Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Обмен цинка, меди и марганца в пищеварительном тракте коров в зависимости от условий кормления

ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Обмен цинка, меди и марганца в пищеварительном тракте коров в зависимости от условий кормления"

РОССИЙСКАЯ АКАДШИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НШЮ-ИССЯВДОВАЗМЬСКИЙ ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ, БИОХИМИИ И ПИТАНИЙ СЕЙЬСКОХОЗЯЙСТВЕНШХ

ивотшх

Р НГ~СГГ------------------------------------------

На. правах рукописи

1 0 япя '^зз

СШИВА ТАМАРА ВЛАДИМИРОВНА

УДК 636.2.034:57?. 128

ОЕМЕН ЦИНКА, МЩ И МАРГАНЦА В ДЩЕВАРИГЕШШ ТРАКТЕ КОРОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ КОШЕНИЯ (03.00.04 - биохимия)

Автореферат диссертации на соискание ученей степени кандидата, биологических наук

Борове* - 1995

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.

Научный руководитель - член-корр. РАСХН, доктор биологических наук, профессор В. И. Георгиевский.

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Н.С. Шевелев, доктор биологических наук С.Г.Кузнецов.

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт животноводства.

Защита состоится " 24" января 1996 г. в "10" часов на заседании .диссертационного совета Д. 020.17.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.

Адрес: 249010, г. Боровск, Калужской области, ВНШВиП с.-х. животных.

С .диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИШБиП с.-х. кивотных.

Автореферат разослан " " _ 1995 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, кандидат биологических наук

В. И. Дудин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Ffe обходимыми условиями дальнейшего увеличения прожзведсгва^живвтноводчеемй продукции являютоя возданже стад кз здоровых я высокопродуктивных животных ж пвх«»цею1вв научно-обосмеванное кормление, обевпечиающев иаибелве рациональное жспользоваяже питательных веществ корим жа образование предукцжж.

Цинк, медь ■ марганец жграют важнуп роль в организме животных (Визнер 3., 1976; Вишняков С.И. ■ др., 1977; Георгиевский В.И., Анненков Б.Н., Самохжн В.Т., 1979; Калышцкий Б.Д., 1985, 1989; Amraerman C.B., 1972, 1983; Nockels С.P., 1990). Прж дефиците этих элементов у жвачных жжютных нарушается воспроизводительная функция, возникают заболевания квжвчностеР, уплотнения кожи, потеря аппетита, анемия, нарушвнжя роста и развития. Это происходит вследсгвжи того, что цжкк, медь и марганец влияют яа белковый, углеводный, липидный обмен, являясь структурными компонентами или активаторами многих ферментных систем.

И настоящему времени проведена большая работа по использованию соединений цинка, меди и марганца в питании сельскохозяйственных животных. Однако общий состав или концентрация микроэлементов в кормах - недостаточный критерий обеспечения специфических потребностей организма.

Известно, в частности, что определенная часть минеральных веществ в рубце жвачных животных связывается мжкроорганиз-

нами. Следовательно, физиологическая потребность жвачних животных в минеральных веществах, в той числе цинке, меди и марганце, определяется значением этих металлов как для макроорганизма, так и для микроорганизмов рубца. Поэтому изучение динамики концентраций цинка, меди и марганца а цельном рубцовоы содержимом, а также распределение их по разным фракциям рубцовой жидкости при разных условиях кормления и содержания имеет важное значение для понимания роли микроэлементов в процессах пищеварения и обмена вещества у жвачных.

По данным ряда исследователей,гомеостатический контроль метаболизма цинка, меди и марганца в организме животных осуществляется путем абсорбции и экскреции этих элементов в пищеварительном тракте в виде макромолекулярных комплексов. Известно, что цинк, медь и марганец в кормах, келчи, дуоденальном и панкреатическом соках присутствуют в виде низко- и высокомолекулярных белковых комплексов. Однако роль металлоевязы-вающих комплексов и лиганцов в гомеостазе этих элементов изучена слабо. Практически отсутствуют данные о комлексообразеваши микроэлементов с белками в содержимом пищеварительного тракта животных. Поэтому изучение возможностей образования цинк-, медь- и марганецсвязывающюе белковых комплексов в- растворимой фракции содержимого разных отделов желудечно- кишечного тракта представляет определенный интерес, так как дает информацию е биохимических механизмах освобождения, абсорбции и экскреции этих элементов из организма животного.

Цель я задачи исследований. Задачей настоящей работы явилось изучение динамики концентраций цинка, меди и марганца в разных отделах пищеварительного тракта коров, распределение этих микроэлементов по разным фракциям (простейшие, бактерии

v бесклеточная жидкость) рубцового содерккыог?, прохождение потока микроэлементов через пжщеваржтельный тракт корев я возможностей образования металлосвязнваощих белковых комплексов в растворимой фракции содержимого разных отделов желудочно-кишечного тракта коров в зависимости от условий кормления и времени нриема керна.

Новизна исследований. В результате исследований изучена динамка концентрации раз юн форы микроэлемент«» в отделах пищеварительного тракта херов. Установлена роль ынкрефлорн в связывании цинка, меди и марганца в зависимости от етруктурн рациона, условий кормления и времени приема корма. Ввделены и исследованы цинк- и марганецовязнвающие белки в содержимом пищеварительного тракта коров. Обнаружено, что величина и направление нетто-потока цинка, меди и марганца в дуоденальном химусе определяется их содержанием в рационе и составом последнего.

