Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние минеральной подкормки-сорбента из опал-кристобалитовых пород на биохимические показатели крови, продуктивность и воспроизводительную функцию коров

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Колчин, Григорий Андреевич, Екатеринбург

УРАЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННЫАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

На правах рукописи

КОЛЧИН Григорий Андреевич

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНОЙ ПОДКОРМКИ-СОРБЕНТА ИЗ ОПАЛ-КРИСТОБАЛИТОВЫХ ПОРОД НА БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КРОВИ, ПРОДУКТИВНОСТЬ И ВОСПРОИЗВОДИТЕЛЬНУЮ

ФУНКЦИЮ КОРОВ

03.00.13 - Физиология человека и животных

соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители:

доктор биологических наук,

профессор А.М.Емельянов

доктор сельскохозяйственных наук,

старший научный сотрудник Г.А.Халимуллин

Диссертация на

Екатеринбург - 1999

1. Введение.................................................................................4

2. Обзор литературы. Биологическая роль кремния в организме животных и использование кремнийсодержащих подкормок

2.1. Роль кремния в организме.........................................................9

2.2. Метаболизм соединений кремния..............................................15

2.3. Применение природных кремнийсодержащих соединений в животноводстве и ветеринарной медицине

2.3.1. Влияние цеолитов на обмен веществ и продуктивность сельскохозяйственных животных и птицы........................................19

2.3.2. Применение бентонитов в животноводстве и птицеводстве..........27

2.3.3. Опал-кристобалитовые породы и их применение для коррекции обмена веществ и повышения продуктивности животных..............................29

3. Собственные исследования

3.1. Материалы и методы исследований............................................33

3.2. Результаты исследований

3.2.1. Характеристика подкормки из опал-кристобалитовых пород Красногвардейского месторождения Свердловской области..................39

3.2.2. Влияние подкормки из опал-кристобалитовых пород на биохимические показатели крови сухостойных коров................................................44

3.2.3. Влияние минеральной подкормки из опал-кристобалитовых пород на содержание некоторых токсических веществ в организме коров..............49

3.2.4. Влияние минеральной подкормки из опал-кристобалитовых пород на воспроизводительную функцию коров...............................................57

3.2.5. Влияние минеральной подкормки из опал-кристобалитовых пород на молочную продуктивность коров.....................................................70

3.2.6. Расчет экономической эффективности применения минеральной подкормки

из опал-кристобалитовых пород..........................................................76

4. Обсуждение результатов исследований..............................................79

5. Выводы..................................................................................... 93

6. Предложения производству.............................................................94

7. Литература..................................................................................95

Приложение

1. ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Наукой давно доказано, а практика многих государств - США, Швеции, Израиля и других, подтвердила, что высокая молочная продуктивность коров - 6-10 тысяч кг за лактацию по стране в целом - обусловлена, прежде всего, сбалансированным питанием животных. При этом регламентируются не только основные элементы - энергия, протеин, сахар, кальций, фосфор, но и такие биологически активные компоненты как витамины и микроэлементы. Полноценность рационов контролируется и регулируется с помощью современной компьютерной техники и с учетом не табличного, а фактического наличия элементов питания в потребляемых кормах, а также индивидуальных особенностей каждого животного.

Особое значение учету потребности организма продуктивных животных в

ЧУ

микроэлементах наука и передовая практика придают по двум важнейшим причинам. Во-первых, многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлено, что из 70 микроэлементов, обнаруживаемых современными методами в тканях растений и животных в количествах, исчисляемых в миллиграммах и микрограммах на килограмм массы, многие являются жизненно необходимыми для нормального течения обмена веществ, функционирования органов и систем организма. О роли данных элементов в обменных реакциях опубликованы многочисленные монографии, сборники трудов отечественных и международных конференций, издаются специальные журналы. К настоящему времени сложилось достаточно целостное учение о микроэлементозах как о заболеваниях, синдромах и патологических состояниях, вызванных недостатком, избытком или дисбалансом микроэлементов в организме.

