Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Направленность метаболизма пировиноградной кислоты, азотистый обмен и продуктивность бычков, выращиваемых на мясо, при различных условиях питания
ВАК РФ 03.01.04, Биохимия
Автореферат диссертации по теме "Направленность метаболизма пировиноградной кислоты, азотистый обмен и продуктивность бычков, выращиваемых на мясо, при различных условиях питания"
На правах рукописи
Агафонова Анастасия Викторовна
Направленность метаболизма пировинограднон кислоты, азотистый обмен н продуктивность бычков, выращиваемых на мясо, при различных
условиях питания
03.01.04-биохимия
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
1 Ц МАП ?пи
1 I .'.<1 ¿.0 1-т
Боровск 2014
005548953
Диссертационная работа выполнена в лаборатории иммунобиотехнологии ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных Российской академии сельскохозяйственных наук
Научный руководитель: Официальные оппоненты:
Доктор биологических наук Галочкина Валентина Петровна
Доктор биологических наук, профессор Талызина Татьяна Леонидовна, Брянская государственная сельскохозяйственная академия, профессор кафедры химии, биотехнологии и физиологии растений
Доктор биологических наук, профессор Фомичев Юрий Павлович, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства, заведующей лабораторией химико-аналитических исследований
Ведущее учреждение: Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии имени К. И. Скрябина
Защита состоится «11» июня 2014 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.030.01 при ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных
Адрес: 249013, Калужская область, г. Боровск, пос. Институт, ВНИИФБиП, тел.: 8(495)996-34-15, факс: 8(48438)4-20-88. Email: bifip @kaluga.ru
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.
Автореферат диссертации разослан « /6 » Апр<2.ЛС* 2014 года
Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук
В. П. Лазаренко
1 Общая характеристика работы 1.1 Актуальность темы исследования
В нашей стране основным источником говядины, в отличие от развитых стран, служит молодняк молочных пород и выбракованные коровы. Производство высококачественной говядины на основе специализированных мясных пород крупного рогатого скота в настоящее время в России составляет около 2 % (Легошин Г. В. Состояние отрасли мясного скотоводства, производства говядины и рынка мяса и мясопродуктов в России: Аналитический обзор, Дубровицы: ВИЖ, 2012. 76 е.). Для получения говядины хорошего качества от бычков пород молочного направления продуктивности необходимо их интенсивное выращивание на высококонцентратных рационах (Шичкин Г. Актуальные вопросы производства говядины в молочном и мясном скотоводстве //Молочное и мясное скотоводство. 2012. №1. С. 2 - 4.).
Для обеспечения высокой продуктивности жвачных требуется строго соблюдать определенное соотношение в рационе высокомолекулярных компонентов легко- и трудногидролизуемых в рубце, под действием микроорганизмов. Интенсивность ферментации в рубце, оценивается количеством продуцируемых низкомолекулярных жирных кислот, микробиального белка и аммиака С другой стороны, эвакуация из рубца определяет количество нерасщепленных белков и полисахаридов, способных к гидролизу, в тонком кишечнике, на мономеры, всасывающиеся в дальнейшем в кровь. Между этими двумя альтернативными процессами, поставляющими качественно различные продукты, должен обеспечиваться очень тонкий и сложно регулируемый баланс. Необходимо интенсифицировать одновременно эти два, казалось бы, взаимоисключающих процесса. С одной стороны, необходимо усилить рубцовую ферментацию, а с другой стороны требуется повышать количество эвакуируемых из преджелудков нефер ментированных белков и полисахаридов, доступных для гидролиза в кишечнике и всасывания в кровяное русло.
Продукты рубцовой ферментации у жвачных служат не только источниками энергии, они являются субстратами синтеза в организме глюкозы, липидов и некоторых аминокислот. Пировиноградная кислота представляет собой стратегически важное соединение в обмене веществ животных, особенно, у жвачных, так как направленность ее метаболизма определяет распределение метаболических потоков между процессами окисления и выработки энергии, реакциями глюконеогенеза, трансаминирования, липогенеза (Галочкина В. П. Взаимосвязь ферментов цикла Кребса и метаболизма пирувата с продуктивностью выращиваемых на мясо бычков и птицы. Дис. д-ра биол. наук, Боровск, 2007:449 е.).
Только глубокие физиолого-биохимические знания процессов пищеварения и обмена веществ и умение управлять ими способны повысить продуктивность и степень трансформации питательных веществ корма в любые виды продукции, улучшить качество животноводческой продукции, сэкономить затраты кормов на ее производство.
1.2 Цель и задачи исследования
Цель работы - проведение сопоставительных биохимических исследований направленности метаболизма пировиноградной кислоты и азотистого обмена для обоснования целесообразности применения рационов с различным количеством сырого и труднодеградируемого в рубце протеина при выращивании и откорме бычков молочных пород.
Задачи исследования:
1. Определить взаимосвязь интенсивности роста бычков в период откорма с активностью ферментов цикла тршсарбоновых кислот: сукцинатдегидрогеназы, изоцитратдегцдрогеназы, малатдегидрсгеназы, альфа-кетоглутаратдегндрогеназы, пируватдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы в печени, а также пируваткарбок-силазы и лактатдегидрогеназы в крови.
2. Выяснить наличие каталитической активности в печени молодняка крупного рогатого скота ключевых и маркерных ферментов глиоксилатного цикла -изоцигратлиазы и малатсинтазы.
3. Изучить направленности метаболизма пировиноградной кислоты на глюконеогенез, липогенез, выработку биологической энергии, синтез азотистых веществ, при различных условиях питания бычков.
4. Проследить закономерности обмена азотсодержащих соединений, характеризующих интенсивность роста мышечной массы и белка у растущих и откармливаемых бычков пород молочного направления продуктивности
и Научная новизна работы
1. Повышение интенсивности роста бычков, наращивание мышечной массы на высококонцентрацгных рационах в период откорма сопровождается повышением активности сукцинатдегидрогеназы в печени и пируваткарбоксилазы в плазме крови, при одновременном снижении в печени активности остальных ферментов цикла Кребса (пируватдегидрогеназы, малатдегидрогеназы, альфа-кетоглютаратдегидрогеназы, изоцигтрагдегидрогеназы).
2. Впервые в печени молодняка крупного рогатого скота обнаружена каталитическая активность ключевых и маркерных ферментов глиоксилатного цикла - изоцигратлиазы и малатсивтазы, что свидетельствует о возможном существовании ранее неизвестного у этого вида животных анаплеротического потока метаболитов превращения двухуглеродных органических кислот в четырехуглеродные с их метабол из ацией в глюконеогенезе и цикле тршсарбоновых кислот.
3. Рационы богатые труднодеградируемым в рубце протеином и незаменимыми аминокислотами (лизином и метиоюшом), повышают ретенцию азота и при интенсификации в мышечной ткани гликолитических процессов, обеспечивают в печени направленность потока пировиноградной кислоты в цикл три-карбоновых кислот с преимуществом на глюконеогенез, что можно квалифицировать как биохимически наиболее рациональный путь метаболизации пировиноградной кислоты, обусловливающий высокую оплату корма, продуктивность животных и качество продукции.
1А Практическая значимость работы
Использование, начиная с раннего возраста, высококонценгратных, высокопротеиновых добавок и рационов с высоким уровнем труднораспадаемого в рубце
протеина, и лимитирующих аминокислот, способствует более быстрому формированию пищеварительной системы и обмена веществ свойственного метаболическому типу жвачных, что позволяет более полно реализовать генетический потенциал роста молодняка крупного рогатого скота пород молочного направления продуктивности с обеспечением высокого качества продукции и снижением затрат кормов на ее производство
1.5 Положения, выносимые на защнту
1. Повышение интенсивности роста, наращивания мышечной массы у бычков в период откорма сопряжено с повышением активности сукцинатдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы в печени, на фоне снижения в печени активности ферментов цикла трикарбоновых кислот: изоцитратдегидрогеназы, альфа-кетоглютаратдегидрогеназы, малатдсгидрогеназы, пируватдегидрогеназы.
2. Обнаруженные каталитические активности ключевых и маркерных ферментов глиоксилатного цикла - изоцигратлиазы и малатсинтазы подтверждают возможное существование и указывают на возможность метаболического превращения двухуглеродных органических кислот в четырехуглеродные с их использованием в цикле трикарбоновых кислот для синтеза АТФ в цитохромной системе или для использования в глюконеогенезе.
3. Интенсификация роста молодняка в период становления рубцового пищеварения сопряжена с увеличением скорости гликолиза в мышечной ткани при расходовании пировиноградной кислоты в равной степени на глюконеогенез, на окисление в цикле трикарбоновых кислот и выработку энергии. При этом полнее раскрывается генетический потенциал продуктивности, с получением большего количества продукции лучшего качества
4. Обогащение рационов кормления бычков труднодеградируемьш в рубце протеином, богатым лимитирующими рост аминокислотами (метионином и лизином) позволяет более рационально использовать аминокислоты корма для синтеза белков тела, обеспечиваемого энергией гликолиза, при использовании для синтеза глюкозы продуктов рубцовой ферментации - прогагоната и лактата и, возможно, ацетата, через изоцигратлиазу и малатсинтазу.
5. Обмен веществ бычков, адаптированный в период формирования рубца (период максимальной скорости роста) к усвоению значительных количеств концентрированных высокопротеиновых кормов, в заключительный период откорма, быстрее и эффективнее откликается на усиленное кормление, чем животные, находившиеся в раннем возрасте на умеренном кормлении с преобладанием в рационе грубых кормов.
1.6 Апробация работы
Основные результаты диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: 1) 5-ой международной научно-практической конференции «Научные основы повышения продуктивности с/х животных» (Краснодар, 2012); 2) Региональной научно-практической конференции по внедрению достижений науки и передовых технологий в сельскохозяйственное производство «Научные аспекты модернизации сельскохозяйственного производства на современном этапе» (ГНУ Калужский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, 2012); 3) Международной научно-практической конференции по внедрению достижений науки и передовых технологий в сельскохозяйственное производство
по теме: «Научные основы модернизации отрасли земледелия и животноводства Калужского региона в современных условиях» (ГНУ Калужский научно-исследовательский институт сельского хозяйства, 2013); 4) Международной молодежной научной конференции «Новые времена: новые Вавиловы, новые Квасницкие» (Украина, Полтава, 2013).
По материалам диссертации опубликовано 12 научных работ, в том числе 4 в центральных рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.
1.7 Методология и методы исследования
Данная работа является частью комплексных исследований проводимых рядом лабораторий ВНИИФБиП с.-х. животных. На рисунке 1 представлена схема проведенных экспериментов. Было проведено два опыта: 1-й - в условиях вивария института и П-й - в хозяйствах Калужской области. Под опытом находились бычки, выращиваемые на мясо, пород молочного направления продуктивности различного возраста При разработке рационов руководствовались нормами кормления по обменной энергии, сырому, распадаемому и нераспадаемому в рубце протеину и сухому веществу разработанные во ВНИИФБиП (Агафонов В. И. и др. Рекомендации по оптимизации энергетического и протеинового питания молодняка крупного рогатого скота при интенсивном выращивании и откорме. Боровск, 2007. 27 е.). По остальным показателям - в соответствии со справочным пособием под ред. Калашникова А. П. и др. (Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие. М: 2003.455 е.).
