Метаболические параметры и интенсивность метанообразования в рубцовой жидкости in vitro при тестировании рационов с добавками растительных препаратов и CoCl2

Автор: Шейда Е.В., Рязанов В.А., Дускаев Г.К.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Метаболизм, микробиота, кормление

Статья в выпуске: 4 т.58, 2023 года.

Бесплатный доступ

Для получения экологически безопасной продукции при выращивании крупного рогатого скота необходимо включать в рационы животных биологически активные вещества, повышающие эффективность использования питательных компонентов корма. Некоторые из этих соединений применяются в качестве модификаторов функции рубца (чаще по отдельности, а не в комплексах). В настоящей работе впервые описаны изменения метаболических параметров в рубцовой жидкости бычков казахской белоголовой породы в тестах in vitro с образцами рациона, содержащими добавки фитопрепаратов и хлорида кобальта, определены их наиболее эффективные сочетания и дозировки. При использовании комплекса Artemisiae absinthil herba (2,0 г/кг СВ) и CoCl2 (1,5 мг/кг СВ) было установлено повышение переваримости сухого вещества, увеличение активности пищеварительных ферментов и содержания метаболитов в рубцовой жидкости, а также снижение образования метана. Использование комплекса Salviae folia (1,6 г/кг СВ) и CoCl2 (1,5 мг/кг СВ) привело к максимальному снижению образования метана. Цель работы - изучить влияние растительных препаратов и хлорида кобальта отдельно и совместно на изменение метаболических параметров в рубцовой жидкости бычков методом in vitro. Опыты проводили в 2021 году в ЦКП БСТ РАН (г. Оренбург). У бычков ( Bos taurus taurus ) казахской белоголовой породы ( N = 4, средняя масса 250-265 кг, возраст 9-10 мес) через хроническую фистулу рубца отбирали пробы рубцовой жидкости (РЖ) спустя 12 ч после кормления. Для тестирования in vitro c РЖ были приготовлены I контрольный рацион, включавший 70 % грубых кормов (сено луговое разнотравное) и 30 % концентрированных кормов (ячмень дробленый), и пять опытных образцов, в состав которых входили дополнительные компоненты: II - CoCl2 (1,5 мг/кг СВ; ООО «НПК «Асконт+», Россия) , III - Salviae folia (1,6 г/кг СВ), IV - Artemisiae absinthil herba (2,0 г/кг СВ), V - Salviae folia (1,6 г/кг СВ) + CoCl2 (1,5 мг/кг СВ), VI - Artemisiae absinthil herba (2,0 г/кг СВ) + CoCl2 (1,5 мг/кг СВ). Каждый образец РЖ от 4 животных тестировали 4-кратно ( n = 16). Образцы корма массой 500 мг раскладывали в полиамидные мешочки, которые затем помещались в инкубатор в смесь буферного раствора с рубцовой жидкостью на 48 ч при 39,5 °С. По окончании инкубации образцы промывали и высушивали при температуре 60 °С до постоянной массы. Вычисляли коэффициент переваримости сухого вещества in vitro. Проводили отбор проб воздуха отдельно из каждой емкости для определения содержания метана на приборе Кристаллюкс-2000М (ООО «НПФ «Мета-хром», Россия) методом газовой хроматографии. Количество летучих жирных кислот (ЛЖК) определяли методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием на газовом хроматографе Кристаллюкс-4000М. Анализ содержания различных форм азота проводили на оборудовании фирмы «Millab» (Италия) методом Кьельдаля. Активность амилазы измеряли по Смиту-Рою в модификации по Аносону для определения высокой активности фермента в панкреатическом соке. Активность протеолитических ферментов оценивали по количеству расщепленного казеина, очищенного по Гаммерстену, при колориметрическом контроле (λ = 450 нм). Сухое вещество биосубстратов определяли методом высушивания до постоянной массы при 60 °С. Установлено, что фитовещества Salviae folia и Artemisiae absinthil herba смещали ферментацию в сторону пропионата и бутирата. Присутствие A. absinthil herba усиливало интенсивность метаболизма азота в РЖ, при этом отмечали увеличение количества общего азота на 11,6 %, небелкового азота - на 144,3 %, аммиачного азота - на 71,4 %, мочевинного - на 31,7 % (р £ 0,05). При добавлении фитовеществ значительно увеличивалась активность амилазы, протеаз, концентрация летучих жирных кислот, однако повышалось количество метана. Комбинации фитовеществ и хлорида кобальта оказывали положительное влияние на процессы ферментации in vitro. Максимальный эффект был выявлен при использовании A. absinthil herba и хлорида кобальта: зафиксировано повышение переваримости сухого вещества при снижении образования метана на 2,1 %, увеличении активности пищеварительных ферментов, а также концентрации летучих жирных кислот в РЖ.

