УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН

ВОЗНА Ольга Євгеніївна

УДК 619:612.015:636.2/3:619:612.3.

ЕКЗОГЕННА РЕГУЛЯЦІЯ МЕТАБОЛІЗМУ ВУГЛЕВОДІВ

МІКРОБНОЮ ПОПУЛЯЦІЄЮ РУБЦЯ

03.00.04 – біохімія

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата сільськогосподарських наук

ЛЬВІВ - 2002

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Науково-дослідному інституті біотехнологічних основ підвищення продуктивності тварин Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З. Ґжицького Міністерства аграрної політики України

Науковий керівник:

доктор біологічних наук, професор Калачнюк Григорій Іванович,

НДІ біотехнологічних основ підвищенняпродуктивності тварин Львівської

державної академії ветеринарної медицини імені С.З. Ґжицького, директор,

професор кафедри органічної та неорганічної хімії

Офіційні опоненти:

доктор сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник

Стапай Петро Васильович, Інститут біології тварин Української УААН

завідувач лабораторії фізіолого-біохімічних основ вовноутворення

доктор сільськогосподарських наук, професор Захарів Орест Ярославович,

Львівська державна академія ветеринарної медицини ім. С.З. Ґжицького,

завідувач кафедри мікробіології і вірусології

Провідна установа: Державний науково-дослідний контрольний інститут ветеринарних

препаратів та кормових добавок Міністерства аграрної політики України,

відділ фармакології і імунології, м. Львів

Захист відбудеться “21” січня 2003 р. о 1000 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.368.01 в Інституті біології тварин УААН за адресою: 79034, м. Львів, вул. В. Стуса, 38

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту біології тварин УААН (79034, м. Львів, вул. В. Стуса, 38)

Автореферат розісланий “20” грудня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради __________________________Віщур О.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У багатьох відділах травного тракту жуйної тварини і, зокрема, в рубці, функціонують могутні за своєю дією змішані популяції мікроорганізмів-симбіонтів. Без споживання кисню вони здатні зброджувати навіть важкодоступні компоненти раціону (в тому числі і клітковину), продукуючи органічні кислоти (оцтову, пропіонову, масляну та ін.) і амоній (Ґжицький C.З., 1954-1976; Калачнюк Г.І., 1967-2002; Wojciechowicz M.M., 1994; Warren R.A., 1996). Тварина-господар всмоктує їх та використовує в інтермедіарному метаболізмі. Щоб ефективніше використати такий симбіоз у тваринництві, необхідно знати все про корми (хімічний склад, поживність і доступність) та про всі деталі механізму їх засвоєння в організмі.

Велике значення для рубцево-інтермедіарного метаболізму та продуктивного ефекту у жуйних тварин має не тільки кількісний рівень утворення кінцевих продуктів мікробної ферментації, але й певні молярні пропорції між утвореними із вуглеводів низькомолекулярними карбоновими кислотами. Перед дослідниками вже давно стоїть завдання змінити їх так, щоб молярний відсоток пропіонату зріс хоч би на 10%. Це дозволило би знизити ~ на 5,6% втрати, які йдуть на метано- і теплоутворення та повернути їх на користь анаболічно-продуктивного ефекту (Курилов Н.В., Кроткова А.П., 1971; Piatkowski B. u.a., 1983; Хенниг А. і ін., 1986; Танцуров Г.В., 2000). У більшості регіонів нашої країни в раціонах тварин не вистачає протеїну в межах 15-35% (Кравців Р.Й. та ін., 2000). А там, де його вдосталь, ще немає достатку кормових джерел вуглецю й енергії і передовсім легкодоступних вуглеводів (цукрів, крохмалю й ін.). Це веде до перевитрат кормових засобів та до недобору тваринницької продукції (Ібатулін І.І. та ін., 1998; Столярчук П.З., 1999, Стапай П.В. та ін., 2000; Захарів О.Я. та ін., 2001). Часто від такої біотехнології живлення у травній системі накопичуються ще й токсичні речовини, які порушують обмін речовин, спричинюють виникнення захворювань, зниження темпів росту та втрати і зниження якості продукції (Kmet’ V., Baran M., Kalachnyuk G. I., 1990; Цвіліховський М. І., Томчук В. А., 2000).

Вирішення вказаних і споріднених з ними проблем є актуальним не тільки в Україні, але й у цілому світі. Науково-практичний інтерес до них підвищується в зв’язку з постійним удосконаленням існуючих технологій виробництва й забезпечення тварин джерелами протеїну, енергії, біологічно активних речовин та різними рістстимулюючими засобами, тобто регуляторами екзогенного походження.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була розділом комплексних досліджень Науково-дослідного інституту біотехнологічних основ підвищення продуктивності тварин (НДІБОППТ) Львівської державної академії ветеринарної медицини імені С.З. Ґжицького, які виконувалися на замовлення Управління науки Мінагрополітики України, за темами 9/1, 9/9 (№ держреєстрації 0198U008022) – “Розробити нові, комплексні біотехнологічні способи підвищення вмісту рістстимулюючих речовин у природних кормових засобах”, а також є фрагментом спільних науково-дослідних робіт, що проводяться з Інститутом фізіології і генетики Чеської АН та Інститутом молекулярної біології і генетики НАН України.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи було дослідити зміни в кінцевих продуктах метаболізму поживних речовин і, зокрема, вуглеводів, змішаними мікробними популяціями рубця й інших відділів (сітки, книжки, сичуга, сліпої і прямої кишок) шлунково-кишкового тракту (ШКТ) жуйних тварин у процесі постнатального розвитку для встановлення їхньої ролі в обміні речовин і формуванні високого рівня продуктивності за дії екзогенних факторів.

Для реалізації цієї мети необхідно було виконати такі задачі:

- виявити особливості мікробного метаболізму в окремих відділах травного

тракту жуйних тварин;

-

-

-

-

-

-

-

Об’єктом дослідження були міжорганні, міжвікові та міжвидові особливості метаболізму поживних речовин і передовсім вуглеводів змішаною мікробною популяцією рубця, сітки, книжки, сичуга, сліпої і прямої кишок жуйних тварин та їхні зміни за дії екзогенних факторів, які здатні регулювати рубцево-інтермедіарний обмін речовин та продуктивні якості худоби.

Предметом дослідження були кінцеві продукти метаболізму вуглеводів змішаними популяціями шлунково-інтестинального тракту – низькомолекулярні карбонові кислоти (ацетат, пропіонат, бутират, ізобутират, валеріат, ізовалеріат); лактат, аміак, метан та ін.; ензими – амілаза і целюлаза, а також інтермедіати метаболізму в крові, хімічний і амінокислотний спектр м’язевої тканини жуйних тварин.

Методи досліджень: одержували інокуляти змішаної мікробної популяції із різних відділів травного тракту під час забою тварин, а також відбирали через фістули, накладені на рубець, або за допомогою носоковтального зонда; кінцеві продукти метаболізму леткі жирні кислоти (ЛЖК) визначали на газовому хроматографі “Chrom-5”, лактат ензиматично за методикою Hohorst або в чашках Конвея; целюлозолітичну активність – ваговим методом, амілолітичну активність за кількістю розщепленого крохмалю в мкг за 1 хв на 1 мг білка; загальний пул ЛЖК і кетонові тіла – паровою дистиляцією, аміак – спектрофотометрично з наступною неслеризацією; амінокислотний склад – на аналізаторі Т-339 (CR), інші біохімічні показники – за допомогою лабораторних наборів Віо-La-Tests (Lachema, Brno, Bohemia).

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше проведено дослідження метаболізму вуглеводів змішаною мікробною популяцією рубця у порівняльному аспекті із заселеними мікроорганізмами інших відділів травного тракту жуйної тварини у різні періоди її постнатального розвитку та встановлення регуляторного впливу на рубцево-інтермедіарний обмін речовин і продуктивний ефект екзогенних факторів субстратно-ерготропного комплексу, які дозволяють конструювати суттєве прискорення анаболічних процесів у організмі та збільшення виробництва високоякісної продукції. Метаболізм у рубці, сітці, книжці, сліпій і прямій кишках жуйної тварини є на досить високому рівні. Однак найефективнішими для тварини є мікроорганізми передшлунків і, зокрема, рубця. Порівняно з рубцем, у книжці вміст ЛЖК знижується на 37%, а в їхньому молярному співвідношенні підвищується відсоток пропіонату (С3). У сичузі рівень ЛЖК спадає на 97%, а рН знижується до 1,8. У сліпій і прямій кишках показники мікробної ферментації є близькими до таких, що знаходяться у рубці. В усіх відділах травного тракту дорослого бичка (порівняно з коровою) характерним є спрямованість бродіння у напрямку підвищеної продукції суми ЛЖК із збільшеним молярним відсотком пропіонату та бутирату. У міжвидовому аспекті мікробний метаболізм у сліпій кишці кроля відрізняється від такого ж сліпої кишки жуйної тварини підвищеним утворенням ацетату та мінімальним рівнем пропіонату.

