Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1 Источники микроэлементов для сельскохозяйственных животных 10
1.2 Механизм воздействия наночастиц на биологические объекты 18
1.3 Наноформы металлов-микроэлементов в животноводстве 21
2 Результаты собственных исследований 25
2.1 Материалы и методы исследования 25
2.2 Результаты лабораторных исследований 35
2.2.1 Результаты лабораторных исследований по оценке биологической активности наночастиц металлов и их агломератов 35
2.2.1.1 Размерные характеристики частиц 35
2.2.1.2 Тест ингибирования наночастицами металлов и их агломератами бактериальной биолюминесценции 37
2.2.1.3 Оценка токсичности концентраций, использованных в экспериментах на цыплятах-бройлерах 39
2.3 Результаты экспериментальных исследований на цыплятах-бройлерах 40
2.3.1 Результаты I эксперимента на птице 40
2.3.1.1 Условия содержания и кормления цыплят-бройлеров 40
2.3.1.2 Переваримость корма подопытной птицей 42
2.3.1.3 Обмен энергии в организме подопытной птицы 43
2.3.1.4 Гематологические показатели подопытной птицы
2.3.1.4.1 Морфологический состав крови 44
2.3.1.4.2 Биохимические показатели крови цыплят-бройлеров
2.3.1.5 Влияниевысокодисперсных частиц меди и железа различного размера на рост и развитие цыплят-бройлеров. 60
2.3.1.6 Мясная продуктивность подопытной птицы 63
2.3.1.6.1 Убойные качества и морфологический состав тела бройлеров 63
2.3.1.6.2 Состав и содержание химических веществ в теле подопытных цыплят бройлеров 64
2.3.1.6.3 Аминокислотный состав печени цыплят-бройлеров
2.3.1.7 Обмен химических элементов в организме подопытных бройлеров 71
2.3.1.8Конверсия протеина и энергии корма в продукцию 75
2.3.1.9 Резюме по итогам I эксперимента 78
2.3.2 Результаты II эксперимента на птице 79
2.3.2.1 Условия содержания и кормления цыплят-бройлеров 79
2.3.2.2 Переваримость корма подопытной птицей 81
2.3.2.3 Гематологические показатели подопытной птицы
2.3.2.3.1 Морфологический состав крови 82
2.3.2.3.2 Биохимические показатели крови цыплят-бройлеров
2.3.2.4 Рост и развитие подопытных цыплят-бройлеров 95
2.3.2.5 Мясная продуктивность подопытной птицы
2.3.2.5.1 Убойные качества и морфологический состав тела бройлеров 99
2.3.2.5.2 Состав и содержание химических веществ в теле подопытных цыплят-бройлеров 101
2.3.2.5.3 Аминокислотный состав и метаболиты печени цыплят-бройлеров
2.3.2.6 Обмен химических элементов в организме подопытных бройлеров 106
2.3.2.7 Конверсия протеина и энергии корма в продукцию 109
2.3.3 Результаты III эксперимента на птице 111
2.3.3.1 Условия содержания и кормления цыплят-бройлеров 111
2.3.3.2 Рост и развитие подопытных цыплят-бройлеров 114
2.3.3.3 Мясная продуктивность подопытной птицы 115
2.4 Результаты производственной проверки 116
3. Обсуждение полученных результатов 118
4. Выводы
5 Предложение производству 134
6 Перспективы дальнейшей разработки темы 135
7 Список используемой литературы 136
- Механизм воздействия наночастиц на биологические объекты
- Наноформы металлов-микроэлементов в животноводстве
- Тест ингибирования наночастицами металлов и их агломератами бактериальной биолюминесценции
- Мясная продуктивность подопытной птицы
Введение к работе
Актуальность темы. По мере накопления экспериментальных данных становится очевидным, что нанодисперсные формы эссенциальных металлов и их соединений в ближайшей перспективе могут найти широкое применение в животноводстве в качестве препаратов микроэлементов. Это определяется как меньшей токсичностью наночастиц металлов с диаметром около 100 нм (Глущенко Н.Н. и др., 1989; Zhang J. et al, 2005; Hao L. et al, 2014), так и более высокой биодоступностью микроэлементов из нанодисперсных препаратов в сравнении с неорганическими соединениями и органическими формами (Rohner F. et al, 2007).
В этой связи определенный интерес представляют работы, направленные на
создание новых препаратов микроэлементов железа и меди на основе наноформ.
Железодефицитная анемия на ряду с дефицитами меди сохраняется в качестве
основного расстройства обмена веществ человека затрагивая более 1 млрд.
