• Виктория

Оценка влияния скармливания совместно экструдированных компонентов рациона на переваримость корма, кишечный микробиом и обмен остеотропных элементов у цыплят-бройлеров

Подход к разработке рационов для современных высокопродуктивных кроссов должен учитывать не только сбалансированность компонентов рациона по питательности и элементному составу, но и биодоступность. Повышение подготовленности компонентов корма для расщепления в желудочно-кишечном тракте представляет собой перспективное направление в рамках совершенствования рационов для сельскохозяйственных животных. Состояние желудочно-кишечного тракта и эффективность процессов пищеварения напрямую зависит от степени подготовленности рационов к ферментации.

В решении данного вопроса интерес вызывают исследования, связанные с пересмотром роли сложнорастворимых пищевых волокон в составе рациона и их влиянии на степень усвоения питательных веществ. Современные подходы к изучению значимости клетчатки в рационах птиц позволили расширить границы применения трудногидролизуемых углеводов в промышленном птицеводстве.

Клетчатка в рационах уже не воспринимается как антипитательный фактор, напротив, рассматривается как пребиотик, стимулирующий работу кишечного микробиома на выработку необходимых организму птицы летучих жирных кислот. При этом нельзя не учитывать необходимость ингибирования фитиновых кислот в растительном сырье для нивелирования негативного действия в виде снижения усвоения минеральных элементов из рационов, в частности Са, Fe, Zn.

Особенно актуально это при использовании в рационах таких распространенных компонентов, как пшеничные отруби.

Одним из передовых методов снижения антипитательных свойств и получения функциональных кормов является экструзия. Однако использование экструдированных кормов оказывает значительное влияние на доступность микро- и макроэлементов в составе рационов. Известны данные о возможности сорбции химических элементов экструдатами. Экструзионная обработка зерновых культур способна приводить к снижению усвоения кальция у животных и его отложения в бедренной кости.

Ранее проведенные авторами исследования показали эффективность применения кормов, обработанных экструзией и обогащенных высокодисперсными металлами, как результат — повышение биологической доступности ряда микроэлементов и улучшения показателей переваримости компонентов рациона.

В связи с этим дополнение экструдированных кормов рядом важных элементов для роста и развития сельскохозяйственных животных, в особенности кальцием, является необходимым условием при формировании полноценных рационов. Являясь минеральной основой организма, кальций принимает участие во многих биологических процессах, а именно в развитии и минерализации костей, метаболизме других элементов.

Введение в экструдат кальция и создание препаратов с лучшей доступностью остеотропных минералов особенно актуально для птицеводства, так как увеличение генетического потенциала приводит к интенсивному наращиванию мышечной массы, создавая дополнительную нагрузку на скелет. Травмы, деформации костной ткани снижают показатели продуктивности, поражая до половины промышленного стада птицефабрик.

Таким образом, учитывая перспективы применения экструдированной клетчатки в рационах, важной составляющей при ее использовании будет являться не только изучение физиологического состояния организма животного, но и оценка динамики элементного статуса мышечной и костной ткани.

Цели исследования — изучение влияния скармливания совместно экструдированных компонентов рациона: пшеничных отрубей и известняковой муки на переваримость корма, морфометрические характеристики желудочно-кишечного тракта и состояние его микробиома, а также метаболизм созависимых с кальцием минералов в скелетной структуре.

Материалы и методы исследования

Исследования были проведены в виварии Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук в 2023 году на цыплятах-бройлерах кросса Арбор Айкрос.

Методом пар-аналогов цыплят в возрасте 11 суток распределили на 2 группы (n = 30). В возрасте 18 суток в рационе цыплят-бройлеров опытных групп заменяли 10% (100 г/кг рациона) зерна пшеницы на экструдат пшеничных отрубей. Источником кальция в эксперименте служила известняковая мука (ООО «Аккерман цемент», Россия), имеющая в составе 40% кальция в форме CаCO3, которая в рацион I группы была внесена в нативном виде, в рацион цыплят-бройлеров II группы известняковую муку вносили после совместного с отрубями процесса экструдирования.

Кормление птиц проводилось полнорационными комбикормами (ОАО «Оренбургский комбикормовый завод», ГОСТ 18221-2018, Россия) согласно рекомендациям ВНИТИП.

Экструзионная обработка исследуемых компонентов проводилась по методике, описанной авторами ранее. Балансовый опыт по оценке переваримости питательных веществ рациона и элементного (Ca, Zn, Cu, Fe, P, Mn, Mg) состава биоматериалов проводили двукратно (стартовый и ростовой рационы) в Центре коллективного пользования биологических систем и агротехнологий Российской академии наук по общепринятым методикам.

