Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 9
1.1 . Значение минеральных элементов в повышении продуктивности и жизнеобеспечения животных
1.2. Роль меди, цинка и марганца в обмене веществ у животных 17
1.2.1. Влияние меди на физиологические процессы в организме 17
1.2.2. Цинк и устройство его действия 22
1.2.3. Роль марганца в жизнеобеспечении 27
1.3. Факторы, влияющие на усвоение животными меди, цинка и марганца из рационов 31
2. Материалы и методы исследований 38
2.1. Общая схема исследований 39
2.2. Балансовые опыты 41
2.3. Контрольные убой животных 41
2.4. Методика определения потребности ремонтных телок в изучаемых элементах и их нормах 42
2.5. Биохимические исследования 43
3. Результаты исследований 45
3.1. Усвоение марганца, меди и цинка из сенажного рациона 45
3.1.1. Усвоение марганца 45
3.1.2. Усвоение меди 46
3.1.3. Усвоение цинка 48
3.2. Содержание марганца, меди и цинка в организме телок при сенажном типе кормления 49
3.2.1. Накопление и распределение марганца в органах и тканях телок
3.2.2. Накопление и распределение меди в органах и тканях телок 61
3.2.3. Накопление и распределение цинка в органах и тканях телок 71
3.3. Нормирование марганца, меди и цинка 80
3.3.1. Нормирование марганца 80
3.3.2. Нормирование меди 83
3.3.3. Нормирование цинка 86
4. Производственная апробация установленных норм цинка, меди и марганца
4.1. Интенсивность роста ремонтных телок 90
4.2 Гематологические показатели 91
5. Обсуждение полученных результатов 90
Выводы, предложения производству 100
Список использованной литературы
- Значение минеральных элементов в повышении продуктивности и жизнеобеспечения животных
- Влияние меди на физиологические процессы в организме
- Методика определения потребности ремонтных телок в изучаемых элементах и их нормах
- Накопление и распределение меди в органах и тканях телок
Значение минеральных элементов в повышении продуктивности и жизнеобеспечения животных
Представление о минеральных веществах, как совершенно необходимой части корма для животных, было известно еще с античных времен, но становление учения о минеральном обмене и минеральном питании животных, как самостоятельного раздела биологической науки, относится лишь к 20 - 30-м годам нынешнего столетия (В.И.Георгиевский, Б.Н. Анненков, В.Т. Самохин, 1979).
Неоценимый вклад в изучение биологической роли макро- и микроэлементов внес академик В.И. Вернадский. В своих трудах (1922, 1940) он впервые выдвинул гипотезу единства составных частей биосферы -мертвой материи и живого вещества, установил, что через растительные и животные организмы проходит большинство минеральных элементов, пророчески предсказал большое будущее учению о минералах и заложил научные основы ее последующего развития. Большой вклад в развитие учения о минеральном питании животных внесли: М.И. Дьяков (1947), А.О.Войнар (1960), В.В. Ковальский (1962,1964,1976), Я.М. Берзинь (1962,1989,1990), СИ. Вишняков (1967), Ю.К. Олль (1967), В.И.Георгиевский (1970,1978,1990), Р.Н.Одынец (1973,1979), С.Г. Кузнецов (1976, 1992), А. Риш (1976), С.А. Лапшин (1978,1996), Б.Д. Кальницкий (1978,1979,1981), A.M. Венедиктов (1978), А.Ф. Крисанов (1989), А.А. Алиев, (1997).
По значимости для животных минеральные элементы подразделяются в основном на три группы: жизненно необходимые (незаменимые); вероятно необходимые и малоизученные (В.И. Георгиевский, Б.Н. Анненков, В.Т.Самохин, 1979; Б.Д. Кальницкий, 1985). Эта классификация является довольно условной и незаконченной. По мере накопления сведений перечень элементов второй и особенно третьей группы естественно будут сокращаться. Еще в период становления науки о биоэлементах М.И. Дьяков и
Ю.В.Голубенцева утверждали, что нельзя отрицать физиологической роли ни одного из известных элементов периодической системы для тех или иных организмов, тем более, что большая их часть уже обнаружена в организме человека и животных.
Сегодня 16 минеральных элементов считают незаменимыми для высших животных, в их числе медь, цинк, марганец, железо. Все они являются катионами, а марганец и цинк, в силу особенностей своих химических свойств, могут образовывать сложные анионы манганатов и цинкатов.