жителей нашей планеты(World Health Organization, 2008). Сельскохозяйственные
животные так же широко подвержены этому заболеванию. Современная терапия
железодефицитной анемии, коррекция медь дефицитных состояний включает
пероральный прием препаратов этих микроэлементов, в том числе простых солей,
растворимых хелатных форм и др. Однако, в животноводстве накоплен и
негативный опыт использования этих веществ, связанный в том числе с
расстройствами желудочно-кишечного тракта(Pea-Rosas Juan P. et al, 2012;
Cancelo-Hidalgo M.J. et al, 2013); дисбиозами, изменениями состава микрофлоры в
толстом кишечнике и др. (Zimmermann M.B. et al, 2010; Dostal A. et al, 2012).
Использование препаратов железа и других микроэлементов может иметь
негативные последствия для организма по причине образования активных форм
кислорода в реакциях Фентона, Хабера-Вайса, Осипова. В этой связи
перспективным представляется использование органических форм
микроэлементов (Фисинин В.И., Егоров И.А., 2015). На ряду с ними все большее внимание исследователей привлекают наноформы как выгодная альтернатива существующим препаратам этих микроэлементов.
Степень разработанности темы. Первые работы по проблематике
использования наночастиц микроэлементов в птицеводстве выполнены на базе
ВНИТИПа (Куренова В.П. и др., 1987). В дальнейшем эти исследования получили
свое продолжение. Так, известны работы демонстрирующие
ростостимулирующие и ранозаживляющие эффекты наноформ железа и меди (Глущенко Н.Н. и др., 2002; Богословская О.А. и др., 2009; Sizova E. et al, 2013).
В сравнительных исследованиях нанопрепаратов этих металлов при приеме per os продемонстрирована перспектива наноформ в качестве пищевой добавки (Hilty F.M., 2010; et al, 2014). При проведении МРТ разрешено использовать наночастицы железа в одной болюсной дозе до 0,16 ммоль Fе/кг массы тела J. et al., 2015).
Вместе с тем остаются не ясными оптимальные размеры наночастиц металлов в составе препаратов. Различия в биологических свойствах препаратов наночастиц металлов с разноразмерными частицами показаны L. et al (2014). В частности, уменьшение размера наночастиц металлического железа и трехвалентного железа пирофосфата повышает абсорбцию элемента (Rohner F. et al, 2007). В тоже время известны токсические последствия снижения размера частиц (Zhang X.D. et al, 2011).
В целом накопленные знания по проблеме далеко не полны, а зачастую
противоречивы. В связи с чем безусловный интерес представляют работы
направленные на оценку биологического и продуктивного действия
разноразмерных наноформ эссенциальных металлов в общем, железа и меди в частности.
Цель и задачи исследований. Целью данных исследований, которые
выполнялись в соответствии с «Программой фундаментальных и приоритетных
прикладных исследований по развитию Агропромышленного комплекса РФ на
2011-2015 годы и состояла в изучении продуктивного действия и влияния на
метаболизм цыплят-бройлеров препаратов высокодисперсных частиц
элементарного железа и меди.
При этом решались следующие задачи:
-
Дать биологическую оценку препаратам микроэлементов меди и железа различной дисперсности в тесте ингибирования бактериальной люминесценции.
-
Дать сравнительную оценку действия наночастиц, их агломератов и микрочастиц меди и железа на морфологический и биохимический состав крови цыплят-бройлеров.
-
Изучить особенности действия наночастиц, агломератов наночастиц и микрочастиц меди и железа на биоконверсию корма, рост и развитие цыплят-бройлеров.
-
Изучить особенности обмена химических элементов и динамику аминокислотного состава печени цыплят-бройлеров при использовании препаратов меди и железа различной размерности.
-
Изучить морфологический и биохимический состав крови цыплят-бройлеров при скармливании наночастиц железа в сочетании с аминокислотами аргинином, лизином, метионином.
-
Изучить переваримость, биоконверсию корма, особенности роста цыплят-бройлеров при сочетании скармливания наночастиц железа и аминокислот.
-
Дать сравнительную оценку действия на обмен химических элементов внутримышечных инъекций и дачи с кормом наночастиц железа.
-
Изучить особенности роста и эффективность использования корма при совместном скармливании наночастиц железа и креатина цыплятам-бройлерам.
-
Определить экономическую эффективность совместного скармливания цыплятам-бройлерам наночастиц железа и креатина.
Научная новизна. Впервые, на модели препаратов микроэлементов меди и железа сформированы представления о размерных характеристиках и биологической активности частиц, получаемых при ультразвуковой обработке водных взвесей порошков наночастиц элементарных металлов. Впервые получены экспериментальные данные о физиологическом и продуктивном действии препаратов разноразмерных частиц железа и меди на организм цыплят-бройлеров. Детальное исследование морфологического и биохимического состава крови птицы позволило сформировать общее представление о взаимодействии наночастиц и организма птицы.
