Процессы пищеварения и газообразования у овец под влиянием комплекса фитогеников
Рост населения и его потребностей в продуктах животного происхождения неизбежно приводит к интенсификации животноводства, которая достигается за счет увеличения плотности животных и производственных единиц, использования концентрированных кормов, фармацевтических препаратов и вакцинации, улучшения инфраструктуры и эффективности кормов.
Во всем мире около 65 млрд кур, 1,5 млрд свиней, 1 млрд коз и овец, около 330 млн крупного рогатого скота и буйволов выращиваются для производства мяса. В то же время коров, используемых для производства молока, почти 234 млн, а сектор производства яиц насчитывает 7,6 млрд кур-несушек. Животноводческий сектор составляет до 50% мирового валового внутреннего продукта сельского хозяйства и поддерживает средства к существованию и продовольственную безопасность почти 1,3 млрд человек в развивающихся странах.
Однако, несмотря на рост населения и спроса на животный белок, растет беспокойство о негативном влиянии животноводства на окружающую среду. В частности, на сектор животноводства, по различным оценкам, приходится примерно 15–18% глобальных антропогенных выбросов парниковых газов (ПГ), в том числе метана.
Метан (CH4) является вторым парниковым газом (ПГ) после CO2, доля его выбросов от отрасли животноводства составляет порядка 40%. Среди ПГ CH4 обладает значительно большим потенциалом глобального потепления (ПГП) по сравнению с углекислым газом (по различным оценкам, в 21–23 раза) и более коротким периодом полураспада. В связи с этим снижение выбросов CH4 — одна из важных задач в борьбе с антропогенным изменением климата.
Другим важным аспектом является потеря за счет выделения CН4 до 12% обменной энергии, поступающей в организм животных с пищей. Потому сокращение выбросов метана жвачными позволит не только уменьшить негативное влияние животноводческой отрасли на окружающую среду, но и увеличить эффективность использования энергии и, как следствие, продуктивность животных. В основном CН4 — побочный продукт жизнедеятельности метаногенных архей, продуцирующих метан посредством использования избытка H2 и CO2 в качестве основных субстратов.
На сегодняшний день множество научных исследований сосредоточены на изучении факторов, влияющих на метаногенез в рубце, а также потенциальных способов снижения выбросов метана жвачными животными без вреда для их здоровья и потери продуктивности.
Одной из основных стратегий, направленных на управление и снижение интенсивности метаногенеза в рубце, является использование кормовых добавок с антиметаногенным эффектом. К ним относятся 3-нитрооксипропанол, жировые добавки, органические кислоты и пробиотики.
Другие перспективные антиметаногенные добавки (биологически активные вещества, являющиеся вторичными метаболитами растений) — фитогеники. Эти метаболиты в основном характеризуются как модуляторы микробных популяций, которые изменяют процесс ферментации в рубце и биогидрогенизацию жирных кислот. Они недороги по стоимости и обладают широким спектром полезного действия. К таким соединениям относятся, в частности, танины — сложные водорастворимые полифенолы растительного происхождения с относительно высокой молекулярной массой (от 500 до 20000 Да). Они обладают выраженной антиметаногенной, антимикробной и антиоксидантной активностью, а также способностью к комплексообразованию.
В ряде исследований демонстрируется эффективность применения танинов в отношении метаногенеза у жвачных как in vitro, так и in vivo, что делает их перспективным объектом для дополнительного изучения. Стоит отметить, что мало изучен эффект совместного действия танинов и других фитогенных добавок, таких как дигидрокверцетин (ДКВ), на рубцовую микробиоту и метаногенез. ДКВ сам по себе не обладает антиметаногенным эффектом, однако оказывает положительное действие на симбионтную микрофлору рубца.
Цели работы — изучение и оценка влияния на процессы пищеварения и газообразование у овец как танинов лиственницы даурской (Lárix dahúrica) в чистом виде, так и в комплексе с дигидрокверцетином in vivo.
Материалы и методы
Исследования, направленные на изучение влияния фитогенных кормовых добавок на метаногенез у овец, проводились методом латинского квадрата 2 х 3 на баранчиках романовской породы в возрасте 2 лет в количестве 6 голов с живой массой 55 ± 2 кг с хроническими фистулами рубца по Басову в условиях физиологического двора и в лабораториях ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста в 2023 году.
