CC BY
4
Научная статья
УДК 536.085:577.17
doi: 10.47737/2307-2873_2023_41_88
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ В УЛЬТРАДИСПЕРСНОЙ ФОРМЕ НА РУБЦОВОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ
©2023. Айна Маратовна Камнрова Елена Анатольевна Сизова2,
12 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, Оренбург, Россия 1 ayna.makaeva@mail.ru
Аннотация. Рацион высокопродуктивных животных невозможен без минеральной составляющей. Сегодня, в качестве источников микроэлементов все чаще применяют их ультрадисперсные формы (УДФ). Кормовые добавки подобного рода используются в качестве важного инструмента управления продуктивностью за счет изменения маршрутов ферментации в рубце, улучшения микробного профиля и иммунного статуса, перевариваемости и использования питательных веществ рациона. В связи с этим целью исследования явилась оценка комплексного влияния УДФ SiCh и FeCo в составе рациона на морфо-биохимические показатели крови, переваримость и реорганизацию микробиома рубца молодняка крупного рогатого скота. Совокупность оцениваемых параметров УДФ (безопасность, переваримость кормового субстрата «in vitro», морфо-биохимические показатели крови, микробном рубцовой жидкости) показывает перспективность использования УДФ микроэлементов с целью разработки новых кормовых добавок для повышения продуктивных качеств животных. В тесте ингибирования биолюминесценции УДФ FeCo и SiO: в выбранном диапазоне концентраций не вызывают токсического действия по отношению к бактериальной тест-системе. По результатам исследований установлено, что переваримость сухого вещества модельного корма увеличивается при использовании УДФ SiO: на 11 % (Р<0,01). Результаты оценки морфо-биохимических показателей демонстрируют отсутствие негативного влияния на здоровье и продуктивность животных, что делает их целесообразным для применения в рационе животных. Использование кормовых добавок в кормлении молодняка крупного рогатого скота сопровождалось изменениями в микробном профиле рубца. Так, применение УДФ Si02, вызвало рост представителей семейства Streptococcaceae в 2,1 раза и снижение части Prevotellaceae в 1,3 раза, а также представителей класса Bacteroidia. Введение УДФ FeCo и SiO: стимулировало рост Streptococcus bovis на 7,4% и 8,0% по отношению к контролю. Полученные результаты показывают перспективность использованного подхода и требуют дальнейших исследований.
Ключевые слова: крупный рогатый скот, микрофлора, рубцовое пищеварение, ультрадисперсные формы, диоксид кремния (Si02), сплав железа и кобальта
Введение. Рацион высокопродуктивных животных невозможен без минеральной составляющей. Сегодня, в качестве источников микроэлементов все чаще применяют их ультрадисперсные формы (УДФ) [1, 2]. УДФ имеют широкий потенциал применения в
сельском хозяйстве, и их используют для покрытия потребности животных в элементах, повышения продуктивности, улучшения микробного профиля и иммунного статуса, а также снижения риска заболеваний. Особый интерес для жвачных животных определяется
влиянием УДФ на микробиомный профиль рубца [3].
Реорганизация рубцовой микрофлоры, вызванная спецификой кормления, обеспечивает увеличение продуктивности сельскохозяйственных животных [4]. К тому же, микробном может использоваться как индикатор адаптационных механизмов на изменения компонентов рациона, в том числе и его минеральной составляющей [5].
Во всем мире успех мясного скотоводства в существующей степени зависит от кормовой базы. При этом, колебания питательной ценности ингредиентов рациона часто влияют на продуктивность животных вследствие недостаточного содержания энергии в кормах [6]. Кормовые добавки используются в качестве важного пищевого инструмента для повышения продуктивности и прибыльности при выращивании мясного скота за счет интенсификации роста в целом, реорганизации микробиома рубца [7], путей ферментации, а также усвояемости и использования питательных веществ, в частности.
Таким образом, целью исследования явилась оценка комплексного влияния УДФ SiCh и FeCo в составе рациона на морфо-био-химические показатели крови, переваримость и реорганизацию рубцового микробиома.
Методика. Исследования проводились на базе Центра коллективного пользования Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук (Ъйр://цкп-бст.рф) и Покровского сельскохозяйственного колледжа-филиала Оренбургского государственного аграрного университета. В качестве источников микроэлементов были применены УДФ SiCb и сплава FeCo.
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями российских нормативных актов (1987 г.; Приказ Минздрава СССР № 755 от 12.08 1977 «О мерах по дальнейшему совершенствованию организационных форм работы с использова-
нием экспериментальных животных»), протоколы Женевской конвенции и принципы надлежащей лабораторной практики (Национальный стандарт Российской Федерации ГОСТ Р 53434-2009) и «Guide for the Carre and Use of Laboratory Animais» (National Academy Press, Washington, D.C., 1996). При проведении исследований были предприняты меры, чтобы свести к минимуму страдания животных и количество исследованных опытных образцов. Все процедуры над животными были выполнены в соответствии с правилами Комитета по этике ФНЦ БСТ РАН, протокол №4 от 3.10.2022.
Для проведения исследований методом пар аналогов были подобраны бычки красной степной породы по живой массе, общему состоянию, породе и возрасту. В опыт включались бычки возраста 13 месяцев, средней живой массой 320-350 кг. Животные были случайным образом разделены на группы: на контрольную (К) и две опытные -1 (УДФ SiO:). II (УДФ FeCo).
Эксперимент состоял из трёх этапов. На первом этапе дана оценка биобезопасности УДФ SiÛ2 и FeCo в трёх выбранных концентрациях [8] на модели генно-инженерного лю-минесцирующего штамма Escherichia coli Kl 2 TG1 под коммерческим названием «Эколюм» с использованием анализатора микропланшетного Infinite PRO F200 (TECAN, Австрия).
На втором этапе было оценено влияние УДФ Si02nFeCo в условиях «in vitro» (инкубатор Ankom Daisy II, ANKOM Technology, США) на переваримость питательных веществ корма. За основу были взяты пшеничные отруби в естественном состоянии.
На третьем этапе «in vivo» была проведена оценка влияния включения УДФ Si02 (13 мг/кг) -1 группа и FeCo (5 мг/кг) - II группа в рацион на продуктивность и состояние здоровья бычков красной степной породы (п=15). УДФ вводились в утренние часы совместно с кормом в течение 5 дней. Рацион состоял из грубых кормов и смеси концентратов.
Пробы рубцовой жидкости отбирались через хроническую фистулу (Ankom, США),
ооразцы крови - из подхвостовои вены, до кормления п через 3 часа после кормления. Для исследования микробиома рубца пробы помещали в криоморозильник при -70 °С (ULUF65. Arctiko. Дания) и хранили, не позволяя повторного замораживания.
Мстагсномный состав рубцового содержимого устанавливался методом NGS секвестрования на геномном секвенаторе MiSeq. Данная работа была проведена в Центре коллективного пользования «Персистентность микроорганизмов» Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (Оренбург. Россия).
Анализ биохимического состава сыворотки крови проводили с помощью коммерческих наборов (ДиаВетТест. Россия) на автоматическом биохимическом анализаторе (CS-Т240. производитель - «Din.ii Industrial Co., Ltd.», Китай). Определение морфологических показателей крови осуществлялось на автоматическом гематологическом анализаторе
крови URIT 2900 VET Plus (производитель -URIT MEDICAL ELECTRONIC СО . LTD. Китай).
Статистический анализ. Вес значения представлены как среднее арифметическое ± стандартное отклонение (SD). Результаты, полученные для экспериментальной группы, сравнивали с контрольной гру ппой для определения статистической значимости с использованием t -критерия Стьюдента с уровнем статистической значимости Р < 0,05.
Результаты. Проведение теста ингиби-рования биолюминесценции (генно-инженерный люминесциру ющий штамм Escherichia coli KI2 TGI) in vitro в рубцовой жидкости дало возможность оценить биологическую активность использованных УДФ.
Так. комплекс УДФ Si О: с жидкостью рубца показал небольшую инд\ кцию свечения клеток бактерий в отличие от контроля (рисунок 1а).
1000000
100000
10000
™ 1000
100
10000000
1000000
к 100000
_ 10000 ел
1000 100
10
10
40 80 1?0 бремя, мин
1Ы>
40 80 120 Время, мин
160
а) б)
Рис 1. Процесс свечения к.coli К12 TGI при контакте с комплексом жидкость рубца + УДФ SiO;(a) (0.1 (Г). 0.25 (2) и 2 (3) мг/мл); к - контроль и с комплексом жидкость ру бца + УДФ FeCo (б) (0.25 (1). 0.35 (2) и 0.75
(3) мг/мл ); к - контроль.
Fig. 1. Tlie process of luminescence of E. coli K.12 TGI upon contact with tlie rumen liquid + UDP Si02 complex (a) (0.1 (1). 0.25 (2) and 2 (3) mg/ml); k - control and w ith a complex of rumen fluid + UDP FeCo (b) (0.25 (I). 0.35 (2) and
0.75 (3) mg/ml); k - control
Идентичный эффект был обнаружен и для УДФ FeCo, где наблюдалось 20 % тушение свечения клеток бактерий через 180 мин контакта. При этом, УДФ можно характеризовать как не токсичные. Соединение УДФ FeCo с жидкостью рубца способствовало возбуждению свечения тест-культуры (рисунок 16).
Из вышеупомянутых данных следует, что УДФ микроэлементов в выбранном диапазоне концентраций не вызывают токсического
Переваримость сухого вещества кор»
действия по отношению к бактериальной клетке и могут быть задействованы в дальнейших исследованиях.
Переваримость корма контрольной группы составила 69 %. При введении в рацион корма УДФ 8Юг (0,1 мг/мл) наблюдалось увеличение переваримости на 11,39 % (Р<0,01). Дальнейшее повышение концентрации УДФ микроэлементов не показало значительных повышений переваримости (таблица 1).
Таблица 1 при добавлении УДФ РеСо и 8Юг, %.
Концентрация ВДЧ, мкг/мл Переваримость
Контроль - 69±3,44
2 81,9±3,27
I 0,25 81 ±3,24
ОД 80,4±2,41*
0,25 69,1±2,76*
II 0,35 70±2,8
0,75 71,2±2,84*
Примечание: ** - Р<0,01.
