Влияние концентратного типа кормления на выработку метана у овец

Введение. В процессе ферментации корма в рубце образуются газы, основные из которых углекислый газ (СO 2 ), метан (CH 4 ), водород (H 2 ), азот (N 2 ) и сероводород (H 2 S). Метан является естественным побочным продуктом микробной ферментации углеводов и в меньшей степени аминокислот в рубце. Синтез метана предположительно служит для выравнивания окислительно-восстановительного баланса, и его выход может варьироваться у разных животных, несмотря на одинаковые условия кормления [1].

Метан играет важную роль в круговороте углерода в природных средах, и его преоб- ладающим источником является продукция метаногенных архей [2]. Большинство метаногенов удаляют газообразный водород путем восстановления CO2 газообразным H2 с образованием метана [3]. Синтез метана позволяет избежать накопления H2, который подавляет нормальную функцию микробных ферментов, участвующих в переносе электронов [4]. Предполагалось, что если бы жвачные животные вовсе не производили метан, то pH рубца неуклонно бы снижался и ухудшилось бы переваривание клетчатки [5].

При увеличении количества концентратов (особенно содержащих крахмал) в рационе снижается количество целлюлозолитических бактерий и увеличивается количество амилолитических бактерий за счет изменения соотношения субстратов [6, 7]. Из-за изменения соотношения летучих жирных кислот (ЛЖК) уменьшается количество водорода, доступного метаногенным археям, и снижается pH рубца, что еще больше ингибирует (снижает) популяции целлюлозолитических бактерий, простейших и метаногенов [8, 9].

Если бы метаногенез был ингибирован и доступный H 2 был перенаправлен на альтернативные метаболические пути, дающие энергию, можно было бы ожидать увеличения продуктивности. Таким образом, снижение выработки CH 4 потенциально может улучшить продуктивность при том же энергетическом потреблении животным, при условии, что метаболизм в рубце не будет нарушен.

Цель исследования – изучить влияние рационов с разным уровнем концентратов на образование метана в организме овец.

Объект, материал и методы. Исследование было проведены методом групп-периодов на овцах романовской породы в возрасте 2 лет, в количестве 6 голов с живой массой 36–42 кг, с хроническими фистулами рубца по Басову в условиях физиологического двора ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста.

Животным 1-го периода скармливали 20 % концентратов, 2-го – 30, 3-го периода 40 % концентратов. Основной рацион (ОР) соответствовал по показателям энергетической и питательной ценности требованиям для данного возрастного и весового показателя животных (Калашников А.П. и др., 2003). Анализ показателей рубцовой ферментации проводили в отделе физиологии и биохимии ВИЖ им Л.К. Эрнста.

Для характеристики рубцового пищеварения у животных брали пробы содержимого рубца за 1 ч до кормления и через 3 ч после кормления для определения следующих показателей: рН, общее количество ЛЖК – методом паровой дистилляции в аппарате Маркгама; амилолитическая активность – фотометрическим методом.

В конце каждого балансового опыта у всех животных (n = 6) отбирались пробы рубцового и содержимого толстого отдела кишечника для генетического исследования толстокишечной и рубцовой микробиоты. Использовали метод

ПЦР-РВ с флуоресцентной детекцией. Для этого применяли комплект реагентов «Колоноф-лор-16 (премиум)» ООО «Альфалаб» (Россия, г. Санкт-Петербург) в соответствии с инструкцией производителя в модицификации лаборатории фундаментальных основ питания сельскохозяйственных животных и рыб ФГБНУ ФИЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста при сотрудничестве с лабораторией молекулярной генетики сельскохозяйственных животных ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста.

Интерпретацию результатов амплификации осуществляли с использованием программного обеспечения, входящего в состав набора «Ко-лонофлор-16 (премиум)», согласно инструкции производителя.

Выделение метана учитывалось в метаболических камерах открытого типа. Для изучения газообразования животное помещалось в камеру и содержалось в ней в течение 2 смежных суток. Камеру открывали в 9-00 и 16-00 для раздачи концентрированных и грубых кормов.

Полученные в опыте материалы обработаны биометрически с использованием метода дисперсионного анализа (ANOVA), посредством программы STATISTICA, version 13 Ru, StatSoft, Inc., 2011 (. При этом вычислены следующие величины: среднеарифметическая (М), среднеквадратическая ошибка (±m) и уровень значимости (р). Результаты исследований считали высокодостоверными при р ≤ 0,001 и достоверными при р ≤ 0,01 и р ≤ 0,05. При р ≤ 0,1 до р ≥ 0,05 – тенденция к достоверности полученных данных. При р ≥ 0,1 разницу считали недостоверной.

Результаты и их обсуждение. Высокий уровень концентратов в рационах (свыше 50 %) взрослых жвачных является физиологически противоестественным, так как нарушает процессы рубцового пищеварения и повышает заболеваемость [10].

В наших исследованиях показатели рубцового метаболизма у исследуемых овец отображены в таблице 1.

В текущем эксперименте pH при рационе с вводом 20 % (p ≤ 0,01), 30 и 40 % концентратов снижался через 3 ч после кормления. Также наблюдается постепенное повышение кислотности рубцового содержимого до кормления между первым и третьим периодом, где уровень pН понизился с 6,71 до 6,25 (p ≤ 0,05). Помимо снижения pН, можно отметить увеличение количества кислых метаболитов (ЛЖК) с 6,65 до 7,21 Ммоль/100 мл до кормления и с 7,63 до 8,45 Ммоль/100 мл через 3 ч после кормления.