Согласно схеме опыта, животные получали сеноконцентратный рацион с 40% концентратов от общей питательной ценности: сено злаково-разнотравное — 1,2 кг, концентраты — 0,4 кг. В рационе содержалось 12,52 МДж обменной энергии, 1,35 кг сухого вещества, 170,8 г сырого протеина, 336 г сырой клетчатки, 31,2 г сырого жира.
В качестве кормовой добавки скармливали конденсированные танины (КТ) лиственницы даурской (Lárix dahúrica) в количестве 5 г на голову в сутки и дигидрокверцетин (ДКВ) в количестве 0,1 г на голову в сутки в форме порошка при смешивании с комбикормом. Дозировки рассчитывали в соответствии с литературными данными отечественных и зарубежных исследователей по применению танинов, в частности КТ Lárix dahúrica, и дигидрокверцетина в кормлении жвачных.
Животные были разделены на три группы: 1-я — контрольная, 2-я получала добавку танинов, 3-я — комплексную добавку на основе танинов и ДКВ. Продолжительность каждого периода составляла 30 дней.
Основной рацион и условия содержания животных (температурный, влажностный, световой режимы и газовый состав воздуха в помещении) в исследуемые периоды были одинаковыми.
Протокол исследования на животных был одобрен биоэтической комиссией ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста (протокол от 20 марта 2023 года № 2). Эксперименты проведены с соблюдением требований, изложенных в Директиве Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22 сентября 2010 года № 2010/63/ЕС о защите животных, использующихся для научных целей, и принципов обращения с животными, согласно статье 4 ФЗ РФ № 498-ФЗ.
В каждом периоде проводился балансовый опыт. В конце балансового опыта у всех животных (n = 6) с помощью зонда отбирались пробы рубцового содержимого за 1 час до кормления и через 3 часа после кормления для исследования содержания и состава рубцовой микробиоты. Биомассу простейших и бактерий определяли по методике Б.В. Тараконова.
Для того чтобы определить влияние изучаемых добавок в рационе на поедаемость корма, ежедневно (на протяжении каждого учетного периода) производился индивидуальный учет заданных кормов и их остатков. По окончании опыта отобранные средние пробы кормов, кала, мочи подвергались химическому анализу.
В образцах определяли содержание общего азота — по ГОСТ 13496.4-2019, сырого протеина — путем умножения процентного содержания азота на коэффициент 6,25, сырого жира — по ГОСТ 32905-2014, сырой клетчатки — по ГОСТ 31675-2012, безазотистых экстрактивных веществ — расчетным путем, по разности между количеством органического вещества и содержанием в нем сырых протеина, жира, клетчатки, золы.
Показатель кислотности среды (pH) измеряли с помощью портативного pHметра («Аквилон pH-420», Россия), общее количество летучих жирных кислот (ЛЖК) — методом паровой дистилляции в аппарате Маркгама, концентрацию аммиачного азота — микродиффузным методом по Конвею, амилолитическую активность рубцовой жидкости — по ГОСТ 34440-2018.
Исследования по изучению выделения метана выполняли при помощи респирационных камер открытого типа (рис. 1) с использованием газоанализатора «Сенсон М» (производитель ООО «НИИИТ», Россия).
Животное помещалось в камеру на двое смежных суток, после чего проводился учет выделившихся парниковых газов.
Обработку полученных данных выполняли в Microsoft Excel (США) с расширенным пакетом анализа данных и программы Statistica, version 13 Ru, StatSoft, Inc., 2011 (США). При этом вычисляли среднеарифметическую (М), среднеквадратическую ошибку (±m) и уровень значимости (р) при помощи однофакторного дисперсионного анализа. Далее для попарных сравнений изучаемых групп применяли тест Тьюки-Крамера.
Результаты исследований считали высокодостоверными при р < 0,001 и достоверными при р < 0,01 и р < 0,05, от р < 0,1 до р > 0,05 — тенденция к достоверности полученных данных. При р > 0,1 разницу считали недостоверной.
Результаты и обсуждения
Эффективность использования энергии и питательных веществ корма у жвачных животных находится в прямой зависимости от характера метаболических процессов в рубце, микробиальных процессов — в преджелудках. В целях оценки влияния на рубцовое пищеварение кормовых добавок на основе конденсированных танинов, а также комплекса «танин + ДКВ» в конце каждого периода опыта были отобраны пробы рубцового содержимого у фистульных овец. Отбор проводили за 1 час до кормления и через 3 часа после кормления и определяли основные показатели рубцового пищеварения (табл. 1).