Мікробні популяції рубця, сліпої і прямої кишок здатні зброджувати крохмаль із підвищеною продукцією пропіонату. Під впливом добавок кормового антибіотика авіламіцину у сумі ЛЖК вірогідно зростає молярна частка пропіонату при зброджуванні крохмалю, целюлози, геміцелюлози і пектину, достовірно знижується утворення лактату, а в газовій суміші – концентрація метану.

Згодовування йонофору монензину (0,5 мг/кг живої маси в добу) проявляє дію на метаболічні процеси в рубці при переході телят на рослинну дієту. Збільшення продукції пропіонату корелює з підвищенням приростів живої маси на 10,4%.

Згодовування цеолітового борошна тільним коровам (0,5 г/кг живої маси в добу) нормалізує процеси аміакоутворення у травній системі за умов підвищеного рівня в раціоні легкозброджуваних джерел азоту – ріпакового шроту і сечовини.

Споживання більш доступних біосубстратів (перевага у раціоні крохмалистих зерноконцентратів) у порівнянні з менш доступними (підвищені рівні клітковини) сприяє збільшенню на 10% молярного відсотка пропіонату у сумі ЛЖК, що корелює із зростанням середньодобових приростів бичків ~ на 30% (1064 проти 802 г). Поєднання у раціоні крохмалю, ріпакового шроту (РШ), соєвого шроту (СШ) і сечовини з цеолітовим борошном посилює рубцево-інтермедіарний анаболізм та добові прирости на 8,6% (1196 проти 1101 г), а додаткове уведення ще й монензину дозволяє їх підвищити до максимальних рівнів, тобто на 15% (1270 проти 1101 г).

Практичне значення одержаних результатів. Отримані результати досліджень метаболізму вуглеводів змішаними популяціями мікроорганізмів різних відділів шлунково-інтестинального тракту жуйної тварини розширюють існуючі відомості про їхню роль у засвоєнні поживних речовин раціону, а також доповнюють дані про особливості впливу на інтермедіарний обмін і продуктивний ефект екзогенних факторів субстратно-ерготропного комплексу, що дають можливість конструювати суттєве прискорення процесів анаболізму.

На підставі результатів проведених досліджень встановлено доцільність використання для молодняка великої рогатої худоби існуючої системи годівлі тварин ріпаково-соєвими добавками у поєднанні з природними сорбентами (цеолітами) та ерготропними адитивами (йонофорами), яка викладена у рекомендаціях “Біотехнологічні основи використання модифікованих ріпакових кормових добавок у тваринництві” (Київ, 2000), затверджених секцією тваринництва Науково-технічної Ради Мінагрополітики України 23.XII.1999 р. (Протокол №5).

Результати досліджень впроваджені у навчальний процес кафедри біохімії та біотехнології, а також кафедри годівлі тварин ЛДАВМ ім. С.З. Ґжицького, та в практику багатьох господарств Львівської та інших областей, що підтверджується відповідними документами.

Особистий внесок здобувача. Автор самостійно опрацювала літературу за темою дисертації, провела експериментальні дослідження і статистично обробила одержані результати. Аналіз отриманих даних провела разом з науковим керівником.

Апробація результатів досліджень. Викладені в дисертації результати досліджень були представлені на: міжнародній науково-практичній конференції “Сучасні проблеми біології, ветеринарної медицини, зооінженерії та технологій продуктів тваринництва” (Львів, 9-11.X.1997); International conferencе on rabbit production in hot climates (Adana/Turkey, 7-9.ІX.1998); міжнародній науковій конференції “Сучасні проблеми зооінженерії та шляхи їх вирішення” (Львів, 7-8.X.1999); міжнародній науковій конференції “С.З. Ґжицький і сучасна аграрна наука”. (Львів, 6-8.V.2000); 2-му Західноукраїнському симпозіумі з адсорбції та хроматографії (Львів, 5-7.VІ.2000); 3-й міжнародній конференції “Актуальные проблемы биологии в животноводстве” (Боровск, 6-8.ІX.2000); III Symposium Ukraine-Цsterreich. Landwirtschaft: Wissenschaft und Praxis (Tschernivci, 14-16.ІX.2000); міжнародній конференції “Актуальні проблеми розвитку сучасної зооветеринарної науки” (Львів, 4-6.X.2001); 1st Polish-Ukrainian Scientific Сonference “Animal sciences in the XXI century” (Krakуw, 24-26.X.2001); конференції молодих вчених і спеціалістів України “Досягнення та перспективи розвитку агробіотехнології в Україні” (Київ, 20-21.ІІІ.2002); VIII Українському біохімічному з’їзді (Чернівці, 1-3.X.2002), де доповідь визнана однією з кращих і автор нагороджена Грамотою; щорічних НДІ БОППТ, науково-технічної та вченої рад ЛДАВМ ім. С.З. Ґжицького (1997-2002).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 17 робіт. З них 8 статей, 8 праць конференцій і симпозіумів та науково-практичні рекомендації.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 137 сторінках, основна частина містить 27 таблиць і 5 рисунків. Робота складається із вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних джерел літератури (222 найменування) та 2 додатків (3 таблиці).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Загальна методика та основні методи досліджень

