Аннотация. Желудочно-кишечный тракт крупного рогатого скота представляет собой большой и сложный биомеханизм по переработке веществ, поступающих извне, при дальнейшем их усвоении организмом животного для обеспечения нормальной жизнедеятельности и продуктивного роста. Особую роль выполняет рубец крупного рогатого скота, в котором происходят биосинтетические процессы превращения одних химических веществ и элементов в другие под действием ферментов микроорганизмов, которые играют ответственную роль в переработке компонентов пищи, а также в симбиотическом отношении друг к другу. Так, нарушение в работе одних микроорганизмов под воздействием пищевых факторов приводит к нарушению синтеза и работы остальной микробиоты, что в целом сказывается на состоянии биореактора животного в целом. Целью исследования было установить влияние различных дозировок ультрадисперсных частиц железа в комплексе с жировой добавкой, в составе рационов на переваримость сухого вещества корма, основные показатели рубцового содержимого, такие как микробная ферментация корма и биомасса микроорганизмов и жирнокислотный состав. Научная новизна работы состоит в том, что изучено влияние комплекса ультрадисперсных частиц железа разной дозировки ϲ жировой добавкой на рубцовое пищеварение бычков, выращиваемых на мясо. Методология и методы. Для проведения исследований были подобраны 12 бычков, разводимых в условиях Покровского сельскохозяйственного колледжа – филиала ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет» Оренбургского района Оренбургской области. Из них по принципу аналогов подобраны четыре группы – контрольная и три опытных, по три животных в каждой, которым по методу А. А. Алиева были наложены фистулы рубца. Результаты и область применения. В ходе эксперимента установлено, что оптимальная дозировка наночастиц железа в смеси с жировой добавкой в составе рациона составила 425,6 мг на голову в сутки, что способствует лучшей переваримости сухого вещества на 8,98 % и большему содержанию ЛЖК в рубцовой жидкости на 2,28 % по сравнению ϲ контролем.
рубец, микробиоценоз, жировая добавка, железо, переваримость, сухое вещество.
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. Дускаев Г. К., Левахин Г. И., Нуржанов Б. С. [и др.] Результаты исследований по переваримости invitro и insitu создаваемых кормовых добавок // Вестник мясного скотоводства. 2016. № 4 (96). С. 126-131.
2. Мирошников С. А., Левахин Ю. И., Нуржанов Б. С. [и др.] Эффективность производства продукции животноводства при использовании жиросодержащей добавки в составе рационов бычков, приготовленных по разной технологии // Вестник мясного скотоводства. 2014. № 4 (87). С. 79-82.
3. Сипайлова О. Ю., Мирошников С. А. Нейротоксический эффект наночастиц железа // Нанотехнологии в сельском хозяйстве: перспективы и риски: материалы международной научно-практической конференции. Оренбург, 2018. С. 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. Дускаев Г. К., Мирошников С. А., Сизова Е. А., Лебедев С. В. [и др.] Влияние тяжелых металлов на организм животных и окружающую среду обитания (обзор) // Вестник мясного скотоводства. 2014. № 3 (86). С. 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.