Введение в состав корма УДФ FeCo в наименьшей концентрации 0,25 мг/мл усиливало переваримость до 69,11 %. Далее, при увеличении концентрации УДФ до 0,35 и 0,75 мг/мл происходил рост переваримости на 1,3 -2,4 %. Выполненные исследования продемонстрировали влияние минеральных добавок в виде УДФ микроэлементов в разных концентрациях на переваримость кормового субстрата. Полученные результаты стали основой для исследований «in vivo».
В период проведения научно-хозяйственного опыта кормление подопытных животных было аналогично физиологическим опытам, все рационы были сбалансированы по основным питательным веществам.
В ходе научно-хозяйственного опыта отмечалась незначительная разница между группами в поедаемости сена (люцернового, суданки), силоса кукурузного (3-6 %). В контрольной группе поедаемость сена люцернового составила 90 %, сена суданки - 92 %, силоса кукурузного - 90 %. В I опытной группе при введении в рацион УДФ SiCh поедаемость кормов составила 95-96,4%, во II опытной -
93,2-96 %. Фактическое потребление кормов и питательных веществ подопытными животными оказалось следующим (таблица 2). Наибольшее фактическое потребление сухого вещества наблюдалось в I и II опытных группах. Результаты исследований крови свидетельствуют, что у молодняка всех групп её состав варьировался в рамках физиологической нормы.
При добавлении в рацион животных УДФ 8Юг (I группа) мы наблюдали рост моноцитов на 2,0 %, гранулоцитов - на 3,58 % при снижении тромбоцитов на 15,0 % (Р<0,05) по отношению к контролю. Введение УДФ РеСо снижало тромбоциты на 18,0 % (Р<0,05) на фоне повышения гранулоцитов на 4,7 %, лимфоцитов на 15,1 % (Р<0,05), и др. касательно контроля (таблица 3). Замечено снижение количества моноцитов во II группе на 25,5 % (Р<0,05), и увеличение гемоглобина на 6,0 % по сравнению с контролем.
Анализ результатов показывает, что внесение УДФ микроэлементов приводит к изменению биохимического профиля сыворотки крови (рис. 2).
Таблица 2
Фактическое потребление кормов и питательных веществ подопытными животными за период
опыта, кг/голову/сут.
Корма Группы
Контроль I И
Сено люцерновое 2.7 2.85 2.84
Сено сvдалекой гравы 2.3 2,41 2.4
С ил ос к\ Kvpv s i гый 4.5 4,79 4,66
Жмых - - -
1 (ремикс - - -
Отруби пшеничные - - -
ВДЧ SiOi мг/кг - 13 -
ВДЧ FeCo. мг/кг - - 5
В рационе содержится:
сухого вещества, г 645» 6938 6775
обменной энергии, МДж 60,5 71.7 71.6
сырой протеин. i 925 995 971
сырой клетчатки, i 1913 2058 2011
сырой жир. I 183,5 197.4 192,7
БЭВ, i 2908 3128 3054
Кальций 71.20 70.37 69.43
Фосфор 41.87 41.85 40.4
Таблица 3
Морфологические показатели крови бычков красной степной породы (п=5)
в конце эксперимента
Цоказатепи Группы
I И Контроль
лейкоцита.10'л 9.17=0.44 11=0,82 12=0.95
лимфоциты, "о 33.8-1.15 41 1.40е 35.6-1.26
моноциты."о 28.2 1.77 20.6-0,97* 27.7' 1.7S
грацулоциты. "о 37.9=1.83 38.3=1.40 Зб,б± 1.78
эритроциты. 10,: л 6.13=0.30 5.76=0.28 б.22±0,17
гемоглобин, i л 84.3 -2.84 89: 1.61 84 1.52
тромбоцит. 10* л 192 5.86* 185:6.96* 226:6.05
Примечание: * - Р<0.05.
1 II Контроль
Группы
Примечание: * - Р<Щ)5.
Рис 2. Активность ферментов сыворотки крови бычков красной степной породы (п=5)
в конце эксперимента
Fig. 2. The activity of enzymes in tlx; blood serum of bulls of the ted steppe breed (n=5) at the end
of the experiment
'Гак, уровень трансаминаз аланинамино- УДФ SiO; возрастает на 6.4 % и на 6 % в срав-трансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансфе- нении с контролем Аналогичная динамика разы (ACT) в сыворотки крови при введении
была характерна и для гамма-глутамилтранс-феразы (ГГТ), максимальная активность которой по сравнению с контролем была отмечена в II опытной группе, с разницей на 17 %. Повышение активности щелочной фосфатазы наблюдалось при введении УДФ БеСо (II группа) на 21,0 % (Р<0,05), по сравнению с контрольной.
Во время исследования было отмечено, что концентрация альбумина в контрольной
группе составила 32 г/л, при этом у животных I опытной группы его концентрация превосходила контроль на 3 %, II - на 6 %. Содержание общего белка достоверно повысилось во II группе на 4,59 % (Р<0,05), по отношению к контролю. Концентрация холестерина в опытных животных превосходила контрольную на 12,8 % - I опытная и на 12 % - II опытная группы (таблица 4).