Практическая значимость. Полученные данные могут быть использованы при оптимизации норм минерального литания молочных коров. Обнаружено, что свежая трава является более доступным источником цинка, чем марганца .для микрофлоры рубца. Данные о комплексообразовании цинка и марганца с белками содержимого разных отделов пищеварительного тракта коров позволяют выявить первичные биохимические механизмы гомеостаза этих элементов в организме жиютных.

Апробация. Основные положения диссертации доложены на III конференции по вопросам обмена веществ в организме человека и животных в Вильнюсе, на отчетной научной конференции преподавателей и сотрудников'БГСХА в Белгороде и на расширенном заседании отдела физиологии, биохимии и питания сельско-

хозяйственных животных во ВШШБиП в 1995 году. По теме диссертации опубликованы 4 статьи.

Объеы работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, методику исследований, результаты собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы и рекомендации, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 147 страницах машинописного текста, содержит 16 таблиц, 16 рисунков, 13 приложений, Список литературы включает 246 источников, в том числе 165 иностранных.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования проводили в виварии ВНИШБиД сельскохозяйственных животных на 4 лактирующих коровах холмогорской породы в зимний и летний периоды. Средняя живая масса коров составляла 517+ 22 кг, молочная продуктивность за предыдущую лактацию 3800-4000 кг.

Животным были налокены фистулы рубца, по В.А. Басову и за-протоковые анастомозы по А.Д. Синещекову. Операции были проведены д.б.н. A.M. Материкиным при нашем участии. Содержание животных стойловое, кормление - трехкратное, поение из автопоилок.

В зимний период рацион состоял из силоса кукурузного, сена злакового, свеклы кормовой и концентратов, в летний - из свежей травы и комбикорма. Рационы били сбалансировании по питательным и биологически активным веществам согласно принятым детализированным нормам и рационам кормления сельскохозяйственных животных (Калашников А.Л. и др., 1985). Зимние рационы варьировали по уровню концентратов: 40, 30, 20 и 20£ ( за счет мочевины) от общей питательности,- Опыт проводился методом латинского квадрата. В летний период структура рациона

не менялась, опыт проводился на одной фоке.

Общая схема эксперимента представлена в таблице I.

Продолжительность опыта, включая подготовительный период, составляла 6 месяцев. За это время было проведено 5 балансовых опытов, которые заканчивались измерением потока дуоденального • химуса в течение суток и отбором его средних проб. Во время балансовых опытов отбор проб содержимого рубца осуществляли в конце периода перед утренним кормлением я через 2 часа после него. "Кровь отбирали из яремной вены до кормления коров и через 2 часа после него.

В дополнительном опыте, проведенном на 4 коровах с фистулами рубца, двенадцатиперстной и подвздошной кишок, в зимний период исследовали рубцовое, дуоденальное и илеоцекальное содержимое при замене в рационах части концентратов травяными гранулами. Операции осуществлялись профессором A.A. Алиевым, основные опыты проводились сотрудниками его лаборатории. Основной рацион животных включал сено злаковое, силос кукурузный, свеклу кормовую, гранулы травяные и комбикорм. Питательность рациона соответствовала рекомендациям детализированных норм кормления для молочных коров. Рационы в группах различались уровнем концентратов и травяных гранул. Две коровы в первый период опыта получали корма по рациону, где комбикорм и травяные гранулы составляли 20 и 30% от общей питательности, две другие - 40 и соответственно. Во второй период опыта рационы в группах переменялись.

Среднесуточные пробы химуса из рубца, двенадцатиперстной и подвздошной кишок подвергали анализу.

В жидкости рубца, полученной после фильтрования через 3 слоя марли, выделяли (Тараканов Б.В., 1982; Алиев A.A. и

Схема опыта

Вивотные

Рацион

Периоды и животные опытов

Среда для анализов

Таблица I

Показатели

Примечания

4 коровы с фистулой рубца и анастомозом двенадцатиперстной кишки

4 коровы с фистулой рубца,двенадцатиперстной и подвздошной кишок

Основной опыт

зимний

летний

зимний

1 Ах Б С

2 Б А С А

Б А

Е

3 С

4 Д 1-4

Корма

вода,кал,моча, молоко,плазма крови

Дополнительный опыт

1,2 3,4

Содержимое рубца,двенадцатиперстной и подвздошной

кишок

1

щ

3=% 20%

концентратов; концентратов; концентратов;

А - грубые и сочные корма + Б - грубые и сочные корма + С - грубые и сочные корма + - грубые и сочные корма + ... - свежая трава и концентраты: В - 50% грубые и сочные корма ± 20% концентратов Г - 50% грубые и сочные корма + 40% концентратов

Содержание общего 4 балансо-и водорастворимого вых и суточ-цинка.меди и мар- ных опыта ганца

Цинк,медь,марганец Балансовый и суточный

опыт

Цинк,медь,марганец -общее содержание, растворимые формы, связанные с белками

рН,цинк,мець и марганец во фракциях рубцовой жидкости

2 балансовых и суточных опыта

СЛ

концентраты, где

протеина представлено азотом мочевины;

30%

травяные гранулы; травяные гранулы.

Кафаров И.О., 1971) и исследовали три фракции: бесклеточную жидкость, бактерии и простейшие.

Электрометрический методой определяли рН рубцовой, дуоденальной и илеоцекальной жидкости (Курилов Н.В., 1985).

