Вплив азотових, енергетичних і мінеральних сполук на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата ветеринарних наук

ВПЛИВ АЗОТОВИХ, ЕНЕРГЕТИЧНИХ І МІНЕРАЛЬНИХ СПОЛУК НА РІСТ І МЕТАБОЛІЧНУ АКТИВНІСТЬ МІКРООРГАНІЗМІВ РУБЦЯ ТЕЛЯТ

Огородник Н.З.

03.00.04 - біохімія

Львів - 2002

Анотація

Огородник Н.З. Вплив азотових, енергетичних і мінеральних сполук на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата ветеринарних наук за спеціальністю 03.00.04 - біохімія. - Інститут біології тварин УААН, Львів, 2002.

Дисертація присвячена дослідженню впливу різних азотових сполук, енергетичних субстратів і мінеральних елементів на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят у 1-6-місячному віці в умовах in vitro. Вивчено динаміку змін кількості мікроорганізмів і їх ферментативної активності у вмісті рубця телят 1-6-місячного віку. Встановлено оптимальне відношення між вмістом сечовини і глюкози, оптимальні концентрації ряду мікроелементів для забезпечення максимального росту мікроорганізмів. Виділено три штами фітатутилізуючих бактерій з рубця телят і вивчені їх метаболічні особливості.

Виявлено стимулюючий вплив суміші сульфату натрію, хлориду цинку і сахарози, при пероральному введенні їх тваринам, на ріст мікроорганізмів при експериментальній атонії рубця.

Ключові слова: телята, рубець, мікроорганізми, ріст, метаболічна активність, азотові сполуки, енергетичні субстрати, мінеральні елементи, in vitro, атонія.

Аннотация

Огородник Н.З. Влияние азотистых, энергетических и минеральных соединений на рост и метаболическую активность микроорганизмов рубца телят. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата ветеринарных наук по специальности 03.00.04 - биохимия. - Институт биологии животных УААН, Львов, 2002.

Диссертация посвящена исследованию влияния азотистых, энергетических и минеральных соединений на рост и некоторые показатели метаболической активности микроорганизмов рубца телят в 1-6-месячном возрасте в условиях in vitro. Установлено, что количество микроорганизмов и их ферментативная активность в содержимом рубца телят в 1- и 2-месячном возрасте значительно ниже, чем в 3-6-месячном возрасте. Стимулирующее влияние на рост микроорганизмов рубца телят в 1-2-месячном возрасте in vitro выявлено при внесении в инкубационную среду казеина и глюкозы, в 3-6-месячном возрасте - рапсового жмыха, глюкозы и крахмала. Совместное внесение азотистых соединений и энергетических субстратов значительно повышает интенсивность роста микроорганизмов рубца; максимальная интенсивность их роста наблюдается при добавлении в инкубационную среду 30 мМ/л мочевины и глюкозы.

Влияние неорганических и органических соединений серы на рост и ферментативную активность микроорганизмов рубца телят в значительной мере зависит от их химической природы и концентрации в инкубационной среде. Количество микробной массы при добавлении в инкубационную среду оптимальных концентраций сульфата натрия повышается на 34%, сульфата аммония - на 63%, сульфида натрия - на 59%, метионина - на 59%, цистеина - на 85% и цистина - на 44%. Параллельно с этим в инкубационной среде увеличивается количество низкомолекулярных жирных кислот, снижается уровень аммиака и повышается целлюлолитическая активность микроорганизмов рубца.

Проведенными исследованиями установлено, что добавление в инкубационную среду 0,05 мкМ/л молибдена, 0,03 мкМ/л хрома, 0,7 мкМ/л цинка, 0,05 мкМ/л селена, 10 мкМ/л марганца, 0,08 мкМ/л кобальта, 15 мкМ/л железа и 0,05 мкМ/л иода обеспечивает наиболее оптимальные условия для роста микроорганизмов рубца in vitro и протекания метаболических процессов. Добавление в инкубационную среду 0,7 мкМ/л меди не оказывает существенного влияния на рост микроорганизмов. Внесение в инкубационную среду молибдена или меди вместе с серой заметно снижает стимулирующее действие серы на рост микроорганизмов рубца, что обусловлено образованием в пищеварительном тракте жвачных её нерастворимых комплексов с этими элементами. Совместное добавление с серой хрома, марганца, кобальта или селена, наоборот, способствует повышению процессов ферментации в среде с рубцовой жидкостью.

Использование различных соединений с окислительными свойствами и акцепторов водорода оказывает стимулирующее действие на рост микроорганизмов рубца и продукцию низкомолекулярных жирных кислот, а также ингибирующее действие на уровень аммиака в инкубационной среде.

Из рубцовой жидкости жвачных животных выделено три штамма бактерий, способных расщеплять фитиновую кислоту и утилизировать неорганический фосфор. Интенсивность образования неорганического фосфора под действием фитазы бактерий Eubacterium ruminantium, Eubacterium cellulosolvens, Selenomonas ruminantium в значительной степени зависит от наличия в инкубационной среде углеводов.

Исследование жидкости рубца крупного рогатого скота при экспериментальной атонии свидетельствует об угнетении амилолитической и целлюлолитической активности рубцовых микроорганизмов, об уменьшении ими утилизации аммиака. Установлено, что при пероральном введении животным при атонии рубца смеси, состоящей из 100 г сульфата натрия, 0,1 г хлорида цинка и 100 г сахарозы, снижается уровень аммиака в содержимом рубца и уменьшается его токсическое воздействие на организм, повышается интенсивность роста рубцовых микроорганизмов, их амилолитическая и целлюлолитическая активность. С целью нормализации интенсивности роста симбиотических микроорганизмов и стимуляции их активности при атонии рубца у жвачных животных рекомендуется однократно вводить эту минерально-энергетическую смесь.

