Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 10
1.1. Экологические аспекты поведения тяжелых металлов. .. 10
1.2. Пробиотики и их влияние на организм животных и человека 18
1.3. Детоксикация тяжелых металлов пробиотическими продуктами 25
Глава 2. Организация экспериментальных исследований 30
Глава 3. Изучение процесса детоксикации тяжелых металлов при использовании пробиотических продуктов 40
3.1. Влияние пробиотиков на аккумуляцию тяжелых металлов в организме птицы 40
3.2. Влияние пробиотиков в качестве детоксикантов тяжелых металлов на организм цыплят - бройлеров 50
3.3. Биохимические показатели птицы при использовании в рационе молочно-кислой кормовой добавки и кормобактерина ЭМ-Агро-Обь 64
3.4. Биохимические показатели сыворотки крови цыплят при детоксикации молочно-кислой кормовой добавкой и кормобактерином ЭМ-Агро-Обь повышенного содержания тяжелых металлов 71
3.5. Влияние молочно-кислой кормовой добавки на переваримость корма в организме птицы 79
3.6. Влияние молочно-кислой кормовой добавки на биологический обмены при интоксикации организма птицы тяжелыми металлами 92
3.7. Влияние пробиотических препаратов на продуктивность птицы и физиологическое развитие 101
3.8. Влияние антропогенных загрязнителей на рост и развитие цыплят-бройлеров при
детоксикации пробиотическими препаратами 114
3.9. Экономическая эффективность проведенных исследований 127
3.10. Заключение по экспериментальной части 133
Глава 4. Обсуждение результатов исследований 135
Заключение 149
Выводы 150
Предложения 152
Список литературы 153
Приложения 173
- Экологические аспекты поведения тяжелых металлов.
- Организация экспериментальных исследований
- Влияние пробиотиков на аккумуляцию тяжелых металлов в организме птицы
Введение к работе
Одной из проблем экологии является защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами (ТМ). Сконцентрированность предприятий металлургии, машиностроения, энергетики в большинстве крупных городов приводит к ежегодным выбросам в атмосферу вредных веществ, превышающих по многим показателям ПДК. Накопление тяжелых металлов в вегетативной массе кормовых культур может стать причиной контаминации продуктов питания.
В настоящее время во всем мире уделяется большое внимание защите среды от возрастающего действия химических веществ (в частности тяжелых металлов и растворимых форм их токсических соединений) антропогенного и природного характера. Контроль и оценка возможного влияния ТМ на организм необходимы, а актуальность этой проблемы в настоящее время очевидна, поскольку для ТМ в принципе не существует механизмов природного самоочищения, в ходе миграции они меняют лишь уровень содержания или формы нахождения. Включаясь во все типы миграций и биологический круговорот, они неизбежно приводят к загрязнению важнейших жизнеобеспечивающих природных сред (питьевой воды, воздуха) и пищевых продуктов (Агроэкология/ под ред. Черникова В.А. и др., 2000).
Повсеместное экологическое загрязнение окружающей среды приводит к накоплению в почве, кормах и воде солей тяжелых металлов и других токсических элементов, что не позволяет получить экологически безопасную продукцию животноводства. Употребление в пищу человеком экологически неблагополучной продукции приводит к тому, что из года в год растет число людей с синдромом эндогенной интоксикации, которая характеризуется общей слабостью, иммунодефицитом, болезнями крови, а также аллергическими заболеваниями. Одним из вариантов решения этой проблемы является создание препаратов, обладающих антитоксическим действием и способствующих выведению из организма животных, в том числе птицы, токсичных веществ. Определенные перспективы здесь имеют препараты, которые обладают
5 сорбционными, ионообменными и биологически активными свойствами (Авцын А.П., Жаворонков Н.А. и др., 1991).
В большинстве случаев миграция металлов и неметаллов в природной среде связана с их окислительно-восстановительными превращениями, что обуславливает изменение уровней их растворимости. Большая роль в окислительно-восстановительных превращениях неорганических ионов принадлежит микроорганизмам и по мере усиливающегося загрязнения биосферы металлами, последние, благодаря микроорганизмам, начинают вовлекаться в глобальные биохимические циклы. Поэтому познание роли микроорганизмов в окислительно-восстановительных трансформациях, осуществляемых бактериями, важно для управления этими процессами. Значительная часть трансформаций неорганических ионов осуществляется гетеротрофными бактериями, для которых эти реакции не являются энергодающими (Абдрашитова С.А., Айткельдиева С.А.И др., 2004).