Таблица 4
Биохимический состав сыворотки крови бычков красной степной породы (п=5)
в конце эксперимента
Показатели Группы
I группа II группа Контроль
Глюкоза, ммоль/л 3,62±0,04 3,42±0,14 2,52±0,09
Общий белок, г/л 74,3±3,13 84,1±1,29* 80,6±1,14
Альбумин, г/л 33,1±1,52 34,0±1,55 32,3±2,02
Холестерин, ммоль/л 3,14±0,08 3,11±0,05 2,84±0,06
Триглицериды, ммоль/л 0,25±0,03* 0,19±0,02 0,20±0,04
Железо, мкмоль/л 31,6±1,01* 28,5±1,04* 23,9±1,38
Мочевая кислота, мкмоль/л 27,5±1,75 31,6±1,71 28±1,43
Креатинин, мкмоль/л 118±5,48* 119±5,94 134±3,67
Мочевина, ммоль/л 5,3±0,01 5,23±0,04 5,2±0,06
Примечание: * - Р<0,05.
Бычки I группы характеризовались высоким содержанием триглицеридов с разницей на 26,0 % (Р<0,05) относительно контроля. Уровень железа был достоверно повышен в I группе на 33 %, II - на 21,5 % (Р<0,05) относительно контрольных животных.
На фоне введения УДФ 8Юг (I группа) происходит снижение креатинина на 11,8 % (Р<0,05) по отношению к контролю. При добавлении УДФ БеСо (II группа) отмечается повышение мочевой кислоты на 13 %, в сравнении с контролем. Из азотистых веществ имеет тенденцию к росту показатель мочевины в группах, получавших УДФ.
Анализ состава и относительной численности прокариот рубцового содержимого на уровне типов в контрольной группе определил ПгткШея и Bacteroidetes как наиболее доминирующие таксоны (таблица 5), которые составили 42,9 % и 42 % от общего числа, соответственно. Содержание Proteobacteria, СуапоЬаМепа, АсШоЬаМепа, Ткегто^ае и
Verrucomicrobia составило 5,05% 1,27, 1,21, 0,80, 0,81 % от общего числа.
Результат оценки микробного профиля рубца молодняка крупного рогатого скота позволили определить некоторые изменения как качественного, так и количественного состава в эксперименте. В рубце животных I группы доминирующим филумом явился Firmicutes, среди таксономических - групп Bacteria. Также был обнаружен таксон Bacteroidetes (32,9 %), на долю Proteobacteria пришлось только 4,31%, остальные обнаруженные филумы не превосходили 3,5%. Класс Bacilli претерпел значимые изменения в ответ на внесение УДФ SiCh, выраженные ростом численности до 25,1 %, что в 1,8 раза свыше контроля. Численность представителей класса Bacteroidia снизилась на 8,6 % в отличие от контроля и на 6,2 % по сравнению со II группой. Последующие определённые классы имели численность, не превышающую 3,5%.
При внесении в рацион животных УДФ FeCo (II группа) наиболее доминирующими типами были Bacteroidetes (39,0 %) и Firmicutes
47,6 %). Усиливается рост числа бактерий, которые относятся к филуму ^'гтшси/е.у. Вместе с тем, все классифицированные филумы (СуапоЬаМепа, Ткегто^ае и др.) в контроле также были определены и их численность не превышала 3,5 %.
Доминирующим классом II группы был ВаМего1сИа, использующий 32,8 % от общего ко-
Таксономический состав бактериальной попул
личества. Класс Sphingobacteria, напротив, оказался малочисленным и составил 4,2 % от общей численности обнаруженных бактерий. Таксон Firmicutes был выделен двумя классами -Clostridia и Bacilli, количесвто которых составила 27,0 и 13,7 % соответственно. Немаловажными оказались четыре класса, популяция которых была выше 3,5%. Наиболее важным оказался один вид Streptococcus bovis.
Таблица 5
й содержимого рубца в конце эксперимента, %
Таксон Группы
Контроль | I | II
филум
Firmicutes 42,9 60 47,6
Bacteroidetes 42 32,9 39
Proteobacteria 5,05 4,31 -
Othera 1,5 3,5 3,5
класс
Clostridia 31 13 27,0
Bacilli 15 25,1 13,7
Bacteroidia 32 19 32,8
Negativicutes 11 12 13
Gammaproteobacteria 2 - -
Othera 9 3 3
семейство
Ruminococcaceae 12 3 7
Lachnospiraceae 16 15 17
Bacteroidaceae 8 - -
Porphyromonadaceae 2 - -
Streptococcaceae 14 29 21
Acidaminococcaceae 10 11 12
Enterobacteriaceae 1 - -
Prevotellaceae 25 18 23
Othera 13 6 4
вид
Streptococcus 14 29 22
Butyrivibrio 2 2 2
Saccharofermentans 1
Succiniclasticum 10 11 12
Prevotella 17 24 14,9
Pseudobutyrivibrio - 2 2
Lachnospiracea incertae sedis - 2 2
Othera 7 10 7
Одними из основных, оказались роды Streptococcus (22 %), Prevotella - 14,9 %. Численность остальных - Bacteroides, Succiniclasticum и Blautia - находились в пределах 7,4-4,1 %. Число неклассифицированных родов составило 15,09 %.
Вид Streptococcus bovis при добавлении в рацион полигастричных животных УДФ увеличивал свою численность на 7,44-7,85 % по сравнению с контролем.
Таким образом, можно отметить, что использование в качестве кормовых добавок частиц БеСо и 8Юг позволило изменить биоразнообразие и, соответственно, сложность микробного сообщества.
Кормовые добавки на основе микроэлементов используются в качестве важного инструмента управления приростом бычков за счет изменения маршрутов ферментации в
рубце, перевариваемоети и использования питательных веществ рациона [9]. Большинство исследований, проведенных на сегодняшний день с минеральными составляющими, были сосредоточены на рационах с высоким содержанием концентратов [10].
Особое внимание уделяется изучению УДФ как источников микроэлементов [11]. Начальные работы, связанные с использованием УДФ микроэлементов в питании сельскохозяйственных животных, были выполнены в 70-80 годы прошлого века.
Анализ результатов теста подавления бактериальной биолюминесценции выявил отсутствие токсического действия УДФ металлов по отношению к бактериальной клетке [12], что обусловлено их инертным профилем токсичности.
Результаты эксперимента in vitro показали наличие изменений в переваримости корма при введении УДФ. Применение УДФ SiC>2 предоставило возможность увеличить переваримость in vitro сухого вещества. Предположительно, полученный результат является модуляцией комплекса процессов. Как известно, кремний не относится к главным элементам жизнедеятельности, его значимость для организма идентифицируется условной эссен-циальностью. Однако, результаты переваримости in vitro оказались в прямой зависимости от наличия в кормах УДФ диоксида кремния и величины его дозировки. Аналогичные результаты мы наблюдали в работах других исследователей [3]. Предполагаем, что причиной данного проявления стало воздействие УДФ на микрофлору рубца, изменчивость его качественного и количественного состава, метаболическую активность отдельных групп микроорганизмов. Более того, кремний нормализует клеточный цитоскелет, а также цитоплазмати-ческие мембраны, и способствует росту и размножению клеток [13].
В целом количество простейших в рубце колеблется от нескольких тысяч до миллионов простейших на грамм содержимого рубца, в основном в зависимости от корма, потребляемого
хозяином. Количество бактерий рубца находится в диапазоне 109 —1011 на грамм влажного содержимого рубца [14]. В исследованиях Hart EH et al., (2018) [15] показано, что доминантными таксономическими типами являются Bacteroidetes и Firmicutes, что согласуется с нашими результатами.
В течении эксперимента были заметно увеличены бактерий класса Bacilli. Благодаря увеличению численности усиливаются пробио-тические признаки бактерий Bacilli [16].
Положительное влияние УДФ на состояние здоровья и метаболизм характеризуют морфо-биохимические показатели крови. В эксперименте не выявлено лейкоцитоза, что свидетельствует об отсутствии воспалительной реакции на введение УДФ. Однако, заметно повышение концентрации гемоглобина, что обусловлено стимуляцией эритропоэза УДФ микроэлементов [17]. На фоне внесения УДФ SiO: происходит уменьшение количества тромбоцитов, что приводит к снижению вязкости и улучшению перфузии через микрососуды. Кремний способен активировать функциональную активность гранулоцитов и интенсифицировать обменные процессы. Кроме того, известно, что кремний способен активировать моноциты и стимулировать перитонеальные макрофаги, в результате чего происходит высвобождение интерлейкина-1. Похожие результаты были описаны и для наночастиц титана [18].
Повышение активности щелочной фос-фатазы было отмечено в группе, получавшей УДФ сплава FeCo. Скорее всего это отражает наиболее интенсивный рост костной ткани молодняка. Велика потребность в неорганических фосфатах.
Высокую активность метаболизма подтверждает динамика концентрации мочевины и креатинина. Креатинин является дегидратированной формой креатина, который принимает участие в обмене энергии в мышцах и нервных клетках, снижается на фоне добавления УДФ в сравнении с контролем в результате активного перехода креатинина в креатинфосфат и попадания в виде энергии в мышцы при стимуляции биохимических процессов [19].
Маркером энергетического и липидного обменов является уровень триглицеридов в крови. Настоящее исследование показало, что уровень триглицеридов в первой группе был выше чем в контрольной группе на 26 %. Обнаружено, что в опытных группах увеличивается концентрация холестерина. Это связано с тем, что холестерин является составным компонентом клеточных мембран, который участвует в процессах образования кетоновых тел. Данный процесс усиливается, в результате чего происходит повышение холестерина, показывая неустойчивость обмена веществ [20].
Таким образом, вещества, вводимые в рацион, не оказывают негативного влияния на морфо-биохимические показатели крови. Полученные результаты свидетельствуют о перспективности использованного подхода и требуют дальнейших исследований, особенно в части зависимости «доза-реакция».