В целом полученные результаты указывают на многостороннее влияние минеральных элементов, а также азотистых и энергетических компонентов на процессы ферментации в рубце, возможность её коррекции при оптимальном их содержании.

Ключевые слова: телята, рубец, микроорганизмы, рост, метаболическая активность, азотистые соединения, энергетические субстраты, минеральные элементы, in vitro, атония.

азот енергія мікроорганізм теля

Summary

Ohorodnyk N.Z. The influence of nitrogen, energy and mineral compounds on the growth and metabolic activity of rumen microorganisms in calves. - Manuscript.

Thesis for degree of candidate of veterinary sciences by speciality 03.00.04 - biochemistry. - Institute of Animal Biology of UAAS, L'viv, 2002.

The thesis is dedicated to research of nitrogen, energy and mineral compounds influence on growth and some indices of metabolic activity of rumen microorganisms in calves at the age from 1 till 6 months in the conditions in vitro. The changes of microbial mass content and metabolic activity after the addition of ammonium sulfate, urea, casein, ripe seed cake, glucose, starch or cellulose to incubation medium with rumen liquor samples were studied. It was established the optimal ratio of urea and glucose contents and the optimal concentration of some trace elements for the maintenance of maximal growth of microorganisms. Three strains of phytate utilizing bacteria from rumen of calves were isolated and their metabolic features were studied.

The stimulated effect of mixture of sodium sulfate, zinc chloride and saccharose on growth of rumen microorganisms in the case of experimental atony of rumen is detected.

Key words: calves, rumen, microorganisms, growth, metabolic activity, nitrogen compounds, energy compounds, trace elements, in vitro, atony.

1. Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Зміни травлення і обміну речовин у жуйних тварин, зокрема у великої рогатої худоби, після переходу від молочного живлення до рослинного обумовлені розвитком рубця і інших передшлунків та заселенням їх симбіотичними мікроорганізмами, які здатні розщеплювати клітковину і є джерелом амінокислот, ліпідів, вуглеводів, мінеральних речовин і вітамінів для тварини-господаря. На морфофункціональний розвиток рубця у телят найбільшою мірою впливає склад раціону, зокрема вміст у ньому грубих кормів, а на ріст мікроорганізмів - вміст у кормах необхідних для їх життєдіяльності компонентів, насамперед енергії, амінокислот, мінеральних елементів.

Вміст вказаних компонентів, їх співвідношення і джерело значно впливають, з одного боку, на ріст мікроорганізмів, інтенсивність ферментативних процесів і синтез бактеріального протеїну в рубці, а тим самим - на засвоєння поживних речовин корму, а з іншого - на обмін речовин в організмі тварин, їх продуктивність і здоров'я (Курилов Н.В., 1982; Ёрсков Э.Р., 1985; Богданов Г.А., 1990; Piwonka E.J., 1996; Цюпко В.В., 1999; Янович В.Г., Сологуб Л.І., 2000). Вказані процеси в рубці значною мірою залежать від співвідношення окремих таксономічних груп мікроорганізмів, на яке впливає вміст у раціоні тварин протеїну і ступінь його розщеплення, вміст структурних і неструктурних вуглеводів, окремих макро- і мікроелементів (Пивняк И.Г., Тараканов Б.В., 1980; Янович В.Г., Сологуб Л.І., 2000). Цим обумовлена актуальність поглиблення і розширення досліджень, скерованих на з'ясування впливу вказаних факторів живлення на ріст мікроорганізмів, їх метаболічну активність і продукцію коротколанцюгових жирних кислот у рубці телят у прерумінантний і румінантний періоди. Науково-практичний інтерес становить також дослідження впливу різних доз макро- і мікроелементів на ріст мікроорганізмів рубця, встановлення оптимальних їх концентрацій, синергічного та антагоністичного впливу різних мінеральних елементів при одночасному їх застосуванні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є фрагментом досліджень лабораторії обміну речовин Інституту біології тварин УААН, які проводились у 1996-2000 роках, за темою: "Вивчити механізми субстратної регуляції процесів травлення і засвоєння поживних речовин у телят і розробити систему їх повноцінного живлення", шифр 07.03, № держреєстрації 0198U009002.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи було дослідження впливу різних джерел азоту і енергії, окремих мінеральних елементів і їх поєднань та деяких акцепторів водню на ріст і метаболічну активність змішаної популяції мікроорганізмів рубця телят у різному віці в умовах in vitro.

У завдання роботи входило дослідження:

- впливу на ріст і метаболічну активність змішаної популяції мікроорганізмів рубця телят 1-6-місячного віку різних джерел азоту (хлориду

амонію, сечовини, казеїну, макухи) і енергії (глюкози, крохмалю, целюлози і ацетату натрію) при додаванні їх до інкубаційного середовища в умовах in vitro;

- впливу на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят 6-місячного віку добавок до інкубаційного середовища мінеральних елементів (сірки, марганцю, хрому, селену, міді, цинку, нікелю, кобальту, йоду, заліза і молібдену) в різних концентраціях і поєднаннях, деяких акцепторів водню (SO4, окисненого глутатіону, лінолевої і фумарової кислот);

- активності фітази в змішаній популяції мікроорганізмів рубця телят і в окремих видів мікроорганізмів, здатних розщеплювати фітин;

- метаболічної активності мікроорганізмів в умовах експериментальної атонії рубця у телят.

Об'єктом дослідження було вивчення впливу окремих джерел азоту, енергії, мінеральних елементів і акцепторів водню на інтенсивність росту і метаболічну активність змішаної популяції мікроорганізмів рубця телят в умовах in vitro.

Предметом дослідження була змішана популяція мікроорганізмів, їх ріст, целюлолітична і амілолітична активність, продукція аміаку і коротколанцюгових жирних кислот, вміст мінеральних елементів у кормах і в рідині рубця телят різного віку.

