CC BY
47
68 Теория и практика кормления
УДК 636.085:577.17:611.3
Влияние препаратов наночастиц металлов-микроэлементов на рубцовое пищеварение и метаболизм химических элементов в системе «бактерии-простейшие» рубца
И.С. Мирошников
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства»
Аннотация. В эксперименте дана комплексная оценка наночастиц (НЧ) металлов-микроэлементов. Использованы НЧ Fe сферической формы, размером 80±5 нм, состав - металлическое железо 99,8+0,7 % масс., FeзO4, а - Fe2Oз 0,2+0,05 %. НЧ Си сферической формы, размером 103,0+2,0 нм; состав - металлическая медь 96,0+4,5 %, СиО - 4,0+0,4 %. НЧ 2п сферической формы, размером 98,0+2,1 нм; состав - металлический цинк 91,7+3,8 %. НЧ 2пСи сферической формы, размером 95,7+3,1 нм; состав: 39,8 % - цинк и 60,2 % - медь. Скармливание молодняку крупного рогатого скота препаратов наночастиц металлов-микроэлементов сопровождается изменениями в рубцовом пищеварении. Причём наиболее значительно - при использовании наночастиц латуни и железа, что приводит к увеличению концентрации ЛЖК и аммиака в рубцовом содержимым на 11,9-13,9 % и 20,2-25,3 % соответственно. Число инфузорий в рубце также возрастает на 8,9-11,9 %. Ин-фузия в рубце препаратов наночастиц смеси меди и цинка сопровождается селективными изменением элементного состава биомассы простейших и бактерий, выражается, в первую очередь, простейшими элементами, РЬ, Си, Sn, №, до величин в 24,8-45,4 % раза превышающих контрольные значения. При этом содержание этих веществ в бактериальной массе не значительно отличается от контроля. В то же время использование наночастиц сплава меди и цинка в тех же дозировках не сопровождалось значительными отличиями элементного состава простейших и бактерий, с наибольшим накоплением Li, Cd.
Ключевые слова: инкорпорация металлов, металлы-микроэлементы, наночастицы меди, наночастицы цинка, наночастицы латуни, наночастицы железа, крупный рогатый скот, кормление, рубцовое пищеварение.
Введение.
Проблема оптимизации минерального питания сельскохозяйственных животных сегодня решается через широкое использование минеральных солей эссенциальных элементов. Однако по мере развития науки становиться ясно, что применение этих соединений в животноводстве сопровождается и негативными последствиями воздействия на организм животных. В частности, через расстройство желудочно-кишечного тракта [1], изменениями в составе микрофлоры [2] и др. В этой связи всё большое внимание уделяется разработкам органических форм микроэлементов [3], которые характеризуются меньшей токсичностью и большей биодоступностью основного вещества [4].
Определённый интерес представляют работы по использованию наноматериалов в качестве источников микроэлементов, что определяется уникальными свойствами ультрадисперсных веществ.
Последние десять лет ознаменовались активной работой ведущих мировых производителей кормов по разработке и продвижению на рынок кормовых добавок, содержащих наноматериалы. Исследования по использованию ультрадисперсных веществ в кормлении животных начаты в середине прошлого века в рамках работ по использованию электроактивированной клинкерной пыли в кормлении крупного рогатого скота [5] и использованию наноматериалов в кормлении птицы [6]. Однако только в последние 10-15 лет, с появлением в широком доступе наноформ эссенциальных элементов, исследования по их использованию в питании получили дальнейшее развитие [7]. Первые коммерческие препараты с использованием наноформ были разработаны в медицине для лечения анемии [8, 9].
Теория и практика кормления 69
По мере накопления фактического материала становится ясно, что наночастицы металлов-микроэлементов менее токсичны, чем минеральные соли [10], их действие на организм животных характеризуется дополнительными эффектами по ростостимулированию [11, 12], ранозаживлению [13], иммунностимулированию [14] и др.
Определённый интерес представляют исследования по изучению механизмов действия на-ночастиц на качественный и количественный составы микрофлоры [15], что особенно актуально при применении их в кормлении жвачных животных. Уже первые исследования по использованию ультрадисперсных материалов в питании крупного рогатого скота продемонстрировали перспективы такого решения [16, 17].
