Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 14
1.1. Особенности кормления высокопродуктивных коров .14
1.1.1. Период сухостоя .16
1.1.2. Период отрицательного энергетического баланса 18
1.1.3. Период энергетического равновесия 20
1.1.4. Период положительного энергетического баланса .22
1.2. Значение углеводов в питании жвачных животных .23
1.2.1 Физиологическое значение клетчатки и ее питательные достоинства 28
1.2.2 Нейтрально-детергентная и кислотно-детергентная клетчатка – как способ оценки качества клетчатки в рационах молочных коров .31
1.2.3 Летучие жирные кислоты – конечный продукт ферментации углеводов 33
1.2.4 Микрофлора рубца и ее влияние на переваримость клетчатки 36
1.3. Целесообразность использования грибковых культур и их энзимов в рационах коров .43
1.3.1. Характеристика грибковых культур Sacchаromyces cerevisiae 44
1.3.2. Характеристика грибковых культур Kluyveromyces marxianus var. Lactis 48
1.3.3. Характеристика грибковых культур Aspergillus niger .50
1.3.4. Характеристика грибковых культур Aspergillus oryzae .55
1.4. Заключение по обзору литературы 58
2. Материал и методы исследований 59
2.1. Материал исследований 59
2.2. Методы исследований .62
3. Результаты собственных исследований .71
3.1. Научно-хозяйственный эксперимент 71
3.1.1. Анализ хозяйственных рационов .71
3.1.2. Молочная продуктивность коров за 120 суток лактации .73
3.1.3. Молочная продуктивность коров за 305 суток лактации 77
3.1.4. Морфологический состав крови коров в начале и в конце лактации 80
3.1.5. Биохимический статус крови коров в начале и в конце лактации .84
3.1.6. Переваримость питательных веществ (в том числе НДК и КДК) рациона коровами .89
3.1.7. Среднесуточный баланс азота у коров .92
3.1.8. Видовой состав и численность микрофлоры рубца коров 94
3.1.9. Концентрация аммиака в содержимом рубца коров на начало и конец лактации 99
3.1.10. Общее количество и соотношение летучих жирных кислот в содержимом рубца коров в начале и в конце лактации .100
3.1.11. Некоторые технологические свойства молока .105
3.1.12. Воспроизводительные качества коров 109
3.1.13. Экономическая эффективность применения «Фибразы» в кормлении лактирующих коров 110
3.2. Производственная проверка .112
3.2.1. Сравнительный анализ хозяйственных рационов коров .112
3.2.2. Экономическая эффективность применения «Фибразы» в рационах лактирующих коров 114
4. Заключение 116
4.1. Обсуждение результатов исследований .116
4.2. Выводы .128
4.3. Предложения производству 131
4.4. Перспективы дальнейшей разработки темы .132
4.5. Список сокращений и условных обозначений .133
Список литературы 135
- Особенности кормления высокопродуктивных коров
- Характеристика грибковых культур Aspergillus niger
- Морфологический состав крови коров в начале и в конце лактации
- Экономическая эффективность применения «Фибразы» в рационах лактирующих коров
Особенности кормления высокопродуктивных коров
В нашей стране основателем учения о кормлении сельскохозяйственных животных является Н.П. Чирвинский, который в 1880 г. посвятил свое первое исследование жирообразованию в организме животного. Впоследствии под руководством выдающихся ученых, таких как М.И. Придорогин, М.Ф. Иванов, Е.Ф. Лискун, Е.А. Богданов, И.С. Попов, М.И. Дьяков, А.С. Дмитроченко, М.Ф. Томмэ, К.М. Солнцев, В.Н. Агеев, А.В. Модянов, В.М. Крылов, А.П. Калашников и других, проводились обширные исследования и опыты, на результаты и выводы которых и сегодня опираются многие исследователи. Однако наука о питании сельскохозяйственных животных не стоит на месте [26, 58].
На современном этапе развития, во времена интенсификации селекционных процессов, направленных на повышение молочной продуктивности, кормление коров традиционными кормами, даже высокого качества, уже недостаточно для реализации генетического потенциала, который достигает 9-12 тыс. и более кг молока за лактацию. Высокая молочная продуктивность сопряжена усилением обменных процессов в организме животного. Чем выше продуктивность коров, тем больше функциональных и физиологических факторов необходимо учитывать при составлении рациона [23, 110, 127, 143, 152].
Один из ключевых принципов отечественной и европейской систем кормления сельскохозяйственных животных – принцип баланса энергии, в основе которого лежит создание равновесия между энергией, поступающей с кормом, и энергией, расходуемой на различные физиологические нужды, в т.ч. на производство намеченной продукции [2].