Методи дослідження: біохімічні і мікробіологічні. Вміст мікробної маси визначали нефелометрично, концентрацію аміаку - за Неслером, загальну концентрацію коротколанцюгових жирних кислот - паровою дистиляцією в апараті Маркгама, целюлолітичну активність - за ступенем розщеплення целюлози, амілолітичну - за ступенем розщеплення крохмалю, вміст мінеральних елементів - спектрографічним і колориметричним методами, вміст сірки - ваговим методом, концентрацію водневих іонів і окисно-відновний потенціал - електрометричним методом, ідентифікацію мікроорганізмів - мікробіологічними методами.

Наукова новизна одержаних результатів. Одержано нові дані про вплив різних азотових і енергетичних сполук кормів та їх поєднань на ріст змішаної популяції мікроорганізмів рубця телят в 1-6-місячному віці в умовах in vitro, їх целюлолітичну і амілолітичну активність, продукцію аміаку і коротколанцюгових жирних кислот. Вивчено вплив різних мінеральних елементів і їх поєднань на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят 6-місячного віку залежно від їх концентрації в інкубаційному середовищі. Встановлено оптимальну концентрацію ряду макро- і мікроелементів для забезпечення максимальної інтенсивності росту мікроорганізмів рубця телят. Виділено окремі штами фітатутилізуючих бактерій з вмісту рубця телят і досліджено їх властивості. Виявлено зниження інтенсивності росту мікроорганізмів і ферментативних процесів у рубці телят при експериментальній атонії рубця, стимулюючий вплив на вказані процеси сульфату натрію, хлориду цинку і сахарози при пероральному їх введенні телятам.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати є теоретичною основою підвищення ефективності використання мінеральних елементів, азотових і енергетичних компонентів у живленні телят у різному віці, використання мінеральної суміші з лікувальною метою при атонії передшлунків у молодняка великої рогатої худоби.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно опрацювала літературу за темою дисертації, провела експериментальні дослідження і статистичну обробку одержаних результатів. Аналіз отриманих даних проведено разом з науковим керівником.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались на звітних сесіях вченої ради Інституту біології тварин (2000-2001); на Міжнародній науковій конференції "С.З.Гжицький і сучасна аграрна наука" (м.Львів, 4.05.-6.05.2000, ЛДАВМ); на III Міжнародній конференції "Актуальные проблемы биологии в животноводстве" (м.Боровськ, 6.09.-8.09.2000); на конференції молодих вчених, присвяченій 85-річчю від дня народження проф. З.П.Скородинського (м.Львів, 25.10.2000, ІБТ); на Міжнародній конференції "Animal Sciences in the XXI century" (м.Краків, 18.10.-19.10.2001, Agric. Univ. of Krakow); на Міжнародній науково-практичній конференції "Біологічні основи підвищення продуктивності тварин" (м.Львів, 24.01.-25.01.2002, ІБТ).

2. Основний зміст роботи

Загальна методика та основні методи досліджень. Експериментальна частина роботи виконана в дослідному господарстві "Чишки" Інституту біології тварин УААН на шести фістульних телятах-аналогах чорно-рябої породи протягом 1999-2000 рр.

Тваринам згодовували стандартні раціони, до складу яких входили сіно лугове, комбікорм і до 60-денного віку незбиране молоко. Вміст рубця для досліджень одержували через 2 години після ранкової годівлі телят, інкубували його в анаеробних умовах in vitro при температурі 38^оС у буферному розчині Мак Доугля з додаванням різних досліджуваних субстратів. У першій серії дослідів зразки вмісту рубця телят 1-, 2-, 3-, 4- і 6-місячного віку інкубували з хлоридом амонію (1,6 г/л), сечовиною (1,8 г/л), казеїном (2,7 г/л), ріпаковою макухою (9,1 г/л) або глюкозою, крохмалем, целюлозою чи ацетатом натрію (по 5,4 г/л). У другому варіанті досліду разом з азотовими сполуками до

інкубаційного середовища додавали глюкозу, а з вуглеводами - сечовину, а також вносили сечовину і глюкозу в різних співвідношеннях (1:0,25; 1:0,5; 1:0,75; 1:1; 1:1,25; 1:1,5; 1:2,5). У третій серії дослідів інкубували вміст рубця телят 6-місячного віку з додаванням до інкубаційного середовища, в еквівалентних за вмістом сірки кількостях 0,03; 0,15 і 0,6 мМ/л, сульфату амонію, сульфату, сульфіту і сульфіду натрію, метіоніну, цистеїну, цистину, відновленого і окисненого глутатіону та 1 мМ/л дитіотреітолу. А також інкубували вміст рубця з різними концентраціями молібдату амонію (0,01; 0,05 і 0,1 мкМ Мо/л), селеніту натрію (0,01; 0,05 і 0,2 мкМ Se/л), йодиду калію (0,01; 0,05 і 0,1 мкМ J/л) і хлоридів хрому (0,01; 0,03 і 0,1 мкМ Cr/л), міді (0,1; 0,7 і 3 мкМ Сu/л), цинку (0,2; 0,7 і 3 мкМ Zn/л), марганцю (2; 10 і 35 мкМ Mn/л), нікелю (0,1; 0,5 і 1,5 мкМ Ni/л), заліза (7; 15 і 45 мкМ Fe/л), кобальту (0,02; 0,08 і 0,8 мкМ Co/л). Крім цього до інкубаційного середовища додавали 0,15 мM/л в перерахунку на сірку сульфату амонію разом з молібдатом амонію (0,05 мкM Mo/л), селенітом натрію (0,2 мкM Se/л), хлоридом хрому (0,03 мкM Cr/л), хлоридом міді (4 мкM Cu/л), хлоридом марганцю (10 мкM Mn/л), хлоридом кобальту (0,1 мкM Co/л). З акцепторів водню до інкубаційного середовища вносили: сульфат натрію (0,2 мM S/л), окиснений глутатіон (1 мM/л), натрієві солі лінолевої і фумарової кислот (по 1 мM/л), хромат натрію і хлорид хрому (по 0,05 мкM Cr/л), окремо або разом з хлоридом нікелю (0,4 мкM Ni/л). Для дослідження вивільнення фосфатів з фітинової кислоти і впливу на ріст мікроорганізмів рубця до інкубаційного середовища додавали фітинову кислоту (1 г/л), окремо або разом з глюкозою (5,4 г/л).

