Влияние фермента липазы на метаболизм в рубце и усвояемость питательных веществ в организме бычков 14–15-месячного возраста
Формирование рационов питания зависит от специфических особенностей производственной цепочки в животноводстве и местных условий. Многогранный характер этих переменных постоянно ставит перед экспертами сложные задачи, направленные на снижение затрат и повышение рентабельности производства. Обычно решения достигаются путем изменения кормовых рационов, что требует постоянной адаптации рубцового пищеварения крупного рогатого скота к каждому нововведению.
В области разработки экзогенных ферментов для использования в животноводстве на сегодняшний день достигнуты значительные успехи. Внедрение ферментов в рационы питания может привнести множество преимуществ, включая улучшение переваривания корма и увеличение продуктивности животных. Более того, это может способствовать снижению выбросов парниковых газов. Ферменты способствуют эффективному усвоению питательных веществ, что приводит к заметному снижению объема метана, производимого животными. Эти белковые катализаторы помогают в ходе определенных химических реакций в желудочно-кишечном тракте, эффективно расщепляя сложные питательные вещества на легкоусвояемые элементы.
Переваривание жиров представляет собой процесс, в ходе которого жиры гидролизуются до глицерина и жирных кислот благодаря действию липаз — ферментов, вырабатываемых в желудке, тонком кишечнике, печени и поджелудочной железе. В желудке образуется небольшое количество липаз, которые способны расщеплять жиры, содержащие короткоцепочечные жирные кислоты. Липаза расщепляет жиры, жирные кислоты и жирорастворимые витамины A, D, E, K, превращая их в энергию.
В то же время организм молодого животного не всегда способен в полной мере усваивать этот важный питательный элемент. Это объясняется недостатком эндогенных желчных кислот и ферментов, таких как липаза, которые вырабатывает организм. Для решения данной проблемы часто в рацион добавляют разнообразные эмульгаторы, среди которых лецитин занимает особое место. Он помогает разбивать жировые капли на крайне мелкие частицы, что в свою очередь значительно увеличивает их поверхность взаимодействия с липазами. Липаза в свою очередь является ферментом, который отвечает за расщепление жиров на глицерин и свободные жирные кислоты. Эти продукты потом всасываются в желудочно-кишечном тракте животного и участвуют в образовании специфичного жирового состава для каждого вида, которые затем используются организмом как источник энергии или откладываются в подлежащих тканях и внутренних органах.
Изначально предполагалось, что экзогенные ферменты меняют усвояемость корма у жвачных, воздействуя на корм до его употребления либо улучшая рубцовое и (или) послерубцовое переваривание. Воздействие экзогенных ферментов на корм может заключаться как в выделении растворимых углеводов, так и в комплексном действии — устранении структурных барьеров, которые ограничивают микробиальное расщепление в рубце.
В самом рубце экзогенные ферменты могут воздействовать непосредственно на корм или косвенным образом стимулировать пищеварительную деятельность, действуя совместно с микроорганизмами рубца. Кроме того, они могут усиливать активность ферментов в помете, что способствует более быстрому разложению отходов. В конечном итоге цель использования любых ферментов — улучшить усвояемость корма у жвачных и снизить количество отходов, но механизм действия экзогенных ферментов в организмах жвачных однозначно сложен и еще недостаточно изучен.
В последнее время возрастают интерес и актуальность темы использования экзогенной кормовой липазы, которая способствует повышению эффективности усвоения жиров, содержащихся в корме, как у животных, так и у птиц. Это позволяет значительно улучшить экономические результаты за счет снижения расхода масла в рационе. Высокий уровень фермента может означать, что у животного панкреатит, воспаление поджелудочной железы или другой тип заболевания поджелудочной железы.
Цель исследования — изучить влияние экзофермента липазы в дозировках 25 г/т и 50 г/т на метаболизм в рубце и усвояемость питательных веществ в организме жвачных.
Материалы и методы исследований
Исследования проводили с 2023 по 2024 г. на базе отдела кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. профессора С.Г. Леушина ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук» (г.Оренбург, Россия). Объект исследования — рубцовая жидкость (РЖ), полученная от бычков казахской белоголовой породы средней массой 310–320 кг в возрасте 14–15 месяцев (4 гол. в каждой группе).
