Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях




НазваниеРазработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях
страница1/10
Дата16.11.2012
Размер0.86 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10
На правах рукописи


ГРУДИНА Наталья Владимировна


Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях


03.03.01 – Физиология

06.02.05 – Ветеринарная санитария, экология, зоогигиена и ветеринарно-санитарная экспертиза


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук


Боровск – 2010


Диссертационная работа выполнена в лаборатории радиобиологии сельскохозяйственных животных ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии»



Научный консультант – доктор биологических наук, профессор,

академик РАСХН

Кальницкий Борис Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Решетов Вадим Борисович

доктор биологических наук,

профессор

Грушкин Александр Георгиевич

доктор биологических наук

Лавина Светлана Алексеевна


Ведущая организация: ФГОУ ВПО «Московская государственная академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина»

Защита диссертации состоится «______» _________ 2011 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 006.030.01 при Всероссийском научно-исследовательском институте физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных Россельхозакадемии.

Адрес института: 249013, Калужская область, г. Боровск, пос. Институт, ВНИИФБиП, тел.: (495) 9963415, факс – (48438) 42088.



С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Всероссийского научно-исследовательского института физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.


Автореферат разослан «_____»____________2011 года


Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат биологических наук В.П. Лазаренко



  1. Общая характеристика работы


Актуальность исследований. Интенсификация животноводства в условиях техногенного пресса заставляет ученых искать все новые пути повышения мясной и молочной продуктивности сельскохозяйственных жи-вотных. При этом одной из главных проблем является обеспечение животных протеином. Ежегодно в кормовом балансе животноводства дефицит протеи-на, в среднем, составляет 15-20%, что сдерживает рост продуктивности жи-вотных и обусловливает повышение затрат кормов. При этом проблема осложняется тем, что в процессе пищеварения существенная часть протеинов высокобелковых кормов теряется, превращаясь в сравнительно малоценные для питания животных вещества (аммиак, мочевина и др.). В связи с этим весьма актуальным является поиск путей и средств для максимального использования питательных веществ традиционных кормов с целью повыше-ния конверсии корма, что позволит более полно обеспечить организм живот-ных заменимыми и незаменимыми аминокислотами и, следовательно, биосинтез белка. Поэтому, повышение обеспеченности организма протеином приводит к активизации обменных процессов (повышению прироста мышеч-ной массы, увеличению надоев), а также укреплению иммунной системы животных, повышению сохранности молодняка, снижению себестоимости продукции.

На обеспеченность организма жвачных животных протеином и аминокислотами большое влияние оказывают сложные и своеобразные микробиологические процессы, происходящие в сложном желудке жвачных. Особую важность эти вопросы приобретают при нормировании кормления высокопродуктивных коров. Если низкопродуктивным животным достаточно того количества белка, который образуется за счет микробного синтеза в рубце и качественный состав протеина корма не играет существенной роли, то потребность высокопродуктивных животных удовлетворяется как за счет микробного белка, так и за счет высококачественных белков корма, избежавших распада в рубце. Синтез микробного белка в рубце у таких животных может обеспечить лишь 40-50% их потребности, а остальное количество протеина должно поступать с кормом. Для уменьшения распада протеина в преджелудках используются разнообразные методы «защиты» протеина, которые имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение.

Следует отметить, что при ведении скотоводства на экологически неблагополучных территориях (в частности, радиоактивно загрязненных), большое значение имеет не только количество произведенной животным продукции, но и ее качество, в том числе соответствие санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию в ней радионуклидов.

В связи со сказанным представляется весьма актуальной и перспективной задачей разработка кормовых добавок нового типа, создавае-мых на основе высокомолекулярных водорастворимых полимеров (ВВП). Благодаря свойствам этих полимеров добавки будут лишены ряда недостат-ков известных способов защиты белка и смогут выполнять две функции: эффективно защищать полноценные кормовые белки от распада в предже-лудках жвачных с целью более полноценного снабжения организма амино-кислотами и снижать поступление радиоактивного цезия в молоко и мясо.

Цель и задачи исследований. Целью исследований было – разработать теоретические основы и создать на основе высокомолекулярных водорастворимых полимеров образец нового типа кормовых добавок для крупного рогатого скота двойного назначения: для повышения продуктив-ности животных, содержащихся в разных экологических условиях, и для снижения поступления радиоактивного цезия в продукты животноводства.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

  • изыскать соединения ВВП, которые теоретически, за счет образования интерполимерных комплексов, способны повысить продуктивность животных вследствие повышения эффективности использования питательных веществ кормов и снизить поступление радионуклидов в продукты животноводства;

  • исследовать диффузионные и сорбционные свойства ВВП по отношению к молекулам белка и ионам тяжелых металлов;

  • изучить свойства ВВП in vitro и in vivo на оперированных животных с фистулой рубца;

  • разработать кормовую добавку нового типа на основе ВВП;

  • оценить на лабораторных животных безвредность полимерной добавки;

  • исследовать влияние полимерной добавки на здоровье, обмен веществ и продуктивность крупного рогатого скота;

  • в условиях производства провести апробацию влияния разработанной кормовой добавки на продуктивность крупного рогатого скота в разных экологических условиях;

  • определить в условиях производства способность новой добавки снижать уровень загрязнения продуктов животноводства (молоко, мясо) 137Cs.

