ВЛИЯНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ФАКТОРА НА ПИЩЕВАРЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ ОВЕЦ | Опубликовать статью РИНЦ

ВЛИЯНИЕ ГЕНЕТИЧЕСКОГО ФАКТОРА НА ПИЩЕВАРЕНИЕ И ОБМЕН ВЕЩЕСТВ ОВЕЦ

Научная статья

Волнин А.А.^1, *, Мишуров А.В.²

^{1, 2} ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста, Дубровицы, Россия

* Корреспондирующий автор (volnin.a[at]mail.ru)

Аннотация

При проведении in vivo исследований на жвачных животных по оценке переваримости питательных веществ рациона и обмена веществ необходимо учитывать влияние различных факторов на пищеварение и метаболизм подопытных животных. В данном исследовании проведена оценка влияния генетического фактора на значения коэффициентов переваримости питательных веществ рациона, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови ярок. Установлены статистически значимые различия исследованных показателей между гибридными и чистопородными ярками. Гибридные ярки имели более высокий коэффициент переваримости сухого вещества на 4,29%, органического вещества на 4,14%, сырого протеина на 5,81%, сырого жира на 6.54%, сырой клетчатки на  5.59% (р<0,05), концентрацию мочевины в плазме крови через 1 и 3 часа после кормления (р<0,05), содержание глюкозы – через 3 часа (р<0,05), концентрацию свободного валина в плазме крови – через 1 час (р<0,05). В практическом аспекте актуально получение и использование животных новых генотипов, имеющих большую переваримость и лучше использующих корма, что повышает рентабельность животноводства.

Ключевые слова: овцы, ярки, генотип, пищеварение, переваримость питательных веществ, плазма крови, биохимия, свободные аминокислоты, in vivo.

INFLUENCE OF GENETIC FACTOR ON DIGESTION AND METABOLISM OF SHEEP

Research article

Volnin A.A.^1, *, Mishurov A.V.²

^{1, 2} FSBI Federal Research Center All-Russia Research Institute for Animal Husbandry (VIZh) named after L.K.Ernst

* Corresponding author (volnin.a[at]mail.ru)

Abstract

When conducting in vivo studies on ruminants to assess the digestibility of nutrients in their diet and their metabolism, one must take into account the influence of various factors on the digestion and metabolism of experimental animals. In this study, we assessed the influence of the genetic factor on the values of digestibility ratios of nutrients in the diet, levels of general biochemical parameters and free amino acids in blood plasma. The authors have found statistically significant differences between the studied parameters of hybrid and purebred bright. Hybrid bright had a higher digestibility rate of dry matter by 4.29%, organic matter by 4.14%, crude protein by 5.81%, crude fat by 6.54%, crude fiber by 5.59% (p <0.05), the concentration of urea in blood plasma after 1 and 3 hours after feeding (p <0.05), the glucose content after 3 hours (p <0.05), the concentration of free valine in blood plasma after 1 hour (p <0.05 ) In a practical aspect, it is important to obtain and use animals of new genotypes that have greater digestibility and use feed better, which increases the profitability of animal husbandry.

Keywords: sheep, bright, genotype, digestion, digestibility of nutrients, blood plasma, biochemistry, free amino acids, in vivo. 

Введение

Продуктивность сельскохозяйственных животных напрямую связана с потреблением питательных веществ рационов, которые в процессе пищеварения усваиваются животными и обеспечивают нормальную жизнедеятельность. В практике кормления актуальным вопросом является возможность манипулирования процессами пищеварения животных для достижения тех или иных задач. В связи с этим, определенный интерес представляют факторы, оказывающие влияние на физиолого-биохимические особенности пищеварительных процессов и обмена веществ в организме животных, в частности, генетический фактор, отражающий влияние генотипа на особенности организма животного. Жвачные животные играют важную роль в удовлетворении текущего и растущего спроса на мясо и молоко, потребляемое человеком на фоне глобального роста населения, достигающего, по прогнозам, 9,2 миллиардов к 2050 году [4]. Устойчивое животноводство жвачных животных было предложено, как средство более эффективного использования доступных кормовых ресурсов для обеспечения потребностей населения в сельскохозяйственной продукции [14]. Повышение эффективности кормления жвачных животных, а также использование нестандартных или новых источников кормового сырья может противоречить достижению растущего спроса на продукцию животноводства, если не будут разработаны и внедрены надлежащие методы для улучшения пищеварения, особенно – ферментации рубца. Известно, что жвачные используют большое разнообразие пищевых субстратов, которые не усваиваются другими млекопитающими, посредством микробной ферментации, происходящей главным образом в рубце [25]. Рубец является сложной системой в организме жвачных животных, которая включает значительную по количеству и разнообразную по составу симбиотическую популяцию микроорганизмов, простейших и архей [13], [21]. Деятельность симбиотических микроорганизмов рубца имеет решающее значение для роста и жизнедеятельности жвачных животных. Микробный состав и активность в рубце, а также факторы, влияющие на состав и активность микробиома рубца, такие как рацион, возраст, географическое положение и виды-хозяева изучены у жвачных животных. Поэтому, методы манипулирования микроорганизмами должны учитывать особенности организма- хозяина, которые могут влиять на микробиоту рубца. Исследования взаимодействия хозяин-микроорганизм в рубце в основном сосредоточены на микробном аспекте. Ограниченные знания о роли хозяина в регулировании микробиоты могут препятствовать согласованности, когда один и тот же метод искусственного вмешательства в функцию рубца применяется в разных условиях [25], [28].