Цель исследования.
Изучение влияния ультрадисперсных порошков металлов-микроэлементов на рубцовое пищеварение и метаболизм химических элементов в системе «бактерии-простейшие» рубца.
Материалы и методы исследования.
Объекты исследований. Модели бычков красной степной породы (возраст - 6-7 месяцев, масса - 227,3+2,18 кг, n=15), выращенных по технологии, принятой в молочном скотоводстве.
Наночастицы металлов: наночастицы железа (НЧ Fe) и меди (НЧ Cu), цинка (НЧ Zn) и латуни - сплава меди и цинка (НЧ ZnCu).
Препараты наночастиц железа и меди любезно предоставила профессор, доктор биологических наук Н.Н. Глущенко. Препараты наночастиц цинка и латуни приобретены у ООО «Передовые порошковые технологии» г. Томск, Россия (http://www.nanosized-powders.com).
Обслуживание животных и экспериментальные исследования были выполнены в соответствии с инструкциями и рекомендациями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) and «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.C. 1996)». При выполнении исследований были предприняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.
Схема эксперимента. Препарат наночастиц предварительно аттестованы с определением размера частиц на анализаторе наночастиц Brookhaven 90Plus/BIMAS Zeta PALS («Brookhaven Instruments Corporation», США); площади поверхности - методами электронной сканирующей и просвечивающей микроскопии на приборах JSM 7401F и JEM-2000FX («JEOL», Япония); полидисперсности - рентгенофазный анализ на дифрактометре ДРОН-7; оценки заряд поверхности исследуемых препаратов - на анализаторе дзета-потенциала наночастиц Brookhaven Zeta PALS и т. д.
Для проведения исследований бычки методом пар-аналогов были разделены на пять групп (n=3) и по истечении 30 суток подготовительного периода переведены на условия основного учётного периода (длительностью 14 суток). Методикой исследования предполагалось содержание подопытного молодняка контрольной группы на рационе, не содержащем препаратов наночастиц металлов-микроэлементов. По результатам исследований нами были установлены оптимальные дозировки наночастиц металлов в питании молодняка крупного рогатого скота, составлявшие для НЧ латуни 0,5 мг и НЧ железа 3,0 мг. Эти дозировки и были использованы в дальнейшем при проведении исследований на животных.
Бычки содержались в условиях беспривязного содержания физиологического двора «Покровского сельскохозяйственного колледж-филиала ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет». Перед началом исследований 3 животным были установлены фистулы на рубец по методу А.А. Алиева [18].
Животным контрольной группы скармливали основной рацион, I опытной группы в составе рациона скармливали препарат наночастиц Cu: 0,05 мг/кг СВ, II - препарат наночастиц НЧ Zn: 0,05 мг/кг СВ, III -НЧ ZnCu: 0,05 мг/кг СВ, IV - НЧ Fe: 3 мг/кг СВ. В составе суточного рациона задавалось: 3 кг сена суданской травы, 3 кг силоса кукурузного, 2,5 кг дерти ячменной, 1 кг соломы пшеничной, 0,3 кг патоки. Для покрытия дефицита в некоторых минеральных веществах в рацион подопытных бычков были включены: поваренная соль, фосфат, хлорид кобальта и йодистый калий.
70 Теория и практика кормления
Исследование рубцового пищеварения. Пробы содержимого рубца брали через фистулу спустя 2-2,5 часа после утреннего кормления в течение двух дней четыре раза в месяц. В рубцовой жидкости, отфильтрованной через 4 слоя марли, определяли:
- концентрацию ионов водорода (pH) - электропотенциометром марки рН-340;
- общий и небелковый азот - методом Kjeldahl (2004), белковый - по разнице между общим и небелковым;
- общее количество ЛЖК - методом паровой дистилляции в аппарате Маркгама [19];
- аммиак - микродиффузным методом в чашках Конвея [20];
- количество инфузорий - путем подсчёта в камере Горяева.