С другой стороны, наукой также установлено, что жизненно важные микроэлементы неравномерно распределены в окружающей среде. Создателем современного учения о биосфере, основоположником биогеохимии считается В.И.Вернадский, а В.В.Ковальский основал геохимическую экологию и биогео-

графию химических элементов, составил карту биогеохимических провинций на территории нашей страны. Однако в настоящее время в связи с развитием промышленности планетарные масштабы приняла проблема техногенного загрязнения внешней среды. По соседству со многими промышленными предприятиями образуются постоянно расширяющиеся техногенные биогеохимические провинции с повышенным содержанием различных микроэлементов.

Значительно пострадала природная среда в результате деятельности промышленных предприятий и на территории Свердловской области. Сложная экологическая обстановка в области определяется одним из самых высоких в России уровнем концентрации промышленных предприятий, превышающим в 4,5 раза средний по стране. Почвы области загрязнены тяжелыми металлами - свинцом, кадмием, цинком, медью, никелем, марганцем, мышьяком, а в отдельных районах - кобальтом, хромом, молибденом ( Н.М.Любашевский с соавт., 1990; Н.А.Иванов, 1997; А.М.Емельянов, 1996; И.М.Донник,1997; О.Г.Макеев с соавт., 1998).

Кроме того, техногенная пыль содержит фтор, серную кислоту, окиси углерода и азота, бенз/а/пирена, сернистый газ и сероводород, ароматические углеводороды. В биосистемах области только чрезвычайно токсичных веществ накоплено 4,8 млн. тонн. Около 450 тыс. кв. км территории Свердловской области загрязнены радионуклидами, вследствие аварии в 1957 году на НПО "Маяк". Масштабы техногенного загрязнения почвенного покрова области достигают 2/3 площади зоны активного земледелия.

Загрязнение окружающей среды нарушает природный баланс в кормовой цепи, что ведет к накоплению в организме животных многочисленных потенциально опасных химических веществ, развитию иммунодефицитных состояний и снижению устойчивости к заболеваниям. Кроме того, токсические вещества накапливаются в продукции животноводства и, в конечном итоге, оказывают отрицательное влияние на здоровье населения.

Приведенные данные показывают, что для повышения эффективности животноводства необходимо изучение фактической обеспеченности организма животных микроэлементами в каждом конкретном хозяйстве и введение недостающих ингредиентов в рационы. В связи с этим, изучение природных минеральных добавок с ценными ионообменными и сорбционными свойствами имеет несомненную актуальность. Во-первых, микроэлементы, извлеченные организмом из природных минеральных комплексов биогенного происхождения, оказывают более физиологичное действие на организм животных. Во-вторых, энтеросорбция является эффективным методом снижения патогенного влияния токсических веществ. Энтеросорбенты, связывая и выводя через желудочно-кишечный тракт токсины, оказывают положительное воздействие на организм животного в целом. Кроме того, сорбенты из природных неорганических кремнийсодержащих соединений являются наиболее дешевыми и доступными.

В 1980-1985 годах в нашей стране выполнялась Межведомственная программа по изучению состояния сырьевой базы нетрадиционных видов нерудного сырья (цеолитов; бентонитов; опал-кристобалитовых пород - опок, диатомитов, трепелов, глауконитов; сапропелей; торфовивианитов и других) и оценке перспективы их использования в сельском хозяйстве. Был проведен сравнительный анализ использования названных пород и с зарубежным опытом. Так, в США для нужд сельского хозяйства ежегодно используется 1,9 млн. тонн цеолитов, опал-кристобалитовых пород, вермикулита и других. В этот же период в СССР в агропромышленной отрасли использование подобных пород составило 110-120 тыс. тонн, или менее 7% от использования в США. Однако только разведанные запасы на территории СНГ составляют 3 млрд. тонн, не считая запасы кормовых известняков.

