CC BY
326
УДК 639.371
С. В. Пономарёв, Е. А. Гамыгин, А. Н. Канидьев
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ПОЛНОЦЕННЫХ КОМБИНИРОВАННЫХ КОРМОВ С УЧЕТОМ ЭТАПНОСТИ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМА ЛОСОСЕВЫХ И ОСЕТРОВЫХ РЫБ
Введение
При разработке рецептов полноценных комбинированных кормов для объектов аква-и марикультуры используют физиологические и экологоморфологические методы, позволяющие рассматривать развитие организма как последовательность качественно различных этапов, каждый из которых характеризуется определенными взаимоотношениями со средой. Современные технологии аквакультуры интенсивного типа позволили создать сухие комбинированные корма, которым нет природных аналогов. Это было сделано [1-5] на основании теории этапно-сти развития В. В. Васнецова [6], согласно которой на каждой стадии развития происходят количественные и качественные изменения: рост организма неразрывно связан с развитием, он постепенен, но также скачкообразен. Длительность этапов (периодов) метаморфоза зависит от многих факторов: условий среды, наличия необходимой пищи, других абиотических и биотических факторов.
Существуют специфические отличия характера онтогенеза у лососевых и осетровых рыб при наличии общих физиологических потребностей в основных питательных веществах и других биополимерах, поскольку эти объекты потребляют высокобелковую пищу животного происхождения. У лососевых рыб установлены три общих типа развития: лососево-ленковый, сиго-во-хариусовый, корюшковый.
Лососево-ленковый тип свойствен тихоокеанским благородным лососям, гольцам, тайменям и ленкам. У этих рыб переход к экзогенному состоянию совершается почти в мальковом состоянии при незначительном остатке желточного мешка и высокой степени дифференциации желудочно-кишечного тракта.
Сигово-хариусовый тип развития характерен для сиговых, белорыбицы, нельмы и хариуса. У них вылупление зародышей из оболочки происходит в менее развитом состоянии, чем у лососей; кишечная трубка не дифференцирована.
Корюшковый тип объединяет сиговых, корюшковых и в данной работе не рассматривается.
Осетровые и лососевые рыбы потребляют высокобелковую, но разную по составу кормовых организмов, питательных веществ пищу, развитие органов и тканей, их физиологических функций происходит с различной интенсивностью. В большей мере пищеварительная, ферментная система развита у молоди лососей, в меньшей - у сиговых, нельм, хариусовых. Это предполагает различную способность к использованию питательных веществ комбикормов. При этом большое значение имеет и температура водной среды [7].
Естественная пища молоди рыб представляет собой мелкие формы зоопланктона и бентоса, может состоять на % из легкоусвояемых низкомолекулярных белковых биополимеров, в её состав входят липиды с высоким содержание непредельных жирных кислот линоленового (ю3) типа, из углеводов - в основном хитин. Поэтому при формировании полноценных комбикормов следует учитывать состав питательных веществ естественных кормовых организмов естественной пищи для каждой возрастной группы объекта выращивания (личинки, мальки, сеголетки, взрослые особи, ремонт и производители).
В процессе формирования организма рыб основная роль принадлежит протеину как основному веществу живой материи. Общими для всех белков пищи рыб являются 24 аминокислоты, из которых 10 незаменимы и должны содержаться в количестве, удовлетворяющем потребности рыб, которые известны [2]. В настоящее время состав кормов балансируется по содержанию этих аминокислот в компонентах животного, растительного и микробиологического происхождения на основании созданных кормовых таблиц [3].
