Geum.ru

Метаболизм белков у растущих бычков и свиней и факторы его регуляции 03. 00. 04 биохимия 03. 00. 13 физиология

Вид материалаАвтореферат
3.3. Регуляция обмена белков и качества продукции у бычков и
Подобный материал:
1   2   3

3.3. Регуляция обмена белков и качества продукции у бычков и

свиней в период интенсивного доращивания

и откорма факторами питания


Для изучения возможного регулирования метаболизма белков и качества продукции у растущих животных путем изменения уровня обеспеченности их организма аминокислотами и энергией провели серию опытов на бычках холмогорской породы и свиньях двух- и трехпородных помесей на разных стадиях их выращивания и откорма.

В двух экспериментах, проведенных в виварии института на 20 бычках методом групп (по 5 животных в группе) в период с 10- до 15- месячного возраста, исследовали обмен азотистых веществ и количественные аспекты синтеза и распада белков скелетных мышц при разной обеспеченности метаболических процессов обменным белком и лимитирующими аминокислотами. Разный уровень обеспеченности организма бычков аминокислотами методически моделировался путем применения разных по составу комбикормов. Для животных контрольных групп применяли типовой комбикорм на ячменной основе с подсолнечниковым шротом в качестве источника протеина с высокой распадаемостью в рубце. Для бычков опытных групп из состава комбикорма исключали подсолнечниковый шрот, но вводили кукурузный глютен и соевый шрот в качестве источников протеина с низкой распадаемостью и для балансирования содержания некоторых незаменимых аминокислот (лизин, метионин, лейцин). Кроме того во втором эксперименте к вышеуказанным компонентам добавляли пивную дробину, диаммонийфосфат, серу и органические кислоты (яблочная, лимонная и фумаровая) для поддержания микробиологических процессов в рубце на высоком уровне. Во всех экспериментах рационы содержали одинаковые количества сырого протеина и обменной энергии. Распадаемость протеина корма в контрольных группах составляла 71 %, а в опытных в первом опыте – 63 %, во втором – 64 %. Уровень обеспеченности организма растущих бычков обменным белком и доступными аминокислотами проводили расчетным путем. Расчеты проводили совместно с доктором биологических наук Харитоновым Е.Л. В основу расчета положены принципы, изложенные в «Методах исследований питания сельскохозяйственных животных»(1998) (ред. академика РАСХН Б.Д. Кальницкого), а также данные, полученные в эксперименте.

В наших исследованиях в результате снижения уровня распадаемого протеина потребляемого корма с 71 до 63 % возрастало количество поступающих в метаболический пул обменного белка на 10,9 % с 624 до 692 г/сутки и лизина на 4,6 %, лейцина на 19,2 %, гистидина на 8,3 %, метионина на 4,8 %.

В результате улучшения обеспеченности процессов метаболизма аминокислотами в условиях изопротеиновых и изокалорийных рационов в период интенсивного доращивания и откорма позволило на 8,7 % увеличить среднесуточный прирост живой массы животных (у бычков опытной группы он составил 138424, у контрольных 127325 г) (р<0,01). В целом за опыт прирост живой массы у бычков контрольной группы составил 90,41,76 кг, а у животных опытной группы – 98,31,68 кг, что на 8,7% больше (р<0,01). При этом у бычков опытной группы за весь период эксперимента повышалась не только интенсивность роста, но и эффективность использования корма.

Результаты балансовых опытов показали, что при практически одинаковой переваримости сырого протеина в опытной группе, отложение азота было больше за счет меньшего выделения его с мочой, что свидетельствует о более высокой эффективности использования у них азота в обменных процессах (табл. 6). У животных опытной группы по сравнению с контролем обнаружено снижение уровня свободных аминокислот в плазме крови. При этом заметное снижение отмечалось по незаменимым аминокислотам. Кроме того в плазме крови у животных этой группы обнаружена достоверно более низкая концентрация мочевины, которая сопровождалась снижением отношения азота, выделенного с мочой, к азоту, принятому с кормом и переваренному (табл.6).

