CC BY
16
УДК 59:615.9
К вопросу об использовании наночастиц металлов в животноводстве
А.ЕАринжанов, Ю.В.Килякова, И.С.Мужиков, Л.М.Рыжкова
ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
Аннотация. Дана оценка влияния на холоднокровных животных совместного использования per os наночастиц металлов (железо, кобальт). Установлено, что использование в рационе наночастиц металлов сопряжено с повышением линейно-массовых показателей роста.
Summary. The influence of cold-blooded animals by sharing food with metal nanoparticles (iron, cobalt). Found that the use of metal nanoparticles in the diet is associated with increased linear mass growth rate.
Ключевые слова: наночастицы, железо, кобальт, кормление.
Key words: nanoparticles, iron, cobalt, feeding.
Интенсификация производства продуктов животноводства во многом стала возможной благодаря широкому использованию последних достижений учения о питании. В соответствии с действующими нормами рационы современных пород и кроссов птицы и молочного скота нормируют по более, чем 80 показателям. Нормы питания рыбы на промышленных предприятиях включают свыше 60 наименований [7]. При этом значительная часть этого перечня приходится на химические элементы, которые, как правило, вводят в рацион с солями.
Учитывая целый ряд недостатков солей как источников эссенциальных веществ, таких как токсичность, низкая биологическая доступность и др. [12],определенный интерес для производства представляют нанокристалические формы металлов.
Наукой накоплен значительный багаж знаний по проблеме. Так, благодаря работам Н.Н. Глущенко и ее коллег [5, 9] были синтезированы наночастицы (d~100 нм) целого ряда металлов, описана их токсичность [1]. Изучение метаболизма наноформ с учетом апоптоза в тканях и органах путей выведения позволило предложить способы использования новых препаратов [4, 13]. Наночастицы металлов как источник микроэлементов были апробированы в исследованиях на различных биологических моделях, в том числе на рыбе [2, 3, 8, 10].
В представляемой работе решаются задачи по оценке действия на организм карпа комплексных препаратов наночастиц.
Материал и методика. Исследования выполнены в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета.
Объектом исследований являлись карпы, возраст (0+), с навеской 10-15 г, выращенные в условиях ООО «Ирикларыба».
Использованные комбикорма являлись производными от РГМ-8В.
Основными компонентами комбикорма являлись: мука рыбная (20%), мука мясокостная (6%), шрот подсолнечный (25%), шрот соевый (35%), масло растительное (5%), мука пшеничная (8%), премикс ПМ-2 (1%).
Производство комбикорма включало смешивание компонентов комбикорма РГМ-8В с наночастицами металлов методом ступенчатого смешивания и экструдирования. Экструдирование производилось при влажности смеси 25-30% и при температуре 60-80 °С, после экструдирования продукт высушивался при температуре 20-30 °С до влажности 12-15%.
Исследования были выполнены в два этапа. На первом этапе после подготовительного периода группы были переведены на рационы: I - основной рацион (ОР) (РГМ - 8В); II - ОР + Со (CoSO4 7Н20; 0,08 мг/кг корма) и Fe (FeSO4 7Н20; 30 мг/кг корма); III - ОР + микрочастицы Fe (6-9 мкм; 30 мг/кг корма); IV -ОР + Fe (Т^04 7Н20; 30 мг/кг корма); V - ОР + Со (СоSO4 7Н20; 0,08 мг/кг корма); VI - ОР + наночастицы Fe, Со (100 ±2 нм; 30 мг/кг корма)
На втором этапе после подготовительного периода группы были переведены на рационы: I группа -ОР (РГМ - 8В); II группа - ОР + наночастицы Fe, Со (20 мг/кг корма); III группа - ОР + наночастицы Fe, Со (30 мг/кг корма); IV группа - ОР + наночастицы Fe, Со (40 мг/кг корма); V группа - ОР + FeSO4 7Н20 (30 мг/кг корма) + CoSO4 7Н20 (0,08 мг/кг корма).
Наночастицы комплекса железа и кобальта в соотношении 7:3 синтезировались методом высокотемпературной конденсации на установке Миген. Размер частиц 100±2 нм. Исследования были проведены в условиях аквариумного стенда, состоящего из 5 аквариумов (объем аквариума 300 л), оборудованных системой фильтрации и насыщения воды кислородом при температуре воды 28±1°С. Условия содержания и кормления рыб регламентировались рекомендациями М.А. Щербина и др. [11] и ГОСТом Р 52346-2005.