Впервые, в эксперименте выявлен факт стимулирования препаратами ультрадисперсного железа (меди) синтеза аргинина в организме цыплят-бройлеров. Впервые дана сравнительная оценка физиологического и продуктивного действия внутримышечного и энтерального путей ввода наночастиц железа в организм птицы.
Впервые, в эксперименте показана возможность использования наночастиц железа совместно с аминокислотами для создания кормовых добавок в животноводстве. Установлен факт повышения живой массы бройлеров при скармливании наночастиц железа совместно с аминокислотой аргинин на фоне сбалансированного по лизину и метионину рациона. В эксперименте показана возможность замены аргинина в составе комплекса аминокислот, при использовании наночастиц железа, на креатин. Новизна исследований защищена приоритетными справками № 2015121172 от 03.06.2015 и 2015141629 от 30.09.2015.
Теоретическая значимость работы состоит в разработке гипотезы-формирования ответа организма птицы на поступление из вне ультрадисперсных элементарных металлов запускаемого взаимодействием частиц препарата с макрофагами, образованием окиси азота и последующей активизацией синтеза аргинина. Экспериментальное подтверждение разработанной гипотезы и предложенное решение по совместному применению препаратов наночастиц
железа и комплекса аминокислот в кормлении цыплят-бройлеров позволили предложить производству новые способы повышения производства мяса птицы.
Практическая значимость работы. Использование нового решения по совместному скармливанию препарата наночастиц железа с креатином цыплятам-бройлерам позволит повысить переваримость питательных веществ корма, снизить жироотложение и обеспечить повышение рентабельности производства мяса бройлеров на 2-3 %.
Методология и методы исследования. Для достижения поставленной цели
и решения задач использовались стандартные зоотехнические, биохимические и
физиологические методы исследования с использования современного
оборудования. Полученный результат обработан с применением общепринятых методик при помощи программного пакета «Statistica 10.0».
Основные положения, выносимые на защиту:
Совместное скармливание цыплятам-бройлерам препарата наночастиц железа в сочетании с комплексом аминокислот аргинином, лизином и метионином, а так же при замене аргинина на креатин, позволит снизить затраты кормов и повысить рентабельность производства мяса птицы.
Использование препарата ультрадисперсного элементарного железа независимо от внутримышечного или энтерального способа введения сопровождается изменениями в обмене аргинина и накоплением последнего в печени цыплят-бройлеров.
При использовании в бройлерном производстве ультрадисперсных препаратов микроэлементов железа и меди, содержащих наночастицы, их агломераты или микрочастицы следует ожидать сходные физиологическое и продуктивное действие с различием по срокам их реализации.
Степень достоверности и апробация работы. Научные положения,
выводы и предложения производству обоснованы и базируются на аналитических
и экспериментальных данных, степень достоверности которых доказана путем
статистической обработки с использованием программного пакета Statistica 10.0.
Выводы и предложения основаны на научных исследованиях, проведенных с
использованием современных методов анализа и расчета. Основные материалы
диссертационной работы доложены на расширенном заседании научных
сотрудников и специалистов лаборатории минерального питания
сельскохозяйственных животных ФГБНУ Всероссийский НИИ мясного скотоводства (Оренбург, 2015). Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, проект № 14-16-00060.
По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных результатов
диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук, 2 из которых опубликованы в журналах базы Scopus.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 171 странице компьютерной верстки, состоит из введения, обзора литературы, главы с описанием материалов и методов исследований, глав собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов, предложений производству. Содержит 53 таблицы, 31 рисунок и 4 приложения. Список использованной литературы включает 249 источников, в том числе 135 зарубежных авторов.
Механизм воздействия наночастиц на биологические объекты
Медь играет большое значение в процессах кроветворения и дыхания, входя в состав металлопротеидов регулирует окислительно-восстановительные процессы клеточного дыхания и процессы биосинтеза гема. В составе ферментов и гормонов медь оказывает влияние на рост и развитие, антиоксидантную защиту организма, на клеточном и молекулярном уровне влияет на созревание эритроцитов, фагоцитарную активность клеток крови, структуру белков соединительной ткани (коллаген, эластин), процессы генерации клетками энергии и регулирует обмен некоторых веществ (меланин, тирозин и т.д.). Поэтому дефицит меди приводит к развитию анемии, появлению кровоизлияний, деминерализации костной ткани, остеопорозу и задержке роста (Мирошников С.А., 2002; Родионова Л.В., 2005; Калетина Н., Калетин Г., 2007).
