Введение к работе
Актуальность темы. Актуальной проблемой дальнейшего развития животноводства является повышение эффективности использования питательных веществ в организме сельскохозяйственных животных на продуктивные цели. Научной основой повышения использования питательных веществ кормов является физиология питания животных, важной задачей которой является разработка рационального и полноценного протеинового питания. Это обусловлено тем, что, протеин – является наиболее ценным компонентом корма, от уровня и качества которого во многом зависит продуктивность животных. Полноценное протеиновое питание жвачных предусматривает обеспечение потребности организма животного в доступных для обмена аминокислотах. Однако дефицит кормового белка и нерациональное его использование в организме животных приводят к тому, что протеин является одним из важнейших лимитирующих факторов в системах интенсивного производства молока и мяса (Курилов Н.В., и др., 1989; Григорьев Н.Г., и др., 1989; Кальницкий Б.Д., и др., 2000; Рядчиков В.Г., 2005; Харитонов Е.Л., 2007).
Реализовать высокую продуктивность животных простым увеличением в рационах доли высокобелковых кормов на практике сложно и не рентабельно. Такой подход приводит не только к перерасходу кормов и удорожанию получаемой продукции, но и отрицательно влияет на здоровье животных, что влечет за собой резкое сокращение срока их продуктивного использования. Поэтому исследования последних лет в области физиологии протеинового питания жвачных направлены на поиск новых методов, которые позволили бы более рационально использовать протеин корма в организме животных.
Новый подход в физиологии питания базируется на положении, что потребность животного в протеине удовлетворяется за счет аминокислот микробного белка и нераспавшегося в рубце протеина (Ёрсков Э.Р., 1985; Курилов Н.В., 1987; Цюпко В.В.,1987; Духин И.П.и др.,1989; Макарцев Н.Г. и др., 1989; Кальницкий Б.Д. и др., 1998). Следовательно, главным фактором эффективного использования протеина в организме служит создание благоприятных условий в рубце, обеспечивающих максимальный синтез микробного белка с адекватным увеличением поступления в кишечник полноценного кормового протеина. При этом степень распадаемости протеина в рубце рассматривается как главный критерий оценки качества кормового белка, который определяет общую переваримость питательных веществ и эффективность использования азота корма животными.
Учёт качества протеина в рационах жвачных, особенно высокопродуктивных является непременным условием стабильного поддержания и дальнейшего увеличения продуктивности в зависимости от физиологического состояния животных. Это обусловлено тем, что уровень биосинтеза микробного белка в рубце ограничен и практически не зависит от продуктивности животных. При увеличении продуктивности животных микробный белок не в состоянии удовлетворить возрастающие потребности организма в аминокислотах. В такой ситуации возрастает роль «транзитного» кормового протеина, избежавшего распада в рубце, как источника доступного для обмена белка. При этом чем выше продуктивность животных, тем больше вклад нераспавшегося в рубце протеина рациона в общий пул аминокислот организма. В свою очередь, нераспавшийся в рубце кормовой протеин должен содержать большую часть незаменимых аминокислот и иметь высокую переваримость в кишечнике. Таким образом, высококачественный протеин для жвачных – это протеин, низкораспадаемый в рубце, с ценным аминокислотным составом и хорошо переваримый в кишечнике животных. Однако на практике ассортимент кормов, используемых в скотоводстве, отвечающий таким требованиям, весьма ограничен. Кроме того, удорожание в настоящее время низкораспадаемых высокобелковых кормов (рыбная и мясокостная мука, соевый шрот, кукурузный глютен, травяные гранулы и др.) ставит под сомнение целесообразность их использования в скотоводстве. В связи с этим с целью повышения качества протеина в кормах возникает необходимость в разработке новых способов защиты протеина от избыточного распада в рубце. Многие физические и химические способы обработки кормов не всегда позволяют получать ожидаемые результаты, и их применение технологически не совсем отработано и не находит широкого распространения. Поэтому поиск эффективных способов обработки кормов, позволяющих повысить качество протеина высокобелковых и зернофуражных кормов, является актуальной проблемой, решение которой обеспечит увеличение продуктивности животных. Положительным аспектом использования разных способов обработки служит инактивация ингибиторов трипсина в зерне бобовых культур, что позволяет увеличить норму ввода данных кормов в комбикорма для жвачных животных.