Показателем энергетической ценности кормов и рационов животных служит содержание обменной энергии или ЭКЕ в 1 кг натурального корма или в 1 кг сухого вещества [11, 14]. Концентрация энергии в 1 кг сухого вещества корма должна быть тем выше, чем выше продуктивность коров.
Установлено, что в среднем коровы потребляют от 2,5 кг до 4,5 кг сухого вещества на 100 кг живой массы. Однако потребление сухого вещества, кроме исходного качества кормов, определяет стадия лактации, величина суточного удоя, живая масса и физиологическое состояние животного. Согласно этому подходу, выделяют четыре фазы кормления лактирующих коров, причем в двух вариантах, каждый из которых себя оправдывает и отличается, в основном, продолжительностью периодов, таблица 1 [3, 11, 138]:
Программа кормления коров в течение года по периодам репродуктивного цикла обусловлена не только разной способностью животного потреблять сухое вещество, но и изменением направления затрат энергии [2, 22, 25, 53, 143].
Несмотря на то, что предельно напряженным по интенсивности обмена веществ является период раздоя, характеризующийся отрицательным энергетическим балансом, обеспечение наиболее полной реализации генетического потенциала молочной продуктивности коров, а также будущее здоровье и продолжительность лактации зависят от правильного и полноценного кормления скота в сухостойный период, т.е. за два месяца до отела.
Характеристика грибковых культур Aspergillus niger
Aspergillus niger – эукариотический организм, который принадлежит царству грибов и роду Aspergillus, насчитывающий в настоящее время свыше 120 видов. Благодаря характерному черному или темно-серому цвету разросшихся колоний, существует альтернативное название гриба – «черная плесень», которую можно спутать с колониями других плесневых грибов из семейства Stachybotryaceae, рода Stachybotrys.
Являясь сапрофитами и строгими аэробами, в природе грибы рода Aspergillus широко распространены. Благоприятной средой обитания для «плесени» являются поверхности, богатые органическим веществом, при постоянном доступе свободного молекулярного кислорода (почва, органические отходы и т.п.). В частной жизни грибы выступают в роли загрязняющего элемента углеводных субстратов с высоким содержанием сахара и крахмала (картофель, хлеб и т.д.). В сельском хозяйстве некоторые штаммы Aspergillus niger поражают агрокультуры и кормовые культуры как на этапе их роста, так и на этапе хранения (Рисунок 2).
Одновременно с этим, ряд некоторых видов Aspergillus могут выживать в условиях с ограниченным или полным отсутствием ключевых питательных веществ. При этом сырость и высокая влажность способствуют активному распространению грибка. Так, вид плесневого гриба Aspergillus niger можно обнаружить как в подвалах, так и на стенах сырых помещений (Рисунок 3).
Плесневелые корма, как и продукты питания, представляют угрозу для животных и человека, так как становятся токсичными и могут стать причиной заболевания - микотоксикоза. Реже, чем другие виды Aspergillus, но все же определенные штаммы грибов Aspergillus niger способны вызвать заболевания, степень сложности которых зависит от резистентности организма, начиная от аллергической реакции и астмы до поражения дыхательных путей и головного мозга (аспергиллез).
Тело гриба – это переплетенные между собой бесцветные нити (гифы), которые, как паутина, образуют мицелий. Размножение большинства видов Aspergillus происходит бесполым путем, в процессе которого созревшие споры (конидии) легко отделяются от конидиальной головки гриба и потоком воздуха или воды разносятся повсеместно. При этом окрас разрастающемуся мицелию придают конидии, которые по мере созревания в общей массе приобретают более интенсивный цвет – черный (A.niger), зеленый, желтый или серый, в зависимости от вида грибов Aspergillus (Рисунок 4). Вегетативный путь размножения тоже приемлем для этих грибов, когда отделившиеся частички «тела» от одной грибницы способны прорасти и образовать новую грибницу.
Несмотря на потенциальную угрозу заражения грибковой инфекцией, как в отношении человека (животных), так и в отношении урожая, грибы Aspergillus niger представляют огромный научный интерес в биотехнологии [62, 145, 160, 168, 179].
Первым, и одним из ключевых, стало открытие американского химика пищевой промышленности Джеймса Карри в 1917 году о способности любого штамма Aspergillus niger синтезировать высокие концентрации лимонной кислоты. И уже через два года американская фармацевтическая компания Pfizer впервые организовала пробную выработку лимонной кислоты в промышленных условиях, а к середине 1920-х годов объемы производства посредством ферментации Aspergillus niger превышали экстракцию лимонной кислоты цитрусовых. Дальнейшей целью промышленных микробиологов вплоть до 1976 г, включая Джеймса Карри, стало изучение влияния различного состава питательных сред и других экзогенных факторов на лимоннокислое брожение для максимизации выхода лимонной кислоты. На фоне этих исследований было открыто множество дополнительных свойств, а главное, сопутствующих метаболитов, которые синтезировал гриб Aspergillus niger. Впоследствии было установлено, что штаммы грибов A.niger, кроме лимонной, метаболизируют и другие кислоты: фумаровую, щавелевую, глюконовую [112, 230].
