Элиминация экотоксикантов из трофических цепей

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО "Уральский государственный аграрный университет"

Элиминация экотоксикантов из трофических цепей

Кривоногова А.С.

Исаева А.Г.,

Суздальцева М.А.

г. Екатеринбург

Аннотация

В условиях промышленного региона проведена оценка степени кумуляции тяжелых металлов в кормовых растениях и организме животных. Суммарное потребление элементов меди, цинка, кадмия, свинца животными с кормами суточного рациона в несколько раз выше в предприятиях наиболее приближенных к источникам эмиссии промышленных выбросов. Проведенные исследования также показали, что в процессе выращивания продуктивных животных происходит активное накопление тяжелых металлов в объектах трофической цепи аграрных предприятий, при этом возможно технологическое решение элиминации с применением энтеросорбентов. В значительных количествах происходило накопление тяжелых металлов в костях скелета и паренхиматозных органах, достоверно превышающих нормативные значения при избирательном депонировании в костной ткани - свинца, в мышцах - цинка, свинца, в печени - цинка и меди, в почках - кадмия. Также выявлены особенности накопления экотоксикантов в органах и тканях животных в зависимости от интенсивности техногенной нагрузки территории. Изучено влияние энтеросорбентов из морских гидробионтов на клинико-физиологические показатели продуктивных животных при интоксикации свинцом. Разработана комплексная система сохранения биоресурсов в районах техногенных эмиссий за счет применения альгината и зостерина, снижающих содержание в печени и костях свинцав 8,5 раз, кадмия - 3,2 раза, а также хитозана для повышения активности иммунной системы. Применение данных препаратов приводит кприросту живой массы у животных на 9 - 12 %. Проведение экологического мониторинга аграрных предприятий позволяет своевременно применять меры для сохранения биоресурсного потенциала животных и осуществлять контроль качества производимой продукции.

Ключевые слова: экотоксиканты, экологический мониторинг, элиминация, трофические цепи, энтеросорбенты, зостерин, биоресурсы.

Актуальность темы. В настоящее время в результате все расширяющегося промышленного производства наблюдается прогрессирующее насыщение окружающей среды разного вида ксенобиотиками. В связи с этим проблема загрязнения окружающей среды и связанного с этим нарушения экологического равновесия в природе является наиболее актуальной, так как неблагоприятные экологические условия негативно влияют на состояние здоровья людей, и животных, в том числе продуктивных [1, 2, 6, 8, 12, 17].

В связи с высокой концентрацией различных сельскохозяйственных и промышленных предприятий как на одних территориях, так и по соседству происходит загрязнение почв, воды, воздуха сельхозугодий, а в связи с этим ухудшающееся с каждым годом качество здоровья продуктивных животных, а также животноводческой и растениеводческой продукции. Не учитывая уровня экологической опасности нельзя говорить о наращивании объемов сельскохозяйственного производства, так как продукция товаропроизводителей становится не конкурентно-способной по причине ее несоответствия экологическим нормативам [9, 10].

Усиливается негативный эффект на жизненно важные системы организма животных (иммунную, эндокринную, кроветворную, метаболическую). Жизнеспособность организма при этом невозможна без нормального функционирования всех его систем, в том числе и иммунной [7, 11, 15, 17]. Длительное воздействие факторов, угнетающих или стимулирующих иммунную систему, приводит к снижению естественной резистентности организма и развитию иммунодефицитных состояний, что понижает использование биологического потенциала животных [1, 14, 18, 19].

Поступление токсичных веществ в организм человека происходит по цепочке: "атмосфера - почва (вода) - растение - сельскохозяйственное животное - человек". В существующей литературе при изучении взаимосвязи экологии и заболеваемости людей, практически отсутствует звено "животное", анализ их особенностей, устойчивости к болезням, качество продукции (молока, мяса), получаемой от них [3, 8, 16].

Целью исследований стало изучение уровней накопления экотоксикантов в объектах трофической цепи аграрных предприятий и разработка системы их коррекции в объектах "трофической цепи" для повышения биологического потенциала животных в индустриальных территориях.