Супернатант содержимого рубца, двенадцатиперстной и подвздошной кишки и экстракта кормов, после центрифугирования при 25000 & в течение 60 мин., исследовали на содержание водорастворимых цинка, меди и марганца. Экстрагирование металлов из кормов осуществляли деионизированной водой при постоянном встряхивании на ротаторе в течение 24 х 2 часов ( Вгеш-пег I., 1970).

Супернатант содержимого'рубца, двенадцатиперстной и подвздошной кишок, содержащий растворимые белки, пропускали через колонку 600 х 25 мм, заполненную сефадексом 0-100. В качестве элюента использовали трис-ацетатный буфер, 0,02 М снсх^ СрН 7,40; 6,85; 4,45; 3,45 в зависимости от рН образцов) при комнатной температуре. Скорость элюирования составляла I мл/мин. Фракции собирались по 5 мл на автоматическом коллекторе (Детерман Г., 1970). После элюирования каждого образца осуществляли промывание колонки трис-ацетаткыы буфером.

Калибровку колонки проводили голубым декстраном {2000 дальтон), цитохромом С (Т3000), пероксидазой из хрена (44000), альбумином из человеческой сыворотки (68000-70000).

Концентрацию белка в элюируемых фракциях определяли по методу Лоури в модификации К. С. Чешева и др. (1967).

Концентрацию цинка, меди и марганца в исследуемых средах определяли на атоыно-абсорбционном спектрофотометре ААзЩ (Ларский З.Г. и др., 1976; Кузнецов С. Г., Кальницкий Б.Д., 1983).

Полученный экспериментальный материал обработан статистически (Куликов Л.В., 1974; Плохинский Н.А., 1978).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЩОВА'НИЙ

За фистульными животными я течение всего периода исследований осуществляли тщательный ветеринарный контроль. Общее состояние животных было удовлетворительным, все они имели среднюю упитанность. К концу эксперимента вес коров увеличился в среднем до 530 + 22 кг, го есть проведенные операции не оказали существенного влияния на здоровье животных, и функции органов пищеварения изучались в условиях.приближенных к естественным.

Проведенные нами исследования показали, что уровень цинка,

меди и марганца в жидкой фазе содержимого разных отделов пищеварительного тракта коров во многом определяется содержанием этих элементов в кормах рационов и в меньшей мере зависит от типа кормления и структуры рациона. Иначе говоря, микроэлементные комплексы растительных кормов хорошо растворяются и освобождаются в жидких средах пищеварительного тракта.

Так, по содержанию изучаемых микроэлементов в жидкости рубца ( в расчете кал на сырое, так и на сухое вещество) их можно расположить в следующий убывающий ряд: цинк - марганец - медь (табл. 2). Тот же порядок соответствует содержанию данных элементов в кормах рационов. Коэффициент корреляции составил 0,451; 0,851 и 0,946, соответственно.

Отметим, что наряду с этой зависимостью существуют и механизмы гомеостаза, которые поддерживают уровень цинка, меди и марганца в рубцовой жидкости в относительно узком интервале значений, вне зависимости от поступления микроэлементов с кормами и времени кормления. Особенно это выражено в отношении

Таблица 2

Концентрация цинка, меди и марганца (ыг/л) в рубцовой жидкости коров при содержании на разных рационах

Микроэлементы

Рацион пинк ----------- _ I медь Т марганец

до корм- I ления ! через Т 2 часа ! до корм- Г ления ! через Г 2 часа 1 до корм- [ ления 1 через 2 часа

Зимний: А Б • 2,150+0,280 2,007+0,204 3,478+0,493 2,532+0,309 0,396+0,115 0,291+0,035 0,426+0,064 0,398+0,072 1 2,874+0,530 2,144+0,254 2,098+0,437 1,682+0,250

С 1,602+0,177 2,106+0,120 0,283+0,025 0,354+0,013 1,792+0,133 1,295+0,097*

Д 1,731+0,172 2,711+0, П2А 0,264+0,022 0,327+0,007 2,434+0,079 2,076+0,165

Среднее значение 1,873+0,109 2,707+0,248 0,309+0,026 0,376+0,019 2,311+0,198 1,788+0,165

Летний 2,683+0,050 3,467+0,070х 0,303+0,007 0,271+0,002х 1,216+0,019 1,390+0,060

х - разница по времени достоверна при Р<0,05; хх - достоверно при Р<0,01;

А - разница в сравнении с рационом А достоверна при Р< 0,05.

цинка. При несколько меньшей валовом поступлении цинка с зелеными кормами, его концентрация ■ рубцовой жидкости сохранялась в тех же пределах, что и при поступлении с кормами зимнего рациона. Как оказалось, через 2 часа после кормления животных значительно усиливалась аккумуляция цинка микроорганизмами рубца, чего не наблюдалось на зимнем рационе (без добавок мочевины). Очевидно, что аккумуляция микроэлементов Рубцовыми микроорганизмами направлена не только на удовлетворение потребностей самой микрофлоры, но и на поддержание ыикроэлементного го-меостаза энгеральной среды рубца.

Уровень цинка во фракции простейших отличался значительной вариабельностью и изменялся в пределах от 12,534 до 24,907 мг/100 г; «о фракции бактерий - от 9,626 до 13,844 ыг/100 г (абсолютно сухого вещества).

Концентрация марганца во фракции простейших колебалась от 4,327 до 9,875 мг/100 г; в бактериях - от 5,550 до 12,227 мг/100 г (абсолютно сухого вещества). Содержание меди во фракция простейших составляет 0,909 - 1,299 мг/100 г, в микробной - 1,425 - 2,266 ыг/100 г (абсолютно сухого вещества).