Показатель pH до кормления во всех исследуемых группах отличался незначительно и находился в пределах от 6,473 до 6,547. После кормления pH рубца ожидаемо снижался в диапазоне от 6,032 (в 3-й группе, где животные получали комплексную добавку) до 6,082 (в контрольной группе).
Наблюдалась тенденция к увеличению амилолитической активности в опытных группах относительно контроля. Так, в 1-й группе данный показатель составил 17,403 Е/мл, во 2-й группе произошло увеличение до 18,128 Е/мл (на 4,2%), в 3-й — до 18,423 Е/мл (на 5,9% относительно контроля).
Содержание летучих жирных кислот достоверно (p < 0,05) увеличивалось в опытных группах относительно контроля. До кормления наблюдались статистически значимые (p = 0,003) различия между 1-й группой (контроль) и 3-й (комплекс «танин + ДКВ»), а также 2-й (танин) и 3-й (комплекс «танин + ДКВ»), однако между 1-й и 2-й группами значимых различий нет.
После кормления наблюдалась достоверная (p < 0,0001) разница между всеми изучаемыми группами. В контрольной группе сумма ЛЖК составила 8,385 ммоль/мл, в группе танина — 7,592 ммоль/мл, что на 9,5% меньше, а в группе, получавшей танин + ДКВ, — 9,137 ммоль/мл (на 9% выше относительно контроля). ЛЖК, как конечные метаболиты распада углеводов, — жизненно важные компоненты экосистем рубца. Баланс ЛЖК необходим для оптимального функционирования рубца и продуктивности животных.
Наблюдалось достоверное (p = 0,016) снижение концентрации NH3 во 2-й группе относительно контроля (17,675 мг% против 21,485 мг%), для 3-й группы снижение составило 12,5%, однако оно недостоверно. Уменьшение концентрации аммиака в рубцовом содержимом может указывать на снижение распада белковых молекул в силу комплексообразующей способности танинов или на подавление протеолитических микроорганизмов.
О характере микробиальных процессов в преджелудках можно судить исходя из массы симбиотных микроорганизмов в рубцовом содержимом (табл. 2).
Наблюдалась тенденция к увеличению количества инфузорий относительно контроля в 3-й группе (танин + ДКВ) и снижению — во 2-й (как до кормления, так и после кормления). Так, для 1-й группы количество инфузорий до кормления составило 0,435 г / 100 мл, после кормления — 0,617 г / 100 мл против 0,458 г / 100 мл до кормления и 0,630 г / 100 мл после кормления для 3-й группы. Во 2-й группе зафиксировано снижение относительно контроля (на 8% до кормления и на 18,3% после кормления).
Схожая тенденция прослеживается и для общего числа бактерий, причем после кормления наблюдаются достоверные (p = 0,013) различия между 1-й и 3-й группами (0,295 г / 100 мл против 0,417 г / 100 мл соответственно), а также между 2-й и 3-й группами (0,315 г / 100 мл против 0,417 г / 100 мл соответственно).
Полученные данные по количеству симбионтной микрофлоры коррелируют с суммарным количеством ЛЖК у исследуемых животных. Более высокий уровень образования различных групп микроорганизмов, как бактерий, так и инфузорий, в группе, получавшей комплексную добавку на основе танина и ДКВ, соотносится с большей концентрацией ЛЖК в рубце. При скармливании только танина уровень образования инфузорий был ниже, ниже концентрация ЛЖК после приема корма. Это указывает на угнетение микрофлоры под действием танина. Вместе с этим полученные данные свидетельствуют о наличии эффекта синергизма в отношении действия танинов Lárix dahúrica и ДКВ, что обусловливает положительное влияние на рост и развитие микрофлоры рубца.
На основании результатов индивидуального учета заданных кормов и их остатков, количества выделенного кала и мочи, химического состава кормов и выделений была рассчитана переваримость питательных веществ рациона и дана оценка влияния фитогенных кормовых добавок на основе конденсированных танинов Lárix dahúrica и ДКВ в рационе на переваримость и использование питательных веществ кормов рационов (рис. 2).
Достоверных отличий по переваримости питательных веществ рационов в изучаемых группах животных обнаружено не было, однако наблюдалась тенденция к увеличению переваримости в 3-й группе относительно 1-й и 2-й групп. Так, переваримость сухого вещества в 3-й группе составила 62,95% против 61,02% в 1-й группе и 62,09% — во 2-й.