Материалы и методы исследований. Исследования проводили в аграрных предприятиях молочного направления. Для этого было сформировано 3 группы предприятий: группа №1 - предприятия в 5-ти километровой зоне от источника техногенной эмиссии (5 предприятий), группа № 2 - в 5-10 км (6 предприятий), группа № 3 - дальше 10 км (7 предприятий). В качестве источников техногенной эмиссии рассматривали предприятия металлургической промышленности, автомагистрали [3, 4, 5].

На всех молочно-товарных фермах были отобраны пробы растительных кормов, составляющих суточный рацион взрослых животных. Отбор и упаковку проб проводили по стандартной методике, применяемой для анализа растительных кормов [13].

После убоя осуществляли отбор органов и тканей от коров 5-ти летнего возраста (кости скелета, мышцы, печень, почки). Пробы тканей для токсикологического исследования разлагали концентрированной азотной кислотой в микроволновой системе пробоподготовки MARS-5 (USA), а затем определяли содержание цинка, меди, свинца и кадмия в этих пробах атомно-абсорбционным и атомно-эмиссионным методами спектрометрии на атомно-адсорбционном спектрофотометре AA6800F.

В предприятиях каждой зоны укоров 5-6-ти летнего возраста определяли физиологические показатели - температуру тела, частоту сердечных сокращений, дыхательных движений, руминацию, показатели жвачного процесса. Биохимический состав крови определяли на автоматическом биохимическом анализаторе "OhemWellCombi" фирмы Awaveness Technology, USA (открытая система) с использованием стандартных наборов реактивов фирмы "VitalDiagnosticsSpb". Гематологические и иммунологические исследования проводили у коров одного возраста (5 лет). Крупный рогатый скот подбирали по принципу аналогов с учетом физиологического состояния, уровня продуктивности. Иммунологические исследования включали иммунологические показатели, предложенные для массовых обследований в экологически неблагополучных территориях (Р.М. Хаитов с соавт., 1995): содержание Т-лимфоцитов (Е-РОЛ); В-лимфоцитов (М-РОЛ) (Д.К. Новиков, В.И. Новикова, 1996), соотношение Т/В; фагоцитарную активность ней-трофилов; циркулирующие иммунные комплексы (ЦИК) по методу В.Г Гашковой (1979) в модификации Ю.А. Гриневич (1981).

Для коррекции накопления экотоксикантов в организме животных применяли препараты энтеросорбенты, которые вводили согласно инструкциям.

Всего исследовано 200 проб тканей и органов, 750 животных, выполнено 6 780 анализов.

Статистические данные обрабатывали с помощью программы "Statistics, v. 6.0". Достоверность различий оценивали, используя t-критерий Стьюдента. Данные представлены как среднее значение ± стандартная ошибка среднего.

Результаты исследований. Проведен анализ суточного потребления тяжелых металлов с рационом продуктивными животными. Для этого были проведены исследования кормов собственного производства. При этом было выявлено повышенное содержание тяжелых металлов в кормах из хозяйств групп № 1, № 2.

Суммарная концентрация меди в кормах суточного рациона в предприятиях первой группы была высокой и составила 549,45±1,02 мг/кг, при этом превышение данного показателя составило 2,4 и 4,9 раз по отношению к показателю из второй и третьей групп. Наиболее загрязненным видом корма в первой и второй группах по-прежнему был силос [4], показатель превышал максимально допустимый уровень в 6и 3,5 раз, соответственно.

Содержание цинкав кормах из первой группы также превышало значения в 1,6-3,8 раз из других групп и составляло 1798,20±3,57 мг/кг

Наиболее высокие показатели кадмия были отмечены в сене и силосе из предприятий, расположенных в максимальной близости к источникам техногенной эмиссии, при этом концентрация кадмия в силосе составляла 0,39 мкг/г, что также превышало МДУ (0,3мкг/г).

Суточное потребление свинца с кормомв первой и второй груп-пахв 1,8-2,2 раза превышало показатели из предприятий в условно чистой территории.

При анализе содержания тяжелых металлов в суточном рационе животных из различных территорий Свердловской области установлено, что суммарное потребление меди, цинка, свинца и кадмия в несколько раз превышало показатели из первой и второй групп.

При ежедневном поступлении тяжелых металлов в организм животных с кормами и водой происходит их накопление в органах и тканях. Что подтверждается полученными данными: повышенная концентрация меди в костной ткани животных из первой группы на 2229% и повышенное содержание цинка в печени - в 2,5-4,5 раза.