У наступній серії досліджували інтенсивність росту і метаболічну активність мікроорганізмів рубця здорових бичків 6-місячного віку, тварин з експериментальною атонією рубця до і після введення мінерально-енергетичної суміші. З метою визначення оптимального впливу на ферментативні процеси в рідині рубця бичків при експериментальній атонії до інкубаційного середовища додавали хлорид натрію (0,2 мM Na/л), сульфати натрію і амонію (по 0,2 мM S/л), хлорид магнію (0,1 мM Mg/л), хлорид кальцію (0,1 мM Ca/л), хлорид цинку (1 мкM Zn/л), сахарозу (5,4 г/л) і сечовину (1,8 г/л), окремо або сульфат натрію разом з сахарозою і з хлоридом цинку.

Зразки для біохімічних досліджень відбирали до інкубації і через 6 годин після інкубації та визначали в них вміст мікробної маси (Powell E.O., 1962), концентрацію аміаку (Каракашов А.В., 1968) і коротколанцюгових жирних кислот (Кроткова А.П., Митин Н.И., 1957), целюлолітичну (Паєнок С.М., 1970) і амілолітичну активність (Bernfeld Р., 1955).

У кормах і вмісті рубця визначали кількість мінеральних елементів (Прайс B., 1976), вміст загальної сірки (Rimington C., 1930) і вміст фосфатів (Fiske C., Subarou V., 1925). Виділення фітатутилізуючих видів бактерій з рідини рубця телят проводили шляхом використання role-tube техніки (Anngate R.F., 1969). Концентрацію водневих іонів і окисно-відновний потенціал у вмісті рубця телят визначали за допомогою іонометра ЭВ-74.Одержані результати досліджень опрацьовували статистично.

3. Результати досліджень та їх обговорення

Вікові особливості метаболічних процесів у рубці телят 1-6-місячного віку. Як показали проведені нами дослідження (табл. 1), вміст мікробної маси в рідині рубця телят у 1-місячному віці знаходиться на низькому рівні. З 1-го по 2-й місяць життя телят він збільшується в 4,8 рази (P<0,001), з 2-го по 3-й місяць - в 1,6 рази (P<0,05), з 3-го по 6-й місяць - в 1,1 рази (P<0,5). Дещо інша динаміка виявлена в змінах концентрації аміаку: з 1-го по 2-й місяць життя телят рівень аміаку в рідині рубця підвищується в 1,8 рази (P<0,01), з 2-го по 3-й місяць - у 1,4 рази (P<0,5), з 3-го по 4-й місяць - у 1,7 рази (P<0,01). Ці дані свідчать про збільшення кількості протеолітичних мікроорганізмів у рубці телят з віком (Ёрсков Э.Р., 1985).

Таблиця 1 Вміст мікробної маси і метаболічна активність у рідині рубця телят у 1-6-місячному віці (M±m; n=6)

Примітка. * - вірогідні різниці в показниках у телят двох суміжних вікових груп - P<0,05-0,001.

Вміст коротколанцюгових жирних кислот у рідині рубця телят, як правило, збільшується з 1- до 3-місячного віку (в 1,8 рази; P<0,01) і в наступний період змінюється відносно мало (P<0,5), що обумовлено посиленим їх всмоктуванням у рубці в період з 3- до 6-місячного віку. Значне підвищення амілолітичної і целюлолітичної активності у вмісті рубця телят спостерігається не тільки в період з 1- до 3-місячного віку, а і в період з 3- до 4-місячного віку. Загалом, з 1-го по 4-й місяць життя амілолітична активність мікроорганізмів у рубці телят підвищується в 2,9 рази (P<0,001), целюлолітична активність - у 5,4 рази (P<0,001).

З одержаних даних випливає, що на ранніх етапах постнатального розвитку у вмісті рубця телят різко збільшується як популяція мікроорганізмів, так і їх гідролітична і ферментативна активність, що обумовлено морфофункціональним розвитком передшлунків у телят після переходу від молочного типу живлення до рослинного, який супроводжується інтенсивним заселенням їх мікроорганізмами (Wallace R.J., 1994).

Вплив in vitro різних азотових і енергетичних сполук на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят. Змішана популяція мікроорганізмів рубця телят в умовах in vitro здатна використовувати для росту різні джерела азоту і енергії, ступінь цього використання значною мірою залежить від віку тварин. У 1- і 2-місячному віці найбільше стимулює ріст мікроорганізмів рубця казеїн (P<0,01), що свідчить про переважання у рубці телят в цей віковий період бактерій з високою казеїнолітичною активністю (рис. 1). Після додавання до інкубаційного середовища сечовини, казеїну і, особливо, неекструдованої макухи маса мікроорганізмів у рідині рубця телят у 3-місячному віці збільшується відповідно на 16, 16 і 71% (Р<0,5-0,01), у 6-місячному віці - відповідно на 25, 27 і 80% (Р<0,05-0,001). Ці дані свідчать про вплив джерела протеїну і ступеня його розщеплення мікроорганізмами на їх ріст. Зростання маси мікроорганізмів спостерігається також при інкубації рідини рубця телят у 3-6-місячному віці з глюкозою і крохмалем, що свідчить про важливу роль легкодоступних вуглеводів у забезпеченні росту мікроорганізмів.

