Введение к работе
Актуальность исследований. Проблема биосинтеза белка, имеющая теоретическое и практическое значение, в течение многих десятилетий остается актуальной и составляет основу большинства направлений исследований в области биологии животных. Несмотря на определенные успехи, крайне недостаточно изучены закономерности синтеза и обновления белков тела, механизмы, регулирующие эти процессы в организме молодняка крупного рогатого скота и свиней. Знание механизмов обмена и путей синтеза белков открывает перспективу регуляции этого процесса в рамках биологических возможностей организма. Актуальность научных поисков в этом направлении связана с возможностью разработки новых способов регулирования метаболизма белков и липидов с целью повышения биоконверсии протеина корма в продукцию, а также для прогнозирования продуктивных реакций и выявления животных с высоким потенциалом мясной продуктивности.
Исследования последних лет (Saggau E. et al., 2000; Rossi J.E. et al., 2001; Lobley G.E., 2003; Кальницкий Б.Д., Калашников В.В., 2006; Rivera-Ferre M.G. et al., 2006) показали, что решение вопросов, связанных с формированием и реализацией продуктивного потенциала молодняка крупного рогатого скота и свиней невозможно без четкого понимания закономерностей синтеза и обновления белков тела, без идентификации механизмов, контролирующих эти процессы. В связи с этим, выяснение условий, способствующих интенсивному синтезу белков в тканях, а также торможению в них процессов распада белков и липогенеза является важной задачей в разработке методов эффективного использования корма и продуктивности животного.
До последнего времени не было уделено достаточного внимания изучению интенсивности и направленности метаболических процессов, определяющих скорость наращивания мышечной и жировой ткани у бычков и свиней разного потенциала продуктивности, с целью идентификации факторов и механизмов, стимулирующих рост животных и определяющих качество мяса. Поэтому результативность разрабатываемых способов управления процессами формирования мясной продуктивности была бы значительно выше, если бы наука располагала достаточной информацией о закономерностях формирования мышечной и жировой тканей и механизмах, регулирующих метаболические процессы в них.
Регулирование процессов метаболизма белков и липидов в скелетных мышцах является одним из реальных путей оптимизации производства высококачественного мяса. Установлено, что обмен веществ – это количественный процесс, и для повышения продуктивности животных необходимо четкое представление о границах возможных нагрузок субстратами-метаболитами при обеспечении эффективного синтеза белка. На процессы метаболизма белков в организме животных наиболее значимое воздействие оказывают функциональное состояние эндокринной системы и уровень доступных для усвоения субстратов (аминокислот, глюкозы, жирных кислот и т.д.), образующихся при трансформации сырых питательных веществ корма в желудочно-кишечном тракте. Вопросы регулирования интенсивности процессов синтеза, распада и отложения белков в организме растущих животных путем повышения доступности для обмена аминокислот в последние годы являются актуальными и имеют особо важное значение для раскрытия и идентификации механизмов, регулирующих процессы формирования мясной продуктивности.
Далеко не полностью решен вопрос нормирования протеинового и аминокислотного питания и контроля обеспеченности интенсивно растущих животных доступным белком и отдельными аминокислотами. Поэтому особое место в исследованиях последних лет (Рядчиков В.Г. и др., 2000; Klemesrud M.J. et al., 2000; Stein H.H. et al., 2006; Walker P. et al., 2006; Schroeder G.F. et al., 2006; Awawdeh M.S. et al., 2006; Guay F. et al., 2006; Stein H.H.et al., 2007) отводится накоплению экспериментальных данных по уровню обеспеченности незаменимыми аминокислотами организма бычков и свиней с учетом концепции «идеального» протеина, с целью использования их для прогнозирования аминокислотной ценности кормов и рационов.
Вместе с тем, детальное изучение метаболических и синтетических изменений, происходящих при улучшении аминокислотного обеспечения организма животных и под влиянием агониста -адренорецепторов кленбутерола, а также выявление метаболических звеньев, определяющих потенциал мясной продуктивности, остается актуальным и по сей день, что и определило необходимость настоящих исследований.