Таблица 6

Использование азота корма и концентрация свободных аминокислот и мочевины в плазме крови у бычков с живой массой 300 кг


Показатели
Группы

контроль
опыт

Принято азота с кормом, г/сутки

162,4  4,0
164,6  1,6

Выделено с калом, г/сутки

54,3  1,6
55,4  1,2

Переварено азота, г/сутки
109,7  4,0
109,2  2,5

%
66,8  0,9
66,3  1,0

Отношение азота мочи/ азоту принятому с кормом

0,41

0,36

Отношение азота мочи/ азоту переваренному

0,61

0,55

Мочевина до кормления, ммоль/л
4,76 ± 0,15
4,20 ± 0,20

Мочевина через 3 часа после кормления, мкмоль/л

5,42 ± 0,16

4,71 ± 0,21*

Сумма свободных аминокислот, мкмоль/л
1446,5 ± 75,4
1241,8± 68,3

в т. ч. незаменимые, мкмоль/л
786,6 ± 32,0
682,4 ± 28,4*

заменимые, мкмоль/л

659,9 ± 0,38
559,4 ± 0,34


Уровень обеспеченности метаболических процессов обменным белком и лимитирующими аминокислотами оказывает существенное влияние на обмен белков в мышечной ткани бычков и, соответственно, на показатели мясной продуктивности и качество мяса. Бычки опытной группы по интенсивности наращивания скелетной мускулатуры и по отложению белков (на 17,4 %, р < 0,05) в мышцах превосходили контрольных животных. Более высокое отложение мышечных белков у бычков опытной группы обусловлено интенсификацией процессов синтеза белков, которая превалировала над его распадом. В целом эффективность синтеза белков в опытной группе возросла с 18,5 до 20,6 %.

Во втором эксперименте изменения метаболизма белков у бычков с живой массой 390 кг под влиянием доступных для усвоения обменного белка и аминокислот имели ту же направленность, что и в первом опыте. При обобщении результатов всех опытов установили, что интенсивность и направленность метаболизма белков в скелетных мышцах существенно зависела от уровня обеспеченности организма бычков обменным белком и лимитирующими аминокислотами в условиях интенсивного выращивания и откорма (рис. 5, 6, 7, 8).

Корреляционный анализ данных экспериментов показал, что интенсивность отложения и эффективность синтеза мышечных белков положи-


Влияние уровня доступных для усвоения аминокислот (г/сутки) на метаболизм мышечных белков у бычков









тельно и тесно коррелирует с уровнем доступного для усвоения белка (r = + 0,95; p < 0,04 и r = + 0,97; p < 0,01) и лизина (r = + 0,95; p < 0,05 и r = + 0,88; p < 0,10).

Следовательно, повышение обеспеченности организма бычков доступным для обмена белком и лимитирующими аминокислотами в результате применения кормов с пониженной распадаемостью протеина и крахмала в рубце в период интенсивного доращивания и откорма способствует интенсификации биосинтетических процессов в мышечной ткани, увеличению отложения и повышению эффективности синтеза белков в скелетных мышцах, позволяющего в более полной мере реализовать генетический потенциал мясной продуктивности.

В проведенных нами исследованиях установлено, что использование в кормлении бычков рационов с низкой распадаемостью протеина в преджелудках улучшает обеспеченность процессов метаболизма незаменимыми аминокислотами и повышает мясную продуктивность и качество мяса. Улучшение обеспеченности обменным белком и лимитирующими аминокислотами метаболических процессов в мышечной ткани растущих бычков повышает интенсивность синтеза белков (на фоне отсутствия существенных изменений по скорости обновления), массу скелетных мышц и сопровождается снижением катаболизма аминокислот в тканях и процессов мочевинообразования. В конечном итоге эти изменения в интенсивности биосинтетических процессов в организме бычков способствуют повышению эффективности использования азотистых веществ корма и в целом улучшению конверсии протеина корма в продукцию.

