Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Показатели минерального и азотистого обмена у нетелей и коров-первотелок при внесении в рацион лингосульфоната цинка

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Колоскова, Ольга Владимировна, Москва

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской

Федерации

Московская ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственная академия имени К. А. Тимирязева.

На правах рукописи Колоскова Ольга Владимировна

ПОКАЗАТЕЛИ МИНЕРАЛЬНОГО И АЗОТИСТОГО ОБМЕНА У НЕТЕЛЕЙ И КОРОВ-ПЕРВОТЕЛОК ПРИ ВНЕСЕНИИ В РАЦИОН ЛИГНОСУЛЬФОНАТА

ЦИНКА

03.00.13 - физиология человека и животных Диссертация на соискание ученой степени кандидата

биологических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Н. С. Шевелев

Москва - 1999 г.

Оглавление

Введение ................................................................................................4

Глава 1. Обзор литературы ..........................................................8

1.1. Биологическая роль минеральных элементов в организме крупного рогатого скота ...........................................................8

1.1.1. Биологическая роль цинка ...........................................9

1.1.2. Биологическая роль меди, марганца и железа .........16

1.1.3. Биологическая роль кальция, фосфора, калия,

магния..........................................................................................20

1.2. Особенности обмена биоэлементов у жвачных животных .................................................................................27

1.2.1. Взаимодействие между биоэлементами в процессе метаболизма .............................................................................34

1.2.2. Взаимодействие минеральных элементов и витаминов А,Д,Е ......................................................................................37

1.3. Нормирование цинка в рационах крупного рогатого скота .........................................................................................44

Глава 2. Объект и методы исследований .......................53

Глава 3. Результаты собственных исследований ..........65

3.1. Клинико-гематологические показатели нетелей и коров-первотелок при внесении разных доз лигносульфоната цинка в рацион .........................................................................65

3.2. Динамика содержания биоэлементов в рубце нетелей и коров-первотелок при внесении разных доз лигносульфоната цинка в рацион ......................................................................75

3.3. Динамика содержания биоэлементов в крови нетелей и коров-первотелок при внесении разных доз лигносульфоната цинка в рацион .........................................................................84

3.4. Показатели минерального обмена у нетелей и коров-первотелок при разном уровне цинка в рационе .................90

3.5. Влияние различного содержания цинка в рационе на азотистый обмен у нетелей и коров-первотелок ................106

3.6. Влияние различного содержания цинка в рационе на молочную продуктивность и воспроизводительную функцию коров-первотелок .................................................................116

Выводы ........................................................................................122

Практические предложения ....................................................126

Список использованной литературы ....................................127

Приложения .............................................................................. 146

ВВЕДЕНИЕ

Полноценное кормление играет одну из ведущих ролей в повышении продуктивности сельскохозяйственных животных. Многочисленными исследованиями установлено, что только при полноценном и сбалансированном кормлении сельскохозяйственные животные могут максимально проявить свой генетический потенциал. Полноценное кормление - это, прежде всего кормление, которое обеспечивает сбалансированность рационов и наилучшим образом удовлетворяет потребности животных в элементах питания.

За последние десятилетия накопилось большое количество экспериментальных данных о влиянии различных питательных веществ, в том числе незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, антибиотиков, гормонов, ферментов и других факторов на обмен веществ, эффективность использования корма и образование продукции. Эти данные служат для дальнейшего совершенствования теории и практики кормления сельскохозяйственных животных.

Значению микроминерального питания крупного рогатого скота в настоящее время уделяется большое внимание. Микроэлементы не являются энергетическим источником, однако, являются жизненно необходимыми факторами. Микроэлементы являются структурно-функциональными компонентами или активаторами ферментов, а также входят в состав

витаминов и гормонов. Они обусловливают энергетический обмен, рост, развитие и воспроизводство животного организма, участвуют в процессах клеточного дыхания, образовании защитных реакций (Георгиевский В. И., Анненков Б. Н., Самохин В. Т., 1979; Кальницкий Б. Д., 1985; Шевелев Н. С., 1991 и др.). Ковальским В. В., Ришем М. А. и другими исследователями установлено, что основные функции микроэлементов заключаются в поддержании биологически активного конформационного состояния молекул; образовании комплексов между ферментом, коферментом и субстратом; изменении электронной структуры молекул субстрата.

