Abstract. The gastrointestinal tract of cattle is a large and complex biomechanism for processing substances coming from outside, with their further assimilation by the animal’s body, to ensure normal life and productive growth. A special role is played by the rumen of cattle, in which the biosynthetic processes of the conversion of some chemicals and elements to others, under the action of enzymes of microorganisms, which have a responsible role in the processing of food components, as well as in a symbiotic relationship to each other. So, a disruption in the work of certain microorganisms under the influence of food factors leads to a disruption in the synthesis and work of the rest of the microbiota, which generally affects the state of the animal bioreactor as a whole. The aim of the study was to establish the effect of various dosages of ultrafine particles of Fe in combination with a fat supplement, as part of rations on the digestibility of dry matter of the feed, basic indicators of scar content, such as microbial fermentation of the feed and biomass of microorganisms and fatty acid composition. The scientific novelty of the work lies in the fact that the effect of a complex of ultrafine particles of iron of different dosages ϲ a fat supplement on the cicatricial digestion of bulls raised for meat was studied. Methodology and methods. To conduct research, 12 bulls were bred in the conditions of the Pokrovskiy agricultural college-branch of the Orenburg State Agrarian University of the Orenburg region of the Orenburg region. Of these, four groups were selected according to the principle of analogues – control and three experimental, three animals in each, which, according to A. A. Aliyev were imposed scar fistulas. Results and scope. Thus, during the experiment it was found that the optimal dosage of iron nanoparticles mixed with a fat supplement in the diet was 425.6 mg per head per day, which contributes to better digestibility of dry matter by 8.98 % and a higher content of VFA in scar fluid by 2.28 % compared to ϲ control.
scar, microbiocenosis, fatty additive, iron, digestibility, dry matter.
Постановка проблемы (Introduction)
В настоящее время наукой, занимающейся теорией и практикой кормления сельскохозяйственных животных, в частности кормлением крупного рогатого скота, накоплено много знаний и данных о применении различных видов жировых кормовых добавок [1, с. 127; 2, с. 79; 3, с. 249], также изучены и продолжают изучаться влияние наночастиц как отдельно, так и в совокупности с другими компонентами корма на реакцию в целом и биосинтез желудочно-кишечного тракта организма животного в частности [4, с. 663; 5, с. 543; 6, с. 283].
Поскольку нанотехнология обеспечивает «новое измерение», сопровождаемое новыми или измененными свойствами, присущими многим современным материалам, она широко используется для производства лекарственных препаратов нового поколения, а также в пищевой промышленности и даже в различных типах пищевых добавок. Эти наноформуляции добавок готовятся специально с целью улучшения биодоступности, защиты активных ингредиентов от деградации или уменьшения побочных эффектов [7, с. 296; 8, с. 131]. В результате поступления в организм наночастиц происходит адаптация микробиоты, установлена зависимость между вносимыми питательными веществами и наночастицами на ферментативную активность, морфологические и биохимические параметры крови у молодняка крупного рогатого скота, все это сказывается на рубцовом пищеварении и организме в целом [10, с. 295; 11, с. 413; 12, c. 144; 13, с. 1479].
Введение в состав рациона жировых добавок способствует насыщенности большей энергией, что повышает продуктивность животного и оказывает значимое воздействие на показатели рубцового пищеварения. Установлена взаимосвязь между микрофлорой и наночастицами при введении их в рацион крупного рогатого скота.
Цель исследования – изучить влияние в различных дозировках наночастиц железа (Fe) в составе жировой добавки «Палматрикс» на процессы рубцового пищеварения бычков и эффективность использования ими питательных веществ рациона и определить наиболее оптимальный вариант их использования
Методология и методы исследования (Methods)
Объект исследования – 12 бычков красной степной породы в возрасте 12 месяцев.
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями ГОСТ 34088-2017 «Руководство по содержанию и уходу за лабораторными животными. Правила содержания и ухода за сельскохозяйственными животными» (Guidelines for accommodation and care of laboratory animals. Rules for keeping and care of farm animals). При выполнении исследования были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных.
Исследования были проведены в Покровском сельскохозяйственном колледже Оренбургского района на бычках красной степной породы (n=12), которым по методу А. А. Алиева были наложены фистулы рубца.
