Влияние генетического фактора на пищеварение и обмен веществ овец

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста

Влияние генетического фактора на пищеварение и обмен веществ овец

Волнин А.А., Мишуров А.В.

Продуктивность сельскохозяйственных животных напрямую связана с потреблением питательных веществ рационов, которые в процессе пищеварения усваиваются животными и обеспечивают нормальную жизнедеятельность. В практике кормления актуальным вопросом является возможность манипулирования процессами пищеварения животных для достижения тех или иных задач. В связи с этим, определенный интерес представляют факторы, оказывающие влияние на физиолого-биохимические особенности пищеварительных процессов и обмена веществ в организме животных, в частности, генетический фактор, отражающий влияние генотипа на особенности организма животного. Жвачные животные играют важную роль в удовлетворении текущего и растущего спроса на мясо и молоко, потребляемое человеком на фоне глобального роста населения, достигающего, по прогнозам, 9,2 миллиардов к 2050 году [4]. Устойчивое животноводство жвачных животных было предложено, как средство более эффективного использования доступных кормовых ресурсов для обеспечения потребностей населения в сельскохозяйственной продукции [14]. Повышение эффективности кормления жвачных животных, а также использование нестандартных или новых источников кормового сырья может противоречить достижению растущего спроса на продукцию животноводства, если не будут разработаны и внедрены надлежащие методы для улучшения пищеварения, особенно - ферментации рубца. Известно, что жвачные используют большое разнообразие пищевых субстратов, которые не усваиваются другими млекопитающими, посредством микробной ферментации, происходящей главным образом в рубце [25]. Рубец является сложной системой в организме жвачных животных, которая включает значительную по количеству и разнообразную по составу симбиотическую популяцию микроорганизмов, простейших и архей [13], [21]. Деятельность симбиотических микроорганизмов рубца имеет решающее значение для роста и жизнедеятельности жвачных животных. Микробный состав и активность в рубце, а также факторы, влияющие на состав и активность микробиома рубца, такие как рацион, возраст, географическое положение и виды-хозяева изучены у жвачных животных. Поэтому, методы манипулирования микроорганизмами должны учитывать особенности организма- хозяина, которые могут влиять на микробиоту рубца. Исследования взаимодействия хозяин-микроорганизм в рубце в основном сосредоточены на микробном аспекте. Ограниченные знания о роли хозяина в регулировании микробиоты могут препятствовать согласованности, когда один и тот же метод искусственного вмешательства в функцию рубца применяется в разных условиях [25], [28].

Цель исследования

Целью данной работы было сравнительное исследование влияния фактора генотипа на переваримость питательных веществ рациона, уровень общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у модельных овец. В задачи исследования входило определение коэффициентов переваримости сухого и органического вещества, сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки на балансовом опыте, определение общих биохимических показателей и концентрации свободных аминокислот в плазме крови в динамике через 1 и 3 часа после кормления в неоднородной по генотипу группе модельных овец, а также сравнительная оценка влияния генотипа на исследуемые показатели.

Условия, материалы и методы

Исследование проводили в условиях физиологического двора Федерального научного центра животноводства им. Л.К. Эрнста (ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста), в феврале 2017 года. Была сформирована неоднородная по генотипу группа клинически здоровых ярок (n=6). Ярки в возрасте 12 месяцев, со средней массой 45±5 кг были подобраны по принципу аналогов за исключением фактора генотипа: чистопородные романовские ярки, n=3; ярки межвидового гибрида овцы романовской породы и архара 3 поколения (12,5% архар+87,5% романовская), n=3. Животные всех групп получали комбинированный рацион, состоящий из сена злаково-разнотравного- 1,5 кг, дерти ячменной- 0,15 кг, кровяной муки- 0,04 кг на голову в сутки. Продолжительность исследований составила 28 суток, в том числе 21 предварительного и 7 суток учетного периода. Для изучения переваримости и использования питательных веществ животными, был проведен балансовый опыт, согласно общепринятым методикам. Сырой жир определяли методом Сокслета, сырую клетчатку - по Геннебергу и Штоману, сырой протеин - методом Кьельдаля. Пробы крови отбирали из яремной вены через 1 и 3 часа после кормления. Общие биохимические показатели определяли в плазме крови с помощью биохимического анализатора ChemWell (Awareness technology, США). Определяли концентрацию общего белка, альбуминов, креатинина, мочевины, глюкозы, триглицеридов, холестерина, активность АСТ, АЛТ. Концентрацию глобулинов рассчитывали как разницу концентраций общего белка и альбуминов. Использовали наборы реактивов следующих производителей: Analyticon, Германия (общий белок, альбумин, креатинин, АЛТ, АСТ, глюкоза); Spinreact, Испания (мочевина, триглицериды, холестерин). Для определения концентрации свободных аминокислот образцы плазмы депротеинезировали 6% раствором сульфосалициловой кислоты и центрифугировали при 13 000 оборотов в минуту, далее образец разводили литий-цитратным буфером для разведения образцов (Sevko&Co, Россия) и анализировали методом ионообменной хроматографии с постколоночной дериватизацией проб нингидрином с использованием ВЭЖХ системы Shimadzu LC-20 Prominence (Япония), оснащенной реакционным модулем для пост-колоночной дериватизации нингидрином АРМ-1000 и колонкой с ионообменной смолой 4,6 х 150 мм (Sevko&Co, Россия). Использовали буферные растворы для элюирования, регенерации ионообменной колонки (Sevko&Co, Россия), а также стандартный образец раствора физиологических аминокислот (Sykam, Германия) для контроля качества измерений. Сравнительный анализ выполняли по критерию Манна-Уитни, с использованием программы Statistica 7 (StatSoft, США).

