Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Связь стрессоустойчивости крупного рогатого скота с терморегуляцией при низких температурах внешней среды

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Терлецкий, Александр Витальевич, Новосибирск

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ

На правах рукописи

Терлецкий Александр Витальевич

СВЯЗЬ СТРЕССОУСТОЙЧИВОСТИ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА С ТЕРМОРЕГУЛЯЦИЕЙ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

ОЗ.ООЛЗ - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель кандидат биологических наук, старший научный сотрудник A.B. Кушнир

Новосибирск- 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА I ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12

1.1. Физиологические основы стрессоустойчивости ко- 12 ров

1.1.1. Механизм стресс-реакции у животных 12

1.1.2. Роль высшей нервной деятельности (ВНД) в 15 стрессоустойчивости коров

1.1.3. Определение стрессоустойчивости по лактацион- 16 ной функции

1.1.4. Физиология и механизм торможения молоковыде- 19 лительной функции

1.2. Физиологические и функциональные характеристи- 22 ки коров с разными типами стрессоустойчивости

1.2.1. Стрессоустойчивость и гормональный статус 22

1.2.2. Стрессоустойчивость и функция молочной желе- 23 зы

1.2.3. Типы конституции и стрессоустойчивость коров 25

1.2.4. Поведение коров разных типов стрессоустойчиво- 29 сти

1.2.5. Репродуктивная функция коров разной стрессо- 30 устойчивости

1.2.6. Стрессоустойчивость и естественная резистент- 33 ность организма

1.2.7. Влияние технологии доения на стрессоустойчи- 35 вость животных

3 8

1.3. Наследуемость стрессоустойчивости

ГЛАВА II 2.1. 2.2.

2.3.

2.4.

2.5.

2.6. 2.7.

1.4. Физиологические реакции у крупного рогатого ско- 39 та на холодовые воздействия

1.4.1. Терморегуляция сельскохозяйственных животных 39 при низких температурах окружающей среды

1.4.2. Изменчивость реакций при низких температурах 41 у крупного рогатого скота

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Зоотехническая характеристика хозяйства 43

Определение стрессоустойчивости у лактирующих 43 коров

Исследование газоэнергетического обмена и оп- 46 ределение типов терморегуляции

Подсчет частоты сердечных сокращений 49

Изучение кожно-сосудистой реакции и термомет- 49 рия тела (кутанеальная и ректальная) Определение индекса холодоустойчивости 50

Статистическая обработка результатов 51

ГЛАВА III 3.1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИИ Структура стада черно-пестрого скота по типам 52 стрессоустойчивости

3.1.1. Структура стада по типам стрессоустойчивости в 53 динамике лактационных периодов

3.2. Функциональные показатели молокоотдачи и 55 молочная продуктивность

3.3. Исследование газоэнергетического обмена 60

3.3.1. Стрессоустойчивость животных и типы терморе- 60 гуляции

3.3.2. Стрессоустойчивость коров и энергетический об- 60 мен при разных температурах среды

3.3.3. Энергетический обмен при разных температурах 64 внешней среды у коров четырех типов стрессо-устойчивости с "физическим" и "химическим" типами терморегуляции

3.3.4. Сравнительный анализ показателей внешнего ды- 75 хания и энергетического обмена у коров четырех типов стрессоустойчивости "физического" и "химического" типов терморегуляции

3.3.5. Связь теплопродукции с минутным объемом ды- 78 хания и экспираторным дыхательным объёмом

3.4. Топография кожных температур 83

3.4.1. Топография кожных температур у коров четырех 83 типов стрессоустойчивости

3.4.2. Топография кожных температур у коров четырех 97 типов стрессоустойчивости "физического" типа

терморегуляции

3.4.3. Топография кожных температур у коров четырех 109 типов стрессоустойчивости "химического" типа терморегуляции

ГЛАВА IV ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ 123

ВЫВОДЫ 136

РЕКОМЕНДАЦИИ 138

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 174

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

дыхательный объем (экспираторный) индекс холодоустойчивости минутный объем дыхания потребление кислорода теплопродукция

температура волосяного покрова температура кожи ректальная температура частота дыхания частота сердечных сокращений