Еще

Artemisiae absinthil herba, трава полыни, salviae folia, листья шалфея, фитовещества, хлорид кобальта, азот, летучие жирные кислоты, метан, пищеварительные ферменты,

Короткий адрес: https://sciup.org/142239847

IDR: 142239847   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2023.4.713rus

Список литературы Метаболические параметры и интенсивность метанообразования в рубцовой жидкости in vitro при тестировании рационов с добавками растительных препаратов и CoCl2

  • Chattopadhyay M.K. Use of antibiotics as feed additives: a provocative question. Frontiers in Microbiology, 2014, 5: 1-3 (doi: 10.3389/fmicb.2014.00334).
  • Khiaosa-ard R., Zebeli Q. Meta-analysis of the effects of essential oils and their bioactive com-pounds on rumen fermentation characteristics and feed efficiency inruminants. Journal of Animal Science, 2013, 91(4): 1819-1830 (doi: 10.2527/jas.2012-5691).
  • National Research Council. Nutrient requirements of small ruminants: sheep, goats, cervids, and new world camelids. National Academies Press, Washington, DC, 2007.
  • Oh J., Hristov A.N. Effects of plant-derived bioactive compounds on rumen fermentation, nutrient utilization, immune response, and productivity of ruminant animals. In: Medicinal and aro-matic crops: production, phytochemistry, and utilization /V.D. Jeliazkov (Zheljazkov), C.L. Cantrel (eds.). American Chemical Society Publications, 2016, Washington, DC: 167-186 (doi: 10.1021/bk-2016-1218.ch011).
  • Oh J., Wall E.H., Bravo D.M., Hristov A.N. Host-mediated effects of phytonutrients in rumi-nants: a review. Journal of Dairy Science, 2017, 100(7): 5983-5983 (doi: 10.3168/jds.2016-12341).
  • Kuralkar P., Kuralkar S.V. Role of herbal products in animal production — an updated review. Journal of Ethnopharmacology, 2021, 278: 114246 (doi: 10.1016/j.jep.2021.114246).
  • Devant M., Anglada A., Bach A. Effects of plant extract supplementation on rumen fermentation and metabolism in young Holstein bulls consuming high levels of concentrate. Animal Feed Science and Technology, 2007, 137(1-2): 46-57 (doi: 10.1016/J.ANIFEEDSCI.2006.10.003).
  • Bampidis V.A., Christodoulou V., Florou-Paneri P., Christaki E. Effect of dried oregano leaves versus neomycin in treating newborn calves with colibacillosis. Journal of Veterinary Medicine Series, 2006, 53(3): 154-156 (doi: 10.1111/J.1439-0442.2006.00806.X).
  • Calsamiglia S., Busquet M., Cardozo P.W., Castellanos L., Ferret A. Invited review Essential oils as modifiers of rumen microbial fermentation. Journal of Dairy Science, 2007, 90(6): 2580-2595 (doi: 10.3168/JDS.2006-644).
  • Franz C.K., Baser H.C., Windisch W. Essential oils and aromatic plants in animal feeding a European perspective. A review. Flavour and Fragrance Journal, 2010, 25(5): 327-340 (doi: 10.1002/FFJ.1967).
  • Sheida E.V., Ryazanov V.A., Denisenko K.S., Shoshina O.V. Changes in the concentration of methane in the ecosystem in vitro against the background of Asteraceae family plants biomass. BIO Web of Conferences, 2022, 42: 01015 (doi: 10.1051/bioconf/20224201015).
  • Kumar M., Kumar V., Roy D., Kushwaha R., Vaswani S. Application of herbal feed additives in animal nutrition — a review. International Journal of Livestock Research, 2014, 4(9): 1-8 (doi: 10.5455/ijlr.20141205105218).
  • Stangl G., Schwarz F., Müller H., Kirchgessner M. Evaluation of the cobalt requirement of beef cattle based on vitamin B12, folate, homocysteine and methylmalonic acid. British Journal of Nutrition, 2000, 84(5): 645-653 (doi: 10.1017/S0007114500001987).