Найбільш виражений стимулюючий вплив на ріст мікроорганізмів рубця в умовах in vitro спостерігається при одночасному забезпеченні їх потреби в азоті і енергії. При додаванні до інкубаційного середовища глюкози і макухи ріст мікроорганізмів рубця телят у 3-6-місячному віці підвищується майже в два рази (P<0,001), а при додаванні глюкози і крохмалю з сечовиною - більше, ніж у два рази (P<0,001).

Концентрація аміаку в рідині рубця телят після 2-місячного віку вірогідно зменшується при додаванні до інкубаційного середовища казеїну, неекструдованої макухи і сечовини разом з глюкозою або крохмалю разом з сечовиною: в 3-місячному віці - відповідно на 46, 44, 46 і 44% (P<0,05-0,01), у 6-місячному віці - відповідно на 50, 39, 45 і 35% (P<0,01-0,001). З цих результатів випливає, що використання аміаку мікроорганізмами рубця в синтезі амінокислот з віком телят значно підвищується, а на ступінь цього підвищення суттєво впливає інтенсивність розщеплення протеїну в рубці і наявність у середовищі легкорозщеплюваних вуглеводів.

Додавання до інкубаційного середовища азотових сполук відносно мало впливає на концентрацію коротколанцюгових жирних кислот. Найбільша їх концентрація виявляється після інкубації рідини рубця телят у 3-місячному віці при додаванні до інкубаційного середовища казеїну або сечовини разом з глюкозою і крохмалю разом з сечовиною - відповідно на 34, 33 і 31% (P<0,05-0,01). У 6-місячному віці телят підвищення концентрації коротколанцюгових жирних кислот при додаванні до інкубаційного середовища вказаних субстратів виражене меншою мірою.

Амілолітична активність мікроорганізмів рубця телят значно підвищується з віком, причому вона, головним чином, залежить від наявності в інкубаційному середовищі субстрату реакції - крохмалю. Додавання до інкубаційного середовища крохмалю призводить до підвищення амілолітичної активності в рідині рубця телят у 3-місячному віці на 31% (P<0,05), у 6-місячному віці - на 29% (P<0,05). Найбільший стимулюючий вплив на амілолітичні мікроорганізми рубця проявляє неекструдована макуха, при її додаванні до інкубаційного середовища їх активність у рубці телят у 3-місячному віці підвищується на 40% (P<0,01), у 6-місячному віці - на 31% (P<0,05). Вплив на синтез амілази мікроорганізмами рубця телят залежить не тільки від джерела азоту, але і від відношення азоту до енергії. Так, додавання до інкубаційного середовища разом з глюкозою казеїну, макухи і сечовини підвищує амілолітичну активність мікроорганізмів рубця у 3-місячному віці відповідно на 69 (P<0,001), 55 (P<0,01) і 43% (P<0,01), у 6-місячному віці - на 39 (P<0,01), 41 (P<0,01) і 28% (P<0,05). Значне її підвищення спостерігається при додаванні до інкубаційного середовища крохмалю разом з сечовиною: у телят 3-місячного віку - на 66% (P<0,001), у телят 6-місячного віку - на 41% (P<0,01).

Целюлолітична активність мікроорганізмів рубця телят після додавання до інкубаційного середовища неекструдованої макухи і целюлози в 3-місячному віці підвищується віповідно на 35 і 25% (P<0,05), у 6-місячному віці - віповідно на 42 (P<0,001) і 35% (P<0,05). Стимулюючий вплив крохмалю при додаванні його до інкубаційного середовища на активність целюлаз пояснюється наявністю в рубці жуйних серед целюлолітичних бактерій видів, які володіють амілолітичною активністю (Солошенко В.А., 1993). Целюлолітична активність мікроорганізмів рубця телят значно підвищується при одночасному додаванні до інкубаційного середовища азотових і енергетичних компонентів. Вірогідне її підвищення в 3-місячному віці телят спостерігається після додавання до інкубаційного середовища казеїну або макухи разом з глюкозою і крохмалю з сечовиною - відповідно на 46 (P<0,01), 35 (P<0,05) і 45% (P<0,01). У 6-місячному віці всі досліджувані субстрати вірогідно підвищують целюлолітичну активність мікроорганізмів, що пов'язано зі збільшенням у рубці телят після переходу від прерумінантного типу травлення до румінантного кількості целюлолітичних бактерій.

Загалом, одержані результати свідчать про те, що різні джерела азоту і енергії при додаванні їх до інкубаційного середовища впливають на ріст і життєдіяльність популяції мікроорганізмів рубця телят, особливо після переходу від молочного живлення до рослинного.

Вплив сполук сірки на ріст і метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят 6-місячного віку в умовах in vitro. Сірка разом з азотом відіграє ключову роль у забезпеченні росту мікроорганізмів рубця (Хенниг А., 1976; Лапшин С.А. и др., 1988). Проте, вплив різних її сполук на життєдіяльність мікроорганізмів рубця телят з'ясований мало (Богданов Г.А., 1990). В концентрації 0,15 мМ S/л сульфат амонію більшою мірою стимулює ріст мікробної популяції рубця телят in vitro, ніж сульфат натрію або сульфіт натрію: відповідно в 1,6 (Р<0,001); 1,3 (Р<0,01) і 1,3 рази (Р<0,01). Відносно висока здатність сульфіду натрію стимулювати ріст мікроорганізмів рубця (Р<0,01) свідчить про наявність у них ферментних систем, здатних використовувати відновлену сірку в синтезі амінокислот.

