с 01.01.1997 по 01.01.2024
ФГБОУ ВО Государственный аграрный университет Северного Зауралья
TYUMEN, Тюменская область, Россия
УДК 612 Физиология. Сравнительная физиология
Цель исследования – проведение анализа белкового обмена лактирующих коров. Белковый обмен у жвачных животных существенно отличается от нежвачных. У жвачных животных растительные корма в рубце расщепляются ферментами многочисленной и разнообразной микрофлоры. Рубцовые бактерии посредством своего синтеза преобразуют кормовые азотсодержащие вещества в высококачественные белки. Это очень важный биотехнологический процесс, происходящий в рубце жвачных животных. Бактериальные белки обеспечивают организм незаменимыми аминокислотами для поддержания жизненно важных процессов, репродукции, роста и лактации. В период лактации в молочной железе коровы происходит синтез компонентов молока и молочного белка. Обмен аминокислот и белков в молочной железе представляет собой сложный биохимический процесс, основная часть аминокислот, поступающих в молочную железу, используется для образования молочных белков. В составе молока уровень белков доходит до 30 г/л. Белки молока, особенно иммуноглобулины, играют важную роль в передаче устойчи¬вости к болезням новорожденным телятам. Иммуноглобулины не синтезируются в молочной железе, они переходят в молоко прямо из крови коровы, их концентрация в молозиве высока. Молоко также содержит небелковые азотсодержащие вещества, которые присутствуют в молоке в очень малых количествах. Уровень белков и их состав в организме лактирующих коров зависит от микрофлоры, обитающей в рубце животных. Жвачным животным необходимо в их рационе предварительно формировать оптимальный состав аминокислот и белков, необходимо учитывать, что микробы и инфузории могут использовать и другие источники азота и синтезировать из них бактериальные белки, последние состоят из незаменимых и заменимых аминокислот. Бактериальные белки из рубца проникают в сычуг, а затем в кишечник, где происходит их расщепление до стадии аминокислот и всасывание в кровь. Необходимо учитывать, что для осуществления этих процессов организм нуждается в энергии.
жвачные животные, корова, молоко, микробы, простейшие, бактериальный белок, азотсодержащие вещества
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. Васильева С.В., Конопатов Ю.В., Новицкий А.А. Клиническая биохимия крупного рогатого скота. СПб.: Лань, 2021. 280 с.
2. Комлацкий В.И., Еременко О.Н. Особенности улучшения воспроизводства стада коров // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2021. № 167. С. 75–83.
3. Анаплазмоз крупного рогатого скота (биология возбудителя, диагностика, терапия и профилактика) / Е.Л. Либерман [и др.]. Тюмень: Маяк, 2012. 36 с.
4. Комлацкий В.И., Аль А.У., Подойницына А.Т. Поведение и продуктивность телят-молочников при содержании в домиках // Известия сельскохозяйственной науки Тавриды. 2017. № 10 (173). С. 84–90.
5. Пашаян С.А., Аппельганц В.Г. Весенняя пыльценосная база юга Тюменской области // Ресурсосберегающие экологически безопасные технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции: сб. ст. по мат-лам междунар. науч.-практ. конф., пос¬вящ. 75-летию Курганской области (с. Лесниково, Кетовский район, Курганская обл., 19 марта 2018 г.) / под общ. ред. С.Ф. Сухановой; Курган. гос. с.-х. акад. им. Т.С. Мальцева. Курган, 2018. С. 271–277.
6. Саткеева А.Б., Синцов К.В. Влияние кормовой добавки «энерджи» на молочную продуктивность коров // Современные научно-практические решения в АПК: сб. ст. II Всерос. (нац.) науч.-практ. конф. (Тюмень, 26 октября 2018 г.) / Государственный аграрный университет Северного Зауралья. Тюмень: Гос. аграр. ун-т Северного Зауралья, 2018. Ч. 1. С. 44–46.
7. Саткеева А.Б., Хисамутдинова Л.Г. Влияние фелуцина на молочную продуктивность коров в период раздоя // Интеграция науки и практики для развития агропромышленного комплекса: мат-лы 2-й нац. науч.-практ. конф. (Тюмень, 11 октября 2019 г.). Тюмень: Гос. аграр. ун-т Северного Зауралья, 2019. С. 226–230.
8. The rumen microbiome: a crucial consideration when optimising milk and meat production and nitrogen utilisation efficiency / M. Chloe [еt al.] // Gut Microbes. 2019;10(2):115–132.
9. Маслова Е.Н., Краснолобова Е.П., Гуменюк А.Н. Распространение гепатозов крупного рогатого скота в Тюменской области // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. 2019. № 8. С. 138–141.
10. Морфология, физиология и патология органов пищеварения жвачных животных / К.А. Сидорова [и др.]. Тюмень: Гос. аграр. у-т Северного Зауралья, 2021. 289 с.