Рационы кормления животных составлялись с учетом норм потребности в питательных веществах, энергии, а также микро- и макроэлементов, в том числе и железа, и рассчитаны на получение 900–1000 г среднесуточных приростов. Рацион бычков контрольной группы состоял из 30 % сена, 30 % силоса кукурузного, 40 % концентратов, в состав которых входила жировая добавка «Палматрикс» в количестве 400 г, которая является оптимальной, установлена на основании ранее проведенных исследований. В рационе содержалось 6,3 кормовых единиц, 7,4 кг сухого вещества, 72 МДж обменной энергии, 663 г переваримого протеина, 1753 г клетчатки, 864 г крахмала, 524 г сахара, 43 г кальция, 30 г фосфора, 24 г серы, 532 г железа.
Молодняку I опытной группы в составе основного рациона скармливали в смеси с жиросодержащей добавкой «Палматрикс» дополнительно наночастицы Fe в количестве 478,8 мг, II – соответственно 425,6 мг, III – Fe 372,4 мг на голову сутки.
С целью изучения факторов, влияющих на рубцовое пищеварение, были проведены исследования состава рубцовой жидкости продолжительностью 14 дней. Для этого у фистульных животных через 3 часа после кормления брали пробы (300 мл) рубцового содержимого, которые фильтровали через 4 слоя марли и в жидкой части определяли рН. Количество микробиальной массы – методом дифференцированного центрифугирования.
Для изучения переваримости сухого вещества микрорациона insitu в нейлоновые мешочки закладывали навеску набора кормов, по составу аналогичную рациону, получаемому животными. Процентная доля каждого корма в общей массе вещества рациона находилась по формуле:
А= ×100,
где А – процентная доля корма, %;
m – масса сухого вещества корма в суточной даче набора кормов, кг;
М – масса сухого вещества суточного рациона, кг.
С целью изучения естественной резистентности бычков брали кровь в вакуумные пробирки с добавлением 10-процентного раствора трилона Б.
Исследования были выполнены в условиях Испытательного центра ЦКП ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (аттестат аккредитации № RA.RU.21ПФ59 от 02.12.2015 г.)
Центрифуга MiniSpin (MerckKGaA, Германия), весы лабораторные электронные MB 210-A (ЗАО «Сартогосм», Россия), pH-метр pH-150МИ (ООО «Измерительная техника», Россия), Сушильный шкаф ШС-80-01 200 (ООО «ГостТестКомплектация», Россия).
Результаты, полученные в исследовании, обработаны методом вариационной статистики с использованием критерия достоверности по Стьюденту (t-критерий) с использованием пакета прикладных программ Statistica 10.0 (StatSoftInc, США).
Результаты (Results)
Из результатов эксперимента по изучению влияния наночастиц Fe в смеси с жировой добавкой «Палматрикс» в составе основного рациона в различных дозировках на переваримость сухого вещества методом insitu были получены следующие данные (рис. 1).
Рис. 1 Переваримость сухого вещества корма, %
Fig. 1. Digestibility of dry matter of feed, %
Бычки, получавшие в составе рациона «Палматрикса» + 425,6 мг наночастиц Fe, показали переваримость сухой части корма выше по сравнению с контролем, I и III опытными группами соответственно на 8,98 %, 5,75 % и 1,99 %.
Животные I и III опытных групп, получавшие совместно с основным рационом «Палматрикс» + наночастицы Fe в дозах соответственно 478,8 и 372,4 мг/гол, также отличались от контрольной группы лучшей переваримостью микрорациона на 3,23 % и 6,94 %.
Результаты эксперимента показали, что применение наночастиц Fe совместно с жировой добавкой «Палматрикс» в различных дозировках в значительной степени оказывает положительное влияние на формирование и интенсивность биосинтетических процессов (рис. 2).