Основная роль кобальта связана со стимуляцией эритропоэза, участием в синтезе витамина В12 и активации некоторых ферментативных процессов (синтез белков, жиров, углеводов и т.д.), а также с участием в образовании гормонов щитовидной железы, улучшением усвоения железа и регуляцией работы нервной системы. Кроме того, кобальт в организме человека оказывает иммуностимулирующее действие, которое проявляется в повышении фагоцитарной активности лейкоцитов. При недостатке кобальта в организме наблюдаются нарушения в работе эндокринной системы, развитие анемии и рахита, заболевания печени и легких (Keener H.A., Percival G.P., Ellis G.H., Beeson K.C., 2005; Белецкий Е.М., 2009). Цинк входит в состав важнейших ферментов таких как: алкогольдегидрогеназы, трансфорилазы, пептидазы, уриказы, карбоангидразы, лактатдегидрогеназы, алкалинфосфатазы, щелочной фосфатазы, супероксиддисмутазы,а также гормонов и витаминов. Цинк оказывает иммуностимулирующее действие, влияя на пролиферацию, дифференцировку, созревание и активацию лимфоцитов, участвует в выработки организмом собственных антиоксидантов, способствует нормальному протеканию процессов развития костной ткани, стимулирует рост и развитие клеток. На молекулярном уровне цинк влияет на функционирование генетического аппарата, поддерживает интегральную целостность мембран клеток и органелл. Недостаток цинка проявляется в задержке роста животных, нарушении функций тимуса, нарушении мембранного транспорта и ингибировании ферментативных систем (Кубасова Е.Д., Кубасов Р.В., 2008; Машанов А.В., Юшков Г.Г., 2009).
Для сельскохозяйственных животных и птицы основным источником микроэлементов являются корма.В связи с этим потребность в микроэлементах зависит не только от интенсивности роста и возраста животных, уровня продуктивности, физиологического состояния, технологических и климатических условий содержания, и др., но и от таких показателей как: химическая форма элемента в кормах, уровень сбалансированности рациона по питательным и биологически активным веществам и др. Количество микроэлементов в кормовых культурах нестабильно и зависит от таких факторов как: вид растений, тип почвы, погодные условия и т.д., что требует использование дополнительных источников в различной форме (Манелля А.И., 2007; Заводчиков Н.Д., Ермош Е.В., 2009; Фисинин В.И., Егоров И.А., 2015).
Традиционным источником микроэлементов являются минеральные формы, эффективность использования которых доказана многочисленными исследованиями. Так, в исследованиях Х.М. Зайналабдиевой (2004) показано, что использование комплекса солей микроэлементов (Со, Cu, Zn, Fe, Mn) оказывает значительный эффект на среднесуточный прирост бычков и увеличивает концентрацию микроэлементов в крови на 10-15 %. В работе Е.С. Билялова с соавт.(2013) отражен положительный эффект бентонитовой глины как источника микроэлементов на переваримость питательных веществ рациона, содержащей в своем составе подвижные формы кальция, фосфора, калия, железа, меди, марганца, кобальта и других жизненно необходимых минеральных элементов.
В рамках создания безотходного производства в области промышленности еще одним источником микроэлементов для сельскохозяйственных животных и птицы являются отходы цементного производства – высокодисперсные порошки (клинкерная пыль). Клинкерная пыль содержит комплекс макро- и микроэлементов, включающий свыше 60 наименований в т.ч. йод, магний, кобальт, медь, железо, кальций, цинк, алюминий, различные окислы, щелочные металлы и другие элементы (Кузнецова А.С., 2008).
Исследованиями Н.А. Неретина (2000) было установлено, что клинкерная пыль используемая при выращивании бычков симментальной породы, способствует повышению поедаемости сена, соломы и хлебной барды, обеспечивая увеличение поступления в организм сухого вещества на 2,5-6,6 % и обменной энергии на 2,2-6 %. Вработах W.E. Wheeler (1978), показан положительный эффект цементной пыли в количестве 3,6 % от набора кормов на интенсивность роста молодняка крупного рогатого скота. Период использования такого корма, однако, ограничен допустимой дозой накопления в органах животных отдельных элементов,способных оказывать негативный эффект.
Наноформы металлов-микроэлементов в животноводстве
Исследования влияния высокодисперсных частиц меди и железа на переваримость питательных веществ, выявили целый ряд различий в эффективности использования корма. Отмечалось увеличение переваримости всех исследуемых показателей (таблица 7).