Контроль над интенсивностью роста подопытной рыбы осуществлялся путем еженедельного определения линейно-массовых показателей. Основные данные, полученные в опыте, были подвергнуты статической обработке по Г.Ф. Лакину [6].
Результаты исследования.
В ходе первого эксперимента было установлено, что наилучшие показатели по динамике живой массы за весь период исследований были получены в группах, в рационе которых содержались наночастицы металлов (табл. 1).
Наилучшие показатели по динамике живой массы были получены в группах с содержанием в рационе железа и кобальта в виде солей и наночастиц, во II и VI группе соответственно. Так, к третьей неделе эксперимента масса во II и VI в группах превышала контроль на 9% и 13 %, соответственно, а концу опыта на 9,5% и 15%.
Таблица 1. Динамика живой массы подопытных карпов по первому этапу эксперимента, г.
Неделя учетного периода Гру ппа
I II ш IV V VI
Начало 12,8 ± 0,1 12,9 ± 0,2 12,9 ± 0,7 12,9 ± 0,9 12,9 ± 0,5 12,9 ± 0,3
опыта
1 13,6 ± 0,2 14,3 ± 0,4 14,1 ± 0,9 14,2 ± 0,7 13,9 ± 0,5 15,8 ± 0,4
2 15,4 ± 0,3 16,4 ± 0,4 16,0 ± 1,5 16,1 ± 0,5 15,4 ± 0,7 18,2 ± 0,5
3 17,2 ± 0,4 19,0 ± 0,6 17,9 ± 1,6 17,7 ± 1,3 17,5 ± 0,8 20,8 ± 0,5
4 19,3 ± 0,7 21,9 ± 0,7 20,5 ± 1,5 20,1 ± 1,2 19,2 ± 1,0 23,2 ± 0,7
5 22,1 ± 0,8 24,5 ± 0,8 22,8 ± 1,4 21,8 ± 1,2 21,2 ± 1,1 26,0 ± 0,8
На втором этапе эксперимента перед нами стояла задача исследовать дозозависимый эффект влияния наночастиц металлов на скорость роста рыб. Различия в кормлении подопытной рыбы отразились на интенсивности ее роста (рис.1). Как видно из графика, наилучшие показатели по динамике живой массы за весь период исследований были получены в группах в рационе, которых содержались наночастицы металлов (II и III группы).
В первые четыре недели эксперимента наблюдали, что межгрупповые различия по динамике роста живой массы были несущественны. Можно предположить, что в этот период происходила адаптация подопытных рыб к новым условиям содержания и кормления. С пятой недели опыта начался активный рост подопытных карпов по сравнению с контрольной группой.
Так, к середине эксперимента (6 неделя) констатировали увеличение массы во II и III опытных группах по сравнению с контролем: во II на 4% (Р<0,001), в III - на 9,7% (Р<0,001), а к концу эксперимента наблюдали увеличение: во II группе на 4,9% (Р<0,001), в III - на 10% (Р<0,001).
I
IV
V
Неделя учетного периода
Рис. 1 - Динамика живой массы подопытных карпов на втором этапе исследований
Влияние наночастиц металлов на увеличение живой массы можно объяснить способностью данных препаратов катализировать многие биохимические процессы в организме, что, в конечном счете, усиливает усвоение питательных веществ корма и обмена веществ в целом.
Полученные результаты свидетельствуют о наиболее продуктивном действии наночастиц металлов кобальта и железа в дозировке 30 мг/кг корма.
Важным инструментом оценки состояния обеспеченности рыб кормом, качества воспроизводимого потомства и способности переносить колебания факторов среды являются такой показатель физиологического состояния, как степень ожирения внутренностей. В таблице 2 представлены данные по степени ожирения рыб по второму этапу эксперимента.
