Введение к работе
Актуальность темы. Стратегия развития высоких технологий, принятая в РФ открывает перспективы развития сельскохозяйственного производства, разработки эффективных технологий охраны окружающей среды, создания экологически чистых производств, приборов, оборудования, компьютерной техники, пищевых продуктов, биологически активных веществ, пищевых добавок и многого другого.
Характерной чертой ХХI столетия является развитие нанотехнологий. Нанотехнологии базируются на использовании структуры веществ, обладающих полезными функциями и имеющими размеры от одного до ста нанометров. Уникальность наноматериалов связана с их высокой химической и биологической активностью, способностью проникать через биологические барьеры. Они способны изменять свойства биологических объектов, что открывает широкие области их применения и использования в медицине и сельском хозяйстве при разработке новых биотехнологических препаратов. Одно из перспективных направлений – это использование наноматериалов для получения нетрадиционных кормовых добавок (Л. В. Коваленко, 2006; Ю. Н. Иванычева, 2012).
К числу живых кормовых добавок, используемых для обогащения кормов, относится хлорелла. Хлорелла – микроскопическая одноклеточная ь из класса протококковых, в ее составе более 650-ти веществ, среди которых незаменимые аминокислоты, жиры, витамины, макро- и микроэлементы в легкоусваиваемом виде (М. Я. Сальникова, 1977). В своих исследованиях для культивирования и наращивания биомассы мы использовали наиболее перспективный планктонный штамм микроводоросли Chlorella vulgaris ИФР № С-111 (Н. И. Богданов, 1977), обладающий высокой продуктивностью и отвечающий требованиям промышленного культивирования.
Высокая потребность сельскохозяйственного производства РФ в кормовых добавках, обогащающих рационы, актуализирует поиск новых технологических решений для ускоренного наращивания биомассы хлореллы, повышения ее ценности и продуктивности. Основная роль в решении этой проблемы принадлежит фотосинтезу, интенсивность которого определяет урожайность культуры. Железо играет важную роль в биосинтезе хлорофилла. В фотосинтетические электрон-транспортные цепи хлореллы входят ферменты, содержащие железо: цитохромы, ферредоксин, железосерные центры. Железо в хлоропластах связано с хлорофилл-белковым комплексом. Хлорофилл образует с солями железа комплексные химические соединения различных типов и участвует в биосинтезе хлорофилла на этапах: конденсации сукцинил-КоА и глицина с образованием -аминолевулиновой кислоты (ДАЛ); в реакции окислительного декарбоксилирования копропорфириногена в протопорфирин; на этапе превращения протохлорофилла в хлорофилл. Активация транспорта железа в клетку способствует интенсификации синтеза железосодержащих ферментов стимулируя фотосинтетическую активность хлореллы (А. Б. Рубин, 1987). Это положение стало рабочей гипотезой нашей работы и обоснованием для использования в культуральной среде наночастиц железа.
Продукт культивирования – биомасса хлореллы использовалась нами в кормлении птицы в качестве ценной кормовой добавки богатой белками, витаминами, макро- и микроэлементами, а также другими биологически активными веществами (Н. К. Капустин, 1984; Н. И. Богданов, 2001). В современных условиях ведения промышленного птицеводства необходимо применение широкого ряда профилактических мероприятий, которые могли бы гарантировать снижение заболеваний птицы, а также улучшение зоотехнических показателей отрасли (А. И. Петенко и др., 2006). Кормовые рационы наиболее эффективны при дополнении их биотехнологическими и иными кормовыми добавками, биостимуляторами отечественного и иностранного производства (В. Е. Подольников, 1999; Н. П. Дудина, 2011).
Диссертационная работа входит в план НИР ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» на 2011-2015 гг. по теме «Разработка и научное обоснование способов получения и использования экологически безопасных функциональных кормовых и пищевых концентратов и добавок на основе ресурсосберегающих биотехнологий: высококалорийные концентраты и добавки; микробиологические добавки и биопрепараты» (№ госрегистрации 010201153631).