Также отмечено повышенное количество меди в печени коров из первой и второй групп. Предельно допустимая концентрация меди составляет 20 мкг/г, а у животных из данных групп составило 151,2 и 49,8 мкг/г, соответственно.

Высокая концентрация кадмия также отмечена в костях скелета животных из первых двух групп и составила 0,23 и 0,25 мкг/г, в печени - 3,33 и 3,39 мкг/г, соответственно. Таким образом, данный показатель в печени был в 10 раз выше предельно допустимые значения (ПДК в печени, костях - 0,3 мкг/г, в мышцах - 0,05 мкг/г). Присутствие кадмия в повышенной концентрации в почках и печени коров, можно объяснить высоким содержанием этого показателя в силосе, который входит в структуру рациона.

Аналогичная ситуация сложилась по накоплению свинца в органах животных. Так содержание этого элемента в первой и второй группах превышало предельно допустимую концентрацию в 9,7 и 2,9 раз, соответственно (ПДК 0,6 мкг/г в печени и 0,5 мкг/г в мышечной ткани).

В предприятиях из каждой группы определены основные физиологические показатели у 130 коров 5-6-ти летнего возраста. У животных определяли температуру тела, частоту сердечных сокращений, дыхательных движений, сокращений рубца, проводили иммунологические исследования крови. Установлено, что у коров из первой группы достоверно были выше частота пульса, дыхания, также отмечалась тенденция к снижению сократительной функции рубца.

Анализируя результаты иммунологических исследований, у коров из разных группбыли выявлены достоверные различия в показателях. У животных из первой и второй групп отмечено пониженное количество лимфоцитов, Т-лимфоцитов, высокие показатели циркулирующих иммунных комплексов, а также низкие показатели фагоцитарной и адгезивной активности нейтрофилов. Активизации гуморального звена иммунной системы в ответ на повышенные дозы экотоксикантов была у животных из первых двух групп, о чем свидетельствовала повышенная концентрация В-лимфоцитов, об этом также свидетельствует достоверное повышение уровня ЦИКов (в 1,2 - 1,7 раз) в сыворотке крови животных из этих групп. У животных с повышенным количеством в организме кадмия, меди, свинца было отмечено высокое содержание эозинофилов. Их значение было в 1,4 раза выше, чем у животных из предприятий, удаленных от источников элиминации [4].

Согласно данным о детоксикационном действии полисахаридов из морских гидробионтов при интоксикации тяжелыми металлами, полученным ранее, проведены экспериментальные исследования по изучению альгината, хитозана и зостерина на сорбцию тяжелых металлов и иммуно-гематологическиеи биохимические показатели бычков на откорме.

Для проведения опыта с хитозаном были отобраны 2 группы телят в возрасте 3-4 месяца по 20 голов в каждой, содержащихся в одном животноводческом помещении с одинаковым уровнем кормления и содержания. Препарат вводили в дозе 100 мг на кг живой массы.

Наблюдение за телятами осуществляли ежедневно. При этом исследовали общее клиническое состояние, проводили гематологические, иммунологические и биохимические анализы до введения (фоновое исследование), через 25 и 45 дней после применения препаратов.

Спустя 14-20 дней после применения препарата у опытных телят отмечали улучшение общего состояния, повышение аппетита и активности, шерстный покров становился более блестящим. Впоследствии, через 45 дней у опытной группы телят с применением хитозана при контрольных взвешиваниях отметили достоверное увеличение прироста живой массы на 9,2% по сравнению с телятами контрольной группы.

Применение хитозана обусловило снижение накопления токсикантов (цинка, меди, кадмия и свинца) в органах и тканях животных [4].

При применении хитозана через 20 дней происходило достоверное увеличение содержания Т-лимфоцитов, по сравнению с фоновыми. Через 45 дней после применения данный показатель, в сравнении с фоновыми, увеличился на 42,5%.

У телят под действием препаратов происходила существенная активизация фагоцитоза. При применении хитозана поглотительная способность нейтрофилов увеличилась - на 49%.

Таким образом, применение хитозана позволило в значительной мере повысить активность иммунной системы. Что в свою очередь отразилось как на общем клиническом состоянии опытных животных, так и на показателях иммунитета: увеличилось количество лейкоцитов, лимфоцитов, Т- и В-лимфоцитов, возросла фагоцитарная активность.