Элементный анализ. Элементный состав биомассы бактерий и простейших исследовали на содержание 25 химических элементов (Al, As, Be, Cd, Hg, Li, Ni, Pb, Sn, Ti, V, I, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Na, P, Se, Si, Zn) в испытательной лаборатории АНО «Центр биотической медицины», г. Москва (Registration Certificate of ISO 9001: 2000, Number 4017 - 5.04.06). Озоление биосубстратов проводили с использованием микроволновой системы разложения MD-2000 (США). Оценка содержания элементов в полученной золе осуществлялась с использованием масс-спектрометра Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и атомно-эмиссионного спектрометра Optima 2000 V (Perkin Elmer, США).
Статистическая обработка. Статистический анализ результатов проводился при помощи пакета программ Statistica 10 («Stat Soft Inc.», США). Статистическое сравнение результатов проводилось с использованием критерия Манна-Уитни U и Стьюдента. Параметр Р<0.05 принимался как предел значимости.
Результаты исследования.
Характеристика наночастиц. НЧ Fe сферической формы размером 80±5 нм, состав - металлическое железо 99,8+0,7 % масс., Fe3O4, а - Fe2O3 0,2+0,05 %. НЧ Cu сферической формы размером 103,0+2,0 нм; состав - металлическая медь 96,0+4,5 %, CuO - 4,0+0,4 %. НЧ Zn сферической формы, размером 98,0+2,1 нм; состав - металлический цинк 91,7+3,8 %. НЧ ZnCu сферической формы, размером 95,7+3,1 нм; состав: 39,8 % - цинк и 60,2 % - медь.
Характеристики рубцового пищеварения. Введение препаратов наночастиц металлов в корм сопровождается изменениями в характеристиках рубцового пищеварения. В частности, при скармливании наночастиц мы отмечали повсеместное снижение рН содержимого рубца с 7,1 в контроле до 6,7-6,9 - в опытных группах (табл. 1).
Таблица 1. Характеристики рубцового пищеварения подопытных бычков
Показатель Группа
контроль I опытная II опытная III опытная IV опытная
рН ЛЖК, ммоль/100 мл Аммиак, мг/100 мл 7,1±0,12 6,9±0,07 6,8±0,08 6,7±0,04 6,8±0,07 10,1±0,15 11,1**±0,05 10,9**±0,07 11,3**±0,09 11,5**±0,05 17,8±0,57 20,1 *±0,19 19,5±0,27 21,4**±0,34 22,3***±0,45
Примечание: * - Р<0,05; ** - Р<0,01; *** - Р<0,001
Как следует из полученных данных, это явление было вызвано активизацией микробиологических процессов в рубце и увеличением концентрации ЛЖК с 10,1 ммоль/100 мл в контроле на 1 ммоль (Р<0,01) в I опытной группе, на 0,8 ммоль (Р<0,01) - во II, на 1,2 ммоль (Р<0,01) - в III и на 1,4 ммоль/100 мл (Р<0,01) - в IV опытной группе.
Теория и практика кормления 71
Подтверждением активизации микробиологических процессов в рубце стало достоверное повышение концентрации аммиака в содержимом рубца трёх из четырёх опытных групп, а именно в I, III, и IV опытных группах.
Подсчёт числа инфузорий в содержимом рубца позволил выявить, что их концентрация в опытных группах превосходит уровень контроля, составившего 557±14,5. Алогичный показатель в опытных группах оказался выше на 4,9 % (Р<0,05) в I опытной, на 7,5 % (Р<0,05) - во II, на 8,9 % (Р<0,05) - в III и на 11,9% (Р<0,01) - в IV опытной группе.
После кормления в биомассе простейших в наибольшей степени нарастала масса олова - в 36,1 раза, в бактериальной - в 8,1 раза (рис. 1, 2).
36,1
2.4 2,2
|а 13 1'9 1-8 1,8 1,7 !,7 1>7 16 15 ^^ Д ± д
I I 1 I I I I I I I I 1 1 В ■ -2 ш1
1,0 1,0 1,0
вп Р Мп 5г А5 N3 А1 Ре Сз V и № Мв Со К гп I В Эе Не Сс1
|(|
Рис. 1 — Кратность различий по содержанию химических элементов в биомассе простейших рубца контрольной группы до и после кормления
Рис. 2 — Кратность различий по содержанию химических элементов в биомассе бактерий рубца контрольной группе до и после кормления
Сходная динамика характерна для 11 химических элементов. В то же время переход от состояния натощак к процессу пищеварения сопровождается разнонаправленными изменениями в элементном составе биомассы простейших и бактерий. Наиболее выражено по железу: в бактериальной массе его содержание снижалось на 10 %, тогда как в биомассе простейших, напротив, повышалось в 1,8 раза (Р<0,01).