Додавання до інкубаційного середовища оптимальної кількості сірковмісних амінокислот - метіоніну, цистеїну і цистину також позитивно впливає на ріст мікроорганізмів in vitro: при цьому вміст мікробної маси збільшується відповідно в 1,6; 1,8 і 1,4 рази (P<0,01-0,001). Навіть великі (0,6 мМ S/л) кількості метіоніну і цистеїну проявляють стимулюючий вплив на ріст популяції симбіонтів, внаслідок чого їх маса збільшується відповідно в 1,5 і 1,8 рази (P<0,001). Цистин у максимальній концентрації лише у 1,3 рази (P<0,01) збільшує вміст мікробної маси, що, можливо, зумовлено відсутністю в ньому відновленої сірки, оскільки при додаванні до інкубаційного середовища відновленого глутатіону і протектора SH-груп - дитіотреітолу ріст мікроорганізмів рубця збільшується відповідно в 1,5 і 1,4 рази (P<0,01).

Вміст аміаку в інкубаційному середовищі при додаванні до нього сульфату амонію, сульфіду натрію, метіоніну, цистеїну і відновленого глутатіону в кількості 0,15 мМ S/л порівняно з контролем зменшується відповідно в 1,6; 1,7; 1,6; 2 і 1,7 рази (P<0,01-0,001), це зменшення знаходиться в оберненій залежності від збільшення маси мікроорганізмів, що свідчить про його інтенсивне використання в синтезі амінокислот.

Концентрація коротколанцюгових жирних кислот в інкубаційному середовищі при додаванні оптимальних кількостей сульфату амонію, сульфату, сульфіту і сульфіду натрію, метіоніну, цистеїну, цистину, відновленого глутатіону і дитіотреітолу збільшується відповідно в 1,5; 1,3; 1,4; 1,7; 2; 2,1; 1,9; 1,4 і 1,3 рази (P<0,05-0,001), що вказує про їх стимулюючий вплив на ферментативні процеси в рубці телят.

Вплив сполук сірки на активність целюлолітичних ферментів залежить від їх концентрації в інкубаційному середовищі. Мінімальні кількості сірки знижують, а оптимальні, навпаки, підвищують активність целюлолітичних мікроорганізмів. Найбільша активність целюлаз спостерігається при внесенні в інкубаційне середовище сульфіду натрію, метіоніну і цистеїну (в 1,3 рази; P<0,01).

Загалом, одержані результати свідчать про те, що додавання до інкубаційного середовища сполук сірки значно впливає на ріст мікроорганізмів рубця в умовах in vitro, причому їхня дія залежить як від концентрації цього макроелемента в середовищі, так і від хімічної природи сполуки.

Вплив мікроелементів на деякі показники метаболізму мікроорганізмів рубця телят в умовах in vitro. Додавання до інкубаційного середовища мікроелементів, залежно від кількості, значно впливає на ріст мікроорганізмів рубця in vitro та їх метаболічну активність. Так, молібден у концентрації 0,01 мкM/л лише на 7% підвищує інтенсивність росту мікроорганізмів, тоді як у 5 разів вищій концентрації їх маса збільшується на 44% (P<0,01); при цьому в інкубаційному середовищі на 61% (P<0,001) збільшується концентрація коротколанцюгових жирних кислот і на 40% (P<0,001) зменшується концентрація аміаку. З цих даних випливає, що в рубці є види мікроорганізмів, які містять молібдензалежні ферменти. Подібний до молібдену вплив на мікроорганізми рубця проявляє тривалентний хром. При додаванні його до інкубаційного середовища в кількості 0,03 мкM/л на 51% (P<0,001) збільшується маса мікроорганізмів, на 30% (P<0,01) зменшується концентрація аміаку і на 53% (P<0,01) збільшується концентрація коротколанцюгових жирних кислот.

Цинк у кількості 0,7 мкM/л, крім позитивної дії на ріст мікроорганізмів (P<0,05), проявляє активуючий вплив на гідролітичні ферменти, зокрема на целюлази бактерій (P<0,5). При цьому в інкубаційному середовищі на 32% (P<0,01) зменшується концентрація аміаку і на 33% (P<0,05) збільшується концентрація коротколанцюгових жирних кислот.

При додаванні до інкубаційного середовища 0,5 мкM/л нікелю в ньому на 37% (P<0,01) збільшується вміст мікробної маси, проте вміст коротколанцюгових жирних кислот і целюлолітична активність підвищується тільки відповідно на 13 і 13,5% (P<0,5). Оскільки нікель є компонентом специфічного для метаногенних бактерій коферменту, який бере участь у синтезі метану - F430 (Di Marco А.А., 1990), то можливо, що при його додаванні до інкубаційного середовища зростає інтенсивність росту мікроорганізмів, серед кінцевих продуктів метаболізму яких переважають не коротколанцюгові жирні кислоти, а метан.

Cтимуляція росту мікроорганізмів спостерігається також при додаванні до інкубаційного середовища селену в концентрації 0,05 мкM/л: мікробна маса збільшується на 41% (P<0,001), концентрація аміаку знижується на 40% (P<0,001), концентрація коротколанцюгових жирних кислот підвищується на 42% (P<0,01). Стимулююча дія цього мікроелемента на ріст бактерій обумовлена не лише наявністю його в складі глутатіонпероксидази і форміатдегідрогенази, а і в системі, пов'язаній з відновним дезамінуванням гліцину (Stadtman Т.С., 1990). У підвищених концентраціях (0,2 мкM/л) селен, навпаки, різко знижує інтенсивність росту популяції мікроорганізмів рубця в в умовах in vitro (на 51%; P<0,001).

При додаванні до інкубаційного середовища міді в концентрації 0,1 і 0,7 мкM/л вміст мікробної маси істотно не змінюється (зростає відповідно на 2 і 5%; P<0,5), а при додаванні у високій концентрації (3 мкM/л) - зменшується на 41% (P<0,001). При цьому концентрація коротколанцюгових жирних кислот підвищується тільки при додаванні до інкубаційного середовища 0,7 мкM/л міді (на 32%; P<0,05), тоді як вірогідне зменшення (P<0,01-0,001) концентрації аміаку відбувається незалежно від кількості доданої міді.