Цель исследования: Используя наночастицы железа разработать оптимизированную культуральную среду для ускоренного наращивания биомассы Chlorella vulgaris ИФР № С-111, исследовать влияние хлореллы, выращенной на модифицированной культуральной среде на продуктивность, обмен веществ и энергии, морфологические и биохимические показатели крови перепелов и цыплят-бройлеров.
Задачи исследования:
ввести в состав культуральной среды для выращивания хлореллы наночастицы железа;
оценить влияние наночастиц восстановленного железа и его оксида на скорость роста хлореллы;
исследовать фотосинтетическую активность хлореллы в среде с наночастицами железа разной концентрации по замедленной флуоресценции хлорофилла;
оценить переваримость хлореллы в желудочно-кишечном тракте птицы;
изучить влияния суспензии хлореллы на рост и развитие перепелов, цыплят-бройлеров и выход готовой продукции;
охарактеризовать морфологические и биохимические показатели крови и печени перепелов и цыплят-бройлеров, потреблявших хлореллу;
рассчитать экономическую эффективность применения хлореллы в рационах сельскохозяйственной птицы.
Научная новизна. Использованы возможности современной нанотехнологии в приготовлении высокоценных кормовых добавок для птицеводства с использованием наночастиц железа.
Установлено, что введение в культуральную среду для выращивания хлореллы наночастиц восстановленного железа увеличивает скорость ее роста в 2,5 раза за счет активизации фотосинтетических процессов.
Комплексными исследованиями показано, что хлорелла штамма ИФР № С-111, выращенная в присутствии наночастиц железа, активизирует физиологические и биохимические процессы в организме птицы.
Установлена высокая эффективность использования в рационах перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в концентрации (1–3) 10 6 клеток/мл при постоянном выпаивании.
Практическая значимость работы. Добавление наночастиц восстановленного железа в культуральную среду активирует фотосинтетическую активность хлореллы и ускоряет наращивание биомассы микроводоросли, существенно удешевляя технологический продукт.
Использование суспензии хлореллы штамма ИФР № С-111, выращенного в присутствии наночастиц восстановленного железа, в хозяйствах по разведению птицы в бройлерном производстве и перепеловодстве обеспечивает: повышения ее продуктивности, сохранности и увеличивает выхода готовой продукции.
Основные положения, выносимые на защиту:
интенсификация фотосинтетических процессов при культивировании хлореллы штамма ИФР № С-111 в среде, модифицированной наночастицами восстановленного железа, приводит к значительному повышению скорости размножения культуры;
введение наночастиц восстановленного железа оптимизирует культуральную среду хлореллы штамма ИФР №С-111, ускоряя фотосинтетические процессы в 2,5 раза;
использование суспензии хлореллы в рационах перепелов и цыплят-бройлеров увеличивает живую массы птицы, сохранность поголовья и снижает потребление корма;
положительное влияние на организм птицы биотехнологической кормовой добавки суспензии хлореллы, выращенной на культуральной среде, модифицированной восстановленным наножелезом, подтверждается морфо-биохимическими показателями крови и ее сыворотки, а также биохимическими и гистологическими исследованиями печени;
увеличение рентабельности производства обеспечивается включением в рацион перепелов и цыплят-бройлеров суспензии хлореллы в качестве кормовой добавки.
Апробация работы. Материалы работы докладывались и обсуждались на Второй Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2008); 36-й научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа, посвященной 40-летнему юбилею Кубанского ГУФКСТ (Краснодар, 2009); Третьей Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания: ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной ветеринарии» (Краснодар, 2011); International Conference «Physiology and Biotechnology of Microalgae» (Moscow, 2012).
Публикации. По материалам проведенных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 в ведущих рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований, заключения, выводов, предложений производству, списка литературы и приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, включает 3 приложения, 42 таблицы и 17 рисунков. Библиографический список состоит из 181 источника, в том числе 12 иностранных авторов.