Для проведения исследований по изучению действия альгината и зостерина было сформировано 3 группы бычков 5-ти месячного возраста по 25 голов. Длительность эксперимента составила 90 дней.

Первая группа получала с кормом альгинат в дозе 100 мг/кг живой массы, вторая -2%-ныйраствор зостерина в дозе 100 мг/кг; третья - контрольная. В начале эксперимента были проведены фоновые иммуногематологические и биохимические исследования. В последующем отбор проб крови производили 1 раз в 30 дней, такжев ходе эксперимента проводили контрольный убой бычков и отбор материала для токсикологического исследования.

Результаты биохимического анализа крови у бычков в начале опыта свидетельствовали о возможном нарушении белковосинтезирующей функции, нарушении жирового обмена вследствие хронической интоксикации, что подтвердждалось высоким уровнем холестерина, содержанием мочевины и общего белка на нижней границе нормы, пониженным содержанием альбуминов при несколько повышенном содержании гамма-глобулинов.

При анализе результатов биохимических исследований через 90 дней отмечена тенденция к нормализации показателей. Применение альгината привело к повышению уровня глюкозы - на 15,2%, а зостерина - на 19,1%. Отмечена динамика повышения количества холестерина в крови контрольных бычков на 27,1%, у животных опытных групп - снижение этого показателя на 15,9% при введении в рацион альгината и на 23,7% - зостерина.

При проведении исследований содержания свинца, кадмия, цинка и меди в тканях и органах бычков всех групп выявлено достоверное снижение содержания свинца и кадмия в мышцах, печени и костной ткани животных из опытных групп. При применении зостерина и альгината прослеживалась положительная динамика в снижении свинца и кадмия в течение 90 дней.

Отмечено снижение содержания свинца в мышцах по сравнению с контрольной группой через 60 дней в 3 раза, через 90 дней -в 8,5 раз. Во второй опытной группе содержание свинца в печени через 90 дней снизилось в 3,2 раза, в костях - в 1,9 раз. Подобная ситуация просматривается в отношении снижения уровня кадмия. Показатели животных из группы, получавших зостерин, имеют выраженную динамику в отношении снижения содержания свинца и кадмия в печени.

В ходе эксперимента установлено, что дополнительное введение в рацион альгината и зостерина оказало положительное влияние на продуктивность бычков, что отмечалось в увеличении среднесуточного прироста живой массы на 9 - 12 %. Также необходимо отметить, что наиболее эффективно применение данных препаратов на заключительной стадии откорма.

Заключение

металл кумуляция экотоксикант техногенный

Таким образом, установлено, что у животных из предприятий, расположенных в 2-5 км зоне, происходило накопление тяжелых металлов в паренхиматозных органах и костях скелета в значительных количествах, достоверно превышающих нормативные значения. Экотоксиканты избирательно депонировались в органах и тканях крупного рогатого скота: в костной ткани - Pb, в мышцах - Zn, Pb, в печени - Zn и Cu, в почках - Cd. Наибольшее поступление тяжелых металлов в организм крупного рогатого скота происходило c кормовыми растениями, используемыми для приготовления силоса, так как данный тип корма является основным элементом рациона животных.

Проведенные исследования также показали, что в процессе выращивания продуктивных животных происходит активное накопление тяжелых металлов в объектах трофической цепи, при этом возможно технологическое решение элиминации с применением энтеросорбентов. Разработана научно обоснованная система сохранения биоресурсов в районах техногенных эмиссий за счет применения альгината и зостерина, снижающих содержание в печени и костях свинцав 8,5 раз, кадмия - 3,2 раза, а также хитозана для повышения активности иммунной системы. Применение данных препаратов приводит к приросту живой массы у животных на 9 - 12 %. Проведение экологического мониторинга аграрных предприятий позволяет своевременно применять меры для сохранения биоресурсного потенциала животных и осуществлять контроль качества производимой продукции.

Список литературы

1. Донник И.М., Смирнов П.Н. Экология и здоровье животных/И.М. Донник, П.Н. Смирнов.- Екатеринбург, 2001.-331с.

2. Донник И.М., Большаков В.Н. Экологические аспекты агропромышленного производства Уральского региона /Современные проблемы диагностики, лечения и профилактики болезней животных и птиц: Сб. научн. трудов ведущих ученых России и Зарубежья. Вып.3.-Уральское издательство, Екатеринбург, 2010.- с.52-60.