Выводы. В заключение можем отметить: данные показывают, что использование в рационе сельскохозяйственных животных кормовой добавки УДФ SiÜ2 и FeCo с рубцовой жидкостью в выбранном диапазоне концентраций не оказывают токсического действия на культуру Echerichia coli Kl2 TGI, а также положительно действуют на переваримость «in vitro». Данные препараты позволили изменить биологическое многообразие, а, следовательно, сложность сообщества микроорганизмов. Комплекс тестируемых параметров показывает перспективность применения УДФ микроэлементов с целью разработки новых кормовых добавок для повышения продуктивных качеств животных.
Источник финансирования. Исследования выполнены в рамках госзадания № 0761-2019-0005.
Список источников
1. Prasad R., Atanu Bhattacharyya, and D. Nguyen Quang. Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives// Front Microbiol. 2017. № 8. P. 1014. doi: 10.3389/finicb.2017.01014
2. Sizova E.A., Miroshnikov S.A., Yausheva E.V. Effect of zinc-containing nanoparticles on cytomorphological and biochemical parameters in rats//Trace Elements and Electrolytes. 2018. T. 35. №4. C. 215-217.
3. Faulkner M. J., Faulkner M. J., Weiss W.P. Effect of source of trace minerals in either forage- or by-product-based diets fed to dairy cows: 1. Production and macronutrient digestibility // J Dairy Sei. 2017. № 100(7). P. 5358-5367.
4. Zeineldin M., Barakat R., Elolimy A., Salem A.Z.M., Elghandour M.M.Y., Monroy J.C. Synergetic action between the rumen microbiota and bovine health. Microb Pathog. 2018. № 124. P. 106-115. doi: https://doi.Org/10.1016/j.micpath.2018.08.038
5. Torok V.A., Percy N.J., Moate P. J., Ophel-Keller K. Influence of dietary docosahexaenoic acid supplementation on the overall rumen microbiota of dairy cows and linkages with production parameters. Can J Microbiol. 2014. 60(5). P. 267-275. doi: 10.1139/cjm-2013-0805
6. de Souza J., Batistel F., Santos F. A. P. Effect of sources of calcium salts of fatty acids on production, nutrient digestibility, energy balance, and carryover effects of early lactation grazing dairy cows // Journal of Dairy Science. 2017. T. 100. №. 2. C. 1072-1085.
7. SchärenM., Drong C., Kiri K., Riede S., GardenerM., Meyer U., Hummel J., Urich Т., Breves G. Differential effects of monensin and a blend of essential oils on rumen microbiota composition of transition dairy cows// Journal of dairy science. 2017. T. 100
8. Макаева A.M., Атландерова КН., Бобиева A.A. Влияние ультрадисперсных препаратов микроэлементов на рубцовое пищеварение крупного рогатого скота//Нанотехнологии в сельском хозяйстве: перспективы и риски. 2018. С. 104-107.
9. Duflield T.F., Merrill J.K., Bagg RN Meta-analysis of the effects of monensin in beef cattle on feed efficiency, body weight gain, and dry matter intake / /Journal of Animal Science. 2012. T. 90. №. 12. C. 45834592.
10. Ellis J.L., Dijkstra J., Bannink A., Kebreab E., Hook S. E., Archibeque S., andFrance J. Quantifying the effect of monensin dose on the rumen volatile fatty acid profile in high-grain-fed beef cattle. J. Anim. Sei. 2012. 90. 2717-2726. doi: 10.2527/jas.2011-3966
11. Sizova, E., Miroshnikov S., Yausheva E., Polyakova V. Assessment of morphological and functional changes in organs of rats after intramuscular introduction of iron nanoparticles and their agglomerates // BioMed Research International. 2015. T. 2015. C. 243173.
12. Makaeva A.M., Aleshina E.S., Sizova E.A., Atlanderova K.N. Cattle microbiocoenosis of rumen while various feed ultrafine particles release // В сборнике: ЮР Conference Series: Earth and Environmental Science. The proceedings of the conference AgroCON-2019.2019. C. 012194.
13. Li S., Gao S., Wang S., MaB., Guo L., Li Z., Xu Q., She Z., Gao M., Zhao Y., Gao F., Jin C. Performance evaluation and microbial community shift of a sequencing batch reactor under silica nanoparticles stress //BioresourTechnol. 2017. №245(PtA). P. 673-680. doi: 10.1016/j.biortech.2017.09.018.
14. Agarwal N, Kamra D.N, Chaudhary L.C. Microbial ecosystem of domesticated ruminants. Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution. Springer, India; 2015. P. 17-30.
15. Hart E.H., Creevey C.J., Hitch Т., Kingston-Smith A.H. Meta-proteomics of rumen microbiota indicates niche compartmentali-sation and functional dominance in a limited number of metabolic pathways between abundant bacteria // Scientific reports. 2018. T. 8. №. l.C. 1-11.
16. Щербаков А.Б., Жолобак H.M., Иванов В.К., Третьяков Ю. Д., & Спивак НЯ. Наноматериалы на основе диоксида церия: свойства и перспективы использования в биологии и медицине. Biotechnologia acta, 2011. Т. 4. №. l.C. 9-28.
17. Ajdary М., GhahnaviehM.Z., NaghshN. Sub-chronic toxicity of gold nanoparticles in male mice // Adv BiomedRes. 2015.4.