Таким образом, более высокая концентрация цинка в наших опытах обнаружена во фракции простейших, а меди и марганца -в бактериях. Наименьшая же концентрация изучаемых элементов отмечена в бесклеточной жидкости рубцов ого содержимого (табл.3). Этот порядок распределения микроэлементов сохранялся вне зависимое» о* типа кормления, структуры рациона я времени приема корма.

Причиной вариабельности концентраций изучаемых мжкроэле-

Таблица 3

Концетр&ция цинка, меди и марганца во фракциях рубцового содержимого (мг/100 г абсолютно еухого вещвотва) у коров при е»держании на зимнем рацжонв

Фракции Простейшие Бактерии Беохлеточная жидкость

Рационы до кормления | через 2 часа до кормления через 2 чаеа до кормления через 2 часа

А 22,705+1,559

Б 20,292+1,633

С 15,552+0,584

Д 18,380+0,779

А 1,309+0, НО

Б 1,363+0,068

С 1,229+0,034

Д 1,247+0,028

А ti,729+0,239

Б 6,213+0,123 С . 8,896+0,900 Д 9,215+0,586

14,546+0,719х* 15,278+0,542х 12,534+0,361х 13,898+0,724х

1,322+0,114 1,182+0,099 1,250+0,029 1,222+0,046

6,829+0,607х 6,080+0,512х 6,112+0,594 6,576¿),I65X

Разница достоверна медду пооле него при: х) Р< О,

Цинк

13,844+0,480 12,968+0,546 9,626+0,360 11,137+0,354 Медь 1,777+0,084 1,582+0,032 1,632+0,027 1,431+0,029 Марганец 12,227+0,337 10,058+0,468 8,506+0,358 8,835^3,715

концентрациями

05; хх) Р< О

10,290+0,375х* 0,605+0,027 10,290+0,320 0,735+0,075 10,475+0,292 0,731+0,056 13,393+0,259" 0,835+0,071

2,193+0,082х I, Зс©+0,148 2,015+0,034ххх0,953+0,072 2,266+0,105х1 0,953+0,087 I,954+0,075хх 0,724+0,060

7,524+0,641х* 1,695+0,240 7,172+0,481х 2,238+0,212 6,878+0,387х 2,043+0,179 7,866+0,461 1,949+0,329

до кормления и через 2 часа

,01; ххх) Р< 0,001

хдтэ+о.обб**

I,154+0,054хх 1,108+0,065х 1,024^0,052

О,796+0,073х 0,804+0,045 0,781+0,037 0,655+0,036

1,576+0,172 1,446+0,064х 1,521+0,110 1,170+0,142

ментов в разных фракциях рубцового содержимого ыокет быть разное поступление этих элементов с кормом, а также время, прошедшее после кормления. Так, уровень цинка во фракции простейших и бактерий рубцового содержимого коров при высококон-центратном рационе после приема корма снижался, а при уменьшении концентратов в рационе до 20% и при добавке мочевины в комбикорм, наоборот, повышался. Что касается меди, то обнаружены незначительные колебания содержания этого элемента в простейших и повышение - в бактериях после кормления независимо от структуры рациона. Наивысшая концентрация марганца отмечена в микробной фракции после кормления коров при разных типах рационов. Следовательно, содержание микроэлементов в разных фракциях рубцовой жидкости не всегда коррелировало с поступившим количеством элементов. Можно предположить, в связи с этим, что различия в динамике концентрации цинка, меди и марганца во фракциях рубцового содержимого коров, получавших неодинаковое количестю грубых, сочных, концентрированных кормов, объясняется превыущественным развитием, определенных видов микроорганизмов, имеющих неодинаковые потребности в этих элементах. Отметим, что в налах опытах более высокая постребноать в цинке обнаружена у простейших, а меди и марганце - у бактерий.

Расчеты показали, что простейшие связывают 42-72%, бактерии - "25-31% изучаемых микроэлементов, находящихся в рубцовой жидкости, то ееть микроорганизмами рубца связывается основная чаеть микроэлементов. Из каждых 100 мг связанных микроорганизмами элементов на делю цинка приходится 25-52, меди -22-36, марганца - 20-24 мг.

Нэсмотря на высокую растворимость цжнка, меди а марганца в кормах рационов (в среднем 45,7; 49,0 к 64,9%, соответственно) деля цинка к марганца в бескжетечней жиджовти рубца ыввалжк* (3,7-7,5 к 6,8-25,9%, «еетвететвение) в результате ■х акгумуляцли микревргакхзмамж, и мало зависит от типа, етрухтуры рацкона > времени приема корма. Вместе в тем, при увеличении доли водорастворимого марганца я рационе вше 70%, растввримоеть этого элемента достоверно (Р<"0,05) повышается и в содержимом рубца.

В противоположность цкнку и марганцу, нами отмечены более сущевтвенные колебания по растворимой мед* в рубцовой жидкости. Ее доля снижалась до 26,4% через 2 часа после кормления по сравнению с уровнем до кормления 52,6%. По-видимому, это связано с более сложными взаимоотношениями между медью и рубцовой микрофлорой или переходом растворимой меди в нерастворимое состояние. Доля растворимой меди в рубцовой жидкости при содержании коров на летнем рационе и при потреблении гранулированных кормов до и через 2 часа после кормления составляла 20,3-23,4%.

Вследствие снижения величины рН в сычуге, а также в связи с эндогенным поступлением элементов в содержимом двенадцатиперстной кишки растворимость цинка, меди и марганца увеличивается и составляет 46,6; 60,6 и 92, $ ( от общего уровня в содержимом), соответственно.