Взрослые осетровые и лососевые успешно усваивают белок на основе рыбной муки, которая является основой всех типов сухих комбинированных кормов. Молодь, в соответствии с особенностями развития пищеварительной системы и комплекса протеолитических ферментов, требует наличия в составе стартовых кормов для личинок низкобелковых биополимеров определенной молекулярной массы, что было впервые показано нами [8]. При этом был разработан способ получения рыбных белковых гидролизатов с определенной структурой (по массе биополимеров: аминокислот, олиго-, полипептидов, низкомолекулярных белков, растворимых в Н2О, нерастворимых белков). Это позволило разработать фундаментальные основы кормления лососевых и осетровых рыб в раннем постэмбриогенезе, а промышленности для создания стартовых комбикормов предложить промышленные гидролизаты рыбного белка [3]. К этим продуктам можно отнести и автолизаты рыбы, также содержащие деструктурированные белковые соединения. В процессе автолиза выделяются конечные продукты ферментативных реакций во внеклеточном растворе: нуклеиновые кислоты, аминокислоты, пептиды, триацилглицерины, моно-и олигосахара. При автолизе действуют собственные клеточные ферменты.
Процессы пищеварения и всасывания питательных веществ у рыб реализуются главным образом в желудочно-кишечном тракте (желудок и пилорические придатки, кишечник). Рыбы делятся на имеющих желудок и безжелудочных. Пищеварительные процессы, которые могут быть полостными и мембранными, в ходе исследований лососевых, осетровых и других рыб изучены весьма подробно [9-12]. Эти данные были использованы в период создания (1985-2009 гг.) отечественных рецептов комбикормов для рыб разного возраста (ВНИИПРХ, Астраханский государственный технический университет, КрасНИРХ, ГосНИОРХ, АзНИРХ и др.), где было выполнено окончательное определение механизма развития комплекса фермент х субстрат при использовании тест-диет на основных культивируемых группах рыб (карповые, лососевые, осетровые, сомовые, тиляпии и др.).
Изучена роль углеводов, липидов, витаминов и минеральных веществ, что позволило создать физиолого-биологические основы знаний потребности рыб в основных и незаменимых питательных веществах комбинированных кормов [1, 2, 7, 10, 13]. Это позволило к 2010 г. создать эффективные комбикорма (разработать рецепты) с использованием современных технологий баротермической обработки углеводно-белковых смесей и деструкции токсичных веществ (экструзия, экспандирование, микронизация). В настоящее время в России для рыб выпускается около 300 тыс. т кормов, рост производства и качества продукции сдерживается отсутствием достаточного количества и качества рыбной муки, недостаточным техническим уровнем самих комбикормовых заводов.
В задачи исследований по определению физиолого-биологических потребностей рыб входило установление норм ввода и определение структурных элементов питательных биополимеров в ходе онтогенеза на примере осетровых и лососевых (сиговые, лососевые) рыб.
Материалы и методы исследований
Исследования выполняли с 1987 по 2009 г. в Карелии, Белоруссии, Центральной зоне России, на Сахалине, Камчатке, в Астраханской и Ростовской областях совместно с учеными ВНИИПРХ, ИНЭОС РАН, ЮНЦ РАН, ВНИРО, СевНИОРХ.
Изучали питание рыб, состав естественной пищи (видовой, биохимический), анатомию органов пищеварения на основе общепринятых методов физиологии, биохимии и аквакультуры.
Для определения физиологических потребностей в отдельных питательных веществах составляли и испытывали тест-диеты. В работе применяли единую собственную методику - исследование этапности развития организма во взаимоотношениях со средой, с учетом генетических адаптаций к составу пищи, среде обитания. Общее направление работ: исследование особенностей питания и пищеварения, потребности молоди в питательных веществах ^ постановка опытов по разработке и проверке рецептов кормов ^ опытно-промышленные испытания ^ производственная проверка ^ инновационное внедрение в производство.