В настоящее время минеральный состав кормов интенсивно изучается, имеются сведения о минеральном составе кормов различных зон страны, которые учитывают специфические зональные условия регионов (И.С.Ковальчук, 1980; В.И. Сироткин, 1986; С.А. Лапшин и др., 1988; Н. Грин и др., 1990; Б.Д.Кальницкий, Е.Л. Харитонов, 2001;2002; Л.Г.Боярский, 2001, В.Н. Чичаева и др., 2001,2004).
Несмотря на незначительный процент минеральных веществ в организме животных, всего 4-6 % от живой массы, все виды обмена веществ в организме протекают при непосредственном участии минеральных веществ в виде биохимических реакций (С.Я. Капланский, 1938; Д.Л. Фердман, 1962; Г.Т. Клиценко, 1975; 1980; Б.Д. Кальницкий, 1985; А.А. Алиев и др., 1986). Минеральные вещества принято делить на две группы в соответствии с их количественным содержанием в теле животных: макро и микроэлементы. Однако микроэлементы не следует отождествлять с макроэлементами по той причине, что в растительных кормах и животных организмах они содержатся не в виде минеральных, а в виде органических соединений или комплексов, обладающих биологической активностью (В.И. Георгиевский, 1990).
Минеральные элементы должны постоянно поступать в организм с кормом, обеспечивая нормальный обмен веществ и энергии, образование ферментов, гормонов, тканей и продукции. В кормах минеральные вещества содержатся в виде различных по сложности минеральных и органических соединений, которые часто бывают труднодоступны для усвоения организмом животных. Чтобы обеспечить потребность животных в минеральных веществах, необходимо знать не только их содержание в кормах, но и степень их усвоения в организме, значительно изменяющуюся в зависимости от вида, физиологического состояния, возраста и уровня продуктивности животных.
Установлено, что минеральные вещества выполняют разностороннюю роль в организме животных: участвуют в формировании органов и тканей, оказывают влияние на рост и развитие. При недостатке или избытке макро-или микроэлементов в организме животных нарушается обмен веществ (Ю.К.Олль, 1967; СИ. Афонский, 1970; В.Т. Самохин, В.Р. Зельнер, 1972; Г.Т.Клиценко, 1975, В.Н. Чичаева и др. 2004). Но нужно учитывать связь между элементами и их соотношение, от которых зависит усвоение и участие в обмене минеральных веществ (В.И. Георгиевский и др., 1979).
Характер воздействия микроэлементов на обмен веществ зависит от химической природы и от дозы применения. Полный анализ микроминерального состава тела показал, что они содержатся во всех тканях в небольших количествах. Одни из них могут быть отнесены к незаменимым, другие к токсичным даже в малых дозах. Среди них фтор занимает особую позицию. Являясь незаменимым и в то же время токсичным, он отчетливо полезен в малых дозах для предупреждения разрушения зубов в условиях, вызывающих кариес (А.П. Дмитроченко, 1973).
Влияние меди на физиологические процессы в организме
Медь является необходимым биоэлементом для растений и животных, так как связана с деятельностью многих ферментов (В.И. Вернадский, 1922; ЯМ. Берзинь, 1952; В.И. Георгиевский, 1970; В.В.Ковальский, М.А. Риш, 1970; В.Г. Герасименко, 1974; Т.В. Рухлова, 1987).
Одной из главных функций меди в организме является кроветворение (В.В.Ковальский, 1957; В.Я.Шустов, 1967). По мнению СБ. Грожевской (1970), Н.И Лебедева (1990), H.R. Marston, S.N. Allen (1987) медь, оказывая специфические действия на процессы кроветворения, стимулирует эритропоэз и увеличивает содержание гемоглобина. Кроме того, она помогает переносу железа в костный мозг. Если железо необходимо для образования ретикулоцитов, то медь важна для их созревания и превращения во взрослые формы - эритроциты (Ф.Я. Беренштейн, 1966). В исследованиях R. Rus (1959), В.Я. Шустова (1967) установлено, что при дефиците меди понижается абсорбция железа из желудочно-кишечного тракта, нарушается мобилизация его из тканей для синтеза гемоглобина, замедляется скорость созревания форменных элементов. А. Хенниг (1976), также отмечает, что недостаток данного элемента в организме приводит к снижению его концентрации в печени и гемоглобина в крови. Восполнение меди в рационе животных до соответствующей нормы повышает активность цитохромоксидазы различных тканей и костного мозга, устраняет проявляющие нарушения в кроветворении (И.Г. Приев, 1969; Г.А. Удрис, Я.А.Нейланд 1990).