Прежде всего, плесневый гриб Aspergillus niger оказался ценным активом для мировой ферментной промышленности. Использование этого гриба в качестве продуцента полезных ферментов, начиная с 1977 г, ускорилось и продолжало расширяться вплоть до 2017 года. За это время удалось биосинтезировать широкий спектр ферментов, обладающих разной степенью специфичности. К ним относятся: целлюлазы и гемицеллюлазы, пектиназы, ксиланазы, амилазы и глюкоамилазы, протеазы, фитазы, липазы, а также -галактозидазы, глюкозооксидазы и др. По данным GRAS (Управление по контролю за продуктами и лекарствами США), продукты ферментации гриба Aspergillus niger признаны безопасными [230].
Однако Aspergillus niger не представлял бы особой ценности, если бы не был так неприхотлив при культивировании. Еще Джеймс Карри в своих публикациях описывал уникальные свойства плесневого гриба как перспективного биотехнологического инструмента для будущих применений. Было установлено, что оптимальная температура для интенсивного разрастания A.niger составляет 35–37 С, однако термотолерантные способности плесени позволяют ему поддерживать рост не только в более широком диапазоне температур – от 6 С до 47 С, но и в достаточно широком диапазоне активной кислотности, от 1,4 до 9,8 pH, (1,7) синтезируя одновременно большое разнообразие метаболитов. Такие способности A.niger открывают дополнительные возможности для биосинтеза активных веществ в промышленных условиях.
Aspergillus niger - это плесневый гриб, с которым за последние 100 лет связано множество фундаментальных и прикладных научный открытий, в первую очередь, в области молекулярной и синтетической биологии [230]. Данный гриб оказался универсальной платформой для производства кислот, ферментов и лекарственных средств (Таблица 3).
Морфологический состав крови коров в начале и в конце лактации
Для выявления различных видов патологий, в первую очередь, инфекционного или вирусного характера, а также заболеваний, связанных с иммунным статусом животного, в начале и в конце лактации проводились гематологические исследования (Таблицы 12,13).
На основании полученных данных можно утверждать о полноценности кормления, так как содержание гемоглобина и количество эритроцитов в крови всех испытуемых коров находилось в пределах нормальных значений. Такой результат позволяет исключить состояние различного типа анемии, поскольку эритроцитопении и олигохронемии не наблюдалось. Однако следует отметить, что некоторые изменения согласуются с утверждениями ведущих ученых (И.С. Токарь, 1939; В.И. Филатович, 1957) о влиянии стадий лактации на морфологический состав крови. Так, первая фаза лактации у всех коров характеризуется предельным содержанием эритроцитов и гемоглобина, тогда как в период затухания лактации концентрация этих показателей возрастает. Однако, независимо от периода лактации в организме более продуктивных коров, получавших дополнительно к рациону «Фибразу», окислительно-восстановительные процессы проходили более интенсивно. Так, количество эритроцитов на конец лактации в первой контрольной группе увеличилось на 7,56 %, во 2-ой опытной группе – на 7,24 %, в 3-ей опытной группе – на 6,33 %. При этом преимущество в пользу опытных групп составило в период раздоя 8,98 и 6,93 %, в период затухания лактации – на 8,49 и 5,71 % во 2-ой и 3-ей группах соответственно.
Концентрация гемоглобина в крови всех коров претерпела такие же изменения по фазам лактации и увеличилась на 5,0 % в 1-ой контрольной группе, на 5,55 % во 2-ой и на 6,23 % в 3-ей опытной группе в сравнении с периодом раздоя. Тогда как внутри групп концентрация гемоглобина в крови опытных коров превышала контрольное значение в период раздоя на 1,49 и 1,72 %, в 3-ю фазу лактации – на 1,99 и 2,88 % во 2-ой и 3-ей группах соответственно. Учитывая более высокое содержание эритроцитов в крови опытных коров, показатель, учитывающий объемную долю этих клеток в цельной периферической крови – гематокрит, соответственно, также превышает контрольные значения на 2,51 и 1,57 % в период раздоя, на 1,74 и 1,87 % в конце лактации.
Анализируя показатели лейкоцитов и лимфоцитов в абсолютном или процентном содержании, можно отметить, что ни лейкоцитоза, ни лимфоцитоза у коров всех групп не выявлено. Однако в сравнении с периодом раздоя эти показатели несколько завышены в конце лактации. Такие изменения можно связать с физиологическим статусом коров, с их глубокой стельностью.
