from 01.01.1997 to 01.01.2024
Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "State Agricultural University of the Northern Trans-Urals"
TYUMEN, Tyumen, Russian Federation
UDK 612 Физиология. Сравнительная физиология
The aim of the study is to analyze protein metabolism in lactating cows. Protein metabolism in ruminants differs significantly from that in non-ruminants. In ruminants, plant feed is broken down in the rumen by enzymes of numerous and diverse microflora. Rumen bacteria synthesize nitrogen-containing feed substances into high-quality proteins. This is a very important biotechnological process that occurs in the rumen of ruminants. Bacterial proteins provide the body with essential amino acids to maintain vital processes, reproduction, growth, and lactation. During lactation, the cow's mammary gland synthesizes milk components and milk protein. The exchange of amino acids and proteins in the mammary gland is a complex biochemical process; the bulk of the amino acids entering the mammary gland is used to form milk proteins. The protein level in milk reaches 30 g/l. Milk proteins, especially immunoglobulins, play an important role in transmitting disease resistance to newborn calves. Immunoglobulins are not synthesized in the mammary gland, they pass into milk directly from the cow's blood, their concentration in colostrum is high. Milk also contains non-protein nitrogen-containing substances, which are present in milk in very small quantities. The level of proteins and their composition in the body of lactating cows depends on the microflora living in the rumen of animals. Ruminants need to pre-form the optimal composition of amino acids and proteins in their diet, it is necessary to take into account that microbes and ciliates can use other sources of nitrogen and synthesize bacterial proteins from them, the latter consist of essential and replaceable amino acids. Bacterial proteins from the rumen penetrate the abomasum, and then into the intestine, where they are broken down to the stage of amino acids and absorbed into the blood. It is necessary to take into account that the body needs energy to carry out these processes.
ruminants, cow, milk, microbes, protozoa, bacterial protein, nitrogen-containing substances
Введение. Жвачные животные относятся к полигастричным животным. Желудок у них многокамерный, состоит из трех преджелудков – рубца, сетки и книжки и одного истинного желудка – сычуга. В рубце этих животных обитают микробы и инфузории, которые играют большую роль в белковом обмене, они способны использовать многие источники азота и синтезировать из них аминокислоты и полноценные белки.
Кроме этого, у жвачных животных имеется механизм экономии азота, в котором при диете с низким содержанием азота большое количество мочевины (которая обычно выводится с мочой) возвращается в рубец, где она может быть использована микрофлорой. У животных с однокамерным желудком мочевина всегда полностью выводится из организма с мочой. Исследования показали, что коров можно кормить азотсодержащими небелковыми кормами в качестве единственного источника азота и при этом получать 580 г/день высококачественного молочного белка и не менее 4000 кг молока в течение лактации [1].
В рубце обитают разные виды микробов, бактерий и простейших, их общее количество в 1 г рубцовой массы составляет около 1010. Это уникальное сожительство – симбиоз: в рубце созданы благоприятные условия для их существования, в процессе жизнедеятельности инфузории и микроорганизмы принимают активное участие в переваривании клетчатки белков, а также синтезируют белки для своего организма. Двигаясь вместе с кормом по пищеварительному тракту, они перевариваются и используются организмом животного, обеспечивая его полноценным белком по сравнению с получаемым кормом [2].
Довольно часто производители в качестве кормового рациона применяют высокобелковые корма, что становится причиной нарушения обменных процессов белков и, как следствие, возникают кетозы у жвачных животных. В рубце осуществляется трансформация белков – кормовые белки разлагаются на аммиак и кислоты. Небелковый азот из корма и мочевины, переработанный в рубце, способствует также накоплению аммиака. Если уровень аммиака в рубце слишком низкий, возникает дефицит бактерий и сокращается переваримость корма [3–5].
Поэтому возникает необходимость провести исследования с целью изучения белкового обмена коров в период лактации.
Цель исследования – проведение анализа белкового обмена коров в период лактации.
Объекты и методы. Исследование по изучению белкового обмена у дойных коров проводилось в молочной ферме Галышмановского района Тюменской области и на кафедре анатомии и физиологии ФГБОУ ВО «Государственный аграрный университет Северного Зауралья». Объектом исследования являлись лактирующие коровы молочного направления. Для исследования биохимического состава содержимого рубца брали жвачку из ротовой полости животных. Уровень основных белков в коровьем молоке определяли с помощью электрофореза. Образцы молока брали при дойке коров. Биохимические исследования проводили на кафедре анатомии и физиологии.
Результаты и их обсуждение. Белок во многом зависит от доступности энергии, вырабатываемой окислением углеводов в рубце. Синтез бактериального белка может варьироваться менее чем от 400 г/день до приблизительно 1500 г/день в зависимости от усвояемости рациона. Процент белка у бактерий варьируется от 38 до 55 % (табл. 1). Обычно белки в кормах разлагаются до стадии аминокислот (от 60 до 80 %) при участии бактериальных ферментов. Часть бактериального белка, синтезируемого в микробах и простейших, разрушается в рубце, но большая часть проникает в сычуг, прикрепленный к частицам корма. Сильные кислоты, выделяемые в сычуге, останавливают всю микробную активность, а пищеварительные – протеолитические ферменты – начинают расщеплять белки на аминокислоты [6–8].