Согласно сообщений А.И. Войнара (1956), В.Г. Герасименко (1974) медь проявляет свое действие посредством связи с белками, образуя комплексы хелатных соединений, обладающих высокой биологической активностью. Определенная часть элемента связывается с альфа-глобулинами плазмы крови и образует церулоплазмин (А.И. Войнар, 1956; Н.А. Коваленко, 1967; В.Г. Герасименко, 1974), который способствует поддержанию уровня меди в тканях и печени, переносит элемент на тканевые ферменты и, прежде всего, на цитохромоксидазу (СИ. Вишняков, 1988; А.П. Авцын и др., 1991).
Соединения меди занимают второе, после железа, место в качестве катализаторов окислительно-восстановительных процессов (R.J. Williams, 1981). В своих работах А.Хенниг (1976), Л.Р.Ноздрюхина (1977) установили, что как избыток, так и недостаток меди угнетает активность окислительных ферментов, что приводит к нарушению деятельности центральной нервной системы, а также воспроизводительных функций у животных.
По данным Н.И. Клейменова, М.Ш. Магомедова, A.M. Бенедиктова (1987), H.J. Cameron et al. (1989) медь улучшает углеводный обмен, ускоряя окисление глюкозы, активирует ряд ферментов, в частности, костную аминоксидазу, задерживает распад гликогена и способствует его накоплению в печени (A.M. Венедиктов, А.А. Ионас, 1979; W.L.Hurley, R.M. Doane, 1989).
П.И. Жеребцов, В.Ф. Вракин, Н.С. Шевелев (1970), А.С. Козлов (2002), R.I. Cousins (1985) установили, что при введении в рацион крупного рогатого скота меди повышается концентрация белкового азота в рубцовой жидкости, а переваримость протеина увеличивается на 6 %, что связано с необходимостью меди для жизнедеятельности некоторых рубцовых микроорганизмов. По данным Р.Г. Бинеева и др. (1983) введение меди в рацион животных способствовало росту массы простейших рубца, аминокислотный состав бактерий и простейших при этом не изменялся. К такому же мнению приходят Н.И. Клейменов и др. (1987) утверждая, что медь стимулирует рост микрофлоры преджелудков.
Совместно с кальцием медь принимает участие в остеогенезе и метаболизме фосфора. Участие этого микроэлемента в процессах пигментации шерсти объясняется влиянием его на образование меланина. Пигментированные волосы содержат больше меди, чем непигментированные (В.Я. Шустов, 1967;Г.А.Удрис, Я.А. Нейланд, 1990).
Изучая влияние действия меди на гормональный фон организма, М.И.Школьник (1956), Э. Визнер (1976), Н.М. Вавилова (1992) установили, что соединения этого элемента стимулируют выработку гипофизарных гормонов, вызывающих созревание и выход яйцеклеток из яичников. При недостатке ее в рационах нарушаются циклы оплодотворения и рассасывания зародышей, что ведет, в конечном итоге, к бесплодию животных.
Методика определения потребности ремонтных телок в изучаемых элементах и их нормах
Для определения истинной потребности и уточнения норм вышеуказанных элементов в сенажных рационах телок использовали следующую методику:
1. На основании данных контрольного убоя и содержания изучаемого элемента в органах, тканях определяли общее его содержание в теле, что позволило установить отложение его в организме телок за сутки в различные возрастные периоды.
2. Путем суммирования суточного отложения элемента в организме животных и эндогенных потерь с калом и мочой находили истинную суточную потребность в изучаемых элементах.
3. По результатам физиологических опытов с учетом эндогенных потерь в кале рассчитывали истинную усвояемость меди, цинка и марганца из сенажных рационов ( % ) по следующей формуле: у=Л-(В-Э)
У - истинная усвояемость элемента, %; П - поступление элемента с рационом, мг; В - выделение с калом, мг; Э - эндогенные выделения элемента, мг.
Установленную суточную потребность делили на процент истинного усвоения и в итоге получали то количество элемента, которое должно содержаться в рационе животного.