18. Шумакова А.А., Арианова Е.А., Шипепин В.А., Сидорова Ю.С., Селифанов А.В., Трушина Э.Н., Мустафина O.K., Сафенкова И.В., Гмошинский И.В., Хотимченко СЛ., Тутельян В.А. Токсикологическая оценка наноструюурного диоксида кремния I. Интегральные показатели, аддукты ДНК, уровень тиоловых соединений и апопгоз клеток печени // Вопросы питания. 2014. № 83(3).
19. Mora L., Sentandreu М.А., Toldra F. Hydrophilic chromatographic determination of carnosine, anserine, balenine, creatine, and creatinine // Journal of agricultural and food chemistry. 2007. V. 55. № 12. P. 4664^1669.
20. QureshiN., Weng, S., Tranter, J.,E1-Kadiki, A., &Kai, J.. Feasibility of improving identification of familial hypercholesterolaemia in general practice: intervention development study//BMJ open. 2016. T. 6. №. 5. C. e011734.
COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF THE INFLUENCE OF MINERALS IN THE ULTRADISPERSED FORM ON RUMEN DIGESTION
©2023. Ayna M. KamirovaElena A. Sizova2,
1,2 Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia, 1 ayna.makaeva@mail. ru
Abstract. The diet of highly productive animals is not possible without a mineral component. Today, their ultrafine forms (UDF) are increasingly used as sources of trace elements. Feed additives of this kind are used as an important tool for managing productivity by changing the routes of fermentation in the rumen, improving the microbial profile and immune status, digestibility and nutrient utilization of the diet. In this regard, the aim of the study was to assess the complex effect of UDP Si02 and FeCo in the composition of the diet on the morpho-biochemical parameters of blood, digestibility and reorganization of the microbiome of the rumen of young cattle. The totality of the estimated parameters of UDP (safety, in vitro digestibility of the feed substrate, morpho-biochemical parameters of blood, microbiome of ruminal fluid) shows the promise of using UDP microelements to develop new feed additives to improve the productive qualities of animals. In the bioluminescence inhibition test, UDP FeCo and Si02 in the selected concentration range do not cause toxic effects with respect to the bacterial test system. According to the results of the research, it was found that the digestibility of the dry matter of the model feed increases by 11% when using UDP Si02 (P<0.01). The results of the assessment of morpho-biochemical parameters demonstrate the absence of a negative impact on the health and productivity of animals, which makes them appropriate for use in the diet of animals. The use of feed additives in the feeding of young cattle was accompanied by changes in the microbial profile of the rumen. Thus, the use of UDP Si02 caused an increase in the representatives of the Streptococcaceae family by 2.1 times and a decrease in the part of Prevotellaceae by 1.3 times, as well as representatives of the Bacte-roidia class. The introduction of UDP FeCo and Si02 stimulated the growth of Streptococcus bovis by 7.4% and 8.0% relative to the control. The results obtained show the promise of the approach used and require further research.
Keywords: cattle, microflora, cicatricial digestion, ultrafine forms, silicon dioxide (Si02), iron-cobalt alloy.
References
1. Prasad R., Atanu Bhattacharyya, and D. Nguyen Quang. Nanotechnology in Sustainable Agriculture: Recent Developments, Challenges, and Perspectives// Front Microbiol. 2017. Тщю 8. P. 1014. doi: 10.3389/finicb.2017.01014
2. Sizova E.A., Miroshnikov S.A., Yausheva E.V. Effect of zinc-containing nanoparticles on cytomorphological and biochemical parameters in rats // Trace Elements and Electrolytes. 2018. T. 35. No. 4. Pp. 215-217.
3. Faulkner M. J., Faulkner M. J., Weiss W.P. Effect of source of trace minerals in either forage- or by-product-based diets fed to dairy cows: 1. Production and macronutrient digestibility // J Dairy Sci. 2017. No. 100(7). Pp. 5358-5367.
4. Zeineldin M., Barakat R., Elolimy A., Salem A.Z.M., Elghandour M.M.Y., Monroy J.C. Synergetic action between the rumen microbiota and bovine health. Microb Pathog. 2018. No. 124. Pp. 106-115. doi: https://doi.Org/10.1016/j.micpath.2018.08.038
5. Torok V.A., Percy N.J., Moate P. J., Ophel-Keller K. Influence of dietary docosahexaenoic acid supplementation on the overall rumen microbiota of dairy cows and linkages with production parameters. Can J Microbiol. 2014. 60(5). Pp. 267-275. doi: 10.1139/cjm-2013-0805
6. de Souza J., Batistel F., Santos F. A. P. Effect of sources of calcium salts of fatty acids on production, nutrient digestibility, energy balance, and carryover effects of early lactation grazing dairy cows // Journal of Dairy Science. 2017. T. 100. No.. 2. Pp. 1072-1085.
7. Schären М., Drong С., Kiri К., Riede S., Gardener М., Meyer U., Hummel J., Urich Т., Breves G. Differential effects of monensin and a blend of essential oils on rumen microbiota composition of transition dairy cows // Journal of dairy science. 2017. T. 100
8. Makaeva A.M., Atlanderova K.N., Bobieva A.A. Vliyanie ul'tiadispersnyh preparatov mikroelementov na rubcovoe pishche-var-enie krupnogo rogatogo skota (Influence of ultrafine preparations of trace elements on scar digestion of cattle), Nanotekhnologii v sel'skom hozyajstve: perspektivy i riski. 2018. Pp. 104-107.
