Введение к работе
Актуальность темы. Для успешного решения продовольственной программы в стране одно из ведущих мест отводится интенсивному производству кормов для молочного и мясного скотоводства. Интенсификация полевого кормопроизводства на современном этапе земледелия тесно связана с внесением в почву повышенных и высоких доз минеральных удобрений, в первую очередь азотных. Последние являются мощным фактором воздействия на урожайность кормовых культур и накопления в них питательных веществ. Одновременно с этим азотные удобрения способствуют увеличению в растениях и продукции растениеводства повышенных и высоких концентраций, зачастую превышая нормы предельно допустимые для животных, небелковых форм азота: іштратов и их производных — нитритов, гидроксиламина, нитрозаминов и аммиака.
Попадая в организм животных в период потребления таких кормов или с водой, нитраты и нитриты нарушают метаболические процессы, снижают оплодотворяемость, отрицательно влияют на здоровье приплода, могут вызывать аборты, отравления и гибель животных. Это наносит животноводству большой экономический ущерб.
Кратковременное или длительное скармливание животным кормов, содержащих нитраты и нитриты выше допустимых пределов, ведет к увеличению их концентраций в органах, тканях, молоке, то есть, в конечном счете в продуктах питания для людей. Потребление такой продукции животноводства (молоко, мясо) человеком небезопасно для его здоровья, особенно для детей. И не случайно в последнее десятилетие. участились случаи отравления и среди населения возникла боязнь (нитратофобия) потребления не только продукции растениеводства, но и животноводства.
В животноводстве нередко складывается парадоксальная ситуация: при обилии зеленых кормов скармливание их не представляется возможным из-за боязни отравлений и гибели животных вследствие содержания в этих кормах высоких концентраций нитратов и нитритов. В таких случаях наступают перебои в кормлении животных, что ведет к потере продуктивности. С целью выхода из такой ситуации прибегают к всевозможным мерам; такие корма задают животным в заниженных количествах,, вымачивают их в водо, последовательно замораживают и оттаивают, высушивают (А. Е. Верета и
,др.', 1973; Д. Д. Полоз и др., 197-9). В. других случаях в силосуемые корма вносят глюкозу, растворы соды или измельченный известняк и снижают на 31 — 47% концентрации одних лишь нитратов, не затрагивая нитритов. При этом процесс разрушения длится 2 месяца и более (И. Г. Шарабрин и др.,
.1983). Однако эти мероприятия вынужденные, мало эффективны и трудоемки.
Если принять во внимание, что нитраты в засилосованных и других кормах с нарушенной технологией заготовки и хране-
' ния, а также в: толстом отделе кишечника животных могут превращаться в нитрозамины, а они наряду с нитритами и гидроксиламином обладают канцерогенным, мутагенным, эмбриотроппым и тератогенным действием, то становится очевидным — нитраты и нитриты для животных и людей превратились в большую и острую проблему, положительное раз-
. решение которой является исключительно актуальной и неотложной задачей ученых и практиков.
Цель к задачи исследования. Целью настоящей работы является научное обоснование и разработка новых способов снижения, нейтрализации или полного разрушения (деструкции) нитратов и нитритов в триадной цепи: растение
- (корма) — живоглое (его организм) — продукция животноводства с параллельным изучением обмена веществ и продуктивности лактирующчх коров и бычков на откорме в период потребления «безнитратных» кормов, приготовленных согласно предложенным способам.
На разрешение были поставлены следующие задачи:
-
Изыскать из набора применяемых в кормлении и ветеринарии вещества, которые после внесения в силосуемую массу растений с высокими концентрациями нитратов и нитритов, способствовали бы снижению или полному разрушению этих соединений в силосе.
-
Изыскать новые источники растительного сырья для применения их в качестве добавок к силосуемым кормам с целью полной нейтрализации или деструкции нитрат—нитріп-ных соединений при одновременном обогащении силоса питательными веществами.
