Способ снижения концентрации метана в рубце жвачных животных
METHOD FOR REDUCING THE CONCENTRATION OF METHANE IN THE RUMEN OF RUMINANTS

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для снижения концентрации метана в рубце жвачных.
Проблема глобального потепления требует незамедлительного разрешения и существенную роль в данной проблеме отводят вопросам снижения выбросам метана в атмосферу. Установлено, что отрасль животноводства составляет примерно 25 % в общемировом антропогенном выбросе метана и уменьшение производства метана в рубцах жвачных будет в значительной степени способствовать уменьшению атмосферного метана [1]. Помимо сокращения глобального потепления, сокращение производства метана в рубцах также уменьшит потери энергии [2]. До сих пор были разработаны различные стратегии для уменьшения выделения метана из рубца, такие как вакцинация, ингибирование 2-бромэтансульфоновой кислотой, антибиотиками, стимуляция, дефаунизация, адаптация к диете, предшественники пропионата или альтернативные акцепторы электронов [3].
Авторами доказано, что сапонины ингибируют простейших, а также ограничивают доступность водорода для метаногенеза [4]. В недавнем исследовании Holtshausen и соавт. заявили, что выявили снижение содержания метана при более высоких уровнях включения растительных препаратов, содержащих сапонин (15 г/кг сухого вещества и более) [5].
О способности растительных веществ смещать соотношение ацетата к бутирату описывается в работе [6] аналогичные результаты подтверждаются в исследовании [7] в которых указывается о способности фитонутриентов и фитобиотиков смещать ферментацию в сторону образования пропионата и бутирата с ингибированием метаногенеза.
Известен способ повышения рубцового пищеварения у жвачных животных крупного рогатого скота характеризующийся тем, что в их рацион вводят сухую композицию молекул фитобиотиков в дозировке 4,2 мг/кг сухого вещества (СВ) рациона [8]. Отличие данного изобретения в том, что оно обеспечивает лишь повышение интенсивности процессов целлюлозолитической и амилолитической активности, за счет увеличения численности данного вида микроорганизмов, участвующих в перевариваемости кормов.
Задачей нашего изобретения являлось снижение выработки метана в рубце жвачных животных с использованием лекарственных растений, a так же провести оценку их влияния на метаболические процессы в рубце и метаногенез.
II
Технический результат достигается тем, что при проведении исследований in vitro c помощью установки - инкубатора «ANKOM Daisy» (модификации D200 и D200I) в него вводили Inulae rhizomata et radices (девясила корневища и корни) в дозировке 3,0, 1,0 и 6,0 г/кг СВ; Artemisiae absinthil herba (полыни горькая трава) в дозировке 5,0, 2,0 и 10,0 г/кг СВ, способствующие снижению выработку метана в рубцовой жидкости. После инкубирования производили отбор проб воздуха для определения уровня метана на приборе «Кристаллюкс-2000М» методом газовой хроматографии.
Inulae rhizomata et radices содержат сапонины, эфирное масло (до 3 %), инулин (до 44 %) и незначительное количество алкалоидов. Обладает антисептическим, противовоспалительным, отхаркивающим, мочегонным, антгельминтным и кровоостанавливающим действием.
Artemisiae absinthil herba содержит эфирное масло (до 0,5 %), в его состав входят кислородные производные бициклических терпенов, туйиловый алкоголь-туйол, эфира туйола, эфиры туйола с уксусной, изовалериановой, пальметиновой кислотами; из моноциклических терпенов присутствует фелландрен, а из бициклических сесквитерпенов - каденен. Полынь горькая содержит также гликозид абсинтин, каротин, аскорбиновую кислоту, флавоноиды. Классическое горько-пряное желудочное средство, возбуждающее аппетит, усиливающее и стимулирующее деятельность пищеварительных органов.
Лабораторные исследования проводили в Испытательном центре ЦКП ФНЦ БСТ РАН с целью анализа уровня летучих жирных кислот (ЛЖК) в содержимом рубца определяли методом газовой хроматографии на хроматографе газовом «Кристаллюкс-4000М», определение форм азота по ГОСТ 26180-84.
В рубцовой жидкости конечным продуктом сбраживания углеводов являются ЛЖК. При высокой интенсивности бродильных процессов в рубце больший процент поступающих углеводов подвергается расщеплению, что приводит к количественному увеличению микробиоты рубца и следовательно повышению концентрации ЛЖК.
in vitro
В ходе исследований  установлено, что уровень ЛЖК в образцах при введении различных дозировок фитобиотических препаратов был различным (таблица 1).
Корневища и корни девясила во всех изучаемых дозировках, а также трава полыни в дозировке 2,0 г и 5,0 г показали одинаковый уровень уксусной кислоты в рубцовой жидкости. Концентрация уксусной кислоты в образце с присутствием травы полыни в дозировке 10 г/кг СВ была значительно выше чем в других образцах на 79,2 % (р≤0,05), также следует отметить, что в данной группе концентрация всех обнаруженных ЛЖК была выше чем в других образцах. Одинаковый уровень пропионовой кислоты был зафиксирован в образцах 2, 3, 4 и 5, выше на 56,7 % ее концентрация была в 1 образце и на 18,8 % в 6 образце. Низкая концентрация масляной кислоты была показана в образцах, содержащих девясил 6,0 г и полынь 5,0 г и 2,0 г, в присутствии полыни в дозировке 10,0 г уровень данной кислоты повышался на 90,5 % (р≤0,01).
