КОРМОВАЯ ДОБАВКА ДЛЯ КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА
FODDER ADDITIVE FOR CATTLE

Изобретение относится к отрасли сельского хозяйства и может быть использовано для профилактики заболеваний и регулирования пищеварительных процессов в желудочно-кишечном тракте жвачных животных.
Жвачные животные используют свои симбиотические микроорганизмы в рубце для гидролиза растительных волокон и выработки энергии и других питательных веществ [1]. Микробиота рубца состоит из бактерий, архей, простейших, грибов и бактериофагов [2]. В микробном консорциуме было показано, что эукариотическое сообщество (простейшие и грибы) составляет приблизительно половину общей микробной биомассы [3] и, как полагают, играет критическую роль в деградации лигноцеллюлозных частиц компонентов корма [4, 5].
Кроме того, рубцовый микробном оказывает большое влияние на здоровье жвачных и производительность, а различные растительные экстракты способны модулировать микробном [6, 7] улучшая пищеварение и ферментацию корма [8, 9].
Некоторые растительные вторичные соединения оказывают влияние на содержание метана in vitro, продукцию аммиака [10, 11] и популяцию простейших и бактерий в рубце [12, 13].
Интересно использование про- и пребиотиков в животноводстве, некоторые из них показали, что могут избирательно стимулировать рост эндогенных молочнокислых и бифидобактерий в кишечнике, улучшая здоровье хозяина [14, 15]. Пребиотические вещества избирательно стимулируют рост и активность одного или небольшого числа бактериальных видов, уже обитающих в толстой кишке и, таким образом, улучшая состояние здоровья животного [16].
Так известна добавка для телят на основе арабиногалактанов, выделенных из древесины сибирской лиственницы, которую вводят в молочные корма в течение 30 дней в качестве пребиотика и витаминного препарата [17].
Известна фитоферментная кормовая добавка для телят, включающая смесь из трех видов лекарственных растений - подорожника большого, горца птичьего и ромашки аптечной, углеводно-энергетического комплекса в виде глюкозы и фруктозы, минеральной части, состоящей из микроэлементов селена и цинка в органической форме, витаминной части - аскорбиновой кислоты, сычужного фермента - пепсина говяжьего, взятых в соотношении, мас. %: подорожник большой - 5,0; горец птичий - 6,0; ромашка аптечная - 6,0; глюкоза - 20,0; фруктоза - 30,0; селеносодержащий препарат «Сел-Плекс» - 1,0; цинкосодержащий препарат «Биоплекс Цинк» - 1,0; аскорбиновая кислота - 30,0; пепсин говяжий - 1,0 [18].
Известен способ профилактики дисбактериозов у телят с применением пребиотиков «Кумелакт» (на основе медового экстракта семян тыквы с концентратом лактулозы и яблочной кислоты) и «Лактумин» (на основе экстракта топинамбура с концентратом лактулозы и янтарной кислоты) [19].
Известна кормовая добавка для молодняка крупного рогатого скота (КРС) мясных пород. Она содержит пребиотик инулин и пробиотические микроорганизмы, адсорбированные на носителе. В качестве пробиотических микроорганизмов используют Lactobacillus acidofilus и Streptococcus faecium, а в качестве носителя используют экструдированные в горячем режиме пшеничные отруби. Суточная доза кормовой добавки составляет 2,63 г/кг сухого вещества рациона и содержит 54% инулина и 46% экструдированных пшеничных отрубей с адсорбированными на них пробиотическими микроорганизмами. В качестве носителя могут использоваться пшеничные отруби, увлажненные раствором карбамида в воде при соотношении карбамида к воде 1:1 и экструдированные в горячем режиме при влажности 19-22%, температуре 120-140°С и давлении 12-20 МПа и при соотношении пшеничных отрубей - 90% и карбамида - 10%. Скармливание кормовой добавки обеспечивает повышение коэффициента переваримости сырого протеина, обеспечивает повышение интенсивности роста и повышение продуктивности молодняка крупного рогатого скота мясных пород [20].