Научная новизна работы. Впервые в мировой практике в качестве кормовой добавки для жвачных животных были использованы ВВП, вводимые в организм в весьма малых количествах. С применением качественных и количественных методов исследования изучены сорбционные и диффузионные свойства ВВП и доказана способность этих полимеров образовывать интерполимерные комплексы с белками и ионами металлов in vitro. Показано, что при использовании ВВП повышается обеспеченность животных протеином и аминокислотами за счет улучшения использования белка, содержащегося в самом корме, т.к. сами ВВП не являются питательными веществами. Их применение не привносит в корм дополнительное количество протеина, как это происходит при использова-нии традиционных кормовых добавок (белково-витамино-минеральных добавок, синтетических азотистых веществ и т.п.). Механизм защиты кормового белка от распада в рубце жвачных животных при применении полимеров отличается от известных способов защиты: молекулы ВВП образуют комплексы с белками кормов при помощи кулоновских взаимодействий. При этом не изменяются химические свойства белковых молекул, как это происходит, например, при обработке корма формалином или при нагревании до высоких температур и т. п.. В процессе «защиты» кормового белка с применением ВВП не образуется новых химических соединений.

Впервые для снижения поступления 137Cs в продукты животноводства использованы ВВП в качестве растворимого гомогенно распределяющегося сорбента. В этом случае взаимодействие между сорбентом и металлом (в данном случае - 137Cs) происходит не на границе раздела двух фаз сорбент-металл, как при использовании твердых сорбентов, а на уровне активных ионных групп молекул полимера и ионов металла.

На основе полученных результатов была разработана новая эффективная кормовая добавка на основе ВВП, получившая коммерческое название «Солунат», имеющая двойное назначение: повышать молочную и мясную продуктивность крупного рогатого скота и снижать поступление 137Cs в продукты животноводства. Основное действующее вещество Солуната – натриевая соль сополимера этиленкарбоновой кислоты и ее амида, является высокомолекулярным анионным водорастворимым полиме-ром, который имеет линейную структуру молекулы. Реакционноспособными группами макромолекулы ПЭККА являются амино- и карбоксильные группы, способные к образованию межмолекулярных связей с молекулами белков и ионов металлов и других заряженных ионов.

Научно-практическое значение работы. На базе полученных результатов была разработана эффективная кормовая добавка нового типа, действующим веществом которой является ВВП, получившая коммерческое название «Солунат». Эта добавка имеет двойное назначение: повышать молочную и мясную продуктивность жвачных животных и снижать поступление 137Cs в продукты животноводства.

Результаты исследований защищены: патентом на изобретение РФ

№ 2173057 Способ протектирования белкового корма для сельскохозяйс-твенных животных и протектор для его осуществления» от 10.09.2001; патентом Евросоюза № ЕР 1 198 993 В1«Verfahren zum Schutz von Eiweissfutter mit polyacrylamid» от 19.10.2001.

На кормовую добавку Солунат получено: Свидетельство о государ-ственной регистрации - учетная серия 21-2-3.5-0529, регистрационный № ПВР – 2-3.5/01549 от 24.04.2006г.; Сертификат соответствия № РОСС RU.ПР15.В13729.

Кормовая добавка Солунат внедрена в технологию кормления крупного рогатого скота: в колхозе им. Фрунзе Белгородской области; в ООО «Маяк» Прионежского района, Карелия; ООО «Мясо Калмыкии» Целинного района, Калмыкия; ООО «Агросоюз Удмуртии» Завьяловского района, Удмуртия.

Основные положения, выносимые на защиту:

- создано новое направление в животноводстве по использованию высокомолекулярных водорастворимых полимеров в качестве кормовой добавки для крупного рогатого скота;

- утверждается, что эффективность таких добавок основана на их сорбционных свойствах и способности образовывать интерполимерные комплексы с молекулами белка и ионами металлов;

- доказано, что высокомолекулярные водорастворимые полимеры с линейной структурой молекул повышают эффективность использования питательных веществ кормов;

- разработана кормовая добавка нового типа, с коммерческим названием Солунат, имеющая двойное назначение: она способна повышать мясную и молочную продуктивность крупного рогатого скота и снижать концентрацию радиоактивного цезия в продуктах животноводства.

Апробация работы. Материалы доложены: на региональном конкурсе научных проектов в области естественных наук, Калуга, 2000; Международной научно-практической конференции “Опыт преодоления последствий катастрофы на Чернобыльской атомной станции. Экология, безопасность и устойчивое развитие - XXI век”, г. Новозыбков, Брянская область, 20-21сентября 2002 г; Всероссийской научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем», Казань, 2002 г.; Всероссийском семинаре «Биотехнология-2003», Пущино, ноябрь, 2003; 2-ой Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе», Ставрополь, апрель, 2003 г.; 5-ом Международном симпозиуме «Актуальные проблемы дозиметрии», Минск (Республика Беларусь), 20-21 октября 2005 г.; Международной научно–практической конференции, посвященной 50- летию ВНИИВВиМ 13-14 ноября 2008 г. «Проблемы профилактики и борьбы с особо опасными, экзотическими и малоизучен-ными инфекционными болезнями животных». Покров, 2008; Международной научно-практической конференции «Проблемы увеличения производства продуктов животноводства и пути их решения» Дубровицы ВИЖ. 21-23 октября 2008г.; Всероссийской научно-практической конференции «Инновационные пути развития животноводства». КЧР, Черкесск, 2009 г.; 6-ой международный радиобиологический съезд, Москва, 25-28 окт. 2010.