ВНИИФЕиП. нитетивмое КорМ4*НИ*
ХОЭЯЙ<Т*4. уМ*
реННО*
норылмш**
период ♦ откорм. (11-14м«яцм)
K<TM6IH<OPM4< 1М 0*<Н1р01*И140*ЫМ»
номпонемтмлн
Рлцжж 8Л ОСНС1*
Рисунок 1 - схема эксперимента I опыт. Бычки на 1-м этапе опыта в возрасте 2,5 месяца по принципу парных аналогов были разделены на две группы по 3 головы в каждой. Бычки 1-ой (контрольной) группы получали комбикорм с введением высокопротеиновых компонентов (соевого 17,7 % и подсолнечного 8,8 % шротов), также кукурузы, содержащей протеин и крахмал с пониженной деграцируемоегью в рубце. Бычки 2-й (опытной группы) - вместо комбикорма, получали горох (перед скармливанием горох автоклавировали в течение 1 часа 30 минут при добавлении 10 % воды (по массе), давлении 1,1 атм., и температуре 123 С). Дополнительно к гороху
скармливал» кормовую добавку минеральных веществ на зерновой основе. Злаковое сено обе группы получали вволю.
Во 2-м этапе бычки, находившиеся в эксперименте 1-го этапа, с 11-ти по 14-ти месячный возраст были поставлены на интенсивный откорм с добавкой подсолнечного и соевого жмыхов. Рационы по трем периодам 2-го этапа отличались возрастающим количеством комбикорма.
П-ой опыт был проведен в условиях хозяйств Калужской области первый этап в - ФГУП «Ермолино», и второй - в ОАО «Колхоз им. В. И. Ленина». Бычки для проведения первого этапа эксперимента подбирались по принципу парных аналогов, длительность эксперимента от 1- до 6-месяцев. Бычки получали рацион, принятый в хозяйстве, рассчитанный на получение в 6-месячном возрасте живой массы 160 кг (среднесуточный прирост 800-850 г). Второй этап был проведен в колхозе «Ленина», Жуковского района на бычках от 11 до 15-месячного возраста, которые также находились на хозяйственном рационе, для получения среднесуточного прироста 800 г и живой массы в конце откорма 300-350 кг. Определение живой массы проводили при постановке и в конце опыта По завершении эксперимента брали кровь для анализов из яремной вены.
В условиях вивария было проведено четыре балансовых опыта: один в период формирования рубцового пищеварения и три в период откорма. В начале и конце каждого балансового опыта брали кровь из яремной вены утром до кормления, через 1 и 3 часа после него. Для прижизненного неинвазивного контроля прироста мышечной ткани по завершении каждого балансового опыта в возрасте 12,5,13,5 и 14,5 месяцев было проведено сканирование глубины мышечного стоя в области длиннейшей мышцы спины на уровне 13 ребра (Baker М. J. Using ultrasound measurements to predict body composition of year ling bulls // J. Anim. Sein. 2006. V. 84, N. 10. P. 2666 - 2672) с использованием аппарата для ультразвукового исследования «RAY - Systems», прибор Acu Vista VT 880 С. По завершении эксперимента провели убой бычков для определения морфологического состава туши и взятия образцов длиннейшей мышцы спины и среднего образца мышечной ткани для качественной и технологической оценки мяса (Рогов И. А. Технология мяса и мясных продуктов. М: Колос, 2009. - 564 е.). Бычков взвешивали ежемесячно.
В плазме крови и в суточной моче с помощью тест-системы фирмы Лахема (Lachema) были определены показатели, характеризующие усвоение азота: креа-тинин - с пикриновой кислотой и мочевина по цветной реакции с диацетилмоно-оксимом. С помощью тест-системы этой же фирмы были определены концентрации в плазме крови глюкозы глюкозооксидазным методом, белка с биуретовым реактивом, аминного азота нингидриновым способом (Lee et al. An improved colorimetric determination of amino acids with the use of ninhydrin // Anal. Biochem, 1965. V. 14 N. 1. P. 71 - 75), неэстерифицированные жирные кислоты -с наборами фирмы Рэндокс и триацилглицеролы - с наборами фирмы Юнимед, сочетанными ферментативными методами по конечной точке реакции.
Определены активности ферментов, непосредственно связанных с метаболизмом пировиноградной кислоты. Активность лактатдегидрогеназы (ЛДГ, КФ 1.1.1.27) определяли в плазме крови с введением в инкубационную среду восстановленного НАД, (т.е. по реакции превращения лактата в пируват) с использова-
нием набора фирмы Lachema. В плазме крови и в печени активность пируваткар-боксилазы (ПК, пируват: С02-лигаза, КФ 6.4.1.1) определялась по методу, опии-санному Scniton et al. (Pyruvate carboxylase cpecific inactivation of acetyl-CoA-dependent oxaloacetate synthesis during modification of the enzyme by trinitrobensene sulfonate // J. Biol. Chem. 1973) в модификации Галочкиной В. П. (1997). В печени, и длиннейшей мышце спины определяли с использованием феназинметасульфата и тетразолия синего активность ферментов: пируватдегадрогеназы (ПДГ, пируват: липоат-оксидоредуктаза, КФ 1.2.4.1), изоцигратдегдрогеназы (ИДУ, изоцитрат: НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.41), альфа-кетоглутарагдегидрогеназы (КГДГ, 2к)ксигяугаратлш1оаг-оксидоредуктаза, КФ 1.2.4.2), сукцшштдегидрогеназы (СДГ, сукцинат: флавопротеин-оксидоредукгаза, КФ 1.3.99.1) и малатдегидрогеназы (МДГ, малат: НАД-оксидоредуктаза, КФ 1.1.1.37). Активность изоцитратлиазы (изоцитратазы, КФ 4.1.3.1) и малатсшггазы (КФ 4.1.3.2) определяли по методу, описанному Поповым В. Н. с соавторами (Попов В. Н. Индукция ферментов глиоксилатного цикла в различных тканях голодающих крыс //Изв. акад. наук, сер. биол. 2000. № 6. С. 672-678).
Статистическая значимость полученных величин изучаемых показателей оценивалась с использованием t-критерия Стьюдента и U-критерия Вилкоксона-Манна-Уитни (Жаворонков Л. П. Статистические методы в экспериментальной биологии и медицине. Обнинск, 2011. 51 с.) с использованием компьютерных программ Microsoft Excel и Sigma Plot.
2 Результаты исследований
2.1 Скорость роста, направленность метаболизма пировиноградной кислоты и обмен азотсодержащих соединений у бычков при интенсивном кормлении высококонцентратными рационами в период становления рубцового
пищеварения
Бычки с рационом получали высокий уровень протеина. С 1,5- по 3-месячный возраст бычки получили по 20,8 кг заменителя цельного молока с содержанием 21% сырого протеина, 10 - 14% жира, обменной энергии 17,6 МДж/кг и с добавлением лизина 1,6% и метионина 0,9%. В опытном периоде бычки 1-й группы получали комбикорм с содержанием в 1 кг 910 г сухого вещества, 173,5 г сырого протеина (39,1% нераспадаемого протеина), 35 г жира, 63 г клетчатки, и 10,0 МДж обменной энергии. Бычки 2-й группы получали автоклавированный горох и кормовую добавку для балансирования рациона по минеральным веществам с введением в зерновую дерть (тритикале 85% и овса 15%), 1% минерально-витаминного премикса (ПКК 61-1), известняковой муки 5%, трикальцийфосфата 4% и 2% поваренной соли. В 1 кг кормовой добавки содержалось 910 г сухого вещества, 141 г сырого протеина, 21 г жира, 38 г клетчатки и 8,84 МДж обменной энергии. Рационы кормления подопытных бычков представлены в таблице 1.
В таблице 2 представлены данные по балансу азота у бычков в 4,5-месячном возрасте. В результате было выяснено, что бычки в 4,5-месячном возрасте способны потреблять до 4-х кг концентрированных кормов и в общей сложности до 5-
и кг сухого вещества в сутки. При свободном доступе бычки 2-й группы потребили сена на 27% меньше, следовательно, меньше клетчатки (на 28,2%), что в свою очередь, повлияло на развитие микробиологических процессов в рубцовом содержимом. У животных этой группы при меньшем потреблен™ клетчатки и большем потреблении распздаемого крахмала (на 10%), рН содержимого рубца был ниже на 5,7% (Р<0,05) по сравнению с бычками 1-й группы и составил 6,08 при меньшем (на 14,3%) содержании аммиака (11,4±0,6 мг/дл.). По состоянию процессов ферментации (концентрации аммиака, ЛЖК, и их соотношение, содержание бактерий и инфузорий в миллилитре рубцовой жидкости) у подопытных бычков процессы рубцовой ферментации уже соответствовали таковым взрослых жвачных (Галочкина В. П. и др. Азотистый обмен и продуктивность бычков в период становления рубцового пищеварения при интенсивном выращивнаии с использованием разных источников кормового протеина // Проблемы биологии продуктивных животных. 2012. № 4. С. 70 - 79).
Таблица 1 - рационы кормления подопытных бычков
Состав и питательность рациона Место проведения эксперимента, возраст
Виварий, возраст (мес.) Хозяйства, возраст (мес.)
2,5-4,5, группы 4,55,5 11,514,5 6 15
1 2
Сено злаковое, кг 2 2 3,0 1,0 2.5
Силос разнотравный, кг - - 12,0 - -
Силос кукурузный, кг - - - 5 ■
Кормосмесь, кг - - - - - 19
Комбикорм, кг 4,5 - 4,0 5,16 - 3,5
Горох авто клавиров анный, кг - 5,5 - -
Зерновая дерть, кг - - - - 3 -
Комплексная кормовая добавка - 0,5 - - - -
Поваренная соль, г - - - 20 - 45
Жмых соевый, кг - - - 0,19 - -
Жмых подсолнечный, кг - - - 0,06 - 0,5
Всего: 6,5 8,0 - 18,76 10,52_ 23,0
Сухое вещество, кг 5,77 6,37 6,13 9,94 6,02 8,35
Обменная энергия, МДж 58,5 74,9 58,6 88,9 61,27 83,5
Сырой протеин, г 951 1295 855 1343 766 1185
Нераспадаемый протеин, % 34,3 22,4 25,6 31,4 26,2 30,1
Сырая клетчатка, г 822 761 927 1816 1198 2321
Концентрация обменной энергии, МДж/кг сухого вещества 10,14 11,76 9,56 8,94 10,01 10,11
Сырого протеина на 1 МДж ОЭ, г 16,26 17,29 14,59 15,11 12,51 14,07
В обменной энергии рациона обменной энергии концентратов, % 76,8 81,6 68,3 61,9 - 41,9
При составлении рациона учитывалась деградируемосгь протеина в рубце, благодаря достаточному содержанию в рационе распадаемых протеина и крахмала у бычков обеих групп происходило интенсивное формирование функции рубца, поставляющего в органы и ткани продукты ферментации и обеспечивающего развитие и поддержание метаболических процессов.
