WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи


лактионов Константин Станиславович

симбионтное пищеварение У кроликов и

пути увеличения использования

углеводов кормов

03.00.13 – физиология


Автореферат
диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук




Белгород 2009

Работа выполнена на кафедре БЖД на производстве ФГОУ ВПО Орловского государственного аграрного университета

Научный консультант –

доктор биологических наук, профессор 

Козлов Анатолий Сергеевич

Официальные оппоненты:

Кулаченко Владимир Петрович, доктор биологических наук, профессор ФГОУ ВПО Белгородская ГСХА;

Крапивина Елена Владимировна, доктор биологических наук, профессор ФГОУ ВПО Брянская ГСХА

Котенкова Елена Владимировна, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ИПЭЭ РАН им. А.Н. Северцова.

Ведущая организация - ГНУ Институт пушного звероводства и кролиководства им. Афанасьева.

Защита состоится  «___»______2009 г. в ____ часов  на заседании диссертационного совета Д 220.004.01 при ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия» по адресу: Белгородская область, Белгородский район, п. Майский, ул. Вавилова,1

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГОУ ВПО «Белгородская государственная сельскохозяйственная академия»

Автореферат разослан «___»__________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

к.б.н., доцент Ю.Н. Литвинов

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Совершенствование существующих систем нормированного кормления животных остается в числе наиболее приоритетных задач, стоящих перед наукой и практикой. Накопленные в этой области знания диктуют необходимость перехода к прогнозу и контролю полноценности питания животных на уровне обменных процессов, происходящих в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ). Основой для совершенствования и разработки новых систем кормления являются детальные исследования закономерностей симбионтного пищеварения (СП).

Благодаря высокой плодовитости, энергии роста, относительной дешевизне кормления и простоте содержания кролик является ценным хозяйственным животным. Более века кролики находятся в поле пристального внимания биологов и специалистов сельского хозяйства. Детально исследованы отдельные аспекты физиологии пищеварения и разработаны полнорационные кормосмеси и схемы кормления (Балакирев Н.А., Дегтярев В.П., Калугин Ю.А., Морозова К.Н., Помытко В.Н., Раззоренова Е.А., Уголев А.М., Gidenne T., Lebas F., Laplace J., Marounek M. и др.). Результаты этих исследований показали важную роль толстого отдела кишечника в превращении и усвоении питательных веществ корма. От того, насколько полно симбиоценоз кишечника гидролизует труднопереваримые полисахариды, локализующиеся в клеточной стенке растений, зависят суммарные показатели переваримости кормов, обеспеченность кроликов энергией и микробным протеином.

В опубликованных исследованиях были намечены различные подходы к изучению количественных показателей пищеварения. Однако, отдельные закономерности физиологии СП у кроликов изучены далеко не в полной мере. Неизвестно, какие механизмы лежат в основе микробного гидролиза клетчатки, недостаточно исследован видовой состав микрофлоры слепой кишки (СК), ее ферментативная активность и роль в обеспечении животных белком и витаминами, а полученные результаты носят противоречивый характер.

В связи с изложенным, нам представлялось важным изучить закономерности пищеварения в СК в зависимости от возраста и условий кормления кроликов.

Цель и задачи исследований.  Целью исследований являлось изучение СП у кроликов и повышение эффективности использования структурных углеводов кормов. Цель определила постановку следующих задач:

- усовершенствовать и применить ряд физиологических методов для изучения процессов пищеварения;

- изучить особенности морфофункционального развития СП в онтогенезе;

- определить закономерности потребления кормов, скорость и порядок их продвижения по ЖКТ, степень редукции пищевых частиц;

- исследовать влияние биохимического состава корма на соотношение отдельных групп бактерий, ферментативную активность симбиоценоза и метаболическую ситуацию в СК;

- оценить физиологические возможности кроликов по перевариванию различных кормов и рационов;

- разработать пути повышения степени расщепления структурных углеводов и использования питательных веществ корма.

Научная новизна. В проведенной работе с использованием модификаций физиологических, биохимических и микробиологических методов исследования впервые установлены следующие закономерности:

- зависимость морфофункционального развития СК в онтогенезе от величины потребления корма;

- взаимосвязь численности бактерий СК, их ферментативной активности и уровня образующихся метаболитов с биохимическим составом корма;

- влияние особенностей потребления кормов, скорости и порядка их продвижения по ЖКТ, степени редукции частиц пищи на эффективность симбионтной трансформации питательных веществ.

Показано, что важнейшей функцией копрофагии является рециркуляция симбионтных ферментов, обеспечивающая переваривание клетчатки уже в желудке (Ж) и тонком отделе кишечника.

Произведена количественная оценка вклада СП в переваривание различных компонентов рациона.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Изложенные материалы использованы:

1. В учебном процессе на кафедре Зоогигиены и кормления сельскохозяйственных животных ФГОУ ВПО Орел ГАУ.

2. В практических рекомендациях «Рекомендации по рациональному кормлению кроликов» (Орел, 2009)

3. В монографиях «Симбионтное пищеварение у кроликов» (2006) и «Физиология питания кроликов и пути повышения степени использования кормов» (2007).

4. Получен один патент и подано 2 заявки на изобретение.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. На ранних стадиях постнатального онтогенеза (40-60-суточный возраст) показатели морфофункционального развития СК приближаются к значениям, характерным для взрослых кроликов, а степень измельчения пищи в ротовой полости – значительно выше, что является важным адаптивным механизмом, обеспечивающим эффективное переваривание грубых кормов.

2. Увеличение потребления корма снижает время его ферментации в ЖКТ, поэтому на более поздних стадиях онтогенеза (с 90-суточного возраста) эффективность пищеварения снижается.

3. Неодновременность поступления частиц грубых и концентрированных кормов в СК обусловливает разобщенность ферментативных и синтетических микробных процессов в течение суток.

4. Неблагоприятное влияние повышенных уровней клетчатки обусловлено снижением целлюлозолитической активности микрофлоры вследствие ингибирования ферментов избытком промежуточных продуктов гидролиза.

5. Важнейшей функцией копрофагии является рециркуляция симбионтных ферментов, в том числе, целлюлаз.