Так, переваримость органического вещества была увеличена во II группе на 2,3 % (Р0,001),в III группе на 3,1 % (Р0,001), в IV на 1,9 % (Р0,001), в V на 1,7 % (Р 0,001),в VI и VII группах на 2,8 (Р 0,001) и 2 % (Р 0,01) относительно контроля. Коэффициент переваримости сырого жира был увеличен на 2,4 % (Р 0,001) в II и III группа,на 2,2 и 1,1 % (Р 0,001) в Уи VI группах соответственно по сравнению с контрольной. Таблица 7 – Коэффициенты переваримости питательных веществ корма, %
Значения переваримости сырого протеина были достоверно выше во II, III, VI и VII группах на 2,5 (Р0,05), 2,6 (Р0,001), 3,56 и 2,5 % (Р0,001), соответственно. Переваримость углеводов в сравнении с контролем была выше на 8,9 и 7,3 % (Р0,001) во второй и третьей группах, на 6,8 и 6,5 % (Р0,001) в четвертой и пятой, на 3,5 % (Р0,001) в шестой и седьмой группах. Таким образом в эксперименте показано изменение степени переваримости корма при внутримышечной инъекции наночастиц элементарных металлов, что могло быть следствием изменений в межуточном обмене веществ и энергии.
Рассмотрение обмена энергии в организме подопытной птицы выявило изменения в эффективности процессов на этапе пищеварения и межуточного обмена. В частности, при относительно незначительных различиях в потреблении валовой энергии с кормом менее 1,5 % (1 МДж/гол за период опыта), различия по величине потерь энергии с пометом достигли 4-5 %, в абсолютных величинах 0,7-1 % в долях от валовой энергии (таблица 8).
Как показали исследования, в теле птицы IIи III групп отложилось 15 и 16,2 МДж/гол чистой энергии, что составило 21 и 22,6 % от объема валовой энергии поступившей с кормом за этот период. Превосходство данного показателя во II и III группах, относительно контрольной, составило 2 и 4,8 %.
Введение высокодисперсных частиц меди и железа различного размера характеризовалось неоднозначными изменениями морфологических и биохимических показателей крови цыплят-бройлеров опытных групп. Введение наночастиц меди и железа приводило к росту ряда показателей крови таких как, эритроциты, концентрация гемоглобина, среднее содержание гемоглобина в эритроците, гематокрит, СОЭ и др. Так, содержание эритроцитов спустя сутки после введения наночастиц у 15-ти дневных цыплят-бройлеров второй и третьей групп было выше на 21,3 и 3,04 % относительно контрольной группы, через 7 суток после введения у 21 дневных цыплят-бройлеров на 6,67 и 11,1 %, через 21 сутки после введения у 35-ти дневных уровень эритроцитов практически не отличался от контрольных значений (таблица 9).
Концентрация гемоглобина спустя сутки после введения наночастиц у 15-ти дневных цыплят-бройлеров второй и третьей группах была увеличена на 34,1 и 21,1 % относительно контроля, у 21-дневных на 4,34 и 3,26 % соответственно, у 35 дневных цыплят-бройлеров концентрация гемоглобина практически не отличается от контрольной группы.
Наличие изменений в содержании эритроцитов находит отражение в показателе гематокрита. Показатель гематокрита через сутки после введения наночастиц меди и железа был увеличен во второй и третьей группах на 4,2 и 2 % относительно контроля, через 7 суток после введения у 21-дневных цыплят-бройлеров на 2,32 и 3,8 % соответственно, у 35-ти дневных цыплят-бройлеров не отличалось от контрольной группы.
Уровень тромбоцитов был снижен спустя сутки у 15-ти дневных цыплят-бройлеров второй и третьей групп на 13,1 и 10,9 % относительно контроля, у 21 дневных цыплят-бройлеров на 8,04 и 4,98 % соответственно, у 35-ти дневных различий с контрольной группы не отмечалось.
Скорость оседания эритроцитов была увеличена спустя сутки во второй и третьей группах на 12,9 (Р0,05) и 9,35 % относительно контроля, через 7 суток на 5,49 и 6,35 % (Р0,05) соответственно, через 21 день после введения изменений не отмечалось.
В отношении количества лейкоцитов отмечалось достоверное увеличение их величины. Так, уровень лейкоцитов спустя сутки после введения наночастиц исследуемых металлов у 15-ти дневных цыплят-бройлеров II и III групп был достоверно выше на 40,8 и 7,46 % (Р0,05) относительно контрольной группы, у 21 дневных на 6,12 и 8,47 % (Р0,05) соответственно, у 35-ти дневных цыплят-бройлеров первой группы на 2,14 % (Р0,05), во второй группе показатель находился в пределах значений контрольной группы.