Об’єктом досліджень були зразки змішаної мікробної популяції рубця та інших відділів травного тракту великої рогатої худоби, відібрані in vivo з урахуванням віку, статі та умов живлення. При дослідженні мікробних перетворень у товстому відділі, особливо у сліпій кишці, проводилися порівняльні досліди з іншими видами тварин в умовах in vivo та in vitro. Загалом проведено 9 серій досліджень з використанням більше 150 тварин (велика рогата худоба, вівці і кролі), які утримувались на загальноприйнятих раціонах. Експерименти in vivo проводили на вмістимому рубця, відібраному на 2-3 годинах після ранкової годівлі з допомогою носоковтального зонда, а інших відділів ШКТ – після забою тварин у забійному цеху. У вмістимому електрометрично визначали рН та редокс-потенціал (Еh) і гравіметрично – суху речовину. Рідку частину відділяли від кормових залишків за допомогою нейлону. У ній визначали запрограмовані біохімічні показники. Метаболізм різних субстратів в умовах in vitro вивчали за допомогою інкубації (додаючи 0,05% Na2S.9H2O) у спецфлаконах на 300 мл із вентилями Бунзена (за винятком проб для визначення СН4). У підсеріях, де вивчалася продукція ЛЖК із вуглеводів (крохмалю, целюлози, геміцелюлози і пектину), використовували кукурудзяний крохмаль і пшеничну геміцелюлозу (по 3 г), суспензуючи їх у 100 мл буфера McDougall з додаванням сечовини й кислотного автолізату (0,1 г) і рубцевої або кишкової рідини (50 мл), інкубували 8 годин (із целюлозою – 24 год, пектином – 6 год). Якщо джерелом енергії служила суміш вуглеводів (3 г крохмалю і 1,5 г сахарози), інкубація тривала 8 годин. Продукцію метану визначали на газовому хроматографі, інкубуючи у спецфлаконах об’ємом 500 мл. Субстратом служила й суміш СМ-целюлози (2 г), крохмалю (1 г), пектину (1 г), глюкози (0,25 г) і сухих кислот (0,25 г). Об’єм буфера – 140 мл та інокульому – 70 мл. Інкубація тривала 12 год у атмосфері власноутвореного СО2 у герметично закритій посудині.

У дослідах in vivo та in vitro вивчали мікробний метаболізм різних вуглеводів у ШКТ за дії авіламіцину, а також метаболічні процеси та продуктивний ефект у телят під впливом йонофору. В умовах in vivo досліджували вплив добавок цеоліту при згодовуванні ріпакового шроту і сечовини на рубцевий та інтермедіарний метаболізм тільних корів, які утримувались на загальноприйнятому раціоні. Для вивчення впливу на рубцевий метаболізм легкодоступних (крохмалистих) і важкодоступних (багатих клітковиною) кормових засобів використовували змішану мікробну популяцію рубця від 10 бичків-аналогів чорно-рябої породи живою масою 400-450 кг. Тварини були розділені на дві групи (по 5 голів у кожній), з яких бички І групи одержували більше целюлози (5-6 кг злаково-бобового сіна) та порівняно мало легкодоступних поживних речовин (2-2,5 кг зерноконцентратів). Бички ІІ групи, навпаки, поїдали більше легкодоступних поживних речовин (4-5 кг зерноконцентратів) та в 2 рази менше клітковини (2,5-3 кг сіна). Інші компоненти добових раціонів були однаковими (силос кукурудзяний – вволю і кормовий буряк – по 10 кг/гол. в день). В окремому досліді вивчали метаболічний і продуктивний ефект згодовування гранульованих кормових джерел азоту й енергії у поєднанні з сорбентом та дією йонофору (монензину).