Не менее важным в области физиологии питания жвачных является разработка приёмов стимуляции микробиоты рубца, позволяющих рационально использовать питательные вещества корма для увеличения синтеза полноценного микробного белка. В этом плане заслуживает внимание разработка комплексных, углеводно-белковых и минерально-белковых кормовых добавок на основе защищённого протеина отечественного производства. На фоне ценных в аминокислотном плане защищённых высокобелковых источников протеина, применение стимуляторов микрофлоры рубца, позволит активнее расщеплять и высвобождать азот для собственных, синтетических нужд микробиоты из менее качественных белков объёмистых кормов.
Целью исследований явилось физиологическое обоснование повышения эффективности использования протеина в пищеварительном тракте жвачных животных при физических и химических способах обработки кормов.
Исследования были направлены на решение следующих основных задач:
- определить показатели распадаемости в рубце, растворимости и переваримости в тонком и толстом кишечнике протеина различных кормов;
- изучить процессы рубцового пищеварения и кишечного переваривания азотистых веществ в зависимости от качества протеина в рационах;
- определить аминокислотный состав нераспавшегося в рубце и непереваренного в кишечнике протеина отдельных кормов и оценить вклад различных источников протеина в общий пул аминокислот организма;
- усовершенствовать технику определения доступности нераспавшегося в рубце протеина отдельных кормов для протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта методом in vitro;
- определить степень «защиты» и переваримость протеина, содержание ингибиторов трипсина, а также изучить показатели рубцового пищеварения и азотистого обмена при обработке различных кормов физическими и химическими способами;
- разработать способ повышения микробного синтеза белка в рубце жвачных животных;
- оценить влияние кормов, обработанных физическими и химическими способами, на молочную продуктивность коров и интенсивность роста бычков на откорме;
- определить экономическую эффективность применения обработанных кормов в кормлении крупного рогатого скота.
Научная новизна. В проведенных исследованиях определены показатели распадаемости в рубце и переваримости в кишечнике протеина наиболее распространенных кормов, используемых в рационах жвачных животных.
Впервые определены показатели переваримости протеина индивидуально для каждого корма дифференцированно в тонком и толстом кишечнике в зависимости от времени инкубации кормов в рубце и распадаемости протеина рациона.
Предложена модификация существующего метода «in vitro» при определении доступности кормового протеина для протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта и проведена сравнительная оценка показателей переваримости протеина кормов в рубце, определенных методами «in sacco» и «in vitro».
Определён аминокислотный состав нераспавшегося протеина различных кормов, а так же впервые определен аминокислотный состав непереваренных в тонком и толстом кишечнике остатков данных кормов. Изучен обмен аминокислот в различных отделах пищеварительного тракта бычков в зависимости от распадаемости протеина в используемых рационах.
Впервые изучено влияние барогидротермической обработки (БГТО), плющения сухого фуражного зерна различных культур на качество протеина, эффективность использования азотистых веществ в пищеварительном тракте животных и продуктивность крупного рогатого скота.
Определены показатели степени защиты в рубце и переваримости в кишечнике протеина высокобелковых кормов при обработке уксусной кислотой и изучено их влияние на азотистый обмен, продуктивность дойных коров и интенсивность роста бычков на откорме.
Впервые изучено влияние селенопирана на микробиологические процессы в рубце, в результате которого разработана кормовая добавка на основе защищённого протеина (Белселен) и установлена высокая эффективность её применения в кормлении высокопродуктивных коров и интенсивно растущего молодняка на откорме.
Практическая значимость работы. Полученные данные о переваривании протеина и доступности аминокислот из отдельных кормов в разных отделах пищеварительного тракта позволяют более точно проводить оценку кормов по качеству протеина и повысить эффективность усвоения азота. Модифицированный метод in vitro определения доступности протеина для протеолитических ферментов желудочно-кишечного тракта позволяет осуществить прогнозирование переваримости протеина в кишечнике животных.
Результаты исследований по применению физических и химических способов обработки могут быть использованы при производстве комплексных, белковых кормовых добавок на основе «защищенного» протеина подсолнечного шрота и кормовых бобов. Внедрение в технологию производства комбикормов нового способа барогидротермической обработки кормов позволит существенно улучшить протеиновую ценность зернофуража злаковых и бобовых культур, используемых в скотоводстве.
Кормовая добавка «Белселен», производимая в научно-производственном центре «БелкорС» Пензенской ГСХА, реализуется для кормления высокопродуктивных коров в сельскохозяйственные предприятиях Пензенской области. Работы по исследованию и разработке данной кормовой добавки проводились в рамках государственного контракта с Министерством сельского хозяйства РФ, зарегистрированного в НТИЦ № 0120.0 850922 «Разработка методов стимуляции микробиотики рубца жвачных животных с использованием элементов нанотехнологии».