В работах ученых Мордовского государственного университета, Белорусского научно-исследовательского института животноводства, Витебского ветеринарного института, ряда институтов Закавказья, Сибирского отделения академии

наук, Уральской государственной сельскохозяйственной академии, УралНИИСХоза делается однозначный вывод об эффективности использования природных минеральных ресурсов в сельском хозяйстве. Многие из разработок ученых были внедрены и успешно использовались, например, цеолиты Шивуртуйского месторождения Читинской области ежегодно завозились в Свердловскую область в количестве 1000 тонн, затем из-за экономической нецелесообразности поставки практически прекратились.

На Урале не обнаружено перспективных месторождений цеолитов, но выявлены большие запасы опал-кристобалитовых пород. По разработкам головного института «ВНИИгеолнеруд» (г. Казань) и Уралгеолкома наиболее доступными по горно-геологическим условиям являются опал-кристобалитовые породы Ар-темовского района, в частности уникальное залегание имеют опоки Красногвар-дейско-Килачевского месторождения.

Перечисленное выше убедительно подтверждает необходимость решения поставленной проблемы на региональном уровне с использованием уникальных запасов опал-кристобалитовых пород Артемовского района.

Цели и задачи исследований. Данная работа является фрагментом комплексной темы: «Изучить межуточный обмен и продуктивность животных и птиц при включении в рацион минеральных добавок» № 01.9.60. 013293, разрабатываемой на кафедре физиологии и биохимии животных Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

Целью работы было изучение влияния введения минеральной подкормки -сорбента из опал-кристобалитовых пород Красногвардейского месторождения в рацион коров на биохимические показатели крови, продуктивность и воспроизводительную функцию коров.

Для реализации указанной цели были определены следующие задачи: - усовершенствовать технологию получения минеральной подкормки-сорбента из опок Красногвардейского месторождения;

- определить оптимальную дозу подкормки для крупного рогатого скота;

- определить влияние различных доз подкормки на биохимические показатели крови;

- изучить влияние введения минеральной подкормки в рацион сухостойных коров на их воспроизводительную функцию;

- исследовать влияние минеральной подкормки на молочную продуктивность коров.

Научная новизна работы. Изучены особенности изменений биохимических показателей крови коров при введении в их рацион опок, выявлено их влияние на продуктивность и качество молока. Дано научное обоснование к использованию в практике молочного скотоводства минеральной подкормки - сорбента из опал-кристобалитовых пород Красногвардейского месторождения с целью коррекции обмена веществ, повышения продуктивных и репродуктивных качеств коров. Новизна полученных данных подтверждена решением Российского агентства по патентам и торговым знакам о выдаче патента на изобретение «Минеральная кормовая добавка, способ ее приготовления и скармливания сельскохозяйственным животным» 34298104154/13 (004391), приоритет от 4.03.1998 года.

Практическая значимость. Определены и предложены производству рациональные схемы и дозы использования опок для нормализации минерального обмена и воспроизводительной функции коров. Значимость исследований подтверждается также результатами внедрения опал-кристобалитовых пород в практику кормления крупного рогатого скота в хозяйствах Свердловской области.

Теоретические разработки диссертации рекомендуется использовать в качестве информационного материала для специалистов животноводства при проведении семинаров, а также в учебной работе, при чтении лекций, написании специальной литературы. Они внедрены на ряде кафедр Уральской государственной сельскохозяйственной академии.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1. Роль кремния в организме животных

По содержанию в земной коре кремний превосходит все остальные элементы, кроме кислорода, вместе взятые. Около 27,6 % литосферы приходится на кремний, из кремнезема и силикатов состоит примерно 87% массы земной коры, сложенной из базальтовых, гранитных и осадочных пород (Дж. Фортескью, 1985; Дж.Эмсли, 1992; Р.Сох, 1989). Известно более 800 различных кремниевых минералов (У.Г.Дистанов, 1976).

Велико общее содержание кремния и в биосфере, что свидетельствует об активности протекающих с его участием процессов. Содержание кремния в организме высших животных по сравнению с простейшими организмами и растениями незначительно, в среднем оно составляет 0,001% в пересчете на живую массу, что позволяет отнести его к микроэлементам (H.J.M.Bowen, 1979).