Работа выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГНУ ВНИИ физиологии, биохимии и питания сельскохозяйственных животных.
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось изучение особенностей метаболизма белков и факторов, определяющих его интенсивность и направленность в организме свиней и бычков, выращиваемых на мясо.
Для достижения поставленной цели целесообразно решить следующие задачи:
выявить особенности метаболизма белков, липидов и формирования мясной продуктивности у бычков и свиней разного направления и потенциала продуктивности;
исследовать возможность регуляции метаболизма белков, липидов и роста мышечной ткани у растущих животных, на примере применения кленбутерола;
изучить обмен белков, использование азотистых веществ и интенсивность роста у бычков и свиней в период доращивания и откорма в связи с разной обеспеченностью метаболических процессов аминокислотами и энергией;
определить параметры биосинтеза, распада и отложения белков у растущих бычков и свиней разного генотипа в разные возрастные периоды при разных условиях кормления;
на основании полученных экспериментальных данных разработать способы повышения эффективности биоконверсии протеина корма в компоненты мяса, выявления животных с высоким потенциалом мясной продуктивности, а также рекомендации по совершенствованию протеинового и аминокислотного питания бычков и свиней.
Научная новизна. В процессе исследований получены новые экспериментальные данные о метаболизме белков в целом организме и мышечной ткани у бычков и свиней разного возраста и различного генотипа в связи с условиями питания, которые вносят существенный вклад в познание механизмов и факторов, участвующих в регуляции процессов формирования мясной продуктивности.
Предложен способ контроля энергетической обеспеченности растущих свиней на основе биохимических критериев, позволяющий оценить эффективность использования энергии для белкового синтеза (Патент на изобретение РФ № 2220569 от 10.10. 2004).
Показана возможность повышения интенсивности и эффективности синтеза белков в целом организме и мышечной ткани и соответственно - наращивания массы скелетной мускулатуры и улучшения качественного состава мяса животных за счет лучшей обеспеченности процессов метаболизма незаменимыми аминокислотами.
Впервые научно обоснован и апробирован способ повышения биоконверсии протеина корма в компоненты мяса и улучшения его качества за счет направленной (субстратной) регуляции метаболизма и процессов биосинтеза белков у бычков при их доращивании и откорме на основе использования разработанной комплексной кормовой добавки (Патент на изобретение РФ № 2292157 от 27.01.2007).
На основании установленной взаимосвязи между интенсивностью оборота мышечных белков (относительной скоростью деградации белков) и формированием массы скелетной мускулатуры предложен способ выявления бычков с высоким потенциалом мясной продуктивности (Положительное решение ФИПС на выдачу патента от 07. 03. 2007)
Установлена возможность регулирования темпов внутриклеточной деградации белков мышц и роста мышечной ткани при использовании кленбутерола.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Представленные в работе количественные данные о механизмах и факторах, участвующих в регуляции метаболизма мышечных белков и формировании массы скелетной мускулатуры у бычков разных генотипов, использованы для совершенствования и адаптации системной модели роста с целью прогнозирования продуктивности скота, а также при разработке практических способов повышения эффективности биоконверсии протеина корма в компоненты мяса.
Усовершенствованы методы изучения количественных характеристик метаболизма мышечных белков, которые внедрены в практику исследовательской работы в ГНУ ВНИИФБиП с.-х. животных и могут быть применены в работе других научных учреждений.
Исследования количественных закономерностей белкового обмена и особенности формирования мясной продуктивности у молодняка крупного рогатого скота и свиней были направлены на решение практических задач совершенствования протеинового и аминокислотного питания. Уточнены нормы распадаемого и нераспадаемого протеина для бычков при интенсивном выращивании и откорме. Подобраны уравнения регрессии для расчета динамики отложения мышечной массы, белков и липидов у растущих бычков и свиней.
Параметры белкового обмена в зависимости от условий питания бычков и свиней могут быть использованы в научно-исследовательской работе для оценки адекватности системы питания физиологическим потребностям организма животных.
Изложенные в диссертации материалы использованы:
-
В «Рекомендациях по оптимизации энергетического и протеинового питания молодняка крупного рогатого скота при интенсивном выращивании и откорме» (2007).