При сравнении концентрации изучаемых микроэлементов в кормах рационов и в содержимом двенадцатиперстной кишки обнаружено, что в дуоденальном химусе формируется среда относительно постоянного состава, но отличающаяся от состава рациона.

Концентрация цинка и меди в содержимом этого участка кишечника ( в расчете на сухое вещество) превосходит наблюдаемую в кормах в 1,7-2,3 раза', а марганца'- в 1,1-1,4 раза (табл.4).

Величина и направление нетто-потока цинка, меди и марганца в дуоденальном химусе находятся также в некоторой зависимости от поступления с кормом и от состава рациона в целом. Так, максимальные концентрации цинка в химусе обнаружены при наибольшем количестве, минимальные - при пониженном содержании данного элемента в рационе, йзшвысшее количество рецир-кулируемого цинка (60,58 и 36,40 мг/сутки) и меди (13,12 и 19,79 мг/сутки) обнаружено у коров при высококонцентратном типе кормления и при добавках мочевины в комбикорм, соответст-веноо (табл. 5).

Массообмен марганца не был таким интенсивным и его содержание в дуоденальном химусе составляло 66,7$ от поступившего с кормами рациона. В то же время при меньшем валовом поступлении рециркуляция марганца усиливалась и уровень в химусе достигал 77,5% от поступившего с кормами рациона.

При сравнении концентрации микроэлементов в рубцовой жидкости и в дуоденальном содержимом обнаружено, что уровень цинка и меди в химусе превышает таковые в рубцовой жадности коров, потреблявших корма разноструктурного рациона. Однако, концентрация цинка в химусе двенадцатиперстной кишки коров в летний период была ниже, чем в рубце. Возможно,это связано с более высокой эвакуаторной активностью преджелудков при потреблении коровами свежей травы (поступление 202,205+3,652 л химуса в сутки против 155,776+4,351 л/сутки при зимнем рационе). Что касается марганца, то концентрация этого элемента варьировала незначительно и была вше в дуоденальном химусе как в

Таблица 4

Соотношение концентраций цинка, меди и марганца в кормах, химусе двенадцатиперстной кишки и плазме крови коров при содержании на разных рационах

Содержание микроэлементов

Рационы мг/кг абсолютно химус двенаоиатипвостной. кишки плазма крови,

сухого вещества вациона мг/кг асв иг/л иг/л

Зимний* А 53,695+5,096 Цинк 113,320+2,516 3,762+0,048 2/016+0,197

Б 51,513+3,572 97,055+2,662 3,379+0,116 2,100+0,064

С 45,890+2,393 96,740+3,126 3,293+0,100 1,908+0,148

д 54,322+1,722 103,668+6,122 3,721+0,086 2,004+0,099

Летний Зимний А 40,521+1,690 7,752+0,554 68,350+0,825 Медь 17,015+0,758 2,184+0,164 ' м ' 0,560+0,042 1,459+0,120 0,602+0,043

Б 7,713+0,5Ь1 16,305+0,893 0,568+0,034 0,541+0,041

С 7,433+0,246 17,285+0,227 0,585+0,008 0,496+0,050

д 7,176+0,356 16,543+1,109 0,567+0,025 0,456+0,039

летний 8,656+0,027 16,925+0,768 0,537+0,005 ' 0,402+0,014

Зимний А 55,25(3+4,400 Марганец 60,988+3,017 1,982+0,196 0,744±0,049

Б 50,216+3,433 56,825+1,566 1,889+0,050 0,764+0,063

С 43,005+3,508 60,940+4,679 2,062+0,157 0,782+0,044

д 55,6ь0+3,209 61,193+1,218 2,095^0,141 0,822+0,353

Летний 42,918+0,017 50,770+1,084 1,714+0,028 0,973+0,031

х - разница между рационами не достоверна

Таблица 5

Массообыен (+ДМ) цинка, меди и марганца и интенсивность рециркуляции этих элементов в дуоденальном химусе коров при различных рационах

Объект

Микроэлементы

цинк

медь

марганец

Рацион зимний: А,

поступило с кормом,

мг/сутки §37,966+41,827 77,678+4,722 551,153+31,51'

Пищеварительный тракт:

дуоденальный химус, мг/сутки

+ДМ, мг/сутки

+ДМ, %

Б,

поступило с кормом,мг/сутки 523,759+23,526 76,303+3,619

дуоденальный химус,

мг/сутки 541,730+52,4о4 о9,ь13+6,317

+ДМ, мг/сутки +17^971 +иГ5Ю

+3,43 +14,70

59б,540+46,730 90,792^5,845 +60Г574 +13ГИ4

+11,26 +16,88

+ДМ, % С,

поступило с кормом, мг/сутки

дуоденальный химус, мг/сутки

+ДМ, мг/сутки

+ДМ, %

д,

поступило с кор-мом,мг/сутки

дуоденальный химус, мг/сутки

+ ДМ, мг/сутки

¡ДМ, %

Летний рацион: поступило с кормом, мг/сутки

.дуоденальный химус, мг/сутки

+ДМ, мг/сутки

+ДМ, %

314,026+37,72* -43,02

510,084+19,4£

304,361+32,5£ -205Г723 -40,33

474,656+36,229 74,690+4, о4ь 446,265+48,61

464,025+31,526 62,525+5,296 -юГбЗЗ +7,835

-2,24 +10,49

318,939+6,350 -127^326 -28,53

537,311+34,311 71,298+6,255 550,258+44,25.