Образование ЛЖК в рубце тесно связано с производством метана [11]. ЛЖК могут оказать влияние на снижение pH ферментации до уров- ня ниже 6,0, тем самым подавляя пролиферацию метаногенных микроорганизмов. Правильное распределение ЛЖК для различных физиологических процессов обеспечивает эффективное использование энергии и поддерживает рост, воспроизводство, продуктивность и выбросы метана [12].

Таблица 1

Показатели рубцового метаболизма у овец (n = 6)

Группа	Время взятия проб
	до кормления	3 ч после кормления
Показатель pH
20 % концентратов	6,71 ± 0,09	6,28 ± 0,09**
30 % концентратов	6,68 ± 0,07	6,31 ± 0,16
40 % концентратов	6,25 ± 0,08*	6,26 ± 0,04
ЛЖК, Ммоль/100мл
20 % концентратов	6,65 ± 0,47	7,63 ± 0,58
30 % концентратов	6,80 ± 0,39	7,99 ± 0,46
40 % концентратов	7,21 ± 0,33	8,45 ± 0,13
Амилолитическая активность, Е/мл
20 % концентратов	12,73 ± 0,66
30 % концентратов	13,00 ± 1,03
40 % концентратов	14,21 ± 0,33

*р ≤ 0,05;**р ≤ 0,01.

Таким образом, в нашем исследовании по мере повышения процента концентратов в рационе 2-летних овец повышается кислотность рубцовой жидкости в пределах нормы и общее количество летучих жирных кислот, что применимо при концентрированном типе кормления.

Амилолитические бактерии, в основном стрептококки, представлены в рубце многочисленной группой. В наших опытах амилолитическая активность рубца после еды постепенно увеличивалась с 12,73 до 14,21 при смене рациона на более концентрированный.

Производство метана в рубце в первую очередь связано с метаболической активностью метаногенных архей, вырабатывающих метан в качестве побочного продукта. Основные виды метаногенных архей: Methanobrevibacter smithii , Methanosphaera stadtmanae , Methanomirobium mobile и Methanosarcina spp. [13]. Эти археи используют H 2 , CO 2 и метанол для синтеза метана [14, 15].

В наших исследованиях с увеличением уровня концентратов снижается количество Metha-nobrevibacter smithii , Methanosphaera stadtmanae как в рубце, так и в кишечнике (рис. 1).

Наиболее зависящими от концентратного типа кормления оказались Methanobrevibacter smithii. Их количество заметно сократилось в рубцовом содержимом при вводе 40 % концентратов, а в кишечном содержимом начиная с ввода 30 и 40 % концентратов. Methanosphaera stadtmanae оказались более устойчивыми к повышению уровня вводимых концентратов, что требует дальнейшего изучения.

Изучение выделения метана из организма овец при различном уровне концентратов в рационе показало, что при увеличении доли концентрированных кормов снижается выделение метана и углекислого газа из организма животных в результате количественного изменения метаногенов в ЖКТ овец (табл. 2).

1,00E+10

1,00E+09

1,00E+08

1,00E+07

1,00E+06

1,00E+05

1,00E+04

1,00E+03

1,00E+02

1,00E+01

1,00E+00

Рубцовое Рубцовое Рубцовое Кишечное Кишечное Кишечное сод. 20% сод. 30% сод. 40% сод. 20% сод. 30% сод. 40% конц.

конц.

конц.

конц.

конц.

конц.

• ■    Methanobrevibacter smithii

• ■    Methanosphaera stadmanae

Содержание метаногенов

Таблица 2

Выделение метана из организма овец при различных уровнях концентратов в рационе

Группа	Выделение СН 4 , л/сут
20 % концентратов	21,10±0,33
30 % концентратов	17,88±0,35
40 % концентратов	15,88±0,15

При вводе 20, 30 и 40 % концентратов в рацион овец количество выделенного СН 4 составило 21,10; 17,88 и 15,88 л/сут соответственно. Повышение концентратной части рациона в 2 раза способствует снижению выработки СН 4 ЖКТ в 1,33 раза.

Заключение. Увеличение в рационах романовских овец концентратов оказало влияние на рубцовое пищеварение: показатель pH при рационе с вводом 20 % (p ≤ 0,01), 30 и 40 % концентратов снижался через 3 ч после кормления, до кормления между первым и третьим периодом уровень pН понизился с 6,71 до 6,25 (p ≤ 0,05); количество кислых метаболитов (ЛЖК) увеличивалось с 6,65 до 7,21 Ммоль/100 мл до кормления и с 7,63 до 8,45 Ммоль/100 мл через 3 ч после кормления; амилолитическая активность рубца после еды постепенно увеличивалась с 12,73 до 14,21 при смене рациона на более концентрированный. Повышение в рационах овец концентратов с 20 до 40 % способствует снижению выработки СН 4 ЖКТ в 1,33 раза за счет снижения количества метаногенов Metha-nobrevibacter smithii , Methanosphaera stadtmanae как в рубце, так и в кишечнике.