-
В «Рекомендациях по повышению биоконверсии питательных веществ корма в продукцию и улучшению качества свинины» (2007).
-
В справочном пособии: «Сельскохозяйственные животные. Физиологические и биохимические параметры организма» (2002).
-
В проекте системы: «Биологические основы питания помесного молодняка свиней» (2000).
-
Получено 2 патента и 1 положительное решение ФИПС на выдачу патента.
Положения, выносимые на защиту:
-
Количественное формирование общего пула белков в организме растущих животных зависит от интенсивности их обновления.
-
Разработанный биохимический тест для определения интенсивности оборота белков в мышечной ткани позволяет прижизненно выявлять бычков с высоким потенциалом мясной продуктивности и может быть использован при разработке и реализации селекционных программ в племенном скотоводстве.
-
Интенсивность обновления белков, липидов и реутилизацию метаболического пула аминокислот в организме растущих животных можно корректировать путем ингибирования процессов распада белков и липогенеза, что обосновано результатами применения кленбутерола.
-
У интенсивно растущих животных одним из факторов, определяющих величину и интенсивность процессов синтеза, распада и отложения белков в целом организме и мышечной ткани и, соответственно, позволяющих в полной мере реализовать продуктивный потенциал, является обеспеченность метаболизма обменным белком и лимитирующими аминокислотами.
-
Повышение уровня доступных для усвоения аминокислот за счет оптимизации протеинового и аминокислотного питания бычков и свиней обеспечивает возможность направленно формировать качественный состав мяса животных.
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: заседаниях Ученого совета ГНУ ВНИИФБиП с.-х. животных (1991 – 2006 гг); 18-ом (Казань, 2001) и 19-ом (Екатеринбург, 2004) съездах физиологического общества им. И.П. Павлова; 2-й, 3-й и 4-й международных конференциях «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, 1995, 2000, 2006); 2-й и 3-й международных научно-практических конференциях «Актуальные вопросы зоотехнической науки и практики как основа улучшения продуктивных качеств и здоровья с.-х. животных» (Ставрополь, 2003, 2005); международной научно-практической конференции «Научные проблемы производства продукции животноводства и улучшения ее качества» (Брянск, 2004); международной научно-практической конференции РАСХН во Всероссийском научно-исследовательском институте мясного скотоводства (Оренбург, 2003); мiжнародноi конференцii, присв. 90-рiччю вiд дня нарож. проф. К.Б.Свечина.«Проблеми iндивiдуального розвитку сiльськогосподар-
ських тварин» (Киiв, 1997); Der funften Konferenz zu den Fragen der Physiologie des Stoffwechsels im Organismus des Menschen und der Tiere (Vilnus, 1994); научно-практической конференции «Новое в приготовлении и использовании комбикормов и балансирующих добавок» (Дубровицы, 2001); научной конференции, посв. 70-летию проф. А.Н. Кошарова. «Физиологические основы повышения продуктивности с.-х. животных» (Дивово, 1995); научной конференции «Научные исследования по животноводству за 1996-1999 годы» (НГСХА- Нижний Новгород, 2002); научной конференции, посв. 80-летию МВА им. К.И. Скрябина «Совершенствование племенных и продуктивных качеств животных и птиц» (Москва, 1999); научно - практической конференции «Биологические и технико-экономические проблемы в сельском хозяйстве» (Великие Луки, 1997, 2000); юбилейной научно-практической конференции «Актуальные проблемы технологии приготовления кормов и кормления сельскохозяйственных животных» (ВИЖ - Дубровицы, 2006).
Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 52 работы, в том числе 8 в центральных рецензируемых периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК, 2 работы выполнены на уровне изобретения и защищены патентами РФ, в отношении 1 работы получено положительное решение на выдачу патента от 07. 03. 2007 г (список работ прилагается).
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических предложений, списка литературы и приложений. Работа изложена на 400 страницах текста, содержит 126 таблиц и 44 рисунков. Список литературы включает 506 источников, в том числе 403 на иностранных языках.