573,712+17,063 91,085+4,166х 340,149+34,165 +367401 +19Г787 -2ЮГЮ9 . +6,78 +27,75 -38,18

415,124+23,197 83,175*1,592 414,363+5,120

440,767+10,899 106,612+0,943х*346,377+0,7051

+25^643 +25Г437 -67^986

+6,16 +30,58 -16,41

Разница по* сравнение с поступившим количеством микроэлементов достоверна: при х- Р<0,05, хх- Р<0,01, ххх - Р< 0,001

зимний (рационы Б,С,Д), так и и летний периоды.

Таким образом, механизмами, поддерживающими микрозлемент-ный гомеостаз энтеральной среды двенадцатиперстной кишки, являются, во-первых, изменение эвакуагорной активности гастродуоде-нального отдела пищеварительного тракта.и,во-вторых, рециркуляция эндогенного цинка, меди и марганца в полость кишки.

Баланс всех изучаемых элементов в организме коров бьи положительным и в зимний, и в летний периоды, хотя усвоение цинка, меди к марганца из кормов было различным. У коров, потреблявших гранулированные корма,обнаружено снижение переваримости и ретенции меди и марганца. Напротив, при добавках мочевины в комбикорм отложение микроэлементов повышалось, (табл. 6,7,8).

Наибольшее количество 92,2+0,89% цинка, 96,9+0,10 % меди и 59,5+0,30 % марганца выделялось из организма через пищеварительный тракт (табл.5). Довольно высоким было выделение цинка с молоком (6,3+0,8 % от всего выделенного количества).

Исследования методом гель-фильтрации образцов бесклеточной жидкой фракции содержимого рубца, двенадцатиперстной и подвздошной кишок позволили нам получить информацию о соединениях цинка, марганца с белками в полости пищеварительного тракта коров. К сожалению,из-за низкой концентрации растворимой меди в содержимом желудочно-кишечного тракта определить ее белоксвязывающие комплексы не удалось.

Сравнение ряда свойств выделенных цинксвязывавдих белков (сродство, емкость и катионосвязывающая способность к цинку) в разных условиях рН среды и при разном поступлении элемента с кормами позволило нам условно выделить три функциональные группы цинксвязывающих комплексов.

Таблипа 6

Среднесуточный баланс микроэлементов у коров на зимнем рационе (А,Б, С, Д)

Рационы А Б С _________д_________________

Показатели цинк |медь цинк ¡-ДЬ цинк медь ¡уН цинк |медь }марганец

Поступило:мг

Выделено всего

в том числе с калом^мг

мочой, мг

молоком, мг

Отложено:+мг

Усвоено: %

5за,о 77,7 551,2 523,8 78,3 510,1 474,7 74,5 446,3 537,3 71,3 550,3

337,8 66,5 277,6 323,0 64,9 267,4 318,0 5ц,7 241,7 333,3 54,9 269,0

373,4 64,4 276,5 302,6 63,0 286,3 298,7 56,9 240,4 314,1 53,3 267,9

4,0 0,9 0,9 3,0 1,0 0,8 4,7 1,0 1,0 3;6 0,6 0,8

20,4 1,2 0,4 16,5 0,9 0,3 14,6 0,6 0*3 15,6 0,8 0,3

+130,2 +11,2 +273,4 +200,8 +13,4 +222,7 +156,7 +15,8 +204,6 +204,0 +16,4 +281,3

30,6 17,1 49,8 42,2 19,6 43,9 37,1 23,6 46,1 41,6 25,3 51,3

Таблица 7

Среднесуточный баланс микроэлементов у коров •на зимнем рационе В и Г

Рационы Показатели

В

Г

Поступило:мг

Выделено всего:мг

в том числе с калом

мочой

молоком

Отложено: + мг

Усвоено, %

569,3 1 07,1 566,3 612,4 120,9 526,о 463,7 101,9 463,6 4оо,0 112,3 423,6

417.5 14,9 31,3

125.6 29,2

98,5 1,3 2,1

5,2

6,0

461,7 428,6 1,0 6,0 0,9 53,2

104,7 124,4 18,8 30,0

108,9 1,1 2,3

6,6 10,0

421,3 1,1 1,2

103,2 20,0

Таблица Б

Среднесуточный баланс микроэлементов у коров на летнем рационе

Показатели

цинк

Микроэлементы___

I медь

марганец

Поступило:мг 415,1 83,2 414,4

Выделено 287,5 61,1

всего: мг . 202,8

в том чяеле

с калом 263,9 58,8 201,4

с мочой 3,9 1,2 1,0

с молокоц 19,7 1,1 0,4

Отложено (+мг) 127,6 22,1 211,6

Усвоено, % .36,4 29,3 51,4

Во-первых, это группа белков-переносчиков цинка. Эти высокомолекулярные белки (50000-100000 дальтон) имели высокое сродство к металлу и содержали около 10$ всего ионного цинка растворимой фракции рубцов ого содержимого. Сюда же мы отнесли группу белков с молекулярной массой 15000-30000 дальтон, которые обладали высокой емкостью и катионосвязывающей способностью к цинку (рис.1; пики I, 2, 3, 4 и 5). Для металлосвязывающе-го белка с молекулярной массой I8500-I9500 дальтон (пик 5) отмечена наиболее высокая концентрация цинка (396,9+80,3 мг в 100 г белка) в растворимой фракции рубцового содержимого, отобранного до кормления коров. Затем еле,дует металлосвязывающий белок с молекулярной массой 76000 дальтон (223,2+25,4 мг цинка в 100 г белка). Через 2 часа после кормления катионосвязы-вающая способность этих белков к цинку снижалась (рис.2)

