CC BY
46
УДК 636.085.57:579.6
Кондакова К.С., Япрынцева Е.В., Дроздова Е.А., Курилкина М.Я.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
ЗАВИСИМОСТЬ АДГЕЗИВНОЙ АКТИВНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ РУБЦА И ПЕРЕВАРИМОСТИ КОРМОВ ОТ ВНЕСЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК
В работе представлены результаты количественной оценки адгезии бактерий рубца с помощью люминесцентного микроскопа и учета переваримости кормовых субстратов при внесении минеральных солей в корм. Показано, что внесение Са2+- и Мд2+содержащих добавок способствует адгезии бактерий к субстрату.
Ключевые слова: адгезия, переваримость, экструзия, соли металлов.
Высокие требования, предъявляемые к энергетической и питательной ценности кормов для высокопродуктивных жвачных животных привели к поиску альтернативных источников энергии и путей совершенствования технологических процессов подготовки кормов. Сегодня в кормлении крупного рогатого скота широко используются жиры и масла в качестве дополнительного источника энергии. Но следует отметить, что использование жировых добавок приводит к изменению метаболической активности рубцовой микрофлоры, в частности снижению деградации целлюлозы [2, 3]. Вероятно, жирные кислоты обволакивают растительные волокна, препятствуя адгезии микроорганизмов, а также образуют хелатные соединения с ионами металлов, снижая доступности катионов для целлюлозоразлагающих бактерий, которые, как полагают ряд исследователей, необходимы для роста бактерий и их ферментативной активности [1, 4, 5]. Поэтому возникает необходимость нахождения приемов, направленных на поддержание адгезивной активности бактерий рубца и способствующих полноценной переваримости кормов. В данной области представляются интересным исследования потенциальной роли минеральных добавок в адгезии бактерий к растительным волокнам и деградации последних.
Материалы и методы исследования
Исследования были выполнены в условиях лабораторий института биоэлементологии Оренбургского государственного университета. В качестве объектов исследования были выбраны пшеничные отруби, подсолнечный фуз, соли металлов (СаС03, Са8042Н20, Са(Н2Р04)2Н20, 3МеС03Ме(0Н)23Н20, М§8047Н20,
М§3(Р04)2, №НС03, КаШ04Н20, №2НР04, КНС03, КНБ04 Н20, К2НР04). Пшеничные отруби с подсолнечным фузом в натуральном виде и в смеси с разными минеральными добавками подвергали экструзионной обработке с использованием универсального одношнекового пресс-экструдера ПШ - 30/1, при давлении 10 МПа и температуре не более 1200С, при влажности смеси 30%. Соли металлов добавляли в концентрации 10% от общей массы продукта.
Подопытных животных с фистулой рубца содержали в условиях экспериментально-биологической клиники (вивария) Оренбургского государственного университета на сбалансированном рационе согласно детализированным нормам кормления, поили вволю. В качестве жировой добавки в рацион вносили подсолнечный фуз. Пробы рубцовой жидкости отбирали у фистульного бычка через 3 часа после кормления (пик рубцового пищеварения), которые затем фильтровали через 4 слоя стерильной марли.
Подсчет адгезированных на кормовых частичках микроорганизмов проводили в соответствии с собственной оригинальной методикой, которая включила: отбор и подготовку рубцовой жидкости; смешивание исследуемого образца (кормовой смеси с минеральными добавками) с подготовленной рубцовой жидкостью; инкубирование данной взвеси при температуре 38°С 3 ч, периодически помешивая; центрифугирование исследуемых проб при 500 об/мин; приготовление препаратов из разведений супернатанта (10-3—10-5) и окраску их водным раствором акридина оранжевого в течении 15 мин. Препарат исследовали с помощью люминесцентного микроскопа. Количество клеток, адгези-рованных на частичках субстрата, подсчитывали на 10 частицах и более чем в 3-х параллелях.
Переваримость сухого вещества определяли методом «in vitro» при помощи «искусственного рубца KPL 01» по методике Попова В.В., Рыбиной Е.Т (1983) в модификации ГИ. Лева-хина, А.Г Мещерякова (2003).
Статистическая обработка данных проводилась с использованием программ MS Excel, STATISTICA 6 с определением средних значений, средней ошибки средней, t-критерия Стьюдента, коэффициента корреляции методом Пирсона.