Динаміку рівня рН і Еh визначали електрометрично за допомогою платинових електродів за Жакобом (Jacob H., 1970), ріст мікробної і білкової біомаси – спектрофотометрично (А260 і А280, відповідно); cуму ЛЖК – паровою дистиляцією в апараті Маркгама з наступним титруванням; індивідуальні низькомолекулярні карбонові кислоти (С2 – ацетату, С3 – пропіонату, С4 – бутирату та ін.) – на газовому хроматографі Chrom-5 з колонкою 91,8, заповненою Inerton AW (10% REOPELEX 400); N.NH3 – неслеризацією з наступною спектрофотометрією за мікрометодом Г.І. Калачнюка та ін. (1981); лактату – за методом М. Hohorst (1970) і в чашках Конвея та інші показники інтенсивності метаболізму у травній системі. Активність целюлази (КФ 3.2.1.4.) визначали за вагою розщепленої целюлози протягом 24 годин (у %), активність амілази (КФ 3.2.1.1) – за кількістю розщепленого крохмалю в мкг за 1 хв на 1 мг білка. Кетонові тіла в крові визначали методом парової дистиляції за Енгфельдом-Пинкусеном у модифікації Н.В. Курилова і ін. (1979). Амінокислотний склад м’яса визначали за допомогою амінокислотного аналізатора Т-339 (ИR). Всі інші показники метаболізму у вмістимому рубця та інших відділів ШКТ, крові і тканинах визначали за загальноприйнятими методами, які описані у методичних посібниках, а також за допомогою лабораторних наборів Віо-La-Tests (Lachema, Brno, Bohemia). Статистично обробляли отримані результати за допомогою програми Мicrocal Origin (Version:5.0).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОБГОВОРЕННЯ

Особливості мікробного метаболізму в окремих відділах травного тракту. Як показали проведені нами дослідження (рис.1), у жуйних тварин окремі відділи (органи) ШКТ є густо заселені симбіотичними мікроорганізмами, що сприяють засвоєнню поживних речовин їжі.

Рис.1 Особливості мікробного метаболізму у різних відділах ШКТ жуйної тварини

Мікробна ферментація у рубці, сітці, книжці, сліпій і прямій кишках знаходиться на досить високому рівні. Проте найвищий ефект для організму жуйних тварин дають передшлунки і, зокрема, рубець (Курилов Н., Кроткова А., 1971). У книжці загальна кількість ЛЖК знижується на 37% і в їхньому молярному співвідношенні підвищується відсоток пропіонату. Очевидно, більш кисле середовище створює сприятливіші умови для всмоктування ЛЖК (Marounek M., Sukhorska O., Savka O., 1999). За кислих умов ЛЖК більшою мірою знаходяться у вільному недисоційованому стані. Неіонізовані молекули ЛЖК значно легше проникають через ліпоїдні мембрани епітеліальних клітин слизової оболонки книжки. Окрім цього, більш кисле середовище вмісту книжки можна пояснювати значним всмоктуванням у ній електролітів і передовсім бікарбонатів. У вмісті сітки і книжки знаходиться більше пропіонату, ніж у вмісті рубця, а кількість бутирату у сітці збільшується, у книжці – зменшується. Загальний рівень ЛЖК у сичузі спадає на 97% порівняно з рубцем, а рН із 6,6 знижується до 1,8. У сліпій і прямій кишках показники мікробної ферментації залишаються майже такими, як і у рубці.

Вплив годівельно-статевого фактора на мікробний метаболізм у різних відділах травного тракту. Результати досліджень у цьому напрямку показали, що вказаний комплексний фактор не суттєво позначається на рівнях сухої речовини у вмістимому досліджуваних органів, рН, продукції ацетату, пропіонату та ізобутирату. Однак у корів спостерігали зрушення в бік зниження сумарної продукції ЛЖК, молярного відсотку бутирату та підвищення ізовалеріату (у всіх відділах ШКТ), а також окремі зміни у продукції валеріату (збільшення в рубці і сліпій кишці та зниження у прямій кишці). Це має суттєве значення для загальної мікробної ферментації, бо вона супроводжується підвищеним рівнем ацетат-пропіонатного і пропіонат-бутиратного індексів у ШКТ корів. На наш погляд, тут більшу роль відіграє склад раціону (насамперед рівень клітковини і концентратів), ніж статева ознака, у чому можна переконатися на подальших результатах наших досліджень.

Характеристика мікробного метаболізму у сліпій кишці жуйної тварини та кроля. Виявлено, що у сліпій кишці жуйних тварин і кролів мікробна ферментація функціонує на досить високому рівні. Однак для кроля характерною є висока продукція ЛЖК із порівняно найвищим молярним відсотком ацетату (79,7 моль%; Р<0,001) і найнижчим – пропіонату (5,8 моль%; Р<0,001) при найнижчому рівні рН (6,06) та підвищеній кількості сухої речовини (21,4 проти 10,8-11,4%). Загалом у сліпій кишці кроля виявлено порівняно найпотужніший тип оцтовокислого бродіння. Слід зауважити, що вклад мікробної ферментації у сліпій кишці кролів є найбільшим серед ссавців і сягає вище 43%, тоді як у сліпій кишці жуйних він майже у 5 разів менший (Marounek M., Skшivanova V., Vozna O., 1999).