9. Duffield T.F., Merrill J.K., Bagg RN. Meta-analysis of the effects of monensin in beef cattle on feed efficiency, body weight gain, and dry matter intake / /Journal of Animal Science. 2012. T. 90. No.. 12. Pp. 45834592.
10. Ellis J.L., Dijkstra J., Bannink A., Kebreab E., Hook S. E., Archibeque S., andFrance J. Quantifying the effect of monensin dose on the rumen volatile fatty acid profile in high-grain-fed beef cattle. J. Anim. Sei. 2012. 90. 2717-2726. doi: 10.2527/jas.2011-3966
11. Sizova, E., Miroshnikov S., YaushevaE., Polyakova V. Assessment of morphological and functional changes in organs of rats after intramuscular introduction of iron nanoparticles and their agglomerates // BioMed Research International. 2015. T. 2015. Pp. 243173.
12. Makaeva A.M., Aleshina E.S., Sizova E.A., Atlanderova K.N. Cattle microbiocoenosis of rumen while various feed ultrafine particles release // В сборнике: ЮР Conference Series: Earth and Environmental Science. The proceedings of the conference AgroCON-2019.2019. Pp. 012194.
13. Li S., Gao S., Wang S., MaB., Guo L., Li Z., Xu Q., She Z., Gao M., Zhao Y., Gao F., Jin C. Performance evaluation and microbial community shift of a sequencing batch reactor under silica nanoparticles stress // Bioresour Technol. 2017. No. 245(Pt A). P. 673-680. doi: 10.1016/j.biortech.2017.09.018.
14. Agarwal N, Kamra D.N, Chaudhary L.C. Microbial ecosystem of domesticated ruminants. Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution. Springer, India; 2015. Pp. 17-30.
15. Hart E.H., Creevey C.J., Hitch Т., Kingston-Smith A.H. Meta-proteomics of rumen microbiota indicates niche compartmentali-sation and functional dominance in a limited number of metabolic pathways between abundant bacteria, Scientific reports. 2018. T. 8. No. l.Pp. 1-11.
16. Shcherbakov A.B., ZholobakN.M., Ivanov V.K., Tretyakov Yu.D., & SpivakN.Ya. Nanomaterialy na osnove dioksida ceriya: svojstva i perspektivy ispol'zovaniya v biologii i medicine. Biotechnologia acta (Nanomaterials based on cerium dioxide: properties and prospects of use in biology and medicine. Biotechnologia acta), 2011. Vol. 4. No. 1. Pp. 9-28.
17. Ajdary M., GhahnaviehM.Z., NaghshN. Sub-chronic toxicity of gold nanoparticles in male mice // Adv BiomedRes. 2015.4.
18. Shumakova A.A., ArianovaE.A., Shipelin V.A., Sidorova Y.S., Selifanov A.V., TrushinaE.N., Mustafina O.K., Safenkoval.V., Gmoshinsky I.V., Khotimchenko S.A., Tutelyan V.A. Toksikologicheskaya ocenkananostrukturnogo dioksida kremniya I. Integral'nye pokazateli, addukty DNK, uroven' tiolovyh soedinenij i apoptoz kletok pecheni (Toxicological assessment of nanostructured silicon dioxide I. Integral indicators, DNA adducts, the level of thiol compounds and apoptosis of liver cells), Voprosy pitaniya, 2014, No. 83(3).
19. Mora L., Sentandreu M.A., Toldrä F. Hydrophilic chromatographic determination of carnosine, anserine, balenine, creatine, and creatinine // Journal of agricultural and food chemistry. 2007. V. 55. No. 12. Pp. 4664-4669.
20. QureshiN, Weng, S., Tranter, J.,E1-Kadiki, A., &Kai, J.. Feasibility of improving identification of familial hypercholesterolaemia in general practice: intervention development study //BMJ open. 2016. T. 6. No.5. P. e011734.
Сведения об авторах A.M. Камирова- канд. биол. наук, научный сотрудник.; Е.А. Сизова2 - д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник.
1 ^Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской Академии наук, ул. 9 января 29, г. Оренбург, Россия. 1 ayna.makaeva@mail.ru 2sizova-178@ya.ru
Information about the authors A.M. Kamirova- Cand. Biol. Sei., Researcher; E.A. Sizova2 - Dr. Biol. Sei., Leading Researcher.
'•2Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences, 29, 9 Yanvarya St., Orenburg, Russia. 1 ayna.makaeva@mail.ru 2sizova-178@ya.ru
The research was carried out within the framework of the state assignment No. 0761-2019-0005.
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest: the authors declare that they have no conflicts of interest.
Статья поступила в редакцию 07.10.2022; одобрена после рецензирования 20.02.2023; принята к публикации 07.03.2023. The article was submitted 07.10.2022; approved after reviewing 20.02.2023; acceptedfor publication 07.03.2023.