Цель исследования

Целью данной работы было сравнительное исследование влияния фактора генотипа на переваримость питательных веществ рациона, уровень общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у модельных овец. В задачи исследования входило определение коэффициентов переваримости сухого и органического вещества, сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки на балансовом опыте, определение  общих биохимических показателей и концентрации свободных аминокислот в плазме крови в динамике через 1 и 3 часа после кормления в неоднородной по генотипу группе модельных овец, а также сравнительная оценка влияния генотипа на исследуемые показатели.

Условия, материалы и методы

Исследование проводили в условиях физиологического двора Федерального научного центра животноводства им. Л.К. Эрнста (ФГБНУ ФНЦ ВИЖ им. Л.К. Эрнста), в феврале 2017 года. Была сформирована неоднородная по генотипу группа клинически здоровых ярок (n=6). Ярки в возрасте 12 месяцев, со средней массой 45±5 кг были подобраны по принципу аналогов за исключением фактора генотипа: чистопородные романовские ярки, n=3; ярки межвидового гибрида овцы романовской породы и архара 3 поколения (12,5% архар+87,5% романовская), n=3. Животные всех групп получали комбинированный рацион, состоящий из сена злаково-разнотравного- 1,5 кг, дерти ячменной- 0,15 кг, кровяной муки- 0,04 кг на голову в сутки. Продолжительность исследований составила 28 суток, в том числе 21 предварительного и 7 суток учетного периода. Для изучения переваримости и использования питательных веществ животными, был проведен балансовый опыт, согласно общепринятым методикам. Сырой жир определяли методом Сокслета, сырую клетчатку – по Геннебергу и Штоману, сырой протеин – методом Кьельдаля. Пробы крови отбирали из яремной вены через 1 и 3 часа после кормления. Общие биохимические показатели определяли в плазме крови с помощью биохимического анализатора ChemWell (Awareness technology, США). Определяли концентрацию общего белка, альбуминов, креатинина, мочевины, глюкозы, триглицеридов, холестерина, активность АСТ, АЛТ. Концентрацию глобулинов рассчитывали как разницу концентраций общего белка и альбуминов. Использовали наборы реактивов следующих производителей: Analyticon, Германия (общий белок, альбумин, креатинин, АЛТ, АСТ, глюкоза); Spinreact, Испания (мочевина, триглицериды, холестерин). Для определения концентрации свободных аминокислот образцы плазмы депротеинезировали 6% раствором сульфосалициловой кислоты и центрифугировали при 13 000 оборотов в минуту, далее образец разводили литий-цитратным буфером для разведения образцов (Sevko&Co, Россия) и анализировали методом ионообменной хроматографии с постколоночной дериватизацией проб нингидрином с использованием ВЭЖХ системы Shimadzu LC-20 Prominence (Япония), оснащенной реакционным модулем для пост-колоночной дериватизации нингидрином АРМ-1000 и колонкой с ионообменной смолой 4,6 х 150 мм (Sevko&Co, Россия). Использовали буферные растворы для элюирования, регенерации ионообменной колонки (Sevko&Co, Россия), а также стандартный образец раствора физиологических аминокислот (Sykam, Германия) для контроля качества измерений. Сравнительный анализ выполняли по критерию Манна-Уитни, с использованием программы Statistica 7 (StatSoft, США).