Потребность животных в минеральных элементах находится в зависимости от породы, возраста, физиологического состояния, условий содержания и кормления, уровня продуктивности. Замечено, что чем больше продуктивность животного, тем более зависим от поступления и сбалансированности минеральных элементов становится организм. Это объясняется большей напряженностью обменных процессов и выделением минеральных элементов с продукцией. Избыток или недостаток отдельных биоэлементов ведет к дисбалансу физиолого-биохимических процессов, снижению переваримости и использования питательных веществ корма, уменьшению продуктивности, а при длительном недостатке или избытке - к появлению гипер- и гипомикроэлементозов.

Исследованиями многих ученых определены особенности обмена и физиолого-биохимические функции макро- и микроэлементов.

(Дмитроченко А. П., 1961, 1973; Хенниг А., 1976; Георгиевский В. И., Анненков Б. Н., Самохин В. Т., 1979; Кальницкий Б. Д., 1983; Шевелев Н. С., 1991; Веезоп V/. М., 1964; 1огпуа11 Н., 1994 и др.).

Вместе с тем многие стороны обмена микроэлементов у жвачных, а также доступность их из разных кормовых источников требуют дальнейшего детального уточнения. Поиск новых источников минеральных элементов в настоящее время имеет немаловажное значение.

Полученные в последнее время экспериментальные данные убедительно свидетельствуют о необходимости цинка для растений, животных и человека. В последнее время цинк рассматривается как элемент, имеющий чрезвычайно важное значение в основном и межуточном обмене в живом организме. Наряду с другими жизненно необходимыми микроэлементами цинк является незаменимым питательным фактором. Его недостаток в организме животного и человека ведет к нарушению иммунобиологических и обменных процессов, возникновению заболеваний.

В связи с этим, целью наших исследований было - определить оптимальный уровень добавок лигносульфоната цинка в рацион нетелей и коров-первотелок и выявить его влияние на физиолого-биохимические процессы животного организма.

В задачи исследований входило:

- определение клинико-гематологических показателей;

- определение содержания минеральных элементов (цинка, меди, марганца, железа, кальция, натрия, магния) в крови, рубцовой жидкости (РЖ), молоке, моче, кале при разных дозах цинка в рационе нетелей и коров-первотелок;

- исследовать азотистый обмен у нетелей и коров-первотелок;

- учет продуктивности подопытных животных, выход телят и продолжительность сервис-периода первотелок.

- оценить степень пригодности лигносульфоновой соли цинка как кормовой добавки.

- установить оптимальную дозу цинка для нетелей и коров-первотелок у голштинизированного черно-пестрого скота.

Работа выполнена в соответствии с планом научных исследований кафедры физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных МСХА по теме: «Изучить метаболические пути и разработать эффективные способы повышения физиологического воздействия биологически активных веществ (биоэлементов, витаминов, тканевых препаратов пробиотиков) на организм сельскохозяйственных и промысловых животных» - № гос регистрации 01930005482.

Глава 1. Обзор литературы 1.1. Биологическая роль минеральных элементов в организме крупного рогатого скота

Обычно корма, входящие в состав рациона скота, по своему составу не удовлетворяют потребности животных в минеральных веществах. Из-за недостаточного поступления минеральных веществ с рационом, нарушений в минеральном обмене ухудшается поедаемость корма и его переваримость, уменьшаются привесы, молочная продуктивность, оплодотворясмоеть, возникают заболевания (рахит, остеодистрофия, остеомаляция, родильный парез и т.д.).

Необходимость микроэлементов для животного организма не вызывает сомнений. Они не являются источником энергии, но имеют большое значение в физиолого-биохимических процессах; они являются структурно-функциональными компонентами ферментов, гормонов, витаминов или их активаторами, участвуют в энергетическом обмене, кроветворении, дыхании, репродукции и многое другое. На клеточном уровне биоэлементы входят в состав биологически активных соединений генетического аппарата клетки, это было доказано многими отечественными и зарубежными учеными (Ковальский В. В., Дмитроченко А. П., 1962; РишМ. А., 1976; Кальницкий Б. Д., Кокорев В. А., Крисанов А. Ф., 1988; Лебедев Н. И., 1990; Ivan М., flmat М., Veira D., 1983; Pond W. Y., 1975). По M. А. Ришу (1976), микроэлементы выполняют 3 основные функции в животном организме: 1) поддержание биологически активного конформационного состояния молекул; 2) образование координационных комплексов между ферментом, коферментом и субстратом; 3) изменение электронной структуры молекулы субстрата.