Ниже на 64,6 % относительно 6 образца отмечена концентрация ЛЖК в рубцовой жидкости при исследовании 1 образца. Наименьший уровень ЛЖК зафиксировали в образце с травой полыни в дозировке 5,0 г, уровень валерьяновой и капроновой кислот в данной группе был минимальным и составил 9 и 8 ммоль/л.
Содержание азотистых компонентов рубцовой жидкости (РЖ) является одним из показателей степени усвояемости азота корма, а также общей направленности процессов рубцового пищеварения. Самая высокая концентрация общего азота в рубцовой жидкости была отмечена в 4 образце, а самая низкая в 1 и 2 образцах. Трава полыни показала большее содержание общего, небелкового и аммиачного азота в РЖ, чем корневища и корни девясила, причем не зависимо от концентрации (фигура 1).
Между концентрацией общего и белкового азота выявлена прямая взаимосвязь. Белковый азот был примерно на одном уровне в 1, 3, 5 и 6 образцах, в 4 образце он повышался на 45,1-47,7 %, во 2 образце на 15,7-19,7 %.
Трава полыни в дозировке 10,0 г на 1 кг СВ в большей степени снижали выработку метана, чем другие ее дозировки (р≤0,05), а именно при 2,0 г показала повышение уровня метана в РЖ на 36,5 % (р≤0,01), а при 5,0 г на 47,5 % (р≤0,01) (таблица 2).
min
max
4
2
Корневища и корни девясила в различных дозировках показали высокий уровень выработки метана, однако  и  вводимые дозировки данного фитобиотика показали снижение на 38,1-38,6 % метана в РЖ. Во всех группах отмечена прямая зависимость между уровнем СН и СО.
Источники информации:
1. Lassey K.R. Livestock methane emission and its perspective in the global methane cycle // Aust J Exp Agr. 2008. 48. 114-118.
2. Johnson K.A., Johnson D.E. Methane emis-sions from cattle // J Anim Sci 1995. 73. 2483-2492.
3. Bodas R., López S., Fernández M., García-gonzález R., Rodríguez A.B., Wallace R.J., González J.S. In vitro screening of the potential of numerous plant species as antimethanogenic feed additives for ruminants // Anim Feed Sci Technol. 2008. 145. 245-258.
4. Guo Y.Q., Liu J.X., Lu Y., Zhu W.Y., Denman S.E., McSweeney C.S. Effect of tea saponin on methanogenesis, microbial community structure and expression of mcrA gene, in cultures of rumen micro-organisms // Letters in Applied Microbiology. 2008. vol. 47, no. 5, pp. 421-426.
5. Holtshausen L., Chaves A.V., Beauchemin K.A. et al. Feeding saponin-containing Yucca schidigera and Quillaja saponaria to decrease enteric methane production in dairy cows» // Journal of Dairy Science. 2009. vol. 92, no. 6, pp. 2809-2821.
6. 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 // J Dairy Sci. 2014. 97(12) P. 7487-97. Doi: 10.3168/jds.2014-7989.
7. Oh J., Wall E.H., Bravo D.M., Hristov A.N. Host-mediated effects of phytonutrients in ruminants: A review // J Dairy Sci. 2017. 100(7) P. 5974-5983. Doi: 10.3168/jds.2016-12341.
8. Патент РФ на изобретение №2735230 Способ повышения рубцового пищеварения у жвачных животных крупного рогатого скота / Атландерова К.Н., Макаева А.М., Сизова Е.А., Мирошников С.А., Дускаев Г.К., Курилкина М.Я.; опубл. 29.10.2020 Бюл. № 31. 9 с.
Таблица 1
№ образца
Название
Дозировка, г/кг СВ
Концентрация летучих жирных кислот, ммоль/л
уксусная
Пропионовая
масляная
валерьяновая
капроновая
1
<i>Inulae rhizomata et radices</i>
3,0
16±0,02
30±0,01
29±0,04
21±0,06
11±0,002
2
1,0
16±0,04
13±0,02
26±0,06
12±0,004
8±0,002**
3
6,0
16±0,04
13±0,01
11±0,01*
9±0,004
29±0,06*
<i>4</i>
<i>Artemisiae absinthil herba</i>
5,0
16±0,12
13±0,02
11±0,01*
9±0,002
8±0,001**
5
2,0
16±0,06
13±0,01
11±0,02*
14±0,02
40±0,04*
6
10,0
77±0,04*
16±0,04
116±0,04**
63±0,02
30±0,02*
Примечание: * - Р≤0,05; ** - Р≤0,01; *** - Р≤0,001
Таблица 2
№ образца
Название
Дозировка, г/кг СВ
Концентрация метана СН<sub>4</sub><i>in vitro</i>
СН<sub>4</sub>, мг/м<sup>3</sup>
Эквивалент СО<sub>2 </sub><i>е</i>/г
1
<i>Inulae rhizomata et radices</i>
3
21500±10,26
537,5±4,36
2
1
13300±9,74*
332,5±5,12*
3
6
13200±9,16*
330±4,22*
<i>4</i>
<i>Artemisiae absinthil herba</i>
5
17900±10,54**
447,5±5,16**
5
2
14800±10,12**
370±4,26*
6
10
9400±8,58*
235±4,10*