6. У кроликов симбионтно переваривается около 30% органического вещества рациона. Наиболее значителен вклад микробных процессов в переваривание сырой клетчатки и протеина.

Объем и структура работы.  Диссертация изложена на  300 страницах, содержит 34 таблицы и 11 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, материала и методов исследований, результатов исследований и их обсуждения, заключения, выводов, практических предложений, списка литературы, приложений. Список литературы включает 325 источников, в том числе 197 на иностранных языках.

Публикация результатов исследований. Основные результаты диссертации изложены в 30 научных работах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены: на всероссийских, международных научных конференциях и форумах (Орел, 1997, 2002; Курск, 2009; Омск, 2009), научно-практических конференциях (Орел, 1998; Курск, 2006; Троицк, 2009).

2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследование СП у кроликов производилось в научно-производственных и физиологических опытах на интактных и фистульных животных породы советская шиншилла, проведенных в 1997-2008 г.г. в условиях кролиководческой фермы агробиологической станции Орловского  государственного университета и вивария на более чем 300 особях (в том числе, с фистулами Ж и СК) по схеме, изображенной на рисунке 1.

Исследование потребления кормов и их переваримости в зависимости от возраста и состава рациона проводились на интактных кроликах методом групп и периодов. Кормление двукратное – в 8 и 20 часов. Животные получали общепринятый по структуре  и сбалансированный в соответствии с нормами ВНИИПЗК рацион. Особенности потребления и переваримости кормов в зависимости от уровня клетчатки в рационе изучались на 2 группах крольчат 60-суточного возраста и взрослых холостых крольчих. В рационах первых опытных групп содержание клетчатки было на 10 % выше нормы, вторых  - на 20 %. Контроль - животные, находившиеся на типовых рационах. Увеличение уровня клетчатки достигалось изменением соотношения концентратов и сена. Поедаемость и переваримость отдельных кормов при монопитании изучались при свободном доступе к корму. Использовались зерно овса, трава луговая и сено луговое. Скорость и порядок прохождения корма по ЖКТ исследовали с помощью твердых инертных маркеров на взрослых кроликах с фистулами слепой

Рис. 1 - Схема проведенных исследований

кишки. Степень  измельчения  корма  зубами  у  молодняка изучалась  на  4  группах  крольчат-аналогов  по  18 особей. Для определения степени измельчения корма зубным аппаратом у взрослых животных были проведены опыты на 72 кроликах-аналогах. Фракционирование проводилось путем отмывания на почвенных ситах. Сепарировались  содержимое желудка, химус слепой кишки и фекалии. Для изучения степени морфологического развития СК в онтогенезе были убиты 15-, 30-, 45-, 60- и 90-суточные крольчата и  взрослые животные – по 30 особей из каждой возрастной группы. Эксперимент по изучению процессов СП в возрастном аспекте проводился на молодняке 30-, 45-, 60- и 90-суточного возраста, сформированного в группы по 18 особей-аналогов в каждой. Показатели пищеварения в СК и Ж на различных рационах и в зависимости от времени суток изучались на фистульных животных. Для изучения вклада симбионтного и эндогенного процессов в суммарную переваримость нутриентов был применен метод инертного маркера, задаваемого животным в виде порошка оксида кремния, перемешанного с кормосмесью.

Потребление кормов животными, их переваримость и питательность изучались общепринятыми методами (Вакуленко И.С., 1992). При определении химического состава кормов, химуса СК и экскрементов пользовались методами зоотехнического анализа (Разумов М.И., 1986). Численность отдельных групп бактерий в химусе СК определялась культуральными методами с использованием анаэробной техники Хангейта. Количество молочнокислых, амилолитических, лактатферментирующих и использующих мочевину бактерий подсчитывали методом «roll tube culture», соответственно на средах Рогозы, Хамлина, Кистнера и Долгова; целлюлозолитических и протеолитических – методом предельных разведений на средах Хангейта и лакмусовом молоке. Для разведения использовали раствор Дейтча. Подсчет общей численности микроорганизмов производился методом Брида. Активность амилазы регистрировали фотометрически; протеаз – методом Мура и Стейна в модификации А.М. Уголева; уреазы – по Самнеру и Соммерсу с последующим определением аммиака по Расселу; эндоглюканазы – вискозиметрически;  липазы - титрометрическим методом Альтгаузена; суммарная целлюлозолитическая активность химуса СК – по модифицированной нами методике in vivo.

Полученные цифровые данные подвергнуты биометрической обработке на достоверность (Меркурьева Е.К., 1970).

3. Результаты исследований

3.1. Потребление кормов в зависимости от их биохимического состава и возраста кроликов

Результаты изучения потребления кормов показали, что на ранних этапах постнатального онтогенеза (12 - 13-суточный возраст) первыми потребляемыми кормами являются корнеплоды (или свежая зеленая масса) и мелкостебельчатое сено. С момента полного перехода к фитофагии (45-суточный возраст) и до двухмесячного возраста они остаются в числе наиболее поедаемых. То есть, у молодняка ранних возрастов отмечается большая толерантность к кормам с высоким содержанием клетчатки, чем у кроликов на более поздних этапах онтогенеза. По мере роста, все большее значение в питании крольчат приобретают концентраты. Повышение потребности в энергии и пластических веществах приводит к увеличению потребления корма, достигающего максимума в трехмесячном возрасте (40-50 г/кг). Пищевые потребности взрослых животных сравнительно невелики и увеличение в их рационе клетчатки приводит к снижению потребления вплоть до уровня, необходимого для поддержания жизни. Сокращение потребления грубого корма, а также предпочтение тех его фракций, которые относительно богаты доступными питательными веществами, имеют адаптивное значение. Снижение потребления наблюдается и на противоположном полюсе кормового диапазона (при питании зерном), но по иной причине – вследствие высокой доступности питательных веществ. Последовательность и скорость поедания различных кормов зависят от содержания в них энергии. В первую очередь и с большей скоростью поедаются более питательные корма. Следует также отметить, что посредством копрофагии кролики удовлетворяют потребность в сыром протеине всего на 14 %.