Следует отметить, однако, что пищеварение в желудочно-кишечном тракте у разных видов жвачных, тем более моно- и полигастричных имеет ряд существенных особенностей.

В преджелудках у жвачных животных происходит микробиологическая обработка корма, расщепление питательных веществ, белков, жиров, углеводов. Наибольший интерес в этом отношении представляет рубец. Расщепление питательных веществ корма в рубце происходит при участии микроорганизмов, обусловливающих особенности пищеварения жвачных.

1.1.1. Биологическая роль цинка.

Цинк - жизненно необходимый элемент для растений и животных. Лешартье и Беллант в 1877 г. обнаружили цинк в животном организме. С тех пор накопилось немало данных, касающихся распределения этого элемента в организме животных, особенно морских беспозвоночных, обладающих огромной концентрационной способностью по отношению к цинку (Виноградов А. В., 1935).

По количественному содержанию в организме животных Zn занимает среди микроэлементов второе место после железа. Он влияет на рост, развитие и воспроизводительную функцию животных, процессы костеобразования и кроветворения, необходим для нормального развития эпидермальных тканей, связан с обменом белков, углеводов, жиров, нуклеиновых кислот, водно-минеральным обменом (А. В. Корнейко, 1970; В. А. Леонов, Г. Л. Дубина, 1971; А. Хенниг, 1976; В. И. Георгиевский, Б.Н.Анненков, В. Г. Самохин, 1979; Г.А.Удрис, Я. А. Нейланд, 1980; Б. Ф. Кальницкий, 1986; R. W. Luecke, 1966; М. Chvapil, 1973; Е. Undrwood, 1977).

Всё многообразие влияний цинка, как и других микроэлементов, на физиологические процессы в организме, связано с функцией ферментов, для

которых цинк служит необходимым компонентом или активатором (JornvallH., 1994). В качестве структурного компонента цинк входит в молекулы карбоагидразы, панкреатической карбоксипептидазы, дегидрогеназ глутаминовой и молочной кислот.

Являясь неспецифическим компонентом, цинк активирует уриказы, депептидазы кишечного сока. Цинк входит в состав молекулы инсулина, он усиливает гипогликемический эффект этого гормона, стабилизирует его молекулу и предохраняет её от разрушения инсулиназой. Установлено, что у большинства животных цинк концентрируется в ß-клетках островков Лангерганса.

Без карбоангидразы не могут проходить дыхательные процессы. Цинку в составе карбоангидразы отводится важная роль в процессах дыхания, как и роли железа гемоглобина в переносе кислорода. (Войнар, 1960). Благодаря этому ферменту, образующийся в тканях С02, проникая в кровь, быстро превращается в ионы НССЬ, при этом концентрация СО2 в крови не повышается и обеспечивается бесперебойная отдача СО2 клетками тканей в кровь. С другой стороны, благодаря карбоангидразе (угольной ангидразе), кровь при прохождении через легкие успевает выделить в выдыхаемый воздух весь образовавшийся в организме углекислый газ. Карбоангидраза во много раз ускоряет реакцию Н2С0з=С02+Н20, которая при отсутствии этого фермента идет очень медленно.

В акте дыхания карбоангидразе принадлежит не меньшая биологическая роль, чем гемоглобину, так как гемоглобин переносит кислород, а карбоаниураза углекислоту.

Карбоангидразу обнаружили и в слизистой оболочке желудка, она содержалась именно в тех её клетках, которые вырабатывают соляную кислоту желудочного сока (Креббс, 1942; Stiles, 1946). Угольная ангидраза обнаружена в поджелудочной железе, там она принимает участие в реакции образования бикарбонатов. Важная роль принадлежит этому ферменту в

сетчатке глаза и хрусталике (Четвериков, 1948). Фермент участвует в тканевом обмене, его наибольшая концентрация обнаруживается там, где наиболее интенсивно идет газообмен, где много образуется С02 (Диксот Уэбб, 1961).