Изложенные в диссертации материалы использованы в рекомендации по использованию кормовой добавки «Белселен», (Пенза, 2011). Результаты исследований внедрены в ряде хозяйств Пензенской области, а также используются в учебном процессе и научных исследованиях Пензенской государственной сельскохозяйственной академии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на: Межрегиональной научно – практической конференции молодых ученых и специалистов «Обеспечение стабилизации АПК в условиях рыночных форм хозяйствования» (Воронеж, 1997); конференции профессорско-преподавательского состава и специалистов сельского хозяйства (Пенза, март 1997); Международной научной конференции, посвященной 125-летию академии (Казань, 1998); Всероссийской научно – производственной конференции (Пенза, июнь 1998); Научно-практической конференции «Проблемы АПК и пути их решения» (Пенза, март 2003); IV Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика РАСХН Н.А. Шманенкова, «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, сетябрь 2006); Международной научно-производственной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения профессора И.А. Спирюхова (Пенза, октябрь 2007); IV Международной научно – практической конференции (Пенза – Нейбранденбург, 2007); Международной конференции, посвящённой памяти профессора А.Ф. Блинохватова, «Образование, наука, практика: инновационный аспект» (Пенза, октябрь 2008); Всероссийской научно-практической конференции «Достижения и перспективы развития биотехнологии» (Пенза, май 2010); V Международной научной конференции, посвященной 50-летию ВНИИФБиП с. х. животных «Актуальные проблемы биологии в животноводстве» (Боровск, сетябрь 2010); Научно – производственной конференции посвящённой памяти профессора Г.Г. Зеленского «Состояние и тенденции развития овцеводства и козоводства» (Пенза, ноябрь 2010); а также на расширенном заседании кафедры переработки продукции животноводства ФГБОУ ВПО «Пензенская ГСХА» (Пенза, 2011), на учёном совете ВНИИФБиП (Боровск, 2011).
Практические предложения работы были экспонированы на международных выставках и ярмарках: V Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов (Пермь, апрель 2007); VIII Московский международный салон инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, март 2008); VI Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов (Чебоксары, июнь 2008); II Международный форум по нанотехнологиям – «Russnanotech-2009» (Москва, Экспоцентр, март 2009); II Международный конгресс-партнеринг и выставка по биотехнологии и биоэнергетике – «Евроазия-Био» (Москва, апрель 2010); III Международный форум по нанотехнологиям – «Russnanotech-2010» (Москва, Экспоцентр, ноябрь, 2010); IV Российский Форум «Российским инновациям – российский капитал» и IХ Ярмарка бизнес-ангелов и инноваторов (Оренбург, июнь, 2011).
Публикация результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 10 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, остальные в центральных журналах, в трудах и сборниках НИИ и ВУЗов, в материалах конференций, в том числе одна рекомендация и методическое положение.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Использование низкораспадаемых источников протеина в питании жвачных животных оказывает положительное влияние на ферментативные процессы в рубце, эвакуацию различных форм азота и аминокислот в дуоденум, переваримость азотистых веществ и всасывание аминокислот в тонком и толстом кишечнике;
2. Переваримость протеина и использование аминокислот из отдельных кормов в кишечнике зависит от вида корма и распадаемости их протеина в преджелудках;
3. Обработка высокобелковых кормов органическими кислотами приводит к снижению распадаемости протеина в рубце и не ухудшает переваримость их протеина в кишечнике животных по сравнению с нативными кормами;
4. Барогидротермическая обработка зернофуража приводит к существенному снижению распадаемости в рубце протеина при сохранении его переваримости в кишечнике животных;
5. Применение «защищенного» протеина подсолнечного шрота, кормовых бобов, зерна пшеницы с ячменем в кормлении дойных коров в первую фазу лактации и интенсивно растущих бычков на откорме повышает использование азотистых веществ в организме и продуктивность животных;
6. Селеноорганическое соединение селенопиран стимулирует синтез микробного белка в рубце и в комплексе с «защищенным» протеином подсолнечного шрота повышает продуктивность откармливаемых бычков и дойных коров (кормовая добавка Белселен);
7. Применение сухого плющеного зернофуража по сравнению с дроблёным, улучшает процессы рубцового пищеварения, использование азотистых веществ в организме и увеличивает молочную продуктивность коров;
8. Оценка экономической эффективности применения обработанных кормов в рационах крупного рогатого скота.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из: введения, обзора литературы, описания материала и методов исследований, собственных исследований и их обсуждения, выводов, предложений производству, списка литературы, приложений. Работа изложена на 316 страницах машинописного текста, содержит 86 таблиц и 14 рисунков. Список литературы включает 399 источников, в том числе 184 иностранных.