3.2. Морфологическое развитие органов пищеварения в онтогенезе

У сосущих крольчат более развит Ж, его масса в 15- и 30-суточном возрасте превышала массу СК в 6,6 и 2,6 раза соответственно (р<0,001). У крольчат 15-суточного возраста СК находилась в зачаточном состоянии. Лишь с началом потребления растительных кормов (20-25-суточный возраст) темпы развития этого органа кардинально изменились. Высокая скорость роста СК сохранялась и в дальнейшем. Ее масса у крольчат 45- и 60-суточного возраста возросла по сравнению с предыдущими группами в 3,8 (р<0,001) и 1,6 (р<0,01) раза соответственно, в то время как масса Ж в эти периоды увеличилась лишь в 1,7 (р<0,01) и 1,1 раза. В итоге, у 60-суточных крольчат масса СК превысила массу Ж, и это соотношение сохранялось и в дальнейшем. Динамика относительных масс Ж и СК приведена в графической форме (рис.2).

Рис. 2 - Масса Ж (1) и СК (2) в расчете на единицу живой массы в онтогенезе

Таким образом, до 15-суточного возраста СК как полостной орган не функционирует. Единственным органом, депонирующим значительные количества  корма,  в  этом  возрасте  является Ж, его масса с содержимым в расчете  на единицу  живой  массы  достигает  максимума  в  возрасте одного месяца, а затем снижается. С момента перехода крольчат к фитофагии морфологическое развитие СК ускоряется.  Через 5 суток после отъема ее относительная масса равна массе Ж, а через 15 – приближается к значениям, наблюдаемым у взрослых животных. Однако морфогенез этих органов отстает от потребления корма. Вследствие этого, в 90-суточном возрасте скорость прохождения пищевых масс по ЖКТ становится существенно выше, чем у взрослых животных.

3.3. Скорость и порядок продвижения кормов по пищеварительному

тракту

Длительность пребывание корма в ЖКТ по мере роста молодняка заметно снижается (рис. 3).

Рис. 3 – Длительность пребывание корма в

пищеварительном тракте в зависимости от возраста

Так, у крольчат 90-суточного возраста продолжительность выведения маркеров с фекалиями  уменьшилась по  сравнению  с  45-суточными  в  1,3 раза (р<0,02). У взрослых кроликов данный показатель зависит от условий  кормления.  На  типовом  рационе  быстрее всего эвакуировались из Ж и достигали СК маркеры, поглощенные с сеном. Концентрация их в химусе быстро нарастала,  и  уже  через 2  часа после  начала  поедания в СК скапливалось 15 %, а через 4-5 часов – свыше 50 % маркеров. Концентраты и сочные корма задерживались в Ж на большее время. Через 5 часов в СК обнаруживалась только шестая часть маркеров, поступивших с зерном и 10% - с корнеплодами, а наибольшее содержание их в химусе (около 30-35 %) отмечено лишь спустя 9-10 часов после кормления. На типовом рационе ферментация основной массы корма в СК заканчивается через сутки. С фекалиями через 2-7 часов наблюдалась массовая эвакуация маркеров. При этом, в первую очередь выводились крупные частицы (1-3 мм в диаметре), а более мелкие – (до 0,5 мм) задерживались в СК. Выведение маркеров на типовом рационе продолжалось у взрослых кроликов около 75 часов. На зерновом и сенном рационах это время существенно увеличилось (р < 0,01; р < 0,05).

Таким образом, увеличение потребления корма с возрастом молодняка приводит к ускорению его прохождения. У взрослых кроликов отмечена та же закономерность, выражающаяся уравнением: y=0,073x2 - 7,7191x + 244,9. По мере увеличения уровня клетчатки в рационах наблюдается усиление эвакуаторных процессов. Очередность поедания кормов и определенная последовательность заполнения Ж приводят к тому, что большая часть зерновых частиц надолго оседает в слепом мешке Ж, тогда как частицы сена сосредотачиваются в пилорической части и быстрее попадают в СК. 

3.4. Редукция частиц корма в пищеварительном тракте

Изучены степень измельчения корма зубным аппаратом в зависимости от возраста и редукция частиц пищи у взрослых животных на различных рационах (рис.4,5).

Рис. 4 – Степень измельчения пищи зубами

в зависимости от возраста

Примечание: 1- частицы >1 мм; 2 - 1-0,5 мм; 3 - 0,5-0,25 мм

Рис. 5 – Степень измельчения пищи зубами

на разных рационах

 

Примечание: 1- частицы >1 мм; 2 - 1-0,5 мм; 3 - 0,5-0,25 мм

У отсаженных от самки 45-суточных крольчат доля крупных частиц по сравнению с 30-суточными  снизилась,  а  мелких,  напротив,  увеличилась.  Наиболее  качественно  пережевывали  корм крольчата двухмесячного возраста. Количество крупных частиц у них было в 1,4 раза ниже, чем у сосущих крольчат (р<0,05). У 90-суточного молодняка качество измельчения  пищи  зубами снизилось.  Доля крупных частиц при этом возросла по сравнению с аналогичным показателем у двухмесячных крольчат в 2,6 раза (р<0,02), а мелких - вдвое уменьшилась (р<0,01).

Подытоживая материал, следует отметить, что в онтогенезе качество пережевывания корма определяется характером питания и зубного аппарата. Меньшие его размеры позволяют крольчатам ранних возрастов качественнее пережевывать корм. Наиболее тщательное измельчение отмечено у крольчат двухмесячного возраста. В дальнейшем степень обработки пищи зубами снижается. Степень редукции частиц корма в пищеварительном тракте взрослых животных зависит от соотношения в нем трудно- и легкоусвояемых компонентов, что проявляется уже на этапе измельчения корма зубами, – чем ниже его питательность, тем больше степень измельчения.