Результаты и обсуждение

В данном исследовании проведена оценка влияния генетического фактора на значения коэффициента переваримости питательных веществ рациона, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови жвачных животных. Был проведен балансовый опыт по изучению поедаемости кормов, переваримости и использования питательных веществ рационов в неоднородной по генотипу группе ярок. Результаты исследования представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Переваримость питательных веществ рациона у ярок

Показатель	Группа
	Чистопородные романовские ярки	Гибриды третьего поколения
Сухое вещество, г переваримость	652,43±17,02 0,61±0,34	634,81±17,25 0,64±0,29*
Органическое в-во,г переваримость	523,06±9,03 0,62±0,49	551,70±16,96 0,65±0,40*
Сырой протеин,г переваримость	92,72±2,58 0,63±0,35	96,75±1,65 0,67±0,47*
Сырой жир,г переваримость	12,94±0,1 0,59±0,15	13,07±0,27 0,63±0,29*
Сырая клетчатка,г переваримость	136,67±5,11 0,6±0,09	182,05±4,28* 0,63±0,70*

Примечание: *- р≤0,05

 

В данном исследовании установлены статистически значимые различия коэффициента переваримости питательных веществ, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у чистопородных и гибридных ярок которые свидетельствуют о влиянии генетического фактора на результаты исследования физиолого-биохимических особенностей пищеварительных процессов и обмена веществ в организме жвачных животных. Были установлены статистически значимые различия значений коэффициента переваримости питательных веществ рациона. Гибридные ярки имели более высокий коэффициент переваримости сухого вещества на 4,29%, органического вещества на 4,14%, сырого протеина на 5,81%, сырого жира на 6,54%, сырой клетчатки на 5,59% (р<0,05). Были определены общие биохимические показатели и концентрация свободных аминокислот плазмы крови через 1 и 3 часа после кормления. Через 1 час после кормления романовские ярки имели более высокую концентрацию альбуминов (р<0,05), гибридные ярки имели более высокую концентрацию мочевины (р<0,05). Через 3 часа после кормления гибридные ярки имели более высокую концентрацию мочевины, креатинина, глюкозы и более высокую активность АЛТ (р<0,05) по сравнению с ярками романовской породы. Было установлено статистически значимое повышение концентрации альбуминов и креатинина (р<0,05) в образцах плазмы крови гибридных животных, полученных через 3 часа после кормления  по сравнению с пробами полученными через 1 час после кормления. Результаты исследования представлены в таблицах 2,3.

Через 1 час после кормления гибридные ярки имели более высокую концентрацию валина (р<0,05) по сравнению с ярками романовской породы. Через 3 часа после кормления установлено статистически значимое снижение концентрации аминокислот с разветвленной цепью (BCAA), тирозина, фенилаланина и пролина (р<0,05) в группе романовских овец. В группе гибридных овец установлено снижение концентрации глицина и пролина (р<0,05) по сравнению с 1 часом. Чистопородные ярки имели более высокую концентрацию тирозина по сравнению с гибридными (р<0,05). Полученные в данном исследовании данные по уровню общих биохимических показателей и концентрации свободных аминокислот плазмы крови соотносятся с референтными значениями общих биохимических показателей плазмы крови у овец [23] и результатами исследований, представленных в научной литературе, в том числе, исследований пула свободных аминокислот плазмы крови.

 

Таблица 2 – Общие биохимические показатели плазмы крови

Группа/показатель	1 час		3 часа
	Ром	F3	Ром	F3
Общ белок, г/л	75,93±1,15	73,76±2,09	73,40±2,30	72,32±1,67
Альбумины, г/л	31,17±0,65*	28,88±0,05	30,27±0,78	30,67±0,34↑
Глобулины, г/л	44,76±1,59	44,88±2,04	43,12±1,72	41,64±1,69
АГ	0,70±0,04	0,65±0,03	0,70±0,02	0,74±0,03↑
Мочевина, мМ/л	4,97±0,29	7,04±0,62*	4,56±0,21	6,34±0,78*
Креатинин, мкМ/л	78,05±1,93	68,56±12,90	70,60±5,92	109,39±3,20*↑
АЛТ, МЕ/л	16,15±1,54	17,74±0,55	14,87±0,96	19,33±1,13*
АСТ, МЕ/л	70,97±1,98	70,28±0,69	71,57±0,95	70,28±0,87
Глюкоза, мМ/л	3,21±0,06	3,45±0,18	2,83±0,26	3,77±0,15*
Холестерин, мМ/л	2,67±0,29	2,51±0,21	2,65±0,28	2,52±0,14

Примечание: *- р≤0,05; ↑- динамика относительно 1 часа

 