Проведенные исследования показали, что аминокислотный состав у бактериальных белков в преджелудках жвачных относительно постоянен независимо от состава кормового белка. В бактериальном белке присутствуют все аминокислоты, в том числе незаменимые, доля которых достаточно близка доле аминокислот, необходимых для нормального функционирования органов и систем и молочной железе для синтеза молока [9, 10].
Таблица 1
Состав и переваривание веществ микрофлорой рубца, %
|
Показатель |
Бактерии |
Простейшие |
|
|
средний |
диапазон |
||
|
Белок |
47,6 |
38–55 |
– |
|
Нуклеиновые кислоты |
28,5 |
31,4–25,2 |
– |
|
Липиды |
7,2 |
4–25 |
– |
|
Углеводы |
11,5 |
6–23 |
– |
|
Минералы |
4,4 |
3,5–4,6 |
– |
|
Сырой белок |
62,5 |
31–78 |
25–50 |
|
Переваримость |
71,0 |
44–86 |
75–85 |
Около 80 % белка из общего количества белков, переходящих в тонкий отдел кишечника, переваривается и всасывается, остальная часть (20 %) выводится с калом. Другим основным источником азота в фекалиях являются пищеварительные ферменты, секретируемые в кишечнике, и быстро замещаемые кишечные клетки (фекальный метаболический белок). В среднем на каждый 1 кг прибавки съеденного кормового сухого вещества потери белка в организме увеличиваются на 33 г в кишечнике и выводятся с калом [8].
Таким образом, превращение кормового белка в полноценный бактериальный белок обычно является полезным процессом. Исключение составляют ситуации, когда поступают высококачественный белок и аммиак, которые не используются из-за недостатка ферментативной энергии. В таком случае они легко разлагаются на аммиак, вырабатываемый в рубце. Избыток аммиака поглощается стенками рубца, поступает в кровь и с ней транспортируется в печень. В гепотоцитах печени аммиак превращается в мочевину, которая затем проникает в кровь и через нее:
1) может вернуться в рубец со слюной или всасываться в рубец через ее стенки;
2) поступает к выделительным органам и выводится с мочой.
Когда мочевина возвращается в рубец, она снова превращается в аммиак и может служить источником азота для роста и размножения бактерий. Мочевина, выделяемая с мочой, теряется животным.
В период лактации молочной железе коровы необходимо большое количество аминокислот для синтеза молочного белка. Обмен аминокислот в молочной железе представляет собой чрезвычайно сложный процесс. Аминокислоты могут превращаться в другие аминокислоты или окисляться для производства энергии. Большая часть аминокислот, усваиваемых молочной железой, используется для синтеза молочных белков. Молоко содержит около 30 г белка на 1 л молока. Но существуют важные различия между коровами внутри породы и между породами. Около 90 % белка в молоке составляет казеин. Это кальцийсодержащий белок, который очень хорошо усваивается организмом молодняка. Существует много типов казеина (табл. 2) [8], и они повышают пищевую ценность многих молочных продуктов. Сывороточные белки также синтезируются из аминокислот в молочной
железе. К ним относятся α-лактальбумин,
β-лактоглобулина и иммуноглобулины, которые играют важную роль в передаче устойчивости к болезням новорожденных телят [10]. Иммуноглобулины всасываются непосредственно из крови и не синтезируются внутри молочной железы, поэтому их концентрация в молозиве высока. Молоко также содержит небелковый азот, эти соединения присутствуют в очень небольших количествах, например мочевина – 0,08 г/кг.
Таблица 2
Основные белки, обнаруженные в коровьем молоке, г/кг [10]
|
Белки |
Уровень белка |
|
Казеины |
|
|
α-казеин |
14,1 |
|
β-казеин |
6,2 |
|
γ-казеин |
1,2 |
|
К- казеин |
4,0 |
|
Сывороточный протеин |
|
|
α-лактальбумин |
0,7 |
|
Иммуноглобулины |
0,6 |
|
β-лактоглобулин |
0,3 |
При составлении рациона для коров необходимо учитывать, что концентрации сырого протеина должны составлять: на сухостойную корову – 12 %, корову в период лактации – 18 %. Так как у коров с удоем около 20–25 литров молока содержание сырого протеина доходит до 16 %, большинство кормов и концентратов являются достаточными источниками белка. Однако по мере увеличения производства молока синтез бактериального белка в рубце может стать недостаточным, и для обеспечения необходимого количества аминокислот могут потребоваться источники белка, способные к преобразованию в рубце. Наиболее экономически выгодно в кормовой рацион включить мочевину как небелковый азот. Мочевину не следует использовать с кормами, богатыми легкодоступным азотом (это может вызывать кетозы у коров). К таким кормам относятся шроты из масличных культур (например, сои, рапса), бобовых, кормовых и молодых трав. Эти корма также содержат достаточное количество углеводов как источника энергии. Кроме того, потребление мочевины следует ограничить до уровня не более 150–200 г на корову в день, тщательно перемешать с другими кормами для улучшения вкусовых качеств и постепенно добавлять в рацион, чтобы корова могла адаптироваться.