72 Теория и практика кормления
Сходная разнонаправленная динамика была характерна для лития, йода, никеля, калия и др.
Сходная динамика была характерна для случая использования смеси наночастиц меди и цинка. С той разницей, что в биомассе бактерий отличают достоверное увеличение содержания хрома в 3,9 раза (Р<0,001) и йода - в 1,4 раза (Р<0,05), тогда как для простейших отмечалось снижение содержания этих элементов (рис. 3).
(б)
Рис. 3 — Кратность различий по содержанию химических элементов в простейших (а) и бактериальной массе (б) при инфузии наночастиц латуни в сравнении с контрольной группой
Анализ полученных данных позволяет предложить наличие специфического последействия наночастиц меди и цинка на элементный состав простейших.
Так, если при использовании смеси наночастиц этих элементов концентрация кадмия в биомассе простейших не изменялась, то в бактериальной массе, напротив, значительно, в 10,4 раза (Р<0,001) повышалась. Это можно объяснить непосредственным захватом наночастиц этих металлов простейшими с последующим переходом в биодоступность фракций и развитием антагонизма «кадмий - медь, цинк».
Теория и практика кормления 73
Различное биологическое действие сплава смеси наночастиц цинка и меди подтверждается различием в содержании этих металлов в биомассе бактерий и простейших (рис. 4). В частности, введение в рубец наночастиц сплава сопровождалось не значительным (относительно) повышением содержания меди в 1,1 раза в бактериальной массе, в 1,9 раза - в биомассе простейших, цинка -в 1,3 и 2,9 раза соответственно.
1оо,о 4
40,7
37,6
10,0
24,8
8,0
4'3 3,9 3,7
9 I ^ |9-5У2'32'32,22'22Д
I I I I 1 I I I ■ ■ ■ - - -
РЬ Си 5п N1 гп А! и А1 V Па В Са Со Мд Ре 5г К Мп Р У Сс1 Н$
ХТ
0,5
0,1
(а)
7,7
6,6
4,Б 4,5
I 1
3.9 3,7 3,7 3,6
2,4
I | I I И5 Х'4 1'4
■ ■ ■ в в в в т в в ■ в в в 1,0 Ю1010
1 в в I в I в в 1 1 в ш 1 а ■ 1''*
са А1 В и Ре V Са Сг Эг Дб N3 Мп М& К Со Р РЬ 2п I Си 51 N1 Не 5е Эп
(б)
Рис. 4 — Кратность различий по содержанию химических элементов в биомассы простейших (а) и бактерий (б) при инфузии смеси наночастиц цинка и меди в сравнении с контрольной группой
В тоже время при использовании смеси наночастиц меди и цинка их концентрация в биомассе простейших увеличилась в 40,7 (Р<0,001) и 8,0 раз (Р<0,001) соответственно, что имело место на фоне 40-50 % роста содержания этих веществ в бактериальной массе. Следует отметить, что данное явление ранее описано и для растворов солей меди.
Полученные нами данные наглядно демонстрируют наличие различного действия сплавов и смесей наночастиц одноименных металлов на элементный профиль бактерий и простейших рубца.
Обсуждение полученных результатов.
Использование наноматериалов имеет большие перспективы в животноводстве, причём для жвачных животных это определяется воздействием ультрадисперсных веществ на микробиоценозы рубца [20, 21]. Показано, что ультрадисперсные вещества способны оказывать выраженное дей-
74 Теория и практика кормления
ствие на деятельность микробных сообществ. Показательными в этом отношении являются результаты исследований по оценке действия наночастиц на микробиологические процессы в сточных водах [22, 23]. При анаэробном сбраживании введение наночастиц железа и цинка в среду активизирует синтез микроорганизмами метана [24, 25].