На физиолого-биохимические особенности организма жвачных животных и, в частности, овец  влияют генетические и негенетические факторы [16]. К генетическим факторам относится, например породная или видовая принадлежность [25], [23]. Основными негенетическими факторами, влияющими на организм животного, являются несколько факторов, включая физиологические [15], [31], [5], состояние окружающей среды, климат и особенности географии региона [26], [27], [29], кормление и рацион [19], пол и возраст [10], [38], состояние здоровья, применение лекарственных препаратов и лечение [19], [4] и сезон года [38]. Кроме того отмечается роль таких факторов, как уровень физической активности, условия содержания, технологии производства и различные стрессовые факторы [33], [29]. К физиологическим факторам относятся цикл воспроизводства (беременность, лактация), кастрация, стимулирование эструса и гиперовуляции и другие [15], [31], [5]. Химический состав является наиболее важным фактором, влияющим на пищевую ценность рациона овец. Значительные различия в очевидной усвояемости структурных компонентов (целлюлоза, лигнин, нейтрально детергентные волокна и кислотно детергентные волокна) наблюдаются среди кормов разных типов и характеристик (способа обработки и формы применения) [17], [35]. Качество и состав рациона может влиять на потребление корма жвачными животными через воздействие на пищеварение в рубце, и, соответственно, на рост жвачных животных за счет изменения эффективности преобразования пищи в организме [8]. Кроме того, доступность и распределение кормовых продуктов может влиять на потребление корма и изменение живой массы, например, ограничивая количество корма, которое  потребляют животные. [12]. На эффективность кормления лактирующих коз влияет поддержание интенсивности синтеза молочного жира, усвояемость сухого вещества, содержание пищевых волокон и доля грубых кормов в рационе, а также масса тела [13]. Эффект воздействия организма- хозяина может оказывать влияние на результаты использования микробных методов манипуляции симбиотической микрофлорой, таких как пробиотики [24]. Проведились исследования крупного рогатого скота, связывающие генетику хозяина с рубцовой микробиотой, стремясь выбрать эффективных по функциональности животных [22],[30]. Эти исследования показали потенциальную наследуемость рубцовой микробиоты крупного рогатого скота через косвенную связь между породным фактором и микробным составом рубца [22]. Кроме того, потенциально наследуемые микробные филотипы также могут быть связаны с фенотипами хозяина, такими как эффективность корма [22] и продукция метана [30] у бычков. Аминокислоты являются важными предшественниками для синтеза широкого ряда азотистых веществ с огромным биологическим значением. Некоторые из этих биоактивных молекул включают нейротрансмиттеры (например, г-аминобутират, дофамин и серотонин), гормоны (например, адреналин, норадреналин, трийодтиронин и тироксин), сосудорасширяющие средства, сигнальные газы (NO, CO и H2S), антиоксиданты (глутатион, креатин, мелатонин, меланин и таурин), доноры метилгруппы, а также ключевые регуляторы метаболизма, роста, развития, иммунного ответа и здоровья. Результаты, показывающие уровень свободных аминокислот плазмы крови представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Свободные аминокислоты плазмы крови

Группа/ показатель	1 час		3 часа
	Ром	F3	Ром	F3
EAA	821,21±23,59	863,71±121,72	785,56±23,76	743,42±109,67
BCAA	355,00±5,38	426,19±44,86	322,32±10,80↓	367,82±46,62
AROM	234,37±23,71	236,98±45,08	235,36±18,83	202,71±34,98
Сумма	5883,1±287,7	6784,2±803,9	5563,9±486,1	7215,1±1038,3
TAU	25,78±4,36	38,42±7,01	21,85±3,48	35,80±8,02
THR	138,33±34,31	74,48±13,98	122,24±32,67*	65,05±12,38
SER	79,16±10,86	65,54±13,57	62,11±5,81	44,21±5,63
GLY	556,28±57,09	506,66±27,46	432,42±45,12	360,61±28,22↓
ALA+ CIT	175,37±13,43	188,12±32,01	155,35±3,90	163,43±30,06
VAL	200,80±2,23	239,52±21,38*	185,98±8,94	211,96±25,87
MET	19,77±1,86	18,60±3,14	15,87±1,24	14,02±3,42
ILEU	70,97±2,03	82,00±10,38	63,56±1,49↓	71,29±9,87
LEU	83,23±2,07	104,67±13,82	72,78±1,57↓	84,56±10,92
TYR	60,81±2,87	50,11±3,81	54,07±2,72*↓	40,24±5,29
PHE	39,98±2,11	44,91±5,49	32,51±0,82↓	33,58±4,74
HIS+ MetHIS	88,52±7,01	112,02±20,49	90,45±5,79	95,19±17,44
TRP	133,59±26,10	141,96±37,73	148,78±21,36	128,89±26,20
LYS	46,03±1,26	45,55±0,92	53,38±3,37	51,24±4,16
ARG	105,29±7,70	153,64±35,51	112,54±3,38	112,86±30,63
PRO	87,49±5,06	114,31±17,76	56,07±4,66↓	61,98±11,36↓