Известен способ регулирования пищеварительных процессов в рубце жвачных животных [21]. Способ предусматривает регулирование режима скармливания кормовых средств с высоким содержанием органических кислот и крахмала. При этом при проведении опыта на фистульных животных осуществляют инкубирование навесок нейтрально-детергентной клетчатки грубого корма в рубце, предварительно переведенных на опытный рацион, с последующим определением переваримости и концентрации водородных ионов рубцовой жидкости через каждый час в течение 9 часов для выявления оптимального уровня гидролиза компонентов корма. В дальнейшем используют 5-кратный режим скармливания при выращивании молодняка крупного рогатого скота. Это позволяет увеличить целлюлозолитическую активность бактерий рубца на 4-5%, среднесуточный прирост животных на 6-8%, рентабельность производства живой массы на 4-7%.
Известны добавки с фибролитическим ферментом для повышения усвояемости бобовых кормов и зерновых кормов для жвачных животных [22].
Известен способ получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для животных [23]. Способ получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для животных включает перемешивание предварительно обработанного целлюлозосодержащего сырья с питательными добавками, внесение микроорганизмов, выдерживание и последующую обработку. В качестве целлюлозосодержащего сырья используют лузгу подсолнечника и свекловичный жом.
Известен способ регулирования ферментации в рубце жвачных животных [24], предусматривающий введение в состав комбикормов буферной смеси, содержит новое сочетание и вид буферных солей и имеет следующий состав: компоненты буферной смеси вводят в комбикорм в % от его веса: натрий углекислый однозамещенный 1,0; калий углекислый однозамещенный 0,5; кальций углекислый 0,5. Предварительно проводят помол навесок компонентов буферной смеси до частиц 0,1-0,3 мм, перемешивают между собой, к полученной буферной смеси добавляют 10-кратное количество комбикорма от веса буферной смеси и равномерно вводят полученную смесь компонентов и комбикорма в основную массу комбикорма.
Задачей изобретения является увеличение эффективности действия пробиотических средств с использованием доступных лекарственных растительных экстрактов, способствующих улучшению пищеварения и повышению продуктивности животных, а также сокращению использования кормовых антибиотиков и химиотерапевтических средств при лечении.
Технический результат достигается введением в рацион молодняка крупного рогатого скота кормовой добавки, включающей смесь сухого экстракта Quercus cortex (5%), маннаноолигосахариды (20%), бета-глюканы (8%) отруби пшеничные (67%) до 100%, способствующая снижению в рубце представителей грамотрицательных бактерий филума Proteobacteria и увеличению целлюлозолитических эукариотов (грибков) филумов Ascomycota и Neocallimastigomycota.
Маннанолигосахариды (MOS) представляют собой глюциды, полученные из дрожжевой клетки Saccharomyces cerevisiae. Использование MOS для блокирования колонизации патогенными микроорганизмами обусловлено представлением о том, что определенные полисахариды могут быть использованы для блокирования механизма распознавания и адгезии потенциальных патогенов к молекулам на поверхности тканей хозяина (конкуренция за место прикрепления).
β-глюканы представляют собой группу биологически активных волокон или полисахаридов из природных источников с доказанным медицинским значением. Известно, что β-глюканы обладают противоопухолевой, противовоспалительной, антиаллергической, антиостеопорозной и иммуномодулирующей активностями.
Экстракт коры дуба (Quercus cortex), малотоксичный [25], обладает антибактериальной и антикворум активностью [26], способствует повышению продуктивности животных [27].
Кормовую добавку готовят следующим образом:
Смесь сухого экстракта Quercus cortex (5%) - экстракция в воде 50 г/200 мл (30 мин/70°С), с последующим высушиванием до сухого вещества (60°С, в течение 24 час).
Смесь маннаноолигосахариды (20%) + бета-глюканы (8%)
Отруби пшеничные - до 100%,
Соответствующие вещества смешивают. Затем кормовую добавку смешивают с кормом. Технология приготовления кормовой добавки проста, не требует нагрева, сохраняя все ее полезные свойства. Это повышает ее эффективность, не требует дорогостоящего оборудования, что снижает ее себестоимость.
Пример.
Объект исследования - бычки красной степной породы, 12 мес.возраста, с хроническими фистулами рубца.