Элементный анализ осуществляли на одноквадрупольном масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой Agilent 7900 ICP-MS (Agilent, США). Анализ Fe и Zn проводили в гелиевом режиме с использованием столкновительной ячейки. Стандартные растворы получали из мультиэлементной смеси (Merck, Германия).

Взвешивание органов желудочно-кишечного тракта (железистый желудок, мышечный желудок, кишечник) проводили на полумикровесах ВЛА-135М (класс точности I, «Госметр», Россия), отбор содержимого слепой кишки — в возрасте 42 суток (n = 3) с каждой группы во время убоя.

Обслуживание животных и экспериментальные исследования выполняли в соответствии с инструкциями и рекомендациями нормативных актов: Модельного закона Межпарламентской Ассамблеи государств — участников Содружества Независимых Государств «Об обращении с животными», статья 20, Руководства по работе с лабораторными животными Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук. Методика проведения исследований одобрена этическим комитетом Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук. При проведении исследований были предприняты меры для обеспечения минимума страданий животных и уменьшения количества исследуемых опытных образцов.

Подготовку библиотек ДНК, секвенирование и биоинформационную обработку проводили в Центре коллективного пользования научным оборудованием «Персистенция микроорганизмов» Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН (г. Оренбург, Россия), выделение тотальной ДНК из образцов — комбинированным методом, включавшим механическую гомогенизацию в анализаторе LT (Qiagen, Германия) с лизирующей матрицей Y (MP Biomedicals, США) с использованием набора QIAamp Fast DNA Stale Mini Kit (Qiagen, Германия).

Чистоту ДНК и концентрацию контролировали с помощью фотометрии на приборе NanoDrop 8000 (Thermo Fisher Scientific Inc., США) и флуорометра Qubit 4 (Life Technologies, США) с набором для высокочувствительного анализа dsDNA (Life Technologies, США).

Библиотеки ДНК были очищены с использованием гранул Agencourt AMPure XP (Beckman Coulter, США) и проверены с помощью капиллярного электрофореза в усовершенствованной системе Qiaxcel (Qiagen, Hilden, Германия) с использованием набора для скрининга ДНК QIAxcel (Qiagen, Hilden, Германия). Секвенирование проводили на платформе MiSeq (Illumina, США) с использованием набора реактивов MiSeqReagent Kit V3 2×300 (Illumina, США).

Визуализацию результатов биоинформатической обработки и статистический анализ осуществляли с помощью MicrobiomeAnalyst. Полученные операционные таксономические единицы (OTЕ) после фильтрации и присвоения таксономической принадлежности использовались для расчета альфа- (индекс Chao1, индекс Фишера (Fisher’s alpha), индекс разнообразия Шенона (Shannon), индекс разнообразия Симпсона (Simpson), статистический метод: ANOVA) и бета- (метод ординации: NMDS; дистанционный метод: индекс Брея — Кертиса; статистический метод: PERMANOVA) разнообразия.

Статистический анализ проводили с помощью офисного программного комплекса Microsoft Office с применением программы Excel (Microsoft, США) с обработкой данных в Statistica 10.0 (StatSoft Inc., США). Достоверными считали результаты при р ≤ 0,05 (по t-критерию Стьюдента).

Результаты и обсуждение

Развитие производства кормов возможно за счет повышения качества продукции и снижения себестоимости производства комбикормов. Качество можно улучшить, используя метод экструзии, который повышает пищевую ценность корма. Экструзия вызывает большую модификацию углеводов, белков и жиров, изменяя физические, химические и питательные свойства за счет повышенных температур производства (до 150 °C).

Переваримость является важным показателем, отражающим степень усвоения питательных веществ и темпы роста животных. При добавлении в рацион цыплят-бройлеров совместно экструдированных пшеничных отрубей с известняковой мукой наблюдались изменения в отдельных показателях усвояемости корма на 7-е сутки балансового эксперимента (рис. 1).

Так, у цыплят II группы переваримость сухого вещества (СВ) находилась на уровне 71,2%, что на 5,6% (р ≤ 0,05) ниже показателей I группы, где птица получала с кормом экструдат отрубей без известняковой муки. Однако по окончании эксперимента дополнительная корректировка рациона экструдированными с известняковой мукой и пшеничными отрубями приводила к достоверному повышению переваримости сырого жира (СЖ) на 8,5% (р ≤ 0,05) во II группе при сравнении с I группой (рис. 2).

Различий по переваримости СВ, органического вещества (ОВ), сырого протеина (СП), сырой клетчатки (СК), безазотистых экстрактивных веществ (БЭВ) и углеводов между группами отмечено не было.