Значне зростання мікробної маси спостерігається після додавання до інкубаційного середовища 10 мкM марганцю/л; при цьому на 39% (P<0,01) зменшується концентрація аміаку, на 62% (P<0,001) збільшується концентрація коротколанцюгових жирних кислот і на 22% (P<0,5) підвищується целюлолітична активність.

При внесенні в інкубаційне середовище кобальту в кількості 0,08 мкM/л на 39% (P<0,01) збільшується вміст мікробної маси, на 28% (P<0,05) зменшується концентрація аміаку і на 8,5% (P<0,5) підвищується концентрація коротколанцюгових жирних кислот.

Додавання до інкубаційного середовища заліза в концентрації 15 і 45 мкM/л на 56% (P<0,001) збільшує масу мікроорганізмів рубця, відповідно на 28 (P<0,01) і 26% (P<0,05) зменшує концентрацію аміаку і на 47 (P<0,01) і 40% (P<0,05) збільшує концентрацію коротколанцюгових жирних кислот.

Йод, незалежно від кількості, істотно не впливає на ріст мікроорганізмів рубця, концентрацію аміаку і коротколанцюгових жирних кислот (P<0,5-0,1).

Що стосується целюлолітичних ферментів, то під впливом майже всіх досліджуваних мікроелементів активність їх в інкубаційному середовищі змінюється відносно мало (P<0,5-0,1). Лише при додаванні міді в концентрації 3 мкМ/л їх активність вірогідно знижується (P<0,001), а при додаванні молібдену в концентрації 0,05 мкМ/л, навпаки, підвищується (P<0,01).

Загалом, з одержаних результатів випливає, що досліджувані мікроелементи, за винятком міді, при оптимальній їх концентрації в інкубаційному середовищі, стимулюють ріст мікроорганізмів рубця в анаеробних умовах in vitro. При цьому в інкубаційному середовищі знижується концентрація аміаку і підвищується концентрація коротколанцюгових жирних кислот.

Проведені нами дослідження показали, що при експериментальній атонії рубця у телят у його вмісті зменшується кількість мікроорганізмів, знижується їх амілолітична і целюлолітична активність, різко зростає концентрація аміаку. Додавання до інкубаційного середовища з вмістом рубця телят при експериментальній атонії сульфату натрію, хлориду цинку і сахарози призводить до вірогідного збільшення (P<0,01) маси мікроорганізмів, зниження (P<0,01) рівня аміаку і підвищення (P<0,01) концентрації коротколанцюгових жирних кислот. При цьому пероральне введення тваринам цієї мінерально-енергетичної суміші при атонії рубця дозволяє не лише посилити ріст мікроорганізмів і стимулювати їх ферментативну активність, але й усунути токсичний вплив аміаку на мікроорганізми рубця і організм у цілому.

Висновки

1. У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі, що виявляється в дослідженні впливу in vitro різних джерел азоту і енергії, ряду макро- і мікроелементів та деяких акцепторів водню, при додаванні їх до інкубаційного середовища, на інтенсивність росту та метаболічну активність мікроорганізмів рубця телят у 1-6-місячному віці.

2. Інтенсивність росту мікроорганізмів рубця в умовах in vitro при додаванні до інкубаційного середовища ендогенних субстратів різко підвищується у телят з 2- до 3-місячного віку, тобто після переходу від прерумінантного травлення до румінантного, і стабілізується в 4-6-місячному віці.

3. Стимулюючий вплив азотових сполук і енергетичних субстратів, при додаванні їх до інкубаційного середовища, на ріст мікроорганізмів залежить від їх фізико-хімічних особливостей і віку телят. У 1-місячному віці найбільшою мірою стимулюють ріст мікроорганізмів рубця телят in vitro казеїн (P<0,01) і глюкоза (P<0,01), у 3- і 6-місячному віці - макуха (P<0,001), глюкоза і крохмаль (P<0,05).

4. Інтенсивність росту мікроорганізмів рубця в умовах in vitro значно підвищується при одночасному додаванні до інкубаційного середовища азотових сполук і енергетичних субстратів. При інкубації рідини рубця телят у 1-місячному віці після додавання до інкубаційного середовища сечовини або хлориду амонію разом з глюкозою маса мікроорганізмів підвищується в 1,3 рази, після додавання казеїну або макухи разом з глюкозою - в 1,4 рази. Кількість мікроорганізмів в інкубаційному середовищі після інкубації рідини рубця телят у 3-місячному віці з хлоридом амонію, сечовиною, казеїном, екструдованою або неекструдованою макухою разом з глюкозою збільшується відповідно в 1,6; 2,2; 2,1; 1,7 і 1,9 рази, з ацетатом натрію, крохмалем або целюлозою разом з сечовиною - відповідно в 1,7; 2,2 і 1,6 рази. Максимальна швидкість росту мікроорганізмів рубця спостерігається при додаванні до інкубаційного середовища сечовини і глюкози в кількості 30 мМ/л.

5. У типовому раціоні телят 6-місячного віку, що складається з кормів, вирощених у західному регіоні України, дефіцит магнію, міді, кобальту, селену і хрому становить відповідно 43, 43, 60, 33 і 25%.

6. Стимулюючий вплив сполук сірки, при додаванні їх до інкубаційного середовища, на ріст мікроорганізмів рубця телят in vitro зменшується в ряді: цистеїн > метіонін, сульфат амонію і сульфід натрію > відновлений глутатіон, цистин, дитіотреітол > окиснений глутатіон, сульфат і сульфіт натрію. Молібден і мідь, при додаванні їх до інкубаційного середовища разом з сульфатом амонію, зменшують стимулюючий вплив сірки на ріст мікроорганізмів рубця телят, а хром, марганець, кобальт і селен - підвищують його (P<0,01-0,001).