Рацион кормления: 70% из грубых кормов (сено люцерны и суданской травы) и 30% гранул в которых содержалось зерно ячменя, пшеничные отруби, отходы подсолнечного масла, известняк, соль, витамины и премикс.Химический состав рациона: (г/кг СВ (сухого вещества) составляла 165 нераспадаемого протеина, 485 нейтрально детергентной клетчатки, 47 сырых жиров, 85 золы и обменной энергии 10,0 МДж/кгСВ. Корм задавался два раза в день и животные имели свободный доступ к питьевой воде.
Контрольная группа получала основной рацион (ОР), предусмотренный в соответствии с нормами кормления для животных на откорме [28], 1 опытная группа - ОР + пребиотик (смесь маннаноолигосахариды 20%+бета-глюканы 8%; отруби пшеничные до 100%; в дозе 0,075 г/кг живой массы тела или 15 г/гол/сут); 2 опытная группа - ОР+сухой экстракт Quercus cortex (в дозе 0,05 г/кг живой массы тела или 10 г/гол/сут или); 3 опытная группа - ОР + пребиотик + экстракт Quercus cortex (смесь сухого экстракта Quercus cortex 5%, маннаноолигосахариды 20%, бета-глюканы 8%, отруби пшеничные до 100%; в дозе 0,25 г/кг живой массы тела или 50 г/гол/сут).
Период исследования 60 дней, в т.ч. 45 - учетный период. Отбор проб рубцовой жидкости проводили ч/з 3 часа после кормления.
Методы исследования.
Оценка микробного биоразнообразия включала: отбор проб, выделение, очистку, измерение концентраций ДНК, проведение ПЦР, валидацию и нормализацию библиотек с последующим секвенированием на платформе высокопроизводительного секвенатора MiSeq Illumina (США). Биоинформатическая обработка результатов осуществлялась с использованием программы PEAR (Pair-End AssembeR, PEAR vO.9.8) [29].
Целлюлозолитическая активность микрофлоры рубца крупного рогатого скота оценивалась методом in vivo с использованием нейлоновых мешочков и источников целлюлозы, помещаемых в рубец животных через фистулу рубца. Экспозиция - 24 часа, с последующим промыванием и высушиванием до постоянного веса при температуре 60°С. Разница между первоначальным и конечным весами источников целлюлозы выражалась в процентах.
Результаты исследований.
Анализ данных показал, что микробиоценоз рубца КРС до кормления животных на 82,1% представлен бактериями и на 17,9% микроскопическими грибами. Применение в рационе пребиотика и пребиотика совместно с экстрактом приводило к росту числа грибов на 76,5 и 71% через 3 часа после кормления и сокращению числа бактерий (табл.1).
Бактериологический состав рубца КРС до кормления был представлен такими филумами как: Firmicutes (32,4% от контроля), Saccharibacteria (18,7% от контроля), Proteobacteria (12,8% от контроля), Fibrobacteres (5,04% от контроля) и др. (1% от контроля), где доминирующими классами являлись Bacilli (17,3% от контроля), Gammaproteobacteria (12,8% от контроля), Bacteroidia (30,1% от контроля) и Clostridia (11,1% от контроля). Видовой разнообразие было представлено бактериями, относящимися к таким родам как: Lactobacillus (13,9% от контроля), Prevotella (18,1% от контроля), Escherichia (5,04% от контроля), Enterobacter (5,25% от контроля), Fibrobacter (5,04% от контроля) и др. Наиболее многочисленными в образцах являлись Lactobacillus salivarius (13% от контроля) и Prevotella ruminicola (2,94% от контроля) (табл. 2).
Внесение пребиотика в рацион способствовало значительному увеличению числа бактерий в рубце относящихся к филуму Bacteroidetes на 24,3% от контроля, и снижению численности Firmicutes на 17,6%, Saccharibacteria на 16,1% в сравнении с контролем и Fibrobacteres до менее 2% от общего числа.
Полученные данные отражали увеличение содержания бактерий классов Bacteroidia на 24,3% от контроля, и уменьшение количества микроорганизмов класса Clostridia на 2,92% от контроля. В большей степени среди идентифицированных семейств отмечалось увеличение числа бактерий, относящихся к таксону Bacteroidaceae на 30% от контроля, и уменьшение количества представителей семейства Prevotellaceae на 2,6% и семейств Lactobacillaceae, Ruminococcaceae, Clostridiaceae, Lachnospiraceae Acidaminococcaceae, Moraxellaceae, Enterobacteriaceae и др. до менее 2% от общего числа. Изменения видового состава были связаны с повышением количества бактерий, относящихся к таким родам как: Bacteroides (до 30% от общего числа) и со снижением числа микроорганизмов Prevotella (на 2,6%), Escherichia (до менее 2% от общего числа), Enterobacter (до менее 2% от общего числа), Fibrobacter (до менее 2% от общего числа) и Lactobacillus (до менее 2% от общего числа).