Метаболізм крохмалю змішаною популяцією мікроорганізмів різних відділів травного тракту жуйної тварини. Міжорганні особливості метаболізації крохмалю мікробними популяціями рубця, сліпої і прямої кишок жуйної тварини показано на рис.2.

Із даних рис.2 видно, що мікробна популяція рубця здатна найбільше метаболізувати крохмаль до ЛЖК. Із цього, найбільш поширенішого кормового джерела вуглецю і енергії, у сліпій кишці (порівняно з рубцем) знижується рівень загальної продукції ЛЖК на 8,4%, а у прямій кишці – на 15,9%. Знижується також молярний відсоток масляної кислоти і підвищується моль% пропіонату, що веде до суттєвого зменшення такої величини метаболічної скерованості, як С2/С3 та до збільшення С3/С4 (Мотько Н. та ін., 2001).

Рис.2 Метаболізм крохмалю у рубці, сліпій і прямій кишках жуйних

Отже, мікробні популяції сліпої і прямої кишок здатні інтенсивно метаболізувати крохмаль у напрямку посилення пропіоновокислого бродіння. Це з біологічної оцінки має важливе значення у створенні додаткового резерву для всмоктування і забезпечення цілого організму жуйних глюкогенним джерелом, що необхідне для підтримання високого рівня анаболічних процесів.

Рис.3 Характеристика ферментації різних вуглеводів мікробною популяцією рубця

Як свідчать дані рис.3, рубцева екосистема, окрім крохмалю, здатна ефективно зброджувати всі різновиди рослинних вуглеводів. Вона у два з лишком рази більше (порівняно із крохмалем) продукує ЛЖК при ферментації геміцелюлози. Більше також здатна утворювати ЛЖК і при ферментації пектину та целюлози. Цікаво, що при зброджуванні крохмалю найменше продукується ацетату, який більше утворюється при ферментації целюлози, і ще більше – із геміцелюлози та пектину. Що стосується продукції пропіонату, то найбільше його утворюється при перетворенні крохмалю. І, як виявилося у наших подальших дослідах, рівень продукції кінцевих метаболітів та інші кількісно-якісні показники ферментації у рубці можна змінювати не тільки шляхом поєднання окремих джерел вуглеводів різної доступності для певних груп мікроорганізмів, але й також за допомогою екзогенних ерготропіків.

Вплив авіламіцину на ферментацію різних вуглеводів у рубці.

Із приведених на рис.4 і інших даних видно, що змішана популяція мікроорганізмів рубця під дією авіламіцину (антибіотик ортозоміцинової групи; продукується актиноміцетом Streptomyces viridochromogenes; рекомендується для поросят і бройлерів; не потребує виключення з дієти перед забоєм тварин) не суттєво знижує загальну продукцію ЛЖК із усіх різновидів природних вуглеводів (крохмалю, целюлози, геміцелюлози і пектину). Однак він вірогідно підвищує молярний відсоток пропіонату за рахунок зниження кількості ацетату.

Рис.4 Дія авіламіцину на продукцію ЛЖК із різних вуглеводів у рубці

Авіламіцин також вірогідно знижує продукцію лактату і рН. Концентрація СН4 хоча при цьому і знижується в утвореній газовій суміші, але загальна продукція його не змінюється.

Метаболічні процеси в рубці та продуктивний ефект у телят за дії йонофору. Із даних рис.5 видно, що згодовування йонофору телятам навіть у молочний період дещо знижує в рубцевій рідині рівні рН, лактату і ацетату. Але більш відчутна дія йонофору на рубцевий метаболізм спостерігається у періоди привчання телят до поїдання рослинних кормів та при повному переведенні їх на рослинну дієту, що супроводжується підвищенням середньодобових приростів живої маси тварин на 10,4% (1037 проти 930 г). Звідси витікає, що за допомогою йонофорної кормової добавки можна суттєво впливати на рубцевий метаболізм і прирости живої маси телят, починаючи з молочного періоду їх вирощування.