Количественное содержание отдельных видов лейкоцитов изменялось следующим образом: 1) Уровень лимфоцитов был выше относительно контроля в 15-ти дневном возрасте цыплят-бройлеров на 32,2 и 2,93 % во второй и третьей группах,соответственно, в 21 дневном возрасте на 8,63 и 11,5 % в тех же группах соответственно, в 35-ти дневном на 1,46 % в первой группе.
2) Содержание моноцитов достоверно увеличивалось спустя сутки после инъекции у 15-ти дневных цыплят-бройлеров в 1,78 раза (Р0,01) и на 16,3 % (Р0,01) во второй и третьей группах соответственно относительно контроля, через 7 суток в 21 дневном возрасте на 2,22 и 5,56 % соответственно, через 21 сутки у 35-ти дневных цыплят-бройлеров первой группы на 3,83 %.
3) Показатели гранулоцитов спустя сутки после введения исследуемых наночастиц достоверно превышали контрольные значения на 44,9 (Р0,001) и 11,2 % (Р0,01) в II и III группах соответственно, спустя 7 сутки на 3,07 и 4,17 %, соответственно, через 21 день после инъекции на 3,32 % в первой группе.
В процентном соотношении отдельных видов лейкоцитов спустя сутки после введения наночастиц меди и железа во второй и третьей группах отмечалось понижение процента лимфоцитов на 3 и 2,2 % относительно контрольной группы, незначительное повышение уровня моноцитов на 1,7 и 0,6 %в II и III группах, гранулоцитов на 1,3 и 1,6 % в I и II группах, соответственно (рисунок 4).
Тест ингибирования наночастицами металлов и их агломератами бактериальной биолюминесценции
Содержание сухого вещества было увеличено во всех опытных группах относительно контрольной на 6,96 % (Р 0,001), 7,62 % (Р 0,001), 4,64 % (Р 0,001), 4,22 % (Р 0,001), 6,67 % и 7 (Р 0,001) раз во II, III, IV, V, VI и VII группах соответственно. Увеличение содержания сухого вещества находит отражение в увеличении содержания жира на 13,4 % (Р 0,001) во второй группе, на 15,6 % (Р 0,01) в третьей, на 9,31 % (Р 0,01) в четвертой, на 10,2 % (Р 0,05) в пятой, на 12,8 и 10,44 % (Р 0,001) в шестой и седьмой группах (таблица 19).
Достоверных изменений в концентрации энергии в теле особей опытных групп через сутки после введения наночастиц меди и железа, агломератов наночастиц меди и железа, микрочастиц меди и железа отмечено не было. Спустя 7 суток наблюдалось увеличение данного показателя во второй и третьей группах на 3,2 и 2,47 % (Р0,05) соответственно, тогда как через 21 сутки рост концентрации энергии в теле подопытной птицы отмечался в шестой и седьмой группах на 2,46 и 2,11 % (Р0,05) по сравнению с контрольной группой (таблица 20).
Анализ аминокислотного состава печени цыплят-бройлеров показал, что внутримышечные инъекции сравниваемых препаратов сопровождались достоверным изменением концентрации во всех опытных группах только одной аминокислоты – аргинина. В частности, в печени цыплят II группы ее концентрация по сравнению с контрольной увеличилась на 2,88 и 4,38 % (Р0,05) через 1 и 7 сутки после введения наночастиц меди (рисунок12).
Достоверные изменения аминокислотного состава печени наблюдались спустя 1 и 7 сутки после введения наночастиц железа. Содержание аргинина в III группе превышало контрольные значения на 2,25 и 3,78 % (Р0,05) через 1 и 7 сутки после введения инъекций. Arg Lys Tyr Phe His Leu-Ile Met Val Pro Thr Ser Ala Gly
Исследование аминокислотного состава печени опытной птицы после однократного введения агломератов наночастиц меди и железа как и при введении наночастиц показало изменение процента аргинина (рисунок 14а, 14б). В отличии от результатов, полученных при использовании наночастиц, агломераты наночастиц меди и железа определили повышение содержание аргинина в печени цыплят только на 7 сутки после введения на 2,13 и 2,08 % (Р0,05) соответственно по сравнению с контролем.
Еще более пролонгированным действием характеризовались микрочастицы меди и железа. Их использование способствовало увеличению содержания аргинина только на 21 сутки после инъекций на 4,56 и 3,86 % (Р0,05) соответственно по сравнению с контролем (рисунок 15). В отношении процента содержания остальных исследуемых аминокислот печени птицы достоверных отличий выявлено не было.
Разница содержания АМК в печени опытной птицы в возрасте 15, 21 и 35 суток при однократном введении микрочастиц меди (а) и железа(б) по сравнению с контролем Таким образом, сравниваемые препараты металлов-микроэлементов оказывают сходное влияние на пластический обмен в организме цыплят. Наблюдаемые нами различия в их действии определяются только размерами частиц и не связаны с химической природой вещества. По крайней мере различий в действии железа и меди не установлено.
Введение препаратов меди приводило к достоверному снижению содержания мышьяка, алюминия, кадмия и свинца, и увеличению в тканях кобальта, меди, кальция, магния, натрия и фосфора уже в первые 7 суток (таблица 21, рисунок 16). Так, снижение уровня мышьяка на 6,17 % (Р0,05), алюминия на 4,39 % (Р0,05), кадмия и свинца на 2,5 и 6,06 % (Р0,05) и увеличение содержания кобальта и натрияна 4,08 и 2,55 % (Р0,05) в сравнении с контрольной группой отмечалось только после введения лиозолей наночастиц меди. Содержание меди, кальция, магния и фосфора было увеличено независимо от размерности частиц меди. Уровень меди в тканях цыплят-бройлеров II, IVи VI групп был увеличен на 6,01; 7,28 и 7,59 % (Р0,05) соответственно относительно контроля, содержание кальция на 3,85; 3,24 и 3,85 % (Р0,05), концентрация магния на 4,23 % (Р0,001), фосфора – 3,02; 3,98 и 3,98 % (Р0,001) соответственно (рисунок 17, 18).
Аналогичное влияние в отношении концентрации химических элементов в тканях тела цыплят-бройлеров оказывало введение препаратов железа.
Введение лиозолей наночастиц железа как и лиозолей наночастиц меди приводило к снижению уровня мышьяка на 6,07 % (Р0,05), алюминия на 5,06 % (Р0,05), кадмия на 5 % (Р0,05) и свинца на 3,79 % (Р0,05), и увеличению содержания кобальта и натрия на 4,08 и 4,86 % (Р0,05) в сравнении с контролем.
Уровень кальция в третьей, пятой и седьмой группах был увеличен на 6,48 % (Р0,01), 4,25 и 5,87 % (Р0,05), содержание фосфора на 3,57 (Р0,001), 4,8 (Р0,001) и 2,74 (Р0,05) %, магния – 2,82 (Р0,001), 5,63 (Р0,01) и 2,82 (Р0,001) % соответственно относительно контрольных значений.
Мясная продуктивность подопытной птицы
Внедрение передовых достижений биотехнологии и генетики в животноводство и успехи селекции определили значительное повышение генетического потенциала существующих пород и кроссов сельскохозяйственных животных (Фисинин В.И. и др., 2010,2015; Левахин В.И. и др.,1996,2002). Этот прогресс предъявляет новые требования к существующим технологиям содержания и кормления птицы, определяя необходимость их дальнейшего совершенствования. Одним из путей решения этой задачи в области кормления является разработка новых препаратов микроэлементов.
Наиболее широко используемые сегодня препараты минеральных солей имеют длинный ряд недостатков, связанных с токсическим действием на организм животных (Кирилов М.П., 2006), изменениями состава микрофлоры кишечника и проблемами с дизбиозом (Meyer H., 1991; Ducatelle R. et al, 2015) и т.д. Эти обстоятельства в свое время побудили исследователей к поиску альтернативных источников минеральным солям, что и было реализовано при разработке новых металлорганических соединений (Надеев В.П. и др., 2012). Вместе с тем современное развитие технологий способно предложить и совершенно иные технологические решения данной проблемы. В числе последних с полной уверенностью можно рассматривать нанодисперсные формы эссенциальных элементов. Это определяется как меньшей токсичностью наночастиц металлов с диаметром около 100 нм (Zhang J., Wang X., Xu T., 2008; Hao L., Wang Z., Xing нанотехнологий в биологии и медицине. Это подтверждается количеством полнотекстовых и реферативных статей на портале PubMed, с ключевым словом «наночастицы», превышающих более 100 тысяч только за последние 15 лет. Не стало исключением и животноводство. Работы по использованию наночастиц при создании препаратов микроэлементов для сельскохозяйственных B., 2009), так и более высокой биодоступностью микроэлементов из нанодисперсных препаратов (Raspopov R.V., Trushina .N., Gmoshinski I.V., Khotimchenko S.A., 2011). Следует отметить огромный интерес исследователей к перспективам использования животных активно ведутся по всему миру (Cai S.J. et al,2014; Sarkar B. еt al, 2015).
