Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии  

На правах рукописи

актионов 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 Ц	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  л_________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 л_____________ 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 (37,42,24 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	18,32,3	15,13,5	8,60,52	21,21,3	13,92,5	6,51,49
рН содержимого	4,200,5	1,970,3	2,840,5	4,520,2	1,940,2	2,380,2
Свободная соляная кислота2	2,81,32	42,43,5	6,81,41	-	45,76,1	10,01,8
Пепсин, мкг/мл	10023	27835	12726	33,31,4	37029	20320
Амилаза, мг крахмала/30 минг	18,51,5	11,50,9	10,80,7	25,41,9	15,61,6	12,72,2
Целлюлаза, мкМ/минг(10-4 )	5,01,32	-	-	12,74,2	-	-
Уреаза, мкг азота аммиака/минг	3,80,63	-	2,10,32	4,90,68	-	-
Протеазы, мкг глицина/ минг	21,62,0	28,02,7	15,41,8	23,51,3	30,23,5	25,81,6
ЖК, мМ/100 г	5,10,41	3,20,46	3,60,53	6,10,93	3,10,28	2,80,53

Таблица 2 - Показатели фундального пищеварения при предотвращении копрофагии

Показатели	Часы суток
	1	5	9	13	17	21
рН содержимого	1,810,2	1,430,1	2,200,4	1,500,1 32	1,750,2	2,500,2
Свободная соляная кислота2	37,83,7	53,36,2	26,73,3	43,22,6	45,63,9	15,41,9
Пепсин, мкг/мл	344,341	386,028	325,856	352,629	435,064	317,418

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
ипазы, 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
ЖК, 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
актатферментирующих	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
ипаза, 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 Ц  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
ЖК, 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 Ц105-106 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.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии