Биологическая доступность и метаболизм минеральных веществ у молодняка свиней Кузнецов, Сергей Григорьевич

Введение к работе

Актуальность темы. В решениях XXVII съезда КПСС предусмотрено довести в 1990 году производство мяса до 21 млн. тонн (в убойной массе). На долю свинины в нашей стране приходится почти 40%.

Устойчивое увеличение производства свинины возможно на базе организации полноценного кормления животных. Среди факторов питания важное значение имеют минеральные вещества, недостаток или избыток которых в рационах наносит значительный ущерб свиноводству, сдерживает рост поголовья, снижает продуктивность, плодовитость, вызывает заболевания и падеж, ухудшает качество продукции. Макро- и микроэлементы должны поступать в организм в оптимальных количествах и соотношениях, в строгом соответствии с потребностью продуктивных животных.

Определение общего содержания минеральных веществ еще не дает представлення о значимости кормов и добавок как источников макро- и микроэлементов, так как только определенная часть их может всасываться и превращаться в организме в метаболически активную форму. В связи с этим введено понятие биологической доступности, т. е. эффективности усвоения и использования минеральных веществ у животных из различных источников или при разном физиологическом состоянии организма. Балансирование рационов с учетом биодоступности позволит более полно удовлетворять потребность организма в макро- и микроэлементах, рациональнее использовать корма и добавки, объективнее оценить новые кормовые средства и способы подготовки кормов к скармливанию. Однако биологическая доступность минеральных веществ для свиней в условиях нашей страны по существу не изучена.

Кроме того, представляет большой теоретический и практический интерес изучение закономерностей всасывания, транспорта и метаболизма минеральных веществ у свиней в связи с возрастом и условиями питания. Эти данные являются основой для разработки оптимальных норм потребности животных в макро- и микроэлементах, установления биохимических критериев обеспеченности ими организма, более эф-

фективного и направленного влияния на продуктивность и качество животноводческой продукции.

Цель и задачи исследований. Цель работы — изучить закономерности метаболизма основных минеральных веществ, установить биологическую доступность их из кормов, добавок, химических соединений и определить факториальным методом потребность молодняка свиней в макро- и микроэлементах.

В связи с этим ставились следующие конкретные задачи:

I. Установить основные закономерности всасывания, распределения и метаболизма минеральных веществ на уровне целого организма, отдельных тканей и субклеточных структур при недостаточном, оптимальном и избыточном обеспечении животных макро- и микроэлементами;

,2. Изучить динамику биохимических показателей организма молодняка свиней (минеральных веществ, метаялоэнзи-мрв, гликозаминогликанов, циклических нуклеотидов, а также механических параметров отдельных костей) в постпаталь-ном онтогенезе;

1. Уточнить биохимические критерии обеспеченности свиней минеральными веществами и разработать способ диагностики субклинической формы их недостаточности;

2. Разработать способ определения биологической доступности минеральных веществ для молодняка свиней из кормов и химических соединений;

3. Определить биологическую доступность кальция, фосфора, железа, меди, цинка, марганца, кобальта из химических соединений, природных источников, отходов промышленности, отдельных кормов и добавок;

4. Определить факторнальным методом потребность молодняка свиней в основных макро- и микроэлементах.

Научная новизна исследований. Разработаны способы определения биологической доступности минеральных веществ для молодняка свиней и диагностики субклнничсскои формы недостаточности микроэлементов. Модифицированы методы определения серы, фосфорных соединений, активности церуло-плазмина.

Определены эндогенные потери макро- и микроэлементов и истинное усвоение их из отдельных кормов и рационов у молодняка свиней разного возраста. Изучена кинетика обмена кальция н фосфора в организме поросят при различной обеспеченности их этими элементами. Установлено взаимодействие минеральных веществ на уровне целого организма, отдельных тканей и субклеточных структур печени.

Изучена динамика активности металлоэнзимов, содержания минеральных веществ, гликозамнногликанов, ц-АМФ, ц-ГМФ в органах, тканях, биологических жидкостях и механических параметров различных костей у поросят в постна-тальиом онтогенезе и при различных условиях минерального питания (недостаток, норма, избыток). Установлена ннтен-.сивность сульфатирования гликозамнногликанов в соединительной ткани организма поросят при недостаточности меди и марганца.

Определена биологическая доступность кальция, фосфора, железа, меди, цинка, марганца, кобальта из кормов, добавок и химических соединений отечественного производства. Установлены физиологические и пищевые факторы, влияющие на величину биодоступности минеральных веществ. Предложены способы повышения биологической доступности фосфора из кормов для поросят раннего отъема и новые кормовые добавки.

Факториальным методом определена потребность молодняка свиней с живой массой от 10 до 40 кг в кальции, фосфоре, магнии, сере, железе, меди, цинке, марганце.