Рецепты кормов составляли на основе сведений о составе питательных веществ, используя справочные данные [3], гидролизаты белка получали на оборудовании ИНЭОС РАН. Исследование состава белковых фракций кормов проводили методом гельхроматографии [3]. Физиологическую потребность рыб в ненасыщенных жирных кислотах (ЖК) определяли посредством
замещения жиров на олеиновую, линолевую, линоленовую жирные кислоты, комплексы высоконенасыщенных (ВНЖК) жирных кислот ряда ю3. Состав ЖК устанавливали методом газовой хроматографии, изучали фракционный состав фосфолипидов кормов, тела рыб общепринятыми методами исследования [14]. Протеолитическую активность (ПА) ферментов желудочнокишечного тракта рыб определяли при поглощении света на спектрофотометре после проведения реакции на субстрате по следующей формуле:
Е ■ 4
ПА =-----------1000 ед./г,
ТЭ ■ 10 ■ п
где Е - оптическая плотность при 280 нм; 4 - отношение объемов реакционной смеси и раствора фермента при гидролизе; ТЭ - тирозиновый эквивалент; 10 - время гидролиза субстрата, мин; п - количество ферментного препарата, взятого для гидролиза (в мл на 1 мг препарата); 1000 -переводной коэффициент полученных единиц в 1 ферментного препарата.
Результаты исследований и их обсуждение
В возрасте 50-60 суток у мальков сиговых рыб на Х1У этапе развития формируется желудок и пилорический отдел. В личиночный период развития активность протеаз низкая, амилолитические ферменты отсутствуют, пищеварительные процессы протекают в зоне мембранного протеолиза. Напротив, активность кислых и щелочных протеаз у молоди с массой тела 1 г и более достаточно высока и сравнима с активностью стандартного пепсина (601 ед./г) и а-химотрипсина (5 630 ед./г).
Среди сиговых рыб (пелядь - Coregonus peled, озерный сиг - Coregonus 1ауаге^, гибрид пелсиг) самая высокая активность трипсиноподобных ферментов при рН 7,5 была отмечена у пеляди - 489 ед. (табл. 1), а более низкая - у сига и пелсига, соответственно 410 и 377 ед. Однако активность пепсиноподобных ферментов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) (табл. 2) у сеголетков последних была выше, чем у пеляди. В целом ПА кислых протеаз у сеголетков пеляди, сига и их гибридов была достаточно высока и составляла 20-35 % от ПА стандартного пепсина.
Таблица 1
Протеолитическая активность трипсиноподобных ферментов ЖКТ сеголетков сиговых рыб при рН 7,5
Вид, форма Масса тела, г ПА, ед. ПА от а-химотрипсина, %
Пелядь 1,0 ± 0,2 489,1 ± 10,3 8,7
Озерный сиг 1,8 ± 0,5 410,2 ± 8,3 7,3
Г ибрид пелядь х сиг 1,0 ± 0,3 377,3 ± 6,6 6,7
Таблица 2
Протеолитическая активность пепсиноподобных ферментов ЖКТ сеголетков сиговых рыб при рН 2,5
Вид, форма Масса тела, г ПА, ед. ПА от а-химотрипсина, %
Пелядь 1,0 ± 0,2 121,1 ± 10,3 20,1
Озерный сиг 1,8 ± 0,5 212,3 ± 8,3 35,3
Г ибрид пелядь х сиг 1,0 ± 0,3 154,2 ± 6,6 25,6
Развитие личинок, мальков белорыбицы и нельмы имеет свои особенности в характере морфогенеза, во времени наступления отдельных этапов, в сравнении с развитием молоди сиговых рыб. Вместе с тем прослеживается и общее сходство в развитии пищеварительной системы, питания [10]. У лососевых родов Salmo и Oncorhynchus ЖКТ со значительным числом пилорических придатков формируется на более ранних этапах (лососево-ленковый тип) с началом в период личиночного развития.
У свободных эмбрионов кеты (Oncorhynchus keta) Калининского ЛРЗ (Сахалин) нами установлена ПА щелочных и кислых протеаз сразу после вылупления (табл. 3) при температуре воды 1,5-5 °С. С возрастом и развитием организма их активность возрастала.