Результаты, приведенные в таблице 2 показали, что бычки 2-й группы, получавшие с рационом автоклавированный горох, потребили на 27,8% больше азота с кормом, но в полтора раза больше выделили азота с калом и в итоге переварили больше его только на 20,4%. При большем потреблении и переваривании ими азота пятая часть его была выделена с мочой. Несмотря на большее выделение азота с калом и мочой, его повышенное потребление обеспечило бычкам 2-й группы более высокую итоговую величину усвоения азота (на 20,2%). Это означает, что переваримость азота от потребленного была ниже на 2,3 % (таблица 2) ниже было и отложение от потребленного (на 6,0%), а в итоге получилась более низкая (на 0,3%) величина усвоения азота от переваренного.
По данным Еримбетова К. Т. (2007) в период откорма увеличение доступности лизина с 43,9 до 45,9 г/суг (на 4,56%) повышает синтез белка с 590 до 621 г/сут (на 5,25%). Более высокое поступление аминокислот из желудочно-кишечного тракта повышает в большей степени синтез и отложение белка в мышечной ткани, чем снижение его деградации и процента мочевинообразования. В рационе бычков 1-й группы содержалось меньше на 26,6% сырого протеина, но на 11,9% было больше нераспадаемого протеина. Эти же бычки больший процент сырого протеина потребили относительно его содержания в рационе. Следовательно, больше было потреблено и нераспадаемого протеина, что указывает на возросшее поступление протеина в кишечник и, соответственно, аминокислот в кровь и ткани животных.
Таблица 2 - баланс азота у бычков в возрасте 4,5 месяцев (М±ш, п=3)
Показатели, количества азота, г
Потреблено с кормом, г Выделено с калом, г Переварено, г Выделено с мочой, г Усвоено (отложено), г Переварено от потребленного, % Отложено от потребленного, % Отложено отпе-рева-рен-ного
1-я группа
130,8± ОД 31,6б± 0,35 97,3±0,1 30,29± 0Д5 60,07± 0,24 76,67± 0,74 51Д7± 0,15 69,02± 0,21
2-я группа
167,1± 0,5** 49,95± 0,97** 117Д± 0,5** 36,58± 1,33** 80,63± 0,83* 74,89± 1,61 48,22± 0^6* 68,81± 0,99
К 1-й группе, %
127,8 157,8 120,4 120,8 120,2 97,7 94,0 99,7
Примечание: здесь и далее *Р<0,05; **Р<0,01 1-критерий Стьюдента; +Р<0,05; Т^О/Л и-критерий Вилкоксона-Манна-Уитеи.
С другой стороны, несколько большее содержание аммиака и других продуктов ферментации (Галочкина В. П. и др. Азотистый обмен и
продуктивность бычков в период становления рубцового пищеварения при интенсивном выращивнаии с использованием разных источников кормового протеина. 2012) у бычков 1 группы свидетельствует о лучшем гидролизе кормов в рубце. В таком режиме функционирования рубца в кишечник поступает повышенное количество полноценного микробного белка. Все это в совокупности повлияло на более высокое усвоение азота у бычков этой группы. Из полученных данных можно рассчитать процент потребленного сырого протеина от его содержания в рационе: в 1-й группе - 130,8 г азота * 6,25 = 817,5 г потреблено сырого протеина и составляет от 951 г его содержания в рационе 86,0%. Во 2-й группе, по аналогичному расчету, потреблено протеина 1044,4 г, что составляет от 1295 г сырого протеина рациона 80,7%. Содержание лизина в рационе было соответственно 24,7 и 34,5 г, исходя из процента потребленного протеина, лизина потреблено соответственно 21,2 и 27,8 граммов. В кишечник он поступал за счет нераспадаемого протеина рациона. В связи со сказанным в 1-й группе в кишечник поступило - (21,2 г х 34,5% НРП)/100 = 7,32 г лизина. У бычков 2-й группы в кишечник поступило - (27,8 х22,4% НРП)/100 = 6,23 г лизина. Таким образом, только за счет кормов рациона у бычков 1-й группы лизина поступало в кишечник на 1,09 граммов больше.
Как мы предположили выше, у бычков 1-й группы с микробиальной массой в кишечник больше поступало белка, следовательно, и лизина. Это обстоятельство объясняет, как получилось, что при меньшем потреблении протеина с кормом у бычков 1-й группы отмечено более высокое усвоение протеина с получением более высокого прироста живой массы и отложением мышечного белка (таблица 5). У бычков обеих групп отношение азота, выделенного с суточной мочой к принятому с кормом и к переваренному было одинаковым и равнялось соответственно 0,22 и 0,31. Однако у бычков 1-й группы азот использовался эффективнее. У них было больше азота переварено и отложено от потребленного. У бычков 2-й группы на 20,8% больше азота выделилось с мочой (таблица 2). Значит, у них больший процент энергии использовалось не на синтез белка, а на выведение азота го организма, так как на биосинтез одной молекулы мочевины используется 3 молекулы АТФ. Поэтому затраты переваренного азота на 1 кг прироста составили в 1-й группе 74,24 г (протеина 464 г), усвоенного 41,12 г (отложенного белка 257 г). Во 2-й группе эти затраты были соответственно 93,16 г (582 г переваримого протеина, что составляет125,4% к этим показателям у бычков 1-й группы и 64,09 г (401 г ус-военого белка, 156,0% к бычкам 1-й группы). У бычков 1-й группы затраты потребленного сырого протеина на 1 кг прироста составили 823 г, и обменной энергии по рациону 44,66 МДж, у бычков 2-й группы соответственно 1029 г и 59,54 МДж.
Результаты балансового опьгта по потреблению, перевариванию и усвоению азота подтверждают высказанную точку зрения. Бычки 1-й группы меньше азота потребили, меньше переварили, меньше усвоили, но они больше усвоили от потребленного и больше от переваренного азота. По значениям предлагаемых нами условных коэффициентов усвоения альфа-аминного азота можно судить о такой же направленности метаболизма азота. Аргументация правомерности предлагаемых коэффициентов основывается на следующем. Анализ был проведен в плазме крови, взятой утром до приема корма и, таким образом, эта полученная
величина альфа-аминого азота может условно характеризовать свободный фонд аминокислот, формирующийся за счет обмена тканевых белков. В то время как сумму величин концентрации альфа-аминного азота в плазме крови через 1 и 3 часа после приема корма, мы условно имеем право отнести к аминокислотам преимущественно поступившим из кишечника Тогда разница между этими двумя полученными величинами может, с известной степенью допустимости, характеризовать величину усвоенных аминокислот (таблицы 3 и 4). Таблица 3 - концентрация метаболитов и активность ферментов в плазме крови
Возраст, группы, время взятия проб крови, до и через 1 и 3 часа после приема корма
3,5 месяца, группы 5,5 мес, группы
1 1 2 1 2,
Время 0 1 3 час 1 0 час 1 1 час 3 час
0 0
Глюкоза моль/л
7,24± 1.85 6,53± 0.47 5,75± 0,08 - 4,37± 0,23 6,01± 0,08* - 4,49± 0,43
Общий белок, г/л
66,40± 3.91 70,87± 4.24 74.28± 2,11 - - 68,24± 2,04* - -
Альфа-аминный азот, мг%
11,03± 0.09 10,86± 0.09 10,67± 0,08 7,03± 0,41 8,55± 1,17 10,41± 0,10 7,81± 0,01 9,03± 0,41
Пируваткарбоксилаза, мкмоль НАДН/мин/л
16,91± 1.26 7,83± 2,33» 5,88± 2,20 20,13± 1,62 6,73± 0,91 6,76± 1,05 19,00± 1,89 12,88± 0,40**
Л актатдешдрогеназ а, мкмоль/НАД/мин/л
20,57± 3,92 11,75± 0,66** 55,56± 7,5 72,82± 1,10 54,02± 1,42 65,08± 8,1 56,38± 6,10* 60,13± 2,35*
ЛДГо/ ЛДГ1,5,5 мес ПК0/ПКз,5,5мес ПКо/ ЛДГо, 3,5 мес | ПКо/ЛДГо, 5,5 мес
1 2 1 2 1 2 1 2
0,77± 0,06 1,08± 0,10 0,87± 0,20 0,52± 0,04 0,86± 0,03 0,67±0,11 0,110± 0,001 0,120± 0,001
Перед проведением балансового опыта концентрация аминного азота утром до приема корма была на 1,5% выше у бычков 1-й группы. Концентрация белка в крови была ниже (таблица 3) при приблизительно равном приросте живой массы. После перевода бычков на одинаковый рацион изменение коэффициентов концентрации аминного азота по отрезкам времени взятия крови относительно кормления при приблизительно равном протеолизе (до кормления) у бычков 1-й группы было меньше поступление аминокислот через 1 + 3 часа после кормления и ниже их усвоение (таблица 4). Однако в период балансового опыта у этих бычков было низким и потребление, и переваривание, и усвоение азота тем не
менее, усвоение азота относительно потребленного и переваренного было выше. У них выше был и среднесуточный прирост (таблица 6), что мы склонны объяснять лучшей ретенцией азота. Подтверждением этой закономерности служат данные о меньшей концентрации в плазме крови бычков 1-й группы к 4,5-месячному возрасту креатинина и значительно меньшей (на 32.6%) концентрации мочевины. Отношение мочевины к креатинину было ниже и при расчете на килограмм живой массы. Выделение креатинина с суточной мочой у бычков 1 группы было выше, а экскреция мочевины значительно ниже (таблица 5). В соответствии с этим среднесуточный прирост живой массы достиг в этот период максимума и составил 1310 г, что на 4,1% выше такового у бычков 2-й группы (таблица б), что также подтверждает лучшее усвоение азота у бычков 1-й группы. Выше был прирост живой массы и в 5,5-месячном возрасте. Высокая интенсивность роста и синтез белка требуют усиления гликолиза в мышечной ткани и, соответственно, более высокого синтеза глюкозы.
Таблица 4 - концентрация альфа-аминного азота в крови бычков в возрасте 5,5 месяцев, мг% (М±го, п-З)___' __
Группы Взятие крови относительно времени приема ко] эма, ч
0 1 3 1+3 (1+3)-0
1-я группа 10,67±0,08 7,03±0,41 8,55±1,17 15,58±0,45 4,90±0,40
2-я группа 10,41±0,10 7,81±0,01 9,03±0,41 1б.84±0,43 6,43±0,59
У бычков 1-ой группы концентрация глюкозы в плазме крови в возрасте 3,5 месяца была на 10,9% выше. У них отмечено практически двукратное превышение активности лактатдегидрогеназы до утреннего приема корма, что свидетельствует о высокой скорости течения гликолиза в мышечной ткани (таблица 3). Более высокий уровень глюкозы поддерживался не только за счет поступления ее из кишечника при введении в комбикорм кукурузы, содержащей повышенный уровень труднораспадаемого в рубце крахмала
Таблица 5 - концентрация креатинина и мочевины в плазме крови у 4,5-месячных бычков и их выделение с суточной мочой (М±ш, п=3)_
Выделение с суточной мочой Концентрация в плазмы крови
1 1 2 1 1 2
г/супси ммоль/л
Креатинин 3,51±0,38 3,37±0,44 0,124±0,002 0,131±0,004
мг/кг ж. м. 25,5±3,0 25,8±3,3 0,114±0,001 0,117±0,003
г/сут ммоль/л
Мочевина 61,3±13,5 69,8±20,4 ЗДО±0,86 4,73±0,54
мг/кг ж. м. 452±108 504+154 1,55±0,43 2,30±0,36
Мочевина/ Креатинин 17,5±2,4 20,7±3,8 25,8±4,7 Зб,1±6,8
Например, бычки 2-й группы с рационом потребляли в три раза больше такого крахмала при несколько меньшей концентрации глюкозы. У бычков 1-й группы протекал с удвоенной интенсивностью процесс глюконеогенеза из пирувата (активность пируваткарбоксилазы выше на 116 %, таблица 3) (Галочкина В. П. и др. Индексы состояния метболизма и резистентности у холмогорских бычков в период становления рубцового пищеварения при интенсивном
выращивании с использованием комбикорма на основе гороха // Проблемы биологии продуктивных животных. 2012. № 3. С. 87 - 96.).