В связи с этим нам представлялись актуальными исследования по использованию препаратов наночастиц металлов-микроэлементов в кормлении жвачных. По итогам исследований мы констатировали хорошо выраженное действие наночастиц на микробиологические процессы в рубце молодняка крупного рогатого скота. В частности, это следует из изменений концентрации в рубце ЛЖК, аммиака, смещения рН, что в общем говорит об активизации микробиологической деструкции кормов.
Сходные эффекты ранее были описаны для солей меди и цинка на модели мелкого рогатого скота [26]. В связи с чем механизм действия наночастиц на микробиоценозы может быть описан как результат трансформации наночастиц с образование ионов, которые по мнению ряда авторов и несут главную ответственность за их токсичность для живых организмов [27, 28]. Возможно, что это может объяснить и факт значительного накопления химических элементов микрофлорой и простейшими рубца - 1000-5000 % по сравнению с контролем. Причём наночастицы сплава меди и цинка по своему биологическому действию на рубцовое пищеварения отличаются от смеси нано-частиц цинка и меди. Введение в корм наночастиц сплава сопровождается относительно не значительным накоплением химических элементов в биомассе бактерий и простейших рубца. В частности, введение в рубец наночастиц сплава сопровождалось повышением содержания меди в 1,1 раза в бактериальной массе, в 1,9 раза - в биомассе простейших, цинка - в 1,3 и 2,9 раза соответственно. В тоже время при использовании смеси наночастиц меди и цинка их концентрация в биомассе простейших увеличилась в 40,7 (Р<0,001) и 8,0 раз (Р<0,001) соответственно, что имело место на фоне 40-50 % роста содержания этих веществ в бактериальной массе.
Принципиально способность простейших и бактерий к инкорпорации металлов известна ранее [29, 30]. Так, например, биодоступность меди для организма-хозяина уменьшается в присутствии инфузорий [31]. Известно, что простейшие рубца могут влиять на метаболизм других питательных веществ, таких как азот и сера [32]. Причём влияние простейших на метаболизм меди зависит от типа белка в рационе [33]. Инкорпорация металлов из растворов значительно повышается при комбинировании в микробиоценозах бактерий и простейших, что в частности показано для бактерии Bacillus thuringiensis, дрожжей Candida etschellsii и протозойных Stylonychia mytilus по способности восстанавливать металлы из промышленных сточных вод [34, 35].
В целом проблема восстановления металлов и их накопление бактериями и простейшими хорошо изучена, что позволило использовать бактериальные культуры в промышленности при добычи драгоценных и цветных металлов [36-40], инфузории (Stylonychia mytilus) - для выделения свинца из промышленных стоков [41].
Между тем информации о влиянии наночастиц металлов на их инкорпорацию бактериями и простейшими в литературе крайне мало. При этом сложно объяснить столь неоднозначное действие наночастиц сплава и смеси меди и цинка на минеральный обмен в системе «бактерии-простейшие». Гипотеза по переходу наночастиц металлов в ионную форму с последующим проявлением биологических свойств металлов в ионной форме не подтверждается. Слишком различные биологические свойства у наночастиц сплава и смеси одноименных металлов. На наш взгляд, объяснить данное явление возможно через рассмотрения механизма поглощения наночастиц целиком с последующей трансформацией в клетке.
Выводы.
Таким образом, использование наночастиц металлов микроэлементов в кормлении молодняка крупного рогатого скота приводит к повышению интенсивности микробиологических процессов в рубце и изменениям в элементном статусе системы «бактерии-простейшие». Биологические эффекты препарата смеси наночастиц и сплава меди и цинка отличаются по влиянию на инкорпорацию металлов бактериями и простейшими рубца.
Теория и практика кормления 75
Литература
1. Daily oral iron supplementation during pregnancy / P. Peña-Rosas Juan, M. De-Regil Luz, T. Dow-swell, E. Viteri Fernando // In Cochrane Database of Systematic Reviews, John Wiley & Sons, Ltd., Chichester, 2012 UK.
2. Iron depletion and repletion with ferrous sulfate or electrolytic iron modifies the composition and metabolic activity of the gut microbiota in rats /A. Dostal, C. Chassard, F. M. Hilty, M.B. Zimmermann, T. Jaeggi, S. Rossi, C. Lacroix // The Journal of Nutrition. 2012. № 142(2). P. 271-277.
