Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Миграция токсичных элементов в трофической цепи в зоне повышенной техногенной нагрузки Республики Татарстан и пути снижения их поступления в организм животных

ВАК РФ 06.02.03, Звероводство и охотоведение

Автореферат диссертации по теме "Миграция токсичных элементов в трофической цепи в зоне повышенной техногенной нагрузки Республики Татарстан и пути снижения их поступления в организм животных"

На правах рукописи

КУЗИНА МАРИЯ ВИКТОРОВНА

МИГРАЦИЯ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ В ЗОНЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ИХ ПОСТУПЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ

06.02.03-ветеринарная фармакология с токсикологией

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

1 з и'сн т

Казань-2013

005061746

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Федеральный центр токсикологической, радиационной и биологической безопасности» (г. Казань.)

Научный руководитель: доктор биологических наук

Иванов Александр Аркадьевич

Официальные оппоненты: Хисматуллина Наиля Анваровна

-доктор биологических наук, профессор, зав. лаб. иммунологии Федерального центра токсикологической, радиационной и биологической безопасности Софронов Владимир Георгиевич -доктор ветеринарных наук, профессор, зав. кафедрой зоогигиены Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Чувашская государственная

сельскохозяйственная академия».

Защита состоится « 4 » июня 2013 года в 10°" часов на заседании диссертационного совета Д - 220.012.01 при Федеральном центре токсикологической, радиационной и биологической безопасности (420075, г. Казань, Научный городок — 2).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке «Федерального центра токсикологической, радиационной и биологической безопасности»

Автореферат разослан «_»___2013г. и размещен на

официальных сайтах ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ» ww^v.vnivi■ru и ВАК РФ vak.ed.gov.ru .

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат ветеринарных наук В.И. Степанов

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. В связи с введением Федеральных законов «О санитарно-эпидемиологическом благополучии» (1999г.) и в рамках реализации программы «Об утверждении Концепции экологической безопасности Республики Татарстан (на 2007-2015 годы)» проблема организации надзора и контроля в области обеспечения качества и безопасности продуктов питания в последние годы получила принципиально новое развитие. Проблема разработки технологии производства экологически безопасной продукции животноводства -многогранна и определяется общим экологическим состоянием среды, главной причиной ухудшения которой - экотоксиканты. Опасными среди них являются тяжелые металлы (ТМ), вследствие их высокой миграционной способности, склонности к «биоаккумуляции», а также специфическому токсическому действию (Шаяхметов Д. А., 1997; Тремасов МЛ. и др., 2002, 2010; Папуниди К.Х. и др., 2000, 2005, 2007;

Шабунин C.B., 2009; Soghorian, S., 2009).

Активная антропогенная деятельность способствует созданию техногенных биогеохимических провинций с аномальным содержанием тяжелых металлов. Комплексная оценка обстановки в регионе нефтедобычи юго-восточной зоны Республики Татарстан установила ее высокую напряженность с проявлением деградации почв и растительности, превышением ПДК тяжелых металлов в земельных угодьях (Шакиров В.З., 1997; Файрушина С.М., 2008) кормовых культурах и животноводческой продукции (Зарипова Л.П., 2000; Иванов A.B. и др., 2001).

Формирование антропогенных аномалий отрицательно сказывается и на здоровье сельскохозяйственных животных, а вследствие этого и на их продуктивности и качестве молока (Самохин В.Т., 1996, 2000; Рабинович М.И. и др., 1996, 1999; Ахметзянова Ф.К., 2008, 2009; Смирнов A.M., 2009,

2010; Смирнов A.M., Дорожкин В.И., 2011).

До сих пор нет четких данных о степени перехода токсичных элементов (ТЭ) из почв в растения и животноводческую продукцию. Поэтому изучение процесса ограничения миграции тяжелых металлов (свинец, кадмий, цинк и медь) в системе «почва - растение - животное -молоко» является важной проблемой биологии и экологии.

В систему мер комплексного подхода к решению вопросов защиты животных от техногенных воздействий необходимо включать препараты, которые снижают всасывание ксенобиотиков путем использования комплексообразующих соединений растительного происхождения-пектинов, которые благодаря широкому спектру фармакологической активности обладают свойствами адсорбента (Трахтенберг И.М., 1995; Иванов С.Д., 2000; Хотимченко М.Ю., 2007, 2009; Истомин A.B., 2009; Schepetkin I.A., 2006; Masuelli М.А., 2011).

Исследованиями последних лет установлена способность бентонитовых природных минералов сорбировать и выводить из организма животных тяжелые металлы и другие токсиканты (Зухрабов М.Г.,

Папуниди К.Х., 1997; Рабинович М.И., 1999; Ежкова A.M., 2005; Крюков Н.И., 2011 и др.).

Все это обусловило актуальность и выбор темы диссертационной работы и основные направления научного поиска.

1.2 Цель и задачи исследований. Цель работы проанализировать миграцию токсических элементов в трофической цепи «почва - растение - животное - молоко» для разработки рекомендации по снижению уровня токсикантов в организме лактирующих коров и молоке с применением энтеросорбентов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проанализировать экологическую ситуацию по ТМ в Республике Татарстан с выяснением ее особенностей в условиях базового хозяйства юго-восточного региона;

2. Выявить закономерности накопления токсичных элементов в сыром молоке коров по сезонам года и исследовать их влияние на его физико-химические свойства;

3. Определить коэффициенты миграции и накопления токсикантов в хозяйствах юго-восточной зоны Республики Татарстан;

4. Оценить сорбционные свойства энтеросорбентов различных групп в отношении ТЭ;

5. Изучить влияние цинка и меди на организм лабораторных животных с проведением исследования крови, патологоморфологических и гистологических изменений тканей на фоне применения низкоэтерифицированного пектина и бентонита Биклянского месторождения;

6. Изучить эффективность бентонита раздельно и совместно с пектином в рационах лактирующих коров в зоне с повышенной техногенной нагрузкой.

1.3 Научная новизна. Установлен уровень загрязнения и коэффициенты перехода и накопления свинца, кадмия, меди, цинка в цепи «почва- корма - молоко» в хозяйствах РТ.

Впервые проведена коррекция токсичных элементов в рационе и молоке с помощью комплексного применения низкоэтерифицированного пектина и высокодисперсного бентонита in vitro и изучено их влияние на лабораторных и сельскохозяйственных животных.

1.4 Практическая ценность работы. Проведенным мониторингом в хозяйствах юго-восточной зоны Республики Татарстан установлена загрязненность токсичными элементами в пищевой цепи «почва - растение - животное - молоко». Полученные результаты использованы при разработке мероприятий по применению пектина и бентонита для получения экологически безопасного молока и снижения содержания тяжелых металлов в организме животных. По результатам исследований, проведено картографирование с нанесением зон, неблагополучных по содержанию ТМ в почве, кормах, молоке. Разработаны Методические

рекомендации - «Отравление солями тяжелых металлов (миграционная способность, этиология, детоксикация, профилактика и лечение)», утвержденные первым заместителем Министра сельского хозяйства и продовольствия РТ (20.11.2012г.).

1.5 Апробация материалов диссертации. Основные материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных сессиях ФЦТРБ-ВНИВИ по итогам НИР за 2007-2012 г.г.; ежегодных республиканских, всероссийских, международных научно- практических конференциях и симпозиумах (Казань, 2008, 2009, 2010; Москва, 2008, 2009, 2010, 2012; Ульяновск, 2010; Харьков, 2010; Краснодар, 2011).

1.6 Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

1.7 Основные положения, выносимые на защиту:

• Экологическая ситуация по ТМ в Республике Татарстан с выяснением ее особенностей в условиях базового хозяйства юго-восточного региона;

• Накопление токсичных элементов в сыром молоке коров по сезонам года и его физико-химические свойства;

• Коэффициенты миграции и накопления свинца, кадмия, меди, цинка в цепи «почва — корма - молоко»;

• Сорбционные свойства энтеросорбентов различных групп в отношении свинца, кадмия, цинка, меди in vitro;

• Гематологические, патоморфологические и гистологические показатели при хроническом отравлении животных цинком и медью на фоне использования низкоэтерифицированного пектина и высокодисперсного бентонита.

• Эффективность бентонита совместно с пектином в рационах лактирующих коров в зоне с повышенной токсической нагрузкой.

1.8 Объём и структура диссертации. Диссертация изложена на 165 страницах компьютерного текста и включает: введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, собственные исследования, обсуждение результатов, выводы, практические предложения, список использованной литературы и приложения.

Работа иллюстрирована 35 таблицами и 32 рисунками. Список литературы включает 286 источников, в том числе 34 - иностранных. В приложении представлены документы, подтверждающие результаты основных этапов работы.

2 СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Материалы и методы исследования

Работа была выполнена в отделе токсикологии ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ»в течение 2007-2013 гг. в соответствии с тематическим планом НИР по теме: «Токсикологическая безопасность» (№ гос. регистрации 01200202602).

Производственные испытания проведены в лаборатории ОАО «Чистопольский молочно-маслодельный комбинат «Чистое Поле», ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» и на базе с.-х. предприятий и частных хозяйств юго-восточной зоны Республики Татарстан.

Отбор проб почв проводили в соответствии с требованиями, изложенными в ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89 - два раза в год. Растительные образцы основных кормовых культур отбирали в поздней фазе вегетации по ГОСТ 27262-87 осенью в пастбищный период, корма - в стойловый период. Пробы воды отбирали в соответствии с ГОСТ Р 515932000. Пробы молока отбирали в хозяйствах в весенний, летне-пастбищный и зимний периоды в соответствии с ГОСТ 26809-86.

В образцах почвы определяли агрохимические показатели: рН солевой вытяжки по ГОСТ 26483-85, обменную кислотность - по методу ЦИНАО по ГОСТ 26484-85, гидролитическую кислотность - по методу Каппена в модификации ЦИНАО (ГОСТ 26212), механический состав - в модификации Качинского. Подготовку растительных проб и молока проводили методом сухой минерализации, согласно ГОСТ 30692-2000, ГОСТ 26929-94, ГОСТ 30178-96.

В почве, кормах и молоке содержание тяжелых металлов определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре Perkin Elmer AAnalyst 200, в соответствии с ГОСТами: медь - ГОСТ 26931-86, свинец -ГОСТ 26932-86, кадмий - ГОСТ 26933-86, цинк - ГОСТ 26934-86.

Коэффициент перехода солей тяжелых металлов (KTIi) из рациона и из почвы в молоко рассчитывали по формуле, предложенной Навицкой Р.Я. (1995):

Ci (М) х 100%

КП1 =-

Ш(Р)

где КШ - коэффициент перехода ¡-го элемента из почвы (суточного рациона) в 1 кг молока; С1 (М) — концентрация ¡-го элемента в молоке (мг/кг); Ш (Р) - содержание ¡-го элемента в почве (мг/кг) и рационе (мг/сут.).

Коэффициенты накопления тяжелых металлов в продукции растениеводства и перехода в продукцию животноводства (молоко) рассчитывали по формуле, разработанной Сироткиным А.Н. и соавт. (2000).

а (К)

KHi

Ci (П)

где КШ - коэффициент накопления ¡-го элемента из 1 кг почвы в 1 кг корма; О (К) - концентрация ¡-го элемента в корме (мг/кг); С1 (П) -концентрация ¡-го элемента в почве (мг/кг).

В молоке определяли кислотность по ГОСТ 3624-92, плотность -ГОСТ 3625-84, количество жира - ГОСТ 5867-90, белка - ГОСТ 25179-90, сухого обезжиренного молочного осадка - ГОСТ термоустойчивости по алкогольной пробе - ГОСТ 25228-82, бактериальной обсемененносги - ГОСТ 9225-84, соматических клеток -ГОСТ 23453-90.

В эксперименте по определению адсорбционной способности сорбентов применялись токсичные элементы: свинца нитрат Pb (N03)2 -ГОСТ 4236-76, и кадмия хлорид (CdCl2 • 2,5 Н20) - ГОСТ 4330-76, цинк сернокислый (ZnS04 ' 7Н20) по ГОСТ 4174-77, и медь сернокислая

(CuS04 • 5Н20) - ГОСТ 4165-76.

В качестве потенциальных профилактических средств в опытах in vitro использовались: низкоэтерифицированный пектин тип LM-106 AS-YA производства компании Hercules Incorporated (Копенгаген); бентонит Биклянского месторождения Республики Татарстан сырой; цеолит Майнского месторождения Ульяновской области; активированныи уголь, производимый ЗАО «Медисорб» (г. Пермь). В основу эксперимента по определению адсорбционной способности сорбентов m vitro была положена методика, описанная Крюковым B.C. и соавт. (1992).

Экспериментальные исследования проведены на 30 белых мышах, 45 белых крысах, 20 лактирующих коровах. Группы животных подбирали по принципу аналогов. В течение всего опыта животные находились в одинаковых условиях содержания и кормления.

Наблюдение за животными проводили регулярно, во время которого отмечали потребление корма, изменение внешних признаков. Один раз в неделю для изучения динамики изменений производили взвешивание. Дозу ТЭ сорбента вводили в соответствии с изменением живой массы.^

По окончании опыта и/или после летального исхода, были проведены исследования крови, а также патоморфологическое и гистологическое изучение органов-мишеней.

Внутренние органы (печень, почки, селезенка, головной мозг) крыс, которые фиксировали в 10%-ном растворе нейтрального формалина с рН 7,0, подвергали обезвоживанию в спиртах восходящей плотности, заливали в' 'парафиновые блоки. Окраску гистологических срезов проводили гематоксилином-эозином и по Ван-Гизону.

После проведения необходимых процедур, определяемых целью и задачами эксперимента, брали кровь для исследований.

Количество эритроцитов, лейкоцитов, гемоглобина определяли по общепринятым методам. Общее количество белка, мочевину, глюкозу, холестерин, общий билирубин, креатинин, щелочную фосфатазу, АЛТ, ACT, ГГТ и ЛДГ определяли на автоматическом анализаторе «Express plus», каротин - по экспресс-методу Дубровина (в модификации Коромыслова Г.Ф. и Кудрявцевой Л.А., 1979). Щелочной резерв плазмы крови - по Кондрахину И.П. (1985), общий кальций -

комллексонометрическим методом по Уилкинсу, неорганический фосфор -с ванадат-молибдатным реактивом (Васильева Е.А., 1974). Определение фагоцитарной активности нейтрофилов проводили по Кост С.А. и Стенко М.И. (1974) с использованием в качестве тест - культуры золотистого стафилококка (Staphilococcus aureus). Содержание лизоцима в сыворотке крови определяли по методу Маркова Ю.Н. (1974).

В ходе опыта вели учет суточной продуктивности коров. До опыта и в конце опыта в молоке 3 коров из каждой группы определяли содержание свинца, кадмия, меди и цинка.

При выполнении отдельных этапов работы принимали участие: C.H.C., к.в.н. Конюхова В.А.; с.н.с., к.м.н. Губеева Е.Г., с.н.с. к.в.н. Габдраупова Х.С., за что выражаем им признательность.

Результаты экспериментальных исследований обработаны методами статистического анализа с применением критерия Стьюдента, с использованием пакета программ «Statistica 6,0 for Windows».

3 РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1 Содержание солей тяжелых металлов в почвах пастбищ, в растительной массе, водоисточниках и сыром молоке в районах техногенных выбросов

Исследование степени загрязнения проводили в пяти районах юго-востока Республики Татарстан: Лениногорском, Альметьевском, Бугульминском, Чистопольском и Нижнекамском.

Установлено, что в хозяйствах юго-восточной зоны среднее валовое содержание приоритетных ТМ в почве в колебалось в пределах: свинца от 5,1 до 16,1; кадмия от 0,01 до 0,195; меди от 8,8 до 85,8, цинка от 38,9 до 75,1 мг/кг почвы. В почве хозяйства ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольского района концентрация меди составила 85,8 мг/кг при ПДК 55,0 мг/кг, предельный уровень цинка - 75,1 мг/кг.