Высокий уровень мышечного анаэробного гликолиза обеспечивается высокой активностью лактатдегидрогеназы как в мышечной ткани, так и в печени. При этом ускоряется синтез пирувата из лактата, что интенсифицирует синтез глюкозы из пировиноградной кислоты. Данный факт подтверждается высокой активностью пируваткарбоксилазы и лактатдегидрогеназы при более высокой, чем у бычков 2-й группы, концентрации глюкозы.
Таблица 6 - живая масса и среднесуточный прирост бычков (М±т, п=3)_
Группы, показатели__
Возраст, месяцы
1,5
2,5
4.0
4,5
За 3 месяца
5,5
За период
Живая масса, кг
48,3±3,6
77Д±3,0
101±5
125±6
139,7±83,0
Валовой прирост, кг 62,2±5,3
177,5±10,3
Валовой прирост,кг 98,0±6.0
Среднесуточный прирост, г
884±88
.895±88
1324+4
1310±105
1111±95
1041±25
1126±69
Живая масса, кг
51,7±3,6
89,5±1,0
104,8*9,1
128*10,7
141*11,5
Валовой прирост, кг 61,2*2,7
166,5^13,9
Валовой прирост, кг 86,3*5,3
Среднесуточный прирост, г
1046±46
914±99
1306*83
1258±88
1093±5
879*89
1037±72
У бычков 2-й группы при снижении в этом периоде интенсивности роста, на-людаются и более низкие активности пируваткарбоксилазы, лактатдегидрогеназы, и концентрации глюкозы, но при достаточно высокой ее концентрации, свидетельствующей о повышении аэробного гликолиза в печени и дальнейшего окисления пирувата в цикле Кребса и выработке энергии для собственных нужд. При этом глюконеогенез из пирувата у них значительно ниже, чем у бычков 1-й
группы (таблица 3).
После завершения балансового опыта бычков перевели на одинаковый рацион с введением 2 кг сена, 3,8 кг комбикорма содержащего 10% соевого шрота, 149 г сырого протеина (в нем 32 г нераспадаемого) и 10,6 МДж обменной энергии. Как видим, после 4,5 месячного возраста в рационе бычков был снижен уровень сырого и нераспадаемого протеина. Ответной реакцией стало резкое снижение в 1-й группе глюконеогенеза из пирувата как продукта метаболизма лактата, образовавшегося в результате гликолиза в мышечной ткани, то есть утром до приема пшци. Через час посте кормления происходит резкое (более чем трехкратное) повышение активности пируваткарбоксилазы. Через три часа после приема корма идет столь же резкое снижение активности этого фермента, вплоть до исходного уровня. Через месяц после перехода на одинаковое кормление направленность метаболических процессов отличалась от таковой имевшей место до 4,5-месячного возраста Для бычков обеих групп была характерна однонаправленность. Отличия метаболизма пировиноградной кислоты у бычков 2-й группы от бычков 1-й группы сводились только к двухкратному превышению активности
пируваткарбоксилазы через 3 часа после приема корма, что свидетельствует о более раннем подключении глюконеогенеза из пирувата (таблица 3). На эту же специфику обмена пирувата указывает более низкий коэффициент ПК0/ПК3 у быч--ков 2-й группы. Такие изменения в направленности метаболизма пировиногродной кислоты можно объяснить протоком с кровью, после приема корма, лактата из рубца и пропионата, который через лактат может метаболизироваться до пирувата, идущего затем на нужды глюконеогенеза и в цикл Кребса. На это указывает более низкая величина коэффициента ПКо/ПКз у них в сравнении с бычками 1-ой группы. Поддержание у бычков 1-й группы процесса глюконеогенеза через пируват за счет лактата не только как продукта мышечного гликолиза, но и как продукта рубцовой ферментации подтверждается более низким отношением ЛДГУДДГ1. С переводом на одинаковое кормление резко снизилось использование пирувата на синтез глюкозы. Очень низкий коэффициент ПКо/ЛДГо с высокой концентрацией глюкозы утром до приема корма говорит о подавляющем использовании его на синтез оксалоацетата с последующим направлением для поддержания работы цикла Кребса (таблица 5).
Поскольку имел место значительно больший прирост живой массы (на 18,4%), это позволяет утверждать, что шло более эффективное использование конечных продуктов метаболизма глюкозы, и лучшая реутилизация азота у бычков 1-й группы (таблица 5).
По результатам проведенного эксперимента можно сделать заключение, что при использовании высококонцентратных, высокопротеиновых рационов богатых основными лимитирующими продуктивность аминокислотами, труднораспадае-мыми в рубце протеином и крахмалом, повышается переваримость и усвоение азотсодержащих компонентов рациона сопровождаемые усилением наращивания мышечной массы. Усиление биосинтеза мышечного белка стимулирует повышение в мышечной ткани гликолитических процессов за счет глюкозы, поступающей из желудочно-кишечного тракта при введении в рацион трудногидролизуемых в рубце крахмала в виде кукурузы или гороха подвергнутого барогидротермической обработке. Параллельно интенсифицируется процесс протеосинтеза и за счет глюконеогенеза из пирувата. Источником пирувата может быть молочная кислота, как в виде конечного продукта повышения анаэробного гликолиза в мышечной ткани, так и продукта рубцовой ферментации или поступающая с кормом (силос, сенаж), а также прошюнат, который включается в глюконеогенез через сукцинат - малат -оксалоацетат - фосфоенолпируват. При этом снижается использование аминокислот в глюконеогенезе. Сказанное и обеспечивает высокую интенсивность роста.
12 Интенсивность роста, направленность метаболизма пировиноградной кислоты и обмен азотистых веществ у бычков, выращиваемых на мясо на рационах с высоким содержанием грубых кормов
Бычков, находившихся в виварии, выращивали на высококонцентратном рационе, а в условиях хозяйства на рационе с высоким уровнем грубых кормов. Обменной энергии в рационе, применяемом в хозяйстве, было больше на 4,6% чем в рационе бычков находившихся на виварии, но при этом в рациона хозяйства на 10,4% меньше сырого протеина, который был представлен в основном протеином зерновой дерти. Поэтому рацион был недостаточно сбалансирован по сырому и
нераспадаемому протеину, по этой же причине он был неполноценным и по аминокислотному составу (таблица 1).
При снижении уровня протеина в рационе мы отмечали тенденцию сохранения концентрации креатинина при повышении концентрации мочевины. Отношение мочевины к креатинину было на 21,3% выше. Концентрация общего белка была на 15,8 % ниже при близкой концентрации аминного азота. Руководствуясь полученными данными можно констатировать, что недостаточная аминокислотная сбалансированность рациона по протеину имела следствием не только меньшую интенсивность роста, но и менее рациональное использованное аминокисилот в биосинтезе мышечного белка (таблицы 7 и 8). При равной концентрации глюкозы и активности пируваткарбоксилазы у бычков на интенсивном кормлении в 3,7 раза была выше активность лакгатдегидрогеназы, что при высоком уровне концентрированных кормов в рационе может свидетельствовать о более высоком поступлении лакгата из рубца.
Таблица 7 - биохимические показатели в плазме крови и активность лактатдегидрогеназы и пируваткарбоксилазы, у бычков при использовании интенсивного и умеренного кормления (М±т, п^)___
Интенсивное кормление Умеренное кормление %к 1-й группе,
Креатинин, ммоль/л 0,129±0,003 0,129±0,009 100,0
Мочевина, ммоль/л 3,69±0,57 3,97±0,48 107,6
Мочевина/креатишш 37,61±2,06 31,01±4,11 1213
Белок, г/л 71Д6±2,02 60,00±2,45+ 84,2
Аминный азот, т% 8,79±0,79 9,00±0,07 102,4
Лакгатдегидрогеназа, мкмоль НАД/мин/л 57,1±1,88 15,6±3,0+ 27,3
Пируваткарбоксилаза, мкмоль НАДН/мин/л 9,81±0,74 10Д±2,5 104,4
Глюкоза, ммоль/л 4,43±0,33 4,45±0,35 100,5
ПК/ЛДГ 0,17±0,01 0,59±0,11" 347,1
Таблица 8 - живая масса и среднесуточный прирост живой массы у бычков, находящихся на различном уровне кормления (М±пх п=6)_
Показатели Уровень кормления, возраст, продуктивность
Интенсивный Умеренный К группе с интенсивным кормлением, %
5,5 мес 5,5 мес.
Живая масса, кг 171±9 156±4 91,3
Среднесуточный прирост, г 959158 823±25 85,8
Отношение активности ПК/ЛДГ говорит о использовании лакгата через пируваг в цикле Кребса для выработки энергии. Даже при высоком поступлении пропионага из рубца лактаг мог метаболизироваться и через сукцинат и малат в глюкозу. У бычков в условиях хозяйства при высоком уровне обменной энергии и клетчатки в рационе, ощущалась недостаточность протеина, и при равной с бычками на интенсивном кормлении активности пируваткарбоксилазы пируват в большей степени использовался на карбоксилированяе (таблица 7).
Возможно, эта направленность связана с тем, что при достаточном уровне обменной энергии ощущался недостаток глюкозы, которая необходима для синтеза мышечных белков, но при высоком притоке из рубца ацетата часть пирувата в виде оксалоацетата должна была направляться для поддержания работы цикла Кребса. По активности ферментов и по их соотношению можно предположить, что на рационе с достаточным уровнем протеина (в том числе и нераспадаемого), при высоком поступлении после приема корма лаюгата и прошюната из рубца, пируват использовался в большей степени на окисление в цикле Кребса
Сложившаяся направленность метаболических процессов обусловила у бычков, находившихся на высококонцентратном кормлении более высокую интенсивность роста (ежесуточно на 136 г) по сравнению с бычками, выращиваемыми на умеренном кормлении (таблица 8). Однако такое перераспределение потока пирувата у них происходило на фоне снижения интенсивности роста относительно предшествующего периода.
23 Сравнительное изучение направленности метаболизма пирувата, азотистого обмена и интенсивности роста бычков при откорме на высококонцентратных рационах и на рационах с высоким содержанием грубых
кормов
Для расшифровки направленности метаболических процессов у бычков при различных уровнях кормления был проведен сравнительный эксперимент в условиях вивария (интенсивное кормление, 1 группа) и в «Колхоз им. В. И. Ленина», (умеренное кормление, 2 группа). Биохимические показатели, определенные в плазме крови взятой после кормления (таблица 9), у бычков, находившихся на интенсивном откорме, как и в мешочном периоде выращивания, в основном превышали показатели бычков, находившихся в условиях хозяйства на умеренном кормлении. Несмотря на несколько большую величину концентрации мочевины у бычков с интенсивным кормлением (на 6,1%), у них на 31,0% была выше концентрация креатинина. В итоге у них отношение мочевины к креатинину ниже, что говорит о более высоком биосинтезе белка в тканях бычков на интенсивном откорме. Подтверждением этому может служить и высокая концентрация белка в плазме крови (на 57,9 % выше относительно бычков из хозяйства). Сказанное согласуется с усиленным накоплением массы мышц и мышечного белка у животных при интенсивном кормлении. Это так же подтверждается и высокой концентрацией у них альфа-аминного азота Повышенное содержание в рационе сырого протеина, с высокой долей нераспадаемого протеина и лучшей сбалансированностью аминокислот, облегчает их доступ в ткани для синтеза белка.