Во-вторых, группа белков-передатчиков" цинка, вероятно, относящихся к типу металлотионеинов, с молекулярной массой 6000-11000 дальтон (рис.1; пики 6,7,8). Для белка с молекулярной массой 6000-7000 отмечено достоверное (Р< 0,05) уменьшение катионосвязывающей способности от 457,9+ 184,7 мг% до 116,7+36,1 мг$ на зимнем рационе и от 765,6+70,0 мг$ до 68,5+53,7 иг% на летнем рационе после кормления коров. Такая высокая катионосвязывающая способность и свойство отдавать металл предполагает его роль, как "определяющего" агента для дивалентных катионов быстрообращающегося металлопереносящего белка, регулирующего число оборотов цинкового переноса. Заметим, что при наивысшей катионосвязывающей способности белка (6000-7000), выделенного из рубпг>*ой жидкости коров при добавках мочевины в комбикорм, отмечено большее отложение цинка в организме «гяотных.

В-третьих, группа низкомолекулярных белков или полипеп-

номер фракции .

Рис- I. Динамика концентрации цинкбелковых комплексов в бес-еточной фракции рубцового содержимого, отобранного перед рмлением коров при содержании на зимнем рационе (А,Б,С,Д).

Рис. 2. Динамика концентрации цинкбелковых комплексов в бесклеточной фракции содержимого рубца, отобранного поел« кормления коров при содержании на зимнем рационе (A,Б,CJ

ти.цов с молекулярной массой 2000-4000 дальтон и ниже (рис.1, 2; пики 9,10). Эта группа белков содержала наибольшее количество цинка (57,1-68,0$ от всего в белковых комплексах). Сравнивая количество усвоенного цинка в организме, можно предположить, что функция этой группы белков сводится лишь к опосредованному влиянию на метаболизм цинка, без прямого участия в процессах переноса металла через стенку желудочно-кишечного тракта коров. Вероятно, эти комплексы могут выполнять роль активных агентов, снижающих количество ионизированного цинка при его избытке в среде и таким образом препятствовать абсорбции. Установлено, что после кормления коров катионосвязываю-щая способность этих белков сильно увеличивается ( в 2-4 раза).

В растворимой фракции содержимого двенадцатиперстной кишки нами обнаружены белки, связывающие цинк, с молекулярной массой оЮОО (пик I); 52000 (пик 2); 32000 (пик 3); 20000 (пик 4); 10000 (пик 5); 7000 (пик 6); 4000 (пик 7); 2000 (пик о) (рис.3). Наибольшее количество цинка обнаружено в белковых фракциях с молекулярной массой около 2000 дальтон и составляет 82,1+3,1% от общего в белковых комплексах. По степени связывания цинка на первом месте стоят белки с молекулярной массой 81000, 52.000, 32000, 2000 (446,0; 373,6; 199,5 соответственно).

Марганецсвязывающие белки обнаружены лишь в виде низкомолекулярных комплексах (с молекулярной массой меньше 2000 дальтон) в образцах содержимого рубца (элюировались тремя пиками и обладали довольно высокой катионосвязываицей. способностью) и в содержимом двенадцатиперстной кишки (элюировались с колонки двумя пиками). В содержимом подвздошной кишки эти металлосвязыващие белки уже не обнаруживаются.

номер фракции

Рис. 3. Динамика концентраций цинк- и марганецбелковых комплексов в растворимой фракции содержимого двенадцатиперстной кишки коров при содержании на зимнем рационе (А,Б,С,Д).

Рис. 4. Динамика концентрации цинкбелковых комплексов в растворимой фракции содержимого подвздошной кинки.

В бесклеточной жидкости содержимого подвздошной кишки наибольшее количество цинка (67% от общего в белковых комплексах) содержалось в низкомолекулярных белковых комплексах с молекулярной массой менее 2000 дальтон. Остальные белки включали 0,4-4,4% (рис. 4).

Следует отметить, что значительное количество цинка эхвхровалоеь раньше обнаруженных нами белковых фракций. Через 2 часа после кормления коров обнаруживалось существенное снижение (более чем в 10 раз) концентрации цинка, несвязанного с белками.

ВЫВОДЫ

1. Концентрация цинка, меди и марганца в содержимом разных отделов пищеварительного тракта определяется прежде

- !

всего уровнем поступления этих элементов с кормом и в меньшей степени зависит от типа кормления, структуры рациона и времени приема корма коровами.

2. Содержание водорастворимых фракций цинка, меди и марганца в кормах рационов разного типа и структуры достаточно высоко и составляет в среднем: для цинка - 46,0; для меди - 49,0 и для марганца - 65,0% от общего количества.

3. Большая часть цинка и марганца жидкого содержимого рубца находится в связанном состоянии и лишь 4,0-8,0 и 9,0-26,0%, соответственно, в бесклеточной жидкости. Доля растворимой меди в рубцовой жидкости снижалась до 27,0% после кормления по сравнению с уровнем перед кормлением - 53,0^ коров кормами зимнего рациона. У коров, получавших зеленые и гранулированные корма, доля меди в бесклеточной жидкости находилась в пределах 21,0-24,0%.