Добавка танина несколько снизила переваримость ОВ (63,37%) относительно 1-й группы (65,31%) и 3-й (64,03%). Наблюдалась положительная тенденция к увеличению переваримости протеина в опытных группах относительно контроля (63,79% — 1-я группа, 66,52% — 2-я группа, 67,51% — 3-я группа).
В опытных группах наблюдалось увеличение переваримости клетчатки относительно контроля (61,64–64,07% против 59,05%). Переваримость жира во всех группах была одинаковой. Однако наблюдалось недостоверное снижение переваримости безазотистых экстраактивных веществ (БЭВ) в опытных группах.
В целом можно сделать вывод, что скармливаемые фитогенные добавки на основе танинов лиственницы даурской (Lárix dahúrica) в дозировке 5 г/гол в сутки и дигидрокверцетина (0,1 г/гол в сутки) не оказали отрицательного воздействия на переваримость питательных веществ рациона.
Важные физиологические процессы в организме животного можно рассмотреть с позиции азотистого обмена. Были оценены влияние скармливаемых добавок на баланс и использование азота подопытными овцами (табл. 3).
Наблюдалось снижение выделения азота в опытных группах относительно контрольной как с калом (на 8,75% и 11,9% во 2-й и 3-й группах соответственно), так и с мочой (на 16,6% во 2-й группе и на 26,3% в 3-й группе). Это привело к увеличению количества отложенного в теле азота на 63,3% во 2-й группе и на 69,9% в 3-й группе относительно 1-й группы, что говорит о положительном влиянии скармливаемых фитогенных добавок на показатели азотистого обмена.
Для оценки влияния добавок на основе конденсированных танинов и их комплекса с ДКВ на метанообразование у овец были проведены исследования in vivo в респирационных камерах открытого типа. Полученные результаты представлены на рисунке 3.
Наблюдается выраженное снижение выделяющегося метана у животных опытных групп относительно контроля. Так, в контрольной группе количество выделившегося CH4 составило 21,98 л/сутки, при скармливании только танинов этот показатель был ниже на 14,8% (18,72 л/сутки), а при получении животными комплексной добавки танина с ДКВ — достоверно (p = 0,05) ниже на 26,8% (16,08 л/сутки). Полученные данные свидетельствуют не только о снижении выделения метана за счет использования фитогенных кормовых добавок на основе танинов, но и об эффекте синергизма в отношении действия танинов Lárix dahúrica и дигидрокверцетина на метаногенез in vivo, что соотносится с предыдущими исследованиями in vitro.
Выводы
Итогом исследований по изучению и оценке влияния фитогенных добавок на основе конденсированных танинов лиственницы даурской (Lárix dahúrica) в дозировке 5 г/гол в сутки и их комплекса с дигидрокверцетином (0,1 г/гол в сутки) на процессы пищеварения у овец in vivo стало положительное действие комплексной добавки «танин + ДКВ», выраженное в достоверном увеличении общего количества ЛЖК (9,137 ммоль / 100 мл против 8,385 ммоль / 100 мл, p < 0,0001) и симбионтной микрофлоры (СВ бактерий 0,417 г / 100 мл против 0,295 г / 100 мл, p = 0,013).
Изучаемые добавки не оказали отрицательного воздействия на переваримость питательных веществ рациона и способствовали интенсификации азотистого обмена.
Подтвержден антиметаногенный эффект скармливаемых добавок, выраженный в снижении выделения метана на 14,8% при потреблении танинов и на 26,8% при потреблении комплексной добавки. Подтвержден эффект синергизма в отношении действия ДКВ и танинов Lárix dahúrica на метанообразование у овец invivo.
Об авторах
Никита Сергеевич Колесник, младший научный сотрудник лаборатории фундаментальных основ питания сельскохозяйственных животных и рыб
kominisiko@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-4267-5300
Надежда Владимировна Боголюбова, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий отделом физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных
652202@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-0520-7022
Алёна Анатольевна Зеленченкова, кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник, заведующая лабораторией фундаментальных основ питания сельскохозяйственных животных и рыб
aly4383@mail.ru https://orcid.org/0000-0001-8862-3648
Павел Дмитриевич Лахонин, младший научный сотрудник лаборатории фундаментальных основ питания сельскохозяйственных животных и рыб
lakhonin.99@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-7354-0337
Федеральный исследовательский центр животноводства — ВИЖ им. академика Л.К. Эрнста, пос. Дубровицы, 60, г. о. Подольск, Московская обл., 142132, Россия
УДК 664;57.088.5
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-393-04-113-120