3.5. Прецекальное симбионтное пищеварение

Проведенными исследованиями установлено, что большое количество поедаемых при копрофагии фекалий (90-130 г в сутки), высокая бактериальная их обсемененность (37,4±2,24 млрд./г), обеспечивают постоянно возобновляемую инокуляцию Ж (табл. 1). Однако, в ранние утренние и вечерние часы, когда кислотность фундального сока достигала максимума, пробы содержимого демонстрировали полную стерильность. Из бактериальных ферментов при этом лишь амилаза проявляла заметную активность. Менее жесткие условия складывались в Ж после кормления животных. Концентрации соляной кислоты и пепсина в фундальном соке снижались (по сравнению с исходными значениями на 80 (р<0,01)  и 50% (p<0,02) соответственно) до уровня, недостаточного для гибели вегетативных форм. В период массового появления в Ж цекотрофов – после полуночи и, особенно, в дневные часы, соляная кислота в фундальном соке отсутствовала, содержание пепсина снижалось в 8 раз (р<0,001), значение рН увеличивалось более, чем вдвое (р<0,01). На данной стадии пищеварения наряду с амилазой, активность которой возросла в 1,5-2 раза (р<0,05, р<0,01), определялись целлюлаза и уреаза. Активность указанных ферментов (в порядке перечисления) составила в ночные часы 27, 10 и 42, в дневные – 37, 25 и 55% от соответствующих значений в слепой кишке. Дважды в течение суток (в общей сложности около 8 часов) в фундусе происходят процессы симбионтной ферментации благодаря резкому снижению содержания соляной кислоты и пепсина, связанному с поступлением в желудок большого количества цекотрофов. При предотвращении копрофагии (табл. 2) динамика  эндогенных ферментов  в значительной степени нивелировалась, а среднесуточные значения достигли уровня, свойственного пилорическому отделу.

Таблица 1 - Характеристики фундального пищеварения

Показатели

Часы суток

1

5

9

13

17

21

Численность микроорганизмов1

18,3±2,3

15,1±3,5

8,6±0,52

21,2±1,3

13,9±2,5

6,5±1,49

рН содержимого

4,20±0,5

1,97±0,3

2,84±0,5

4,52±0,2

1,94±0,2

2,38±0,2

Свободная соляная кислота2

2,8±1,32

42,4±3,5

6,8±1,41

-

45,7±6,1

10,0±1,8

Пепсин, мкг/мл

100±23

278±35

127±26

33,3±1,4

370±29

203±20

Амилаза, мг крахмала/30 мин·г

18,5±1,5

11,5±0,9

10,8±0,7

25,4±1,9

15,6±1,6

12,7±2,2

Целлюлаза, мкМ/мин·г(·10-4 )

5,0±1,32

-

-

12,7±4,2

-

-

Уреаза, мкг азота аммиака/мин·г

3,8±0,63

-

2,1±0,32

4,9±0,68

-

-

Протеазы, мкг глицина/ мин·г

21,6±2,0

28,0±2,7

15,4±1,8

23,5±1,3

30,2±3,5

25,8±1,6

ЛЖК, мМ/100 г

5,1±0,41

3,2±0,46

3,6±0,53

6,1±0,93

3,1±0,28

2,8±0,53

Таблица 2 - Показатели фундального пищеварения при предотвращении копрофагии

Показатели

Часы суток

1

5

9

13

17

21

рН содержимого

1,81±0,2

1,43±0,1

2,20±0,4

  1,50±0,1

32

1,75±0,2

2,50±0,2

Свободная соляная кислота2

37,8±3,7

53,3±6,2

26,7±3,3

43,2±2,6

45,6±3,9

15,4±1,9

Пепсин, мкг/мл

344,3±41

386,0±28

325,8±56

352,6±29

435,0±64

317,4±18

Примечание: 1 – млрд./г, 2 – титрационных единиц.

Таким образом,  чередование эндогенного и симбионтного типов ферментации в фундальном отделе Ж кроликов является закономерным, обусловленным суточными ритмами копрофагии процессом. Поступление цекотрофов и, вместе с ними, микробных гидролаз расширяет диапазон деполимеризуемых в Ж субстратов, а также создает приемлемые условия для жизнедеятельности отдельных кислототолерантных форм микроорганизмов.

3.6. Симбионтное пищеварение в слепой кишке

3.6.1. Возрастные особенности пищеварения

Исследование возрастных особенностей пищеварения в СК (табл. 3) показывает, что численность бактерий у молодняка достигает характерного для взрослых животных уровня, однако величины  активности ферментов у крольчат 30-суточного возраста сравнительно невелики: активность амилазы была ниже, чем у взрослых животных в 1,6 раза (р<0,05), эндоглюканазы – в 5 раз  (р<0,02), уреазы – в 2,5 раза (р<0,02), липазы – в 2,3 раза. Только активность протеаз была достаточно высокой.

Таблица  3 - Показатели пищеварения в

СК кроликов в зависимости от возраста

Показатели

Возраст, сутки

30

45

60

90

взрослые

Численность микроорганизмов, млрд./г СВ

197,2

±12,34

178,6

±15,58

174,5

±8,50

177,1

±13,10

184,3

±16,1

Амилазы, мг крахмала/ 30 мин ⋅ г

42,4

±3,96

46,4

±2,78

31,6

±1,27

64,2

±1,65

68,3

±0,73

Эндоглюканазы,

мкМ/мин · г (·10-3)

1,0

±0,07

4,3

±0,25

3,7

±0,28

4,8

±0,36

5,1

±0,54

Протеаз,  мкг глицина/мин · г

16,0

±0,65

20,7

±2,04

10,5

±0,80

16,3

±1,48

17,3

±1,34

Уреазы, мкг азота аммиака/ мин · г

3,6

±0,05

4,2

±0,31

5,3

±0,44

7,5

±1,05

8,9

±0,73

Липазы, ед. (мл 0,1 н. р.-ра NaOH)

0,7

±0,06

0,8

±0,10

0,7

±0,03

1,5

±0,12

1,6

±0,24

Однако, к 45-суточному возрасту СК достигает максимума функционального развития, возможного  для молодняка. При этом активность эндоглюканазы, протеаз и уреазы  возросла по сравнению с предыдущей возрастной группой в 4,3 (р<0,01); 1,3 и 1,2 раза соответственно.

Окончательное становление функциональных возможностей СК на фоне растительного питания происходит у трехмесячного молодняка.

3.6.2. Видовой состав микрофлоры.

Культуральными методами установлено, что в химусе СК количество бактероидов составляет 109/г. Выделены Bacteroides  ruminicola и Bacteroides succinogenes. Из целлюлозолитических видов идентифицированы Butyrivibrio fibrisolvens и Ruminococcus flavefaciens.