Результаты и обсуждение

В данном исследовании проведена оценка влияния генетического фактора на значения коэффициента переваримости питательных веществ рациона, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови жвачных животных. Был проведен балансовый опыт по изучению поедаемости кормов, переваримости и использования питательных веществ рационов в неоднородной по генотипу группе ярок. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Переваримость питательных веществ рациона у ярок

В данном исследовании установлены статистически значимые различия коэффициента переваримости питательных веществ, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у чистопородных и гибридных ярок которые свидетельствуют о влиянии генетического фактора на результаты исследования физиолого-биохимических особенностей пищеварительных процессов и обмена веществ в организме жвачных животных. Были установлены статистически значимые различия значений коэффициента переваримости питательных веществ рациона. Гибридные ярки имели более высокий коэффициент переваримости сухого вещества на 4,29%, органического вещества на 4,14%, сырого протеина на 5,81%, сырого жира на 6,54%, сырой клетчатки на 5,59% (р<0,05). Были определены общие биохимические показатели и концентрация свободных аминокислот плазмы крови через 1 и 3 часа после кормления. Через 1 час после кормления романовские ярки имели более высокую концентрацию альбуминов (р<0,05), гибридные ярки имели более высокую концентрацию мочевины (р<0,05). Через 3 часа после кормления гибридные ярки имели более высокую концентрацию мочевины, креатинина, глюкозы и более высокую активность АЛТ (р<0,05) по сравнению с ярками романовской породы. Было установлено статистически значимое повышение концентрации альбуминов и креатинина (р<0,05) в образцах плазмы крови гибридных животных, полученных через 3 часа после кормления по сравнению с пробами полученными через 1 час после кормления. Результаты исследования представлены в таблицах 2,3.

Через 1 час после кормления гибридные ярки имели более высокую концентрацию валина (р<0,05) по сравнению с ярками романовской породы. Через 3 часа после кормления установлено статистически значимое снижение концентрации аминокислот с разветвленной цепью (BCAA), тирозина, фенилаланина и пролина (р<0,05) в группе романовских овец. В группе гибридных овец установлено снижение концентрации глицина и пролина (р<0,05) по сравнению с 1 часом. Чистопородные ярки имели более высокую концентрацию тирозина по сравнению с гибридными (р<0,05). Полученные в данном исследовании данные по уровню общих биохимических показателей и концентрации свободных аминокислот плазмы крови соотносятся с референтными значениями общих биохимических показателей плазмы крови у овец [23] и результатами исследований, представленных в научной литературе, в том числе, исследований пула свободных аминокислот плазмы крови.

Таблица 2 - Общие биохимические показатели плазмы крови

Примечание: *- р?0,05; ^- динамика относительно 1 часа

На физиолого-биохимические особенности организма жвачных животных и, в частности, овец влияют генетические и негенетические факторы [16]. К генетическим факторам относится, например породная или видовая принадлежность [25], [23]. Основными негенетическими факторами, влияющими на организм животного, являются несколько факторов, включая физиологические [15], [31], [5], состояние окружающей среды, климат и особенности географии региона [26], [27], [29], кормление и рацион [19], пол и возраст [10], [38], состояние здоровья, применение лекарственных препаратов и лечение [19], [4] и сезон года [38].

Кроме того отмечается роль таких факторов, как уровень физической активности, условия содержания, технологии производства и различные стрессовые факторы [33], [29]. К физиологическим факторам относятся цикл воспроизводства (беременность, лактация), кастрация, стимулирование эструса и гиперовуляции и другие [15], [31], [5]. Химический состав является наиболее важным фактором, влияющим на пищевую ценность рациона овец. Значительные различия в очевидной усвояемости структурных компонентов (целлюлоза, лигнин, нейтрально детергентные волокна и кислотно детергентные волокна) наблюдаются среди кормов разных типов и характеристик (способа обработки и формы применения) [17], [35]. Качество и состав рациона может влиять на потребление корма жвачными животными через воздействие на пищеварение в рубце, и, соответственно, на рост жвачных животных за счет изменения эффективности преобразования пищи в организме [8]. Кроме того, доступность и распределение кормовых продуктов может влиять на потребление корма и изменение живой массы, например, ограничивая количество корма, которое потребляют животные. [12]. На эффективность кормления лактирующих коз влияет поддержание интенсивности синтеза молочного жира, усвояемость сухого вещества, содержание пищевых волокон и доля грубых кормов в рационе, а также масса тела [13]. переваримость питательный пищеварение метаболизм

Эффект воздействия организма- хозяина может оказывать влияние на результаты использования микробных методов манипуляции симбиотической микрофлорой, таких как пробиотики [24]. Проведились исследования крупного рогатого скота, связывающие генетику хозяина с рубцовой микробиотой, стремясь выбрать эффективных по функциональности животных [22],[30]. Эти исследования показали потенциальную наследуемость рубцовой микробиоты крупного рогатого скота через косвенную связь между породным фактором и микробным составом рубца [22]. Кроме того, потенциально наследуемые микробные филотипы также могут быть связаны с фенотипами хозяина, такими как эффективность корма [22] и продукция метана [30] у бычков.

Аминокислоты являются важными предшественниками для синтеза широкого ряда азотистых веществ с огромным биологическим значением. Некоторые из этих биоактивных молекул включают нейротрансмиттеры (например, г-аминобутират, дофамин и серотонин), гормоны (например, адреналин, норадреналин, трийодтиронин и тироксин), сосудорасширяющие средства, сигнальные газы (NO, CO и H2S), антиоксиданты (глутатион, креатин, мелатонин, меланин и таурин), доноры метилгруппы, а также ключевые регуляторы метаболизма, роста, развития, иммунного ответа и здоровья. Результаты, показывающие уровень свободных аминокислот плазмы крови представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Свободные аминокислоты плазмы крови

Примечание: *- р?0,05; v- динамика относительно 1 часа

Содержание свободных аминокислот в плазме крови молодняка овец зависит от рациона [3] и изменяется в процессе роста и развития организма [34], [3]. Метаболизм аминокислот изменяется в различных физиологических и патологических состояниях, что приводит к изменениям в гомеостазе [36]. Концентрация свободных аминокислот в плазме крови у взрослых овец может иметь выраженную сезонность [5]. Уровень свободных аминокислот в плазме крови овец связан, в частности, с уровнем белкового питания: концентрации аминокислот в плазме отражают содержание азота в рационе [18], [11], [32], эффективность использования аминного азота симбиотической микрофлорой рубца [32] повышение содержания протеина в рационе [18]. В литературе представлены данные, показывающие влияние структуры рациона на микрофлору рубца, пищеварительные особенности и обмен веществ баранов (валухов) межвидового гибрида овцы романовской породы и архара третьего поколения в сравнении с аналогами романовской породы. Показано статистически значимое повышение переваримости сырого жира и клетчатки, увеличение количества и активности симбиотической микрофлоры рубца, а также концентрации аммиака в рубцовом содержимом гибридных животных относительно чистопородных, с наибольшим эффектом на сенно-сенажно-концентраном типе рациона, а также установлены значимые различия общих биохимических показателей сыворотки крови, обусловленные влиянием генотипа дикого вида [1]. Знания о взаимодействии организма- хозяина и симбиотических микроорганизмов в рубце могут позволить эффективно отбирать и разводить животных с полезными экономическими и экологическими признаками на основе микробных маркеров. Более того, микробиота, связанная с такими фенотипами, может быть использована для разработки микробных манипуляционных средств и методик (кормовые добавки--пробиотики, пребиотики) для улучшения ферментации рубца. Наследуемость микробиоты, связанная с фенотипическими признаками, является важным фактором, который следует учитывать в ходе таких исследований, поскольку плохо- наследуемая микробиота не может быть хорошим маркером для отбора [25]. При проведении исследований на жвачных животных по оценке переваримости питательных веществ рациона, а также определению уровня общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови необходимо учитывать влияние различных факторов на организм подопытных животных. Это особенно актуально, например, при планировании и проведении балансовых опытов с использованием факториального метода («латинский квадрат») для формирования опытных и контрольных групп животных. Установленные различия коэффициента переваримости сухого и органического вещества свидетельствуют о влиянии генетического фактора на интенсивность обмена веществ овец. Повышение коэффициента переваримости сырого протеина, повышение концентрации мочевины и аминокислот с разветвленной цепью (валина) в плазме крови гибридных животных по сравнению с чистопородными, могут свидетельствовать о влиянии генотипа на интенсивность белкового и азотистого обмена веществ в организме овец. Повышение коэффициента переваримости сырого жира и сырой клетчатки, а также повышение концентрации глюкозы в плазме крови гибридных животных по сравнению с чистопородными, могут свидетельствовать о влиянии генотипа на интенсивность жирового и углеводного обмена веществ в организме овец. В практическом аспекте актуально получение и использование животных новых генотипов, имеющих большую переваримость и лучше использующих корма, что повышает рентабельность сельскохозяйственного производства.