3. Фисинин В.И., Егоров И.А. Современные подходы к кормлению высокопродуктивной птицы // Птица и птицеводство. 2015. № 3. С. 27-29.
4. Шацких Е.В., Зеленская О.В. Результаты использования селенсодержащих добавок в кормлении цыплят-бройлеров // Кормление сельскохозяйственных животных и кормопроизводство. 2011. № 10. С. 39-47.
5. Mathison Y., Thomson I. Cement kiln dust in an all - concentrate dief for feedlot steers // Canad. Anim. Sc. 1979. Vol. 59. № 1. P. 699-705.
6. Использование высокодисперсных металлов в составе премиксов комбикормов для бройлеров / Е.Н. Куренева, И.А. Егоров, Ю.И. Федоров, Н.Н. Глущенко, Л.Д. Фаткулина // Новое в кормлении и содержании сельскохозяйственной птицы. Загорск, 1984. С. 3-8.
7. Курилкина М.Я., Мирошников С.А., Холодилина Т.Н. Эффективность использования микропорошков металлов в составе экструдата при кормлении цыплят-бройлеров // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. 2011. Т. 4. № 32-1. С. 169-171.
8. Ferroportin mediates the intestinal absorption of iron from a nanoparticulate ferritin core mimetic in mice / Mohamad F. Aslam, David M. Frazer, NunoFaria, Sylvaine F.A. Bruggraber, Sarah J. Wilkins, Cornel Mirciov, Jonathan J. Powell, Greg J. Anderson, Dora I.A. Pereira // FASEB J. 2014. V. 28(8). P. 3671-3678.
9. New findings about iron oxide nanoparticles and their different effects on murine primary brain cells / J. Neubert, S. Wagner, J. Kiwit, A.U. Brauer, J. Glumm // Int J Nanomedicine. 2015. 10. P. 20332049. Published online 2015 Mar 13. Doi: 10.2147/IJN.S74404.
10. Глущенко Н.Н. Физико-химические закономерности биологического действия высокодисперсных порошков металлов: автореф. дис. ... д-ра биол. наук, М., 1988. 50 с.
11. Copper nanoparticles as modulators of apoptosis and structural changes in some organs / E.A. Sizova, S.A. Miroshnikov, V.S. Poliakova, S.V. Lebedev, N.N. Glushchenko // Morfologiia. 2013. № 144(4). P. 47-52.
12. Яушева Е.В. Влияние ультрадисперсных препаратов железа и меди на продуктивность и обмен веществ цыплят-бройлеров: автореф. дис. ... канд. биол. наук. Оренбург, 2016. 24 с.
13. Изучение безопасности введения наночастиц меди с различными физико-химическими характеристиками в организм животных / О.А. Богословская, Е.А. Сизова, В.С. Полякова, С.А. Мирошников, И.О. Лейпунский, И.П. Ольховская, Н.Н. Глущенко // Вестник Оренбургского государственного университета. 2009. № 2. С. 124-127.
14. Size- and charge-dependent non-specific uptake of PEGylated nanoparticles by macrophages / S.S. Yu, C.M. Lau, S.N. Thomas, W.G. Jerome, D.J. Maron, J.H. Dickerson, J.A. Hubbell, T.D. Giorgio // International Journal of Nanomedicine. 2012. № 7. P. 799-813.
15. Influence of zinc nanoparticles on survival of worms Eisenia fetida and taxonomic diversity of the gut microflora / Е. Yausheva, Е. Sizova, S. Lebedev, A. Skalny, S. Miroshnikov, A. Plotnikov, Y. Khlopko, N. Gogoleva, S. Cherkasov // Environmental Science and Pollution Research. 2016. Jul. № 23(13). P. 1324513254. doi: 10.1007/s11356-016-6474-y.
16. Назарова А.А. Влияние нанопорошков железа, кобальта и меди на физиологическое состояние крупного рогатого скота: дис. ... канд. биол. наук. М., 2009. 137 с.