Результаты и их обсуждение
Локализация прикрепленных бактерий и характер адгезии зависят от многих факто-
ров, среди которых существенная роль отводится физическим и химическим свойствам корма. Выбор экструзионной обработки кормовых средств не случаен. Опираясь на литературные источники и ранее полученные данные, можно сделать вывод о том, что экструзия растительного волокна приводит к разрыву структурных полимерных молекул и тем самым открывает дополнительные места связывания микроорганизмов с субстратом. В подтверждение данного факта предварительно была определена степень адгезии бактерий рубца к экструдированным пшеничным отрубям с подсолнечным фузом и кормам без
-Q
X
5
со
о
6
та
р.
у £
сЗ & U о
а «
§ ЁУ & S
1 - Экструдированные (Э) отруби пшеничные (О) с подсолнечным фузом (Ф) (контроль);
2 - Э + О + Ф + СаСО3 8 - Э + О + Ф + №НС03
3 - Э + О + Ф + CaSO4 2H2O 9 - Э + О + Ф + №Ш04Н20
4 - Э + О + Ф + Са(Н2Р04)2Н20 10 - Э + О + Ф + №2НР04
5 - Э + О + Ф + 3MgCO3Mg(OH)23H2O 11 - Э + О + Ф + КНС03
6 - Э + О + Ф + MgSO4■7H2O 12 - Э + О + Ф + КШ04Н20
7 - Э + О + Ф + Mg3(PO4)2 13 - Э + О + Ф + К2НР043Н20
Рисунок 1. Количественная оценка адгезированных бактерий рубца, подсчитанная с помощью люминесцентного микроскопа
& 55
та
8 50
1 - Экструдированные (Э) отруби пшеничные (О) с подсолнечным фузом (Ф) (контроль);
2 - Э + О + Ф + СаСО3 8 - Э + О + Ф + №НС03
3 - Э + О + Ф + CaSO42H2O 9 - Э + О + Ф + №Ш04Н20
4 - Э + О + Ф + Са(Н2Р04)2Н20 10 - Э + О + Ф + №2ЫР04
5 - Э + О + Ф + 3MgCO3■Mg(OH)23H2O 11 - Э + О + Ф + КНС03
6 - Э + О + Ф + MgSO47H2O 12 - Э + О + Ф + КШ04Н20
7 - Э + О + Ф + Mg3(PO4)2 13 - Э + О + Ф + К2НР043Н20
Рисунок 2. Учет переваримости сухого вещества исследуемых субстратов (іп vitro),%
обработки. Отмечено, что к экструдированным субстратам адгезия микроорганизмов была достоверно выше, чем к образцам без обработки (16±0,21 и 13±0,66 клеток/частицу субстрата соответственно).
В ходе исследования были получены результаты количественной оценки адгезионной активности рубцовых бактерий к поверхности частиц экструдированных пищевых субстратов с металлосодержащими добавками (рис. 1). В качестве контроля использовались экструдированные пшеничные отруби с подсолнечным фузом. В результате проведенного опыта установлено, что минеральные добавки с СаСО3, 3MgCO3Mg(OH)23H2O, CaSO42H2O, Mg3(PO4)2 достоверно (р<0,01) повышали адгезивную активность рубцовых микроорганизмов на 25%, NaHCO3 - на 18,75%, а MgSO47H2O - на 12,5%. Видимо, двухвалентные катионы металлов оказывают положительное влияние на бактериальную адгезию, обеспечивая дополнительное связывание с растительными волокнами за счет соединения с отрицательно заряженными стенками растительных клеток, и являясь сигнальными молекулами для прикрепления и роста бактерий. Как видно из полученных результатов наибольший положительный эффект связан с внесением нерастворимых солей. Вероятно, данные соли встраиваются в разветвленную, пористую структуру субстрата, полученную после экструзии, и придают стабильность полученному комплексу.
Далее была определена переваримость сухого вещества in vitro исследуемых субстратов (рис. 2). Отмечено, что сочетание экструзионной обработки и внесение углекислой соли
кальция способствует более высоким показателям переваримости сухого вещества (р<0,05). Остальные минеральные соли не оказывали статистически значимого влияния на переваримость кормов. Возможно, наличие избыточного количества жиросодержащих компонентов в составе исследуемых субстратов препятствовало активации ферментных систем бактерий рубца.
Полученные результаты дали возможность предположить наличие корреляционной зависимости между изучаемыми показателями. Отмечен относительно высокий коэффициент корреляции (г = 0,78, р<0,01) между переваримостью исследуемых образцов и адгезией бактерий рубца к поверхности частиц пищевых субстратов, подсчитанной с помощью люминесцентной микроскопии. Полученные данные могут рассматриваться как подтверждение прямой функциональной зависимости между числом адгезированных микроорганизмов и степенью переваримостью исследуемых пищевых минерально-растительных комплексов.