Из молочнокислых бактерий определены Lactobacillus fermenti, acidophilus, brevis, salivarius, а также бифидобактерии (105/г) Bifidobacterium thermophilum и pseudolongum. Из лактатферментирующих - Megasphaera elsdenii. Обнаружены бактерии рода Methanogenes.

3.6.3. Пищеварение в зависимости от уровня клетчатки в рационе

По мере повышения уровня клетчатки (табл. 4) численность микроорганизмов в расчете на  сухое вещество химуса несколько увеличивалось, но величина целлюлозолитической активности в условиях in vivo при этом снизилась почти вдвое (р<0,001).

Таблица  4 - Показатели пищеварения

в СК при различном уровне клетчатки

Показатели

Содержание клетчатки, %

12,8

14,4

16,0

17,6

19,2

Бактерии, млрд./ г СВ

216,8

±17,42

189,6

±20,27

182,5

±15,45

234,7

±8,95

238,4

±17,45

Активность целлюлаз, %

16,6

±1,24

14,8

±1,34

11,8

±1,49

9,3

±0,55

8,9

±0,79

рН

6,1

±0,09

6,3

±0,11

6,5

±0,10

6,5

±0,14

6,6

±0,13

ЛЖК, мМ/100 г СВ

35,8

±2,39

36,5

±1,16

37,6

±0,79

42,8

±1,05

38,5

±1,25

Общий азот, % от СВ

3,6

±0,32

3,5

±0,31

3,8

±0,42

3,9

±0,37

4,1

±0,25

Мочевина, % от общего азота

2,0

±0,12

2,3

±0,07

2,5

±0,16

2,8

±0,23

3,2

±0,15

Аммиак, % от общего азота

5,2

±0,24

5,4

±0,20

5,5

±0,34

5,7

±0,05

5,6

±0,42

Выявленная эмпирическая  зависимость  между активностью и концентрацией клетчатки в рационах с высокой степенью точности аппроксимируется степенной функцией y = 1272,3 x -1,69. Данные, полученные этим методом определения целлюлозолитической активности, достоверно коррелируют с коэффициентами  переваримости  клетчатки  различных рационов и отдельных кормов (r = 0,938, р< 0,01). Изучение кинетики активности целлюлазного комплекса  вискозиметрическим  методом  показало, что чем выше уровень клетчатки в рационе, и, соответственно, начальная активность (определяемая эндоглюконазой), тем в меньшей степени увеличивается она по мере инкубации реакционной смеси, когда снижение вязкости происходит в основном под влиянием эндоглюкозидаз (рис. 6).

Влияние изучаемого фактора прослеживалось также в показателях биохимических процессов, происходящих в СК кроликов. При этом величина рН увеличивалась, концентрация ЛЖК достигала максимума при 17,6% клетчатки, повышалось также содержание аммиака и мочевины.

Рис. 6 - Кинетика ферментов целлюлазного комплекса

в зависимости от уровня клетчатки в рационе

3.6.4. Пищеварение при монопитании

На зерновой диете (табл. 5, 6) в составе цекальной микрофлоры количество амилолитических бактерий возрастает по сравнению с типовым рационом в 8 раз, активность субстрат-зависимых  ферментов:  амилазы  и  липазы – вдвое. Содержание

Таблица  5 - Бактерии СК, млн./г

Показатели

Рацион

типовой

зерновой

сенной

травяной

Амилолитических

237,1

±17.43

1860,4

±213,81

109,3

±6,52

22,6

±5,34

Целлюлозолитических

6,7

±0.53

0,5

±0,68

10,8

±1,33

21,0

±3,42

Лактатферментирующих

197,4

±12,64

146,6

±15,38

85,2

±10,50

102,5

±8,19

Протеолитических

80,4

±10,63

107,6

±25,31

35,8

±2,57

59,0

±7,45

Использующих мочевину

54,2

±4,70

96,2

±11,32

7,5

±1,57

15,8

±2,06

Таблица 6 -  Активность бактериальных ферментов

Показатели

Рацион

типовой

зерновой

сенной

травяной

Амилаза, мг крахмала/30 мин ⋅ г

68,3

±0,73

124,8

±9,86

52,9

±0,53

34,2

±0,25

Протеазы,  мкг глицина/мин · г

17,3

±1,34

25,7

±3,46

15,6

±0,95

18,8

±1,75

Уреаза, мкг азота аммиака/мин· г

8,9

±0,73

7,6

±1,27

3,9

±0,15

5,6

±0,52

Липаза, ед. (мл 0,1 н р-ра NaOH)

1,6

±0,24

3,2

±0,31

0,7

±0,05

0,8

±0,12

Целлюлазы (суммарная активность in vivo), %

11,8

±1,49

7,6

±0,69

10,1

±0,86

16,9

±1,03

целлюлозолитических форм снижается в 13,4 раза, а их активность –  в 1,7 раза.  Метаболические процессы характеризуются закислением среды, активной реутилизацией аммиака и мочевины, изменением профиля брожения. На сенной и травяной диетах численность отдельных  групп  бактерий,  их энзиматическая  активность и метаболические показатели в СК в целом имеют противоположную динамику.

3.6.5. Суточная динамика пищеварения

Динамика процессов  пищеварения в СК имеет выраженную суточную периодичность (тал. 6).