Как известно, поток глюкозы из кишечника жвачных в метаболический пул в определенной мере связан с распадаемостью в рубце крахмала корма. В опыте на бычках, выращиваемых на мясо, введение в рацион кукурузы, как источника крахмала с пониженной расщепляемостью в рубце, обеспечило дополнительное поступление глюкозы в кровь. Данный факт подтверждается увеличением в крови бычков концентрации глюкозы на 6,5; 11,4 и 9,4 % до приема корма и через 1 и 3 часа после него, соответственно (по данным Матвеева В.А. и др., 2003). В данной ситуации улучшение обеспеченности метаболических процессов глюкозой при интенсивном выращивании и откорме бычков способствует реутилизации аминокислот, высвобождаемых при разрушении белков. Более эффективная реутилизация аминокислот, в свою очередь, сопровождается снижением интенсивности их окисления. Об этом свидетельствуют низкие уровни свободных аминокислот и мочевины в крови, а также меньшее выделение азота с мочой у подопытных животных. Следовательно, дополнительное поступления глюкозы в кровь улучшает обеспеченность процессов метаболизма аминокислотами за счет меньшего их расходования на глюконеогенез, что в свою очередь способствует повышению эффективности синтеза белков в скелетных мышцах и увеличению массы скелетной мускулатуры.

Таким образом, количество аминокислот и глюкозы, поступающее из желудочно-кишечного тракта в метаболический пул организма, является фактором, лимитирующим интенсивность процессов биосинтеза компонентов мяса.

С целью определения оптимального уровня и соотношения незаменимых аминокислот в низкопротеиновых рационах и изучение их влияния на интенсивность роста, параметры отложения белков и липидов в теле, а также метаболизм и эффективность использования азотистых веществ корма провели эксперимент на помесных поросятах (ландрас  крупная белая; Pic-402  крупная белая) в период доращивания. По принципу парных аналогов в возрасте 65 суток (живая масса 20 кг) были сформированы три группы по 7 голов в каждой. Содержание групповое в клетке, поение из автопоилок. Опыт продолжался до достижения живой массы 42-52 кг.

Животные 1-й (отрицательный контроль) группы получали основной рацион с содержанием сырого протеина 11,91 % без добавления синтетических аминокислот. Поросятам 2-й (опытной) группы к вышеуказанному основному рациону были добавлены синтетические аминокислоты (треонин, лизин, метионин). Так, уровень лизина был доведен до 8,1 г в кг корма.

У поросят 3-й группы содержание сырого протеина в рационе было доведено до 15,37 % путем дополнительного введения в состав комбикорма соевого шрота, что на 10 % ниже уровня существующих норм (Калашников А.П. и др., 2003). Комбикорма для свиней 2-й и 3-й опытных групп содержали одинаковые количества лимитирующих аминокислот – лизина, метионина и треонина. При этом, были определены относительные уровни незаменимых аминокислот по отношению к лизину и соотношение лизина к обменной энергии в рационах поросят в период доращивания (табл. 7).

Таблица 7

Соотношение аминокислот в кормах

поросят в период доращивания (по отношению к лизину)


Аминокислоты
Группы

1-я (контроль)
2-я (опыт)
3-я (опыт)

Лизин
100
100
100

Метионин + Цистин
82,6
59,9
60,0

Треонин
82,1
62,3
62,5

Триптофан
31,0
18,2
25,2

Изолейцин
96,4
56,7
77,4

Валин
116,6
68,5
90,2

Лейцин
170,4
100,1
131,5

Гистидин
55,0
32,3
44,1

Аргинин
121,1
71,2
103,9

Фенилаланин + Тирозин
170,6
100,3
138,4

Лизин, в г на МДж обменной энергии
0,38
0,65
0,65

Уровень доступного лизина, г/сутки
8,20
16,17
16,20

Аминокислотную обеспеченность биосинтетических процессов у поросят при интенсивном выращивании на низкопротеиновых рационах, обогащенных незаменимыми аминокислотами, в описываемом эксперименте определяли расчетным путем. В основу расчета положены принципы, изложенные в работах Stein H.H. et al., 2001, 2005, а также данные, полученные в эксперименте. Расчет аминокислотной доступности проводили по всем компонентам комбикорма. При этом мы допускали, что синтетические аминокислоты усваиваются в организме животных на 100%. Повышение уровня доступности лимитирующих аминокислот, а также доведение соотношения этих аминокислот до уровня «идеального» позволило на 40,7 % достоверно повысить среднесуточный прирост живой массы поросят. В конце опыта живая масса у поросят опытных групп составляла 51,50 кг, или была выше на 22,2 %, чем у животных 1-й группы. При этом затраты сырого протеина на 1кг прироста у поросят 2-й и 3-й групп были на 28,1 и 8,2 %, соответственно, ниже по сравнению с контролем. Сходная тенденция отмечалась и по затратам кормов на единицу продукции. Увеличение прироста живой массы свиней опытных групп по сравнению с контролем обусловлено большей активностью биосинтетических процессов в их организме (табл. 8). Интенсивность синтеза белков тела была выше у поросят, получавших рационы с оптимальными соотношениями лимитирующих аминокислот (по отношению к лизину) с учетом их доступности, по сравнению с животными, содержавшимися на низкопротеиновых рационах с неоптимальным их соотношением. Характерно, что наряду с повышением интенсивности синтеза белков имело место и некоторое усиление скорости их распада, а, следовательно, и обновления при относительном преобладании биосинтетических процессов. Такое состояние обмена белков приводило к повышению их уровня в организме (белкового фонда) у опытных поросят. В конечном итоге эффективность белкового синтеза, рассчитанная как отношение отложенного к синтезированному белку, заметно возросла - с 28,5 (в контроле) до 32 % (в опытных группах).