Ранее проведенные авторами исследования показали, что использование экструдированной клетчатки разной полисахаридной природы в рационе приводило к увеличению показателей переваримости сырого жира у птицы в сравнении с использованием клетчатки в нативном виде.

Известно, что фитиновые кислоты содержатся в высоком количестве в пшеничных отрубях и при взаимодействии с кальцием и рядом других элементов (Zn, Co, Mn, Fe и др.) образуют комплексы, устойчивые к ферментативному гидролизу, тем самым снижая усвояемость питательных веществ. Однако не было отмечено достоверного снижения переваримости питательных веществ по окончании исследования.

В данном исследовании обогащение рациона, содержащего экструдированные компоненты разных функциональных групп кормов, способствовало улучшению переваримости сырого жира у птицы в сравнении с отрубями, подвергнутыми барогидротермической обработке.

Было отмечено, что исследуемый фактор не оказывает влияния на морфометрические показатели органов пищеварительного тракта цыплят-бройлеров (табл. 1).

Масса отдельных органов пищеварительного тракта опытных групп имела схожие значения. Различий по массе костной ткани между группами не отмечалось.

Увеличение переваримости питательных веществ сопровождалось изменениями в минеральном обмене в костной ткани. Элементный анализ костной ткани показал наличие увеличения содержания железа (р ≤ 0,001), цинка (р ≤ 0,01) и Mg (р ≤ 0,05) во II группе (табл. 2).

Различий по содержанию кальция и фосфора в костной ткани не отмечалось между группами (рис. 3).

Исследование элементного состава бедренной кости показало более высокую концентрацию цинка (р ≤ 0,01) и магния (р ≤ 0,001) во II группе в сравнении с I (табл. 3). Наблюдалось незначительное увеличение концентрации меди (р ≤ 0,001) в бедренной кости птицы опытной группы относительно контрольной. При оценке содержания железа в бедренной кости, в отличие от костной ткани, наблюдалась тенденция к снижению его концентрации, однако достоверных изменений не выявлено.

Скармливание совместно экструдированных пшеничных отрубей с известняковой мукой приводило к увеличению содержания кальция (р ≤ 0,05) в бедренной кости птицы, тогда как уровень фосфора не изменялся.

Принимая во внимание данные о том, что увеличение содержания кальция в рационе приводит к формированию Ca-P комплексов, которые снижают усвоение фосфора, авторами не было отмечено изменений содержания данного элемента в костной ткани. Введение в рацион бикомпонентной экструдированной добавки способствовало лучшему усвоению ряда минеральных веществ, в том числе тех, которые имеют высокое сродство к фитиновой кислоте. Предполагаем, что экструзия приводит к изменениям, способствующим повышенной доступности ферментов к химическим связям, и тем самым препятствует формированию нерастворимых комплексов.

В результате было установлено достоверное увеличение в костной ткани меди, железа и цинка у птицы II группы в сравнении с I. Принимая во внимание, что медь и цинк являются важными участниками костного метаболизма и оказывают влияние на синтез костного коллагена и прочность костной ткани, предполагаем, что это окажет положительный эффект на развитие костного скелета.

Известно, что изменения в микробиоме оказывают влияние на всасывание кальция, прочность и плотность костей. Исследование микробиома слепой кишки цыплят-бройлеров выявило высокое разнообразие таксономических групп. Было получено 49042 и 44124 ридов (прочтений) для I и II групп. Отмечалась тенденция к увеличению количества операционных таксономических единиц (OTЕ) при сравнении групп без и с добавлением кальция (266 и 382 OTU для I и II групп).

Оценка бактериального состава микробиома слепой кишки показала, что Bacillota и Bacteroidota являются доминирующими таксонами в опытных группах, что также отмечается в других исследованиях. Использование совместно экструдированной смеси углеводов (отруби) с известняковой мукой в рационе цыплят-бройлеров приводило к изменениям в микробиоме слепой кишки птицы и способствовало увеличению доли бактерий филумов Bacteroidota (+7,59%) и Bacillota (+19,2%) в сравнении с обработанными отрубями без минеральной добавки (рис. 4).

Было отмечено более высокое содержание бактерий таксонов Bacteroidaceae (+4,57%) и Oscillospiraceae (+14,5%), unclassified Oscillospiraceae (+7,49%), Faecalibacterium (+3,25%)и Phocaeicola (+4,76%) (рис. 5).

В то же время отмечалось снижение доли бактерий семейства Rikenellaceae (-22%), что закономерно на уровне рода было связано с меньшим содержанием микроорганизмов таксонов Alistipes (-16,1%) и Rikenella (-5,41%) (рис. 6).