Новизна исследований подтверждена б авторскими свиде
тельствами на изобретения (№ 1095909, 1161066, 1232205,
1375230, 1412703, ).

Практическое значение и реализация результатов работы. Разработаны практические предложения по оптимизации минерального питания молодняка свиней, в т. ч. поросят раннего отъема, на основе установленных норм, биологической доступности и физико-химических свойств кормов и добавок. Составлены справочные таблицы по общему содержанию и усвояемой фракции минеральных веществ в кормах для свиней. Предложены различные минеральные добавки с учетом их стоимости, технологических свойств и биодоступности.

Разработаны биохимические критерии обеспеченности молодняка свиней минеральными веществами, способы диагностики субклинической формы недостаточности микроэлементов к мероприятия по предупреждению железодефпцнтной анемии поросят-сосунов.

Внедрение предложенных разработок в животноводство страны позволяет ежегодно получать экономический эффект в сумме 720 тыс. руб.

Материалы исследований использованы при составлении следующих рекомендаций, методических указаний, справочных пособий, ГОСТов и других изданий: 1. Рекомендации по минеральному питанию сельскохозяйственных животных. — М., 1985. 2. Минеральные подкормки для животных (прпмени-

тельно к условиям хозяйств Калужской области). — Боровск,
1983. 3. Минеральные подкормки для животных (примени
тельно к условиям хозяйств Костромской области). — Костро
ма, 1987. 4. Рекомендации по кормлению молодняка свиней в
колхозах и совхозах Калужской области. — Калуга, 1988.
5. Изучение минерального обмена у с.-х. животных (методи
ческие указания). — Боровск, 1983. 6. Методические указания
по изучению минерального обмена у с.-х. животных. — Бо
ровск, 1988. 7. Клиническая лабораторная диагностика в вете
ринарии. Справочное издание. — М.: Агропромиздат, 1985.
8. Информационные листки Калужского ЦНТИ Л1> 333—S2,
293—83, 300—83, 189—86, 255—86, 257—86, 261—87. 9. Желе
зо серно-кислое техническое. — ГОСТ 6981—75. 10. Марга-
нецсодержащая добавка для премиксов. — ТУ 6-18-64—88.
Основные положения, выносимые на защиту: '

способ определения биологической доступности минеральных веществ для молодняка свиней из кормов и добавок;

результаты изучения биологической доступности минеральных веществ из 26 кормов и 115 химических соединений, природных источников и отходов промышленности;

способы профилактики жслезодефицнтной анемии поросят-сосунов;

данные по возрастной динамике гематологических параметров, активности металлоэнзимов, содержанию минеральных веществ, гликозаминогликанов, циклических нуклеотидов, прочности костной ткани у молодняка свиней, а также результаты изучения этих показателей при недостатке и избытке в рационах кальция, фосфора, железа, меди, цинка, марганца;

эндогенные потери минеральных веществ с калом и мочой и истинное усвоение макро- и микроэлементов из кормов и рационов у поросят разного возраста;

кинетика обмена кальция и фосфора у молодняка свиней;

распределение минеральных веществ в субклеточных фракциях печени поросят в связи с возрастом и условиями питания;

биохимические критерии обеспеченности организма молодняка свиней минеральными веществами;

способы диагностики субклннической формы недостаточности микроэлементов;

потребность молодняка свиней с живой массой от J,0 до 40 кг в усвояемом и общем количестве кальция, фосфора,, магния, серы, железа, меди, цинка, марганца.

Апробация работы. Основные положения диссертацив^до-ложены на: 4

Всесоюзном симпозиуме «Физиология и биохимия питания молодняка с.-х. животных в раннем постнаталыюм онтогенезе и при раннем отъеме» (Боровск, 1982);

Московском отделении Всесоюзного биохимического общества (Москва, 1983);

Всесоюзной научной конференции «Физиология и биохимия с.-х. животных — решению Продовольственной программы СССР» (Боровск, 1985);

X Всесоюзной конференции «Микроэлементы в биологии и их применение в медицине и сельском хозяйстве» (Чебоксары, 1986);

Всесоюзном симпозиуме «Биохимия с.-х. животных II Продовольственная программа» (Ташкент, 1986);

Всесоюзном совещании «Физиология — развитию свиноводства» (Полтава, 1987);

Третьей Всесоюзной конференции «Актуальные вопросы обмена веществ» (Вильнюс, 1987);

Всесоюзном научно-техническом совещании «Техника и технология переработки сырья и отходов АПК на комбикорма и лечебно-профилактические добавки» (Запорожье, 1988);

сессиях ученого совета ВНИИФБиП с.-х. животных (Боровск, 1980—1988);

Всесоюзном симпозиуме ««Биохимия с.-х. животных и Продовольственная программа» (Киев, 1989);

заседании ученого совета ВНИИФБиП с.-х. животных (Боровск, 1989);

Публикация результатов исследований. Выполненные работы по теме диссертации изложены в 75 научных статьях, опубликованных в центральных журналах, трудах и сборниках совещаний, симпозиумов, конференций.

. Объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, 4 глав собственных исследований и их обсуждения, заключения, выводов, предложений производству н изложена на 370 страницах машинописного текста. Таблиц 154, рисунков 32, приложений 36. Список литературы включает 681 источник, в том числе 441 на иностранных языках.

; 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для решения поставленных задач в период с 19.79,,по 1989 гг. было проведено 26 опытов в условиях впваршг ннсти-ту'т'а (на 780 головах) и опыт в племсовхозе «Гибридный» Куйбышевской области (1285 голов). В виварии института

;>

опыты проводили на поросятах крупной белой породы или помесных животных (крупная белаяXландрас). Поросят отнимали от свиноматок в возрасте 26—30 суток и далее размещали в клетки, металлические части которых были покрыты впнЕшпластом. Поросята, получавшие рационы без добавок изучаемого элемента, потребляли дистиллированную воду с содержанием в 1 л 0,14 г хлористого натрия. Технология кормления была следующей: сразу после отъема поросята получали по 150 г корма в сутки, затем в течение первого месяца норму повышали на 50—70 г через каждые 3—4 суток, а в дальнейшем — на 100—150 г через 5—7 суток.

В опытах на виварии в основном использовали полусинтетические рационы (ПСР) и в отдельных экспериментах — стандартные рационы для промышленных комплексов или специальные рационы нз традиционных и новых кормовых средств. В ПСР в качестве источника белка использовали ка-зеииат натрия (пищевой), казеин по Гаммерстену или казеи-нат натрия, очищенный от металлов при помощи ЭДТА. В качестве источника клетчатки применяли целлюлозу (порошок из обеззоленных фильтров), травяную муку и ячменную лузгу. Источниками углеводов служили кукурузный крахмал, сахарный песок (пищевой), сахароза и глюкоза. Из жиров и масел использовали подсолнечное масло и свиной жир. Минеральные и витаминные добавки были реактивной чистоты.

Для изучения биологической доступности (БД) минеральных веществ применяли метод деплеции (истощения запасов элемента в организме и вызывания недостаточности средней тяжести) с последующей реплецпей (восполнением запасов и устранением клинических и биохимических признаков недостаточности) и метод профилактики недостаточности. Однако оба этих метода, особенно первый, отличаются длительностью и трудоемкостью, в связи с чем нами разработан и широко апробирован быстрый способ определения БД минеральных веществ из химических соединений и кормов (авторское свидетельство № 1095909).

Эндогенные потери минеральных веществ с калом определяли с помощью радиоизотопов (⁴⁵Са, ³²Р) или содержали поросят на высокоочшценных ПСР, в которых уровень изучаемого элемента был близок к нулю, а также на животных, голодающих в течение 4 суток. С изотопами Са и Р было проведено 3 опыта на 18 поросятах. Радионуклиды вводили внутривенно однократно в дозах: ⁴⁵Са — 0,28—0,38 и ³²Р — 0,25-4),53 МБк/кг живой массы. Далее проводили балансы в течение 6—7 суток. Параллельно этому проводили балансы 6

еще на поросятах, которым изотопы не вводили. В образцах плазмы крови, кала и мочи определяли стабильный и радиоактивный Са и Р. Радиоактивность измеряли на жидкостном сцинтилляционном счетчике «1215 Rackbeia». Эффект тушения устанавливали методом отношения каналов, предварительно подготовив по 10 проб для ⁴⁵Са и ³²Р с различной степенью тушения (Л. А. Остерман, 1983).

На этих же животных изучали кинетику обмена Са и Р. С этой целью у них брали кровь через 5 мин, 2, 5, 9, 12, 24, 30, 46, 70, 96, 118, 144 и 168 ч после введения радионуклиде*. В конце опыта поросята были убиты. В образцах плазмы крови, костной ткани и внутренних органов определяли стабильный и радиоактивный Са и Р. На основе полученных данных рассчитывали интенсивность всасывания, эндогенную секрецию, количество и размер фондов, обменный пул, необратимые потери элементов из крови, потоки их из тканей и в ткани и другие параметры метаболизма по описанным в литературе формулам (С. Г. Кузнецов, Б. Д. Калышцкнй, 1983; Е. Wei-gand, М. Kirchgessner, 1980).