Цинк является составной частью таких ферментов, как лактикодегидрогеназы - способствует окислению молочной кислоты в пировиноградную, глютаминодегидрогеназы - превращают глютаминовую кислоту в пировиноградную, алкогольдегидрогеназы - окисляет этиловый спирт в уксусный альдегид и др.

Цинк оказывает влияние на повышение активности такого важного фермента, как фосфатаза. У крыс, страдающих недостатком этого элемента, наблюдали уменьшение активности кишечной и костной фосфатазы. При высоком уровне цинка в рационе у крыс отметили более высокую активность этого фермента (Войнар, 1953; Беренштейн, 1958; Слесарева, 1954).

Замечено, что активирующие свойства многие ферменты приобретают благодаря соединению белка с небелковыми группами. Находясь отдельно, ни белковая часть металлофермента, ни металл не обладают высокой энергией активации. Присутствие иона микроэлемента в комплексе с ферментом способствует проявлению высокой активности этих биокатализаторов (Д. Уильяме, 1975; В. И. Георгиевский, Б. Н. Анненков, В. Т. Самохин, 1979; В.В.Добровольский, 1983; А. Ленинджер, 1985; W. J. Miller et al., 1965; М. F. Dunn, J. S. Hathison, 1973).

Ионы цинка способствуют образованию сульфгидрильных групп, предупреждая окисление ионами меди и железа. Эта биологическая активность элемента объясняется его высоким сродством к сульфгидрильным группам, являющимися важными детерминантами структуры и функции белков (Г. А. Удрис, Я. А. Нейланд, 1981; А. П. Авцин и др., 1991). Как отмечает В. И. Георгиевский и др. (1979), Я. Мусил (1985), А. П. Авцин и др. (1991), цинк образует комплексы с нуклеотидами разных

тканей, но они менее прочны чем его соединения с аминокислотами. Этот элемент необходим для стабилизации структуры РНК, ДНК и компонентов биологических мембран. Входя в состав аминокислот РНК-синтетаз и фактора элонгации белковой цепи у млекопитающих, цинк участвует в процессе трансляции генетической информации. По этой причине он является незаменимым компонентом для нормального протекания всех этапов клеточного цикла и функционирования генетического аппарата.

По данным Б. С. Касавиной, В. П. Торбенко (1975), JI. Р. Ноздрюхиной (1977) цинк входит в число наиболее важных остеотропных микроэлементов. Он необходим для нормального функционирования остеогенных клеток, важен для процесса оссификации и декальцинации. Механизм действия цинка связан с активностью таких ферментов костной ткани, как щелочная фосфатаза, цитохромоксидаза, каталаза. При его недостатке угнетается щелочная фосфатаза в хондроцитах эпифизарного хряща, уменьшаются размеры и прочность бедренной кости у поросят (W.L. Miller и др., 1966).

Клетки хрящевой ткани, расположенные вблизи кровеносных сосудов, лучше снабжаются цинком; при недостатках этого элемента в клетках, удаленных от сосудов приводит к разрастанию внутриклеточного матрикса и, как следствие, к утолщению костной ткани, что приводит к опуханию суставов, ригидности, хромоте. Эти явления устраняются введением в рацион препаратов цинка (Б. Д. Кальницкий, 1985).

В цельной крови животных концентрация цинка составляет 0,25 - 0,6 мг. У взрослых индивидуумов цинк в крови распределяется следующим образом: эритроциты - 75%; плазма - 22%; лейкоциты - 3%; (R. Brikman, R. Margaría, N. Meldrum, Т. Roughton, 1932; П. И. Жеребцов и др., 1973).

В плазме цинк связан с альбуминами и глобулинами, а в эритроцитах находится, в основном, в ферменте карбоангидразе (Георгиевский В. И. и др.,

1979). Много цинка в сперме; концентрация его колеблется у разных видов животных от 17 до 87 % в сухом веществе.

В организме цинк находится в виде легко диссоциируемых соединений с белком (Б. КеШп, 1940). Исследования показали, что недостаточность цинка понижает ферментную активность путем воздействия на синтез белка. Ионы цинка повышают та