На пастбищах в хозяйстве ООО «Аппак» Альметьевского района увеличение свинца на 5,25 мг/кг и кадмия на 0,66 мг/кг наблюдалось в естественном разнотравье. На территории хозяйства ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольского района отмечено увеличение цинка на 52,3 мг/кг. По содержанию меди показатели соответствовали нормативам.

Наибольшее содержание свинца выявлено в молоке коров в хозяйствах ОАО «им. Н.Е Токарликова» и ООО «Аппак» Альметьевского района (показатели превысили ПДК и составили 0,12 и 0,11 мг/ кг соответственно). В хозяйстве ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольского района в молоке выявлено превышение по меди было на 2,7 мг/кг, по - свинцу на 0,11 мг/кг.

Валовое содержание ТМ в воде соответствовало требованиям.

3.2 Анализ путей миграции токсичных элементов в продукты животноводства (молоко)

Предварительные исследования по анализу ТМ, охватывающие полную цепь «почва - растение (корма) - молоко», были проведены в

стойловый период, а более полные - в пастбищный, в хозяйствах Альметьевского, Нижнекамского и Чистопольского районов, где было выявлено повышенное содержание тяжелых металлов.

Были рассчитаны коэффициенты перехода тяжелых металлов из пастбищных кормов рациона в молоко (КПр) и из почвы в молоко (КПп), а также коэффициенты накопления элементов в цепи «почва - растение». Коэффициенты перехода кадмия в молоко были выше в хозяйствах Нижнекамского района (3,18 %), а для Альметьевского и Чистопольского районов варьировали от 1,97 до 2,55 % (табл. 1).

В хозяйстве ОАО «им. Н.Е. Токарликова» концентрация токсических элементов в почве, рационе (пастбищной траве), молоке и коэффициенты их перехода по этой цепи указывают на высокое содержание КПр (9,2 %) и КПп (0,95 %) по свинцу, связанное с превышением содержания свинца в молоке по сравнению с исходными данными.

В ООО «Каргали» Чистопольского района достаточно высокие показатели коэффициентов перехода наблюдаются по цинку - КПр (30 %) и КПп (18,3 %).

В хозяйстве ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольского района, КПр и КПп свинца для всех были достаточно стабильными и изменялись в пределах для КПр от 2,73 до 2,7б %, а для КПп - от 0,42 до 0,74 %, а КПр меди и цинка были достаточно высокими - 5,4% и 17,5% соответственно.

В КФХ «Старошешминское» Нижнекамского района наибольший коэффициент перехода тяжелых металлов отмечен для кадмия, который составил КПр 3,18%, высоким оказался КПр и для цинка - 8,07 %.

Более подробно изучали хозяйства (табл. 2), с различным уровнем техногенного загрязнения (КФХ «Старошешминское» Нижнекамский, ООО «Аппак» Альметьевский, ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольский районы).

Таблица 1 - Коэффициенты перехода тяжелых металлов из пастбищного рациона в молоко (%) в хозяйствах Альметьевского, Чистопольского и Нижнекамского районов в 2010 г. (август - сентябрь)

Зоны техногенного загрязнения (районы) Коэффициенты перехода (КПр), %

Свинец Кадмий Медь Цинк

Среднего, умеренно опасного уровня (Нижнекамский) 2,07 3,18 1,71 8,07

Высокого, опасного уровня (Альметьевский) 5,65 1,97 1,0 6,36

Очень высокого, чрезвычайно опасного уровня (Чистопольский) 2,53 2,55 5,4 17,5

Таблица 2 - Коэффициенты накопления (Кн) тяжелых металлов в растительной массе (мг/кг) в различных зонах техногенного воздействия в 2010 г.

Зоны техногенного загрязнения (районы) Коэффициенты накопления (Кн), мг/кг

Свинец Кадмий Медь Цинк

Среднего, умеренно опасного уровня (Нижнекамский) 0,24 1,09 0,64 0,65

Высокого, опасного уровня (Альметьевский) 0,28 0,88 1,25 0,63

Очень высокого, чрезвычайно опасного уровня (Чистопольский) 0,26 1,41 0,62 0,51

п ектин-К5ентонит

пектин+уголь

■Свинец

□Кадмии

□Медь

отношении

Рис. 1 Адсорбционная способность сорбентов в токсичных элементов in vitro при рН 7,4 и t 37-39°С

В опытах in vitro пектин+цеолит и пектин+бентонит (%) показали лучшие сорбционные свойства: сорбционная емкость составила для свинца 67,1 и 52,1, для кадмия- 41,3 и 6,7, для меди- 43,8 и 45,5, для цинка- 97,7 и

Наибольшая опасность загрязнения свинцом и кадмием выявлена в ООО «Аппак» Альметьевского района, также был высок Кн кадмия в растительной массе. Увеличение концентрации свинца в растениях естественных кормовых угодий способствовало его увеличению в молоке -в 1,1 раза.

3.3 Изучение адсорбционных свойств энтеросорбентов в отношении свинца, кадмия, цинка, меди in vitro

Для установления адсорбционных свойств исследуемой группы энтеросорбентов по отношению к Pb, Cd, Zn, Си провели опыты в концентрации 5 ПДК, в нейтральной (рН 7,4) среде и температуре 37±2° С. Результаты представлены на рисунке 1.

98,0 соответственно. Учитывая это обстоятельство, для дальнейших исследований в качестве сорбента цинка и меди отобрали пектин+бентонит в смеси.

3.4 Определение хронической токсичности на белых крысах при отравлении животных цинком, медью на фоне использования пектина и бентонита

Профилактическую эффективность низкоэтерифицированного пектина и бентонита изучали на 45 белых нелинейных крысах обоего пола, разделенных по принципу аналогов на контрольную и 4 опытные группы

по 9 голов в каждой.

Крысы первой опытной группы получали основной рацион и в течение месяца питьевую воду с содержанием Ъ\\ (1,0 мг/л). Второй группы - воду с таким же содержанием 2п, но детоксицированное пектином молоко, который добавляли в дозе 500 мг/кг в и бентонит 10 г/кг от массы корма. Животные третьей опытной группы - воду, с предельным содержанием Си (0,5 мг/л). Четвертая группа - воду с содержанием Си (0,5 мг/л), и получала молоко детоксицированное пектином в дозе 500 мг/кг и бентонит 10 г/кг от массы корма. Пятая группа служила биологическим контролем и получала основной рацион, в соответствии с нормами кормления.

Основываясь на данных экспериментов на лабораторных животных, к введению сорбентов крысам приступали на 2 сут после затравки цинком и медью.

Для изучения токсического действия соединения цинка и меди на организм крыс и определения эффективности сорбентов проведена оценка показателей динамики живой массы: в начале опыта у животных 1-ой группы масса тела увеличилась на 8,7%, у 2-ой группы - на 11,8%. У животных 3-ей группы по сравнению с контролем живая масса уменьшилась - на 13,6%. У 2-ой и 4-ой группы, получавшей пектин и бентонит, увеличение живой массы произошло на 8,2% и 9,9% соответственно.

При моделированной интоксикации цинком и медью, у белых крыс на 28 сут опыта отмечали изменения гематологических показателей: снижение эритроцитов на 2,4 (Р<0,05) и 1,3% (Р<0,05); гемоглобина - на 6,4 (Р<0,05), и 5,8% (Р<0,01); средней концентрации гемоглобина в эритроците - на 8,9 (Р<0,001) и 7,8% (Р<0,05) соответственно, что свидетельствует о негативном действии токсичных элементов на данные параметры. При применении сорбентов, изменения в содержании данных показателей были менее существенными.