  • González-Montaña J.R., Escalera-Valente F., Alonso A.J., Lomillos J.M., Robles R., Alonso M.E. Relationship between vitamin B12 and cobalt metabolism in domestic ruminant: an update. Animals, 2020, 10(10): 1855 (doi: 10.3390/ani10101855).
  • Dezfoulian A.H., Aliarabi H. A comparison between different concentrations and sources of cobalt in goat kid nutrition. Animal, 2017, 11(4): 600-607 (doi: 10.1017/S175173111600197X).
  • Lei Z., Zhang K., Li C., Jiao T., Wu J., Wei Y., Tian K., Li C., Tang D., Davis D.I., Casper D.P., Jiang H., Wang X., Wang J. Ruminal metagenomic analyses of goat data reveals potential func-tional microbiota by supplementation with essential oil-cobalt complexes. BMC Microbiol., 2019, 19(1): 30 (doi: 10.1186/s12866-019-1400-3).
  • Abdelsalam E., Samer M., Attia Y.A., Abdel-Hadi M.A., Hassan H.E., Badr Y. Effects of Co and Ni nanoparticles on biogas and methane production from anaerobic digestion of slurry. Energy Conversion and Management, 2017, 141: 108-119 (doi: 10.1016/j.enconman.2016.05.051).
  • Калашников А.П., Фисинин В.И, Щеглов В.В., Клейменов Н.И Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие, 3-е изд. переработанное и дополненное. М., 2003.
  • Tassone S., Fortina R., Peiretti P.G. In vitro techniques using the DaisyII incubator for the assessment of digestibility: a review. Animals, 2020, 10(5): 775 (doi: 10.3390/ani10050775).
  • Amin N., Tagliapietra F., Arango S., Guzzo N., Bailoni L. Free and Microencapsulated essential oils incubated in vitro: ruminal stability and fermentation parameters. Animals, 2021, 11(1): 180 (doi: 10.3390/ani11010180).
  • Pashtetsky V., Ostapchuk P., Kuevda T., Zubochenko D., Yemelianov S., Uppe V. Use of phy-tobiotics in animal husbandry and poultry. E3S Web of Conferences, 2020: 02002 (doi: 10.1051/e3sconf/202021502002).
  • Gartner R., Young J., Pepper P.M. Hepatic copper concentration of steers grazing pastures on developed wet heath land in southeastern Queensland. Australian Journal of Experimental Agricul-ture and Animal Husbandry, 1968, 8(35) 679-682.
  • Батоев Ц.Ж. Динамика сокоотделения и выделение ферментов поджелудочной железы у птиц. Физиологический журнал СССР имени И.М. Сеченова, 1972, 58(11): 1771-1773.
  • Батоев Ц.Ж. Фотометрическое определение активности протеолитических ферментов поджелудочного сока по уменьшению концентрации казеина. Вопросы физиологии и патологии животных: Сборник трудов Бурятского государственного сельскохозяйственного института, 1971, 25: 22-26.
  • Lee S.S., Kim D.H., Paradhipta D.H.V., Lee H.J., Yoon H., Joo Y.H., Adesogan A.T., Kim S.C. Effects of wormwood (Artemisia montana) essential oils on digestibility, fermentation indices, and microbial diversity in the rumen. Microorganisms, 2020, 8(10): 1605 (doi: 10.3390/microorgan-isms8101605).
  • Villalba J.J., Provenza F.D., Olson K.C. Terpenes and carbohydrate source influence rumen fer-mentation, digestibility, intake, and preference in sheep. J. Anim. Sci., 2006, 84(9): 2463-2473 (doi: 10.2527/jas.2005-716).
  • Nagy J.G., Tengerdy R.P. Antibacterial action of essential oils of Artemisia as an ecological factor. II. Antibacterial action of the volatile oils of Artemisia tridentata (big sagebrush) on bacteria from, 1968, 16(3): 441-444 (doi: 10.1128/am.16.3.441-444.1968).
  • Wu J.P., Zhou R., Liu L.S., Casper D.P., Lang X., Wang C.L., Zhang L.P., Wei S., Liu H.B. Growth performance, nutrient digestibility, blood parameters, and carcass characteristics by lambs fed an oregano and cobalt blend. Animal, 2021, 15(10): 100365 (doi: 10.1016/j.animal.2021.100365).