Публикации результатов исследований. Основные положения работы опубликованы в 24 научных статьях, тезисах, в том числе в 8 статьях в изданиях, рекомендованных ВАК РФ; на основании полученных результатов защищены: 1 патент РФ и 1 Европатент.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 325 страницах текста компьютерного набора, состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований, обсуждения полученных результатов, заключения, выводов, предложений производству, приложений. Работа иллюстрирована 90 таблицами, 32 рисунками. Список литературы включает 307 источников, в том числе 105 иностранных.

2. Материал и методы исследований

Экспериментальная работа была выполнена за период 1999-2009 гг на лабораторных животных – белых мышах, белых взрослых крысах, эмбрионах и новорожденных крысятах, а также на коровах и молодняке крупного рогатого скота (КРС) черно–пестрой породы. Всего в работе использовано: около 300 голов коров, 130 бычков в возрасте 6-7 месяцев и 8-9 месяцев; 10 мышей; 56 крыс, 220 эмбрионов крыс, 214 новорожденных крысят.

В качестве высокомолекулярных водорастворимых полимеров были использованы полианионит – ПЭККА, а так же поликатиониты ВПК. Оба полимера не имеют запаха, не горючи, не взрывоопасны.

Полианионит ПЭККА - натриевая соль сополимера этиленкарбоновой кислоты и ее амида, является высокомолекулярным анионным водораство-римым полимером, который имеет линейную структуру молекулы. Реакцион-носпособными группами макромолекулы ПЭККА являются амино- и карбок-сильные группы, способные к образованию межмолекулярных связей с моле-кулами белков и ионов металлов и других заряженных ионов. Молекулярная масса полимера в экспериментах, в среднем, составляла 106 Да. В экспериментальной работе использовали водные растворы ПЭККА, которые являются бесцветными слабо опалесцирующими жидкостями, с вязкостью 20 ÷ 100 мм2/с, pH 5-8, устойчивы при хранении: температура хранения - от 0 до +25 0С.

Поликатионит ВПК-402 - высокомолекулярный катионный водораст-воримый полимер, имеющий линейно-циклическую структуру молекулы и химическую формулу – полидиметилдиаллиламмоний хлорид. Активной группой поликатионита ВПК-402 является четвертичная аммонийная группа. В водном растворе полимерная молекула поликатионита, за счет диссоциации четвертичной аммонийной группы на ионы, приобретает положительный заряд и способность связывать отрицательно заряженные ионы. В экспериментах использовали три марки водных растворов ВПК, с молекулярной массой от 3х105 до 106 Да. Внешний вид растворов ВПК–бесцветная до желтого цвета, однородная по консистенции жидкость без посторонних включений, содержит до 10 % хлористого натрия, кинемати-ческая вязкость не менее 2 мм2/с, рН от 5 до 8, устойчив к действию температур от - 40 0С до + 60 0С.

Лабораторные исследования проводили на базе ВНИИСХРАЭ. Определяли физико-химические свойства ВВП; гематологические, биохими-ческие, иммунологические показатели крови КРС. Величина рН растворов определялась с помощью иономера И-130, измерение оптической плотности растворов–на фотоколориметре КФК–2 при длине волны–540 нм. Концент-рацию бычьего сывороточного альбумина в водных растворах определяли с использованием биохимической системы FP – 901М (фирма Labsistems, Финляндия). Измерение концентрации меди, цинка, свинца и кадмия в водных растворах полимерных комплексов, а также содержание микро- и макроэлементов в молоке и сыворотке крови животных проводилось атомно-абсорбционным методом на спектрометре Varian SpectrAA 250 Plus Report; содержание 137Cs в образцах кормов и молока – на гамма-спектрометре марки «InSpector» модель–1250. Токсические, генотоксические, эмбриоток-сические, туморогенные свойства ВВП определяли на крысах в лаборатории токсикологии ВНИИВСГЭ в соответствии с «Методическими рекоменда-циями по оценке мутагенной активности препаратов, применяемых в живот-новодстве» (1988) и «Методами определения токсичности и опасности химических веществ» (1970), а также использовали методы Сперанского (1965), Шумской, Карамзиной (1966) и др..

Исследования по физиологии пищеварения были выполнены в условиях вивария ГНУ ВНИИФБиП на базе лаборатории пищеварения. Во всех физиологических экспериментах, в которых изучали влияние Солуната на переваримость основных питательных веществ в преджелудках и кишеч-нике жвачных животных, использовали оперированных коров, которые имели фистулу рубца и 12-перстной кишки (Алиев, 1985).