7. Максимальний ріст мікроорганізмів рубця телят in vitro спостерігається при додаванні до інкубаційного середовища (в мкмоль/л): S - 150; Mo - 0,05; Cr - 0,03; Zn - 0,7; Ni - 0,5; Mn - 10; Fe - 15; Co - 0,08; Se - 0,05 і J - 0,05. Після інкубації рідини рубця in vitro з додаванням в оптимальній концентрації марганцю, молібдену, хрому, міді, цинку, заліза і селену в інкубаційному середовищі вірогідно збільшується вміст коротколанцюгових жирних кислот і зменшується вміст аміаку.

8. Стимулюючий вплив акцепторів водню на ріст мікроорганізмів рубця телят in vitro, після додавання їх до інкубаційного середовища, зменшується в ряді: SO4^2-> окиснений глутатіон > хром VI > фумарова кислота > лінолева кислота.

9. Серед мікроорганізмів рубця великої рогатої худоби виявлені види, здатні продукувати фітазу - Eubacterium ruminantium, Eubacterium cellulosolvens i Selenomonas ruminantium.

10. Виявлено різке зниження інтенсивності росту і метаболічної активності мікроорганізмів рубця телят in vitro і in vivo при експериментальній атонії і їх значне відновлення при додаванні до інкубаційного середовища сульфату натрію, хлориду цинку і сахарози.

Практичні рекомендації

1. У зв'язку з дефіцитом у кормах західного регіону України магнію, міді, кобальту, селену і хрому рекомендується додавати вказані мікроелементи до раціону телят 6-місячного віку.

2. Для нормалізації росту симбіотичних мікроорганізмів і процесів травлення при атонії рубця у великої рогатої худоби рекомендується перорально вводити тваринам 100 г сульфату натрію, 0,1 г хлориду цинку і 100 г сахарози у вигляді розчину.

Список праць, опублікованих за темою дисертації

1. Огородник Н.З., Стефанишин О.М. Вікові особливості обмінних процесів в рубці телят // Наук.-техн. бюл. Ін-ту біол. тварин. - 1999. - Вип. 1-2. - С. 215-219. (Дисертант визначила вміст мікробної маси, концентрацію аміаку, летких жирних кислот і целюлолітичну активність, провела статистичну обробку, аналіз і описання отриманих результатів).

2. Огородник Н.З., Сологуб Л.І. Вплив різних сполук сірки на життєдіяльність мікроорганізмів рубця бичків // Біологія тварин. - 2000. - Т. 2, № 2. - С. 80-83. (Дисертант провела експериментальні дослідження, статистичну обробку, аналіз і описання отриманих результатів).

3. Огородник Н.З., Копачук Д.М., Сологуб Л.І. Роль сірки і деяких мікроелементів у життєдіяльності мікроорганізмів рубця бичків // Наук.-техн. бюл. Ін-ту біол. тварин. - 2000. - Вип. 2. - С. 71-75. (Дисертант провела експериментальні дослідження, статистичну обробку, cформулювала висновки і описала отримані результати).

4. Войтюк О.А., Сологуб Л.І., Прокопович Л.Я., Якимовець О.М., Огородник Н.З. Роль фітинової кислоти у забезпеченні фосфатами великої рогатої худоби при різних типах годівлі // Науковий вісник Льв. держ. акад. вет. мед. ім.С.З.Гжицького. - 2000. - Т. 2, № 3. - С. 8-10. (Дисертант приймала участь у проведенні досліджень, визначила концентрацію фосфору і активність фітази та описала отримані результати).

5. Огородник Н.З., Сологуб Л.І., Герасимів М.Г., Копачук Д.М., Волторністий А.В. Вплив різних акцепторів водню на життєдіяльність змішаної популяції мікроорганізмів рубця бичків в умовах in vitro // Біологія тварин. - 2001. - Т. 3, № 1. - С. 105-108. (Дисертант визначила вміст мікробної маси, концентрацію аміаку, летких жирних кислот і целюлолітичну активність, провела статистичну обробку та описала отримані результати).

6. Ohorodnyk H., Kopachuk D., Solohub L., Gerasymiv M. The role of trace elements in the vital activity of steers rumen microorganisms // I-st Polish-Ukrainian Sci. Conf. “Animal Sciences in the XXI Century”. - Krakow. - 2001. - P. 151-155. (Дисертант визначила вміст мікробної маси, концентрацію аміаку, летких жирних кислот і целюлолітичну активність, провела статистичну обробку, сформулювала висновки і описала отримані результати).

7. Огородник Н.З. Вплив in vitro деяких компонентів кормів на мікроорганізми рубця бичків // Сільський господар. - 2001. - № 11-12. - С. 5-7.

8. Огородник Н.З., Сологуб Л.І. Вплив мікроелементів на життєдіяльність мікроорганізмів у рубці бичків in vitro // Науковий вісник Льв. держ. акад. вет. мед. ім.С.З.Гжицького. - 2001. - Т. 3, № 4. - С. 78-81. (Дисертант провела експериментальні дослідження, статистичну обробку, аналіз і описання отриманих результатів).

9. Огородник Н.З., Сологуб Л.І., Федяков Р.О. Вплив деяких джерел азоту і енергії на ріст популяції мікроорганізмів рубця телят у різному віці і їх метаболічну активність в умовах in vitro // Біологія тварин. - 2002. - Т. 4, № 1-2. - С. 72-77. (Дисертант провела експериментальні дослідження, статистичну обробку, сформулювала висновки і описала отримані результати).

10. Огородник Н.З., Герасымив М.Г., Сологуб Л.И. Особенности роста in vitro смешанной популяции микроорганизмов рубца коров под влиянием различных источников азота и энергии // Тез. докл. III Междунар. конф. “Актуальные проблемы биологии в животноводстве”. - Боровск: ВНИИФБиП с.-х. животных. - 2000. - С. 180-181. (Дисертант провела експериментальні дослідження, статистичну обробку і описала отримані результати).

Размещено на Allbest.ru