Липаза (Lipase) — сухой ферментный препарат, полученный в результате культивирования секционированного штамма гриба Aspergillius Niger. Ферментная активность — 2 млн ед/г (производитель «Биопрепарат», г. Воронеж, Россия).
Обслуживание животных и экспериментальные исследования осуществляли в соответствии с требованиями инструкций и рекомендаций к выполнению биологических исследований. При проведении исследований были предприняты меры, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшить количество исследованных опытных образцов.
Отбор проб содержимого рубца производили спустя 12 часов после кормления через хроническую фистулу рубца (ANKOM, d = 80 мм) резиновым шлангом длиной 200 см и наружным диаметром 40 мм в термос объемом 3 л. Транспортировку осуществляли в термосах в течение 30 минут.
Исследования in vivo были проведены на бычках казахской белоголовой породы. Животные контрольной и опытных групп находились на основном сбалансированном рационе по рекомендациям А.П. Калашникова. В рацион бычкам опытной группы вносили липазу: I опытная — 25 г/т, II опытная — 50 г/т. Дозировка в эксперименте была выбрана на основании ранее полученных данных in vitro, где испытывался спектр дозировок липазы: 5, 10, 25 и 50 г/т. Лучшие результаты показали 25 г/т и 50 г/т.
Лабораторные исследования рубцовой жидкости проводили в ЦКП ФНЦ Биологических Систем и Агротехнологий Российской академии наук. Уровень летучих жирных кислот (ЛЖК) в содержимом рубца определяли методом газовой хроматографии на хроматографе газовом «Кристаллюкс-4000М» (СКБ «Хроматек», Россия), определение форм азота — по ГОСТ 26180-84. Переваримость определяли с помощью «искусственного рубца» KPL 01 и термостата электрического суховоздушного ТС-1/80 СПУ (ОАО «Смоленское СКТБ СПУ», Россия). Коэффициент переваримости сухого вещества in vitro вычисляли как разницу масс образца корма с мешочком до и после инкубации по следующей формуле:
где: К — коэффициент переваримости сухого вещества корма, %; А — исходная масса 1 (образец корма с мешочком), мг; В — масса после инкубации (образец корма с мешочком), мг; С — исходная масса 2 (образец корма без массы мешочка), мг.
Определение форм азота — по ГОСТ 26889-86. Массовую долю сухого вещества определяли по ГОСТ 31640, сырого протеина — по ГОСТ 13496.4, сырого жира — по ГОСТ 13496.15, сырой клетчатки — по ГОСТ 31675, сырой золы — по ГОСТ 26226.
Оценку содержания элементов в рубцовой жидкости определяли на масс-спектрометре Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и на атомно-эмиссионном спектрометре Optima 2000V (Perkin Elmer, США). Для озоления использовали микроволновую систему разложения Multiwave 3000 (Anton Paar, Австрия).
Численные данные были обработаны с помощью программы SPSS Statistics 20 («IBM», США), рассчитывали средние (М), среднеквадратичные отклонения (±σ), ошибки стандартного отклонения (±SE). Для сравнения вариантов использовали непараметрический метод анализа. Различия считали статистически значимыми при р ≤ 0,05, р ≤ 0,01.
Результаты и их обсуждение
Было установлено (рис. 1), что во II опытной группе животных из ЛЖК преобладала пропионовая кислота — ее концентрация была выше на 57,03% (р ≤ 0,01). Уксусная кислота на 38,87% (р ≤ 0,05) выше относительно контрольной группы. Масляная, валерьяновая и капроновая кислоты изменялись незначительно в опытных группах.
Основной функцией липазы в животноводстве является обеспечение энергией путем окисления. Энергия, которую она содержит, в 2,25 раза больше, чем у углеводов, что может удовлетворить потребности животных в более высокой концентрации энергии.
При увеличении концентрации липазы в кормах значительно повышается уровень общего азота в рубцовом содержимом, во II опытной группе этот показатель составил 99,42 ммоль/л, что выше на 24,55% относительно I опытной группы и на 50,60% (р ≤ 0,05) по сравнению с контролем (табл. 1).
Коэффициент переваримости питательных компонентов рациона был значительно выше в I опытной группе животных (табл. 2). Переваримость сухого вещества была выше на 6,09% (р ≤ 0,05), сырого протеина — на 5,22%, сырой клетчатки — на 6,10% (р ≤ 0,05) относительно контрольной группы. Во II опытной группе эти показатели были ниже по сравнению с другими исследуемыми группами, что может говорить о негативном влиянии высокой дозы липазы на организм.