С целью изучения влияния ВВП и других химических веществ на про-цессы, протекающие в рубце, в опытах на быках была определена распадаемость кормов рациона. Распадаемость сырого протеина концентрированных белковых кормов рациона в рубце определяли методом, изложенным в «Методических рекомендациях» (Боровск, 1987). Для этого через фистулу в содержимое рубца помещали нейлоновые мешочки с образцами белковых кормов (шрот сои или жмых подсолнечника), обработанные разными химическими веществами: альдегидами (формальдегид, ацетальдегид, глутаральдегид); спиртами (этиловый, изопропиловый, бутиловый, изоамиловый); ВВП (полиизопропиленкар-боновая кислота, натриевая соль сополимера этиленкарбоновой кислоты и ее амида), а также клеящими веществами.

В образцах корма и остатках кормов после инкубации определяли ко-личество сухого вещества (СВ) и сырого протеина (СП) (Методы исследо-вания питания с.-х. животных, 1998). Растворимость сырого протеина кормов определяли in vitro по методу, описанному Турчинским с соавт.(1987).

Для изучения влияния Солуната на переваримость основных питательных веществ в сложном желудке и кишечнике жвачных животных были проведены 2 эксперимента на трех лактирующих коровах со среднесуточным удоем на период опыта около 20 кг, которые были на третьем месяце лактации. Животные получали рационы, общепринятые по структуре и сбалансированные по основным питательным веществам и энергии согласно действующим нормам кормления (Нормы и рационы кормления с.х. животных, 1985).

1 эксперимент был проведен методом периодов с использованием схемы латинского квадрата. Основной рацион контрольных животных и опытных, получавших Солунат, был одинаковым. В контрольный период животные получали основной сено-силосно-концентратный рацион, а в опытный период в состав комбикорма для животных опытной группы был включен Солунат, в дозе 500 мг/(гол*сут). В конце каждого периода, продолжительностью 21 день, проводился суточный опыт по сбору дуоденального химуса, в котором было определено количество поступившего микробного и кормового белка. В этом опыте пользовались индикаторной методикой. Определено поступление из сложного желудка сухого вещества (СВ), органического вещества (ОВ), микробного и кормового протеина, аммонийного азота, липидов, летучих жирных кислот (ЛЖК), крахмала, фракций клетчатки. Был также проведен балансовый опыт для определения переваримости основных питательных веществ в кишечнике коров на основе анализа химуса и кала.

2 эксперимент был проведен на тех же коровах при тех же условиях содержания и кормления, что и в эксперименте 1, с использованием метода in sacco. При этом была определена распадаемость протеина и фракций клетчатки кормов рациона, а также переваримость этих веществ в кишечнике. Во всех опытах проведен подробный химический анализ кормов рациона. Регистрировался фон рубцовой ферментации путем определения количества бактерий и инфузорий рубца, целлюлозолитической, амилоли-тической активности, концентрации основных конечных метаболитов (ацетат, пропионат, бутират, NH3).

Для оценки влияния Солуната на микробиологические и ферментатив-ные процессы, протекающие в рубце, в динамике, в конце каждого опытного периода (на 21-й день) отбирали пробы рубцового содержимого. Взятие проб проводили в 7.00 (до кормления), 11.00 (через 3 часа после кормления) и 13.00 ч (через 5 часов после кормления). В рубцовой жидкости определяли общую концентрацию ЛЖК методом паровой дистилляции на аппарате Маркгама с последующим определением соотношения кислот на газовом хроматографе (Хром-42); концентрацию аммиака - микродиффузионным методом в чашках Конвея; рН – на рН-метре; буферную емкость, целлюлозолитическую и амилолитическую активность, количество бактерий и инфузорий - по методам, изложенным в руководствах («Методы исследования пищеварения жвачных», 1987; «Изучение пищеварения у жвачных животных», 1987; «Изучение микрофлоры преджелудков у жвачных», 1977). В конце каждого опытного периода отбирали пробы дуоденального химуса в количестве 200 мл (через каждые 4 ч) для составления среднесуточной пробы. Определение объёма химуса, проходящего через начальную часть двенадцатиперстной кишки, проводили методом инертных индикаторов. В полученных пробах определяли концентрацию хрома на фотоэлектроколориметре согласно общепринятой методике. В средних пробах химуса определяли активность ферментов: трипсина, амилазы («Методы анализа пищеварительных ферментов», 1987; «Методы биохимического анализа», 1998); количество СП - по количеству азота, определяемого по Кьельдалю; аммонийный азот – микродиффузным методом в чашках Конвея; протеин микроорганизмов–по диаминопимелино-вой кислоте (ДАПК) и по пуриновым основаниям (Zinn, 1986). Расчет количества бактериального протеина проводили на основе полученного отношения азота ДАПК к азоту в СВ фракций бактерий, выделенных из рубцового содержимого методом дифференциального центрифугирования. Влияние полимерной добавки на эффективность микробного синтеза (г мик-робного азота/кг переваренного ОВ) и поступление микробного азота в 12-перстную кишку, оценивали по пуриновым основаниям, исходя из предположения, что в общем азоте микробов 15 % N приходится на азот пуриновых оснований (Zinn, 1986). Количество нераспавшегося кормового протеина, поступающего из преджелудков в кишечник, рассчитывали по разнице между количеством общего азота химуса и азотом микроорганизмов и эндогенных поступлений.