Рис.5. Параметри рубцевого метаболізму у телят при згодовуванні йонофору

Субстратна регуляція утворення кінцевих продуктів рубцевого метаболізму у корови для оптимізації умов формування плода. Під впливом уведення в раціон РШ у поєднанні із сечовиною створюється надлишок аміаку в рубці і посилюються процеси нейтралізації його природним шляхом, тобто за рахунок витрат резервів ендогенної енергії та пластичного матеріалу організму. А згодовування РШ разом з сечовиною в поєднанні з природним цеолітом (1:2) суттєво згладжує напругу у вищевказаних процесах і нормалізує їх (Фоменко І. та ін., 2001). Це відбувається за рахунок адсорбції аміаку цеолітом у рубці та мобілізації енергетичних запасів у тканинах для його утилізації (Грабовенський І.Й., Калачнюк Г.І., 1984; Засєкін Д.А., Захаренко М.О., Мельничук Д.О., 2000) і сприятливо позначається на процесах амонієгенезу у плода (Фоменко І.С. та ін., 1999-2001) й засвоєнні глюкози (Федець О.М. та ін., 1998-2001).

Регуляція рубцево-інтермедіарного метаболізму та приростів живої маси за допомогою легко- і важкодоступних вуглеводів. При згодовуванні більш доступних біосубстратів (порівняно з менш доступними) значно швидше, і на більш високому рівні зростає біомаса мікроорганізмів, аміакоутворення, і амілолітична активність. У два рази збільшується сума ЛЖК, у три – лактату при зниженні рН і целюлозолітичної активності, і змінюються молярні пропорції у продукції кислот. Перевага більш доступних субстратів (крохмалистих зерноконцентратів) у раціоні порівняно із менш доступними (клітковина злаково-бобового сіна) підвищує на 47% пул ЛЖК, у т.ч. ацетату – на 26%, бутирату – на 32,2% і пропіонату – на 93,5%. Прирости живої маси відгодівельних бичків зростають на 32% (1064 проти 802 г).

Субстратно-ерготропна регуляція рубцево-інтермедіарного метаболізму та продуктивних якостей худоби. Тварини І групи у якості основного джерела протеїну одержували у складі гранул поєднання РШ і СШ (3% + 3%) та сечовини (1%), ІІ групи (окрім цього) ще одержували цеолітове борошно (2,5%) і ІІІ – додатково мали монензин, що вивільнявся щодоби в дозі 120-150 мг/гол із болюсів, які спецподавачем вводили в рубець терміном на три місяці.

Згодовування у складі гранул таких джерел азоту, як РШ і СШ (1:1) та карбаміду у поєднанні із цеолітом (ІІ група) позитивно впливає на обмінні процеси в рубці (див. рис.6). Це, зокрема, видно із вірогідного зниження рівня рН (5,82 проти 6,24) переважно за рахунок підвищення целюлозолітичної і амілолітичної активностей, збільшення продукції суми ЛЖК, лактату і пропіонату. Такі ж умови живлення, але за участю йонофору (ІІІ група), ще чіткіше понижують рівень рН (5,61 проти 6,24), посилюють життєдіяльність амілолітичних мікроорганізмів із суттєвим підвищенням продукції лактату та пропіонату. При згодовуванні поліефірного антибіотика монензину суттєво змінюється функція мікробної популяції рубця не тільки в бік покращення енергетичного балансу використання вуглеводів, але й для кращої утилізації амонійного азоту, що видно із динаміки утворення N.NH3 в рубці. Це можна пояснити тим, що цеоліт за рахунок сорбуючих й іонообмінних властивостей здатний знизити рівень аміакоутворення в рубці на 15-35% (Калачнюк Г.І., Грабовенський І.Й., Савка О.Г., 1981-1989; Kalachnyuk G.I., 1996). Монензин гальмує ріст і розвиток окремих груп мікроорганізмів, пригнічує активність уреази і дезаміназ, посилює проникність мембран і пропіоновокислий тип бродіння.

Рис. 6 Характеристика рубцево-інтермедіарного метаболізму у бичків за умов

субстратно-ерготропної регуляції.

Більш ефективне використання поживних речовин вказаних кормових поєднань з легкодоступними джерелами енергії (крохмалистими зерноконцентратами) і ін. покращує стан концентрації інтермедіатів у крові та сприяє підвищенню середньодобових приростів живої маси тварин ІІ групи – на 8,6% (1196 проти 1101 г) і ІІІ групи – на 15,3% (1270 проти 1101 г). Разом з тим, покращуються і якісні показники відгодівлі (вихід туш, забійний вихід, витрати на 1 кг приросту, хімічний і амінокислотний склад м’яса).

ВИСНОВКИ

1. У дисертації викладено науково-теоретичне та прикладне узагальнення і нове вирішення наукової задачі щодо дослідження метаболізму вуглеводів змішаною мікробною популяцією рубця у порівняльному аспекті із заселеними мікроорганізмами інших відділів травного тракту жуйної тварини у різні періоди її постнатального розвитку та встановлення регуляторного впливу на рубцево-інтермедіарний обмін речовин і продуктивний ефект екзогенних факторів субстратно-ерготропного комплексу, які дають змогу значно прискорювати анаболічні процеси в організмі та збільшувати виробництво високоякісної продукції.