Активность лактатдегидрогеназы у бычков обеих групп была на одинаково высоком уровне, но активность пируваткарбоксилазы у бычков на интенсивном откорме была достоверно выше, чем у бычков при умеренном кормлении (таблица 9). При этом концентрация глюкозы в крови животных обеих групп была практически одинаковой. Низкое отношение активности пируваткарбоксилазы к лактатдегидрогеназе, говорит о преимущественном использовании пирувата для окисления в цикле Кребса (у бычков на умеренном кормлении этот коэффициент был ниже на 36%). У бычков на интенсивном кормлении пируват шел не только на
окисление, но на глюконеогенез его поток был более выражен, чем у бычков на умеренном кормлении. Вследствие высокого уровня клетчатки в рационе (на 27,8% выше, чем у группы интенсивного кормления) и большего поступления в метаболизм ацетата, пируват, карбоксилируясь, шел не в глюконеогенез, а на поддержание работы цикла Кребса.
Таблица 9 - биохимические показатели в плазме крови бычков при различных
Показатели Уровень кормления, возраст
высокий, 14,5 мес. умеренный, 14,5 мес. к 1-й группе, %
Глюкоза, ммоль/л 4,08±0,09 4,17±0,12 102,2
Белок, г/л 105,9±1,2** 66,3±4,3 62,6
Аминный азот, мг% 11Д8±0,04* 8,31±0,98 73,7
Лактатдегидр огеназа, мкмоль НАД/мин/л 37,05±4,91 39,9±9,5 107,7
Пируваткарбоксилаза, мкмоль НАДН/мин/л 9,24±0,95++ 6,52±0,6 70,5
ПК/ЛДГ 0,25±0,06* 0,16±0,05 64,0
Мочевина, ммоль/л 4ДЗ±0,86+ 4,07±0,00 94Д
Креатиния, ммоль/л 0,103±0,005+ 0,080±0,004 77,7
Мочевина/креатин ин 41,9±8,22+ 50,8±1,4 121,2
1411 Ш х* — — — ---- —---------------I
ПК/ЛДГ - отношение активности пирувапсарбоксилазы к активности лактатдегидрогеназы; в таблице все показатели кроме альфа-ашшного азота определены в плазме крови, взятой до приема корма, значения альфа-аминного азота показаны в плазме крови через Зч после кормления.
Полученные биохимические данные свидетельствуют, что бычки на высо-ком уровне кормления получали более полноценное питание, как по сырому, так и нераспадаемому протеину, и лучше сбалансированному по аминокислотному составу за счет обогащения рациона подсолнечным шротом и подсолнечным и соевым жмыхами. У бычков на умеренном уровне кормления рацион не отличался полноценностью по протеину и аминокислотному составу. Поэтому у них больший удельный вес заменимых аминокислот расходовался на всевозможные реакции взаимопревращений азотистых веществ, относительно затрат на биосинтез белка Т.е. утилизация азота заменимых аминокислот значительнее шла через реакции дезамшшрования и переаминирования, а углеродный остаток использовался для синтеза глюкозы.
Бычки, выращиваемые на высоконценгратном высокопротеиновом рационе, обогащенном за счет подсолнечного и соевого жмыхов первыми лимитирующими продуктивность аминокислотами лизином и метионином, в 11-месячном возрасте достигли живой массы 355±7 кг, по завершении откорма в возрасте 14,5 месяцев имели живую массу 462±13 кг (среднесуточный прирост 1435±60 г). Затраты ОЭ на 1 кг прироста составили 61,95 МДж, а СП - 936 г. Бычки на хозяйственном ра-
ционе, в котором концентраты были представлены зерновой дертью собственного производства в начале откорма имели живую массу 301±13 кг к завершению 396±16 кг со среднесуточным приростом 787±33 г (54,8% от такового в 1 группе). Затраты ОЭ составили 106,10 МДж (171,3%). Несмотря на значительно меньшее содержание сырого протеина (на 11,8%) у бычков на хозяйственном рационе ими было затрачено значительно больше протеина на килограмм прироста живой массы 1506 г (на 160,9%).
Таким образом, метаболически, по затратам ОЭ и СП более эффективным является интенсивный откорм на высококонценгратном сбалансированном рационе.
2.4 Направленность метаболизма пирувата, обмен азотистых соединений, продуктивность и качество продукции бычков откармливаемых на высококонцентратньк, высокопротеиновых рационах
Для изучения усвоения азота с увеличением уровня протеина в рационе в 12-, 13-, и 14-месячном возрасте на бычках, находившихся в условиях вивария ВНИИФБиП, были проведены балансовые опыты (соответственно именуемые в дальнейшем как 1-й, 2-ой и 3-й баланс). Как видно из рисунка 2 и таблицы 10, метаболизм у бычков, поставленных на интенсивный откорм, не сразу перестраивается к поступлению большего количества аминокислот из кишечника и использованию их в метаболизме. Цифровой материал, систематизированный по итогам 1-го балансового опыта (таблица 10) на фоне высококонценгратного рациона с высоким уровнем протеина и в нем нераспадаемого протеина, после умеренного кормления, демонстрирует резкое увеличение количества поступающих в кровь аминокислот.
Таблица 10 - содержание креатинина и мочевины в плазме крови, взятой до приема корма и в суточной моче (М*гп, п=4)
1-ый период
2-ой период
3-ий период
ммоль/л
мг/кг Ж.М.
ммоль/л | мг/кг ж.м. ммоль/л | мг/кг ж.м.
Креатинин в плазме крови
0,090*0,004 1 0,027Я),(Ю1 I 0,103*0,005 1 0,027*0,001 | 0,103*0,005 | 0,026*0,001
Мочевина в плазме крови
4,40±0,24 0,65±0,03 7,47±2,80" 0,97±0,63 4,33*0,86* 0,57±0,1Г
Отношение мочевина/креатинин в плазме крови
73,68*6,15'
49,71*4,65
41,89*8,22
г/л
мг/кг ж.м.
г/л
мг/кг Ж.М.
г/л
мг/кг Ж.М.
__ Креатишш в моче __
21,70*1,09 [ 6,49*0,21 | 39,66*1,55" | 10,58*0,57" [ 39,85*3,18 | 10,39*0,56"
Мочевина в моче
76,5*21,4 1 197,9*52,6 | 19,7*2,1 | 45,6*4,2' | 41,3*5,6 1 90*13* _Отношение мочевина/креатинин в моче
21,68*4,21
4,07*0,83
8,54*0,90
При достижении высокого прироста живой массы (таблица 12) в этом периоде концентрация мочевины сохраняется в пределах нормы, а высокие значения креатинина в плазме крови утром до кормления подтверждают высокий уровень использования аминокислот. Увеличение уровня синтеза белка
сопровождается повышением и его деградации, чему соответствуют показатели мочевины и креатинина, полученные в нашем опыте. Высокое содержание мочевины при высоком отношении мочевины к креатинину в суточной моче свидетельствует не только о повышении деградации белка, но и, несмотря на высокую интенсивность роста, о недостаточно эффективной ретенции азота в первом периоде опыта (таблица 10). Во втором же балансовом опьгге (13 месяцев) это отношение значительно уменьшилось как за счет лучшего усвоения мочевины, поступающей из рубца, так и резкого снижения выделения мочевины с мочой и увеличения креатинина. Одновременно произошло снижение концентрации белка в плазме крови. Полученные данные можно трактовать как переключение направленности синтеза белка с белков крови, кишечника, печени и других органов на увеличение синтеза мышечных белков (рисунок 2) и наращивание мышечной ткани. Аналогичная направленность метаболизма азота может быть описана и при интерпретации материалов, полученных после завершения 3-го балансового опыта (14 месяцев).
Подтверждение усиления биосинтеза мышечного белка и увеличения наращивания мышечной массы было так же подтверждено с помощью ультразвукового сканирования глубины мышечного слоя (37,26±0,56, 38,48*1,20, 40,50±0,01 мм соответственно у бычков в 1, 2 и 3 балансовых опытах). Величины глубины мышечного слоя достоверно коррелировали с живой массой р<0,01 (г=0,98*0,01;!= 0,99*0,01; г=0,89±0,03) а так же с концентрациям белка (б 12 и 13 месяцев р<0,01 г=0,91±0,02; г=0,94±0,02), креатинина ( в 12 и 13 месяцев р<0,01 1=0,99*0,01; г=0,86±0,04) в плазме крови до утреннего приема корма и альфа-аминного азота ( т=0,78±0,06; т=0,95*0,01; г=0,79*0,05). При этом отношение глубины мышечного слоя к живой массе (0,097*0,003; 0,090*0,004; 0,088*0,005), как и среднесуточный прирост к концу откорма, снижаются. Это свидетельствуют о том, что с 14 - 15-месячного возраста скорость роста снижалась за счет снижения интенсивности биосинтеза мышечного белка и наращивания мышечной массы.
200
150 100 50
■ 12 месицой ШЗмесицео
ПМжССИЦИ!
Белок Глюкоза Мочсвипо Крюпинин
Рисунок 2 - содержание белка, глюкозы, мочевины и креатинина в плазме крови, проценты относительно первого балансового опыта В этот момент активно происходили процессы протеолиза белков, а освободившиеся аминокислоты использовались в процессах глюконеогенеза и через цикл Кребса использовались организмом на энергетические нужды. Это подтверждается и повышением во 2-м балансовом опыте концентрации глюкозы, и
увеличением концентрации мочевины в плазме крови, и увеличением содержания амишюго азота (рисунок 2, таблица 11) в плазме крови до кормления.
Биосинтез тканевых белков, особенно мышечных, требует наличия глюкозы, как источника энергии для гликодигических процессов, и для синтеза мышечных белков. Гликолитнческие процессы и продукты рубцовой ферментации тесно связаны с метаболизмом пировиноградной кислоты, в частности с ферментами пируват карбоксил азой и лактатдегидрогеназой.
Таблица 11 - содержание альфа-аминного азота в плазме крови бычков по периодам опьгга, мг% (М±ш, п=4)_
Периоды опыта Время взятия крови после кормления, часы
0 1 3 1+3 (1+3)-0
1 7,66*0,29 6,77±0,51 7,55±0,07 14,32±0Д9 6,67±0Д1
2 11,20±0,13 10,94±0ДЗ 10,70±0,14 21,64±0,15 10,44±0,10
3 11,13±0,25 10,ЗОН),07 11,07±0.04 21,63±0,01 10,2(Ш),04
В период откорма бычки получали высокий уровень концентратов (55 %) от обменной энергии рациона. При ферментации в рубце концентратов в продуктах рубцового пищеварения увеличивается доля пропионовой кислоты, Прошюновая кислота, поступая в печень и частично превращаясь в молочную кислоту, через пировиноградную кислоту участвует в глюконеогенезе. Отношение ЛДГО/ЛДГ! в пределах единицы в первом и втором балансовом опытах говорит о том, что идет использование л астата, образовавшегося как в результате гликолиза, так и рубцового происхождения (таблица 12).