Рис. 2. Основные показатели микробной ферментации корма через 3 часа после кормления
Fig. 2. Main indicators of microbial fermentation of feed 3 hours after feeding
Как видно из рис. 2, снижение водородных показателей рН во II опытной группе произошло из-за повышения карбоновых кислот в рубцовой жидкости и составило 12,56 ммоль / 100мл, что выше аналогичного значения в контрольной группе на 13,45 %. Содержание ЛЖК в рубцовой жидкости бычков из I и III групп также было выше на 1,68 и 6,56 % по сравнению с контрольной группой. Через 3 часа после кормления концентрация аммиака в рубце бычков II группы была ниже на 3,21 %, чем в контроле.
У подопытных животных всех групп микрофлора рубцовой жидкости находилась в пределах физиологической нормы.
Таблица 1
Биомасса микроорганизмов рубца бычков через 3 часа после кормления, г / 1,5 мл
|
Группа |
Биомасса |
|
|
Бактерии |
Простейшие |
|
|
Контрольная |
0,141 ± 0,21 |
0,126 ± 0,18 |
|
I опытная |
0,217 ± 0,19 |
0,137 ± 0,23 |
|
II опытная |
0,282 ± 0,14 |
0,151 ± 0,16* |
|
III опытная |
0,253 ± 0,26 |
0,139 ± 0,24 |
Примечание: *Р ≤ 0,05.
Table 1
The biomass of microorganisms rumen bulls 3 hours after feeding, g / 1.5 ml
|
Group |
Biomass |
|
|
Bacteria |
Protozoa |
|
|
Control |
0.141 ± 0.21 |
0.126 ± 0.18 |
|
I experimental |
0.217 ± 0.19 |
0.137 ± 0.23 |
|
II experimental |
0.282 ± 0.14 |
0.151 ± 0.16* |
|
III experimental |
0.253 ± 0.26 |
0.139 ± 0.24 |
Note: *Р ≤ 0.05.
Количество бактерий и простейших в пробе рубцовой жидкости, взятых у животных II опытной группы, было выше на 0,141 г (23,1 %) и 0,025 г (10,2 %) (Р ≤ 0,05) в сравнении с аналогами из других групп.
Наилучшее соотношение жирнокислотного состава наблюдалась во II опытной группе, получавшей в составе основного рациона обогащенную жировую добавку наночастицами железа в количестве 425,6 мг/гол.
Так, в рубцовой жидкости этой группы отмечалось более высокое содержание насыщенных жирных кислот: пальмитиновая – 73 %, стеариновая 14 %, которые не подвергаются биогидрогенизации микрофлорой рубца, не нарушают процессы пищеварения. Также установлено наличие ненасыщенных жирных кислот: олеиновая – 7 %, линолевой – 5 %.
По результатам исследования крови было установлено, что адаптационная приспособленность животных всех групп была на достаточно высоком уровне, а бактерицидные свойства сыворотки крови обусловлены не только антителами, но и содержанием в ней таких неспецифических иммунных белков как бета-лизины и лизоцим (табл. 2).
Таблица 2
Показатели естественной резистентности у откармливаемых бычков
|
Показатель |
Группа |
|||
|
Контрольная |
I опытная |
II опытная |
III опытная |
|
|
Бактериальная активность (БАКСК), % |
72,09 ± 0,62 |
71,83 ± 0,49 |
70,89 ± 0,56 |
71,46 ± 0,53 |
|
Бета-лизины, % |
12,57 ± 0,43 |
12,39 ± 0,51 |
13,57 ± 0,38 |
12,61 ± 0,42 |
|
Лизоцим, мкг/мг |
3,21 ± 0,57 |
3,18 ± 0,46 |
3,09 ± 0,52 |
3,15 ± 0,39 |
Table 2
Indicators of natural resistance in fattening gobies
|
Index |
Group |
|||
|
Control |
I experimental |
II experimental |
III experimental |
|
|
Bacterialactivity (BACC), % |
72.09 ± 0.62 |
71.83 ± 0.49 |
70.89 ± 0.56 |
71.46 ± 0.53 |
|
Betalysines, % |
12.57 ± 0.43 |
12.39 ± 0.51 |
13.57 ± 0.38 |
12.61 ± 0.42 |
|
Lysozyme, mcg / mg |
3.21 ± 0.57 |
3.18 ± 0.46 |
3.09 ± 0.52 |
3.15 ± 0.39 |
По содержанию бета-лизина некоторое преимущество имели животные II опытной группы на 8,0; 9,5 и 7,6 %, а вот по показателю бактерицидной активности и лизоциму незначительно уступали аналогам из контрольной, I и III опытной групп, однако эти отличия были не достоверны. Это говорит о том, что, в отличие от гематологических показателей, показатели естественного иммунитета являются преимущественно породными признаками.