  • Batiha G.E.-S., Olatunde A., El-Mleeh A., Hetta H.F., Al-Rejaie S., Alghamdi S., Zahoor M., Magdy Beshbishy A., Murata T., Zaragoza-Bastida A., Rivero-Perez N. Bioactive compounds, pharmacological actions, and pharmacokinetics of wormwood (Artemisia absinthium). Antibiotics, 2020, 9(6): 353 (doi: 10.3390/antibiotics9060353).
  • Ayrle H., Mevissen M., Kaske M., Nathues H., Gruetzner N., Melzig M., Walkenhorst M. Me-dicinal plants — prophylactic and therapeutic options for gastrointestinal and respiratory diseases in calves and piglets? A systematic review. BMC Vet. Res., 2016, 6(12): 89 (doi: 10.1186/s12917-016-0714-8).
  • Kim S.С., Adesogan А.T., Kim J.H., Ko Y.D. Influence of replacing rice straw with wormwood (Artemisia montana) silage on feed intake, digestibility and ruminal fermentation characteristics of sheep. Animal Feed Science and Technology, 2006, 128(1-2): 1-13 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2005.09.011).
  • Bishehsari S., Tabatabaei M.M., Aliarabi H., Alipour D., Zamani P., Ahmadi A. Effect of dietary cobalt supplementation on plasma and rumen metabolites in Mehraban lambs. Small Ruminant Research, 2010, 90(1-3): 170-173 (doi: 10.1016/J.SMALLRUMRES.2010.02.010).
  • Kadim I.T., Johnson E.H., Mahgoub O., Srikandakumar A., Al-Ajmi D., Ritchie A., Annama-lai K., Al-Halhali A.S. Effect of low levels of dietary cobalt on apparent nutrient digestibility in Omani goats. Animal Feed Science and Technology, 2003, 109(1-4): 209-216 (doi: 10.1016/S0377-8401(03)00174-3).
  • Hart K.J., Yáñez-Ruiz D.R., Duval S.M., McEwan N.R., Newbold C.J. Plant extracts to manip-ulate rumen fermentation. Animal Feed Science and Technology, 2008, 147(1-3): 8-35 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2007.09.007).
  • Mamache W., Amira S., Ben Souici C., Laouer H., Benchikh F. In vitro antioxidant, anticho-linesterases, anti--amylase, and anti--glucosidase effects of Algerian Salvia aegyptiaca and Salvia verbenaca. J. Food. Biochem., 2020, 44(11): e13472 (doi: 10.1111/jfbc.13472).
  • Bursal E., Aras A., Kılıç Ö., Taslimi P., Gören A.C., Gülçin İ. Phytochemical content, antioxidant activity, and enzyme inhibition effect of Salvia eriophora Boiss. & Kotschy against acetylcholin-esterase, -amylase, butyrylcholinesterase, and -glycosidase enzymes. J. Food. Biochem., 2019, 43(3): 12776 (doi: 10.1111/jfbc.12776).
  • Liang Y.H., Li P., Huang Q.F., Zhao J.X., Liu X., Dai M.K. Salvianolic acid B in vitro inhibited matrix metalloproteinases-1, -2, and -9 activities. Zhong Xi Yi Jie He Xue Bao, 2009, 7(2): 145-150 (doi: 10.3736/jcim20090210).
  • Kim H.M., Jang B., Cheon Y.E., Suh M.P., Suh J. Proteolytic activity of Co(III) complex of 1-oxa-4,7,10-triazacyclododecane: a new catalytic center for peptide-cleavage agents. J. Biol. Inorg. Chem., 2009, 14(1): 151-157 (doi: 10.1007/s00775-008-0434-z).
  • Ur Rashid M., Alamzeb M., Ali S., Ullah Z., Shah Z.A., Naz I., Khan M.R. The chemistry and pharmacology of alkaloids and allied nitrogen compounds from Artemisia species: a review. Phy-totherapy Research, 2019, 33(10): 2661-2684 (doi: 10.1002/ptr.6466).
  • Klevenhusen F., Muro-Reyes A., Khiaosa-ard R., Metzler-Zebeli B.U., Zebeli Q. A meta-analysis of effects of chemical composition of incubated diet and bioactive compounds on in vitro ruminal fermentation. Animal Feed Science and Technology, 2012, 176(1-4): 61-69 (doi: 10.1016/j.anifeedsci.2012.07.008).
  • Kholif A.E., Matloup O.H., Morsy T.A., Abdo M.M., Abu Elella A.A., Anele U.Y., Swan-son K.C. Rosemary and lemongrass herbs as phytogenic feed additives to improve efficient feed utilization, manipulate rumen fermentation and elevate milk production of Damascus goats. Jour-nal of Livestock Science, 2017, 204: 39-46 (doi: 10.1016/j.livsci.2017.08.001).