Таблица 3
Протеолитическая активность кислых и щелочных протеаз ЖКТ молоди кеты, потреблявшей комбикорм ЛС-НТ или икру минтая
Объект исследования Щелочные протеазы, ед./г влажной ткани Кислые протеазы, ед./г влажной ткани
Комбикорм | Икра минтая Комбикорм | Икра минтая
Экзогенное питание
Свободные эмбрионы (экзогенное питание) 0,32 ± 0,02 0,32 ± 0,02 0,4 ± 0,04 0,4 ± 0,04
Эндогенное питание
Мальки, возраст 23 сут 1,11 ± 0,2 0,61 ± 0,05 0,44 ± 0,03 0,41 ± 0,04
Мальки, возраст 27 сут 1,64 ± 0,3 0,81 ± 0,3 0,55 ± 0,02 0,44 ± 0,03
Мальки, возраст 38 сут 1,7 ± 0,4 1,11 ± 0,3 0,68 ± 0,05 0,51 ± 0,04
Покатники, возраст 63 сут 1,76 ± 0,4 1,51 ± 0,3 0,7 ± 0,06 0,62 ± 0,05
Установлено, что у молоди, потреблявшей стартовый комбикорм ЛС-НТ с высоким уровнем протеина (более 55 %), активность щелочных и кислых протеаз была выше, чем у рыб, питающихся икрой минтая. Это связано с адаптацией ферментной системы рыб к комбикорму с высоким содержанием высокомолекулярного белка рыбной муки из гидролизатов.
Развитие комплекса протеолитических ферментов у молоди белорыбицы близко к его развитию у сиговых рыб, однако их активность выше, чем у русского осетра (А. gйldenstadtii), но ниже, чем у радужной форели (Опсогкупекш туЫ,?,$) (рис. 1, 2).
90 80 70 60 50 40
і , ■> < I"
С и
I
III
Свободные эмбрионы
I II III
Переход на активное
питание
Рис. 1. Изменение активности кислых протеаз:
I - русский осетр; II - радужная форель; III - белорыбица
250
І II III
Свободные эмбрионы
Переход на активное питание
Рис. 2. Изменение активности щелочных протеаз:
I - русский осетр; II - радужная форель; III - белорыбица
В результате проверки эффективности тест-диет комбинированных кормов, содержащих различный уровень протеина, жира, ненасыщенных (ВНЖК) жирных кислот, получены физиологические нормы ввода основных и питательных веществ для лососевых и осетровых рыб. Их потребности оказались достаточно близкими (рис. 3, 4), а сами корма - весьма энергонасыщенными - до 20 Mgd/кг (рис. 5).
Стартовые Продукционные Корма
комбикорма комбикорма для производителей
Рис. 3. Уровень протеина в комбикормах для рыб
Стартовые Продукционные Корма
комбикорма комбикорма для производителей
Рис. 4. Уровень липидов и их структура в составе рациона
Стартовые Продукционные Корма
комбикорма комбикорма для производителей
Рис. 5. Общая энергия в комбикормах для рыб
Для стартовых кормов личинок лососевых рыб родов Coregonus, Stenodus и осетровых весьма важным является применение деструктурированного рыбного белка (гидролизаты, автолизаты) с высоким содержанием олиго- и полипептидов с молекулярной массой до 400 и от 400 до 1 300 Д (рис. 6), при этом уровень водорастворимого белка в общем белке колеблется от 40 до 60 % (рис. 7).
аминокислоты и полипептиды
Рис. 6. Фракции белка в стартовых комбикормах
Максимальный Минимальный
уровень уровень
Рис. 7. Уровень водорастворимого белка в составе стартового комбикорма
Для осетровых рыб (родов Acipenser, Huso) определен фракционный состав полинасыщенных жирных кислот основных типов (рис. 8), что удовлетворяется при норме ввода рыбьего жира в состав кормов (стартовых и продукционных) около 9 % (рис. 9). Этот жир получают из морских промысловых рыб, обитающих в северных широтах, у которых в общих липидах достаточно много ВНЖК ю3: пентаеновых и гексаеновых ЖК. Для лососевых рыб этот уровень может быть выше на 20-50 % [10].
Рис. 8. Состав ненасыщенных жирных кислот в рыбьем жире в корме, % от общего количества
9 % 12 %
Рис. 9. Коэффициент массонакопления гибрида осетровых стербела (масса 150-800 г), выращенного на кормах с различным содержанием жира:
При увеличении нормы ввода рыбьего жира (выше 9 %) к кормам для товарной рыбы происходит задержка темпа роста (рис. 10).