Полученные данные по влиянию наночастиц железа на естественный иммунитет подопытных бычков характеризуют то, что они отвечают уровню продуктивности животных и колебались в рамках физиологической нормы, а все отклонения его состава были спровоцированы напряжением физиологических функций в организме животных в связи с их ростом, развитием и влиянием внешней среды. Так, бычки II опытной группы имели преимущество над сверстниками контрольной, I и III групп. Таким образом, оптимальное количество наночастиц железа в смеси с жиросодержащей добавкой «Паламатрикс» на голову составило 425,6 мг.
Основные морфологический и биохимические показатели крови у молодняка всех групп в начале опыта были примерно одинаковые, что указывает на методически правильность подбора животных (рис. 3).
В процессе исследования установлено, что количество эритроцитов у молодняка I, II и III подопытных групп оказалось более высокими в сопоставлении с контролем на 4,7; 10,6 и 6,4 %, а насыщенность крови гемоглобином – на 3,1; 7,8 и 5,4 % соответственно. Различия по выше отмеченным показателям между молодняком I и II опытных групп оказались менее значительными.
Рис. 3. Гематологические показатели в начале эксперимента
Fig. 3. Hematological parameters at the beginning of the experiment
Повышенное содержание в крови данных элементов способствовало более быстрому течению окислительно-восстановительных преобразований в теле молодняка подопытных групп и более интенсивному их росту.
Об умении животных преобразовывать протеин кормов в белки тела можно судить по количеству общего белка в сыворотке крови. Так, наиболее высокая концентрация общего белка в сыворотке крови отмечалась у животных II группы, получавших вместе с основным набором кормов 362,6 мг наночастиц железа. Они превосходили аналогов из контроля соответственно на 4,0, 1,7 и 1,2 %. Причем увеличение концентрации общего белка шло за счет почти равномерного повышения как альбуминов, так и глобулинов. В ходе исследования установлено, что наибольшее количество альбуминов находилось в сыворотке крови бычков I, II и III опытных групп, по данному показателю аналоги из контроля проигрывали им соответственно на 2,4, 5,8 и 3,9 %. По количеству глобулинов в сыворотке молодняк из контроля уступал бычкам из I, II и III опытных групп соответственно на 9,5, 10,9 и 6,7 %. Повышенное содержание глобулинов в сыворотке молодняка подопытных групп указывает на их лучшую иммунобиологическую активность. Глобулины, в свою очередь, делятся на три группы: α-, β- и γ-глобулины. Обычно с α- и β-глобулинами связывают продуктивные свойства, а с γ-глобулинами – защитные свойства организма. В проведенном нами эксперименте бычки, получавшие в составе рациона наночастицы железа в смеси в жиросодержащей добавкой «Паламатрикс», доминировали над аналогами из контрольной группы по количеству α-глобулинов на 12,4, 8,2 и 4,6 %, γ-глобулинов – на 12,2, 5,4 и 3,4 %.
Обсуждение и выводы (Discussion and Conclusion)
Основная задача в кормлении крупного рогатого скота сводится к условиям, которые не нарушают совокупную работу и ферментативную активность микробиоты рубца, которая обеспечивает высокую активность по переработке питательных веществ [14, с. 8; 15, с. 138].
В нашем исследовании применение смеси наночастиц Fe и жировой добавки не ухудшает биосинтез в рубце, напротив отмечено незначительное повышение концентрации летучих жирных кислот (ЛЖК), которые являются одним из главных источников строительного материала в пищеварительном процессе у крупного рогатого скота.
Таким образом, скармливание жировой добавки «Палматрикс» 400 г/сут в смеси с нано частицами Fe в количестве 425,6 мг в составе основного рациона балансирует рационы по железу, способствует улучшению микробиологическим процессам в рубце, повышая переваривание сухой части корма на 8,98 %.