-
Разработать технологические приемы предотвращения образования нитритов из нитратов в корнеклубнеплодах после варки с одновременным полным разрушением этих небелковых форм азота в кормах.
-
Разработать способ снижения нитрат - нитритных компонентов в организме животных после потребления кормов с высокими концентрациями отмеченных азотсодержащих веществ.
-
Разработать простой и надежный метод полного разрушения нитратов и нитритов в цельном и обезжиренном молоке.
-
Приспособить ранее разработанные автором способы для других целей по новому назначению — снижению концентрации азота нитратов и нитритов в вегетативной массе растений, кормах и кисломолочных продуктах.
-
Изучить обмен веществ и продуктивность лактирующих коров и бычков на откорме в период потребления «безнитратных» кормов согласно разработанным способам.
8. Разработать гидробиологические методы диагностики
загрязнения воды нитратами и их производными.
Исследования выполнены по Государственной теме 01.86.0136228, № госрегистрации 086734.
Научная новизна. Изучены механизмы разрушения, нейтрализации и снижения концентрации нитрат-нитритных соединений в триадной цепи: «растение — животное — продукция животноводства», а также гидробиологических методов диагностики загрязнения воды нитратами и их производными, которые послужили основой для создания разработанных способов.
Установлено, что клубеньки,, как .сумма: природных биоло
гических катализаторов (нитрат-, нитрит.-, и гидроксиламнн-
редуктаза совместно с леггемоглобином). корней бобовых ра
стений, свежеопавших листьев (содержат высокие .-концентра
ции этилена и каротиноидов и за .счет имеющихся-в молеку-.
лах двойных связей в реакциях проявляют, повышенную, хими
ческую активность-к присоединению других, реагентов), раст
воры- солей -железа- сернокислого.закисного, окисного пли
молочнокислого, а-также молибдеиата аммония (атомы железа.
и-молибдена; входящие в состав активных центров редуцирую
щих ферментов клубеньковых и денитрифицирующих . бакте
рий засилосованной массы,- активируют их) после внесения их
в силосуемые корма-с высокими уровнями содержания нитра
тов и нитритов- проявляют деструктивное или нейтрализую
щее действие по отношению к указанным азотсодержащим
соединениям,- превращая их в смесь газообразных вещее і б:
аммиак, азот и-его оксиды. (монооксид,, диоксид, закись, азота
и азотистый ангидрид). Отмеченные препараты сернокислого
(лактата) железа проявляют аналогичное действие в;корне
клубнеплодах в период варіШ (также в.преджелудках крупного
рогатого скота после потребления .нитратов и нитритов с корма
ми). , .
Получены-приоритетные-данные о том, что нитраты и их производные вызывают депигментацию кожного покрова у земноводных; влияют на- репродуктивные органы улиток, путем синхронного-отложения яиц, икрометания и изгнания из полости матки маленьких улиїок (у живородящих видов); проявляют антигельминтное и акарицидное действие в органах локализации паразитов у муравьев, земноводных, моллюсков, сельскохозяйственных животных. и птицы.
Установлено также, что центрифужным дявлением можно регулировать интенсивность ростовых реакций в растениях и эмбрионах лиц насекомых, а- также степенью активности ферментов прокариот (лактобактерий н дрожжей) с-целью тормо-жения- или ускорения метаболизма ннтратез и .нитритов для снижения концентраций етих соединений в вегетативной массе растений, кормах и кисломолочных продуктах.
Изучены переваримость «безнитратных» кормов и ретенция азота и их влияние на продуктивность дойных коров и бычков в период откорма.