Таблица 6 - Суточная динамика показателей

пищеварения  в слепой кишке  кроликов

Показатели

Часы суток

1

4

7

10

13

16

19

22

Бактерии, млрд./г

36,2

±1,4

24,5

±0.7

***

28,3

±1,3

35,7

±0,9

***

26,7

±1,1

***

28,0

±0,1

29,4

±1,6

32,9

±1,2

ЛЖК, мМ/100 г СВ

39,7

±1,1

40,3

±2,2

37,5

±2,2

32,0

±1,1

41,2

±2,3*

36,2

±3,2

35,8

±2,1

37,8

±1,2

Азот мочевины

2,1

±0,0

2,7

±0,1

***

2,2

±0,1*

2,4

±0,1

3,2

±0,2

**

2,6

±0,1*

2,3

±0,1

2,4

±0,2

Азот аммиака

5,6

±0,2

5,0

±0,2*

5,3

±0,1

5,5

±0,3

4,8

±0,2

6,5

±0,1

***

5,8

±0,2

5,1

±0,3

Амилаза

71,9

±1,4

68,2

±0,5

69,6

±2,4

72,2

±1,7

60,7

±0,8

***

63,4

±1,4

65,6

±2,7

75,0

±2,0*

Протеазы

17,6

±0,1

16,5

±0,1

***

17,3

±0,1

***

18,5

±0,1

15,5

±0,1

***

16,4

±0,1

17,7

±0,1

18,8

±0,1

Целлюлаза,

5,3

±0,2

6,3

±0,2*

5,9

±0,2

5,3

±0,1

4,4

±0,1

***

4,2

±0,1

4,6

±0,1

4,5

±0,2

Примечание: * - р < 0,05, **- р < 0,02, ***- р < 0,01

Так, в 4 и 13 ч в химусе наблюдалось снижение количества бактерий, активности амилазы  протеаз и накопление мочевины. В дальнейшем (с 4 до 7 и с 13 до 16 ч), по мере роста численности бактерий,  ферментативная активность симбиоценоза увеличивалась и усиливалась интенсивность трансформации азотистых веществ. Наконец, при поступлении в СК основной массы потребленных зерновых кормов - спустя 9-10 ч после кормления, наблюдалась ассимиляция микроорганизмами азотистых веществ, в том числе, аммиака.

В суточной динамике пищеварения в СК при традиционном кормлении выделяются три периода: ферментативный, промежуточный (трансформация образовавшихся продуктов) и синтетический – рост биомассы. Контрастность метаболической ситуации в СК, разобщенность ферментативных и синтетических процессов ухудшает использование питательных веществ кормов.

3.7. Переваримость питательных веществ

Результаты исследований свидетельствуют, что наибольшей переваримостью сухого вещества и всех его компонентов отличаются крольчата 60-суточного возраста (рис.7). В дальнейшем переваримость питательных веществ снижается.

Рис. 7 – Переваримость питательных веществ

у 45-, 60-, 90-суточных крольчат и взрослых кроликов

  Примечание: 1- сухое вещество, 2 – БЭВ, 3 – сырой протеин,

4 – сырая клетчатка

Увеличение уровня клетчатки в рационе, как у молодняка, так и у взрослых животных приводит к существенному снижению переваримости сухого вещества и всех его компонентов. Выведено эмпирическое уравнение регрессии. Его вид: y = -2,5924x + 99,106, где х – уровень клетчатки в рационе, у – переваримость сухого вещества.

Большая  часть  органического  вещества переваривается  под  действием  эндогенных ферментов в  Ж и тонком кишечнике (ТК)  (табл. 7). 

Таблица 7 - Переваримость компонентов

рациона в различных отделах ЖКТ

Показатели

Поступило, г

Переварено, г

В % от принятого

в  ЖКТ

в СК

в Ж и ТК

в СК

в Ж и ТК

в СК

Сухое вещество

118,7

58,7

60,0

19,2

50,5

±2,34

16,3

±2,57

Органическое вещество

109,7

51,7

58,0

18,0

52,9

±1,26

16,4

±1,83

Сырой протеин

21,9

14,5

7,4

8,6

33,8

±0,78

39,3

±3,50

Сырой жир

5,1

1,2

3,9

0,2

76,5

±3,11

3,9

±1,06

Сырая клетчатка

18,4

17,2

1,2

2,7

6,5

±0,05

14,7

±1,67

БЭВ

64,3

18,8

45,5

6,5

70,8

±2,31

10,1

±0,53

В СК высока симбионтная переваримость сырого протеина и, особенно, сырой клетчатки.

ВЫВОДЫ

1. Эффективность пищеварения в слепой кишке кроликов зависит от степени ее морфофункционального развития, количества и биохимического состава потребляемого корма.

2. В постнатальном онтогенезе кроликов прослеживаются следующие этапы морфофункционального развития слепой кишки:

- с 20- до 45-суточного возраста - интенсивный морфогенез органа, обусловленный  высоким (в 1,3 раза больше, чем у взрослых кроликов) потреблением корма в расчете на 1 кг живой массы, и сравнительно медленное функциональное развитие. При одинаковой численности микроорганизмов в 1 г химуса, доля грамположительных форм в составе симбиоценоза была вдвое ниже, а кокков в 1,5 раза выше, активность бактериальных ферментов - амилазы, целлюлазы и уреазы соответственно в 1,5; 1,2 и 2 раза ниже, чем у взрослых животных. Переваримость сырой клетчатки при этом составила 14,5 % (против 21,2 % у взрослых);

-с 46- до 60-суточного возраста – морфогенез СК заканчивается, ее масса с содержимым достигает величины, характерной для взрослых животных (50 г/кг), метаболическая активность цекальной микрофлоры остается низкой. Тщательное пережевывание пищи в этом возрасте (доля мелких частиц 0,25-0,5 мм в желудке была втрое больше, чем у взрослых кроликов) обеспечило более высокую суммарную переваримость клетчатки (в 1,5 раза выше, чем у взрослых кроликов);

-с 61- до 90-суточного возраста установлено окончательное становление цекальной микрофлоры и ее энзиматической активности. Существенное увеличение количества потребляемого корма (свыше 50-60 г/кг) приводило к ускорению его прохождения по желудочно-кишечному тракту (в 1,3 раза по сравнению со взрослыми кроликами) и снижению использования структурных углеводов (коэффициент переваримости клетчатки составил 18,2 %).

3. Разработанная методика определения целлюлозолитической активности цекальной микрофлоры в условиях in vivo (на животных с фистулой слепой кишки) позволяет получать более точные результаты по использованию кроликами структурных углеводов. Данные, полученные этим методом, положительно коррелируют с коэффициентами  переваримости  клетчатки  различных рационов и отдельных кормов (r = 0,94, р< 0,01).

4. Увеличение потребления пищи при общепринятом режиме кормления и у молодняка и у взрослых кроликов приводит к сокращению времени ее ферментации в желудочно-кишечном тракте. Данная зависимость выражается уравнением: y = 0,073x2 - 7,7191x + 244,9.