Научно-производственные опыты были проведены методом групп-аналогов на базе молочно-товарных ферм: АО «Кривское» Калужской области; ЗАО «Кузнецовский комбинат» Московской области; ООО «Хвалово» Ленинградской области; колхоза им. Фрунзе и «Оскольские просторы» Белгородской области; "Деменки" ГУ «Новозыбковская государственная сельскохозяйственная опытная станция ВНИИА», Новозыбковского района Брянской области; КСУП «Дубовый Лог», Добрушского района Гомельской области. В экспериментах использовали клинически здоровых животных. Животные контрольных и опытных групп содержались в одинаковых зооветеринарных условиях. Кормление осуществлялось по рационам, используемым в данном хозяйстве, которые соответствовали действующим нормам (Калашников и др., 2003) и были одинаковыми для контрольной и опытных групп. Схемы проведения опытов для удобства восприятия описаны в соответствующих разделах перед изложением фактического материала исследований. Влияние полимерной добавки на здоровье крупного рогатого скота оценивали с применением методов клинического, гематологического и иммунологического исследования, а также биохимического анализа. Клиническое обследование проводили общепринятыми методами. Количество эритроцитов и гемоглобина определяли фотоколориметрическим методом, общее количество лейкоцитов подсчитывали в камере Горяева, лейкоцитарную формулу определяли в мазках крови (окрашенных по Романовскому) общепринятым методом. Активность ферментов и содержание метаболитов в сыворотке крови, в том числе общего белка, определяли с помощью полуавтоматической биохимической системы FP-901М. Концентрацию витаминов А и Е определяли общепринятыми методами («Лабораторные методы в ветеринарии: биохимические и микологические», 1991). Для оценки иммунного статуса определяли бактерицидную и β-литическую активность крови (Бухарин, 1985; Саруханов, Грудина и др., 2005); содержание гамма-глобулинов и фагоцитарную активность нейтрофилов определяли общепринятыми методами, концентрацию циркулирующих иммунных комплексов – с применением полиэтиленгликоля 6000. Молочную продуктивность коров определяли контрольным измерением утреннего и вечернего удоев (индивидуально каждой коровы). Мясную продуктивность молодняка определяли путем индивидуального взвешивания. Для изучения качества молока определяли: плотность молока–ареометром, жирность–кислотным методом, белок–колориметрическим методом, механическую загрязненность–фильтрованием, бактериальную загрязненность–редуктаз-ной пробой, термоустойчивость–алкогольной пробой, кислотность–титрова-нием. Концентрацию 137cs в мышечной ткани крупного рогатого скота определяли путем прижизненной дозиметрии животных с использованием прибора СРП-68-01 с коллиматором.

3. Результаты исследований

3.1. Методические подходы по разработке добавок нового типа на основе ВВП

Теоретической основой возможности использования ВВП в качестве активного вещества нового типа кормовых добавок, является свойство этих полимеров образовывать комплексы с молекулами других соединений, имеющих заряд, например, с белками или ионами металлов за счет группировок - «векторов», которыми могут являться амино- , карбоксильные группы и др.. Такие комплексы отличаются высокой массовой долей белковых молекул и, соответственно, незначительной массовой долей полимера. Очевидно, используя свойство полимеров образовывать комплек-сы с белками при определенных условиях, можно связать в рубце часть кормового белка («защитить» его от распадаемости под действием микрофлоры рубца) и увеличить его усвоение организмом жвачных животных в нижележащих отделах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ). За счет этого возможно добиться увеличения продуктивности жвачных животных. В то же время, способность полимеров образовывать комплексы с ионами металлов будет препятствовать всасыванию 137cs в организм и обусловит снижение уровня радиоактивного загрязнения животноводческой продукции.

В настоящее время, по-видимому, единственным нашедшим практи-ческое применение способом, снижающим всасывание 137Cs из ЖКТ, является сорбция радиоцезия специфическими сорбентами на основе ферроцианидов, которые являются нерастворимыми гетерогенными сорбентами, вводимыми в корма сельскохозяйственных животных. Использование гетерогенных сорбентов для сорбции 137Cs в условиях ЖКТ сельскохозяйственных животных осложняется рядом существенных недостатков, присущих гетерогенным сорбентам, проистекающих из их агрегатного состояния: перенос ионов металлов к поверхности сорбента происходит, главным образом, путем молекулярной диффузии, скорость которой довольно мала. Расстояния, которые необходимо пройти ионам металлов для достижения мест адсорбции, относительно велики и соизмеримы по порядку величины с размерами зерен адсорбента (десятки микрометров). Поэтому значительная доля ионов металлов может успевать всасываться стенками ЖКТ раньше, чем произойдет их сорбция гетеро-генным сорбентом. Кроме того, эффективность процесса сорбции снижается из-за того, что существенная доля реакционно-способных по отношению к сорбируемым ионам центров находится в глубине зерна сорбента. Поэтому доступ к ним еще более затруднен.