Примечание: *- р≤0,05; ↓- динамика относительно 1 часа

 

Содержание свободных аминокислот в плазме крови молодняка овец зависит от рациона [3] и изменяется в процессе роста и развития организма [34], [3]. Метаболизм аминокислот изменяется в различных физиологических и патологических состояниях, что приводит к изменениям в гомеостазе [36]. Концентрация свободных аминокислот в плазме крови у взрослых овец может иметь выраженную сезонность [5]. Уровень свободных аминокислот в плазме крови овец связан, в частности, с уровнем белкового питания: концентрации аминокислот в плазме отражают содержание азота в рационе [18], [11], [32], эффективность использования аминного азота симбиотической микрофлорой рубца [32] повышение содержания протеина в рационе [18]. В литературе представлены данные, показывающие влияние структуры рациона на микрофлору рубца, пищеварительные особенности и обмен веществ баранов (валухов) межвидового гибрида овцы романовской породы и архара третьего поколения в сравнении с аналогами романовской породы. Показано статистически значимое повышение переваримости сырого жира и клетчатки, увеличение количества и активности симбиотической микрофлоры рубца, а также концентрации аммиака в рубцовом содержимом гибридных животных относительно чистопородных, с наибольшим эффектом на сенно-сенажно-концентраном типе рациона, а также установлены значимые различия общих биохимических показателей сыворотки крови, обусловленные влиянием генотипа дикого вида [1]. Знания о взаимодействии организма- хозяина и симбиотических микроорганизмов в рубце могут позволить эффективно отбирать и разводить животных с полезными экономическими и экологическими признаками на основе микробных маркеров. Более того, микробиота, связанная с такими фенотипами, может быть использована для разработки микробных манипуляционных средств и методик (кормовые добавки—пробиотики, пребиотики) для улучшения ферментации рубца. Наследуемость микробиоты, связанная с фенотипическими признаками, является важным фактором, который следует учитывать в ходе таких исследований, поскольку плохо- наследуемая микробиота не может быть хорошим маркером для отбора [25]. При проведении исследований на жвачных животных по оценке переваримости питательных веществ рациона, а также  определению уровня общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови необходимо учитывать влияние различных факторов на организм подопытных животных. Это особенно актуально, например, при планировании и проведении балансовых опытов с использованием факториального метода («латинский квадрат») для формирования опытных и контрольных групп животных. Установленные различия коэффициента переваримости сухого и органического вещества свидетельствуют о влиянии генетического фактора на интенсивность обмена веществ овец. Повышение коэффициента переваримости сырого протеина, повышение концентрации мочевины и аминокислот с разветвленной цепью (валина) в плазме крови гибридных животных по сравнению с чистопородными, могут свидетельствовать о влиянии генотипа на интенсивность белкового и азотистого обмена веществ в организме овец. Повышение коэффициента переваримости сырого жира и сырой клетчатки, а также повышение концентрации глюкозы в плазме крови гибридных животных по сравнению с чистопородными, могут свидетельствовать о влиянии генотипа на интенсивность жирового и углеводного обмена веществ в организме овец. В практическом аспекте актуально получение и использование животных новых генотипов, имеющих большую переваримость и лучше использующих корма, что повышает рентабельность сельскохозяйственного  производства.

Выводы

В данном исследовании установлены статистически значимые различия коэффициента переваримости питательных веществ, уровней общих биохимических показателей и свободных аминокислот плазмы крови у чистопородных и гибридных ярок которые свидетельствуют о влиянии генетического фактора на результаты исследования физиолого-биохимических особенностей пищеварительных процессов и обмена веществ в организме жвачных животных. Гибридные ярки имели более высокий коэффициент переваримости сухого вещества, органического вещества, сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки, концентрацию мочевины в плазме крови через 1 и 3 часа после кормления, содержание глюкозы – через 3 часа, концентрацию свободного валина в плазме крови – через 1 час. В практическом аспекте актуально получение и использование животных новых генотипов, имеющих большую переваримость и лучше использующих корма, что повышает рентабельность сельскохозяйственного  производства.

Благодарности Работа выполнена при финансовой поддержке фундаментальных научных исследований МИНОБРНАУКИ РОССИИ, номер государственного учета НИОКТР АААА-А18-118021590136-7.	Acknowledgement This work was supported by the center of fundamental scientific research of the MINISTRY OF SCIENCE AND EDUCATION OF RUSSIA, State accounting number R&D AAAA-A18-118021590136-7.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.