В последние годы появился ряд сообщений, расширяющих наши представления о процессах окисления и восстановления неорганических ионов гетеротрофными бактериями. Стало очевидным, что способность гетеротрофных бактерий к окислению или восстановлению неорганических ионов не является строго специфичной и ограниченной в пределах одного вида или штамма и ряд гетеротрофных бактерий в зависимости от условий среды могут трансформировать тот или иной неорганический ион. Это свидетельствует о широте приспособительных реакций таких бактерий и позволяет им выживать в условиях исчерпания одного акцептора электронов, заменяя его на альтернативный. Следует отметить, что вопрос о полифункциональности бактерий в трансформации элементов с переменной валентностью изучен слабо (Абдрашитова С.А., Айткельдиева С.А.И др., 2004).
Исследования в этом направлении являются актуальными, так как анализ литературных данных показал, что информации по данному вопросу недостаточно, все сведения разрозненны и не дают цельного представления о возможности использования бактерий, как способа снижения содержания ТМ в организме животных.
Цель - изучение влияния различных пробиотических продуктов на детоксикацию свинца и кадмия в организме цыплят-бройлеров для экспериментального обоснования оптимальной концентрации детоксиканта снижающего содержание ионов кадмия и свинца в организме птицы.
Основные задачи:
Установить влияние пробиотических препаратов на аккумуляцию свинца и кадмия в организме цыплят-бройлеров.
Изучить биохимические показатели сыворотки крови цыплят-бройлеров при применении пробиотических препаратов и без них на фоне интоксикации тяжелыми металлами.
Выявить наиболее эффективный пробиотический продукт и установить его оптимальную концентрацию для наиболее эффективного уменьшения токсического влияния антропогенных загрязнителей (кадмия и свинца).
Изучить особенности роста и развития цыплят-бройлеров под воздействием тяжелых металлов и детоксикации их пробиотическими продуктами с целью получения экологически чистой продукции птицеводства с минимальными затратами.
Исследовать процессы белкового, липидного, углеводного, минерального обменов в организме цыплят-бройлеров под влиянием молочно-кислой кормовой добавки, выступающей в качестве детоксиканта. Защищаемые положения:
Экспериментальное обоснование детоксикации антропогенных загрязнителей (свинца и кадмия) в организме цыплят-бройлеров пробиотическими продуктами.
Молочно-кислая кормовая добавка уменьшает аккумуляцию и токсическое действие свинца и кадмия в организме цыплят-бройлеров, что является физиолого-биохимическим обоснованием использования пробиотика в качестве детоксиканта тяжелых металлов.
Научная новизна. Исследованы изменения концентрации свинца и кадмия в органах и тканях цыплят-бройлеров на фоне интоксикации тяжелыми металлами при применении пробиотических препаратов.
В качестве детоксиканта антропогенных загрязнителей выбран наиболее эффективный пробиотический препарат.
Для снижения содержания тяжелых металлов в продукции бройлерного птицеводства оптимальная доза молочно-кислой кормовой добавки составляет 0,5 мл на 1 голову в сутки.
Практическая значимость. Для получения экологически безопасной продукции птицеводства в пределах нормативно-правовых актов в области экологии при свинцово-кадмиевой интоксикации наиболее эффективным пробиотическим продуктом является молочно-кислая кормовая добавка.
Получено положительное решение на изобретение: № 2005117286 «Способ одновременного выведения свинца и кадмия из организма цыплят-бройлеров».
Разработаны и внедряются методические рекомендации по использованию молочно-кислой кормовой добавки с пробиотиками в рационах сельскохозяйственных животных, а также по детоксикации тяжелых металлов в системе почва - растение - животное - продукт питания человека.
Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ. Материалы диссертации изложены на: международной научно-практической конференции «Высокоэффективные биотехнологии нового поколения в производстве экологически безопасных продуктов питания и биопрепаратов для населения» (Новосибирск, 2002);
3-й и 4-й международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (СО РАСХ, ГНУ СибНИПТИП, Новосибирск, 2003 -2004);
3-й международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы - биофилы в окружающей среде» (Семипалатинск, 2004); всероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития пищевой промышленности России» (Оренбург, 2005);
3-м международном симпозиуме «Современные проблемы ветеринарной диетологии и нутрициологии» (СПб, 2005); всероссийской научно-практической конференции «Совершенствование технологий производства и переработки продукции животноводства» (Волгоград, 2005); на заседаниях ученого совета ГПУ СибНИПТИП.