Таблица 8

Метаболизм белков тела у поросят в период доращивания, г/сут


Показатели
Группы

1-я (контроль)
2-я (опыт)
3-я (опыт)

Синтез

288  13,2
355  10,9 3)
356  7,6 4)

Распад
206  6,6
240  5,5
242  3,8

Отложение

82  4,97
113  3,93 1)
114  9,50 3)

Эффективность синтеза, %
28,5
31,8
32,0

Отношение синтез/распад
1,40
1,48
1,47
1) - р < 0,003; 2) р < 0,03; 3) р < 0,02; 4) р < 0,01

Изменения метаболизма белков тела у поросят опытных групп сопровождались заметным снижением концентрации мочевины, что свидетельствуют о более эффективном использовании аминокислот в биосинтетических процессах и уменьшении их дезаминирования в тканях (табл. 9). В нашем опыте подтверждением этому является повышение интенсивности синтеза белков в организме поросят (табл. 8). При этом наименьшая концентрация мочевины отмечалось у поросят, обеспеченных «идеальным» (оптимальным) соотношением незаменимых аминокислот. Более высокие величины содержания мочевины в плазме крови у поросят 3-й группы в отличие от животных 2-й группы обусловлено главным образом избыточным поступлением в организм аминокислот, не относящихся к лимитирующим аминокислотам. Аналогичная картина отмечена и по уровню свободных аминокислот в плазме крови, что вполне естественно, поскольку азот мочевины крови является продуктом катаболизма аминокислот (табл. 9). Более интенсивное расходование аминокислот в синтезе белков (главным образом – белков мышц) у поросят опытных групп способствует отвлечению из общего метаболического пула значительной части аминокислот, вследствие чего меньшая их доля используется на окисление с образованием мочевины. В этой ситуации в плазме крови опытных животных обнаружена достоверно высокая концентрация креатинина, положительно коррелирующая с массой мышц (табл. 9).

Таблица 9

Концентрация метаболитов азотистого обмена в плазме крови поросят

  1. Показатели
    Группы

    1-я (контроль)
    2-я (опыт)
    3-я (опыт)

    Мочевина, ммоль/л

    5,01  0,10
    1,88  0,31 1)
    4,40  0,50 2)

    Креатинин, мкмоль/л

    40,80  2,46
    50,71  2,13 2)
    49,98  1,99 3)

    Гистидин, мкмоль/л
    95,3  5,08
    64,7  2,58 1)
    104,3  10,5 2)

    Фенилаланин, мкмоль/л
    71,4  6,05
    58,1  7,26

    61,7  8,71

    Треонин, мкмоль/л
    195,7  5,88
    134,4  11,7 5)
    133,6  7,56 4)

    Тирозин, мкмоль/л
    61,3  5,52
    49,7  9,4
    64,0  3,31

    Лейцин, мкмоль/л
    192,0  7,62 6)
    185,9  8,1 3)
    275,8  8,2

    Изолейцин, мкмоль/л
    126,5  4,10 6)
    120,4  6,57 2)
    185,9  9,91

    Валин, мкмоль/л
    267,3  12,7 3)
    215,2  11,8 2)
    347,6  18,6 4)
    р < 0,001; 2) р < 0,02; 3) р < 0,03; 4) р < 0,04; 5) р < 0,05