Использование в рационе смеси из пебиотика и экстракта способствовало увеличению числа бактерий филумов Bacteroidetes и Fibrobacteres на 40,5 и 16,3% от контроля, и снижению численности филумов Firmicutes на 2,51% и Saccharibacteria до менее 2% от общего числа.
Изменения в соотношении микроорганизмов были связаны с увеличением числа бактерий класса Bacteroidia на 40,5% от контроля, Fibrobacteria на 16,3%, и снижением численности класса Bacilli до менее 2% от общего числа и Clostridia на 5,35% от контроля. В рамках таксона Clostridia наблюдалось снижение числа микроорганизмов Lachnospiraceae (на 4,2%) и Clostridiaceae (до менее 2% от общего числа), тогда как в пределах таксонов Bacteroidia и Fibrobacteria отмечалось повышение процента бактерий, относящихся к семействам Prevotellaceae (на 45,9%) и Fibrobacteraceae (на 16,3%). В видовом составе отмечалось в сравнении с контролем снижение численности бактерий, относящихся к таким родам как: Escherichia (до менее 2% от общего числа), Enterobacter (до менее 2% от общего числа) и др., и увеличение микроорганизмов Fibrobacter (на 16,3%) и Prevotella (на 47,2%).
Исследование таксономического разнообразия микроскопических грибов рубца КРС до кормления показало, что большинство выявленных микроорганизмов относилось к отделам Ascomycota (43,3% от общего числа) и Chytridiomycota (16,9% от общего числа), представленных в основном классами Saccharomycetes (43,3% от общего числа) и Chytridiomycetes (16,9% от общего числа). Анализ видового разнообразия показал, что наиболее многочисленными были микроорганизмы относящиеся к такиму роду как Vanderwaltozyma (19,2% от контроля), все остальные выявленные микроорганизмы относились к таксонам, процентное содержание каждого из которых составляло менее 2% от общего числа (табл. 2).
Пребиотик при введении в рацион вызывал увеличение числа представителей классов Saccharomycetes на 13,9% от контроля, Chytridiomycetes на 19,3% от контроля и Neocallimastigomycetes до 4,46% от общего числа, что выражалось в увеличении количества представителей семейств Chytridiaceae (до 19,3% от общего числа), Saccharomycetaceae (на 13,9% от контроля) и Neocallimastigacea (до 4,46% от общего числа). Изменения на уровне рода в основном выражались в повышении количества представителей Vanderwaltozyma на 23,1% и Saccharomyces (Saccharomyces cerevisiae) до 14,9% от общего числа.
Использование пребиотика совместно с экстрактом в рационе показывало аналогичную тенденцию как и при отдельном использовании. Отмечалось увеличение численности представителей классов Saccharomycetes (на 10,4% от контроля), Chytridiomycetes на 8,4% от контроля и Neocallimastigomycetes до 18,1% от общего числа. Исследование видового состава показало увеличение количества представителей рода Vanderwaltozyma на 8,2% от контроля, Saccharomyces (Saccharomyces cerevisiae) и Cyllamyces до 26 и 18,1% от общего числа.
Включение пребиотических веществ в состав рациона крупного рогатого скота способствует изменению эукариотического состава микрофлоры рубца в сторону увеличения филумов Ascomycota и Neocallimastigomycota (особенно на фоне пребиотика + экстракт Quercus cortex), обладающих целлюлозо- и лигнинолитическими свойствами, более активному развитию Chytridiomycota (табл. 3).
По результатам оценки целлюлозилитической активности, использование смеси пребиотик + экстракт привело к наиболее высокому значению 30,8%, что превышало контроль на 9,5% (табл. 4).
Таким образом, смесь сухого экстракта Quercus cortex (5%), маннаноолигосахариды (20%), бета-глюканы (8%) отруби пшеничные (67%), способствовала снижению в рубце представителей грамотрицательных бактерий филума Proteobacteria и увеличению целлюлозолитических эукариотов (грибков) филумов Ascomycota и Neocallimastigomycota.
Список литературы
1. Puniya А.K., Singh R., Kamra D.N. (2015). Rumen Microbiology: From Evolution to Revolution. Berlin: Springer.
2. Huws S.A., Creevey C.J., Oyama L.B., Mizrahi, I., Denman, S.E., Popova, M., et al. (2018). Addressing global ruminant agricultural challenges through understanding the rumen microbiome: past, present, and future. Front. Microbiol. 9:2161. doi: 10.3389/fmicb.2018.02161.
3. Gruninger R.J., Puniya A.K., Callaghan T.M., Edwards J.E., Youssef N., Dagar S. et al. (2014). Anaerobic fungi (phylum Neocallimastigomycota): advances in understanding their taxonomy, life cycle, ecology, role and biotechnological potential. FEMS Microbiol. Ecol. 90, 1-17. doi: 10.1111/1574-6941.12383.
4. Newbold C.J., de la Fuente G., Belanche A., Ramos-Morales E., McEwan N. (2015). The role of ciliate protozoa in the rumen. Front. Microbiol. 6:1313. doi: 10.3389/fmicb.2015.01313
5. Zhang Y.Li F., Chen Y.Wu H., Meng Q., Guan L.L. Metatranscriptomic Profiling Reveals the Effect of Breed on Active Rumen Eukaryotic Composition in Beef Cattle With Varied Feed Efficiency. Front Microbiol. 2020 Mar 13; 11:367. doi: 10.3389/fmicb.2020.00367.
6. Cobellis G., Yu Z., Forte C., Acuti G., Trabalza-Marinucci D.M. Dietary supplementation of Rosmarinus officinalis L. leaves in sheep affects the abundance of rumen methanogens and other microbial populations. J Anim Sci Biotechnol. 2016; 7: 27. doi: 10.1186/s40104-016-0086-8.
7. Ayrle H., Mevissen M., Kaske M., Nathues H., Gruetzner N., Melzig M., Walkenhorst M. Medicinal plants - prophylactic and therapeutic options for gastrointestinal and respiratory diseases in calves and piglets? A systematic review. BMC Vet Res. 2016; 12: 89. doi: 10.1186/s12917-016-0714-8.
8. Mayer M, Vogl C.R., Amorena M., Hamburger M., Walkenhorst M. Treatment of organic livestock with medicinal plants: a systematic review of European ethnoveterinary research. Forsch Komplementmed. 2014; 21(6):375-86. doi: 10.1159/000370216.
9. Duskaev G., Karimov I., Levakhin G., Nurzhanov В., Rysaev A., Dusaeva H. Ecology of ruminal microorganisms under the influence of Quercus Cortex extract. (2019) International Journal of GEOMATE, 16 (55), pp. 59-66.
10. Bhatta R., Saravanan M., Baruah L., Sampath K.T., Prasad C.S. Effect of plant secondary compounds on in vitro methane, ammonia production and ruminal protozoa population. J Appl Microbiol. 2013 Aug; 115(2):455-65. doi: 10.1111/jam.12238.
11. Bhatta R., Baruah L., Saravanan M., Suresh K.P., Sampath K.T. Effect of medicinal and aromatic plants on rumen fermentation, protozoa population and methanogenesis in vitro. J Anim Physiol Anim Nutr (Berl). 2013 Jun; 97(3):446-56. doi: 10.1111/j.1439-0396.2012.01285.x.
12. Karimov I., Kondrashova K., Duskaev G., Kvan O. Evaluation of effects of rumen fluid in combination with probiotic preparations and vanillin on the luminescence of a recombinant strain E. coli. (2020) E3S Web of Conferences, 143, статья №02034.
13. Karimov I., Duskaev G., Inchagova K., Kartabaeva M. Inhibition of bacterial quorum sensing by the ruminal fluid of cattle. (2017) International Journal of GEOMATE, 13 (40), pp. 88-92.
14. Hammes W.P., Hertel C. Research approaches for pre-and probiotics: challenges and outlook. Food Res Int. 2002; 35:165-70.