Таблица 12 - активность ферментов пируваткарбоксилазы и лактатдегидрогеназы в плазме крови и коэффициенты отношения ферментов (М±т, п=4)_
Периоды опыта Время после приема корма, часы
0 |1 13
Пируваткарбоксплаза, мкмоль НАД-Н/мин/л
1 6,76±1,94 13,44±2,01 16,56±0,73
2 20,59±8,92* 33,45±7,75+ 16,97±8,15
3 38.28±6,99 10,39±1,2Г 9,24±2,95++
Лактатдсгидрогеназа, мкмоль НАД/мин/л
1 59,05±9,18 59Д9±4,79 53,81±7,44
2 32,43±4,55+ 30,95±4,28* 33,86±11,49
3 13,43±3,36* 36,38±3,44 37,05±4,91
Коэффициенты
ЛДГУЛДГ, ПКо/ПКз ПКо/ЛДГо
1 0,99±0,03 0,33±0,01 0,14±0,02
2 1,05±0,11 0,79±0,08+ 0,83±0,06
3 0,37±0,0 Г 2,31±0,2Г 2,11±0,12+
Это отношение во втором периоде откорма при высокой концентрации глюкозы (5,25±004 ммоль/л) до утреннего приема корма и высоком отношении ПКо/ПКз свидетельствует об интенсивно протекающих процессах гликолиза до кормления и в печени. В этом периоде до приема корма для поддержания высокой интенсивности метаболизма животные вынуждены активно использовать и другие предшественники глюкозы (к примеру аминокислоты), что подтверждается повышением отношения ПКо/ПК3 относ1ггелыю первого периода откорма (таблица
12). Увеличение же коэффициента ПКо/ЛДГо во втором балансе относительно первого баланса свидетельствует об интенсивно проходящих процессах глюконеогенеза
Сбалансированность корма по труднодеградируемому в рубце протеину и обогащенносгь его метионином и лизином, позволили рационально расходовать аминокислоты корма в большей степени на синтез белка, что подтверждается высокими показателями среднесуточного прироста живой массы (таблица 13). Для подтверждения предположенного варианта направленности метаболических процессов у бычков, выращиваемых на высококонцентратных, высокопротеиновых рационах в печени и длиннейшей мышце спины были определены активности дегидрогеназ цикла Кребса, пируваткарбохсилазы и двух ключевых ферментов глиоксилатного цикла малатсинтазы и изоцитратлиазы (таблица 14).
Таблица 13 - живая масса и среднесуточный прирост у бычков на интенсивном откорме (М±ш, п=4)_______
Периоды опыта, возраст Живая масса, кг Среднесуточный прирост живой массы, г
11,5 месяцев 335,413,00 1654±553
12,5 месяцев 382Д±ЗД 1481±12
13,5 месяцев 431,4±4Д" 1570±44"
14,5 месяцев 461 ¿±5,2" 1235±44"
За опыт - 1430±33
Таблица 14 - активность дегидрогеназ цикла Кребса, изоцитратлиазы, малатсинтазы (нмоль/ мин/г ткани) и пируваткарбоксилазы (мкмоль/мин/г ткани) в тканях бычков (М±т, п=4)_________ _
Показатели Печень ДМС Почки
Пируватдегидрогсназа 8,1 Ш),03 0,83±0,01 1Д4±0,04
Изоцигратдещдрогеназа 2,88±0,03 0,470±0,002 0,62±0,03
Альфа-кетоглутаратдегидрогеназа 3,50±0,09 0,800±0,003 0,73±0,02
Сукцинатдегидрогеназа 107Д1±Ц,00 2,33±0,03 47,22±0,05
Малатдещдрогеназа 4,19±0,32 0,010±0,001 0,39±0,01
Пируваткарбоксилаза 57±3 - 18,5*2,2
Изоцитратлиаза 150±52 -
Малатсинтаза 31,43±6,31 -
В связи с незначительным поступлением у жвачных животных из кишечника глюкозы и большого количества уксусной кислоты была выдвинута гипотеза, функционирования у них ключевых и маркерных ферментов глиоксилатного цикла изоцитратлиазы и мчлатсинтззы, способных превращать двухуглеродные органические кислоты в нетырехуглеродные, которые в последующем могут метаболгоироваться до глюкозы (Галочкина, Солодкова, Галочкин, 2011). В нашем эксперименте в печени бычков была впервые выявлена высокая активность изоцитратлиазы н малатсинтазы. Глиоксилат, продукт изоцифатлиазной реакции
тормозит митохондрнальный транспорт фосфора и электронов, ингибируя гафуватдегидрогеназу, изоцитратдегидрогеназу и альфа-кетоглутаратдегидрогеназу.
Сведения об ингибировании глиоксилатом сукцинатдегидрогеназы и малатдешдрогеназы в литературе нам не встречены, что наводит на мысль о преимущественном обеспечении энергией метаболических процессов через сукцинатдсщцрогеназную реакцию, подтверждаемую более высокими величинами каталитической активности именно этого фермента.
3 Заключение
Продукты рубцовой ферментации у жвачных служат не только источниками энергии, но и предшественниками глюкозы, липидов и части аминокислот. Пировиноградная кислота у жвачных представляет собой стратегически важное соединение в обмене веществ, так как находится на перекрестке метаболических путей окисления и выработки энергии, глюконеогенеза, трансаминирования, литогенеза. В связи с развитием бродильных процессов в рубце уже с 2-х - 3-х-месячнош возраста необходимо при балансировании рационов по протеину учитывать степень его деградируемости и вводить в рационы высокопротеиновые корма с повышенным содержанием нераспадаемого в рубце протеина и крахмала и с учетом содержания в них лизина и метионина - основных лимитирующих продуктивность аминокислот. В раннем возрасте происходит ускоренный рост и развитие всех органов и систем организма, поэтому вдвойне важно, чтобы в этот период организм был максимально обеспечен лимитирующими рост незаменимыми аминокислотами и энергией. Интенсивность протеосинтеза мы предлагаем характеризовать тестовым индексом усвоения аминокислот, согласно которому величину аминного азота в крови до утреннего приема корма можно условно принять за характеристику свободного фонда аминокислот, сформированного за счет протеолиза тканевых белков. В то же время, сумма величин концентраций альфа-аминного азота в крови через 1 и 3 часа после приема корма, соответственно, представляют аминокислоты поступившие из кишечника после гидролиза корма. Разница между этими двумя величинами условно характеризует приближенную величину усвоенных аминокислот, а частное от деления будет индексом усвоения аминокислот. Этот условный коэффициент усвоения азота аминокислот оказался весьма информативным, поскольку динамика его изменений четко совладала с данными по креатинину, мочевине и глубине мышечного слоя.
В связи со спецификой физиологии пищеварения жвачных, их метаболизм приспособлен к выработке энергии в большей степени не из глюкозы, а из летучих жирных кислот, образующихся в процессе рубцового метаболизма Поэтому очень важно с раннего возраста формирование метаболических процессов в организме на использование ЛЖК на синтез глюкозы и на производство энергетических молекул, необходимых для обеспечения энергией процессов синтеза в организме. В определении метаболической направленности этих процессов и обеспечении их энергией первостепенную роль играет цикл Кребса. Этот вопрос ранее мы уже затрагивали, но из-за его важности и значимости остановимся на нем подробнее. По активности ферментов и по их соотношению можно предположить, что при использовании высококонцентратного рациона при достаточном уровне протеина в рационе использование пирувата распределяется равномерно на глюконеогенез и на
окисление в цикл Кребса. При недостатке глюкозы и энергии пируват идет или на глюконеогенез, или окисляется в цикле Кребса для выработки энергии от чего зависит и продуктивность бычков. Однако в цикле Кребса, по всей вероятности, его функция проявляется в большей степени для поддержания его реакций не в качестве ацетил-КоА, а в виде океалоацетата для поддержания и завершения работы цикла. Изучавшиеся и описываемые нами закономерности направленности превращений пировиноградной кислоты и отдельных азотистых соединений во всем многообразии последовательно и параллельно протекающих реакций подчинены единой цели -осмыслению и обоснованию, в соответствии с законами биохимической логики, обеспеченности биосинтетических реакций энергетическим и пластическим материалом. Иначе говоря, продуктивность подопытных животных трактуется и аргументируется биохимическими категориями. Именно о проявившемся у бычков «возбужденном» биосинтезе можно вести речь в наших опытах в фазу интенсивного откорма после умеренного снижения уровня питания. К этому следует добавить, что наивысшего зоотехнического эффекта должно ожидать только в случаях направленного формирования метаболического базиса с раннего возраста животного.
Выводы
1. Высокая интенсивность роста бычков, наращивание мышечной массы и белка в период откорма характеризуются повышенной активностью пируваттсарбоксилазы и сукцинатдегидрогеназы в печени (в 13 раз выше активности пируватдегидрогеназы) на фоне пониженной активности ферментов цикла трикарбоновых кислот (пируватдегидрогеназы, изоцитратдегидрогеназы, альфа-кетоглутаратдещдрогеназы, малатдегидрогеназы).
2. В печени растущих и откармливаемых бычков обнаружено проявление каталитической активности, ключевых и маркерных ферментов глиоксилатного цикла: изоцитратлиазы (150,00±52,36 нмоль/мин/г ткани) и малатсингазы (31,43±6,31 нмоль/мин/г ткани), что свидетельствует о возможности функционирования ранее неизвестного для этого вида животных потока метаболитов, способствующего повышению пропускной способности цикла трикарбоновых кислот.
3. Интенсификация кормления животных реализуется в активизации гликолигических процессов в мышечной ткани, о чем свидетельствует повышение величины предлагаемого нами индекса отношения активности лактатдегидрогеназы в крови, взятой до утреннего приема корма к ее активности через 1 час после кормления (значение коэффициента больше 1 у бычков в 13 месяцев, когда наблюдался пик интенсивности роста в период откорма).
4. Глубина мышечного слоя, определенная методом ультразвукового сканирования с помощью прибора «Acu Vista VT 880 С», производства ООО «RAY -Systems» в области длиннейшей мышцы спины на уровне 13 ребра, положительно коррелирует с живой массой (г=0,98±0,01;г= 0,99±0,01; г=0,89±0,03 р<0,01, соответственно в 12, 13 14 месяцев), концентрацией в плазме крови креатинина (в 12 и 13 месяцев р<0,01 r=0,9ÍW),01; г=0,8б±0,04), азота аминокислот (р<0,01 г=0,78±0,06; г=0,95±0,01; г=0,79±0,05), концентрацией белка в плазме крови (в 12 и 13 месяцев р<0,01 г=0,91±0,02; г=0,94±0,02) и представляет информативный метод прижизненной неинвазивной оценки роста мышечной массы.
5. Функциональная зрелость процессов ферментации в полости рубца к 4-месячному возрасту при сопоставлении рационов с различным содержанием труднораспадаемого в рубце протеина, аргументирует применение в кормлении с раннего возраста высококонцентратных рационов богатых основными лимитирующими аминокислотами. При этом, не только более эффективно используются азотсодержащие компонента рациона на синтез белков тела, но и отмечается общий повышенный продуктивный ответ, позволяющий достигать к 5,5-месячному возрасту живой массы 177 кг со среднесуточным приростом свыше 1100 г в среднем за данный период.