Выводы

В данном исследовании установлены статистически значимые различия коэффициента переваримости питательных веществ, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у чистопородных и гибридных ярок которые свидетельствуют о влиянии генетического фактора на результаты исследования физиолого-биохимических особенностей пищеварительных процессов и обмена веществ в организме жвачных животных. Гибридные ярки имели более высокий коэффициент переваримости сухого вещества, органического вещества, сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки, концентрацию мочевины в плазме крови через 1 и 3 часа после кормления, содержание глюкозы - через 3 часа, концентрацию свободного валина в плазме крови - через 1 час. В практическом аспекте актуально получение и использование животных новых генотипов, имеющих большую переваримость и лучше использующих корма, что повышает рентабельность сельскохозяйственного производства.

Список литературы

1. Боголюбова Н.В. Биологические параметры пищеварительных и обменных процессов межвидовых гибридов домашней овцы (Ovis aries)и архара (Ovis ammon polii) / Боголюбова Н.В., Романов В.Н., Девяткин В.А. и др. // Сельскохозяйственная биология, 2016, № 4, 500-508.

2. Боголюбова Н.В. Процессы пищеварения у гибридных овец с прилитием крови архара(OVIS AMMON) при разных уровнях клетчатки в рационе / Боголюбова Н.В., Багиров В.А., Зиновьева Н.А. // Достижения науки и техники АПК, № 9, 2017. - С.64-67.

3. Abdel-Fattah M.S. Growth Rate, Some Plasma Biochemical and Amino Acid Concentrations of Barki Lambs Fed Ground Date Palm at Siwa Oasis / bdel-Fattah M.S., Abdel-Hamid A.А., Ellamie A. M. and others, Egypt Am-Euras. J. Agric. & Environ. Sci., 2012, 12 (9), 1166-1172.

4. Alexandratos N. World Agriculture Towards 2030/2050, The 2012 revision / Alexandratos N, Bruinsma J. ESA Working paper (Rome, FAO), 2012, 12-03.

5. Allison G. Normal ranges and temporal variation in plasma concentrations of L-lactate and free amino acids in adult sheep / Allison G., Pauline R. S., Jackman R. and others// Research in Veterinary Science, 2008, 85, 22-25.

6. Anoushepour A. The comparison of some biochemical parameters in hyperketonemic and normal ewes / Anoushepour A., Mottaghian P., Sakha M. and others // European Journal of Experimental Biology, 2014, №4 (3), 83-87.

7. Antunoviж Z. Changes in biochemical and hematological parameters and metabolic hormones in Tsigai ewes blood in the first third of lactation / Antunoviж Z., Novoselec J., Speranda M. // Archiv Tier., 2011, №54, 535-545.

8. Blaxter K.L. The Energy Metabolism of Ruminants. Hutchinson, Scientific and Technical / Blaxter K.L., 1962, London. 329 p.

9. Bogoliubova N.V. Digestion and metabolic parameters of domestic sheep and their hybrids with Argali / Bogoliubova V., Romanov V.N., Devyatkin V.A. and others // Book of Abstracts of the 66 Annual Meeting of the European Federation of Animal Science, Warsaw, 2015, P. 367.

10. Carlosa M. Blood parameters in the morada nova sheep: influence of age, sex and body condition score / Carlosa M., Leiteb J., Chavesb D. and others // The Journal of Animal & Plant Sciences, 2015, № 25 (4), 950-955.

11. Cecyre G. Relationship between dietary protein content and plasma amino acids in sheep fed purified diets / Cecyre G., Jones J. // Canadian journal of animal science, 1973, №53, Р. 455-464.

12. Chacon E.A. Influence of sward characteristics on grazing behaviour and growth of Hereford steers graz- ing tropical grass pastures / Chacon E.A., T.H. Stobbs, M.B. Dale // Aust. J. Agr. Res., 1978, 29, 89-102.

13. Eisler M. C. Winter M. Agriculture: Steps to sustainable livestock / Eisler M. C., Lee M. R. F., Tarlton J. F. and others // Nature, 2014, 507(7490), 32-34. doi:10.1038/507032a

Размещено на Allbest.ru