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы; Проблема стресса и связанные с ним отрицательные последствия особенно важны для животноводства и занимают центральное место в отечественной и зарубежной научной литературе в последние десятилетия. Это связано с переводом большинства отраслей животноводства на промышленную систему содержания с вводом на фермы и комплексы пород животных неприспособленных к новым условиям. У животных заметно снижается продуктивность по сравнению с традиционной системой содержания, что является признаком стрессового состояния. Стресс у животных - следствие ошибок и погрешностей при проектировании промышленных комплексов, и множества других сопутствующих факторов (Д.А. Устинов, 1976; Т.К. Городецкая, 1979; И. Маджаров, 1980; И. Маджаров с соавт. 1980; С.И. Плященко с соавт., 1983, 1984, 1987; И.Н. Тэрыцэ, 1984; В.Т. Климик, 1989; Е. Porzig, 1980; В.Р. Purwanto et al., 1990). Для крупного рогатого скота на комплексах установлены двадцать два элемента промышленной технологии, являющиеся стресс-факторами (М.М. Носков, 1976). Стрессы снижают иммунобиологическую реактивность, (Г.В. Бурксер, 1974; Ф.И. Фурдуй с соавт., 1982; Е.В. Баева с соавт., 1987; М.З.Е. Восилене, 1987; K.W. Kelley, 1980; H.J. Westly et al., 1984; J.A. Roth, 1985; J.E. Minton et al., 1990), вызывают нарушение обмена веществ (В.П. Гирина, 1985; М.Б. Сафаров, 1989; M.L. Riley et al., 1981), прирост и качество мяса, воспроизводительную способность в свиноводстве (Д.А. Устинов, 1976; М. Ковальчикова с соавт., 1978; В.Н. Якушик, 1984; A.M. Уголев с соавт., 1984; В.Х. Федоров, 1986; A.A. Бабаев с соавт., 1987; В.А. Вершинин с соавт., 1991; В.В. Горин с соавт., 1992; В.В. Гарт с соавт., 1992); молочную и мясную продуктивность, воспроизводительную способность в скотоводстве (H.A. Миронов, 1977; С. И. Плященко с соавт., 1983, 1984, 1987; Г.В. Зверева с

соавт., 1984; Г.А. Микиртичев с соавт., 1986; B.C. Антонюк с соавт., 1987; И.Н. Никитченко с соавт., 1988; Е.П. Кравчук с соавт., 1988; Г.А. Послов, 1989; G.P. Moberg, 1976; L. Zoldag, 1983; В.Р. Purwanto et al., 1990); мясную продуктивность и воспроизводительную способность (яйценоскость, оплодотворяемость и выводимость) в птицеводстве (М.П. Кутепова с соавт.,1981; П.Ф. Щербина, 1986; З.А. Алескеров с соавт., 1990); работоспособность и выносливость спортивных лошадей (Н.М. Кононова, 1985; М.Ю. Алексеев с соавт., 1987). Экономические потери в животноводстве велики из-за воздействия технологических и климатических стресс-факторов. Наблюдаемые метеорологические стрессы в животноводстве связаны с воздействием на организм высоких и низких температур (В. Пабат, 1977; А.И. Алиев с соавт., 1991; R.G.A. Stepherson et al., 1980; С. Tomas et al., 1981; D. Wolfenson et al., 1988). В зимний период резкое снижение надоя молока наблюдается при низких температурах воздуха (ниже зоны температурного комфорта), показателях барометрического давления и солнечной радиации и высоких показателях относительной влажности и скорости воздуха (М.В. Добрякова, 1954; В. Пабат, 1977; А.И. Алиев с соавт., 1991; М.А. MacDonald et al., 1958; E.G. Bruns et al., 1965; J.D. Miligan et al., 1974; D.R. Ames et al., 1975, 1989; B.P. Purwanto et al., 1990).

Ряд исследователей считает, что температура за пределами зоны комфорта является стрессирующим фактором, влияющим на снижение продуктивности животного (М.А. MacDonald, 1958; A.J.F. Webster, 1970; G.E. Thompson, 1973; В.A. Young, 1975, 1981; D.R. Ames et al., 1975, 1989; H.D. Johnson et al., 1976; J.R. Thompson et al., 1978, 1982; P.A. Phillips et al., 1983; G.L. Hahn, 1989; J. Broucek, 1991). Исследования физиологических показателей при низких температурах на крупном рогатом скоте у пород разного экогенеза позволили выявить

наличие полиморфизма терморегуляции (типов) (Ю.О. Раушенбах, 1966, 1976,1985; Ю.О. Раушенбах с соавт., 1967, 1973; Ю.А. Киселев, 1976), установить связь типа терморегуляции при низких температурах среды с типологическими особенностями высшей нервной деятельности. Показано, что большинство животных, обладающих сильным типом высшей нервной деятельности, относится к "физическому" типу терморегуляции, и наоборот, животные слабого типа высшей нервной деятельности в большинстве относятся к "химическому" типу терморегуляции (A.B. Кушнир, 1967, 1971, 1998; Ю.О. Раушенбах с соавт., 1976; Ю.О. Раушенбах, 1985).

В доступной научной литературе мы не нашли сообщений об исследованиях по определению связи типов стрессоустойчивости с типами терморегуляции при низких температурах среды на сельскохозяйственных животных. Существование таких связей позволило бы отобрать животных по типам стрессоустойчивости (экспресс-методике), одновременно формировать и по типам терморегуляции. Это позволит формировать в хозяйствах, расположенных в климатогеографи-ческих зонах с продолжительным зимним периодом, высокопродуктивные стада (популяции) крупного рогатого скота, устойчивые к низким температурам среды.

Цель работы: Определить у животных разной стрессоустойчивости функциональное состояние молочной железы и молочную продуктивность в динамике лактаций. При холодовой пробе у коров разных типов стрессоустойчивости определить типы терморегуляции и индивидуальный показатель холодоустойчивости (ИХУ). Определить роль терморегуляторных механизмов, обуславливающих тип терморегуляции при низких температурах среды. Изучить связь типов стрессоустойчивости с типами терморегуляции у коров в условиях Сибири.

Задачи исследования:

1. Определить структуру стада черно-пестрого скота по типам стрессоустойчивости и соотношение в породе животных с высокой и низкой стрессоустойчивостью;

2. Изучить функциональную изменчивость показателей молоко-отдачи и молочной продуктивности у животных разных типов стрессоустойчивости;

3. Исследовать наличие возможной связи типов стрессоустойчивости с типами терморегуляции при низких температурах среды;

4. Исследовать и сравнить функциональные показатели терморе-гуляторных механизмов у коров разных типов стрессоустойчивости;

5. Изучить наличие связи между типами стрессоустойчивости и физиологическими механизмами терморегуляции у крупного рогатого скота при низких температурах (внешнее дыхание, энергетический обмен, показатель холодоустойчивости);

6. Определить соотношение животных с "физическим" и "химическим" типами терморегуляции у коров разных типов стрессоустойчивости;

7. Оценить влияние низких температур на физиологический статус животных разных типов стрессоустойчивости "физического" и "химического" типов терморегуляции (ЧСС, Тр, ТКОЖи).

Научная новизна: Впервые у крупного рогатого скота установлена связь показателя стрессоустойчивости с типом терморегуляции при низких температурах внешней среды. Определено соотношение животных с "физическим" и "химическим" типами терморегуляции у коров четырех типов стрессоустойчивости. Установлена роль терморе-гуляторных механизмов, определяющих тип терморегуляции при низ-

ких температурах среды, показана внутрипородная изменчивость физиологических механизмов, определяющих энергетический гомеостаз у животных разных типов стрессоустойчивости

Работа значительно расширяет и углубляет теоретические и практические выводы о функциональных особенностях молокоотдачи и молочной продуктивности черно-пестрого скота разной стрессоустойчивости в условиях Сибири.

Практическая ценность: Результаты исследований дают право в перспективе на проведение комплексного отбора животных по устойчивости к стрессирующим факторам (технологическим и климатическим) по экспресс-методике для зоотехников и селекционеров. Выявленная в работе связь стрессоустойчивости животных с типами терморегуляции при низких температурах имеет практическое значение для товарных животноводческих хозяйств в климатогеографических зонах с продолжительным зимним периодом низких температур. Селекционная работа с маточным и ремонтным стадом, направленная на отбор животных с высокой стрессоустойчивостью, даст возможность сформировать стадо с хорошо развитыми терморегуляторными механизмами, что позволит животным в экстремальных температурных (погодных) условиях поддерживать энергетический гомеостаз без дополнительных затрат кормов. Практики животноводы смогут с учетом статуса терморе-гуляторных механизмов регулировать продолжительность моциона в зимний период времени на свежем воздухе и планировать индивидуальную потребность в кормах животным разной стрессоустойчивости.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Роль стрессоустойчивости в функциональных процессах молочной железы в динамике лактационных периодов и сезонов отела у коров сибирского экогенеза.