Разработаны совместные методические рекомендации по использованию молочнокислой кормовой добавки с пробиотиками в рационах сельскохозяйственных животных (РАСХН, Сибирское отделение, ГНУ СибНИПТИП. - Новосибирск, 2005); а также по детоксикации тяжелых металлов в системе почва - растение - животное - продукт питания - человек (РАСХН, Сибирское отделение, ГНУ СибНИПТИП. - Новосибирск, 2005).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания особенностей проведения эксперимента и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, выводов, списка использованной литературы, приложения. Работа изложена на 174 страницах машинописного текста, включает 37 таблиц и 9 рисунков. Библиографический список включает 225 источников, в том числе из них 41 на иностранных языках.
Личный вклад автора. Представленная работа является обобщением научных исследований, проведенных автором в период с 2002 по 2005 гг. Автор лично принимал участие в постановке задач исследований, проведении этих работ, обработке, систематизации экспериментальных данных, анализе и интерпретации полученных результатов.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своим учителям и научным руководителям доктору биологических наук, профессору Т.И. Боковой и доктору биологических наук, профессору К.Я. Мотовилову.
Автор благодарен сотрудникам отдела проблем качества ГНУ СибНИПТИП и зооинженерного факультета Новосибирского государственного аграрного университета.
Автор выражает признательность А.И. Садырову, а также своим родителям за моральную поддержку и понимание.
Список сокращений, использованных в работе:
ОР - основной рацион;
МДУ - максимально допустимый уровень;
ТМ - тяжелые металлы.
Экологические аспекты поведения тяжелых металлов
Объединенная комиссия ФАО/ВОЗ по Пищевому кодексу (Доклад комитета экспертов ВОЗ, 1975), включила приоритетные токсиканты в число тех компонентов, содержание которых должно обязательно контролироваться при международной торговле продуктами питания и кормов.
Общепризнано, что, несмотря на возможность попадания тяжелых металлов в организм с вдыхаемым воздухом и питьевой водой, для большинства населения, не подвергающегося промышленному их воздействию, основным все возрастающим источником поступления указанных элементов в организм являются пищевые продукты (Аликаев В.А. и др., 1982; Кабата-Пендиас А., Пендиас X., 1989; Ковальский В.В., 1982; Липатов Н.Н., 1990; Поздняковский В.М., 1996; Устиненко А.Н., Эглите М.Э., Иванова И.А., 2000).
В соответствии с основными положениями государственной политики, производятся исследования по снижению содержания приоритетных токсикантов (свинец, кадмий, ртуть) в продовольственном сырье и продуктах питания Российской Федерации (Мордвинова Н.М., 1999; Теплякова Т.В., Мотовилов К.Я. и др., 1998; Черняев СИ., Зевакин И.И., Марков М.В.,2000).
Начиная с 1972 года, когда в Стокгольме состоялась специальная конференция ООН по проблемам охраны окружающей среды, тяжелые металлы рассматриваются как особо опасные загрязнители (Израэль Ю.А., 1984; Ковальский В.В., 1974; Bar A., Wurtzen G., 1990).
К тяжелым металлам относятся химические элементы, имеющие плотность более 5 г/см 3 или атомную массу более 50 единиц. Оценки, сделанные рядом независимых экологических организаций, показывают, что по абсолютным величинам в техногенных выбросах преобладает свинец. Однако, если оценивать техногенный поток по отношению к кларковому содержанию химических элементов в почве, наиболее опасные вещества можно представить в виде ряда: Cd Pb As Zn Ni Co (Абрамова Т.Н., Кузнецов В.К. и др., 2002). Но по интенсивности поступления в организм сельскохозяйственных животных тяжелые металлы можно расположить в следующем порядке: Cd Zn Pb Cr Co Ni Fe (Исамов Н.Н., Сироткин А.Н. и др., 1998; Doganoc D.Z, 1996).
Существующие концентрации тяжелых металлов в большинстве случаев не столь значительны, чтобы вызывать токсическую реакцию, однако их длительное воздействие может иметь генетические последствия - соли тяжелых металлов обладают мутагенными свойствами. Тяжелые металлы индуцируют все типы мутаций, что свидетельствует об увеличении опасности загрязнения биосферы этим распространенным классом техногенных загрязнителей (Габович Р.Д., Припутана Л.С., 1987; Монисов А.А., Тутельян В.А. и др.,1994; Агроэкология/ Под ред. Черникова В.А., Чекереса А.И., 2000; Croppel В., 1969).
Загрязнение экосистем тяжелыми металлами оценивается по следующим нормативам и критериям: загрязнение почв - по ПДК или величине суммарного показателя загрязнения (Zc); загрязнение сельскохозяйственной продукции - по нормативам СанПин-96 (Абрамова Т.Н., Кузнецов В.К. и др., 2002).