4. Наиболее высокая концентрация меди и марганца обнаружена в бактериальной фракции рубцовой жидкости, а цинка -

во фракции простейших и не всегда коррелировала с концентрацией микроэлементов в кормах. Значит, потребности разных видов микроорганизмов и простейших в этих элементах неодинаковы и зависят от количества грубых, сочных и концентрированных кормов. Свежая трава является более доступным источником цинка

»

для микрофлоры рубца, что проявляется в его интенсивном куму-лировании простейшими и бактериями. В целом, микроорганизмы рубца связывают до 25-52% цинка, 22-36% меди и 20-24% марганца от общего их количества в рубцовой жидкости.

5. В содержимом двенадцатиперстной кишки концентрация растворимых цинка, меди и марганца повышается до 46,6%; 60,8; 92,3$, соответственно, мало зависит от условий кормления животных и превышает таковую в рубце.

6. Концентрация микроэлементов в химусе двенадцатиперстной кишки ( в расчете на сухое вещество) была выше, чем в корме по цинку и меди в 1,7-2,3 раза и марганцу в 1,1-1,4 раза, что объясняется высоким уровнем секреции данных элементов с желчью и сокат поджелудочной железы. Для цинка установлена более тесная коррелятивная зависимость мевду уровнем элемента в кормах и в дуоденальном содержимом. Коэффициент корреляции составил 0,909.

7. Величина и направление нетто-потока цинка, меди и марганца в дуоденальном химусе находятся в некоторой зависимости от их потребления с кормом и от состава рациона в целом. Наивысшее количество рециркулируемых цинка (60,58 и 35,40 мг/сут-ки), меди (13,12 и-19,79 мг/сутки) обнаружено у коров при высококонцентратном типе кормления и при добавках мочевины в комбикорм, соответственно. Содержание марганца в дуоденальном химусе составляло лишь 66,7% от его поступления с корма-

ми рациона, в то же время при меньшем валовом поступлении ег! рециркуляция усиливалась и уровень достигал 77,5% от поступившего с кормами рациона.

8. Методом гель-фильтрации супернатанта рубцовой жидкости, химуса двенадцатиперстной и подвздошной кишок выделены три функциональных группы цинксвязывающих белковых комплексов:

а) группа белков-нереносчиков цинка с молекулярной массой 50000-100000 дальтон, имеющих высокое сродство к металлу и связывающих до 10% цинка в ионном состоянии, и с молекулярной массой 15000-30000 дальтон, обладающих большой емкостью и катионосвязывагацей способностью к цинку;

б) группа белков-"передатчиков" цинка с молекулярной мае сой 6000-11000 дальтон, выполняющих роль быстрообращающихся металлосвязывагацих комплексов;

в) группа низкомолекулярных белков и пептидов с молекулярной массой 2000 (и ниже) - 4000 дальтон, связывающих цинк и препятствующих более активной абсорбции элемента через стенку пищеварительного тракта.

9. Комплексные соединения марганца в супернатанте содержимого рубца, двенадцатиперстной кишки обнаружены в виде низкомолекулярных белков с массой около 2000 дальтон. В содержимом подвздошной кишки марганец в этих белках уже не обнаруживается и предполагает возможность его реабсорбции на уровне тонкого кишечника.

10. Группа белков с молекулярной массой около 2000 дальтон содержит наибольшее количество ионного цинка (75-92% от общего количества в комплексах) рубцовой жидкости, дуоденаль-

ного и илеоцекального содержимого, что указывает на особую роль низкомолекулярных белковых комплексов, в обмене металла в организме коров.

II. Баланс микроэлементов у коров на всех изучаемых рационах был положительным. Экскреция цинка, меди и марганца из организма осуществлялась в основном с калом. Довольно высоким было выделение цинка с молоком (6,3$ от принятого).

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Полученные данные могут быть использованы при совершенствовании технологии приготовления и скармливания кормов с целью повышения усвояемости микроэлементов.

2. Метод гель-фильтрации на сефадексах представляет интерес для изучения белков, связывающихся с цинком и марганцем в бесклеточной жидкости содержимого рубца и химуса- двенадцатиперстной й подвздошной кишок.

3. Следует продолжить изучение биокомплексов белки-микроэлементы в пищеварительном тракте коров с целью выяснения механизма абсорбции и реэкскреции микроэлементов.

4. Данные о концентрации растворимых форм цинка, меди и марганца в кормах, химусе и о роли микрофлоры в связывании микроэлементов, поступающих в рубец, можно рекомендовать .для использования в учебном процессе по курсам физиологии и биохи-ми сельскохозяйственных животных;

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Рухлова Т. В., Георгиевский В. И. Динамика концентрации

цтка, меди и марганца и распределение их по фракциям в содержи-

t

гом рубца коров // Бюллетень ВНШЖиП, выпуск 3(67). - С.6-9.

2. Рухлова Т. В. Концентрация цинковых и марганцевых белко-

в'ых комплексов в содержимом рубца и двенадцатиперстной кишки коров // Бюллетень ВНИИКиП, выпуск 3 (87). - С. 10-13.

З.Рух)лова Т. В. Динамика концентраций цинка, меди и марганца и формы их соединений в содержимом рубца и двенадцатиперстной кишки на зимнем рационе / Актуальные вопросы обмена веществ. Материалы к III конференции по вопросам физиологии обмена веществ в организме человека и животных. - Вильнюс, I9Ö7. -С. 187- 188.

4. Олива Т. В. Концентрации цинка, меди и марганца во фракциях простейших, бактерии и бесклеточная жидкость рубцового содержимого коров в зависимости от. условий кормления / Тезисы докладов отчетной научной конференции преподавателей и сотрудников БГСХА.. - Белгород, 1995. - С. 108-109.