Таблица 2. Степень ожирения сеголетков карпа, баллы
Период эксперимента Группа
I II III IV V
До начала экспери- 1 1 1 1 1
мента
1 -5 неделя 2 2 2 2 2
8-9 неделя 2 3 3 2 2
10-12 неделя 2 3 4 2 2
Степень ожирения в 1 балл наблюдалась у всех групп до начала эксперимента. С первой по пятую недели эксперимента во всех группах степень ожирения повысилась и была оценена в 2. На восьмой-девятой неделе во второй и третьей группах по верху второго и низу третьего отделов кишечника, а также между этими отделами, проходили широкие полоски жира - 3 балла. В период с десятой по двенадцатую недели в III группе мы констатировали, что кишечник почти полностью покрыт жиром.
Вывод. Таким образом, из полученных результатов следует, что использование наночастиц металлов, а именно железа и кобальта в кормлении холоднокровных животных сопровождалось повышением интенсивности роста и способствовало увеличению степени ожирения подопытных карпов. Максимальный эффект действия наночастиц кобальта и железа наблюдалось при дозировке 20-30 мг/кг корма.
Литература
1. Арсентьева И.П., Зотова Е.С., Фолманис Г.Э., Глущенко Н.Н., Байтукалов Т.А., Ольховская И.П., Богословская О.А., Балдохин Ю.В., Дзидзигури Э.Л., Сидорова Е.Н. Аттестация наночастиц металлов, используемых в качестве биологически активных препаратов //Нанотехника. 2007. № 10. С. 72-77.
2. Аринжанов А.Е., Мирошникова Е.П., Килякова Ю.В., Мирошников А.М., Кудашева А.В. Использование экструдированных кормов с добавлением наночастиц металлов в кормлении рыб // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 10. С. 138-142.
3. Аринжанов А.Е., Мирошникова Е.П., Килякова Ю.В., Сизова Е.А. Влияние наночастиц металлов на физиологическое состояние и гематологические показатели крови рыб. // Российская аквакультура: состояние, потенциал и инновационные производства в развитии АПК. Материалы Международной научнопрактической конференции. Воронеж: ВГУИТ: Изд-во ФГУ Воронежский ЦНТИ. 2012. С.131-135.
4. Богословская О.А., Сизова Е.А., Полякова В.С., Мирошников С.А. Лейпунский И.О., Ольховская И.П., Глущенко Н.Н. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. №2. С.124-127.
5. Глущенко Н.Н., Богословская О.А., Ольховская И.П. Сравнительная токсичность солей и наночастиц металлов и особенность их биологического действия // Нанотехнология - технология XXI века: Тез.докл. М., 2006. С.93-95.
6. Лакин Г.Ф. Биометрия. М.: Высшая школа. 1990. 352 с.
7. Мирошникова Е.П., Жарков А.Н. Практикум по рыбоводству //Оренбург,: ФГУП « ИПК Южный Урал», 2003. 148 с.
8. Мирошникова Е.П., Аринжанов А.Е., Глущенко Н.Н., Василевская С.П. Обмен химических элементов в организме карпа при использовании наночастиц кобальта и железа в корме // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 6. С. 170-175.
9. Марголин В.И., Жабреев В.А., Лукьянов Г.Н., Тупик В.А. Введение в нанотехнологию: Учебник. СПб.: Издательство «Лань». 2012 . 464 с.
10. Павлов Г.В., Фолманис Г.Э. Биологическая активность ультрадисперсных порошков: монография. М.: Исследовательский центр проблем качества подготовки специалистов, 1999. 76 с.
11. Щербина М.А., Гамыгин Е.А. Кормление рыб в пресноводной аквакультуре. М.: Изд-во ВНИРО, 2006. 360 с.
12. Зорин С.Н., Печева В.В., Бучанова А.В., Гмошинский И.В., Ивахненко В.И., Мазо В.К. Оценка биодоступности органической и неорганической форм селена в опытах на растущих крысах //Вопросы питания. 2008. Т. 77. № 6. С. 72-74.
13. Sizova E., Miroshnikov S., Skalny A., Glushchenko N. Influence of CU10X copper nanoparticles intramuscular injection on minerai composition of rat spleen // Journal of Trace Elements in Medicine and Biology. 2011/ T.25 № SUPPL. 1. C. S84-89.
Аринжанов Азамат Ерсаинович, аспирант
Килякова Юлия Владимировна, кандидат биологических наук, доцент кафедры переработки молока и мяса ОГУ
Мужиков Иван Сергеевич, студент
Рыжкова Любовь Михайловна, студент