Результаты ежедневных наблюдений за клиническим состоянием показали, что первые признаки токсикоза у животных опытных групп проявились на 2 сут исследования. У подопытных животных 1-ой группы на 6-е сут отмечалось угнетение, взъерошенность шерстного покрова, в области спины и головы появились небольшие локальные участки выпадения волос. У животных 3-ей группы также отмечали изменения в

шерстном покрове, угнетение и выраженную желтушность слизистых оболочек глаз. На 11 сут опыта состояние животных 1-ой группы было угнетенным, реакция на естественные раздражители замедленная. В 3-ей группе крыс пищевая возбудимость отсутствовала, отмечалась обезвоженность организма при полноценном поении, реакция на внешние раздражители была умеренная.

В тоже время результаты исследований показывают, что применение энтеросорбента пектина в дозе 500 мг/кг живой массы и бентонита при включении в рацион в дозе 1% от сухого вещества корма, оказывают профилактическое действие при хроническом отравлении животных.

Биологическую безвредность молока и изготовленного из него творога изучали в опытах на половозрелых белых мышах, обоего пола, разделенных по принципу аналогов на 3 группы по 5 животных в каждой. Первая опытная группа получала сырое коровье молоко, содержащее тяжелые металлы. Вторая группа - творог, который скармливали вволю. Животные третьей опытной группы получали основной рацион.

Установлено, что общее состояние мышей в 3-х группах было в пределах нормы. Животные были активны, состояние кожного и волосяного покрова, физиологические отправления были нормальными, поведение подопытных мышей не отличалось от контрольных. Масса подопытных животных увеличивалась синхронно, однако у животных 1 группы в начале опыта по сравнению с контролем живая масса уменьшилась на 8,7%. У животных, получавших творог на протяжении всего опыта, живая масса увеличилась на 10,5%.

3.4.1 Патологоанатомические изменения у крыс при затравке цинком и медью на фоне применения низкоэтерифицированного пектина п бентонита Биклянского месторождения Республики Татарстан

При патологоанатомическом исследовании внутренних органов крыс 1-ой группы обнаружено изменение цвета печени и увеличение ее в объеме, множественные кровоизлияния на слизистых и под серозными оболочками. При проведении гистологических исследований у белых крыс первой группы после воздействия цинка, наблюдали выраженные патологические процессы, сопровождающиеся изменениями, которые проявлялись нарушением балочного строения и слабо выраженной жировой дистрофией печени, очаговую слабо выраженную десквамацию эпителия извитых канальцев почек (рис. 2 и 3).

Рис. 2 - Гистоструктура печени. Рис. 3-Гастоструктура почек. Окраска

Окраска гематоксилин - эозином, х 210 гематоксилин - эозином, х 210

При проведении патоморфологических исследований у белых крыс третьей группы после воздействия меди наблюдали увеличение печени, бугристость, зеленовато-желтую окраску, а также мелкоточечные кровоизлияния в отделах кишечника, увеличение селезенки. Гистоструктура печени характеризовалась повышенным содержанием микрофагов в синусоидах печени, вакуольной дистрофии в единичных гепатоцитах, которые были безъядерные с глыбчатой цитоплазмой, наблюдали скопления круглых ¡слеток в портальных трактах, в почках имелись очаговые некрозы эпителия извитых канальцев, десквамация эпителия в просветы канальцев (рис. 4 и 5), в селезенке определялись фолликулы с многочисленными лимфоцитами и четко выраженным маргинальным слоем; имелись признаки разрушения лимфоцитов.

_......Г.___________—________жйгаешкдежОДйМВ« тжгшштт^ШеШШШ

Рис. 4 - Гистоструктура печени. Окраска Рис. 5 - Гистоструктура почек. Окраска гематоксилин - эозином, х 210 гематоксилин - эозином, х 210

При патологоанатомическом исследовании внутренних органов леченных животных дистрофия паренхиматозных органов имела меньшую степень выраженности, кровоизлияния на слизистых не обнаруживались.

В тоже время в гистокартине органов у животных, подвергшихся лечению с интоксикацией цинком нарушение строения печени выявлено не было, в головном мозге отек был слабо выражен, структура селезенки

соответствовала норме, при интоксикации медью в группе после лечения также регистрировались менее выраженные изменения.

3.5 Производственные испытания влияния пектина и бентонита при раздельном и совместном применении в рационах лактирующих коров на переход токсичных элементов в молоко

В качестве базового хозяйства, расположенного в зоне наибольшей интенсивности проявления техногенного прессинга, выбрали ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» Чистопольского района.

С целью выявления количественного содержания ТЭ в почве, молоке, исследовали данные образцы и растительные корма, состоящие из репродуктивных и вегетативных частей травянистых растений пастбища, на котором летом выпасались дойные коровы.

В результате экологического мониторинга в пастбищный период на данной территории был выявлен предельный уровень цинка в почве 76,0 мг/кг; свинца - 22,3 мг/кг; цинка в молоке - 4,45 мг/л, а в кормах пастбищного периода выявлено превышение содержания цинка - 52,3 мг/кг.

Для проведения производственного опыта по принципу аналогов были сформированы 4 группы коров черно-пестрой породы по 5 животных в возрасте 5-7 лет, находящихся на 3-4 мес лактации. Коровы контрольной группы получали основной рацион, сбалансированный по питательным веществам и энергии в соответствии с нормами кормления. Животным первой опытной группы дополнительно к основному рациону скармливали пектин по 7,50 г/гол/сут, животным второй опытной группы - бентонит по 150 г/гол/сут, животным третьей опытной группы - пектин по 7,50 г/гол/сут + бентонит по 150 г/гол/сут.

Суточный рацион лактирующих коров в ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай» характеризовался сбалансированностью по основным показателелям. Рацион дойных коров в зимний период состоял из расчета на 1 сутки: силоса кукурузного по 20,0 кг/гол в сутки, сена разнотравного по 3,0 кг/гол, сенажа по 10,0 кг/гол, концентрированных кормов по 6,5 кг/гол, соли поваренной по 100 г/гол. Анализ кормов показал, что концентрация токсичных элементов находилась в пределах нормы. Клинических признаков отравления коров опытных групп в ходе эксперимента не установлено.

В предварительный период в хозяйстве ОАО Агрофирма «Вамин-Чистай», исследованы основные параметры крови и отмечено угнетение эритропоэза - содержание эритроцитов у коров группы контроля было снижено на 9,6% (Р<0,05). Регистрировалось присутствие патологических форм эритроцитов в мазках крови: микроциты (анизоцитоз) с грушевидной или неопределенной формой (пойкилоцитоз). Содержание гемоглобина было понижено от средних значений для данного показателя. Концентрация лейкоцитов увеличилась на 13,7% (Р<0,01).

Регистрировали нарастание ацидотического состояния, что проявлялось снижением резервной щелочности на 30,3 %, уменьшением

уровня глюкозы (гипогликемия) на 46,3%, экскреции креатинина на 7 5/о (Р<0 01), общего белка на 13,0% (Р<0,05). Уровень холестерина был повышенным в конце опыта на 12,3% (Р<0,05). Содержание кальция

снижалось на 2,3% (Р<0,05).

При изучении гематологических показателей затравленных и леченных животных, за месячный период отмечали следующие изменения. При включении пектина в рацион коров установили увеличение содержания гемоглобина на 2,4 % (Р<0,05), у коров второй группы - на 7,4% (Р<0,05) и у коров третьей группы на 8,6% (Р<0,05). У животных, получавших пектин, содержание эритроцитов увеличилось на 11,2% (Р<0 01) по сравнению с 3-ей группой, у которых данный показатель повысился на 9,0% (Р<0,01). Выявилось уменьшение гематокрита на „,8 /о (Р<0,05) в 1 группе и на 8,4% (Р<0,05) и 6,0% (Р<0,05) соответственно во 2 и 3 группах (Р<0,05). Содержание лейкоцитов в 1 группе уменьшилось незначительно - на 18,15 %, во второй - на 13,14% (Р<0,05), в третьей - на 2 7% по сравнению с показателями до опыта. Сравнивая полученные результаты с группой контроля, выявили достоверное увеличение в конце опыта содержания общего белка на 1,6% в 1-ой группе, на 3,2% - во второй группе и на 3,3% - в третьей группе. Выявили уменьшение холестерина в I, 2 и 3 группах на 11,3% (Р<0,05), 12,9% (Р<0,01) и на 7,14% (Р<0,05) соответственно. Активность щелочной фосфатазы и содержание каротина в 1-ой и 3-ей группах животных изменялись незначительно от показателей группы биологического контроля, но во второй группе произошло их снижение на 16,2% и 0,5% (Р<0,05) соответственно.