В конечном итоге эти изменения в интенсивности и направленности метаболических процессов, вызванные лучшей аминокислотной обеспеченностью организма свиней опытных групп «идеальным» (оптимальным) соотношением лимитирующих аминокислот, способствовали повышению интенсивности роста мышечной ткани, увеличению отложения белков в скелетных мышцах (табл. 10). Отмеченные нами изменения в отложении белков в скелетных мышцах при разной обеспеченности организма свиней аминокислотами сопровождались определенными качественными изменениями в соотношении белковых фракций в мышечной ткани. Так, улучшение аминокислотной обеспеченности организма свиней опытных групп оптимальным соотношением лимитирующих аминокислот вызывает относительное и абсолютное увеличение содержания в белках мышц доли биологически полноценных белков саркоплазмы и миофибрилл при соответствующем снижении менее ценных в пищевом отношении белков стромы (табл. 10).

Исследование состава туши при убое в конце периода доращивания показало, что у свиней опытных групп по сравнению с контролем больше содержание мякоти в туше, выше убойный выход, масса туши и меньше относительное содержание сала. Повышение отношения количества мякоти к выходу жира у животных 2-й группы сопровождалось заметным снижением внутреннего жира, нежели в других группах. Эти данные свидетельствуют о лучших мясных и убойных качествах свиней опытных групп.

Таблица 10

Отложение мышечных белков и мышечной массы у свиней



Показатели
Группы

1-я (контроль)
2-я (опыт)
3-я (опыт)

Мышечная масса, кг
11,99  0,75
18,70 1,95 1)
18,25  1,85 1)

Мышечный белок, кг
2,02  0,13
3,45  0,36 2)
3,43  0,35 2)

Интенсивность прироста мышечной массы, г/сутки


92,5  12,6

204,3  32,6 1)

197,8  30,8 1)

Интенсивность роста мышечной ткани, % / сутки


0,77  0,07

1,09  0,11 3)

1,08  0,10 3)

Интенсивность отложения белков в мышцах, % / сутки

0,77  0,05


1,08  0,08 2)

1,08  0,07 2)

Содержание белков, г%:

саркоплазматических

миофибриллярных

стромальных

6,23  0,34

8,01  0,30

3,72  0,21

7,86  0,43 3)

9,25  0,36 3)

2,88  0,27 3)

7,90  0,39 3)

9,20  0,38 3)

2,96  0,25 3)
1) - р < 0,02; 2) р < 0,01; 3) р < 0,05

Не менее важной качественной характеристикой мясной продуктивности является химический состав мяса и, в частности, содержание липидов, белков, сухого вещества. Наши результаты показали, прежде всего, высокое содержание белков, как в длиннейшей мышце спины, так и гомогенате мышц у поросят, получавших рацион с высоким уровнем доступного лизина, метионина и треонина по сравнению с контролем. Напротив, у свиней, выращиваемых на низкопротеиновых рационах с низким уровнем доступных лимитирующих аминокислот, имело место повышенное отложение липидов в мясе. Высокий уровень отложения липидов в мышцах у поросят 1-й группы можно отнести на счет усиленного использования углеродного скелета аминокислот для синтеза липидов в связи с несбалансированностью аминокислотного питания.

На основании обобщенных данных (с использованием метода регрессионного анализа) у поросят с живой массой от 20 до 60 кг доказана положительная зависимость отложения белков в организме от уровня доступного лизина и отношения доступного лизина к обменной энергии. С учетом выявленных взаимосвязей предложено уравнение для прогнозирования интенсивности отложения белков в теле растущих свиней (г/сутки) при разном уровне доступного для усвоения лизина (от 7,5 до 16 г/сутки) (рис. 9).

Полученные нами данные свидетельствуют о перспективности использования низкопротеиновых рационов для свиней при условии балансирования синтетическими аминокислотами состава протеина корма до уровня «идеального» протеина. Увеличение уровня доступного лизина, метионина и треонина при одновременном снижении содержания протеина до 12,06 % в рационе поросят в период доращивания обеспечили лучшие характеристики роста, метаболизма и биосинтеза компонентов мяса, а также позволили снизить избыточное выделение животными азота с мочой и




повысить эффективность использования в кормлении свиней зерна злаковых культур, содержащих низкий уровень протеина, что подтверждает необходимость совершенствования условий аминокислотного питания помесных свиней. В наших экспериментах оптимальным содержанием протеина и лимитирующих аминокислот в рационе поросят-помесей в период доращивания является: 120,6 г/кг комбикорма сырого протеина; 8,1 г/кг лизина; 4,84 г/кг метионина+цистина; 5,04 г/кг треонина. При этом отношение лизина к обменной энергии (в г на МДж) должно составлять 0,65.