2. Терморегуляция при низких температурах среды у крупного рогатого скота разных типов стрессоустойчивости (связь типов стрессоустойчивости с типами терморегуляции).

3. Связь стрессоустойчивости с морфофизиологическими механизмами, обуславливающими тип терморегуляции при низких температурах среды.

4. Физиологический статус животных разных типов стрессоустойчивости "физического" и "химического" типов терморегуляции при низких температурах.

Апробация работы:

Материалы диссертации были представлены и доложены на симпозиуме "Селекция сельскохозяйственных животных на устойчивость к болезням, повышение резистентности и продуктивного долголетия" (Сумы, 1992), на II и III Съездах физиологов Сибири и Дальнего Востока (Новосибирск, 1995, 1997), на 2-м европейском конгрессе по млекопитающим (2"nd European Congress of Mammalogy, Southampton, England, 1995), на международной конференции по ДНК-технологиям (Украина, Киев, 1997), на 18-м международном конгрессе по генетике (18"th International Congress of Genetics, Beijing, China, August 10-15, 1998), на международной конференции "Адаптация организма к природным и экосоциальным условиям среды" (International Conference "Adaptation of an organism to natural and ecosocial environments", Bishkek, Kirgizstan, 1998).

Публикации: По теме работы опубликовано 8 печатных работ.

Внедрение: Материалы исследований используются при чтении курса лекций по физиологии сельскохозяйственных животных в Аграрных университетах.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 122 стр. машинописного текста, содержит 32 таблицы, 9 рисунков. Список литературы включает 266 источников, в том числе 43 иностранных. Номер госрегистрации 01.9.70.000142

ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1Л.Физиологические основы стрессоустойчивости коров 1.1.1. Механизм стресс-реакции у животных

Термин "стресс" был введен в биологию в 1936 г. канадским исследователем Г. Селье (Г. Селье, 1960, 1972). Неспецифические изменения, возникающие в организме под влиянием стрессора, Селье назвал общим адаптационным синдромом. Общим - на основании реакции всего организма, адаптационным - в связи с тем, что реакция организма направлена на преодоление раздражителя и повышения общей сопротивляемости организма, синдромом - на основании координированного и взаимосвязанного симптомокомплекса стресс-реакции. Воздействие стрессирующего фактора вызывает в организме ответную реакцию со стороны практически всех систем организма и проявляется в трех стадиях: тревоги (стадия мобилизации), резистентности и истощения.

Наряду с этим в 1938 г. академик И.П. Павлов показал роль высшей нервной деятельности в "теории экспериментального невроза", где внешние раздражители вызывали функциональное напряжение высшей нервной деятельности, в процессе чего происходил срыв слабого нервного процесса и функциональная устойчивость сильного.

В соответствии со сложившимся в настоящее время представлением действие стрессора воспринимается прежде всего периферическими нервными рецепторами, затем импульсы по афферентным волокнам поступают в высшие отделы головного мозга, а оттуда по эфферентным волокнам симпатической нервной системы воздействуют на мозговое вещество надпочечников, стимулируя повышенное образование адреналина, который срочно включается в защиту организма от действующих факторов, за что получил название "гормона тревоги".

Адреналин с током крови быстро достигает различных органов и тканей, где регулирует обеспечение их питательными веществами и кислородом. В первую очередь вызывает сужение сосудов органов брюшной полости, кожи и слизистых оболочек, способствует значительному усилению и учащению сердечных сокращений, повышает артериальное давление. Адреналин вызывает изменения углеводного и жирового обмена, повышая в крови содержание легкосгораемых веществ, таких как глюкоза, молочная кислота, и тем самым регулирует энергетические затраты организма при стрессе. Адреналин и импульсы от многочисленных периферических рецепторов через ретикулярную формацию и кору головного мозга поступают в гипоталамус. В гипоталамусе активируется образование рилизинг-гормонов. Рилизинг-гормоны, ключевым из которых при стрессе является кортикотропин-релизинг-гормон (КРГ), стимулирующий по механизму обратной связи секрецию глюкокортикоидов, могут регулировать свой уровень, активируя или ингибируя секрецию КРГ гипоталамусом. В свою очередь, гипоталамус является основным регулятором функции коры надпочечников и стимулирует секрецию глюкокортикоидов. С помощью вегетативной иннервации гипоталамус контролирует деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной систем, желудочно-кишечного тракта, желез внутренней секреции. Глюкокортикоидные гормоны повышают артериальное давление, увелич