Показатели состояния ретикулоэндотелиальной системы печени, в частности, активность трансминаз на 30 сут опыта увеличивались по отношению к показателям до опыта: АСТ - на 4,23% (Р<0,01) во 2-ой группе на 3,0% (Р<0,01) - в третьей, а в 1-ой группе уменьшалась на 18,2% (Р<0,01); АЛТ увеличилась - на 7,84% (Р<0,01) во 2-ой группе, на^-13^9% (Р<0,05) - в третьей, а в 1-ой группе уменьшилась - на 13,1% (Р<0,01). По отношению к контролю активность АСТ увеличивалась - на 30 0% во 2-ой группе, на - 37,9% в третьей, а в 1-ой группе уменьшилась на 8,3%. Активность АЛТ увеличилась - на 8,6% (Р<0,01) во 2-ой группе, на 7^5% - в третьей, а в 1-ой группе уменьшилась - на 23,2%. Коэффициент де Ритиса оказался выше на 32,4% (Р<0,01) в третьей группе.

Результаты исследования некоторых гематологических и биохимических показателей крови коров представлены в табл. 3.

Таблица 3 - Гематологические и биохимические показатели крови лактирующих коров на фоне применения адсорбентов (*-р< 0,05 **-р<0,01 ***р <0,001)_

Показатель Группа животных Физиологичес кая норма

1-пектин 2-бентонит 3-пекгин +бентонит

ДО опыта в ходе опыта до ошгга в ходе опыта ДО опыта в ходе опыта

Гемоглобин (г/л) * 100,4± 0,04 102,84 ±0,10 98,0± 0,04 105,91 ±0,13 100,36 ±0,04 109,83± 0,21 99,0-129,0

Эритроциты (*10 /мкп) 4,98± 0,03** 5,61± 0,05 4,87± 0,04 5,20± 0,72 4,94± 0,42 5,43± 0,57** 5,0-7,5

Гематокрит, %* 23,4± 1,51 22,75± 3,82 21,2± 0,24 23,15± 0,27 23,45± 0,25 24,95± 1,74 24,0-46,0

Лейкоциты (х103/мкл) 7,6± 1,54 6,22± 0,36 7,23± 1,57 6,28± 0,34 6,98± 3,8 6,79± 0,85 40,0-60,0

Глюкоза (Ммоль/л) 2,40± 0,07* 2,13± 0,09* 2,8± 0,61 2,9&± 0,66 2,40± 0,12* 2,87± 0,1* 2,3-4,1

Резервная щелочность (об.% СО2) 54,97± 0,14 54,25± 0,15 55,4± 2,2** 55,51± 2,15 55,97± 1,23 57,90± 1,95 55-62

Фосфор, ммоль/л 2,5 8± 0,10 2,59± 0,10 2,42± 1,1 2,55± 0,32 2,43± 0,22 2,50± 0,12 0,81-2,72

Кальций, ммоль/л 2,4± 0,11 2,5± 0,15 1,76± 1,1 1,81± 0,32 2,22± 1,5 2,76± 1,72 1,62-3,37

Каротин, мг/% 7,0± 1,14 7,1± 1,29 6,07± 2,18* 6,37± 2,81 7,70± 1,10 7,40± 1,1 4,6-12,0

Общий белок (г/л) * 87,60± 1,1 86,23± 1,54 81,33± 1,31 84,0± 1,25 81,79± 1,3 84,55± 1,16 83-86

Щелочная фосфатаза, Е/л 24,1± 2,2 23,3± 1,9** 20,0± 2,1* 20,2± 0,11* 27,3± 0,12 26,5± 0,3 18-153

Холестерин, ммоль/л 5,5± 0,22 4,88± 0,31* 5,4± 0,03 4,7± 0,04** 5,6± 0,11 5,2± 0,09* 1,6-5,0

АЛТ, Е/л 7,6± 0,94 6,6± 0,94 9,40± 1,02 10,2± 2,0** 8,0± 2,51 9,3 0± 1,36* 6,9-35

ACT, Е/л 42,6± 0,05 40,0± 0,31** 54,30± 0,01 56,7± 0,11** 68,1± 0,02 70,22± 0,62** 45-110

ЛДГ, Е/л 791,3± 0,74 725,0± 0,4 644,0± 0,1 656,0± 0,12 578,3± 0,15 586,0± 0,14** 309-938

Примечание: ACT - аспартатаминотрасфераза; AJ1T -аланинаминотрансфераза; ЛДГ - лактатдегидрогеназа.

Результаты изучения иммунологических показателей свидетельствуют о том, что под влиянием смеси пектина и бентонита фагоцитарная активность нейтрофилов повышается на 30,4% (Р<0,01), фагоцитарное число - на 67,2% (Р<0,05), фагоцитарный индекс - на 45,8% (Р<0,01), фагоцитарная емкость - на 55,6%, что характерно для усиления клеточного иммунитета. Лизоцимная активность сыворотки в 1-ой группе

оказалась выше на 35,9% и одинаковой в группах 2 и 3 и составила 53,3% и 53,5% (Р<0,05) соответственно.

Таким образом, совместное использование сорбентов пектина и бентонита более эффективно, чем их раздельное применение, благодаря их взаимоусиливающему действию.

3.5.1 Влияние сорбентов на содержание токсичных элементов в крови и молоке дойных коров

Биохимический анализ на содержание в крови тяжелых металлов показал превышение концентрации цинка в цельной крови группы контроля, по сравнению с нормой на 60,6%. Содержание меди в группе контроля по сравнению с нормой было превышено на 50,0%. На 28 сут опыта в 1-ой группе содержание меди уменьшилось на 1,4, во 2-ой группе -на 7,1, в 3-й на - 10,75% соответственно.

Таким образом, при включении в рацион пектина совместно с бентонитом происходит его обогащение минеральным составом.

В начале экспериментов в молоке коров всех групп было увеличено содержание свинца и меди на 7,4% и 62,7% соответственно. Включение в рационы коров пектина и бентонита раздельно и совместно сопровождалось уменьшением концентрации в молоке исследованных тяжелых металлов. Так, наибольшее снижение концентрации свинца отмечено во 2-ой опытной группе - на 11,8%, что составляет 8,2; 5,0 и 7,4% (Р<0,05) по сравнению с концентрацией в 1-ой, 3-ей опытных и контрольной группах, соответственно. Концентрация меди в молоке у коров 1-ой опытной группы уменьшилась на 3,4% (Р<0,05), а в молоке коров 2-ой и 3-ей опытных групп данный показатель был ниже на 2,6% и 4,1% соответственно, по отношению к контрольной группе. На 30 сут эксперимента произошло уменьшение содержания цинка в первой группе на 29,4%, во второй - на 31,6%, в третьей - на 39,8% (Р<0,05) по отношению к контролю.

3.5.2 Влияние сорбентов на продуктивность и физико-химические свойства молока донных коров

По сравнению с контрольной группой произошло увеличение удоя на 3,4%, а за период опыта - на 0,35 кг/гол/сутки (2,8%) в группе животных, получавших бентонит в смеси с пектином.

Содержание жира в молоке коров контрольной группы составило 3,6%. У коров 1-ой группы данный показатель увеличился на 2,7% (Р<0,05), 3-ей группы - на 3,2% (Р<0,05), а во второй группе произошло уменьшение содержания молочного жира на 1,6%.

Концентрация молочного белка в молоке коров контрольной группы была снижена на 3,2% (Р<0,05) по отношению к норме, но у животных третьей группы произошло его увеличение на 18,9% (Р<0,05).

Плотность молока контрольной группы была достоверно снижена на 0,2%. Животные 1-ой опытной группы по данному показателю превзошли результат контроля на 4,9%, 2-ой - на 9,4%, 3-ей - на 11,3% (Р<0,05).

Количество сухого обезжиренного молочного остатка в контрольной группе достоверно было снижено на 4,9% по отношению к норме, но в дальнейшем повышалась по группам - на 2,5%; 6,0% и 8,2% (Р<0,01) соответственно.

Таким образом, включение смеси пектина и бентонита в рацион лактирующих коров, обеспечивает защиту организма от токсичных элементов и способствуют поддержанию их высокой молочной продуктивности.

4 ВЫВОДЫ

1. Установлена загрязненность в пастбищный период почвы, растительного покрова, молока коров в хозяйствах юго-восточной зоны Республики Татарстан ингредиентами техногенных выбросов (токсичных элементов), близких или превышающих ПДК:

- в почве, превышение концентрации меди на 85,8 мг/кг, предельный уровень цинка - 75,1 мг/кг, свинца- 22,3 мг/кг.

- в кормах увеличение содержания свинца на 5,25 мг/кг, кадмия на 0,66 мг/кг, цинка на 52,3 мг/кг.

- в молоке в пастбищный период превышение свинца на 0,12 мг/л предельный уровень цинка - 4,45 мг/л; в стойловый - содержание свинца на 0,11 мг/л и меди на 2,7 мг/л.

2. Концентрация токсических элементов указывает на высокие коэффициенты перехода по содержанию свинца в рационе КПр (9,2 %) и почве КПп (0,95 %). Высокие показатели коэффициентов перехода наблюдаются по цинку - КПр (30 %) и КПп (18,3 %). Наибольшее значение коэффициента перехода тяжелых металлов за исследуемый период отмечено для кадмия - КПр 3,18 %. Ко - для свинца в растительной массе - 1,05, кадмия - 2,2, в молоке - 1,1. Существует опасность загрязнения данными элементами всей трофической цепи.

3. Показана высокая адсорбционная способность пектин+цеолит и пектин+бентонит и прочность связывания ТМ в опытах in vitro: для свинца 67,1 и 52,1, для кадмия - 41,3 и 6,7, для меди - 43,8 и 45,5, для цинка

- 97,7 и 98,0 % соответственно.

4. При воздействии на белых крыс цинка и меди в течение 30 сут изменения гистоструктуры органов характеризовались внутри- и внеклеточными отеками в головном мозге, десквамацией эпителия извитых канальцев почек, жировой и вакуольной дистрофией печени, скоплением лимфоцитов в фолликулах и периартериальных зонах селезёнки.

Применение пектина и бентонита с целью профилактики отравлений животных цинком и медью минимизирует патологические изменения в органах и тканях животных.

5. В эндемически неблагополучной биогеохимической зоне у коров выявили: снижение содержания гемоглобина на 24,0 %, эритроцитов - на 9,4-9,6%, активности фагоцитоза - на 22,3%, общего белка на - 13,6% ,

альбуминов на - 4,7%, мочевины - на 74,1 %, резервной щелочности - на 30,3 %, креатинина на - 7,1 -7,5%. Превышение содержания холестерина на \2,3%, лейкоцитов - на 13,7%, увеличение цинка и меди в крови - на 51,5%

и 30,0% соответственно.

6. При добавлении лактирующим коровам пектина в дозе 7,5 г/гол/сут и бентонита в концентрации 1% от сухого вещества рациона, возникает положительная динамика гематологических (увеличение гемоглобина - на 8,6%, эритроцитов на 9,0%) и биохимических показателей: оптимизация белкового (за счет повышения уровня общего белка на 3,2%), углеводного (концентрация глюкозы повышается на 16 4%), минерального (повышение общего кальция на 19,6%), липидного (уровень холестерина уменьшается на 7,1%) и ферментного (увеличение активности ферментов аспартатаминотрансферазы на 3,0%, аланинаминотрасферазы - на 13,9%) обменов, иммунологического статуса (повышается ФА на 30,4%, лизоцимная активность на 53,5%), снижение содержания цинка и меди в сыворотке крови на 46,3% и 10,75% соответственно.

7. После включении в рацион коров пектина и бентонита в смеси улучшаются физико-химические показатели молока: содержание молочного жира на 3,2%; молочного белка - на 18,9%; плотности - на 11,3%, COMO - на 8,2%. Увеличивается удой на 3,4%. Содержание свинца в молоке снижается на 15,0%, меди - на 36,9% соответственно.

5 ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Хозяйствам, расположенным в зонах техногенного загрязнения, рекомендовать организационные и агротехнические мероприятия по предотвращению неблагоприятного воздействия техногенных загрязнений на растительность и здоровье людей и животных (создание санитарно-защитных зон, изменение структуры посевных площадей, запрещение пастьбы скота в зоне сильной загрязнённости, дезактивация токсических соединений в почве путем применения эффективных микроорганизмов). Учитывать коэффициенты перехода ТМ из кормов летнего рациона и их накопление в молоке в целях получения экологически чистых молочных продуктов.

2. В рацион лактирующих коров в техногенно отягощенных природных регионах в качестве перспективного средства профилактики при отравлениях тяжелыми металлами включать низкоэтерифицированный пектин перорально в дозе 7,5 г/гол/сут, совместно с высокодисперстным бентонитом в дозе 1 % от сухого вещества рациона, в течение длительного периода.

3. Материалы диссертации вошли в Методические рекомендации - «Отравление солями тяжелых металлов (миграционная способность, этиология, детоксикация, профилактика и лечение)», утвержденные

первым заместителем Министра сельского хозяйства и продовольствия РТ (20.11.2012 г.).

6 СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Кузина, М.В. Изучение миграции тяжелых металлов в системе почва -водные ресурсы- животноводческая продукция (молоко) в условиях техногенеза / М.В. Кузина, А .А. Иванов, К.Х. Папуниди // Биотехнология: токсикологическая, радиационная и биологическая безопасность России : Матер. Междунар. научно-практич. конф. - Казань, 2010. -С.62-66.

2. Кузина, М.В. Причины и закономерности перехода тяжелых металлов в молоко и оценка его качества в районах с различной техногенной нагрузкой/ М.В. Кузина, Х.С. Габдраупова, В.А. Конюхова// Биотехнология: токсикологическая, радиационная и биологическая безопасность России: Матер. Междунар. научно-практич. конф. - Казань, 2010, - С.84-87.

3. Кузина, М.В. Интерпретация результатов анализа фосфатов в сыром молоке и проблема их регламентации / М.В. Кузина, Х.С. Габдраупова, К.Ф. Халикова // Биотехнология: токсикологическая, радиационная и биологическая безопасность России: Матер. Междунар. научно-практич. конф.-Казань, 2010.-С.87-90.

4. Кузина, М.В. Влияние качества пастеризации на микробиологические показатели молочных продуктов / М.В. Кузина, М.Я. Тремасов, Х.С. Габдраупова // Ветеринарная медицина. - Харьков, 2010. -№94. — С.300-301. *

5. Кузина, М.В. Выявление несоответствия качества сырого молока и оценка его подлинности/ М.В. Кузина // Лекарственные препараты для животных: Матер. Междунар. науч. конф., посвящ. 80-летию организации ВГНКИ. - Москва, 2011. - С. 170-171.