Анализ литературных данных, проведенный нами при разработке рабочей гипотезы по проблеме, позволил нам принципиально определиться с направлением нашей работы. Как следует из доступной литературы на современном этапе развития знаний о препаратах микроэлементов на основе наноматериалов актуальными представляются работы по оценке биологических и продуктивных эффектов наночастиц металлов с различной размерностью (Zhang X.D. et al, 2011; Mt Z. et al, 2015).
В связи с чем, мы предположили, что внутримышечные инъекции наночастиц железа и меди более целесообразно производить препаратами не отдельных наночастиц, а их агломератов.Это, по нашему мнению, должно увеличить сроки действия препарата и тем самым сократить негативные последствия для организма животных, вызванных образованием активных форм кислорода в реакциях Фентона, Хабера-Вайса, Осипова. Основанием к выполнению наших исследований стали работы по многократному внутримышечному введению наночастиц. При многократном введении наночастиц меди в биотических дозах (12 раз в неделю) в организм не происходит существенных изменений в элементном составе, в том числе и по меди. Это показывает отсутствие нарушений со стороны системы гомеостатического регулирования уровня элементов в организме при введении наночастиц (Сизова Е.А. и др., 2012).
Объективно оценивая проведенные исследования, необходимо отметить, что в целом нам удалось обеспечить необходимою «чистоту» экспериментов и точность измерений. Во-первых, исследования были выполнены с использованием лабораторной базы Испытательного центра ВНИИМС аккредитованного на компетентность Росстандартом России (аккредитация Госстандарта России – Рос. RU № 000121 ПФ59 от 19.05.2011 г.). Во-вторых, все проведенные эксперименты были выполнены на достаточном поголовье птицы с использованием стандартизованных методов. В-третьих, материалы исследований были обработаны биометрически с использованием пакета «Statistica 10.0». Проводя анализ полученных данных следует отметить, что препараты наночастиц железа и меди, использованные в исследованиях, при внесении в воду или физраствор представляли собой агломераты наночастиц. И только 15-30 минутная обработка суспензий ультразвуком позволяет получить однородные продукты с составом, представленным на 98 и 92 % отдельными наночастицами.
В частности, анализ параметрических характеристик частиц опытных проб, полученных в результате изменения времени диспергирования порошков меди и железа, позволил внести ясность в понимание того, что представляют собой экспериментальные образцы. Опытные пробы частиц, полученные при обработке ультразвуком в течении 0,33-14 мин и содержащие частицы размером от 100 до 1000 нм, являются, согласно существующей классификации, суспензиями. Суспензии представляют собой дисперсные системы с твердыми частицами в дисперсной фазе, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой дисперсной среде и имеют размер от долей миллиметра до 100 нм. Образцы, подвергшиеся диспергированию в течении 15 и 30 мин., и содержащие частицы от 1 до 100 нм, представляют собой лиозоли – высокодисперсные коллоидные системы(Жолнин А.В. и др., 2012).
Исследование влияния разноразмерных суспензий и лиозолей частиц меди и железа на живые системы in vitro позволило получить представление о зависимости между размерностью и биологической активностью. В результате было установлено, что по мере уменьшения размера частиц от микро- до нано формы наблюдается возрастание их биологической активности, что хорошо согласуется с результатами других авторов (Сегреев Г.Б., 2002).
Проведение исследований по оценке влияния разноразмерных высокодисперсных частиц меди и железа на цыплят-бройлеров позволило выявить их физиологические эффекты и закономерности воздействия. Внутримышечное введение высокодисперсных частиц меди и железа приводило к достоверному увеличению прироста живой массы опытной птицы. Влияние наночастиц исследуемых металлов, в сравнении с агломератами наночастиц и микрочастицами, характеризовалось быстродейственным эффектом, сохраняющимся на протяжении 3 недель эксперимента, что наблюдалось в скачкообразном изменении динамики роста. Полученные нами данные согласуются с результатами других авторов, описывающих увеличение живой массы животных, более чем на 10 % за короткий промежуток времени при воздействии наночастиц металлов, в том числе ростостимулирующее действие препаратов наночастиц меди и железа (Никонов И.Н. и др., 2011; Ильичев Е.и др., 2012; Grodzik M. et al, 2013). В противоположность наночастицам микрочастицы характеризовались более пролонгированным действием в отношении прироста и проявляли значимое ростостимулирующее действие в конце эксперимента. Аналогично наночастицам агломераты наночастиц исследуемых металлов оказывали влияние на прирост живой массы на протяжении всего эксперимента, однако их воздействие не приводило к существенному изменению показателей. В подтверждение наших результатов, неодинаковое ростостимулирующее действие высокодисперсных частиц различного размера обосновано в экспериментальных данных S.S. Yu et al (2012).