Заключение. Желудок жвачных животных состоит из преджелудков (рубец, сетка и книжка) и истинного желудка – сычуга. В преджелудках слизистая оболочка не синтезирует ферменты. Но здесь, особенно в рубце, происходит расщепление корма и образование белков. В этом большое участие принимают бактерии и простейшие, обитающие в рубце, тем самым в преджелудках создан удивительный симбиоз между организмом хозяина и микрофлорой.
Последние способны вырабатывать ферменты, расщепляющие клетчатку и белки. Микрофлора рубца из аминокислот азотсодержащих небелковых веществ синтезирует собственные полноценные белки, которые переходят в сычуг и затем в кишечник, где расщепляются до стадии аминокислот и всасываются в кровь. Через круги кровообращения эти вещества поступают к молочным железам, из них синтезируются молочные белки.
У жвачных животных около 80 % белка из общего количества протеинов, переходящих в тонкий отдел кишечника, переваривается до аминокислот и всасывается в кровь, остальная часть (20 %) выводится с калом. Поэтому при составлении кормового рациона для коров необходимо учитывать, что концентрации сырого протеина должны составлять: на сухостойную корову – 12 %, корову в период лактации – 18 %. Так как у коров с удоем около 20–25 л молока содержание сырого протеина доходит до 16 %, большинство кормов и концентратов являются достаточными источниками белка. Список таких кормов включает зерновые культуры, свекловичный жмых, сено спелых трав и кукурузный силос.
1. Vasil'eva S.V., Konopatov Yu.V., Novickij A.A. Klinicheskaya biohimiya krupnogo rogatogo skota. SPb.: Lan', 2021. 280 s.
2. Komlackij V.I., Eremenko O.N. Osobennosti uluchsheniya vosproizvodstva stada korov // Politematicheskij setevoj `elektronnyj nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrar-nogo universiteta. 2021. № 167. S. 75–83.
3. Anaplazmoz krupnogo rogatogo skota (biolo-giya vozbuditelya, diagnostika, terapiya i profilaktika) / E.L. Liberman [i dr.]. Tyumen': Mayak, 2012. 36 s.
4. Komlackij V.I., Al' A.U., Podojnicyna A.T. Povedenie i produktivnost' telyat-molochnikov pri soderzhanii v domikah // Izvestiya sel'sko-hozyajstvennoj nauki Tavridy. 2017. № 10 (173). S. 84–90.
5. Pashayan S.A., Appel'ganc V.G. Vesennyaya pyl'cenosnaya baza yuga Tyumenskoj oblasti // Resursosberegayuschie `ekologicheski bezo¬pasnye tehnologii hraneniya i pererabotki sel'skohozyajstvennoj produkcii: sb. st. po mat-lam mezhdunar. nauch.-prakt. konf., posvyasch. 75-letiyu Kurganskoj oblasti (s. Lesnikovo, Ketovskij rajon, Kurganskaya obl., 19 marta 2018 g.) / pod obsch. red. S.F. Suhanovoj; Kurgan. gos. s.-h. akad. im. T.S. Mal'ceva. Kurgan, 2018. S. 271–277.
6. Satkeeva A.B., Sincov K.V. Vliyanie kormovoj dobavki «`enerdzhi» na molochnuyu produktiv-nost' korov // Sovremennye nauchno-prakti-cheskie resheniya v APK: sb. st. II Vseros. (nac.) nauch.-prakt. konf. (Tyumen', 26 oktyabrya 2018 g.) / Gosudarstvennyj agrarnyj universitet Severnogo Zaural'ya. Tyumen': Gos. agrar. un-t Severnogo Zaural'ya, 2018. Ch. 1. S. 44–46.
7. Satkeeva A.B., Hisamutdinova L.G. Vliyanie felucina na molochnuyu produktivnost' korov v period razdoya // Integraciya nauki i praktiki dlya razvitiya agropromyshlennogo komplek¬sa: mat-ly 2-j nac. nauch.-prakt. konf. (Tyumen', 11 oktyabrya 2019 g.). Tyumen': Gos. agrar. un-t Severnogo Zaural'ya, 2019. S. 226–230.
8. The rumen microbiome: a crucial consideration when optimising milk and meat production and nitrogen utilisation efficiency / M. Chloe [et al.] // Gut Microbes. 2019;10(2):115-132.
9. Maslova E.N., Krasnolobova E.P., Gume-nyuk A.N. Rasprostranenie gepatozov krupno-go rogatogo skota v Tyumenskoj oblasti // Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skoho-zyajstvennoj akademii. 2019. № 8. S. 138–141.
10. Morfologiya, fiziologiya i patologiya organov pischevareniya zhvachnyh zhivotnyh / K.A. Si-dorova [i dr.]. Tyumen': Gos. agrar. un-t Severnogo Zaural'ya, 2021. 289 s.