Таким образом, наиболее выраженная адгезия рубцовых бактерий к экструдированным кормовым субстратам происходит при введении кальций- и магнийсодержащих добавок. Переваримость исследуемых субстратов достоверно повышалась при внесении минеральной добавки с СаСО3. Установлена прямая сильная корреляционная связь между количеством адгези-рованных микроорганизмов и переваримостью исследуемых кормов. Полученные результаты можно использовать для активации адгезионной и ферментативной активностей микроорганизмов.
9.11.2011
Список литературы:
1. Dehority, B.A. Cellulose digesting rumen bacteria // Chapter 8. Rumen Microbiology. Nottingham. University Press - 2003. UK -S. 177-208.
2. Ferlay, A. Influence of method of administration of rapeseed oil in dairy cows. 2. Status of divalent cations / A. Ferlay, M. Doreau // J. Dairy Sci. - 1995. - Vol. 8 - S. 2239-2246.
3. Jenkins, T.C. Effect of added fat and calcium on in vitro formation of insoluble fatty acid soaps and cell wall digestibility / T.C. Jenkins, D.L. Palmquist // J. Anim. Sci. - 1982. - Vol. 55 - S. 957-963.
4. Miron, J. Mechanisms of Rumen Cellulolytic Bacteria / J. Miron, D. Ben-Ghedalia, M. Morrison // J. Dairy Sci. - 2001. -Vol. 84 - S. 1294-1309.
5. Weimer, PJ. Studies of the extracellular glycocalyx of the anaerobic cellulolytic bacterium Ruminococcus albus 7 / PJ. Weimer, N.P. Price, O. Kroukamp [et al.] // Appl Environ Microbiol. - 2006. - Vol. 72(12). - S. 7559-7566.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по гранту № 16.740.11.0676 от 07.06.2011 г.
Сведения об авторах:
Кондакова Кристина Сергеевна, научный сотрудник института биоэлементологии Оренбургского государственного университета, e-mail: [email protected] Япрынцева Екатерина Владимировна, студент кафедры микробиологии Оренбургского государственного университета, e-mail: [email protected] Дроздова Елена Александровна, доцент кафедры микробиологии Оренбургского государственного университета, кандидат биологических наук, 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, тел. (3532)372482, e-mail: [email protected] Курилкина Марина Яковлевна, специалист испытательного центра ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии, e-mail: [email protected]
UDC 636.085.57:579.6
Kondakova Ch.S., Yapryntseva E.V., Drozdova E.A., Kurilkina M.Ya.
THE DEPENDENCE OF ADHESIVE ACTIVITY RUMEN BACTERIAS AND DIGESTIBILITY FROM MAKING MINERAL SUPPLEMENTS
The results quantify the adhesion of bacteria with rumen fluorescence microscope and digestibility in making mineral salts in the feed. It is shown that the introduction of Ca2+- and Mg2+-containing additives promotes the adhesion of bacteria to the substrate.
Keywords: adhesion, digestibility, extrusion, metal salts.
Bibliography:
1. Dehority, B.A. Cellulose digesting rumen bacteria // Chapter 8. Rumen Microbiology. Nottingham. University Press -2003. UK - S. 177-208.
2. Ferlay, A. Influence of method of administration of rapeseed oil in dairy cows. 2. Status of divalent cations / A. Ferlay, M. Doreau // J. Dairy Sci. - 1995. - Vol. 8 - S. 2239-2246.
3. Jenkins, T.C. Effect of added fat and calcium on in vitro formation of insoluble fatty acid soaps and cell wall digestibility / T.C. Jenkins, D.L. Palmquist // J. Anim. Sci. - 1982. - Vol. 55 - S. 957-963.
4. Miron, J. Mechanisms of Rumen Cellulolytic Bacteria / J. Miron, D. Ben-Ghedalia, M. Morrison // J. Dairy Sci. - 2001. -Vol. 84 - S. 1294-1309.
5. Weimer, P.J. Studies of the extracellular glycocalyx of the anaerobic cellulolytic bacterium Ruminococcus albus 7 / PJ. Weimer, N.P Price, O. Kroukamp [et al.] // Appl Environ Microbiol. - 2006. - Vol. 72(12). - S. 7559-7566.