5. Более питательные корма поедаются в первую очередь и с большей скоростью - скорость потребления сухого вещества сена, травы, корнеплодов и зернового корма (содержащего соответственно 0,64; 0,93; 1,21 и 1,49 МДж обменной энергии в 100 г) составляет 12,6; 26,2; 30,7 и 41,3 г/ч.  Это определяет последовательность продвижения пищи по желудочно-кишечному тракту. Концентрированные корма сосредотачиваются в кардиальной части желудка, задерживаясь на 8-9 часов, чему способствует более грубая обработка их зубным аппаратом вследствие быстрого потребления. Грубые корма поедаются позднее, поступают в пилорический отдел и покидают желудок через 4 – 5 часов.

Такая последовательность приводит к тому, что легкопереваримые корма частично гидролизуются ферментами, привносимыми в желудок с мягкими фекалиями и симбионтами, жизнедеятельность которых поддерживается буферными и пепсинингибирующими свойствами цекотрофов, а грубые подвергаются мацерации в высококислой среде пилорического отдела и сбраживаются в слепой кишке, задерживаясь там около суток.

При традиционном типе кормления указанные физиологические особенности обусловливают выраженную суточную периодичность и разобщенность ферментативных и синтетических микробных процессов в слепой кишке с неизбежными потерями энергии, а также снижение качества пережевывания грубого корма, скармливаемого совместно с концентратами, что обосновывает необходимость разработки полнорационных кормосмесей с учетом степени измельчения кормовых частиц.

6. При повышении в корме доли структурных углеводов отмечаются следующие изменения в трофической системе:

- предпочтительное поедание наименее грубых кормов, уменьшение потребления корма взрослыми животными вплоть до уровня, необходимого для поддержания жизни, увеличение степени измельчения пищи зубным аппаратом;

- увеличение численности бактерий в химусе слепой кишки преимущественно за счет грамотрицательных палочковидных форм, величины рН, концентрации ЛЖК и конечных продуктов азотистого обмена – аммиака и мочевины;

- снижение суммарной активности ферментов целлюлазного комплекса в условиях in vivo вследствие субстратного ингибирования, что связано с увеличением активности экзоглюконазы (действующей на начальных этапах гидролиза) и чрезмерным накоплением в среде целлолигосахаридов, угнетающих активность экзоглюкозидаз, завершающих процесс. Особенно отчетливое снижение (в 1,4 раза) наблюдается на рационах, содержащих от 12,8 до 16 % клетчатки в расчете на сухое вещество;

- существенное снижение коэффициента переваримости сухого вещества (y = -2,5924x + 99,106).

7. На зерновой диете в составе цекальной микрофлоры процент молочнокислых и амилолитических бактерий возрастает по сравнению с типовым рационом в 5 и 8 раз соответственно, активность субстрат-зависимых ферментов амилазы и липазы – вдвое. Содержание  целлюлозолитических бактерий снижается в 13,4 раза,  а их активность – в 1,7 раза. Метаболические процессы характеризуются закислением среды, активной реутилизацией конечных продуктов азотистого обмена – аммиака и мочевины, изменением профиля брожения. При этом в составе ЛЖК возрастает доля пропионовой и масляной кислот. Конкурентное вытеснение целлюлозорасщепляющих бактерий приводит к снижению переваримости клетчатки в 1,5 раза.

На сенной и травяной диетах численность отдельных групп бактерий, их энзиматическая активность и метаболические показатели в слепой кишке в целом имеют противоположную динамику по сравнению с аналогичными показателями на зерновой диете, что находит отражение в величинах суммарной переваримости питательных веществ.

8. В составе цекальной микрофлоры кроликов при традиционном типе кормления преобладают грамотрицательные палочковидные неспорогенные анаэробные бактерии, склонные к образованию капсул. Наиболее высока численность представителей родов Bacteroides – 109 кл./г, Peptococcus – 108 кл./г, бактерий кишечной группы  (E. coli и Enterococcus faecalis) и Bifidobacterium –105-106 кл./г. Значительно меньше количество целлюлозолитических видов (Bacteroides succinogenes, Ruminococcus flavefaciens, Butyrivibrio fibrisolvens), Lactobacterium (fermenti, acidophilus, brevis, salivarius), Megasphaera elsdenii, Clostridium butyricum, представителей Methano-genes.

9. Суммарные показатели симбионтных гидролаз в переваривании питательных веществ составляют для органического вещества, сырой клетчатки, сырого протеина и БЭВ соответственно 29,7 %; 94,8 %; 61,2 % и 16,9 % от величины общей переваримости.

10. Прирост микробной биомассы в слепой кишке взрослых кроликов на традиционных рационах (в пересчете на сухое вещество) составляет около 5 г в сутки, в том числе белка – 2,2 г. При цекотрофии потребляется 1,6 г белка (9 % от суточного потребления диетарного протеина).

11. Цекотрофы, потребляемые при копрофагии, являются естественными пробиотиками, обеспечивающими рециркуляцию бактериальных ферментов и инокуляцию желудка микрофлорой. Благодаря этому в желудке и тонком кишечнике усваивается дополнительно около 6 % переваримого органического вещества, 25 % переваримой  клетчатки, 7,5 % переваримого протеина и 4,4 % БЭВ.

ПРАКТИЧЕСКИЕ Предложения

1. Для физиологических исследований разработан метод определения целлюлозолитической активности микрофлоры у кроликов in vivo (опубликован, подана заявка на патент).

2. Для прогнозирования переваримости питательных веществ кормов и рационов в зависимости от содержания клетчатки получено уравнение регрессии (y = -2,5924x + 99,106).

3. Разработана схема кормления молодняка, предполагающая долю сена в рационах для крольчат 45-60-суточногно возраста 15-17% по питательности, а с 90-суточного возраста – 14-15% по питательности.

4. Способ приготовления полнорационной смеси (патент № 2172590), позволяющий увеличить поедаемость корма и переваримость сухого вещества по сравнению с традиционным способом скармливания соответственно на 8 и 14%.