Долгое время кремний и его соединения считались инертными, имеющими незначительную физиологическую активность. В широко известных в нашей стране пособиях по минеральному обмену у животных А.Хеннига (1976), Э.Визнера (1976), В.И.Георгиевского с соавторами (1979), Б.Д.Кальницкого (1986) этому элементу практически не уделяется внимания.

Научный интерес к действию кремния на организм объяснялся главным образом способностью этого элемента вызывать силикоз, и лишь в 1972 году одновременно и независимо друг от друга в разных лабораториях Калифорнийского университета K.Schwarz и E.Carlisle показали, что кремний является жизненно необходимым микроэлементом (А.П.Авцын, А.А.Жаворонков, М.А.Риш и др., 1991).

Большой вклад в получение экспериментального и теоретического материала о биологической роли кремния в организме птиц и млекопитающих внес отечественный ученый М.Г.Воронков (1971, 1978). Данной проблеме, в частно-

сти вопросу о роли соединений кремния в биогенезе, он посвятил интересные и, как подчеркивают А.П.Авцын с соавторами (1991), пока еще недостаточно оцененные труды.

Кремний содержится почти во всех тканях и органах млекопитающих. Значительные количества кремнезема обнаружены в шерсти, эпидермисе и легких животных. Например, зола шерсти овцы на 31,2% состоит из SiCb. Меньше кремния содержится в крови, однако, в крови травоядных животных концентрация его в 10-30 раз выше, чем в крови плотоядных. Содержится кремний в зубах, рогах, пантах, когтях животных. Богаты кремнием соединительные ткани (М.Г.Воронков, Г.И.Зелчан, Э.Я.Луковец, 1971).

О физиологической роли кремния в организме млекопитающих известно немного. Первые данные, свидетельствующие о жизненной необходимости кремния, были получены in vitro с помощью электронного микрозондирования кости, показавшего, что кремний специфически концентрируется в участках активного роста молодой костной ткани. На самых ранних этапах кальцификации содержание кремния и кальция в этих участках остеоидной ткани крайне невелико. Затем в процессе минерализации кости оно вначале возрастает, а затем по мере достижения кальцием концентраций, соответствующих зрелому костному апатиту, снова снижается до минимума. Отношение кальция к фосфору в участках, богатых кремнием, не достигает 1, тогда как в зрелой кости оно равно 1,67. Эти данные позволяют считать, что кремний наряду с фосфором принимает участие в формировании органической матрицы кости на начальных этапах ее кальцификации (E.Carlisle, 1972). Опыты автора in vivo продемонстрировали, что включение кремния в рацион ускоряет процесс минерализации кости у крыс и повышает ее зольность. У цыплят при дефиците кремния утончаются трубчатые кости конечности и компактное вещество диафизов, снижается их эластичность.

K.Schwarz, D.Milne (1972) установили, что при дефиците кремния уменьшается и деформируется череп. В дальнейших опытах было установлено, что в

процессе формирования кости кремний взаимодействует с магнием и фтором, и была выявлена зависимость действия кремния от гормонального баланса организма и состояния минерального обмена.

Деформация черепа наступает в результате уменьшения числа остеобластов и содержания коллагена в его костях. При недостатке кремния происходит полная утрата основным веществом кости трабекулярной структуры, ее замена узловатой костной тканью, в которой трабекулы появляются только после слияния узелков. Действие этого микроэлемента на процессы остеогенеза осуществляется независимо от витамина Б и направлено в первую очередь на синтез коллагена в основном веществе, на который витамин & не оказывает влияния.

При дефиците кремния этими авторами отмечены также патологические изменения хрящевой ткани, обусловленные нарушением синтеза гликозамингли-канов, основного вещества хряща и соединительнотканных волокон.

Приведенные данные свидетельствуют, что кремний в первую очередь необходим для фор