6. Кузина, М.В. Закономерности накопления в молоке тяжелых металлов в районах с различной техногенной нагрузкой / М.В. Кузина, МЛ. Тремасов, В.А. Конюхова // Российский журнал «Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии». - М., -№2(6). - 2012. -С.81-83. *

7. Кузина, М.В. Концентрация токсичных элементов в почве юго-восточной зоны Республики Татарстан/ М.В. Кузина, В.А. Конюхова, К.Х. Папуниди, М.Я. Тремасов // Российский журнал «Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии». - М., - №1(7). - 2012. -С.71-73. *

* - статьи, опубликованные в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ

Отпечатано в ООО «Печатный двор», г. Казань, ул. Журналистов, 2Л, оф.022

Тел: 295-30-36, 564-77-41, 564-77-51. Лицензия ПД№7-0215 от 01.11.2001 г. Выдана Поволжским межрегиональным территориальным управлением МПТР РФ. Подписано в печать 08.05.2013 г. Печ.л. 1,5 Заказ М К-7266. Тираж 80 экз. Формат 60x841/16. Бумага офсетная. Печать - ризография.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Кузина, Мария Викторовна, Казань

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБУ «ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ, РАДИАЦИОННОЙ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ»

04201359894. На правах рукописи

(,

КУЗИНА МАРИЯ ВИКТОРОВНА

МИГРАЦИЯ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ТРОФИЧЕСКОЙ ЦЕПИ В ЗОНЕ ПОВЫШЕННОЙ ТЕХНОГЕННОЙ НАГРУЗКИ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН И ПУТИ СНИЖЕНИЯ ИХ ПОСТУПЛЕНИЯ В ОРГАНИЗМ ЖИВОТНЫХ

06.02.03 - ветеринарная фармакология с токсикологией

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук,

A.A. ИВАНОВ

Казань-2013

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

AJIT - аланинаминотрансфераза; ACT - аспартатаминотрансфераза; АТФ - аденозинтрифосфорная кислота;

ВНИИСХРАЭ - Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии;

ГГТ - гамма-глютаминтрансфераза;

]Щ - коэффициент перехода; КН; - коэффициент накопления;

К0- коэффициент техногенной концентрации элемента; Кс - коэффициент концентрации химического вещества; мг/кг - миллиграмм/килограмм;

ЛДГ - лактатдегидрогеназа;

ДА - лизоцимная активность;

МДУ - максимально допустимый уровень;

ПДК - предельно допустимая концентрация;

РАСХН - Российская академия сельскохозяйственных наук;

рН - водородный показатель;

ТМ - тяжелые металлы;

ТЭ - токсичные элементы;

ФА - фагоцитарная активность;

ЦИНАО - Центральный научно-исследовательский институт; агрохимического обслуживания сельского хозяйства; ЦНС - центральная нервная система;

ЭВВ - экологически вредные вещества.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ...............................................................5

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.....................................................................................10

1.1 Антропогенные источники тяжелых металлов

и масштабы загрязнения ими окружающей среды........................................10

1.2 Биологическая роль тяжелых металлов.....................................................16

1.3 Современное состояние вопроса миграции тяжелых металлов в системе «почва - растение - животное - продукция животноводства (молоко)» и нормирование их содержания

в почвах, растениях, продукции животноводства..........................................20

1.4 Клинические признаки отравления тяжелыми металлами продуктивных сельскохозяйственных животных и приемы, снижающие их поступление в организм..........................................................39

2 СОБСТВЕННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ.............................................................40

2.1 Материалы и методы исследований...........................................................40

2.1.2 Методы исследования почвы, кормов и молока........................................43

2.1.3 Схема экспериментов и исследования на лабораторных

и сельскохозяйственных животных.................................................................46

2.2 Результаты собственных исследований.....................................................53

2.2.1 Содержание токсичных элементов в почвах пастбищ и их агрохимическая характеристика в зонах

техногенных выбросов РТ................................................................................53

2.2.2 Валовое содержание токсичных элементов в кормах

пастбищного периода........................................................................................58

2.2.3 Концентрация токсикантов в молоке коров

исследуемых хозяйств .....................................................................................63

2.2.4 Анализ путей миграции токсичных элементов

в продукты животноводства (молоко).............................................................68

2.2.5 Изучение адсорбционных свойств энтеросорбентов in vitro

в отношении свинца, кадмия, меди и цинка....................................................75

2.2.6 Патоморфологические, гистологические и гематологические исследования при хроническом отравлении

белых крыс цинком и медью на фоне использования сорбентов.................77

2.2.7 Влияние сорбентов в рационах лактирующих коров на снижение перехода токсичных элементов в базовом

хозяйстве Чистопольского района Республики Татарстан...........................92

2.2.8 Влияние сорбентов на содержание токсичных элементов

в крови и молоке дойных коров.......................................................................111

3 ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ..................................117

4 ВЫВОДЫ...........................................................................................................131

5 ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ..............................................................133

6 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.........................................134

7 ПРИЛОЖЕНИЕ.................................................................................................165

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с введением Федеральных законов «О санитарно-эпидемиологическом благополучии» (1999г.) и в рамках реализации программы «Об утверждении Концепции экологической безопасности Республики Татарстан (на 2007-2015 годы)» проблема организации надзора и контроля в области обеспечения качества и безопасности продуктов питания в последние годы получила принципиально новое развитие. Проблема разработки технологии производства экологически безопасной продукции животноводства - многогранна, так как экологическая безопасность по многим характеристикам и параметрам определяется общим экологическим состоянием среды, главной причиной ухудшения которой -экотоксиканты. Опасными среди них являются тяжелые металлы (ТМ), вследствие их высокой миграционной способности, склонности к «биоаккумуляции», а также специфическому токсическому действию (Шаяхметов Д.А.,1997; Тремасов М.Я. и др., 2002, 2010; Папуниди К.Х. и др., 2000, 2005, 2007; Шабунин C.B., 2009; Soghorian, S., 2009).

Активная антропогенная деятельность способствует созданию техногенных биогеохимических провинций с аномальным содержанием тяжелых металлов. Комплексная оценка обстановки в регионе нефтедобычи юго-восточной зоны Республики Татарстан установила ее высокую напряженность с проявлением деградации почв и растительности, превышением ПДК тяжелых металлов в земельных угодьях (Шакиров В.З., 1997; Файрушина С.М., 2008) кормовых культурах и животноводческой продукции (Зарипова Л.П., 2000; Иванов A.B. и др., 2001).

Формирование антропогенных аномалий отрицательно сказывается и на здоровье сельскохозяйственных животных, а вследствие этого и на их продуктивности и качестве молока (Самохин В.Т., 1996, 2000; Рабинович М.И. и др., 1996, 1999; Ахметзянова Ф.К., 2008, 2009; Смирнов A.M., 2009,

2010; Смирнов A.M., Дорожкин В.И., 2011).

5

До сих пор нет четких данных о степени перехода токсичных элементов (ТЭ) из почв в растения и животноводческую продукцию. Поэтому изучение процесса ограничения миграции тяжелых металлов (свинец, кадмий, цинк и медь) в системе «почва - растение - животное - продукция (молоко)» является важной проблемой биологии и экологии.

В систему мер комплексного подхода к решению вопросов защиты животных от техногенных воздействий необходимо включать препараты, которые снижают всасывание ксенобиотиков путем использования комплексообразующих соединений растительного происхождения - пектинов, которые благодаря широкому спектру фармакологической активности обладают свойствами адсорбента (Трахтенберг И.М., 1995; Иванов С.Д., 2000; Хотимченко М.Ю., 2007, 2009; Истомин A.B., 2009; Schepetkin I.A., 2006; Masuelli М.А., 2011).

Исследованиями последних лет в сельском хозяйстве установлена способность бентонитовых природных минералов сорбировать и выводить из организма животных тяжелые металлы и другие токсиканты (Зухрабов М.Г., Папуниди К.Х., 1997; Рабинович М.И., 1999; Ежкова A.M., 2005; Крюков Н.И., 2011 и др.).

Все это обусловило актуальность и выбор темы диссертационной работы, и основные направления научного поиска.

Цель и задачи исследования. Цель работы - проанализировать миграцию токсических веществ в трофической цепи «почва - растение - животное -молоко» для разработки рекомендации по снижению уровня токсикантов в организме лактирующих коров и молоке с применением энтеросорбентов. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Проанализировать экологическую ситуацию РТ с выяснением ее особенностей в условиях базового хозяйства юго-восточного региона;

2. Выявить закономерности накопления токсичных элементов в сыром молоке коров по сезонам года и исследовать их влияние на его физико-химические свойства;

3. Определить коэффициенты миграции и накопления токсикантов в хозяйствах юго-восточной зоны Республики Татарстан;

4. Оценить сорбционные свойства энтеросорбентов различных групп в отношении ТЭ;

5. Изучить влияние цинка и меди на организм лабораторных крыс и провести исследование крови, патологоморфологических и гистологических исследований органов и тканей на фоне применения низкоэтерифицированного пектина и бентонита Биклянского месторождения;

6. Изучить эффективность бентонита раздельно и совместно с пектином в рационах лактирующих коров в зоне с повышенной токсической нагрузкой.