  • Kholif A.E., Olafadehan O.A. Essential oils and phytogenic feed additives in ruminant diet: Chemistry, ruminal microbiota and fermentation, feed utilization and productive performance. Pharmacological Reviews, 2021, 20: 1087-1108 (doi: 10.1007/S11101-021-09739-3).
  • Patra A.K. Dietary phytochemicals and microbes. Springer, New York, 2012 (doi: 10.1007/978-94-007-3926-0).
  • Patra A.K., Saxena J. Exploitation of dietary tannins to improve rumen metabolism and ruminant nutrition. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2011, 91(1): 24-37 (doi: 10.1002/jsfa.4152).
  • Tiffany M.E., Fellner V., Spears J.W. Influence of cobalt concentration on vitamin B12 produc-tion and fermentation of mixed ruminal microorganisms grown in continuous culture flow-through fermenters. Journal of Animal Science, 2006, 84(3): 635-640 (doi: 10.2527/2006.843635x).
  • Kennedy D.G., Blanchflower W.J., Scott J.M., Weir D.G., Molloy A.M., Kennedy S., Young P.B. Cobalt-vitamin B12 deficiency decreases methionine synthase activity and phospho-lipids methylation in sheep. The Journal of Nutrition, 1992, 122(7): 1384-1392 (doi: 10.1093/JN/122.7.1384).
  • Kennedy D.G., Young P.B., McCaughey W.J., Kennedy S., Blanchflower W.J. Rumen succinate production may ameliorate the effects of cobalt-vitamin B-12 deficiency on methylmalonyl CoA mutase in sheep. The Journal of Nutrition, 1991, 121(8): 1236-1242 (doi: 10.1093/JN/121.8.1236).
  • Jouany J.-P., Morgavi D.P. Use of ‘natural’ products as alternatives to antibiotic feed additives in ruminant production. Animals, 2007, 1(10): 1443-1466 (doi: 10.1017/S1751731107000742).
  • Hashemzadeh-Cigari F., Ghorbani G.R., Khorvash M., Riasi A., Taghizadeh A., Zebeli Q. Sup-plementation of herbal plants differently modulated metabolic profile, insulin sensitivity, and ox-idative stress in transition dairy cows fed various extruded oil seeds. Preventive Veterinary Medicine, 2015, 118(1): 45-55 (doi: 10.1016/j.prevetmed.2014.10.013).
  • Hashemzadeh-Cigari F., Khorvash M., Ghorbani G.R., Kadivar M., Riasi A., Zebeli Q. Effects of supplementation with a phytobiotics-rich herbal mixture on performance, udder health, and metabolic status of Holstein cows with various levels of milk somatic cell counts. Journal of Dairy Science, 2014, 97(12): 7487-7497 (doi: 10.3168/jds.2014-7989).
  • Patra A., Park T., Kim M., Yu Z. Rumen methanogens and mitigation of methane emission by anti-methanogenic compounds and substances. Journal of Animal Science and Biotechnology, 2017, 8: 13.
  • Dinakarkumar Y., Rajabathar J.R., Arokiyaraj S., Jeyaraj I., Anjaneyulu S.R., Sandeep S., Karthik C.S., Appaturi J.N., Wilson L.D. Anti-methanogenic effect of phytochemicals on methyl-coenzyme-M-reductase-Potential: in silico and molecular docking studies for environmental pro-tection. Micromachines, 202, 12(11): 1425 (doi: 10.3390/mi12111425).
  • Kim E.T., Moon Y.H., Min K.-S., Kim C.-H., Kim S.C., Ahn S.K., Lee S.S. Changes in mi-crobial diversity, methanogenesis and fermentation characteristics in the rumen in response to medicinal plant extracts. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 2013, 26(9): 1289-1294 (doi: 10.5713/ajas.2013.13072).
  • Petrič D., Mravčáková D., Kucková K., Čobanová K., Kišidayová S., Cieslak A., Ślusarczyk S., Váradyová Z. Effect of dry medicinal plants (wormwood, chamomile, fumitory and mallow) on in vitro ruminal antioxidant capacity and fermentation patterns of sheep. Journal of Animal Phys-iology and Animal Nutrition, 2020, 104(5): 1219-1232 (doi: 10.1111/jpn.13349).
Еще
Статья научная