CC BY
38УДК 636.2:612.3+636.087.7
РУБЦОВОЕ ПИЩЕВАРЕНИЕ ЖВАЧНЫХ ЖИВОТНЫХ В ПРИСУТСТВИИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНОГО ВОДОРАСТВОРИМОГО ПОЛИМЕРА
Н.В.Грудина - доктор биологических наук, вед.н.с.; В.В.Быданова - кандидат химических наук, ст.н.с;
Н.С.Грудин - кандидат ветеринарных наук, ст.н.с.
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт радиологии и агроэкологии» (ФГБНУ ВНИИРАЭ), г.Обнинск (249034, Калужская область, Обнинск, Киевское шоссе, 109 км;
тел.:+7(484) 396-48-02; e-mail: n.grudina2014@yandex.ru).
Одним из способов решения проблемы повышения мясной и молочной продуктивности сельскохозяйственных животных является применение различных методов и средств, снижающих степень распада протеина высококонцентрированных белковых кормов в рубце. Каждый из существующих способов торможения распада белка в рубце по-своему эффективен. Но у этих средств «защиты» белка есть существенные недостатки, которые ограничивают их применение. Поэтому актуальной и перспективной задачей является разработка новых препаратов для эффективной «защиты» кормовых белков от микробного распада в рубце жвачных животных. В данной статье приведены результаты исследования, указывающие на возможность применения высокомолекулярных водорастворимых полимеров (ВВП) для торможения распада белка в рубце. ВВП имел линейную структуру молекулы и молекулярную массу 1*107 Да. Полимер вводили в рацион с концентрированным кормом. В эксперименте показано также, что влияние ВВП сопровождается оптимизацией среды обитания бактериальной флоры рубца, что способствует нормализации обменных процессов у жвачных животных, особенно, при концентратном типе кормления крупного рогатого скота.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: жвачные животные, рубец, протеин, «защита» белка, высокомолекулярные водорастворимые полимеры.
Интенсификация животноводства заставляет ученых искать все новые пути повышения мясной и молочной продуктивности сельскохозяйственных животных. Из всех факторов окружающей среды самое большое влияние на здоровье и продуктивность животных оказывает кормление. Для животноводства важно не только количество, но, главным образом, качество кормов, их ценность, определяется содержанием питательных веществ. Особенно важным компонентом корма является белок. Поэтому для обеспечения высокой продуктивности коров в рационах увеличивают долю концентрированных кормов. Однако, в целях повышения продуктивности животных невозможно неограниченно увеличивать содержание протеинов в рационе, т.к. для нормального функционирования желудочно-кишечного тракта жвачных животных питательные вещества необходимы в определенном соотношении. При избытке протеина (особенно, при недостатке углеводов) в преджелудках жвачных животных понижается всасывание аммиака, происходит образование большого количества масляной и уксусной кислот, которые не утилизируются, а превращаются в ацетоуксусную и бета-оксимасляные кислоты. Избыточное введение в рацион концентрированных кормов приводит к тому, что в преджелудках уменьшается бактериальный синтез аминокислот и витаминов группы B, а поступающий с кормами белок недостаточно перерабатывается микрофолорой, что ведёт к накоплению в организме недоокисленных токсичных продуктов. В результате развивается тяжёлая интоксикация организма с развитием кетоза, что
влечет общее расстройство всех систем организма животных, снижение продуктивности и нарушение репродуктивной функции. Следовательно, избыточное содержание белка может приводить к нарушению не только процессов пищеварения, но и к нарушению функциональной активности организма в целом. Особенно это касается высокопродуктивных животных.
Для снижения указанных выше последствий и для достижения высокой продуктивности лактирующих коров необходимо создать наиболее благоприятные условия для микрофлоры рубца, а также нормировать в различных кормах количества расщепляемого (РП) и нерасщепляемого (НРП) протеина в рубце [1-4] при условии его «защиты» от распада в преджелудках [5].
На протяжении многих лет в России и за рубежом активно ведутся работы по поиску способов и препаратов, снижающих степень распада протеина высококонцентрированных белковых кормов. Существующие подходы к решению этой задачи можно условно разделить на четыре группы.
1. Денатурирование протеинов в щелочных средах (рН=9-10) с последующим нагреванием от 30 до 800С, либо термообработкой водных растворов и суспензий кормов при повышенных температурах с доведением массы до полужидкого или жидкого состояния и затем с последующим впрыскиванием массы в холодную форму.
2. Обработка белков и белоксодержащих кормов дубящими веществами, в частности, таннином.
3. Обработка белоксодержащих кормов альдегидами, спиртами, кислотами и др.
кормление сельскохозяйственных животных
4. Гранулирование кормовых добавок и белоксо-держащих кормов с последующим капсулированием оболочками на основе солей жирных кислот, пленкообразующих полимеров и т. д. нерастворимыми в рубце (в нейтральной среде), но растворимыми в нижележащих отделах желудочно-кишечного тракта в кислой среде.
Каждый из перечисленных выше способов торможения распада белка в рубце по-своему эффективен. Это подтверждается заметным увеличением приростов живой массы или увеличением надоев молока. Но у этих средств «защиты» есть и недостатки, прежде всего связанные со сложностью технологических приемов, большой дозировкой препаратов, токсичностью некоторых из них, высокими затратами при их производстве и применении. Все это делает дорогостоящим и нерентабельным применение подобных препаратов, а в случае их токсичности - приводит к снижению качества молока и мяса. Представляется весьма актуальной и перспективной задачей разработка новых препаратов для эффективной «защиты» полноценных кормовых белков от микробного распада в преджелудках жвачных животных.
Наши исследования физико-химических свойств одного из представителей класса высокомолекулярных водорастворимых полимеров (ВВП), проведенные в условиях in vitro, показали перспективность применения ВВП в качестве «защищающего» агента. При этом такой агент, по нашим предположениям, не должен иметь перечисленные выше недостатки известных агентов «защиты».
Цель работы - изучить влияние высокомолекулярных водорастворимых полимеров на рубцовое пищеварение жвачных животных.
Материалы и методы. Экспериментальная работа была выполнена на 6 коровах, черно-пестрой породы, с суточным удоем на момент опыта 25 л. Были сформированы две группы - контрольная и опытная. В каждой группе было 3 головы. Исследования по физиологии пищеварения были выполнены в условиях вивария института. Во всех физиологических экспериментах, в которых изучали влияние полимера на руб-цовое пищеварение жвачных животных, использовали оперированных коров, которые имели фистулу рубца [6]. В рубцовой жидкости определяли общую концентрацию летучих жирных кислот (ЛЖК) методом паровой дистилляции на аппарате Маркгама (Хром-42); концентрацию аммиака - микродиффузионным методом в чашках Конвея; рН - на рН-метре; количество бактерий и инфузорий; эффективность микробного синтеза; рас-падаемость сырого протеина (СП) кормов рациона - по методам, изложенным в руководствах [7-9].
В качестве полимерной добавки в корм использовали высокомолекулярный анионный водорастворимый полимер (ВВП), с линейной структурой молекулы и молекулярной массой »1x106 Дальтон. ВВП вносили в комбикорм в виде водного раствора из расчета 0,001% от веса корма.
Результаты исследований. В виду того, что в процессах пищеварения главная роль принадлежит рубцу, были изучены процессы, происходящие в нем при применении полимерной добавки высокомолекулярного анионного полиэлектролита, с использованием некоторых основных критериев.
Важным критерием интенсивности ферментативных процессов в рубце служит уровень образования аммиака и ЛЖК. В экспериментах выявлено, что введение в рацион коров малых количествах ВВП в смеси с комбикормом вначале незначительно ускоряло процесс образования аммиака и ЛЖК, а затем снижало, что указывает на наличие эффекта частичной «защиты» белка в рубце. Кроме того, следует отметить выраженную тенденцию (Р<0,2) к увеличению значений рН рубцовой жидкости у опытных животных (6,19±0,07), по сравнению с контролем (5,9±0,05), особенно в период интенсивной ферментации (через 3 ч после кормления). Для деятельности рубцовой микрофлоры оптимальные значения рН - 6,2. По-видимому, в рубце происходит частичная сорбция ионов водорода полимером, благодаря чему поддерживается более благоприятный уровень рН для рубцовой микрофлоры. Мы полагаем, что другое объяснение может заключаться в том, что полимер способствует снижению образования аммиака и других продуктов диссимиляции кормовых белков за счет эффекта «защиты» белка в рубцо-вом содержимом.
Изучение микробиологических процессов в присутствии испытуемого полимера выявило повышение количества бактерий и инфузорий в рубце у животных опытной группы по сравнению с контролем (табл. 1), Известно, что существует прямая зависимость между численностью микроорганизмов рубца и продуктивностью жвачных животных. Чем больше количество микроорганизмов в рубце, тем выше уровень продуктивности животных. За счёт ферментов микрофлоры рубца удовлетворяется до 80% потребности жвачных в энергии, 30-50% - в белке, в значительной мере в макро- и микроэлементах и витаминах, переваривается от 50 до 70% сырой клетчатки рациона. В преджелудках жвачных развиваются в основном анаэробные микроорганизмы: простейшие (инфузории) и бактерии. Следует отметить особую биологическую роль инфузорий в руб-цовом пищеварении. Они подвергают корм механической обработке, используют для своего питания трудно перевариваемую клетчатку и благодаря активному движению создают своеобразную микроциркуляцию среды. Инфузории разрыхляют, измельчают корм, в результате чего увеличивается его поверхность, он становится более доступным для действия бактериальных ферментов. Белок тела инфузорий, как и белок бактерий, имеет высокую биологическую ценность.
В таблице1 показано, что число бактерий в рубце животных опытной группы составляло 8,5±0,16 млрд/ мл, а в контроле -178,0±21,2 млрд/ мл; количество инфузорий в рубце
было равно в опыте и контроле 178,0±21,2 тыс/мл и 141,6±26,3 тыс/мл, соответственно. Полученные нами данные свидетельствуют о благоприятном влиянии полимера на среду обитания микроорганизмов рубца, т.к. происходит существенное уве-
личение их численности, следовательно, можно предполагать, что введение полимера в концентрированный корм будет положительно влиять на молочную продуктивность коров.
Таблица 1
Среднесуточные показатели микробиологических процессов в рубце коров контрольной и опытной групп
Группа Число бактерий, млрд/мл Число инфузорий, тыс/мл
Контроль 8,1±0,16 141,6±26,3
Опыт 8,5±0,16 178,0±21,2
Результаты исследования микробного синтеза в рубце коров приведены в таблице 2. Очевидно, что этот показатель был ниже у животных из опытной группы по сравнению с контрольной и составлял 23,2±1,3 г
Эффективность микробного синтеза в рубце коров
микр. азота/кг ПОВ и 25,9±1,6 г микр. азота/кг ПОВ, соответственно. Распадаемость СП кормов рациона также была ниже в опытной группе, чем в контрольной и была равна 51,3±2,9% и 56,1±2,6%, соответственно.
Таблица 2
и распадаемость сырого протеина кормов рациона
Группа Эффективность микробного синтеза, г микр. азота/кг ПОВ Распадаемость СП кормов рациона, %
Контроль 25,9±1,6 56,1±2,6
Опыт 23,2±1,3 51,3±2,9
Таким образом, введение полимера в корм животным снижало на 10% эффективность микробного синтеза при одновременном снижении распадаемости СП кормов рациона на 8,5% (табл. 2), что свидетельствует о наличии эффекта «защиты» кормового белка от распада микрофлорой рубца и позволяет предположить, что этот эффект «защиты» будет способствовать повышению молочной продуктивности коров.
Заключение. Полученные экспериментальные данные дают определенные основания в пользу представления о том, что влияние высокомолекурно-го водорастворимого полимера на процессы пищеварения у жвачных животных может сопровождаться оптимизацией среды обитания бактериальной фло-
Литература
ры рубца и «защитой» кормового белка от распада в рубце, что, очевидно, будет способствовать нормализации обменных процессов у жвачных животных, особенно, при концентратном типе кормления крупного рогатого скота. Абсолютная безвредность для здоровья животных и человека; низкая стоимость; незначительные концентрации полимера, дающие положительный эффект; простота процесса внесения в корм дают основание считать водорастворимые высокомолекулярные полимеры перспективными для разработки на их основе принципиально новых экологически чистых добавок в корм и высоко рентабельной технологии повышения продуктивности сельскохозяйственных животных.
1. Mohammed, O.E. Measurement of protein degradation in the rumen / O.E.Mohammed, R.M.Smith // Proc. Nut 4r. Soc. - 1977. - Vol. 36, № 1. - P. 152 A.
2. Mehret A.Z. Processing factors affecting the degradability of fish meal in the rumen / A.Z.Mehret, E.R.Orskow // J. Anim. Sci. - 1979. - Vol. 50, № 3. - P. 737-744.
3. McAllan A.B. Factors influencing the digestion of dietary carbohydrates between the month and abomasums of steers / A.B. McAllan, R.H. Smith // Brit. J. Nutr. - 1983. - Vol. 50. - № 2. - P. 445-454.