Таким образом, количество аминокислот (при оптимальном их соотношении), поступающее из желудочно-кишечного тракта в метаболический пул организма, является фактором, лимитирующим интенсивность процессов биосинтеза компонентов мяса.

В другом эксперименте изучали влияние разного уровня энергии в рационе на метаболизм белков тела у трехпородных помесей (дюрок × крупная белая × крупная черная) в период доращивания с целью установления их оптимального уровня. Из поросят, отнятых в 40-дневном возрасте, было сформировано 3 группы по 10 голов в каждой. Поросята 1 группы получали комбикорм с уровнем обменной энергии 12,45 МДж/кг корма, животные 2-й группы – 13,07 МДж/кг, животные 3-й группы – 13,69 МДж/ кг при изопротеиновом рационе. Содержание животных групповое, поение из автопоилок.

Удовлетворение энергетических потребностей организма животного за счет основных энергетических источников (углеводы, жиры) способствует снижению расходования белков на эти нужды, и тем в большей мере последние смогут использоваться для анаболических целей. Увеличение уровня обменной энергии в рационе на 5 % (2-я группа) против существующих норм (1-я группа) сопровождалось повышением эффективности синтеза и отложения белков тела поросят в период доращивания. Дальнейшее повышение содержания энергии (на 10 % - 3-я группа) привело к снижению вышеуказанных показателей (табл. 11).

Таблица 11

Метаболизм белков тела поросят 105-дневного возраста, г/сутки


Показатели
Уровень энергии в рационе, МДж/кг корма

группы

1-я – 12,45
2-я – 13,07
3-я – 13,69

Синтез
258,5  8,7
263,0  11,5
238,3  13,3

Распад
149,6  6,9
142,1  8,6
140,0  9,1

Отложение
108,9  8,8
120,9  7,9
98,3  8,4

Эффективность синтеза, %
42,1
46,0
41,3


Увеличение уровня энергии в рационе на 10 % в 3 группе относительно контроля за счет дополнительного введения жиров уже выступает как ингибирующий фактор в использовании азота. Различия в эффективности синтеза белка поросятами сопровождались неодинаковым содержанием мочевины в плазме крови и разным уровнем свободных аминокислот в мышцах. Так, у поросят 2-й группы, получавших рацион с уровнем обменной энергии 13,07 МДж/кг корма, концентрация мочевины в плазме крови и свободных аминокислот в мышцах была ниже по сравнению с животными 1-й и 2-й групп. Азотсберегающий эффект энергетической ценности рациона в проведенном опыте прежде всего проявляется в более высоких убойных показателях туши и приростах живой массы поросят. На фоне различий по обменной энергии поросята с уровнем энергии 13,07 МДж росли более интенсивно, чем в других группах (490  59 – 2-я группа, 397  53 – 3-я группа против 427  47 – 1-я группа). Исследование состава туши при убое в 105-дневном возрасте показало, что у поросят 3-й группы наряду со снижением эффективности синтеза белков тела животных происходило уменьшение выхода мяса, тогда как увеличение обменной энергии на 5 % (2-я группа) способствовало повышению доли мышечной ткани.

Таким образом, удовлетворение энергетических потребностей поросят является важным условием в повышении эффективности использования протеина корма и превращении его в белок тела. На основании полученных данных по метаболизму белков тела и направленности азотистого обмена можно заключить, что для помесных поросят (ввиду лучшей эффективности синтеза белка) является оптимальным полнорационный комбикорм с уровнем концентрации обменной энергии 13,07 МДж/кг на протяжении всего периода доращивания.

В целом проведенные исследования свидетельствуют об актуальности решения проблемы по изысканию путей повышения биоконверсии протеина корма в компоненты мяса и улучшения его качества за счет направленной регуляции метаболизма и процессов биосинтеза белка.