При выполнении исследований химического состава кормов, образцов балансовых опытов и контрольного убоя пользовались следующими методами: -первоначальную и гигроскопическую влагу - путем высуши вания образцов в сушильном шкафу при температуре 60 - 65С, а затем при 100 - 105С до постоянной массы; сырую золу - сухим озолением в муфельной печи при температуре 400 - 450С; сырой жир - экстрагированием образцов серным эфиром по методу СЕ. Рубиновой, П.Х. Попандопуло (П.Т. Лебедев, А.Т.Усович, 1976); сырую клетчатку - по методу Кюршнера и Ганека (И.А. Лукашик, В.А.Тащилин, 1976); сахар - полумикрометодом Дюбейса (Б.П. Плешаков, 1976); общий азот - фотоколориметрическим методом с реактивом Несслера в модификации С.А. Лапшина (1978); БЭВ-по разности сухого вещества и совокупности его "сырых" компонентов (протеина, жира, клетчатки и золы); каротин - путем экстракции бензином; кальций - оксалатным методом (Е.А. Петухова и др., 1981); фосфор - ванадомолибдатным методом (П.Т. Лебедев, А.Т.Усович, 1976); медь, цинк, марганец - атомно-абсорбционный метод определения массовой доли микроэлементов (на атомно абсорбционном спектрофотометре A AS - 30). С целью контроля за состоянием здоровья животных и изучения обмена веществ исследовали кровь, которую брали из яремной вены утром до кормления у животных-аналогов из группы, в условиях лаборатории определяли следующие показатели: количество эритроцитов и лейкоцитов - путем подсчета в камере Горяева; гемоглобин-по Сали; общий белок - рефрактометрическим методом, с помощью рефрактометра РЛ по Маккорду в модификации С.А.Карлюка (В.А.Аликаев и др., 1982); белковые фракции - нефелометрическим методом (В.Г.Колб, В.С.Камышников, 1976);
Полученный цифровой материал обрабатывали биометрически по Н.А. Плохинскому (1969) с помощью персонального компьютера на ПЭВМ IBM PC/AT.
В литературе имеются данные о низкой усвояемости марганца из рационов как у растущих, так и у взрослых животных - от 1 до 5 % (Э.Визнер, 1976; В.И. Георгиевский, Б.Н. Анненков, В.Т. Самохин, 1979; Б.Д. Кальницкий, 1985).
Пищеварительным трактом выделяется 95-98% марганца от общего количества экскретируемого из организма (С.А. Лапшин и др., 1988; А.Н.Арилов, 1994; Н. Peschke, 1982; J.F. Patience, 1990).
Полученные в наших исследованиях данные (табл. 2, прил.6) показывают, что с возрастом телок постепенное увеличение количества марганца в их рационах со 183,2 до 337,1 мг сопровождается увеличением абсолютного истинного усвоения с 9,98 до 22,29 мг, или в 2,2 раза.
Накопление и распределение меди в органах и тканях телок
Исследованиями В.Я. Шустова (1967), Т.К. Жабердиной, А.П.Костина (1966) установлено, что медь распределена в крови примерно одинаково между эритроцитами и плазмой. В то время как А. Хенниг (1976), Л.Р. Ноздрюхина (1977) указывают, что основная часть элемента находится в составе церулоплазмина и лишь небольшое её количество связано с альбуминами и аминокислотами плазмы.
В рекомендациях ВАСХНИЛ по минеральному питанию сельскохозяйственных животных (1985) указано, что в крови крупного рогатого скота содержится 0,7-1,0 мг меди на 1л цельной крови. Однако фактическая вариабельность этого показателя значительно шире. По сообщениям Н.С. Шевелева (1996), З.У. Джавахишвили (1992) в цельной крови животных концентрация меди составляла 0,70-1,50 мг/л, а по данным А.Н. Арилова (1994) она несколько больше 1,28-1,86 мг/л.
Согласно наших данных концентрация меди в крови была наивысшей у 6-месячных телок и составила 1,37 мг/л, к 9 месяцам она снизилась до 1,29 мг/л и к концу изучаемого периода имела тенденцию к повышению.