Научная новизна работы. Установлен уровень загрязнения и коэффициенты перехода и накопления свинца, кадмия, меди, цинка в трофической цепи «почва - корма - молоко» в хозяйствах РТ. Впервые проведена коррекция токсичных элементов в рационе и молоке с помощью комплексного применения низкоэтерифицированного пектина и высокодисперсного бентонита in vitro и изучено их влияние на лабораторных и сельскохозяйственных животных.

Практическая значимость работы. Проведенным мониторингом в хозяйствах юго-восточной зоны Республики Татарстан установлена загрязненность токсичными элементами в пищевой цепи «почва - растение -животное - молоко». Полученные результаты использованы при разработке мероприятий по применению пектина и бентонита для получения экологически безопасного молока и снижения содержания тяжелых металлов в организме животных. По результатам исследований, проведено картографирование с нанесением зон, неблагополучных по содержанию ТМ в почве, кормах и молоке. Разработаны Методические рекомендации -«Отравление солями тяжелых металлов (миграционная способность,

7

этиология, детоксикация, профилактика и лечение)», утвержденные первым заместителем Министра сельского хозяйства и продовольствия РТ (20.11.2012г.).

Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на научных сессиях ФЦТРБ-ВНИВИ по итогам НИР за 2007-2012 г.г., научно-практических конференциях ФГБУ «ФЦТРБ-ВНИВИ» (Казань, 2008-2011 гг.), ежегодных республиканских, всероссийских, международных научно - практических конференциях и симпозиумах (Казань, 2008, 2009, 2010; Москва, 2008, 2009, 2010, 2012; Ульяновск, 2010; Харьков, 2010; Краснодар, 2011).

Публикации результатов исследований. По теме диссертационной работы опубликовано 7 работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Экологическая ситуация по ТМ в Республике Татарстан с выяснением ее особенностей в условиях базового хозяйства юго-восточного региона;

• Накопление токсичных элементов в сыром молоке коров по сезонам года и его физико-химические свойства;

• Коэффициенты миграции и накопления свинца, кадмия, меди, цинка в трофической цепи «почва - корма пастбищного рациона - молоко»;

• Сорбционные свойства энтеросорбентов различных групп в отношении свинца, кадмия, цинка и меди in vitro;

• Гематологические, патоморфологические и гистологические показатели при хроническом отравлении животных цинком и медью на фоне использования низкоэтерифицированного пектина и высокодисперсного бентонита.

• Эффективность бентонита совместно с пектином в рационах лактирующих коров в зоне с повышенной токсической нагрузкой.

Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на 165 страницах компьютерного текста и включают введение, обзор литературы, материалы и методы исследований, собственные исследования, обсуждение результатов, выводы, практические предложения, список использованной литературы и приложения.

Работа иллюстрирована 35 таблицами и 32 рисунками. Список литературы включает 286 источников, в том числе 34 - иностранных. В приложении представлены документы, подтверждающие результаты основных этапов работы.

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Антропогенные источники тяжелых металлов и масштабы загрязнения ими окружающей среды

Проблема загрязнения окружающей среды и связанного с этим нарушения экологического равновесия в природе в настоящее время наиболее актуальна и поэтому отнесена к категории глобальных. В течение длительного времени в биогеохимических исследованиях микроэлементов превалировал интерес к геохимическим аномалиям и возникающим из-за них эпидемиям природного происхождения (Апкин Р.Н., 2002; Алексахин P.M., 2004). Однако в последующие годы в связи с бурным развитием промышленности и глобальным техногенным загрязнением окружающей среды наибольшее внимание стали привлекать аномалии распределения элементов, в большей степени тяжелых металлов, имеющих индустриальное происхождение. По мнению академика РАСХН Иванова А.Л. (2003), доля тяжелых металлов в общем загрязнении из источников антропогенного происхождения составляет 70-95 %. К тяжелым металлам условно относят группу элементов, имеющих плотность более 5 г/см и атомную массу свыше 50 а. е. м. Так называемые рассеянные элементы условно разделяют на эссенциальные, т.е. жизненно необходимые для растений, животных и человека (микроэлементы) и неэссенциальные, то есть те элементы, которые не играют важной роли в жизнедеятельности и даже являются токсичными, избирательно действующими на живые организмы (Иванов A.B., 2000, 2007) и выступающими в качестве мутагенных и канцерогенных факторов (Ершов Ю.А., 1989; Рабинович М. И., 1996; Каплин В.Г., 2001; Sunderman F.W., 1978; Raszy K.J., 1997).

Различия в терминологии, в основном, связаны с концентрацией тяжелых

металлов в природной среде. Это так называемые микроэлементы - медь и

цинк, которые определяют и как микроэлементы, и как тяжелые металлы

(Борцова И.Ю., 2007). К группе наиболее токсичных тяжелых металлов

относятся свинец и кадмий, считаясь наиболее опасными загрязнителями

10

окружающей среды, накапливаются в ней высокими темпами. В отличие от органических загрязняющих веществ, подвергающихся процессам разложения, металлы способны лишь перераспределяться между природными средами. Количественные показатели содержания химических элементов в экосистеме могут служить характеристикой ее состояния. Соединения свинца поступают в объекты окружающей среды при сжигании этилированного бензина, с дымовыми газами ТЭЦ, в результате миграции с территории свалок, со смывами с сельхозугодий. Пестициды, содержащие свинец, могут увеличить его содержание в растительной массе, а при длительном использовании таких пестицидов он поступает в продукцию непосредственно из загрязненной почвы. Кадмий применяется при производстве пигментов, аккумуляторов, гальванических покрытий, получении сплавов, производстве стекла (Бредбери С.П., 1993; Закревский В.В., 2005) .

В локальном масштабе существенный канал поступления тяжелых металлов - их внесение непосредственно в почву с веществами, используемыми в сельском хозяйстве в качестве удобрений: с осадками сточных вод, компостами из городского мусора, а также с пестицидами и фунгицидами, с загрязненными оросительными водами, с минеральными удобрениями.

Так, по данным, приведенным Войтовичем Н.В. (1997), среднее содержание ТМ в удобрениях и мелиорантах достигает огромных величин. Из всех видов минеральных удобрений наибольшее количество ТМ поступает в почву с фосфорными, наименьшее - с азотными и калийными, комплексные удобрения занимают промежуточное положение. Высоким содержанием ТМ в отличие от обычных органических удобрений характеризуются осадки сточных вод, и поэтому контролю их использования следует уделять особое внимание.

В проведенных нами исследованиях эти металлы изучались с позиций их токсического воздействия на живые организмы, вызванного антропогенным загрязнением окружающей среды, поэтому для данных элементов использовали термин «тяжелые металлы».

На юго-востоке Республики Татарстан существует кризисная экологическая ситуация. Длительное антропогенное воздействие на окружающую среду способствовало загрязнению почвы, воды, воздуха, кормов и в частности, продукции животноводства токсичными элементами. В административных районах Закамья (Альметьевский, Нижнекамский, Тукаевский, Менделеевский, Заинский) сконцентрирован основной промышленный потенциал, выбросы от которого могут служить источниками загрязнения объектов внешней среды. Вблизи промышленных городов, в которых сосредоточены предприятия энергетики, автомобилестроения, химии и нефтехимии, а также в нефтедобывающем регионе с развивающимся машиностроением образуются постоянно расширяющиеся техногенные биогеохимические зоны с повышенным содержанием в биосфере, в частности в биогеоценозе, солей тяжелых металлов (Ежкова A.M., 2005). Федеральный закон «Об охране окружающей среды» предусматривает объявление отдельных экологически неблагополучных территорий зонами «чрезвычайной экологической ситуации» и «экологического бедствия». Сельскохозяйственные зоны ранжировали по экологическому благополучию на следующие:

1. Зо