Гранулоциты и моноциты являются главными участниками фагоцитоза. Их нормальная концентрация в крови всех животных свидетельствует об отсутствии в организме бактериальных инфекций. Кроме этого, они являются показателем работы иммунной системы организма. Поэтому можно констатировать, что иммунный статус у исследуемых коров благоприятный.
Формирование тромбоцитарной пробки при микроповреждениях кровеносных капилляров - это главное защитное свойство белых кровяных клеток – тромбоцитов. Варьирование показателей в период раздоя по группам от 336,50 до 343,5 тыс/мкл, в период затухания лактации от 344,25 до 352,00 тыс/мкл при норме 150 – 400 тыс/мкл включает допустимые физиологические отклонения, связанные с возможной небольшой кровопотерей, стрессом, инфекционными заболеваниями.
Экономическая эффективность применения «Фибразы» в рационах лактирующих коров
Результаты производственной проверки отражены в таблице 32, характеризующие экономическую целесообразность применения кормовой добавки «Фибраза» в кормлении лактирующих коров. Дополнительная проверка показала, что использование «Фибразы» позволило получить молока за учетный период от коров с рационом нового варианта 168 993,0 кг натуральной жирности и 195 291,5 кг базисной 3,4% -ной жирности, что на 2,4 и 6,2 % выше аналогичных базовых значений (Таблица 32).
С молоком коров, получавших рацион нового варианта, получено на 386,1 кг молочного жира и на 209,3 кг молочного белка больше, чем с молоком коров, получавших базовый рацион. Превышения составили 6,2 и 3,97 % соответственно.
Необходимо отметить, что затраты на производство молока в группе с новым вариантом рациона были на 39 тыс. руб. больше, чем в группе коров с базовым рационом. Однако прибыль, полученная от реализации этого молока, покрыла не только увеличение расходов, связанных, в том числе, с закупкой кормовой добавки, но и превысила базовый показатель на 267,7 тыс. руб. Такую разность можно объяснить ростом продуктивности и улучшением качественных характеристик молока коров с рационом нового варианта.
Таким образом, можно констатировать, что группа коров, получавшая в составе рациона добавку «Фибраза» в количестве 20 г/гол/сутки отличается наибольшим экономическим эффектом. Дополнительная прибыль на 1 голову за 90 суток составила 5 352,9 руб. По сравнению с группой, получавших базовый рацион, производство молока в группе коров с новым вариантом рациона на 4 абс.% оказалось более рентабельным.
Максимальное проявление наследственно обусловленной продуктивности коров невозможно без использования высокоэнергетических рационов [11].
Энергетическая питательность рационов лактирующих коров регулируется посредством оптимизации соотношения объемистых и концентрированных кормов. Наиболее простой способ повысить энергоемкость рациона – увеличить долю крахмалистых кормов. Однако такой подход в питании жвачных животных не оправдывает ни физиологические, ни экономические аспекты молочного скотоводства. Как источник легкопереваримых углеводов (сахара, крахмал), концентраты являются важным энергетическим ресурсом, но их использование целесообразно в пределах оптимальных значений, не более 300-400 г в расчете на 1 кг молока.
Объемистые корма также являются источником обменной энергии в рационах коров. Их энергетическая эффективность определяется количественным и качественным соотношением углеводных фракций (целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества). Конечными продуктами ферментации структурных углеводов являются такие же метаболиты, как и при сбраживании простых сахаров – летучие жирные кислоты. Однако доступность питательных веществ и энергии, заключенных в клеточных стенках растений, зависит от активности целлюлозорасщепляющей микрофлоры [100].
В связи с этим, определенный интерес представляла комплексная ферментная добавка «Фибраза», применение которой способствовало росту продуктивности коров за счет более эффективного использования питательных веществ и энергии всего рациона. Биологические свойства обусловлены входящими в ее состав компонентами, которыми являются инактивированные высушенные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae, Kluyveromyces marxianus) и продукты ферментации грибковых культур (Aspergillus oryzae, Aspergillus niger).
Механизм действия кормовой добавки «Фибраза» заключается в специфических свойствах биологически активных веществ, которые образуются вследствие грибковой ферментации. Ферменты, содержащиеся в составе высушенных и инактивированных грибковых экстрактов (целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы, ксиланазы, ксилосидазы, амилазы, глюкоамилазы, протеазы, фитазы и др.), повышают фибролиз (деградация клетчатки) в рубце, т.к. стимулируют рост и развитие целлюлозолитических, лактат ферментирующих и других полезных рубцовых бактерий.