15. Molinaro F., Paschetta E., Cassader M., Gambino R., Musso G. Probiotics, prebiotics, energy balance, and obesity: mechanistic insights and therapeutic implications. Gastroenterol Clin North Am. 2012; 41:843-54.
16. Kerac M., Bunn J., Seal A., Thindwa M., Tomkins A., Sadler K. et al. Probiotics and prebiotics for severe acute malnutrition (PRONUT study): a double-blind efficacy randomised controlled trial in Malawi. Lancet. 2009; 374:136-44.
17. Патент на изобретение RU №2350098 Способ повышения неспецифической резистентности телят в период молочного питания / B.А. Галочкин, С.В. Максименко, В.П. Галочкина: опубликовано 27.03.2009. Бюл. №9.
18. Патент на изобретение RU № Фитоферментная кормовая добавка для телят / А.И. Фролов, О.Б. Филиппова: опубликовано 25.06.2019. Бюл. №18.
19. Балышев А.В. Микробный пейзаж телят при использовании новых лактулозосодержащих биологически активных добавок / А.В. Балышев // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. - 2011. - №69. - С. 315-319.
20. Патент на изобретение RU №2562846 Кормовая добавка для молодняка крупного рогатого скота мясных пород / Б.С. Нуржанов, Ю.И. Левахин, В.И. Левахин, Г.К. Дускаев, С.С. Жаймышева, Е.Ю. Салынская: опубликовано 10.09.2015. Бюл. №25.
21. Патент на изобретение RU №2506925 C1 Способ регулирования пищеварительных процессов в рубце жвачных животных / Г.И. Левахин, C.А. Мирошников, Г.К. Дускаев, П.М. Поберухин, Б.С. Нуржанов, М.А. Польшина, Ю.Ю. Петрунина, А.Ф. Рысаев, В.А. Харламов, О.А. Завьялов, Б.Х. Галиев, Н.М. Ширнина: опубликовано 20.02.2014. Бюл. №5.
22. US Patent 005720971 A Enzyme additives for ruminant feeds / Karen A. Beauchemin, Lyle Rode, Vincent J. Sewalt: Date of patent Feb. 24 1998 https://patents.google.com/patent/US5720971A/en
23. Патент на изобретение RU №2498610 Способ получения кормовой добавки с целлюлолитической активностью для животных / А.Г. Кощаев, С.А. Марков, А.И. Петенко: опубликовано 20.11.2013. Бюл. №32.
24. Патент на изобретение RU №2192143 Способ регулирования ферментации в рубце жвачных животных / A.M. Материкин, Е.Л. Харитонов, Н.Д. Мысник, И.А. Долгов: опубликовано 10.11.2002. Бюл. №31.
25. Duskaev G.K., Deryabin D.G., Karimov I.F., Kosyan D.B., Notova S.V. Assessment of (In vitro) toxicity of quorum-sensing inhibitor molecules of Quercus cortex. (2018) Journal of Pharmaceutical Sciences and Research, 10 (1), pp. 91-95.
26. Deryabin D.G., Tolmacheva A.A. Antibacterial and anti-quorum sensing molecular composition derived from quercus cortex (Oak bark) extract. Molecules, 2015. 20(9), 17093-17108.
27. Патент на изобретение RU №2653372 Способ повышения продуктивности цыплят-бройлеров / С.А. Мирошников, Г.К. Дускаев, Б.С. Нуржанов, А.С. Ушаков, Н.М. Казачкова, А.Ф. Рысаев, Ш.Г. Рахматуллин, О.А. Завьялов, Б.Г. Рогачев: опубликовано 08.05.2018. Бюл. №13.
28. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / А.П. Калашников, В.И. Фисинин, В.В. Щеглова, Н.И. клейменова. - Москва, 2003. - 3-е изд. - 456 с. - ISBN 5-94587-093-5.
29. Zhang Y., Chen K., Sloan S.A., Bennett M.L., Scholze A.R., O'Keeffe S. et al. An RNA-Sequencing Transcriptome and Splicing Database of Glia, Neurons, and Vascular Cells of the Cerebral Cortex. Journal of Neuroscience 3 September 2014, 34 (36) 11929-11947; DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1860-14.2014.