В связи с этим ясно, что наиболее эффективными могут стать сорбенты гомогенно (на молекулярном уровне) распределяющиеся в воде и содержимом пищеварительного тракта. Создание таких сорбентов (растворимый сорбент) позволило бы снять диффузионные затруднения в процессе сорбции и тем самым повысить эффективность. Способность ВВП растворяться в воде, а так же образовывать комплексные соединения с ионами металлов, может быть использована для создания растворимых сорбентов в виде кормовых добавок, сорбирующих радиоактивные изотопы, в том числе радиоактивный цезий. Ввиду того, что крупные молекулы ВВП не способны проникать через клеточные барьеры во внутренние среды организма, комплексы высокомолекулярных полимеров с ионами металлов не будут проникать в кровь, но будут выводиться с экскрементами, таким образом будет снижаться содержание 137Cs как в организме животных, так и в продуктах животноводства – молоке и мясе.

3.1.1. Химические и биологические свойства ВВП

Химические и биологические свойства ВВП определяются их макромолекулярной природой. Главная особенность ВВП состоит в том, что в водных растворах их макромолекулы приобретают множественные электрические заряды, т.е. превращаются в полиионы, которые могут образовывать комплексы с молекулами белка, аминокислот, ионами металлов и другими соединениями, имеющими заряд, за счет солевых связей, возникающих вследствие кулоновского взаимодействия противоположно заряженных групп указанных выше соединений и растворенного в воде полимера. Образование таких комплексов не приводит к денатурации белка, так как между белковыми молекулами и полимером не образуется стойких необратимых химических соединений с разрушением нативной структуры белковых молекул, и комплексы существуют только за счет кулоновских взаимодействий. Очень важно отметить, что в растворе цепочка линейного полиэлектролита, нагруженная белковыми молекулами, не прилипает к ним всеми своими звеньями. В частице комплекса сохраняются достаточно длинные свободные участки линейной цепи в виде петель или свободных концов, которые обеспечивают потенциальную возможность дополнитель-ного многоточечного связывания с другими молекулами белка.

Важными свойствами интерполимерных комплексов являются, способность легко вступать в реакции макромолекулярного замещения в растворе (поиск оптимума), что характерно и для комплексов полиэлектролитов с глобулярными белками. Прямые экспериментальные доказательства существования макромолекулярного обмена в растворах комплексов глобулярных белков с синтетическими полиэлектролитами получены в системе бычий сывороточный альбумин и поли-N-этил-4-винилпиридиний бромида Изумрудовым с коллегами (1985). Другим не менее важным свойством интерполимерных комплексов является их способность к многоточечному кооперативному взаимодействию с другими химически комплементарными макромолекулами с образованиием устойчи-вых интерполимерных комплексов или к многоточечной кооперативной сорбции на химически комплементарных поверхностях. В экспериментах Дикова с соавт. (1979) было установлено, что ВВП могут положительно влиять на активность ферментов. Белковая глобула фермента при связывании с ВВП может приобрести новые свойства, подчас важные с практической стороны. Так, при включении SH-содержащих ферментов в комплексы с ВВП (поликатионами) достигается значительная стабилизация фермен-тативной активности.

3.1.2. Определение сорбционных свойств ВВП in vitro. Для разработки кормовых добавок на основе ВВП с целью применения их в животноводстве в лабораторных условиях были изучены сорбционные свойства ВВП: полианионита – ПЭККА по отношению к положительно заряженным ионам (ионам металлов), и свойства поликатионита - ВПК- 402 по отношению к отрицательно заряженным ионам Cl и [SO4 ] ─2.

Для изучения сорбционных свойств ПЭККА по отношению к ионам металлов были разработаны качественные и количественные методы. В опытах in vitro с использованием прибора для диализа (горизонтальными ячейками, с размерами пор разделительной мембраны 2,5-4,0 нм) по изучению сорбционных свойств ВВП было определено, что степень сорбции ионов меди, цинка, кадмия и свинца составляла 90 – 98 % при рН 5,0- 7,5. При понижении рН степень сорбции ионов металлов ПЭККА уменьшалась и при рН <3 большая часть комплексов распадалась на ионы. Таким образом, было показано, что процесс образования комплексов с ионами металлов зависит от кислотности среды. Тем же методом диализационного равновесия проводили оценку сорбционных свойств поликатионитов на примере ВПК. Была изучена конкуренция ионов Cl и [SO4]─2 за связывание с полимером. Установлено, что при рН растворов = 5,5 ионы хлора практически полностью обмениваются на ионы [SO4]─2, равновесие наступает через 6 суток в стационарном режиме, без перемешивания.

Таким образом, экспериментальные данные показали, что катионный полимер ВПК обладает хорошей сорбционной способностью по отношению к отрицательно заряженным ионам, в данном случае ионам [SO4] ─2

3.1.3. Исследование in vitro диффузионных свойств ВВП по отношению к мембранам клеток. Были сделаны теоретические расчеты радиуса инерции (RG) макромолекулярного клубка полимера ПЭККА на основании величины молекулярной массы полимера, которые показали, что RG указанного полимера составил ≈ 100 нм, что значительно больше размера канальцев мембран клеток. Если RG существенно превосходит размер каналов клеточных мембран, то макромолекула не сможет преодолеть клеточный барьер. Это было подтверждено в экспериментальных исследованиях по изучению диффузионных свойств ВВП с использованием горизонтальных и вертикальной ячеек, которые показали, что мембраны с размерами пор, соизмеримыми с размерами канальцев клеточных мембран, равные 2,5 – 4,0 нм (в горизонтальных ячейках прибора для диализа) и 40 – 50 нм (в вертикальной ячейке) не проницаемы для молекул ВВП. Полученные результаты свидетельствуют о том, что ВВП не смогут преодолеть мембраны клеток эпителия ЖКТ животных.