6. Применение высококонценгратнош кормления с рационом на основе комбикорма с добавками соевого и подсолнечного шротов, является метаболически более выгодно по реутилизации протеина корма, в сравнении с применением в качестве высокопротеинового корма автоклавированного гороха. Это подтверждается меньшим выделением мочевины с мочой (на 12%) при равном выделении креатинина. Усиленное образование и элиминация мочевины говорит о нерациональном ассимилировании азота в биосинтетических реакциях вследствие дисбаланса аминокислот и требует дополнительных затрат энергии, что объясняет более низкую интенсивность роста у бычков потреблявших высокие количества автоклавированного гороха.
7. Интенсивное высококонцентратное питание с добавками кормов содержащих высокое количество труднорасщепляемых в рубце протеинов и богатых лизином и метионином, позволяет получать бычков пород молочного направления продуктивности в 14,5-месячном возрасте с живой массой 460 кг, весом туш 246 кг, весом мякоти 190 кг, с содержанием внутреннего жира 5,1 кг, с высокими биологическими и технологическими качествами продукции при затратах 53,6 МДж обменной энергии на 1 кг прироста живой массы.
Предложения практике
1. Полученный в наших опытах молодняк крупного рогатого скота, соответствовал категории экстра ГОСТа 2012 г на телятину в возрасте 14-15 месяцев со средней живой массой 460 кг, средней массой туши 246 и мякоти 190 кг, для чего необходимо использование высококонцеетратного, высокопротсинового кормления с содержанием в рационе труднораспадаемого в рубце протеина в количестве от 35 до 45 % от сырого протеина и богатого основными лимитирующими продуктивность аминокислотами на протяжении всего периода выращивания.
2. В период с 2-х - 3-х-месячного по 5-ти - 6-ти месячный возраст следует обильно и полноценно кормить животных используя высокопротеиновые корма с повышенных! содержанием нераспадаемого протеина и незаменимых аминокислот. По достижении 6-ти - 7-ми месячного возраста для экономил дорогостоящих кормов, без существенного снижения продуктивности, можно часть их по питательности заменить кормами собственного производства (силосом, сенажом, зерновой дертью) с вновь интенсивным и полноценным кормлением в заключительную фазу откорма в возрасте 13-15 месяцев.
Список работ опубликованных по теме диссертации 1. Солодкова, А. В. О специфике взаимосвязей в метаболизме три- и дикарбоновых кислот у высокопродуктивных жвачных животных (гипотеза) / В. П. Галочкина, А. В. Солодкова, В. А. Галочкин//Проблемы биологии продуктивных животных. -2011. -№4.-С. 5- 18.
2. Солодкова, А. В. Индексы состояния мсгболизма и резистентности у холмогорских бычков в период становления рубцового пищеварения при интенсивном выращивании с использованием комбикорма на основе гороха / В. П. Галочкина, А В. Солодкова, О. В. Обвинцева, В. Ф. Сухих // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2012. - № 3. - С. 87 - 96.
3. Солодкова, А. В. Азотистый обмен и продуктивность бычков в период становления рубцового пищеварения при интенсивном выращивнаии с использованием разных источников кормового протеина / В. П. Галочкина, Б. Л. Харитонов, А. В. Солодкова, О. В. Обвинцева, А. С. Березин // Проблемы биологии продуктивных животных. -2012.-№4.-С. 70-79.
4. Агафонова, А. В. Выращивание бычков молочных пород на мясо с использованием высококонценгратных рационов в переходный период и при откорме / В. П. Галочкина, А. В. Агафонова, В. П. Лазаренко // Проблемы биологии продуктивных животных. - 2013. - №4. - С. 74 - 83.
5. Солодкова, А. В. Разработка научных основ новых подходов направленной регуляции обмена веществ жвачных животных с целью повышения их здоровья и продуктивности / В. П. Галочкина, А. В. Солодкова, В. А. Галочкин // Труды регионального конкурса проектов фундаментальных научных исследований. - 2012. - В. 17. - С. 205 -212
6. Солодкова А. В. Рост и обмен веществ у холмогорских бычков при интенсивном выращивании в период молочного питания / В. П. Галочкина, А. В. Солодкова // Зоотехническая наука Беларуси. Сборник научных трудов. - 2012. - Т. 47 часть 2 - С. 19-31.
7. Солодкова, А. В. Эффективный откорм молочных бычков / Е. Л. Харитонов, А. В. Солодкова// Животноводство России. - 2013. - №6. - С. 55 - 56.
8. Солодкова, А. В. Выращивание бычков на мясо на рационах различного типа // Материалы 5-ой международная научно-практическая конференция «Научные основы повышения продуктивности с/х жив.» ГНУ СКНИИЖ. - Краснодар. - 2012. - С. 44
9. Солодкова, А. В. Д инамика интенсивности роста растущих и откармливаемых бычков при переводе с высокого уровня кормления на средний // Материалы 5-ой международная научно-практической конференции «Научные основы повышения продуктивности с/х жив.» ГНУ СКНИИЖ. - Краснодар. - 2012. - С. 42
10. Солодкова, А. В. Интенсивность роста и направленность обмена азотистых веществ у молодняка крупного рогатого скота в период молочного питания / В. П. Галочкина, А. В. Солодкова // Материалы региональной научно-практической конференции «Научные аспекты модернизации сельскохозяйственного производства на современном этапе» Калужский научно-исследовательский инстшут сельского хозяйства. - Калуга. - 2012. - С. 149 - 159.
11. Солодкова, А. В. Направленность азотистого обмена у бычков при различных условиях откорма // Материалы международной научно-практической конференции «Научные основы модернизации отрасли земледелия и животноводства Калужского региона в современных условиях» Калужский научно-исследовательский институт сельского хозяйства. - Калуга. -2013.-С.150 -145.
12. Солодкова, А. В. Показатели обмена азота и пировиноградной кислоты у бычков в период откорма при различном уровне кормления // Материалы международной молодежной научной конференции «Новые времена: новые Вавиловы, новые Квасницкие» Инстшут свиноводства и АПВ, Украина - Полтава. - 2013. - С. 74-75.
Отпечатано в типографии МУП «Полиграфист» Россия, Калужская обл., г.1юровск плЛенина, 20. Тел.:8(4843К)4-39-82 Бумага офсетйая 60x84 1/16 Тираж 100 ЭКЗ..МК.210. 2014г.
Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Агафонова, Анастасия Викторовна, Боровск
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии
и питания сельскохозяйственных животных Российская академия сельскохозяйственных наук
На правах рукописи
0420145799с
Агафонова Анастасия Викторовна
Направленность метаболизма пировиноградной кислоты, азотистый обмен и продуктивность бычков, выращиваемых на мясо, при различных условиях
питания
03.01.04 - биохимия
диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук
научный руководитель доктор биологических наук Галочкина Валентина Петровна
Боровск 2014
Содержание
1 .Введение........................................................................................................................4
1.1 Актуальность темы исследования...........................................................................4
1.2 Степень разработанности темы исследования.......................................................8
1.2.1 Особенности обмена азота у жвачных животных........................................8
1.2.2 Особенности переваривания и обмена углеводов у жвачных животных 19
1.2.3 Роль пировиноградной кислоты как главнейшего компонента анаплеротического потока снабжения углеродом цикла Кребса в регуляции интенсивности и направленности обмена веществ в организме жвачных животных..................................................................................................................25
1.2.4 Глиоксилатный цикл, возможные аспекты функционирования и роли в организме жвачных.................................................................................................45
1.3 Цели и задачи исследования...................................................................................55
1.4 Научная новизна......................................................................................................56
1.5 Практическая значимость работы..........................................................................57
1.6 Методология и методы исследования...................................................................57
1.7 Положения, выносимые на защиту........................................................................61
1.8 Апробация результатов исследования..................................................................62
2 Результаты исследования и их обсуждение.............................................................64
2.1 Интенсивное выращивание бычков крупного рогатого скота пород молочного направления продуктивности - способ получения тяжеловесных туш телятины. 64
2.1.1 Скорость роста, направленность метаболизма пировиноградной кислоты и обмен азотсодержащих соединений у бычков при интенсивном кормлении
высококонцентратными рационами в период становления рубцового пищеварения...................................................................................................................64
2.1.2 Интенсивность роста, направленность метаболизма пировиноградной кислоты и обмен азотистых веществ у бычков, выращиваемых на мясо на рационах с высоким содержанием грубых кормов....................................................82
2.1.3 Сравнительное изучение направленности метаболизма пирувата, азотистого обмена и интенсивности роста бычков при откорме на высококонцентратных рационах и на рационах с высоким содержанием грубых кормов...........................89
2.2 Направленность метаболизма пирувата, обмен азотистых соединений, продуктивность и качество продукции бычков откармливаемых на высококонцентратных, высокопротеиновых рационах питания..............................94
2.2.1 Ограниченное кормление бычков в период выращивания с последующим интенсивным откормом..............................................................................................115
3 Заключение................................................................................................................123
Список литературы......................................................................................................136
Приложения..................................................................................................................159
1.Введение
1.1 Актуальность темы исследования
В настоящее время основным источником производства говядины в России является молочный скот. Среднесуточный прирост живой массы, молодняка начиная с выращивания и до завершения откорма составляет около 500 г с достижением средней живой массы 363 кг (Шичкин Г. Актуальные вопросы производства говядины в молочном и мясном скотоводстве // Молочное и мясное скотоводство. 2012. №1. С. 2-4). В 2011г из всех производимых видов мяса в России на долю говядины приходилось 1635 тыс. тонн, что составило 22,06 %. Производство говядины в основном экстенсивное и на одну голову скота ее производили 85 - 86 кг. Из прогнозируемого производства говядины на 2020 г на специализированный мясной скот планируется 22,5 % и самообеспеченность страны говядиной составит 87,9 % (Легошин Г. В. Состояние отрасли мясного скотоводства, производства говядины и рынка мяса и мясопродуктов в России: Аналитический обзор. Дубровицы: ВИЖ, 2012. 76 е.).
Из сказанного видно, что еще длительное время основную долю в производстве говядины будет составлять ремонтный молодняк и выбракованные коровы молочных стад. При этом для получения говядины хорошего качества от бычков пород молочного направления продуктивности необходимо интенсивное их выращивание с достижением живой массой 450 - 500 кг к возрасту 12-14 месяцев, с круглогодовым стойловым содержанием в густо населенных, промышленно развитых районах. Такой продуктивности можно достигнуть только с учетом особенностей пищеварения и обмена веществ жвачных животных, т.е. с учетом их метаболического типа (Галочкина В. П., Галочкин В. А. Физиолого-биохимическая характеристика метаболического типа жвачных животных //Сельскохозяйственная биология. 2010. № 6. С. 9 - 15). Несмотря на
это, рационы должны быть высококонцентратные, но с обязательным включением кормов с высоким содержанием труднораспадемых в рубце протеина и крахмала (Коровяцкий А. М. и др. Влияние комплексной кормовой добавки на концентрацию глюкозы, инсулина, тиреоидных гормонов и мясную продуктивность бычков // Сб. научных трудов ВНИИФБиП. 2004. Т. 43. С. 184 — 196).