Практическая значимость. Впервые в науке и практике разработаны приоритетные способы одновременною снижения или полной деструкции и нейтрализации нитратов и нитритов в три-адной цепи: «растение—животное — продукция животноводства» для предупреждения возникновения нитрат-нит ритного токсикоза и его последствий у животных и получение диетической «безнитратной» продукции животноводства: в засилосованных кормах (а. с. №№ 1192769, 1212406, 1371681, 1337035); в вареных корнеклубнеплодах (а. с. № 1281242); в организме животных после потребления кормов (а. с. № 1362433); в цельном или обезжиренном молоке (а. с. № 1361744 — «Т»).
Проведены испытания ранее разработанных автором способов для других целей по новому назначению - - снижению уровней содержания нитратов и нитритов в период выращивания растений на зеленый корм (а. с. № 725592), в кормах (а. с. № і 102809). в кисломолочных продуктах (а. с. № 1147326).
Разработаны гидробиологические методы диагностики загрязнения воды нитратами и их производными с одновременным выделением из организма лабораторных животных биообъектов для учебных и научных целей (а. с. №№ 1253553, 1355203, 1355287, 1391557, 1430017, 1445660, 1464991).
За содержание пионерской мировой новизмы в технологических решениях разработанных способов Государственный Комитет по изобретениям и открытиям СССР 6 авторским свидетельствам присвоил фамилию автора.
Установлено, что потребление животными «безнитратных» кормов после разрушения или нейтрализации нитратов и нитритов способствует более эффективному использованию их вследствие повышения переваримости, усвояемости питательных веществ и ретенции азота, и, как следствие, сопровождается достоверным повышением молочной и мясной продуктивности.
В конечном . итоге разработанные*, способы обеспечивают получение, «безнитратной»'продукции животноводства, что предупреждает возникновение нитрат-нитритносо; токсикоза у людей.
Реализация результатов исследований. Отдельные научные положения диссертационной работы были использованы в период проведения научно-хозяйственных опытов на животных студентами зооинженерного факультета Винницкого СХИ. Материалы экспериментальных исследований были положены в основу для написания и успешной защиты 12 дипломных работ.
Теоретические и - методические разработки проблемы нитратов являются главной. темой' биохимического кружка при кафедре физиологии сельскохозяйственных животных . и биохимии, где студенты зооинженерного и агрономического факультетов Винницкого СХИ занимаются научно-исследовательской работой:
Способы снижения, разрушения и нейтрализации нитратов и нитритов в; растениях,- кормах, в организме животных и кисломолочных продуктах нашли постоянное использование в отдельных колхозах и молокозаводах Винницкой (с 1983 г.) н Запорожской (с 1989 г.) областях.
Разработки автора введены в программу лабораторных и лекционных занятий студентов зооинженерного факультета по курсам биологической и органической химии и кормления сельскохозяйственных животных и используются - в Винницком СХИ с 1986 года.
.Совместно с. сотрудниками УСХА автор принимает участие в выполнении исследований по союзной теме «Нитраты». . Результаты разработок автора включены профессором Харьковского зооветеринарного института Максаковым В. Я. к Шевцовой Г. Н. в брошюру «Нитраты, и кормление, животных» (Киев: Урожай, 1990).
Основные положения, выносимые на защиту:
— биохимическое и биологическое обоснование механизмов разрушения и нейтрализации нитратов и.нитритов в-три-адной цепи: «растение — животное — продукция' животноводства»;
химико-биологические аспекты гидробиологических способов диагностики загрязнения воды нитратами и их производными; ' '^-^
влияние нитрат-нитритных соединений на обмен веществ у яшвотных;
результаты исследований по переваримости «безнитратных» кормов и влиянию их на продуктивность лактирующих коров и бычков в период откорма.
Апробация работы. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всесоюзных конференциях во Всесоюзном НИИ физиологии, биохимии и питания с.-х. животных (Боровск, 1985, 1988 г.г.) на ученом совете ВНИИФБиП (Боровск, 1991 г.), на Республиканской конференции «Проблема нитратов в животноводстве и ветеринарии» (Киев, .1990 г.), на республиканском семинаре директоров и ветврачей-токсикологов областных ветлабораторий Украины (Киев, 1990 г.), на выездных заседаниях научного совета Президиума АН УССР по проблеме «Биохимия животных и человека» совместно с Винницким областным биохимическим обществом (Винница, 1984, 1988 г.г.), на конференциях «II и V объединенная научная медико-техническая конференция» (Винница, 1984, 1986 г.г.) на заседаниях ученых советов Винницкого СХИ И УСХА (1983 — 1991 г. г.).
Публикации. Материалы научных исследований по теме диссертации (доклада) опубликованы в 42 работах, двух методических указаниях для проведения лабораторных занятий студентов, двух сборниках и 30 авторских свидетельствах (а. с.) на изобретения. Список основных статей, а. с. и ссылки на них приведены в диссертации (докладе).
Экспериментальные исследования проводились в 1983 —
1990 годах на кафедре физиологии сельскохозяйственных
животных и биохимии Винницкого сельскохозяйственного
института, на полєбьіх участках, фермах и комплексах по
производству молока и мяса колхозов, а также на молокоза
водах Винницкой и Запорожской областей.
Для получения .кормовых культур (трава посевных злаков, .кукуруза на зелекьш корм и силос, картофель, -корнеплоды к „ботва сахарной или кормовой свеклы и другие) с высоким уровнем со держания нитратов и нитритов на отведенных посевных площадях вносили высокие дозы аммиачной селитры .— по 720-900 кг действующего вещества (д. в.) азота на 1 га, как правило, 3 раза за период вегетации растений по 240-300 кг. Такие корма использовали в экспериментах для приготовления силоса или варки (корнеклубнеплоды). Это было необходимо, чтобы убедиться в том, что испытуемые компоненты химического или биологического происхождения обеспечивают после внесения в корма высокой степенью деструкции или нейтрализации нитрат-нитритных веществ.
Если поставленная цель достигается, то это заведомо дает гарантию полного разрушения или нейтрализации и более низких концентраций нитратов и нитритов, которые чаще имеют место в полевом кормопроизводстве.
В научно-хозяйственных опытах на животных использовали корма с более низким содержанием нитрат-нитритных соединений. Для этого на отведенных участках под кормовые культуры вносили аммиачную селитру по 240 — 300 кг/га д. в. азота два раза в течение периода вегетации растений.
Опыты по определению переваримости питательных веществ и баланс азота у коров и бычков осуществляли по методикам, описанным А. И. Овсянниковым (1976). ' Условия кормления широтных, методики силосования кормов, снижения или разрушения нитратов и нитритов в цепи «растение—животное — продукция животноводства» описаны при изложении опытов.
- Химический анализ кормов, молока, мочи и кала проводили по методикам в изложении Т. П. Лебедева, А. Т. Усовича (1976). Синильную, кислоту- в кормах определяли по методу и описании В. Я. Антонова, П. Н. Блинова (1971).
В отобранных пробах крови у животных определяли количество эритроцитов, ретикулоцитов, содержание гемоглобина (А. А. Кудрявцев, Л. А. Кудрявцева, 1974), активность аль-долазы в изложении В. Г. Колба, В. С. Камышникова (1976), пероксидазы и метгемоглобин (1, 13), в сыворотке крови, молоке и образцах кормов —азот нитратов и нитритов (12, 16. 22); в моче — оксипролин (20).
Учет молочных продуктивностей коров и определение среднесуточного прироста бычков на откорме проводили общепринятыми методами.
В период проведения научно-хозяйственных опытов по заготовке кормов на силос и на животных в отдельных этапах исследований принимали участие студенты-дипломники зоо-инженерного факультета.
Проведено 16 опытов по силосованию кормов в лабораторных условиях и в производственных, 28 — на животных (в т. ч. 6 балансовых и 16 на мелких лабораторных животных), 2 полевых и 3 по приготовлению кисломолочных продуктов.