Расчет индексов Chao1 и ACE показал достоверно более высокие значения во II группе в сравнении с I, что свидетельствовало о большем богатстве бактериального сообщества при использовании экструдированных отрубей вместе с известняковой мукой (табл. 4).

Анализ индексов альфа-разнообразия, таких как Fisher’s alpha, Simpson и Shannon, достоверных различий при сравнении экспериментальных групп не показал.

Вычисление показателей бета-разнообразия показало различия в организации бактериальных сообществ в слепой кишке цыплят-бройлеров при сравнении I и II (p = 0,042) групп (рис. 7).

Использование в рационе совместно экструдированных пшеничных отрубей с известняковой мукой приводило к увеличению доли бактерий, относящихся к различным таксономическим группам, которые разлагают целлюлозу и являются активными продуцентами короткоцепочечных жирных кислот, таких как бутират и пропионат. Предполагаем, что это могло быть одной из причин, способствующей более активному усвоению кальция и отложению его в костях.

Метаболиты кишечной микробиоты, в особенности бутират, являются важным источником энергии для энтероцитов и играют важную роль в здоровье кишечника птицы. Отмечается, что бутират, ацетат и пропионат оказывают влияние на пролиферацию клеток эпителия слизистой оболочки кишечника (тем самым увеличивая площадь всасывания), способствуют увеличению транспорта кальция и его всасывания.

Выводы

Использование в рационе экструдированных компонентов совместно с карбонатом кальция приводило к изменениям в процессах пищеварения и минеральном обмене. Была отмечена положительная динамика в усвоении питательных веществ из корма в опытной группе в сравнении с контролем, что выражалось в увеличении переваримости сырого жира на 8,5% (р ≤ 0,05).

Исследование элементного состава показало увеличение содержания железа (+ 66%, р ≤ 0,05), цинка (+ 49,3%, р ≤ 0,05) и магния (+ 30,6%, р ≤ 0,05) в костной ткани, кальция (+ 6,9%, р ≤ 0,05), цинка (+ 23%, р ≤ 0,05), меди (+ 13,3%, р ≤ 0,05) и магния (20,1%, р ≤ 0,05) в бедренной кости птицы, получавшей в рационе обработанные экструзией пшеничные отруби с карбонатом кальция в сравнении с контролем.

В микробиоме слепой кишки наблюдалось увеличение доли бактерий таксонов Bacteroidaceae (+4,57%) и Oscillospiraceae (+14,5%), unclassified Oscillospiraceae (+7,49%), осуществляющих расщепление целлюлозы и синтез короткоцепочечных кислот (бутирата, пропионата) у птицы в группе, получавшей с рационом известняковою муку.

Таким образом, результаты исследования показали перспективы применения экструдированных пшеничных отрубей, обогащенных кальцием в рационах кормления сельскохозяйственной птицы. Полученные данные могут быть использованы в рамках функциональной и экономической оптимизации рационов.

Об авторах

Елена Владимировна Яушева1; старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

vasilena56@mail.ru; https://orcid.org/0000-0002-1589-2211

Татьяна Николаевна Холодилина1, 2; ведущий научный сотрудник, кандидат сельскохозяйственных наук1; доцент кафедры экологии и природопользования, кандидат сельскохозяйственных наук2

xolodilina@rambler.ru; https://orcid.org/0000-0002-3946-8247

Кристина Владимировна Рязанцева1; младший научный сотрудник

reger94@bk.ru; https://orcid.org/0000-0001-5134-0396

Елена Анатольевна Сизова1, 2; ведущий научный сотрудник, доцент, доктор биологических наук, кандидат биологических наук1; профессор научно-образовательного центра «Биологические системы и нанотехнологии», доцент, доктор биологических наук, кандидат биологических наук2

sizova.l78@yandex.ru; https://orcid.org/0000-0002-5125-5981

Татьяна Андреевна Климова1; младший научный сотрудник

ga-lche-nok@mail.ru; https://orcid.org/0000-0003-4298-1663

1Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук, ул. 9 Января, 29, Оренбург, 46000, Россия

2Оренбургский государственный университет, пр-т Победы, 13, Оренбург, 460018, Россия

УДК 636.5.033
DOI: 10.32634/0869-8155-2024-385-8-74-81

Просмотров: 132


Источник: https://agrarnayanauka.ru/oczenka-vliyaniya-skarmlivaniya-sovmestno-ekstrudirovannyh-komponentov-racziona-na-perevarimost-korma-kishechnyj-mikrobiom-i-obmen-osteotropnyh-elementov-u-czyplyat-brojlerov/

Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
guest