Сутки
Рис. 10. Скорость роста гибрида (русский осетр х белуга), выращенного на продукционных кормах. Содержание жира: —А— - 9 %; —♦— - 18 %
Заключение
Физиолого-биологические исследования, данные аквакультурной оценки эффективности использования основных и незаменимых питательных веществ позволили изучить рост, развитие рыб, их пищеварительной системы и ее физиологических функций.
Определены нормы содержания и структура питательных биополимеров: протеинов различной молекулярной массы и ненасыщенных жирных кислот. Это позволило к 2010 г. завершить разработку, апробировать и предложить рыбному хозяйству новые инновационные технологические разработки: рецепты полноценных комбикормов третьего поколения
(структурный подход при их компоновке), а также методы выращивания на интенсивной основе: в садках, бассейнах, установках замкнутого водоснабжения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гамыгин Е. А., Лысенко В. Я., Скляров В. Я., Турецкий В. И. Комбикорма для рыб. - М.:
Агропромиздат, 1989. - 168 с.
2. Канидьев А. Н. Биологические основы искусственного разведения лососевых рыб. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1984. - С. 215-315.
3. Технологии выращивания и кормления объктов аквакультуры юга России / С. В. Пономарев, Е. А. Гамыгин, С. И. Никоноров и др. - Астрахань: Нова Плюс, 2002. - 263 с.
4. Пономарев С. В., ГрозескуЮ. Н., БахареваА. А. Индустриальное рыбоводство. - М.: Колос, 2007. - 319 с.
5. Скляров В. Я., Гамыгин Е. А., Рыжков Л. П. Кормление рыб. - М.: Легкая и пищ. пром-сть, 1984. - 120 с.
6. Васнецов В. В. Этапы развития костистых рыб // Тр. АН СССР. Очерки по общим вопросам ихтиологии. - М.: 1953. - С. 42-47.
7. Остроумова И. Н. Биологические основы кормления рыб. - СПб.: ГосНИОРХ, 2001. - 372 с.
8. Пат. на изобретение № 178880 РФ. Способ приготовления корма для молоди лососевых рыб /
Пономарев С. В., Гамыгин Е. А., Большакова С. Г., Латов В. К. - 1993; бюл. № 2. - 4 с.
9. Бондаренко Л. Г. Предварительные доклады по разработке искусственых кормов для молоди бестера
// Тр. ГосНИОРХ. Рациональные основы ведения осетрового рыбного хозяйства. - Волгоград, 1981. -С. 18-19.
10. Пономарев С. В., Пономарева Е. Н. Биологически основы разведения осетровых и лососевых рыб на интенсивной основе. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2003. - 255 с.
11. Кузьмина В. В. Физиолого-биохимические основы экзотрофии рыб. - М.: Наука, 2005. - 300 с.
12. Уголев А. М. Пищеварение и его приспособительная эволюция. - М.: Высш. шк., 1961. - 212 с.
13. Щербина М. А. Физиологические закономерности пищеварения у рыб в связи с морфологическими особенностями пищеварительного тракта и экологическими условиями: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. -М., 1980. - 52 с.
14. Абросимова Н. А., Абросимов С. С., Саенко Е. М. Кормовое сырье и добавки для объектов аквакультуры. - Ростов н/Д: АзНИИРХ, 2005. - 144 с.
Статья поступила в редакцию 2.03.2010
PHYSIOLOGICAL STATEMENT OF CREATION OF THE VALUABLE COMBINED DIETS TAKING INTO CONSIDERATION THE STAGES OF DEVELOPMENT OF SALMONS AND STURGEON
S. V. Ponomarev, E. A. Gamygin, A. N. Kanidiev
There were established the physiologically founded rates of the main and essential nutrients in the diets of the third generation for salmons and sturgeon on the basis of the structural method of the food biopolymers grouping.
Key words: protein, lipids, proteolytic activity of enzymes, structure of protein and fatty acids.