Результаты проведенных опытов позволяют сделать заключение о том, что исследованный полимер не будет всасываться в кровь и попадать во внутренние органы животных и, следовательно, в продукты животноводства. По-видимому, постепенно продвигаясь по пищеварительному тракту, ВВП не попадая во внутренние среды, могут полностью выводиться из организма животных.

3.1.4. Изучение механизмов взаимодействия ВВП и белков in vitro и в рубце жвачных животных. С целью изучения механизмов взаимодействия белков с ВВП (анионный полимер ПЭККА и катионный ВПК-402) были проведены опыты in vitro по изучению способности полимерных молекул образовывать комплексы с водорастворимым (модельным) белком – бычьим сывороточным альбумином (БСА).

Изучение динамики образования комплексов белка с полимерами ПЭККА и ВПК проводили путем использования метода титрования. Поскольку избыток белка значителен по сравнению с количеством полимера в ЖКТ жвачных животных, использовали 2 % раствор БСА и титровали его 0,1% раствором одного из указанных полимеров. Анализ результатов эксперимента показал, что образование комплексов полимера (ВПК) с БСА происходило в широком интервале избытка белка по отношению к данному полимеру: от 40 до 8000. По данным эксперимента было рассчитано, что 1 г ВПК способен присоединить 21 г белка БСА. В аналогичных опытах с ПЭККА определено, что белок-полимерные комплексы образуются уже при соотношении белка к ПЭККА 40:1 и при рН 7,3 – 7,4 эти комплексы растворимы.

Взаимодействие ПЭККА с белками в условиях, имитирующих ЖКТ. В связи с тем, что содержимое разных отделов желудочно-кишечного тракта имеет различные значения рН, представляло интерес выяснить влияние концентрации водородных ионов на степень связывания белков с полимерными молекулами. Для изучения взаимодействия белков (БСА) с полимерами (на примере ПЭККА) были проведены эксперименты, в которых были заданы параметры, близкие к условиям желудочно-кишечного тракта: кислотность и температура среды, соотношение белок-полимер, длительность взаимодействия полимера с белком. Опыты проводились при температуре 38 0С, при рН среды от 5,0 до 6,5 (кислотность среды, близкая к содержимому рубца) и при рН 1,5 (кислая среда сычуга); длительность взаимодействия равнялась 24 часам. С учетом обратимой сорбции полимера на частицах корма, а также высокой вязкости полимера, можно предположить наличие кумуляции ПЭККА, за счет чего присутствующая доза полимера в рубце коров может быть больше, чем ежедневно задаваемая коровам (500 мг) и может составлять не менее 1,0 г. Расчеты показали, что соотношение полимера и сырого протеина в рубце будет составлять, примерно, 0,38•10–3 . В экспериментах показано, что для образования интерполимерных комплексов ПЭККА с БСА оптимальная кислотность среды (рН) – 5,06,5 (в этом же диапазоне находится и рН рубца у КРС), а при рН = 1,5-комплексы не образуются. По данным, полученным в эксперименте, было рассчитано, что при рН 5,06,5 и при указанном выше соотношении белок/полимер, 1 г ПЭККА может присоединить 7090 г низкомолекулярного белка БСА.

Проведенные эксперименты свидетельствуют о том, что в условиях ЖКТ, где наблюдается избыток белка и недостаток полимера, только часть белка связывается с полимером. Остальной белок будет доступен для функциональной активности рубцовой микрофлоры. Поэтому, вводимые количества полимера не должны нарушать жизнедеятельность микрофлоры.

3.1.4.2. Изучение способности ВВП снижать распадаемость протеинов кормов. В настоящем разделе приводятся результаты собственных исследований влияния ВВП на степень распадаемости сухого вещества (СВ) и протеинов концентрированных белковых кормов в рубце КРС, а также даны результаты по влиянию ВВП на растворимость протеинов кормов в буферных растворах (in vitro). Эффективность ВВП определялась в сравнении с известными защищающими агентами – альдегидами, спиртами, а так же с клеящими веществами. Распадаемость СВ и протеинов кормов определяли методом инкубации в рубце быков нейлоновых мешочков с испытуемыми образцами концентрированных белковых кормов. Мешочки с образцами опускали через фистулу в нижнюю часть рубца.

В опытах показано, что величины степеней защиты СВ и протеина обработанных кормов, инкубированых в рубце, а также степень защиты (СЗ) протеина кормов в буферных растворах коррелирует между собой. Так, СЗ от распада протеина в рубце и его растворимости в буферных растворах для образцов подсолнечного жмыха, обработанных 1% растворами формальде-гида и глутаральдегида и 0,01 % раствором ПЭККА очень близки между собой (78,2 и 74,4 %; 67,1 и 61,5 %; 50,8 и 54,7 %, соответственно). Это свидетельствует в пользу предположения о том, что микробиальному распаду в рубце в значительной степени подвергаются молекулы протеина, перешедшие в раствор и, следовательно, «защитное» действие добавок связано с уменьшением растворимости протеина. Следует отметить также, что при близких значениях СЗ от распада протеинов в рубце, эффект достигается при использовании ПЭККА в концентрациях ≈ 100 раз меньших, чем концентрации альдегидов.