В 1973 году к приоритетным загрязнителям относились свинец, кадмий и ртуть, а в 1980 году к ним были добавлены медь, олово, ванадий, хром, молибден, марганец, кобальт, никель, сурьма, мышьяк и селен (Доклад комитета экспертов ВОЗ, 1975; Кист А.А., 1987; Suttle, 1976;Wood J.M.,1974).
Из 92 элементов, встречающихся в природе, 81 элемент обнаружен в организме человека и животных. Fe, I, Ni, Se, Mn, As, Si, Li являются эссенциальными элементами, a Cd, Pb, Zn и Rb - «серьезные кандидаты на эссенциальность» (Авцын А.П. и др., 1991; Мудрый И.В., 1997).
В соответствии с материалами Международной конвенции об оценке воздействия на окружающую среду, к экологически опасным относятся следующие виды производств и объектов: атомная промышленность; энергетика; черная и цветная металлургия; нефтехимия, нефте - и газопереработка, транспортировка нефти и газа; химическая промышленность; добыча полезных ископаемых; производство, хранение, транспортировка и уничтожение боеприпасов, взрывчатых веществ, ракетного топлива; крупные склады для хранения нефтяных, нефтехимических, химических продуктов, пестицидов; строительство дорог, автострад, железных дорог, аэродромов; сельскохозяйственные объекты (животноводческие комплексы и птицефабрики, мелиоративные системы); крупные водозаборы; легкая промышленность. В общем виде источники загрязнения можно разделить на две группы: промышленные и сельскохозяйственные. Важнейшими источниками загрязнения сельскохозяйственных угодий являются предприятия промышленности, энергетики и транспорта (Абрамова Т.Н., Кузнецов В.К. и др., 2002; Добровольский В.В., 1983; Кист А.А., 1987; Моррисон Ф, 1984).
К основным источникам загрязнения тяжелыми металлами в сельском хозяйстве относятся средства химизации (минеральные удобрения, агромелиоранты и др.) и средства защиты растений. Потенциально возможными источниками загрязнения являются сельскохозяйственные предприятия и объекты (склады химикатов, удобрений, фермы, комплексы) (Абрамова Т.Н., Кузнецов В.К. и др., 2002; Овчаренко М.М., 1995; Перельман А.И., 1989; Перязева Е.Г. и др., 2001; Реймерс Н.Ф., 1994; Hakanson L. et. al., 1990; Prybylski Tadeusz., 1989; Stooks R. и др., 1964).
Организация экспериментальных исследований
Работа выполнялась в 2002-2004 гг., в условиях птицефабрики «Октябрьская» г. Новосибирска, в научном центре «Птицевод» Новосибирского государственного аграрного университета, а также в отделе экологии и аналитической лаборатории ГНУ СибНИПТИП.
В качестве лабораторных животных были использованы цыплята -бройлеры кросса «ISA - 15» (Прил. №1) выведенного фирмой «Хаббард» (США) путем использования для скрещивания материнских линий «Ш-Y» и «ROSS», либо "Petersen" в качестве отцовской. Созданы линии «ISA - 70» и «ISA - 72», при скрещивании которых получают тяжеловесных бройлеров с высокой скоростью роста.
Объектом исследований явились пробиотики (молочнокислая кормовая добавка и Кюссейн ЭМ АгроОбь) и тяжелые металлы (кадмий и свинец).
Использование пробиотиков, изготовленных из местных штаммов микроорганизмов, было разрешено только для проведения нашего научного эксперимента в определенное время и в строго регламентированном порядке.
Для решения поставленных задач было проведено две серии опытов.
В первом опыте определяли:
1. Фактическое содержание тяжелых металлов в корме, органах и тканях птицы.
2. Степень аккумуляции свинца и кадмия в организме птицы при дозе 3 МДУ этих элементов.
3. Баланс Pb, Cd на фоне применения пробиотиков.
4. Биохимические показатели птицы на фоне повышенного содержания металлов и пробиотиков.
5. Некоторые параметры метаболизма птицы при введении пробиотиков и интоксикации тяжелыми металлами.
6. Наиболее эффективный детоксикант, выступающий в роли пробиотика.
Для проведения первой серии опытов были подобранны по принципу пар - аналогов 6 групп цыплят - бройлеров по 30 голов в каждой, в суточном возрасте и с учетом физиологического состояния и живой массы, где в качестве контрольных групп, выступали группы, получавшие основной рацион и основной рацион с повышенным содержанием тяжелых металлов в (табл. 1,2).