Подавляющая масса растительных кормов, составляющих основу кормопроизводства отечественного животноводства, составляют корма с низким содержанием протеина резистентного к воздействию рубцовой ферментации (Рамазанов И. Г., Влияние барогидротермической и химической обработки на качество их протеина и молочную продуктивность коров: автореф. дисс. ... канд. биол. наук: 06.02.08 / Боровск, 2010. 24 с). Требуемые корма с высоким содержанием протеина и в нем нерасщепляемого протеина, в основном дорогостоящие, импортные (Погосян, Д. Г. Физиологическое обоснование повышения эффективности использования протеина рационов крупного рогатого скота при применении физических и химических способов обработки кормов: автореф. дисс. ... д.б.н.: 06.02.08/ Боровск, 2011. 42 е.). В России доступные высокопротеиновые растительные корма - шроты подсолнечный, рапсовый и др., горох, вика, люпин, бобы содержат высокий процент расщепляемого в рубце протеина. К тому же крестоцветные и бобовые содержат достаточно много антипитательных веществ: ингибиторы протеаз, сапонины и др.. Различные обработки кормов могут повышать долю нераспадаемого в рубце протеина и повышать поступление в тонкий кишечник аминокислот, повышая усвоение корма.
В связи с тем, что и пищеварительный процесс, и обмен веществ жвачных животных эволюционно адаптированы к симбиозу с микроорганизмами достижение высокой продуктивности требует соблюдения в рационе определенных пропорций кормов с различной степенью деградируемости в рубце. Высокая продуктивность жвачного животного, прежде всего, определяется двумя процессами. Во-первых, интенсивностью ферментации в рубце, оцениваемой в
общепринятом виде количеством продуцируемого микробиального белка, низкомолекулярных жирных кислот и аммиака. Во-вторых, интенсивностью эвакуации в тонкий кишечник нерасщепившихся белков и полисахаридов, способных к гидролизу на мономеры и всасыванию из кишечника. Абсолютно очевидно, что между этими двумя альтернативными процессами, поставляющими с различной биологической эффективностью качественно различные продукты химических реакций, должен существовать очень тонкий и сложно регулируемый баланс. Для достижения высокой продуктивности нужно интенсифицировать одновременно эти два, казалось бы, взаимоисключающих процесса. С одной стороны, необходимо усилить рубцовую ферментацию, а с другой стороны требуется повышение количества эвакуируемых из преджелудков неферментированных белков и полисахаридов, доступных для гидролиза в кишечнике и всасывания в кровяное русло.
Летучие жирные кислоты, являются для жвачного не только источниками энергии, но и предшественниками глюкозы, липидов и даже аминокислот. При ферментации в рубце аминокислот высвобождается в большом количестве аммиак, который ассимилируется в реакциях аминирования с превращением в аминокислоты. Протекание этих процессов невозможно без кетокислот: пировиноградной, а-кетогллутаровой, щавелевоуксусной.
Метаболизм пировиноградной кислоты играет, в обменных процессах в организме жвачных особую роль. Это самый востребованный метаболит за него, как ни за один другой, конкурирует более десятка ферментов. От соотношения активностей этих ферментов и продуцируемых ими субстратов и продуктов реакции зависят, основные статьи расхода пирувата в организме. Пойдет ли он на глюконеогенез, синтез аминокислот, липогенез или его назначением станет окисление, сопровождаемое генерацией биологической энергии. Это и определит будущую продуктивность скота, качество продукции и затраты кормов на ее производство.
Рядом работ показано, что у молодняка крупного рогатого скота уже в месячном возрасте начинают достаточно функционировать рубец и преджелудки,
чтобы играть важную роль не только в переваривании углеводов и протеина рациона, но и в формировании системы пищеварения и метаболизма в органах и тканях, в том числе и в стенке рубца, свойственных жвачным животным (Галочкина В. П. Взаимосвязь ферментов цикла Кребса и метаболизма пирувата с продуктивностью выращиваемых на мясо бычков и птицы / Дис. д-ра биол. наук, Боровск, 2007: 449 е.). К 4,5-месячному возрасту рубец функционирует уже как достаточно полноценный орган, а стенка рубца, как и другие органы и ткани, способна в полной мере метаболизировать продукты рубцовой ферментации (Курилов Н. В., Севастьянова Н. А. Роль эпителия рубца в метаболизме летучих жирных кислот // Труды Всесоюзного научно-исследовательского института физиологии и биохимии с.-х. животных. М.: Россельхозиздат, 1966. С. 141-149.). Этот факт необходимо учитывать для направленного формирования мясных качеств при интенсивном выращивании животных. Однако исследований по отработке режимов питания молодняка жвачных животных в молочный, переходный и период интенсивного роста с учетом биохимической специфики пищеварения и обмена веществ недостаточно.
Показатели углеводно-энергетического и белкового обменов в крови и тканях характеризуются высокой информативностью и реакционной мобильностью. Управляемые активностью ключевых и регуляторных ферментов они чутко реагируют изменениями интенсивности и направленности метаболических потоков, а, следовательно, продуктивностью животного на изменения качественных и количественных характеристик кормления.
Строго скоординированная взаимосвязь концентрации субстратов, метаболитов с активностью ферментов, начиная с пищеварительного тракта и кончая завершающими метаболическими реакциями, определяет биологическую эффективность превращения питательных веществ корма в продукты питания человека. Иными словами, актуальность данной работы определяется реальной возможностью на избранном для исследований направлении результативно влиять на успех выращивания и откорма, улучшение качества продукции и снижение затрат кормов на производство животноводческой продукции. Дело
обстоит именно так, поскольку природе было угодно метаболические превращения пировиноградной кислоты поставить у истоков многочисленных путей трансформации корма в различные виды продукции.
1.2 Степень разработанности темы исследования 1.2.1 Особенности обмена азота у жвачных животных
Жвачные животные уникальный вид животных. Одна из главных особенностей жвачных животных - это их возможность эффективно усваивать питательные вещества грубых и сочных кормов, которые обеспечивают их рост, развитие, а также производство высокопитательных продуктов питания для человека. Эти принципиальные отличия жвачных, полигастричных животных, от моногастричных, связаны с особенностями строение пищеварительной системы, процессов переваривания и, в частности, с симбиотической зависимостью между жвачным-хозяином и микрофлорой рубца, которые влекут за собой и отличительные особенности метаболизма жвачных животных (Тараканов Б. В. Микробиологические процессы в преджелудках жвачных животных и их регуляция: автореф. дисс. ...д.б.н. 03.00.07, 03.00.13 / Боровск, 1984. - 60 е.). В рубце переваривается до 70% сухого вещества рациона, этот процесс происходит без участия пищеварительных ферментов (Курилов Н. В., Кроткова А. П. Физиология и биохимия пищеварения жвачных. М.: Колос, 1971. 432 е.; Харитонов Е. Л. Физиология и биохимия питания молочных коров. Боровск: Оптима Пресс, 2011. 371 е.).
Сложность и своеобразие микробиологических процессов в желудке жвачных оказывает решающее влияние на обеспеченность их организма белком и аминокислотами. Основным местом усвоения белка и аминокислот у жвачных, также как и у других видов животных, является тонкий кишечник. Поэтому потребность в них обеспечивается тем протеином, который поступает из сложного желудка в кишечник, где переваривается и всасывается. Снабжение
аминокислотами организма жвачных зависит от количества, состава и переваримости той части кормового протеина, которая избегает распада в рубце, и от уровня синтеза микробного протеина в преджелудках. На распадаемость кормового протеина в преджелудках и на интенсивность процессов синтеза микробного белка оказывает влияние количество и физические свойства кормового протеина, его химический состав и наличие в рационе достаточного количества легкодоступных источников энергии (Бурлакова JL Жмыхи — важный источник биологически активных, энергоемких, высокопротеиновых веществ // Молочное и мясное скотоводство. 2006. № 8. С.14-16.). Уже давно установлено, что жвачные животные обладают уникальной способностью с помощью симбиотической микрофлоры усваивать в больших количествах азот амидных соединений и аммонийных солей (Томмэ М. Ф., Модянов А. В. Заменители кормового протеина. - М.: Сельхозиздат., 1963. 451 е.; Зотеев, А. и др. Цеолитовый туф и карбамид в кормлении бычков // Комбикорма. 2008. № 1. С. 75 - 76.). Значение микроорганизмов не ограничивается только расщеплением корма в преджелудке. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы синтезируют белки своего тела. Продвигаясь вместе с кормовой массой по пищеварительному тракту, они перевариваются и используются организмом животного, доставляя ему более полноценный белок по сравнению с тем, который был получен с кормом. За счет микроорганизмов жвачные получают за сутки около 100 г полноценного белка. Это очень важный биотехнологический процесс. Микробный белок - это белок животного происхождения, он является полноценным, так как содержит незаменимые аминокислоты (Orskov Е. R. Protein Nutrition in Ruminants. London: ACADEMIC PRESS, 1992. 175 p.). Однако при высоком и даже среднем уровне продуктивности синтез протеина Рубцовыми микроорганизмами далеко не удовлетворяет потребности животных в аминокислотах. С другой стороны, простое повышение содержания натурального протеина в кормах ведет к избыточному расщеплению его в рубце и, в конечном счете, нерациональному использованию.
Следовательно, проблема заключается в том, чтобы при скармливании рационов, с одной стороны, не допускать излишнего распада белка и аминокислот кормов под действием микроорганизмов, а с другой - достичь максимального синтеза микробного белка и усвоения небелковых форм азота. Следует иметь в виду, что рубцовые микроорганизмы необходимы также для переваривания клетчатки кормов, и, следовательно, влияют на такие аспекты питания животных, как потребления корма и усвоение питательных веществ.
Нормирование протеина в рационе жвачных животных предусматривает решение двух основных вопросов:
- определение потребностей организма животного в белке и аминокислотах;
- снабжение необходимым количеством поступающего в кишечник белка в составе микроорганизмов и нераспавшегося протеина корма.
Другими словами, необходимо определить потребности организма в чистом белке и источники, которые обеспечили бы эти потребности (Кальницкий Б. Д. и др. Протеиновое питание молочных коров: рекомендации по нормированию. Боровск: ВНИИФБиП с.-х. животных, 1998. 46 е.).
Избыток небелкового азота и легкораспадаемого протеина не нарушает процесс синтеза микробного белка, но микроорганизмы в состоянии ферментировать аминокислоты в большей степени, чем их усваивать, в результате образуется больше аммиака, чем нужно микроорганизмам, что приводит к перерасходу кормового протеина, а также мо�
-
Агафонова, Анастасия Викторовна
-
кандидата биологических наук
-
Боровск, 2014
-
ВАК 03.01.04
- Метаболизм мышечных белков у бычков в связи с возрастом и уровнем питания
- Метаболизм азотистых веществ иколичественные аспекты синтеза и катаболизма белков скелетных мышц у бычков при введении кленбутерола
- Эффективность использования ненасыщенных жирных кислот в рационе молодняка мясного скота при выращивании на мясо
- Использование органических кислот и азотно-углеводных добавок в рационах бычков
- Взаимосвязь ферментов цикла Кребса и метаболизма пирувата с продуктивностью выращиваемых на мясо бычков и птицы