Однако, ввиду высокой токсичности альдегидов, практическое использование их для «защиты» протеинов кормов от разложения в рубце, очевидно, является проблематичным. Более приемлемой представляется защита протеинов в рубце жвачных с использованием ВВП, в частности, испытанного нами в эксперименте полимера ПЭККА. Безвредность для здоровья животных и человека, низкая стоимость, незначительные концентрации полимера, дающие положительный эффект, простота процесса внесения в корм дают основание считать водорастворимые полимеры перспективными для разработки на их основе принципиально новой экологически чистой высоко рентабельной технологии повышения продуктивности сельскохозяйственных животных.

3.1.4.3. Влияние «склеивающих» свойств ВВП на растворимость кормового белка in vitro. Проведенные эксперименты показали, что обработка кормов клеями, приводящая к «простому» склеиванию (агрегации) частичек корма, явно не дает заметного снижения распадаемости протеина в рубце. В патентной литературе в качестве одного из путей «защиты» (снижения перехода белков в раствор и их распада в рубце) описано покрытие частиц белоксодержащего корма пленками (на основе солей жирных кислот, полимеров и др.), нерастворимых в нейтральных и слабощелочных средах (в рубце), но растворимых в кислых средах (в сычуге) (Патент № 4.181.700, 1980; Патент № 2113121А, 1982). Однако, при этом положительный эффект достигается только при использовании пленкообразователя в количествах, соизмеримых или превышающих количество защищаемого корма, что на несколько порядков превосходит количество ПЭККА, необходимое для эффективной защиты белков корма от деградации в рубце (Грудина, 2006). Представляется весьма маловероятной возможность эффективной защиты кормовых белков вследствие образования на поверхности частиц корма пленок ПЭККА при столь малом количестве применяемого полимера.

Очевидно, наиболее вероятным механизмом уменьшения перехода протеинов кормов в раствор и эффективной защиты их от распада под действием микрофлоры рубца является связывание белков полимером с образованием водонерастворимых комплексов. При этом массовая доля белков в таких комплексах должна многократно превосходить массовую долю полимера (Зайцев и др., 1992; Тенфорд, 1965). Поскольку в ЖКТ всегда присутствует избыточное количество белка по отношению к полимеру, то образуемые интерполимерные комплексы, в частности в рубце, будут нераст-воримы, что не позволит протеинам кормов перейти в раствор и сделает недоступными для усвоения микрофлорой рубца.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconАдминистративный регламент по предоставлению Управлением ветеринарии Республики Бурятия государственной услуги по оформлению и выдаче разрешения на ввоз в Республику Бурятия и вывоз из Республики Бурятия животных, а также переадресации продуктов животноводства, кормов и кормовых добавок
На ввоз в Республику Бурятия и вывоз из Республики Бурятия животных, а также переадресации продуктов животноводства, кормов и кормовых...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconСидячих животных, относимых к типу погонофора, вряд ли смогут разглядеть под водой даже аквалангисты. Погонофоры, живущие на доступных легким водолазам
Между тем, погонофоры дважды на протяжении 20 века становились причиной биологических сенсаций – открытия нового типа живых существ...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconКонспект занятия исследования по химии на тему: «Влияние пищевых добавок на здоровье человека»
Муниципального образовательного учреждения средней общеобразовательной школы №2 р п. Беково
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconВопросы темы : Формирование нового типа сознания. Основные посылки к развитию философии Нового времени
Нового времени и особенностями их мировоззрения, охарактеризовать основные направления философии этого периода, проследить влияние...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconФормирование структуры сообщества донных макробеспозвоночных животных в различных экологических условиях (на примере рек Среднего Урала)

Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconВ состав структуры гу ао «Астраханская областная ветеринарная лаборатория» входит 12 отделов, в том числе 9 отделов специализированных
...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconМетодические указания по отбору проб пищевой продукции животного и растительного происхождения, кормов, кормовых добавок
Му разработаны Федеральным государственным учреждением: Центральная научно-методическая ветеринарная лаборатория; при взаимодействии...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconВлияние социальных и экологических факторов на здоровье сельского населения (на материалах Республики Бурятия)
Охватывает лишь некоторые стороны познаваемого объекта, приобретает специфический характер в зависимости от точки зрения, целей и...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconАнализ трансформации растительных сообществ территории спортивно-оздоровительного лагеря и окрестностей в условиях рекреации
Целью данной работы является разработка экологических троп, как одной из формы экологического образования на основе геоботанических...
Разработка нового типа кормовых добавок на основе полимеров и их влияние на здоровье и продуктивность жвачных животных, содержащихся в разных экологических условиях iconЛекция “ влияние среды на здоровье населения”
В целом, кризисный характер взаимоотношений городов с окружающей средой можно определить как несоответствие масштабов урбанизации...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница