Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ОТБОРА БЫЧКОВ С ВЫСОКОЙ ИНТЕНСИВНОСТЬЮ РОСТА ПО УРОВНЮ ТОКСИЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В ШЕРСТИ

Изобретение относится к областям животноводства, физиологии сельскохозяйственных животных, а именно к способам, направленным на определение генетического потенциала продуктивности у бычков, и может быть использовано для формирования групп высокопродуктивных бычков при откорме.

Способ заключается в том, что в качестве критерия для отбора бычков по интенсивности роста предлагается использование суммы токсичных элементов в шерсти: алюминия (Al), кадмия (Cd), ртути (Hg), свинца (Pb), олова (Sn), стронция (Sr), выраженная в ммолях.

Токсичные элементы - это химические вещества, которые являются стойкими и не метаболизируются, хотя их химические формы могут изменяться при прохождении через кишечный тракт или при хранении в тканях животных [1].

Токсичные микроэлементы могут транспортироваться на значительные расстояния по воздуху или воде [2, 3] и присутствуют не только вблизи промышленных зон, но также в природных и сельскохозяйственных экосистемах вдали от источников выбросов [4].

Токсичные микроэлементы, такие как свинец (Pb), кадмий (Cd), ртуть (Hg), мышьяк (As), алюминий (Al), олово (Sn) и стронций (Sr) представляют угрозу для здоровья организмов даже в малых дозах [5].

Они считаются токсичными для живых организмов, поскольку имеют тенденцию накапливаться в тканях человека и животных с потенциалом вызывать нефрологические, канцерогенные, тератогенные и иммунологические нарушения приводя к снижению продуктивных, репродуктивных качеств и др. [6-9].

Одним из информативных биосубстратов отражающий среднее содержание в организме токсичных элементов за определенный промежуток времени является волос (шерсть). Благодаря своим многочисленным преимуществам образцы волос широко используются в медицине для оценки воздействия на человека различных загрязнений [10]. Они являются ценным источником информации о воздействии токсичных металлов, таких как кадмий, свинец или мышьяк [11].

В связи с чем перспективными представляются исследования по созданию способа отбора бычков с высокой интенсивностью роста по уровню токсичных элементов в шерсти.

Известен способ выявления бычков с высоким ростовым потенциалом [12]. Ростовой потенциал у 2-х месячных бычков определяют путем определения исходной концентрации в крови глюкозы и инсулина с последующим введением в организм глюкозы с кормом и повторным определением концентрации глюкозы и инсулина.

Известен способ оценки энергии роста телят по физиологическому показателю [13]. Способ заключается в измерении биоэлектрических потенциалов в биологически активных центрах находят среднюю его величину и при значении более 48 мкА констатируют высокую энергию роста телят.

Однако упомянутые способы прогнозирования продуктивности отличаются длительностью исполнения, трудоемкостью, а также сложностью организации осуществления способа.

Известен способ прогнозирования мясной продуктивности у бычков [14] включающий определение основных показателей белкового обмена в организме животных на основе концентраций альбуминов, глобулинов, аминотрансфераз, производят расчет индекса роста (ИР) по формуле, при значении 0,78-0,86 среднесуточные приросты живой массы животных будут более 800 г, а при значении индекса роста 1,12-1,27 - менее 800 г.

Недостатком данного способа является невозможность оценить животных до месячного возраста, не определены нормы для высокопродуктивных животных (1000 г и выше), индекс ИР не перекрывает значения с 0,87 до 1,11, неясно при получении таких цифр в какую группу относить бычков.

Известен способ выявления телят с высоким потенциалом роста [15], включающий изолированное содержание телят в индивидуальных клетках, специально оборудованном корпусе с оптимальным микроклиматом. Определение будущей продуктивности телят идет по скорости потребления молока, в течение 2 недель после полной адаптации к самостоятельному потреблению молока, при скорости потребления выше 4 кг/мин телят относят к высокопродуктивным, а ниже 2 кг/мин. - к низкопродуктивным (с низким потенциалом роста).

Недостатком данного способа является затруднительность создания «идеального» микроклимата, особенно в летние периоды: июнь, июль, зимние: декабрь, январь месяцы, длительность проведения наблюдения (в течении 2-х недель). При реализации способа животные делятся на 2 группы, потреблявшие выше 4 кг/мин и менее 2 кг/мин, нет группы животных, потреблявших от 2 до 4 кг/мин, неясна и их продуктивность.

Известен способ отбора бычков с высоким потенциалом роста по элементному составу шерсти [16], включающий определение концентрации химических элементов: кальция, цинка, меди и марганца, у бычков соответственно с концентрацией мкг/г: 1821,4-2235,0; 78,2-93,6; 4,0-4,7 и 29,5-37,8, при этом планируемая оценка продуктивности по среднесуточному приросту составляет 700-800 г и достоверна на 95%; при концентрации мкг/г: 2235,1-2627,6; 93,7-104,3; 4,8-5,3; 37,9-46,4, планируемая оценка продуктивности на уровне 801-900 г и достоверна на 97%; при концентрации мкг/г: 2627,7-3053,0; 104,4-114,6; 5,4-6,3; 46,5-54,2, планируемая оценка продуктивности на уровне 901 и более грамм и достоверна на 97%. Недостатками данного способа является то, что интенсивность роста оценивается только до 8 месячного возраста, неясно какую интенсивность роста будут проявлять животные после 8 месяцев. Не оценивается уровень токсичной нагрузки у бычков, хотя из литературных источников известно, что высокий уровень токсичных химических элементов в организме сельскохозяйственных животных приводит к снижению эффективности обмена веществ и падению продуктивности [9, 17, 18].

Известен способ отбора бычков мясных пород с высоким потенциалом весового роста по элементному составу шерсти [19] и включающий настриг образца шерсти массой не менее 0,4 г с верхней части холки в 8 месячном возрасте, с дальнейшей оценкой концентраций Al, Pb, I и Se методами атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и отличающийся тем, что в качестве критерия для оценки интенсивности роста используется коэффициент токсичной нагрузки, который рассчитывается по формуле:

где:

К - коэффициент токсичной нагрузки, ед.,

Al - количество алюминия в шерсти с холки, ммоль/кг,

Pb - количество свинца в шерсти с холки, ммоль/кг,

Se - количество селена в шерсти с холки, ммоль/кг,

I - количество йода в шерсти с холки, ммоль/кг.

При значении коэффициента токсичной нагрузки ниже 634 ед. бычков относят группе животных с высоким потенциалом весового роста, при значении коэффициента 634,1-1804,9 ед., бычков относят к группе со средним и при выше (1805 ед.), бычков относят группе с низким потенциалом весового роста.

В представленном способе необходимо определение как токсичных: Al, Pb, так и эссенциальных: Se, I микроэлементов.

В связи с этим, заявленный нами способ соответствует условию патентоспособности изобретения «новизна». Анализ прототипа [19], и других способов в данной области не выявил в них признаки сходные с заявляемым решением, что позволяет сделать вывод о соответствии условию «изобретательский уровень». Изобретение является применимым, так как оно может использоваться в животноводстве при формировании групп бычков после отъема их от матерей для откорма по схожей интенсивности их роста.

Цель изобретения - создание способа отбора бычков с высокой интенсивностью роста по результатам определения уровня токсичных элементов в шерсти.

Способ был реализован следующим образом.

Экспериментальная часть работы выполнялась в условиях СПК-колхоз «Красногорский» Оренбургской области на клинически здоровых бычках калмыцкой породы (n=36), находящихся на откормочной площадке.

Весовой рост с 9 до 10 месяцев изучали путем индивидуальных взвешиваний. Расчетным методом определяли абсолютный и среднесуточный приросты. Рацион кормления бычков в период эксперимента был составлен согласно действующих норм кормления [20] и состоял из 3,0 кг сена злаково-бобового, 8 кг - силоса кукурузного, 2,5 кг - комбикорма, 0,3 кг патоки кормовой, 35 г соли, премикса и был рассчитан на получение 900-1000 грамм среднесуточного прироста.

У данных животных был произведен отбор проб шерсти с верхней части холки в 10 месячном возрасте в количестве не менее 0,4 г [21].

Элементный состав биосубстратов исследовали в лаборатории АНО «Центра биотической медицины» г. Москва (регистрационный номер в государственном реестре - Росс. RU 0001. 513118 от 29 мая 2003; Registration CertiRcate of ISO 9001: 2000, Number 4017-5.04.06) no 17 элементам. Точность определяемых параметров достигалась путем использования методов атомно-эмиссионной и масс-спектрометрии (АЭС-ИСП и МС-ИСП) на оборудовании Elan 9000 (Perkin Elmer, США) и Optima 2000 V (Perkin Elmer, США), обеспечивающих достижение точности 10⁹-10¹² по Al, Cd, Hg, Pb, Sn, Sr, Co, Cr, Cu, Fe, I, Mn, Se, Zn, Ca, K, Mg, Na, P.

На первом этапе исследований определены суммы макроэлементов (Са, K, Mg, Na, Р), эссенциальных (Zn, Fe, Cu, Mn, I, Se, Cr, Со), токсичных (Al, As, Sr, Pb, Sn, Cd, Hg) элементов выраженные в ммолях вещества. Определена их связь со среднесуточными приростами бычков. Для этого был проведен ранговый корреляционный анализ Спирмена для всех опытных бычков. В результате этого, было установлено наличие достоверных корреляционных связей между среднесуточным приростом живой массы тела и суммой ммолей токсичных микроэлементов (r=-0,69), по сумме ммолей макроэлементов (r=0,34), эссенциальных микроэлементов (r=0,32) достоверной взаимосвязи не обнаружено.

Учитывая вышеизложенное нами, было предложено использование суммы токсичных (Al, Cd, Hg, Pb, Sn, Sr) элементов выраженных в ммолях вещества в качестве критерия отбора бычков при формировании групп по продуктивности для откорма. Для расчета предлагается использование формулы:

Σ_tox=Al+Cd+Hg+Pb+Sn+Sr,

где:

Σ_tox - суммарная токсическая нагрузка организма, ммоль/кг,

Al - количество алюминия в шерсти с холки, ммоль/кг,

Cd - количество кадмия в шерсти с холки, ммоль/кг,

Hg - количество ртути в шерсти с холки, ммоль/кг,

Pb - количество свинца в шерсти с холки, ммоль/кг,

Sn - количество олова в шерсти с холки, ммоль/кг,

Sr - количество стронция в шерсти с холки, ммоль/кг.

Для распределения животных по группам в зависимости от коэффициента токсической нагрузки был применен центильный метод, определены границы 25 и 75 процентиля, эффективность использования которых подтверждается исследованиями Скальной М.Г. и др. [22].

На основании этих расчетов нами предложено считать при значении коэффициента токсичной нагрузки ниже 10,50 ммоль/кг, бычков относят группе животных с высоким потенциалом весового роста, при значении коэффициента 10,51-24,00 ммоль/кг, бычков относят к группе со средним и при выше 24,01 ммоль/кг, бычков относят группе с низким потенциалом весового роста.

Для проверки достоверности данного способа проведено исследование в СПК-колхоз «Красногорский» Саракташского района Оренбургской области на физиологически здоровых бычках (n=100) калмыцкой породы (полученные от коров 2-3 отела, в феврале), у которых в 8 месячном возрасте при переводе на откормочную площадку (октябрь) отбирали образцы шерсти, для исследования содержания в ней Al, Cd, Hg, Pb, Sn, Sr, на основании этого рассчитали суммарную токсическую нагрузку организма и разделили на 3 группы: I (n=20) Σ_tox≥24,01 ед., II (n-52) Σ_tox=10,51-24,00 ед. и III (n=28) Σ_tox≤10,50 ед. Бычки содержались с 8 до 18 месячного возраста на откормочной площадке, рационы кормления состояли из сена, сенажа и комбикорма. Ежемесячно 19 числа проводились индивидуальные контрольные взвешивания, на основании этого были рассчитаны абсолютный и среднесуточный приросты живой массы. Результаты этих взвешиваний показали достоверные различия как по живой массе, так и по среднесуточным приростам бычков между сравниваемыми группами (табл. 1).

Разница по живой массе в 18 месячном возрасте составила между I-II группами 23,2 кг (5,0%, Р≤0,01), I-III - 39,2 кг (8,4%, Р≤0,001), II-III - 16 кг (3,3%, Р≤0,05), по среднесуточным приростам за период опыта (8-18 месяцев): I-II группы 79 г (9,4%, Р≤0,001), I-III - 131 г (15,6%, Р≤0,001), II-III - 52 г (5,6%, Р≤0,001).

Таким образом, на основании проведенных нами исследований предложен способ отбора бычков с высокой интенсивностью роста по уровню токсичных элементов в шерсти, рассчитанный на основании суммы молей: Al, Cd, Hg, Pb, Sn, Sr в 8 месячном возрасте и позволяет формировать группы животных для откорма по схожей продуктивности.

Источники информации:

1. Biehl M.L. Chemical contaminants - their metabolism and their residues / M.L. Biehl, W.B. Buck // J Food Protect. - 1987; Vol. 50, pp. 1058-73.

2. Ansara-Ross T.M. The use of feathers in monitoring bioaccumulation of metals and metalloids in the South African endangered African grass-owl (Tyto capensis) / T.M. Ansara-Ross, M.J. Ross, V. Wepener // Ecotoxicology. - 2013. - Vol. 22. - pp. 1072-1083. - doi: 10.1007/s 10646-013-1095-4.

3. Jerez S. Distribution of metals and trace elements in adult and juvenile penguins from the Antarctic Peninsula area / S. Jerez, M. Motas, J. Benzal, J. Diaz, V. Vidal, V. D'Amico, A. Barbosa // Environ Sci Pollut Res. - 2013. - Vol. 20. - pp. 3300-3331. - doi: 10.1007/s11356-012-1235-z.

4. A. Beavers indicate metal pollution away from industrial centers in northeastern Poland / A. , A. Spodniewska, D. Barski, J. Fattebert // Environ Sci Pollut Res. - 2015. - Vol. 22. - pp. 3969-3975. - doi: 10.1007/s11356-014-3769-8.

5. Wasi S. Ahmad M. Toxicological effects of major environmental pollutants: an overview / S. Wasi, S. Tabrez // Environ Monit Assess. - 2013. - Vol. 185. - pp. 2585-2593. - doi: 10.1007/s10661-012-2732-8.

6. Minerals in animal and human nutrition / L.R. McDowell. 2nd ed // Amsterdam: Elsevier Science, 2^nd ed. - 2003. - p. 660.

7. Methodological evaluation of method for dietary heavy metal intake / , M. Biziuk // J Food Sci. - 2008. - Vol. 73. - pp. R21-R9.

8. Ronis M.J. Reproductive toxicity and growth effects in rats exposed to lead at different periods during development / M.J. Ronis, T.M. Badger, S.J. Shema, P.K. Roberson, F Shaikh // Toxicol. Appl. Pharmacol. - 1996. - Vol. 136. - pp. 361-371. - doi: 10.1006/taap.1996.0044.

9. Kalashnikov V. The content of essential and toxic elements in the hair of the mane of the trotter horses depending on their speed / V. Kalashnikov, A. Zajcev, M. Atroshchenko, S. Miroshnikov, A. Frolov, O. Zav'yalov, L. Kalinkova, Т. Kalashnikova // Environmental Science and Pollution Research. - 2018. - pp. 21961-21967. - doi: 10.1007/s11356-018-2334-2.