2. Встановлено, що мікробний метаболізм у рубці, сітці, книжці, сліпій і прямій кишках жуйної тварини знаходиться на досить високому рівні. Однак найвищий ефект для загального обміну речовин тварини-господаря дають передшлунки і, зокрема, рубець. Порівняно з рубцем, у книжці вміст ЛЖК знижується на 37%, а в їхньому молярному співвідношенні підвищується відсоток пропіонату (С3). У сичузі рівень ЛЖК спадає на 97%, а рН знижується до 1,8. У сліпій і прямій кишках показники мікробної ферментації є близькими до таких, що знаходяться у рубці.

3. Комплексний годівельно-статевий фактор (передовсім – кормовий) своєрідно впливає на метаболічний профіль змішаної популяції різних відділів травного тракту дорослих бичків та корів. Для корів більш характерним є дещо знижений рівень утворення сумарного пулу ЛЖК, молярних відсотків пропіонату (С3) й бутирату (С4) та підвищення ізовалеріату (іС5) в усіх відділах шлунково-кишкового тракту (ШКТ). У міжвидовому аспекті метаболізм у сліпій кишці кролів відрізняється від такого ж у сліпій кишці жуйних тварин підвищеним утворенням ацетату (С2) і пониженою продукцією пропіонату (С3).

4. Змішані мікробні популяції рубця, сліпої і прямої кишок у бичків та корів на досить високому рівні здатні зброджувати крохмаль із підвищеною продукцією пропіонату. У сліпій і прямій кишках (порівняно з рубцем) із крохмалю інтенсивніше утворюється пропіонат (27-29 проти 23-25 моль%).

5. Крохмаль, целюлозу, геміцелюлозу і пектин змішана популяція мікроорганізмів рубця зброджує з неоднаковою швидкістю та із різною продукцією ЛЖК і їх молярним співвідношенням. Добавка кормового антибіотика авіламіцину вірогідно підвищує утворення пропіонату за рахунок зниження ацетату в культурах з усіма різновидами вуглеводів. Вона вірогідно знижує продукцію лактату і в утвореній газовій суміші концентрацію СН4.

6. Згодовування ростучим телятам монензину в дозі 0,5 мг/кг живої маси в день проявляє відчутну дію на метаболічні процеси в рубці, особливо під час привчання тварин до рослинних кормів та в подальші періоди їх згодовування. Ця дія проявляється, передовсім, у зміні молярного співвідношення ЛЖК (підвищення молярного відсотку пропіонату за рахунок зниження ацетату), а також у зростанні середньодобових приростів на 10,4 % (1037 проти 939 г).

7. Згодовування тільним коровам ріпакового шроту (550-750 г/гол/добу) у поєднанні із сечовиною (0,25 г/кг живої маси/добу) супроводжується підвищенням процесів аміакоутворення у рубці та збільшенням концентрації сечовини у крові. Додаткове введення в раціон цеолітового порошку (0,5 г/кг живої маси/добу) нормалізує вказані процеси.

8. За умов підвищеного згодовування більш доступних поживних біосубстратів (крохмалистих концентратів), порівняно з важкодоступними (клітковиною), у рубцевому вмісті вірогідно збільшується біомаса мікроорганізмів-симбіонтів, амілолітична активність, продукція суми ЛЖК і лактату при зниженні целюлозолітичної активності й рН, а також змінюється молярне співвідношення С2:С3:С4 із 59,1:31,2:9,7 на 50,4:40,9:8,7, тобто майже на 10% зростає утворення пропіонату і збільшуються середньодобові прирости живої маси на 30% (1064 проти 802 г).

9. Рекомендовано використання таких кормових поєднань, як зерноконцентрати з оптимальним співвідношенням протеїну ріпакового і соєвого шротів, сечовини, вуглеводів та цеоліту у складі гранул, що здатне змінювати метаболізм у напрямку посилення засвоєння азотовмісних сполук, біосинтезу незамінних амінокислот у м’ясі при збільшенні середньодобових приростів живої маси на 8,6% (1196 проти 1101 г). На заключній стадії відгодівлі пропонується також додаткове уведення в рубець ще й болусів з йонофором (монензином у дозі 120-150 мг/гол/добу) для спрямування анаболізму в організмі на ще вищий рівень з одержанням максимальних середньодобових приростів (~ на 15%; 1270 проти 1101 г).

СПИСОК ПРАЦЬ, ОПУБЛІКОВАНИХ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.