Список трудов, опубликованных

по материалам диссертации

1. Лактионов К.С. Переваримость клетчатки у кроликов / К.С. Лактионов, В.В. Барышев // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции. – Орел, 1997.  - С. 22-24.

2. Лактионов К.С. Морфологические и функциональные изменения кардиомиоцитов кроликов в зависимости от их физиологического состояния / А.С. Козлов, С.А. Нефедова, К.С. Лактионов и [др.] // Материалы научно-практической конференции. – Орел, 1998. - С.65.

3. Лактионов К.С. Особенности потребления и переваримости сухого вещества рационов у кроликов в зависимости от их физиологического состояния / К.С. Лактионов, А.С. Козлов // Материалы научно-практической конференции. – Орел, 1998. -  С. 76-78.

4. Лактионов К.С. Кролиководство-резерв увеличения производства / К.С. Лактионов, О.И. Лактионова, А.С. Козлов // Информ. листок ЦНТИ № 41-99. – Орел, 1999. - 3с.

5. Лактионов К.С. Влияние целлюлолиза у кроликов на перевариваемость кормов / К.С. Лактионов, О.И. Лактионова, А.С. Козлов // Информ. листок ЦНТИ № 195-99. – Орел, 1999. - 3с.

6 Лактионов К.С. Активность микроорганизмов-симбионтов у кроликов / К.С. Лактионов, А.С. Козлов // Кролиководство и звероводство. – М., 2000. №3 - С.7-8.

7. Патент  2172590 Российская Федерация, С1 7А 23К 1/00, 1/14. Способ приготовления кормосмесей/ К.С. Лактионов [и др.]; заявитель и патентообладатель Орловский государственный университет. - № 2000101730; заявл. 17.01.2000; опубл. 27.08.2001, бюл. № 24.- 4 с.

8. Лактионов К.С. Особенности переваривания клетчатки у кроликов в зависимости от возраста и условий кормления / К.С. Лактионов // Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Орел, 2002. -  С. 60-65.

9. Лактионов К.С. Влияние диеты на процессы пищеварения у кроликов / К.С. Лактионов // Кролиководство и звероводство. – М., 2003. №6 - С.21-22.

10 Лактионов К.С. Способ повышения продуктивности кроликов / К.С.Лактионов // Информ. листок ЦНТИ № 53-004-04. – Орел, 2004. - 2 с.

11. Лактионов К.С. Степень измельчения и переваримости кормов у кроликов / К.С. Лактионов // Информ. листок ЦНТИ № 53-008-04. – Орел, 2004. - 2 с.

12. Лактионов К.С. Резерв увеличения степени использования кормов / К.С. Лактионов // Информ. листок ЦНТИ № 53-015-04. – Орел, 2004. - 3с.

13. Лактионов К.С. Изучение скорости прохождения различных кормов по пищеварительному тракту кролика (ORYCTOLAGUS CUNICULUS) / К.С. Лактионов // Зоологический журнал. – М., 2004. - Т. 83. - № 12. - С. 1526-1529.

14.  Лактионов К.С. Симбионтное пищеварение в желудке кроликов / К.С. Лактионов // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – Спб., 2004. - Т. 90. -  № 9. - С. 1178-1183.

15. Лактионов К.С. Показатели симбионтного пищеварения в слепой кишке кроликов на различных рационах / К.С. Лактионов, Е.В. Полехина // Сборник научных трудов КГСХА. - Курск, 2006. – С. 38-47.

16. Лактионов К.С. Симбионтное пищеварение у кроликов / К.С. Лактионов // Монография. - Орел, 2006. -114 с.

17. Лактионов К.С. Способ приготовления кормосмесей для кроликов / К.С. Лактионов // Информ. листок ЦНТИ № 53-028-08. - Орел, 2007. – 3 с.

18. Лактионов К.С. Физиология питания кроликов и пути повышения степени использования кормов / К.С. Лактионов // Монография. – Орел, 2007. – 158 с.

19. Лактионов К.С. Морфофункциональное развитие слепой кишки кроликов в онтогенезе / К.С. Лактионов // Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. – Спб, 2008. - Т. 94. -  № 3. - С. 331-337.

20. Лактионов К.С. Симбионтное пищеварение у кроликов / К.С. Лактионов // Журнал «Молодой ученый». -  Чита, 2008. -  № 1. - С. 69-71.

21. Лактионов К.С. Повышение продуктивности кроликов / К.С. Лактионов // Международный научно-технический форум. - Омск, 2009. - С.54-59.

22. Лактионов К.С. Пути повышения продуктивности кроликов / К.С. Лактионов, В.В. Васильев // Всероссийская научно-практическая конференция. - Курск, 2009. - С. 76-79.

23. Лактионов К.С. Особенности симбионтного пищеварения у кроликов / К.С. Лактионов, В.В. Васильев // Всероссийская научно-практическая конференция. - Курск, 2009. - С. 19-25.

24. Лактионов К.С. Редукция частиц корма в пищеварительном тракте кроликов / К.С. Лактионов // Вестник АПК Верхневолжья. - Ярославль, 2009. - С. 133- 138.

25. Лактионов К.С. Особенности потребления кормов кроликами / К.С. Лактионов // Материалы конференции. - Троицк, 2009. - С. 34-38.

26. Лактионов К.С. Состав цекального симбиоценоза кроликов / К.С. Лактионов // Научно-практическая конференция. - Воронеж, 2009. -  С. 28-30.

27. Лактионов К.С. Особенности ферментативной активности кишечного симбиоценоза / К.С. Лактионов // Научно-практическая конференция. - Воронеж, 2009. - С. 28-30.

28. Лактионов К.С. Рекомендации по кормлению кроликов / К.С. Лактионов // Рекомендации. - Орел, 2009. -  35 с.

29. Лактионов К.С. Метод химической коррекции процессов симбионтного пищеварения у кроликов / К.С. Лактионов // Международная интернет-конференция. - Орел, 2009. - 3 с.

30. Лактионов К.С. Кролиководство в России и за рубежом. Современное состояние и перспективы развития / К.С. Лактионов, О.В. Тимохин // Вестник Орел ГАУ. - Орел, 2009. - № 2 (17). -  С. 21-22.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.