10. Rodrigues J.Jr Evaluation of the use of human hair for biomonitoring the deficiency of essential and exposure to toxic elements / J. Rodrigues, B. Batista, J. Nunes, C. Passos, F. Barbosa // Sci Total Environ. - 2008. - Vol. 405. - pp. 370-376. - doi: 10.1016/j.scitotenv.2008.06.002.

11. Chojnacka K. Inter-relationship between elements in human hair: the effect of gender / K. Chojnacka, I. Michalak, A. H. H. // Ecotoxicol Environ Saf. - 2010. - Vol. 73. - pp. 2022-2028. - doi: 10.1016/j.ecoenv.2010.09.004.

12. Патент на изобретение RU 1304795 Способ выявления бычков с высоким ростовым потенциалом / В.П. Радченков, В.А. Матвеев, Е.Г. Сапунова, опубликовано 23.04.1987, бюл. №15.

13. Патент на изобретение RU 2251263 Способ оценки энергии роста телят по физиологическому показателю / А.В. Мамаев, опубликовано 10.05.2005, бюл. №13.

14. Патент на изобретение RU 2360411 Способ прогнозирования мясной продуктивности у бычков / М.А. Дерхо, А.А. Нурбекова, Н.В. Фомина, опубликовано 10.07.2009, бюл. №19.

15. Патент на изобретение RU 2328115 Способ выявления телят с высоким потенциалом роста / А.А Панкратов, И.Н. Тузов, А.Г. Дикарев, опубликовано 10.07.2008, бюл. №19.

16. Патент на изобретение RU 2668335 Способ отбора бычков с высоким потенциалом роста по элементному составу шерсти / А.Н. Фролов, О.А. Завьялов, А.В. Харламов, С.А. Мирошников, Б.Г. Рогачев, Г.К. Дускаев, И.В. Маркова, А.С.Ушаков, опубликовано 28.09.2018, бюл. №28.

17. Hamilton J.D., O'Flaherty E.J. Influence of lead on mineralization during bone growth / J.D. Hamilton, E.J. O'Flaherty // Fundamental and Applied Toxicology. - 1995. - Vol. 26 (2). - pp. 265-271. - doi: 10.1006/faat.1995.1097.

18. Maboeta M.S. Effects of low levels of lead on growth and reproduction of the Asian Earthworm Perionyx excavatus (Oligochaeta) / M.S. Maboeta, A.J. Reinecke, S.A. Reinecke // Ecotoxicology and Environmental Safety. - 1999. - Vol. 44 (3). - pp. 236-240. - doi: 10.1006/eesa.1999.1797.

19. Патент на изобретение RU 2722045 Способ отбора бычков мясных пород с высоким потенциалом весового роста по элементному составу шерсти / А.В. Харламов, С.А. Мирошников, А.Н. Фролов, О.А. Завьялов, Г.К. Дускаев, Б.Г. Рогачев, опубликовано 26.05.2020, бюл. №15 - прототип.

20. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных. Справочное пособие. 3-е издание переработанное и дополненное. / Под ред. А.П. Калашникова, В.И. Фисинина, В.В. Щеглова, Н.И. Клейменова. - Москва, 2003. - 456 с.

21. Miroshnikov S. Method of sampling beef cattle hair for assessment of elemental profile / S. Miroshnikov, A. Kharlamov, O. Zavyalov, A. Frolov, G. Duskaev, I. Bolodurina, O. Arapova // Pakistan Journal of Nutrition. - 2015. - Vol. 9(14). - C. 632-636.

22. Skalnaya M.G. About the limits of physiological (normal) content of Ca, Mg, P, Fe, Zn and Cu in human hair / M.G. Skalnaya, V.A. Demidov, A.V. Skalny // Trace Elements in Medicine. - 2003. - Vol. 4 (2). - pp. 5-10.