Благодарности (Acknowledgements)
Исследования выполнены в соответствии с планом НИР на 2018–2020 гг. ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН (№ 0761-2019-0005).
1. Duskaev G. K., Levahin G. I., Nurzhanov B. S. [i dr.] Rezul'taty issledovaniy po perevarimosti invitro i insitu sozdavaemyh kormovyh dobavok // Vestnik myasnogo skotovodstva. 2016. № 4 (96). S. 126-131.
2. Miroshnikov S. A., Levahin Yu. I., Nurzhanov B. S. [i dr.] Effektivnost' proizvodstva produkcii zhivotnovodstva pri ispol'zovanii zhirosoderzhaschey dobavki v sostave racionov bychkov, prigotovlennyh po raznoy tehnologii // Vestnik myasnogo skotovodstva. 2014. № 4 (87). S. 79-82.
3. Sipaylova O. Yu., Miroshnikov S. A. Neyrotoksicheskiy effekt nanochastic zheleza // Nanotehnologii v sel'skom hozyaystve: perspektivy i riski: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferencii. Orenburg, 2018. S. 249-253.
4. Al-Qushawi A., Rassouli A., Atyabi F., Peighambari S. M. [et al.] Preparation and Characterization of Three Tilmicosin-loaded Lipid Nanoparticles: Physicochemical Properties and in-vitro Antibacterial Activities // Iran. J. Pharm. Res. 2016 Fall. No. 15 (4). Pp. 663-676.
5. Troncarelli M. Z., Brandão H. M., Gern J. C., Guimarães A. S. [et al.] Nanotechnology and Antimicrobials in Veterinary Medicine // Microbial pathogens and strategies for combating them: science, technology and education. 2013. Vol. 1 Pp. 543-556.
6. Mody V. V., Siwale R., Singh A., Mody H. R. Introduction to metallic nanoparticles // J. Pharm. Bioallied Sci. 2010. No. 2. Pp. 282-289. DOI:https://doi.org/10.4103/0975-7406.72127.
7. Jampilek J., Kos J., Kralova K. Potential of Nanomaterial Applications in Dietary Supplements and Foods for Special Medical Purposes // Nanomaterials. 2019. No. 9 (2). P. 296.
8. Rao P. J., Naidu M. M. Nanoencapsulation of Bioactive Compounds for Nutraceutical Food // Sustainable Agriculture Reviews. 2016. Vol. 21. Pp. 129-156.
9. Oehlke K., Adamiuk M., Behsnilian D., Graef V. [et al.] Potential bioavailability enhancement of bioactive compounds using food-grade engineered nanomaterials: A review of the existing evidence // Food Funct. 2014. No. 5. Pp. 1341-1359.
10. Bai Ding-Ping, Lin Xin-Yu, Huang Yi-Fan, Zhang Xi-Feng. Theranostics Aspects of Various Nanoparticles in Veterinary Medicine // Int. J. Mol. Sci. 2018. No. 19 (11). Pp. 294-305.
11. Hill E. K., Li J. Current and future prospects for nanotechnology in animal production // J. Anim. Sci. Biotechnol. 2017. No. 8. P. 26.
12. Millet S., Maertens L. The European ban on antibiotic growth promoters in animal feed: from challenges to opportunities // Vet J. 2011. No. 187 (2). Pp. 143-144.
13. Dantas F. G., Reese S. T., Oliveira Filho R. V., Carvalho R. S. [et al.] Effect of complexed trace minerals on cumulus-oocyte complex recovery and in vitro embryo production in beef cattle // Journal of Animal Science. 2019. No. 97 (4). Pp. 1478-1490.
14. Duskaev G. K., Miroshnikov S. A., Sizova E. A., Lebedev S. V. [i dr.] Vliyanie tyazhelyh metallov na organizm zhivotnyh i okruzhayuschuyu sredu obitaniya (obzor) // Vestnik myasnogo skotovodstva. 2014. № 3 (86). S. 7-11.
15. Bhushan B., Luo D., Schricker S. R., Sigmund W. [et al.] Handbook of Nanomaterials Properties. Springer; Berlin/Heidelberg, Germany: 2014. 889 p.