Экзогенные ферменты могут оказывать различное воздействие как на микрофлору ЖКТ, так и на общее состояние жвачных животных. Следовательно, существует высокая вероятность, что физиологические реакции организма на действие экзогенных ферментов зависят от многих факторов.
Результаты по содержанию химических элементов в химусе рубца бычков представлены в таблице 3. Было установлено, что во II опытной группе бычков происходило накопление токсичных элементов в несколько раз больше по сравнению с контрольной группой и I опытной. Уровень Pb увеличивался на 43,90%, As — на 55,91%, Cd — на 24,32%, Ni — на 24,78% (р ≤ 0,05).
Экзогенные ферменты могут оказывать различное воздействие как на микрофлору ЖКТ, так и на общее состояние жвачных животных. Следовательно, существует высокая вероятность, что физиологические реакции организма на действие экзогенных ферментов зависят от многих факторов. Липазы являются ферментами, которые классически используются для того, чтобы провести гидролиз триацилглицеринов, сопровождающийся образованием свободных жирных кислот (рис. 2).
Усвоение Fe в опытных группах составила 100%, Ba — 99,8% относительно животных контрольной группы. Животные I опытной группы по усвояемости эссенциальных и макроэлементов в организме превосходили II опытную группу по таким элементам, как Zn (3,32%), Cr (6,01%), K (11,42%), Na (33,74%), Li (60,73%), Se (2,36%), на фоне снижения Cu (33,96%), Mo (15,43%), Ni (18,81%), Mn (7,56%) (р ≤ 0,05).
В Оренбургской области проводили исследования на наличие тяжелых металлов в организме животных из разных районов. Оценивали концентрацию кадмия, свинца, меди и цинка в мышечной ткани и внутренних органах крупного рогатого скота. Обнаружено превышение Pb, Cd, Cu в мышцах, печени, сердце и почках крупного рогатого скота. Это объяснялось наличием в данной зоне Урала медных рудных месторождений, что отражалось на повышенном накоплении тяжелых металлов в организме животных [19]. В хозяйствах, находящихся вблизи от металлургических предприятий, телята вместе с молозивом получали Ni в 15,8 раза больше, Fe — в 32 раза, Pb — в 17,8 раза в сравнении с ПДК, что приводило к токсикозам и падежу телят.
Таким образом, липаза участвует в процессе усвоения жиров, который связан с общими процессами метаболизма, где важную роль играют минеральные вещества. Это свидетельствует о том, что использование липазы обеспечивает снижение токсичных веществ на неблагоприятных экологических территориях, улучшение и ускорение пищеварительного процесса в организме животных, а также повышение интенсивности их роста.
Выводы
Результаты исследования показали, что при использовании липазы в дозировках 25 г/т и 50 г/т происходят изменения в метаболизме рубца и усвояемости питательных веществ животных. У бычков II опытной группы отмечен высокий уровень летучих жирных кислот и метаболитов азота. Животные I опытной группы имели значительно выше показатели по переваримости питательных компонентов рациона, а также по уровню усвоения эссенциальных и макроэлементов.
Таким образом, липаза является мощным стимулятором пищеварения для животных. Это может сказаться на росте и развитии бычков и снижать стоимость кормов, так как эффективность использования жира, содержащегося в основном сырье рациона, значительно повышается.
Об авторах
Виктория Владимировна Гречкина 1, 2, кандидат биологических наук
Viktoria1985too@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-1159-0531
Елена Владимировна Шейда 1, 3, кандидат биологических наук
elena-shejjda@mail.ru https://orcid.org/0000-0002-2586-613
Ольга Вилориевна Кван 1, 3, кандидат биологических наук
kwan111@yandex.ru https://orcid.org/0000-0003-0561-7002
Лариса Юрьевна Топурия 3, доктор биологических наук, профессор
golaso@rambler.ru https://orcid.org/0000-0002-7881-2602
1 Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук,
ул. 9 Января, 29, Оренбург, 460000, Россия
2 Оренбургский государственный аграрный университет, ул. Челюскинцев, 18, Оренбург, 460014, Россия
3 Оренбургский государственный университет, пр-т Победы, 13, Оренбург, 460018, Россия
УДК 636.084:636.084.4
DOI: 10.32634/0869-8155-2025-395-06-60-66