17. Переваримость рациона и баланс питательных веществ при скармливании телятам нанопорошков кобальта и меди / Е. Ильичев, А. Назарова, С. Полищук, В. Иноземцев // Молочное и мясное скотоводство 2011. № 5. С. 27-29.
18. Алиев А.А. Методы биохимического анализа: справ. пособие. Боровск: Изд-во ВНИИФБиП, 1997. 356 с.
19. Изучение пищеварения у жвачных: метод. указания / Н.В. Курилов и др. Боровск, 1987. 104 с.
76 Теория и практика кормления
20. Методы ветеринарной клинической лабораторной диагностики / под ред. И.П. Кондра-хина. М.: КолосС, 2004. 520 с.
21. Алексеева Л.В. Лукьянов А.А. Процессы рубцового метаболизма в организме бычков при введении в рацион нанопорошка меди и её соли // Электронный научно-методический журнал Омского ГАУ. 2016. Спецвып. № 2. URL: http://e-journal.omgau.ru/index.php/spetsvypusk-2/31-spets02/398-00147.
22. Лукьянов А.А., Алексеева Л.В., Лукьянова Н.А. Влияние нанопорошков меди и её соли на метаболические процессы в рубце бычков герефордской породы // Зоотехния. 2016. № 3. С. 11-12.
23. Toxicity of metal oxide nanoparticles in escherichia coli correlates with conduction band and hydration energies / C. Kaweeteerawat et. al. // Environmental Science and Technology. 2015. 49. P. 1105-1112
24. Effect of magnetic nanoparticles on the performance of activated sludge treatment system / S. Ni, J. Ni, N. Yang, J. Wang // Bioresource Technology. 2013. 143. P. 555-561.
25. Stabilization of sewage sludge in the presence of nanoscale zero-valent iron (nZVI): abatement of odor and improvement of biogas production / L. Su, X. Shi, G. Guo, A. Zhao, Y. Zhao // Journal of Material Cycles and Waste Management. 2013. 15. P. 461-468.
26. Effects of Metal Nanoparticles on Methane Production from Waste-Activated Sludge and Microorganism Community Shift in Anaerobic Granular Sludge / T. Wang, D. Zhang, L. Dai, Y. Chen, X. Dai. // Scientific Reports. 2016. May 11. 6: 25857. doi: 10.1038/srep25857.
27. In vitro gas production and dry matter degradability of diets consumed by goats with or without copper and zinc supplementation / J.F. Vázquez-Armijo, J.J. Martínez-Tinajero, D. López, A.F. Salem, R. Rojo // Biological Trace Element Research. 2011. Dec. 144(1-3): 580-587. doi: 10.1007/s12011-011-9113-y. Epub 2011 Jun 21.
28. In vitro cytotoxicity of oxide nanoparticles: Comparison to asbestos, silica, and the effect of particle solubility / T. J. Brunner, P. Wick, P. Mauser // Environmental Science and Technology. 2006. Vol. 40. N 14. P. 4374-4381.
29. Comparative toxicity of nanoparticulate ZnO, bulk ZnO, and ZnCl2 to a freshwater microalga (Pseudokirchneriella subcapitata): the importance of particle solubility / N.M. Franklin et al. // Environmental Science and Technology. 2007. 41. P. 8484-8490.
30. Неоднозначность влияния пробиотиков на обмен токсических элементов в организме кур-несушек // О.В. Кван, С.А. Мирошников, Д.Г. Дерябин, В.Н. Беседин // Вестник Оренбургского государственного университета. 2006. № S2. С. 28-30.
31. Мирошников С.А., Кван О.В., Нуржанов Б.С. Роль нормальной микрофлоры в минеральном обмене животных // Вестник Оренбургского государственного университета. 2010. № 6(112). С. 81-83.
32. Veira D.M. The role of ciliate protozoa in nutrition of the ruminant // Journal of Animal Science. 1986. Nov;63(5). P. 1547-1560.
33. Metabolic changes in the rumen following protozoal inoculation of fauna-free sheep fed a corn silage diet supplemented with casein or soybean meal / M. Ivan, L.L. Charmley, L. Neill, M. Hidiroglou // Ann Rech Vet. 1991. 22(2). P. 227-238.