Потребность молодняка свиней в минеральных веществах определяли факториальным методом (В. И. Георгиевский и др., 1979). В условиях in vitro изучали всасывание микроэлементов методом вывернутых мешочков (В. К. Бауман ~л др., 1975). В 8 опытах определяли содержание глнкозамниоглика-нов в организме поросят (по уровню уроновых кислот и гексо-заминов). Осаждение гликозаминоглпканов из образцов соединительной ткани вели по методу L. Philip, P. A. Kurup' (1977). Интенсивность их сульфатировання изучали с помощью радиоактивной серы. Животным (12 голов) вводили внутривенно однократно Na2³⁵S0₄ на физрастворе в дозе 0,53 МБк/кг живой массы. Через 24 ч поросят убивали. В выделенных глнкозаминогликанах определяли содержание уроновых кислот, стабильной и радиоактивной серы.

Оценку обеспеченности животных минеральными веществами проводили также с помощью функциональных нагрузок. Поросятам вводили соли кальция, железа, меди, цинка или марганца внутривенно или внутрибрюшишю в количестве суточной потребности. Константу скорости выведения избытка элемента из крови рассчитывали по формуле А. А. Пташкина и др. (1975), а полноту восстановления исходного уровня элемента в крови — по формуле А. К. Мерзон и др. (1988). Механические характеристики костной ткани определяли на разрывной машине Р-0,5. Субклеточные структуры печени выделяли методом дифференциального цетрифугирования з.

0,25 М сахарозе (С. Г. Кузнецов, 1974). Объем крови изучали с помощью краски синей Эванса (В. И. Георгиевский, 1976). В крови определяли гемоглобин, эритроциты, гематокрит и на основе этих показателей рассчитывали другие параметры красной крови (Е. Boehncke, J. Gropp, 1979).

Из плазмы крови поросят был выделен церулоплазмин по И. X. Мехтиеву и др. (1974), что позволило нам построить калибровочный график зависимости активности фермента от его концентрации и определять количество этого металлоэнзима. Активность церулоплазмина (КФ 1.10.3.2) изучали по Шнми-цу в нашей модификации (С. Г. Кузнецов, 1975). Параметры кислотно-щелочного равновесия крови измеряли на биологическом микроанализаторе ОР-210/1. Буферную емкость кормов и добавок изучали методом потенциометрического титрования (G. Furcht et al., 1985). Растворимость минеральных элементов кормов и соединений в воде и соляной кислоте определяли по L. Т. Watson et al., (1971), а размер частиц — с помощью набора сит производства ГДР.

Синтез хелатных соединений железа с метионином и казеином, меди — с метиошшом, казеином и протеолизатом казеина, цинка — с метионином, триптофаном и фитиновой кислотой, марганца — с метионином и глицином осуществляли в нашей лаборатории. Наличие хелатной связи подтверждено в институте биофизики АН СССР (г. Пущино). Содержание д-АМФ и ц-ГМФ, кальцитонина и паратгормона определяли радиоиммунологпчески, а белка — по Лоури (К. С. Чешев и др., 1967).

Изучали общую железосвязывающую способность плазмы и насыщенность трансферрина железом (Б. Д. Калышцкий к др., 1988), насыщенность плазменных белков цинком (R. L. Kincaid, J. D. Cronrath, 1979), фитиновую кислоту и фитатный фосфор в кормах (N. Т. Davies, Н. Reid, 1979), неорганический Са, Р л Mg в плазме крови без осаждения белков (J. Chandrajan, L. Klein, 1976). Содержание кальция, магния it микроэлементов определяли на атомном абсорбционном¹ спектрофотометре AAS—IN, а натрия и калия — на пламенном фотометре. Фосфор определяли как с молибдатом, так и метаванадатом аммония, серу — турбидиметрнчески с твином-80 (С. Г. Кузнецов, 1980).

В образцах различных тканей определяли активность следующих ферментов: цитохромоксидазы (КФ 1.9.3.1), сукци-натдегидрогеназы (КФ 1.3.99.1), щелочной (КФ 3.1.3.1) и кислой (КФ 3.1.3.2) фосфатаз, изоцитратдегидрогеназы (КФ 1.1.1.41), а-кетоглутаратдегидрогеназы (КФ 1.2.4.2), ма-латдегидрогеназы (КФ 1.1.1.37), пируватдегидрогеназы 8

'(КФ 1.2.4.Г), каталазы (КФ 1.11.1.6), аргиназы (КФ 3.5.3.1), общей АТФазы (КФ 3.6.1.4) и Са²+-АТФазы (КФ 3.6.1.3). Указанные выше методические подходы и биохимические методы подробно описаны нами в методических указаниях по изучению минерального обмена у с.-х. животных (С. Г. Кузнецов, Б. Д. Калышцкнй, 1983; Б. Д. Калыпщкий, С. Г. Кузнецов, А. П. Батаева и др., 1988).