Способ регуляции рубцового пищеварения у молочных коров

Боголюбова Н.В.; Зайцев В.В.; Шаламова С.А.

УДК 636.4.084.5

СПОСОБ РЕГУЛЯЦИИ РУБЦОВОГО ПИЩЕВАРЕНИЯ

У МОЛОЧНЫХ КОРОВ

Н.В. Боголюбова, кандидат биологических наук ФНЦ животноводства - ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста

B.В. Зайцев, доктор биологических наук

C.А. Шаламова, аспирант ФГОУ ВО Самарская ГСХА E-mail: [email protected]

Аннотация. Одним из способов улучшения физиолого-биохимического и метаболического статуса организма жвачных животных является использование в питании энергетических и фитобиотических отечественных кормовых средств. Проведен эксперимент продолжительностью 85 дней на базе хозяйства ООО «АСТ-групп» (Самарская область) на двух группах молочных коров 2-3 месяца лактации. Цель эксперимента состояла в изучении особенностей ферментативных и микробиальных процессов в рубце молочных коров с использованием в питании отечественного кормового продукта, состоящего из энергетических, минеральных и фитобиотических компонентов. В конце эксперимента были отобраны образцы руб-цового содержимого. В нем на основании общепринятых методов определяли кислотность, общее количество летучих жирных кислот (ЛЖК), содержание отдельных ЛЖК, концентрацию аммиачного азота, общее количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), содержание лактозоположительных и лактозоотрицательных микроорганизмов группы кишечной палочки. Использование добавки в количестве 150 мл способствовало усилению ферментативных и микробиальных процессов в рубце, что проявлялось в повышении концентрации ЛЖК на 44% при повышении доли уксусной и снижении доли пропионовой и масляной кислот, повышении концентрации аммонийного азота на 13,9%. В рубце опытных коров наблюдалась тенденция к повышению общего количества КМАФАнМ. Ключевые слова: дойные коровы, ферментативные, микробиальные процессы, комплексная добавка.

Введение. Около 80% всего объема сложного желудка взрослых жвачных животных приходится на долю рубца, который можно рассматривать как большую бродильную камеру, обеспечивающую подходящую среду для непрерывного развития популяции микроорганизмов. Постоянство условий в рубце достигается благодаря регулярному поступлению субстрата для микроорганизмов с кормом, всасыванию через стенку рубца в кровь растворимых продуктов их жизнедеятельности, устойчивой температурой среде за счет терморегулирующих механизмов организма, выработке большого количества слюны [2]. Показано, что 70-85% переваримого сухого вещества рациона жвачных используется в рубце [8], что подчеркивает важность этого отдела сложного желудка. Главной функцией рубца является переваривание содержащейся в корме клетчатки, осуществляемое с помощью целлюлозолитиче-ской активности популяции микроорганиз-

мов. За счет микробиального белка обеспечивается значительная доля потребности жвачных в белке.

В практике кормления жвачных животных с целью создания оптимальной среды в рубце для жизнедеятельности микроорганизмов и переваривания кормовых субстратов рациона применяют кормовые добавки с различными биологическими свойствами, такие, как эрготропики, грибковые культуры, модификаторы, антиоксиданты, ферменты, фитобиотики и др. [1, 3, 16]. Так, Valenzuela-Grijalva et al. (2017) [15] в своих исследованиях показали высокую биологическую активность фитобиотических кормовых добавок, направленную на поддержание и улучшение ферментативных процессов в рубце, стимуляцию развития микроорганизмов, улучшение пищеварения и усвоения питательных веществ за счет увеличения активности пищеварительных ферментов, снижения окислительных процессов и роста пато-

генных бактерий. Было обнаружено, что эти соединения оказывают специфическое антимикробное действие против некоторых патогенных организмов. Кроме того, УП^ й а1. (2015) [18] сообщали, что некоторые растительные метаболиты, особенно эфирные масла, обладают избирательным подавлением функции некоторых микроорганизмов. Многие исследователи сообщают о различных положительных влияниях вторичных метаболитов растений на снижение эмиссии метана, выделяемого жвачными животными [9, 12, 13].

Сообщается, что биологически активные составляющие рациона молодняка крупного рогатого скота на основе натуральных компонентов являются альтернативной применения антибиотиков и способны регулировать процессы рубцовой ферментации [4]. В летнее время организм коров очень подвержен тепловому стрессу, следствием которого становится значительный спад продуктивности. Воздействие высоких температур способствует возникновению оксидативного стресса и снижению антиоксидантной защиты организма животных [5]. В период теплового стресса у животных наблюдают снижение интенсивности жвачки и буферных свойств слюны, в связи с этим ацидоз можно наблюдать даже при скармливании рационов, содержащих оптимальный уровень клетчатки. Актуальным в этот период является использование в питании животных энергетических, минеральных и биологически активных компонентов [17].

Цель эксперимента состояла в изучении особенностей ферментативных и микроби-альных процессов в рубце молочных коров с использованием в питании отечественного кормового продукта, состоящего из пропи-ленгликоля, глицерина, льняного масла, активированного угля, сахара и хвойного экстракта (производство НТЦ «Химинвест», Нижний Новгород).

Методы проведения и экспериментальная база. Научно-производственный эксперимент проведен в летний период на базе хозяйства ООО «АСТ-групп» (с. Верхние Бело-зерки, Ставропольский район, Самарская об-

ласть) на двух группах коров черно-пестрой породы (контрольная и опытная) 2-3 месяца лактации, по 10 голов в каждой, подобранных по продуктивности. В качестве основного рациона коровы всех групп получали рацион, принятый в хозяйстве и состоящий из 4 кг сена, 15 кг зеленой массы, 6 кг зернос-меси (ячмень, овес, шрот подсолнечный). Животные опытной группы в дополнение к основному рациону получали 150 г комплексной добавки. Продолжительность опыта составила 85 дней. В конце эксперимента у 5 животных из каждой группы через 3 часа после утреннего кормления с помощью пищеводного зонда были отобраны образцы руб-цового содержимого. В рубцовом содержимом определяли рН с помощью рН-метра Аквилон-410 (Россия).

Затем содержимое отфильтровывали и в полученной рубцовой жидкости определяли общее количество летучих жирных кислот методом паровой дистилляции в аппарате Маркгама, содержание отдельных летучих жирных кислот - методом ГЖХ, аммиачный азот - микродиффузным методом по Кон-вею, содержание КМАФАнМ, лактозополо-жительные и лактозоотрицательные микроорганизмы группы кишечной палочки - общепринятыми методами. Весь полученный цифровой материал статистически обработан методом вариационной статистики по Стью-денту с использованием программы Microsoft Excel в пределах следующих уровней значимости: * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** -Р < 0,001.

Результаты исследований. В рубце жвачных животных протекают сложные микробиологические процессы, требующие определенных условий среды. От характера и интенсивности этих процессов зависит эффективность использования энергии и питательных веществ корма у жвачных. Реакция содержимого рубца в зависимости от рациона может быть слабокислой или слабощелочной, она поддерживается в пределах рН=6,5-7,4, что является важнейшим условием для развития микроорганизмов и для течения биохимических процессов в преджелудках. Повышение общей кислотности рубцового

содержимого у опытных коров связано с интенсификацией процессов брожения и образования кислых метаболитов в рубце в виде летучих жирных кислот при скармливании комплексной добавки, содержащей энергетические и биологически активные компоненты.

Известно, что оптимальная величина рН в рубце молочных коров равна 6,3-6,8, низкий уровень неблагоприятен для целлюлозоли-тических бактерий, которые максимально активны при значениях рН от 6,8 до 7,2. В наших исследованиях мы наблюдали, что в рубце животных опытной группы значения рН среды были близки к нейтральным, что наиболее благоприятно для развития и жизнедеятельности микроорганизмов (таблица 1). Летучие жирные кислоты возникают в рубце преимущественно в результате сбраживания углеводов корма и составляют главный источник энергии для жвачных.

Таблица 1. Значения рН и концентрация аммиака

Группа Группы животных Норма

контрольная опытная

рН 7,26±0,07 6,94±0,01* 6,0-7,3

Аммиак, мг% 13,99±0,6 15,93±0,6 6,5-30

Возможно, что энергетические и фитобио-тические составляющие добавки оказали влияние на образование этого метаболита. Подобные результаты были получены в исследованиях Т.М.БеБгат й а1. (2004) [6].

контрольная

Различия по сравнению с контролем статистически достоверны при *- Р<0,05

Общая концентрация этих метаболитов и соотношение отдельных летучих жирных кислот зависят от рациона. В рубце происходит как образование ЛЖК, так и их всасывание. Установлено, что отдельные летучие жирные кислоты всасываются с различной скоростью, которая частично зависит от концентрации кислоты и от значения рН в рубце. Основная масса летучих жирных кислот приходится на долю уксусной и пропионовой, и их соотношение в химусе рубца зависит от структуры рациона, содержания в нем белка, крахмала и легкопереваримых углеводов.

Общее количество летучих кислот в пред-желудках было на 44% выше у коров опытной группы по сравнению с коровами контрольной группы (рис. 1). Этот факт свидетельствует о более интенсивном протекании гидролиза углеводов у опытных животных.

Рис. 1. Содержание летучих жирных кислот в рубцовой жидкости, мМоль/100 мл

Рассматривая молярное соотношение отдельных короткоцепочных кислот, следует отметить, что оно было в пределах физиологических норм при некотором повышении у опытных коров доли уксусной кислоты и снижении доли пропионовой и масляной кислот (рис. 2).

Бутират, %

Пропионат, %

Ацетат, %

20

40

60

80

Рис. 2. Молярное соотношение отдельных летучих жирных кислот, %

Под действием протеолитических ферментов микроорганизмов рубца белковые компоненты корма расщепляются с образованием пептидов и аминокислот, которые подвергаются воздействию дезаминаз с образованием аммиака. Последний используется микроорганизмами для синтеза белков, имеющих высокую биологическую ценность для организма животного-хозяина. Излишки

0

аммиака всасываются через стенки рубца и попадают в печень. Концентрация аммонийного азота у животных, получавших в составе рациона комплексную добавку, была несколько выше по сравнению с животными контрольной группы (на 13,9%), что может свидетельствовать о более высокой протео-литической активности рубцовой микрофлоры и создании сбалансированных условий для интенсивного микробиального синтеза.

Последний факт могут также подтвердить данные, полученные в результате микробиологических исследований. В результате активной деятельности бактерий и простейших рубца питательные вещества корма повергаются сложным превращениям [14]. Развитию обильной по численности и разнообразной по составу микрофлоры в рубце способствуют определенные условия среды. Наиболее благоприятны эти условия для распространения облигатных и факультативных анаэробов. Между отдельными видами микроорганизмов существуют симбиотические отношения разделения функций, и при отсутствии условий для развития какой-либо группы и ее вымирании происходят негативные изменения и дисбаланс. Поэтому регуляция процессов в рубце с целью создания оптимальных условий для развития микроорганизмов является залогом повышения усвоения питательных веществ кормов рационов. Так, введение в рационы животных комплексной добавки в количестве 150 г благотворно повлияло на микрофлору рубца (таблица 2).

В рубце коров опытной группы наблюдалась тенденция к повышению общего количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМА-ФАнМ). Такая же тенденция наблюдалась и в отношении лактозоположительных и лак-тозоотрицательных микроорганизмов, чему способствовали, по всей видимости, фитоби-отические компоненты комплексной добавки. Подобные результаты были получены в экспериментах с растительными эфирными маслами, которые применяли для манипулирования ферментацией в рубце путем селективного подавления определенных видов микроорганизмов [7, 11]. В рубце крупного

рогатого скота, получавшего в составе рациона иголки желтой сосны, отмечали увеличение уровня образования микробиального белка. У животных этой группы, по сравнению с контрольной, отмечали также повышение содержания свободных аминокислот сыворотки крови [10].

Таблица 2. Микробиологические показатели рубцового содержимого (n=3, M±m)

Показатели Группа

контрольная опытная

КМАФАнМ, КОЭ/г 4400000000 ±450000000 7300000000 ±420000000

Лактозоположительные, КОЕ/г 860±22,9 2800±1126

Лактозоотрицательные, КОЕ/г 300±25 410±125

На основании полученных данных сделан вывод о том, что включение в состав рационов лактирующих коров комплексной добавки, содержащей энергетические, минеральные и фитобиотические компоненты, способствует регуляции пищеварительных процессов и приводит к усилению микробиальных и ферментативных процессов в рубце.

Литература:

1. Современные способы улучшения здоровья и роста продуктивности жвачных животных. Подольск, 2018.

2. Эннисон Е.Ф. Обмен веществ в рубце. М., 1962.

3. Комплексное применение холин-хлорида, L-карни-тина и Экостимул-2 в профилактике кетоза у высокопродуктивных молочных коров // Известия ОГАУ. 2010. Т. 28. № 4.

4. Performance, rumen fermentation and blood metabolites of dairy calves fed starter mixtures supplemented with herbal plants, essential oils or monensin // Journal of animal physiology and animal nutrition. 2018. Vol. 102.

5. Chauhan S.S. Dietary antioxidants at supranutritional doses modulate skeletal muscle heat shock protein and inflammatory gene expression in sheep exposed to heat stress // J. Anim. Sci. 2014. № 92. P. 4897-4908.

6. DeFrain J.M. Feeding glycerol to transition dairy cows: effects on blood metabolites and lactation performance // Journal of Dairy Science. 2004. Vol. 87. Is. 12. Р. 4195.

7. Fernandez M. Effect of Crina HC supplement upon the rumen degradative activity in sheep // Inf. Tech. Econ. Agraria. 1997. № 18. Р. 160-162.

8. Gray F.V. The digestion of cellulose by sheep at successive levels of alimentary tract // J. Exp. Biol. 1947. 24.

9. Kim E. et al. Effects of coconut materials on in vitro ruminal methanogenesis and fermentation characteristics // Asian-Australas J Anim Sci. 2014. № 27. P. 1721.

10. Kronberg S.L. A potential reason for Pon-derosa pine needle ingestion by cattle // J. Anim. Sci. 1997. № 75.

11. Mcintosh F.M. Effects of Essential Oils on Ruminal Microorganisms and Their Protein Metabolism // Environ. Microbiol. 2003. Vol. 69. № 8. P. 5011-5014.

12. Oskoueian E. Effects of flavonoids on rumen fermentation activity, methane production, and microbial population // BioMed Res Int. 2013. P. 1-8.

13. Patra A.K., Yu Z. Effects of essential oils on methane production and fermentation by, and abundance and diversity of, rumen microbial populations // Appl Environ Microbiol. 2012. № 78. P. 4271-4280.

14. Stover M.G. Pre - and probiotic supplementation in ruminant livestock production. 2016. P. 25-36.

15. Valenzuela-Grijalva N.V. Dietary inclusion effects of phytochemicals as growth promoters in animal production // J Anim Sci Technol. 2017. Vol. 59. P. 8.

16. Ward J. Probiotic yeast for optimal rumen balance // All About feed. 2017. Vol. 25. № 8. P. 24-25.

17. West J.W. Effects of heat-stress on production in dairy cattle // J. Dairy Sci. 2003. Vol. 86, № 6. P. 3131-2144.

18. Determination of the effects of some plant extracts on rumen fermentation and protozoal counts by "in vitro" gas production technique // J Anim Vet Adv. 2015. № 7.

Literatura:

1. Covremennye sposoby uluchsheniya zdorov'ya i rosta produktivnosti zhvachnyh zhivotnyh. Podol'sk, 2018.

2. Ennison E.F. Obmen veshchestv v rubce. M., 1962.

3. Kompleksnoe primenenie holinhlorida, L-karnitina i Ekostimul-2 v profilaktike ketoza u vysokoproduktivnyh molochnyh korov // Izvestiya OGAU. 2010. T. 28. № 4.

4. Performance, rumen fermentation and blood metabolites of dairy calves fed starter mixtures supplemented with herbal plants, essential oils or monensin // Journal of animal physiology and animal nutrition. 2018. Vol. 102.

5. Chauhan S.S. Dietary antioxidants at supranutritional doses modulate skeletal muscle heat shock protein and

inflammatory gene expression in sheep exposed to heat stress // J. Anim. Sci. 2014. № 92. P. 4897-4908.

6. DeFrain J.M. Feeding glycerol to transition dairy cows: effects on blood metabolites and lactation performance // Journal of Dairy Science. 2004. Vol. 87. Is. 12. R. 4195.

7. Fernandez M. Effect of Crina HC supplement upon the rumen degradative activity in sheep // Inf. Tech. Econ. Agraria. 1997. № 18. R. 160-162.

8. Gray F.V. The digestion of cellulose by sheep at successive levels of alimentary tract // J. Exp. Biol. 1947. 24.

9. Kim E. et al. Effects of coconut materials on in vitro ruminal methanogenesis and fermentation characteristics // Asian-Australas J Anim Sci. 2014. № 27. P. 1721.

10. Kronberg S.L. A potential reason for Ponderosa pine needle ingestion by cattle // J. Anim. Sci. 1997. № 75.