34. Ivan M. Effects of faunation and type of dietary protein on gastric solubility and liver content of copper in sheep // Journal of Animal Science. 1989. Nov;67(11). P. 3028-3035.
35. Rehman A., Shakoori F.R., Shakoori A.R. Multiple metal resistance and uptake by a ciliate, Stylonychia mytilus, isolated from industrial effluents and its possible use in wastewater treatment // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2007 Oct;79(4). P. 410-414. Epub 2007 Sep 14.
36. Evaluation of consortia of microorganisms for efficient removal of hexavalent chromium from industrial wastewater / B. Muneer, A. Rehman, F.R. Shakoori, A.R. Shakoori // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2009 May;82(5). P. 597-600. doi: 10.1007/s00128-009-9662-3. Epub 2009 Jan 30.
37. Ostrowski M., Sklodowska A., Kunicki-Goldfinger W. Bacterial leaching of copper alkaline and neutral postflotation wastes with the use ofbrown coal // Acta Microbiologica Polonica. 1990. 39. P. 71-78.
Теория и практика кормления 77
38. Ostrowski M., Sklodowska A. Bacterial and chemical leaching pattern on copper ores of sandstone and limestone type // World Journal of Microbiology and Biotechnology. 1993. 9. P. 328-333.
39. Ostrowski M., Sklodowska A. Acid leaching in alkaline environment // Bulletin of the Polish Academy of Sciences, Biol Sci. 1996. 44. P. 279-283.
40. Microbial processing metal sulfides / eds: E.R. Donati, W. Sand. Springer the Netherlands, 2007.314 p.
41. Uptake of lead by a ciliate, Stylonychia mytilus, isolated from industrial effluents: potential use in bioremediation of wastewater // A. Rehman, S. Ashraf, J.I. Qazi, A.R. Shakoori // Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology. 2005. Aug;75(2). P. 290-296.
Мирошников Иван Сергеевич, младший научный сотрудник отдела кормления сельскохозяйственных животных и технологии кормов им. С.Г. Леушина ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт мясного скотоводства», 460000, г. Оренбург, ул. 9 Января, 29, тел.: 8(3532)43-46-41, e-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 13 марта 2017 года
UDC 636.085:577.17:611.3 Miroshnikov Ivan Sergeevich
FSBSI «All-Russian Research Institute of Beef Cattle Breeding», e-mdil: vniims.or@mаil.ru Influence of metal nanoparticles on ruminal digestion and metabolism of chemical elements in system «bacteria-protozoa» of rumen
Summary. A complex evaluation of metal nanoparticles is given. Fe nanoparticles of spherical shape were used with a size of 80±5 nm, the composition - metallic iron 99,8+0,7 % by mass, Fe3O4, a - Fe2O3 0,2+0,05. Cu nanoparticles of spherical shape, the size of 103,0+2,0 nm; Composition - metallic copper 96,0+4,5 %, CuO - 4,0+0,4 %. Zn nanoparticles of spherical shape, the size of 98,0+2,1 nm; composition - metallic zinc 91,7+3,8 %. ZnCu nanoparticles of spherical shape, the size of 95,7+3,1 nm; composition: 39,8 % -zinc and 60,2 % - copper. Feeding young cattle with metal nanoparticles preparations is accompanied by changes in ruminal digestion. It is the most significant when using nanoparticles of brass and iron, which leads to an increase in concentration of VFA and ammonia in ruminal content by 11,9-13,9 % and 20,225,3 %, respectively. The number of infusoria in rumen also increases by 8,9-11,9 %. Infusion in the rumen of copper and zinc nanoparticles preparations is accompanied by selective changes in the elemental composition of protozoa and bacteria biomass, expressed primarily by the simplest elements, Pb, Cu, Sn, Ni, up to 24,8-45,4 % exceeding the control values. The content of these substances in the bacterial mass is not significantly different from the control. At the same time, the use of copper and zinc alloy nanopar-ticles at the same dosages was not accompanied by significant differences in the elemental composition of protozoa and bacteria, with the largest accumulation of Na, Li, and Cd.
Key words: metal incorporation, metal microelements, copper nanoparticles, zinc nanoparticles, brass nanoparticles, iron nanoparticles, cattle, feeding, ruminal digestion.