4. Michaleten-Doreau B. Aliments concentres pour ruminantes: degradability in situ dans le rumen / B. Michaleten-Doreau // INRA Prod. Anim. - 1992. - Vol. 5, № 5. - P. 371 - 377.
5. Егерсков Э.П. Протеиновое питание жвачных животных / Э.П.Егерсков. - М.: Агропромиздат, 1985. - 80 с.
6. Алиев А.А. Новейшие оперативные методы исследований жвачных животных / А.А.Алиев. - М: Агропромиздат, 1985. - 127 с.
7. Изучение микрофлоры преджелудков у жвачных: методические указания. - Боровск: ВНИИФБиП, 1977.
8. Методы исследования пищеварения жвачных. - Боровск: ВНИИФБиП, 1987.
9. Протеиновое питание молочных коров (Рекомендации по нормированию). - Боровск: ВНИИФБиП, 1998.
кормление сельскохозяйственных животных
DIGESTION IN THE RUMEN OF RUMINANT ANIMALS IN THE PRESENCE OF HIGH MOLECULAR WATER-SOLUBLE POLYMER
Grudina N.V. - Doctor of Biological Sciences; Bydanova V.V. - Candidate of Chemical Sciences;
Grudin N.S. - Candidate of Veterinary Sciences.
All-Russian Research Institute of Agricultural Radiology and Agroecology, Obninsk
(e-mail: n.grudina2014@yandex.ru).
One of the ways of solving the problem of improving meat and milk productivity of farm animals is the use of different methods and means reducing the degree of decomposition of the protein in high concentrated protein feeds of the rumen. Each of the existing methods for reducing the protein disintegration in the rumen is effective in its own way. But these means of "protecting" the protein have significant drawbacks, which limit their application. Therefore, an important and promising task is development of new drugs for the effective "protection" concentrated protein feeds from microbial decay in the rumen of ruminant animals. This article presents the results of the study, indicating the possibility of using high molecular weight water-soluble polymers (HWP) to reduce decay of protein in the rumen. HWP had a linear molecular structure and a molecular mass of 1x107 Da. The polymer was introduced into the diet with concentrated food. The experiment also shows that the effect of HWP is accompanied by an optimization of the habitat of the bacterial flora of the rumen, which contributes to the normalization of metabolic processes in ruminant animals, especially in case of the concentrating type of feeding cattle.
KEYWORDS: ruminant animals, rumen, protein, "protecting" the protein, high molecular weight water-soluble polymers.
References
1. Mohammed O.E. Measurement of protein degradaition in the rumen / O.E.Mohammed, R.M.Smith // Proc. Nut 4r. Soc. - 1977. - Vol. 36, № 1. - P. 152 A.
2. Mehret A.Z. Processing factors affecting the degradability of fish meal in the rumen / A.Z.Mehret, E.R.Orskow // J.Anim. Sci. - 1979. - Vol. 50, № 3. - P. 737-744.
3. McAllan A.B. Factors influencing the digestion of dietary carbohydrates between the month and abomasums of steers / A.B.McAllan, R.H.Smith // Brit. J. Nutr. - 1983. - Vol. 50. - № 2. - P. 445-454.
4. Michaleten-Doreau B. Aliments concentres pour ruminantes: degradability in situ dans le rumen / B.Michaleten-Doreau // INRA Prod. Anim. - 1992. - Vol. - 5, № .5. - P. 371-377.
5. Yegerskov E.P. Proteinovoe pitanie zhvachnyh zhivotnyh [Protein feeding of ruminants] / E.P.Yegerskov. - M.: Agropromizdat, 1985. - 80 p.
6. Aliev A.A. Noveyshiye operativnye metody issledovaniy zhvachnyh zhivotnyh [The newest operational methods of ruminant animals research] / A.A.Aliev. - M: Agropromizdat, 1985. - 127 p.
7. Izuchenie mikroflory predzheludkov u zhvachnyh: metodicheskie ukazaniya [Study of the proventriculi microflora in ruminants: guidelines]. - Borovsk: Izd-vo BiFiP, 1977.
8. Metody issledovaniya pishchevareniya zhvachnyh [Methods for studying the digestion of ruminants]. - Borovsk: Izd-vo BiFiP, 1987.
9. Proteinovoe pitanie molochnykh korov (Rekomendatsii po normirovaniyu) [Protein nutrition of dairy cows (Recommendations on rationing)]. - Borovsk: Izd-vo BiFiP, 1998.