Влияние пробиотиков на аккумуляцию тяжелых металлов в организме птицы
Исследования органов и тканей птицы на содержание кадмия при применении пробиотиков были проведены методом инверсионной вольтамперометрии на приборе ТА-2 и представлены в таблице 8. Таблица 8 - Содержание кадмия в тканях цыплят - бройлеров при применении молочнокислой кормовой добавки и кормобактеринаЭМ-Агро-Обь, мг/кг
Примечание: контрольная группа - основной рацион по нормам ВНИТИП; 1 опытная группа - OP + молочнокислая кормовая добавка (0,2 мл раствора на 1 голову в сутки); 2 опытная - ОР + Кормобактерин ЭМ-Агро-Обь (0,5 мл раствора на 1 голову в день).
При исследовании белых мышц птицы на определение остаточного содержания кадмия, у цыплят-бройлеров 1-ой опытной группы, потреблявших молочнокислую кормовую добавку происходило достоверное снижение кадмия на 42,7 %, по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы.
Количество кадмия в красных мышцах у цыплят 1-ой опытной группы, потреблявших молочнокислую кормовую добавку, достоверно снижалось по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы на 55,8 %.
В сердечной мышце цыплят контрольной группы происходило достоверное уменьшение кадмия в 6 МДУ, по сравнению с сердечными мышцами цыплят 1-ой опытной группы, получавших молочнокислую кормовую добавку.
По данным, полученным с помощью метода инверсионной вольтамперометрии, было установлено, что в белых мышцах цыплят 2-ой опытной группы, получавших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь, происходило достоверное понижение кадмия на 34 % по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы.
При анализе результатов красных мышц повторяется картина, которая происходила с белыми мышцами, а именно, в мышцах цыплят 2-ой опытной группы, получавших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь, происходило достоверное понижение кадмия на 55 %, по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы.
Данные, полученные, при анализе сердечных мышц цыплят разнятся с результатами, полученными при анализе белых и красных мышц птицы. Так в сердечных мышцах цыплят 2-ой опытной группы, получавших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь, происходило достоверное увеличение кадмия в 7 МДУ по сравнению с сердечными мышцами цыплят контрольной группы.
Таким образом, все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что молочнокислая добавка является детоксикантом и позволяет выводить кадмий из органов и мышц птицы более существенно, чем пробиотик кормобактерин ЭМ-Агро-Обь.
Результаты исследования органов и тканей птицы на содержание свинца при применении пробиотиков представлены в таблице 9.
Из таблицы 9 следует, что при исследовании белых мышц цыплят 1-ой опытной группы, получавших молочнокислую кормовую добавку, происходило достоверное превышение свинца на 22,3 %, по сравнению с мышцами цыплят-бройлеров контрольной группы.
Однако при исследовании на остаточную концентрацию свинца в красных мышцах, обнаружилось, что происходило достоверное превышение металла в в тканях цыплят 1-ой опытной группы, получавших молочнокислую кормовую добавку на 9,5 %, по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы.
Достоверное повышение касалось и концентрации свинца в сердечной мышце, которое превышает на 228 % в сердечных мьшіцах у цыплят 1-ой опытной группы, получавших молочнокислую кормовую добавку, по сравнению с сердечными мышцами цыплят контрольной группы.
Анализируя результаты исследования на содержание свинца в белых мышцах у цыплят 2-ой опытной группы, получавших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы, происходило достоверное превышение свинца на 97,6 %.
В красных мышцах происходило достоверное уменьшение свинца у цыплят контрольной группы на 49,5 %, по сравнению с мышцами цыплят-бройлеров 2-ой опытной группы, потреблявших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь.
Содержание свинца в сердечной мышце у цыплят 2-ой опытной группы, получавших кормобактерин ЭМ-Агро-Обь, достоверно превосходило по токсичному элементу в сердечной мышце на 62,5 % у цыплят контрольной группы.
Анализируя таблицу по содержанию свинца, мы пришли к выводу, что в тканях цыплят-бройлеров опытных групп, получавших пробиотики, не происходит превышение допустимого уровня в продукции птицеводства, и не сильно варьируют по сравнению с мышцами цыплят контрольной группы, получавших основной рацион.
Контролем экологической безопасности продукции птицеводства является разработанная и рекомендованная предельно-допустимая концентрация повышенного содержания токсичных элементов.
Следует сказать, что в кормах используемых на птицефабрике был повышен фон по содержанию кадмия в 1,5 раза, а по содержанию свинца в 1,2 раза. Это естественное повышение не могло не сказаться на экологической безопасности выпускаемой продукции птицеводства.
