distile edilmiş saf su, 0.1 ml solüsyon A, 200 ml solüsyon B, 200 ml solüsyon C, 1 ml resazurin (0.1%, w/v) solüsyon C ve 40 ml solüsyon E den oluşmuştur. A solüsyonu 13.2 g CuCl 22H2O, 10.0 g MnCl 24H 2O, 1.0 g CoCl 26H 2O, 8.0 g FeCl 26H 2O saf suyla 100 mile tamamlanmıştır. B solüsyonu 35 g NaHCO 3 ve 4 g NH 4HCO 3 saf suda çözülerek 100 mile tamamlanmıştır. C solusyonu 5.7 g Na 2HPO 4, 6.2 g KH 2PO 4, 0.6 g MgSO 47H 2O saf suda çözülerek 1000 mile tamamlanmıştır. D solüsyonu 0.5 g resazurin saf suda çözülerek 100 ml tamamlanmıştır. E solüsyonu ise 95 ml saf su, 4 ml 1 N-NaOH ve 625 mg Na 2S9H 2O oluşmuştur. Öğütülmüş örneklerden dört tekerrürlü olarak yaklaşık 0.2 gram 100 ml şırınga içerisine tartılarak konmuştur. Daha sonra şırınga içerisine 30 ml tamponlanmış rumen sıvısı eklenmiştir. İçerisinde örnek ve rumen sıvısı bulunan şırıngalar 39 C ayarlanmış su banyosu içerisine yerleştirilmiştir. Ayrıca örnek içermeyen sadece tamponlanmış rumen sıvısı içeren dört adet şırınga inkübasyona dahil edilmiştir. Bu şırıngalardan elde edilen gaz ölçümleri tüm şırıngalardan elde edilen gazlardan düşürülerek net gaz üretimi belirlenmiştir. Yemler 24 saatlik inkübasyona bırakılmış ve açığa çıkan toplam gaz hacimleri (ml) belirlenmiştir. Elde edilen gazlar plastik şırınga yardımıyla İnfrared Metan Analiz cihazına (Sensor Europe GmbH, Erkrath, Germany) transfer edilmiş ve gazın içerisindeki metan yüzdeleri belirlenmiştir (Goel ve ark., 2008). Metan üretimini hesaplamak için aşağıdaki formül kullanılmıştır. Metan üretimi (ml)= Toplam gaz (ml) x Metan (%) Yemlerin Metabolik Enerji Değeri ve Organik Madde Sindirim Derecesinin Belirlenmesi Kinoa bitkisinin metabolik enerji ve organik madde sindirilebilirliği, 24 saatlik gaz üretimi ve kimyasal bileşimine ait bazı parametreler kullanılarak aşağıdaki eşitlikle hesaplanmıştır (Menke ve Steingass 1988). ME (MJ/kg KM) = 2.20 + 0.136 GÜ + 0.057HP + 0.002859HY 2 OMS (%) = 14.88 + 0.889GÜ + 0.45HP +0.0651HK Bu eşitliklerde KM: Kuru madde GÜ: 24 saatlik net gaz üretimi (ml) HP: Ham protein(%) HY: Ham yağ (%) HK: Ham kül (%) OMS: Organik madde sindirim derecesi (%) İstatistiki Analiz Araştırma sonucu elde edilen bulgular, SAS (1999) paket programı kullanılarak tesadüf blokları deneme desenine göre varyans analizine tabi tutulmuştur. Ortalamalar arasındaki farklılığı ortaya koymak için asgari önem farkı (AÖF: LSD) testi uygulanmıştır. BULGULAR ve TARTIŞMA Farklı olgunlaşma dönemlerinde hasat edilen kinoa bitkisine ait ot verim ve kimyasal bileşimi değerleri Çizelge 1 de verilmiştir. Hasat zamanının verim ve kimyasal bileşime etkisi çok önemli (P 0.01) bulunmuştur. Hasat zamanının ilerlemesiyle yeşil ve kuru ot verimlerinde artış olmuştur. En düşük yeşil ve kuru ot verimleri sırasıyla 955.21 kg/da ve 204.75 kg/da ile çiçeklenme öncesi dönemden alınırken en yüksek yeşil ve kuru ot verimleri sırasıyla 1367.93 kg/da - 431.85 kg/da ile tohum bağlama döneminden elde edilmiştir. Hücre duvarı bileşenlerini oluşturan ADF ve NDF içeriği hasat zamanına bağlı olarak artmıştır (P 0.01). ADF içeriği %24.47 ile %31.45 arasında, NDF içeriği ise %37.19 ile %46.21 arasında değişmiştir. Hasat zamanının ilerlemesi ham kül, ham yağ ve ham protein içeriğinde azalma gözlenmiştir. Ham kül 43
%12.22 ile %15.24 arasında, ham yağ %2.03 ile %3.55 arasında ve ham protein ise %11.17 ile % 20.62 arasında değişim göstermiştir. Olgunlaşma dönemi kinoa bitkisinin in vitro gaz üretimi, metan üretimi (ml), metabolik enerji ve organik madde sindirim derecesine etkisi önemli bulunmuştur (P 0.01) (Çizelge 2). Olgunlaşma zamanının ilerlemesiyle in vitro gaz ve metan üretimi azalmıştır. En düşük in vitro gaz (33.77 ml) ve metan üretimi (6.74 ml) tohum bağlama döneminden elde edilmiştir. En yüksek in vitro gaz (42.07 ml) ve metan üretimi (8.47 ml) ise çiçeklenme öncesi dönemden saptanmıştır. En düşük ME 6.85 MJ/kg KM ile tohum bağlama döneminden, en yüksek ME 8.03 MJ/kg KM ile çiçeklenme öncesi dönemden elde edilmiştir. Organik madde sindirimi %44.97 ile %52.37 arasında değişmiş, en düşük değer tohum bağlama, en yüksek değer ise çiçeklenme öncesi dönemde elde edilmiştir. Çizelge 1. Farklı olgunlaşma dönemlerinde hasat edilen kinoa bitkisine ait ot verimi ve kimyasal bileşimi Özellikler Hasat Dönemleri Çiçeklenme öncesi Tam çiçeklenme Tohum bağlama AÖF Ön Der YOV (kg/da) 955.21 c 1165.07 b 1367.93 a 58.700 ** KOV (kg/da) 204.75 c 355.68 b 431.85 a 25.113 ** ADF (%) 24.47 c 29.00 b 31.45 a 1.061 ** NDF (%) 37.19 c 43.58 b 46.21 a 1.201 ** Ham Kül (%) 15.24 a 13.99 b 12.22 c 0.382 ** Ham Yağ (%) 3.55 a 2.91 b 2.03 c 0.206 ** Ham Protein (%) 20.62 a 13.05 b 11.17 c 0.670 ** YOV: yeşil ot verimi; KOV: kuru ot verimi; AÖF: asgari önem farkı; Ön Der: önem derecesi; **: P 0.01; a,b,c : aynı sütunda farklı harfler ile gösterilen ortalamalar arasındaki farklılıklar önemlidir. Çizelge 2. Farklı olgunlaşma dönemlerinde hasat edilen kinoa bitkisine ait in vitro gaz ve metan üretimi, metabolik enerji ve organik madde sindirimi Özellikler Hasat Dönemleri Çiçeklenme öncesi Tam çiçeklenme Tohum bağlama AÖF Ön. Der. Gaz Üretimi (ml) 42.07a 38.17b 33.77 c 1.100 ** Metan (ml) 8.47 a 7.67 b 6.74 c 0.523 ** Metan (%) 20.14 20.10 19.96 1.530 NS ME (MJ /kg DM) 8.03 a 7.45 b 6.85 c 0.151 ** OMS (%) 52.37 a 48.84 b 44.97 c 0.939 ** ME: metabolik enerji; OMS: organik madde sindirim derecesi; AÖF: asgari önem farkı; Ön Der: önem derecesi; **: P 0.01; a,b,c : aynı sütunda farklı harfler ile gösterilen ortalamalar arasındaki farklılıklar önemlidir. Olgunlaşmanın ilerlemesiyle bitkilerde yapısal maddeler artmakta ve yeni dokular meydana gelmektedir. Bunun sonucu olarak ta yeşil ve kuru ot veriminde (biomasta) artış olmaktadır (Temel ve Tan, 2002). Çalışmada da olgunlaşma döneminin ilerlemesiyle ot verimlerinde artışa neden olmuştur. Olgunlaşma zamanının ilerlemesiyle birlikte yapraklar azalmakta, yaprak/sap oranı azalmaktadır. Olgunlaşma ham protein oranı bakımından zengin olan yaprakların azalmasına yol açarak ham proteinde azalmaya neden olacağı bildirilmektedir (Buxton, 1996). Çalışmada da olgunlaşma ile kinoa bitkisinin ham protein içeriği azalmıştır. Olgunlaşma döneminin ilerlemesi hücre duvarı bileşenlerinden ADF ve NDF düzeyini artırmıştır. Vejetasyon döneminin ilerlemesiyle birçok bitkide ADF ve NDF oranlarında artış, ham protein, ham yağ ve karbonhidrat oranlarında azalmaya yol açtığı bildirilmektedir (Kamalak ve ark., 2005ab; Canbolat, 2012; Kaplan ve ark., 2014ab). Yemlerdeki fermantasyon sonucu oluşan in vitro gaz miktarı fermente olabilir karbonhidrat miktarı ile doğrudan ilişkilidir (Blümmel ve Orskov, 1993). Olgunlaşmanın ilerlemesiyle azalan fermente olabilir karbonhidrat miktarı in vitro gaz üretimini de azaltmıştır (Blümmel ve Orskov, 1993). Kinoa bitkisinin ME ve OMS içerikleri 24 saatlik in vitro gaz üretimi ve otların ham protein, ham yağ ve ham kül içeriklerine göre hesaplanmıştır. Olgunlaşma döneminin ilerlemesiyle azalan bu değerler ME ve OMS azalmasına yol açmıştır (Menke ve Steingass, 1988). Yemler fermantasyon sonucu çıkan metan içeriğine göre düşük antimetanojenik (>%11 ve %14), orta antimetanojenik (%>6 ve <%11) ve yüksek antimetanojenik (>%0 ve <%6) olarak sınıflandırılmaktadır (Lopez ve ark. 2010).. Buna göre kinoa otlarının antimetanojenik etkisinin düşük olduğu söylenebilir. 44
SONUÇ Araştırma sonuçlarına göre olgunlaşma dönemi kinoa bitkisinin ot verimi ve besleme değerini önemli düzeyde etkilemiştir. Olgunlaşmanın ilerlemesiyle verim artmasına rağmen, besin madde bileşiminde azalma olmuştur. Ham protein ve ME içeriğinin yüksek olması nedeniyle kinoa bitkisinin çiçeklenme öncesi ve tam çiçeklenme döneminde hasat edilmesi gerektiği söylenebilir. Bununla birlikte hasat zamanının kinoa bitkisinin yem değeri ve hayvanlarda tüketimi üzerinde yeni in vivo ve in vitro çalışmalarla ortaya konması önem taşımaktadır. TEŞEKKÜR Çalışmanın yapılmasında destek sağlayan Erciyes Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi ne teşekkür ederiz (Proje no: FYL-2016-6412). KAYNAKLAR Aguilar PC, Jacopsen SE 2003. Cultivation of quinoa on the peruvian altiplano. Food Reviews International, 19: 31-41. AOAC 1990. Official Method of Analysis. 15th. edn. Association of Official Analytical Chemist, Washington, DC. USA. Bhargava A, Shukla S, Ohri D 2007. Genetic variability and interrelationship among various morphological and quality traits in quinoa (Chenopodium quinoa Willd.), Field Crops Research, 101: 104 116. Blummel M, Orskov ER 1993. Comparison of an in vitro gas production and nylon bag degradability of roughages in predicting feed in take in cattle. Anim Feed Sci Technol, 40: 109-119. Buxton DR 1996. Quality related characteristics of forages as influenced by plant environment and agronomic factors. Anim Feed Sci Technol, 59(1-3): 37 49. Canbolat O 2012. Comparison of in vitro gas production, organic matter digestibility, relative feed value and metabolizable energy contents of some cereal forages. Kafkas Univ Vet Fak Derg 18 (4): 571-577. Goel G, Makkar HPS, Becker K 2008. Effect of Sesbania sesban and Carduus pycnocephalus leaves and fenugreek (Trigonella foenum-graecum L) seeds and their extraction partitioning of nutrients from roughage-and concentrate-based feeds to methane. Animal Feed Science and Technology, 147(1-3): 72-89. Jacobsen SE, Mujica A, Jensen CR 2003. The resistance of quinoa (Chenopodium quinoa Willd.) to adverse abiotic factors. Food Reviews International Vol. 19: 99 109. Kamalak A, Canbolat O, Gurbuz Y, Erol A, Ozay O 2005a. Effect of maturity stage on chemical composition, in vitro and in situ dry matter degradation of tumble weed hay (Gundelia tournetortii L.) Small Rum Res, 58: 149-156. Kamalak A, Canbolat O, Gurbuz Y, Ozkan CO, Kizilsimsek M 2005b. Determination of nutritive value of wild mustard, Sinapsis arvensis harvested at different maturity stages using in situ and in vitro measurements. Asian-Austral J Anim Sci, 18 (9): 1249 1254. Kaplan M, Kamalak A, Ozkan CO, Atalay AI 2014a. Vejetasyon döneminin yabani korunga otunun potansiyel besleme değerine, metan üretimine ve kondense tanen içeriğine etkisi. Harran Üniv Vet Fak Derg, 3(1): 1-5. Kaplan M, Kamalak A, Kasra AA, Güven I 2014b. Effect of maturity stages on potential nutritive value, methane production and condensed tannin content of Sanguisorba minor Hay. Kafkas Univ. Vet Fak. Derg. 20: 445-449. Kaplan M, Uzun S, Kökten K 2013. Effects of harvest time on hay yield and quality of different bitter vetch (Vicia ervilia L.) lines. Legume Research, 37 (2): 188-194. Lin B, Wang JH, Lu Y, Liang Q, Liu JX 2013. In vitro Rumen fermentation and methane production are influenced by active components of essential oils combined with fumarate. Anim Physiol Anim Nutr, 97 (1): 1-9. Lopez S, Makkar HPS, Soliva CR 2010. Screening plants and plant products for methane inhibitors. In In vitro screening of plant resources for extra nutritional attributes in ruminants: Nuclear and related methodologies, Ed; Vercoe PE, Makkar HPS, Schlink A, London, New York, USA. Menke KH, Raab L, Salewski A, Steingass H, Fritz D, Schneider W 1979. The estimation of the digestibility and metabolisable energy content of ruminant feeding stuffs from the gas production when they are incubated with rumen liquor in vitro. J Agric Sci Camb, 93(1): 217 222. Menke KH, Steingass H 1988. Estimation of the energetic feed value obtained from chemical analysis and in vitro gas production using rumen fluid. Animal Research and Development, 28: 7 55. Pearsall DM 1992. The origins of plant cultivation in South America. In: C.W.Cowan, P.J.Watson (Eds.). The Origins of Agriculture. Smithsonian Institute Press, Washington, DC, pp: 173-205. SAS 1999. SAS User s Guide: Statistic. Statistical Analysis Systems Institute Inc., Cary, NC. Tan M, Yöndem Z 2013. İnsan ve hayvan beslenmesinde yeni bir bitki: Kinoa (Chenopodium quinoa Willd.). Alınteri, 25(B): 62-66. Temel S, Tan M 2002. A research on determination of seeding and cutting time in common vetch (Vicia sativa L.) under Erzurum conditions. Ataturk Univ. Ziraat Fak. Derg, 33 (4): 363-368. Van Schooten, HA, Pinxterhuis JB 2003. Quinoa as an alternative forage crop in organic dairy farming. Optimal Forage Systems for Animal Production and the Environment Grassland Science in Europe, Vol: 8. 45
Van Soest PJ 1963. The use of detergents in the analysis of fibre feeds. II. A rapid method for the determination of fibre and lignin. Journal of the Association of Official Analytical Chemists, 46: 829-835. Van Soest PJ, Wine RH 1967. The use of detergents in the analysis of fibrous feeds. IV. Determination of plant cell wall constituents. Journal of the Association of Official Analytical Chemists, 50: 50-55. 46