3. Донник И.М., Шкуратова И.А., Кривоногова А.С., Исаева А.Г., Андрейко А.А., Хасина Э.И. Экологические аспекты животноводства в промышленных регионах // ж. Ветеринария Кубани. - 2010.-№6. - с.6-8.

4. Донник И.М., Шкуратова И.А., Хасина Э.И., Якубенко Е.В. Динамика накопления экотоксикантов в биологических ресурсах регионов с интенсивной антропогенной нагрузкой // Ветеринария Кубани - 2012 - №6

5. Донник И.М., Кривоногова А.С., Шкуратова И.А. Профилактические мероприятия для коррекции содержания экотоксикантов у животных с повышенным их содержанием // ж. Ветеринария Кубани - 2014 - №1

6. Донник И.М., Воронин Б.А., Лоретц О.Г Обеспечение продовольственной безопасности научно-производственный аспект (на примере Свердловской области) // Аграрный Вестник Урала - 2015г - №7 (137) - с 81-86

7. Верещак Н.А. Оценка показателей иммунной системы и методы коррекции иммунной недостаточности у продуктивных животных и птицы в Уральском регионе: Дис. ... докт. ветер. наук / Н.А. Верещак. - Екатеринбург, 2007. - 304 с.

8. Кошелев С.Н. Экотоксиканты в растительных и пищевых цепях северо-запада Урала: Дис. ... докт. биол. наук / С.Н.. Кошелев. - Екатеринбург, 2007. - 306 с.

9. Лоретц О.Г., Донник И.М. Повышение биоресурсного потенциала крупного рогатого скота и качества молочной продукции при промышленных технологиях содержания // Аграрный Вестник Урала - 2014 - №10 (128) - с 51-55

10. Лоретц О.Г., Донник И.М. Реализация генетического потенциала животных в условиях техногенного загрязнения окружающей среды // Аграрный Вестник Урала - 2014 - №7(125) - с 44-47

11. Петров Р.В., Хаитов P.M., Пинегин Б.В., Орадовская И.В. и др. Оценка иммунной системы при массовых обследованиях: Методические рекомендации. // Иммунология. - 1992. - №6. - с. 51-62.

12. Романенко Г.А. Проблемы техногенного воздействия на агропромышленный комплекс и реабилитации загрязненных территорий / ГА. Романенко // Сб. мат. науч. сессии РАСХН. - М., 2003. - с.3 - 9.

13. Таланов Г.А., Смирнов А.М. Антропогенные полютанты, их ветеринарно-санитарное и токсикологическое значение // С.-Х. биология. Сер. Биология животных. - 1994. - № 2. - с. 34 -42.

14. Топурия Л.Ю., Стадников А.А., Топурия Г.М. Фармакокоррекция иммунодефицитных состояний у животных /Оренбург: Издательский центр ОГАУ, 2008.-176с.

15. Федоров Ю.Н., Верховский О.А., Костынина М.А. Иммунодефициты у животных: характеристика, диагностика, коррекция. // Продовольственная безопасность - XXI век: эколого-экономические аспекты. - Т.1.- Екатеринбург: УрГСХА, 2000. - с. 160-168.

16. Чубенко Н.В. Обеспечение качества и безопасности молока и молочной продукции / Н.В. Чубенко, Л.А. Малышева // Ветеринарная патология. - 2012. № 1. - С. 135-139.

17. Шахов А.Г Загрязнение окружающей среды - важнейший фактор ухудшения продуктивного здоровья животных / А.Г. Шахов, М.Н. Аргунов, С.В. Середа / Агроэкологическая безопасность в условиях техногенеза// Сборник научных докладов международного симпозиума: часть I. - Казань: Медок, 2006. - с. 139-142.

18. Шкуратова И.А. Коррекция иммунного статуса у высокопродуктивных коров / И.А. Шкуратова и др. // Ветеринария. - 2008. - №2.- с. 11-12.

19. Шкуратова И.А., Донник И.М., Исаева А.Г, Кривоногова А.С. Эколого-биологические особенности крупного рогатого скота в условиях техногенеза //"Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии" - №2 - 2015 - с. 366-369

Размещено на Allbest.ru