По сравнению с кровью концентрация меди в мышечной ткани была в 1,5-2,4 раза больше. С возрастом животных этот показатель изменялся несущественно и колебался в пределах от 2,07 до 3,10 мг/кг. При этом следует отметить достоверное повышение концентрации в 9-месячном возрасте (на 49,8%) и снижение к 12 месяцам жизни телок. Максимальная концентрация меди была в костной ткани (5,28-17,21 мг/кг). В течении всего изучаемого периода она возросла в 3,2 раза.
Концентрация меди в жировой ткани ниже чем в костной в 2,3-8,9 раза, проявляется заметное уменьшение её уровня с возрастом. Концентрация элемента достоверно снижалась с 2,34 (6 месяцев) до 1,93 мг/кг (12месяцев).
В сухожилиях по мере роста животных отмечалось снижение концентрации меди с 1,96 до 1,45 мг/кг, а в коже с шерстным покровом наблюдалось резкое увеличение показателя с 3,56 до 8,59 мг/кг.
Накопление меди в головном мозге было достаточно высоким у телок в 6 месяцев (3,02 мг/кг), к 9 месяцам оно снизилось до 2,70 мг/кг, а затем произошел заметный подъем её уровня до 2,97 мг/кг. В языке концентрация элемента с возрастом понижалась и была наименьшей (1,14-1,46 мг/кг).
Наибольшее количество меди сосредоточено в костной ткани (113,4-623,0 мг), относительно меньше ее - в мышечной ткани (98,4-280,4 мг) и коже (46,6-219,9 мг). С возрастом её уровень возрос в них соответственно в 5,5; 2,8 и 4,7 раза. Увеличение происходило за счет повышения концентрации элемента и роста массы тканей. В крови, жировой ткани, сухожилиях, головном мозге, языке увеличение отмечалось только за счет массы.
Следует отметить, что распределение элемента между тканями 6-12-месячных телок было неодинаково. Практически равномерно по возрастным периодам медь депонировалась в крови, костной и жировой тканях. В тоже время основное накопление элемента в мышечной ткани и языке отмечалось в период с 6 до 9 месяцев (66,1 и 59,1%), сухожилиях, коже и головном мозге - с 9 до 12 месяцев (61,0-79,3%).
По данным разных авторов концентрация меди во внутренних органах крупного рогатого скота сильно варьирует и может составлять в печени - 79,4-238,6, сердце - 9,9-19,1, почках - 13,2-18,3, легких - 3,9-6,8, селезенке - 3,2-5,4мг/кг сухого вещества (Р. А. Гусейнов, 1984; Н.И.Чувьюрова, 1987). По сообщениям В.И. Георгиевского и др. (1979) в 1кг свежей ткани содержится в печени - 8-100 мг, сердце - 3,4, почках -2-4, селезенке - 1,2-12 мг. Результаты наших исследований (рис.6, прил.10) показали, что среди внутренних органов более высокая концентрация меди была обнаружена в печени (15,25-18,10 мг/кг), а затем по мере снижения показателя органы располагаются так: почки (2,57-2,83мг/кг),
сердце (2,37-2,91мг/кг), легкие (1,29-1,40мг/кг), селезенка (0,96-1,30мг/кг). С возрастом телок концентрация элемента увеличилась в сердце на 22,8%, легких на 8,5%, а в печени, почках и селезенке, наоборот, снизилась. По мере роста животных увеличивается и общее количество меди во внутренних органах (табл. 14).
В сердце содержание элемента с 6 до 12-месячного возраста повысилось в 2 раза, легких в 1,8 раза, в других органах - в 1,3-1,6 раза. Однако распределение меди было неодинаково. Так, если в сердце она накапливалась более равномерно на протяжении всего периода выращивания телок, то в легких, печени и селезенке - с 6 до 9, а в почках - с 9 до 12 месяцев. Стенки пищеварительного тракта способны накапливать и высвобождать минеральные вещества в зависимости от содержания их в рационе, интенсивности обмена и физиологических потребностей животных.
Учитывая важное значение меди в процессах пищеварения, мы изучили динамику её концентрации в различных отделах желудочно-кишечного тракта (табл. 15).Данные опытов свидетельствуют о том, что более высокая концентрация меди отмечалась в стенках сетки (2,84 мг/кг), в других же отделах она была практически одинаковой и находилась в пределах 2,3-2,6 мг/кг. С возрастом животных концентрация элемента увеличивалась в стенках сычуга на 26,4%, кишечника на 18% и снижалась в рубце, сетке и книжке.
