Вплив борошна топінамбура на виробництво метану та вуглекислого газу та ефективність росту у телят

Сінтія Йонова

1 Доклінічний інститут, Латвійський університет наук про життя та технології, факультет ветеринарної медицини, Кр. Вулиця Гельмана 8, Єлгава, LV-3004, Латвія

Айя Ілгаза

Інга Грінфельде

2 Департамент навколишнього середовища та управління водними ресурсами, Латвійський університет наук про життя та технології, факультет екології та будівництва, вулиця Академіяс 19, Єлгава, LV-3001, Латвія

Максими Золові

3 Департамент біосистематики, Даугавпілський університет, Інститут наук про життя та технології, вулиця Парада 1а, Даугавпілс, LV-5401, Латвія

Анотація

Метою дослідження було оцінити ефективність росту, виміряти кількість метану (CH4) та вуглекислого газу (CO2) у рубці телят та порівняти отримані результати між контрольною групою (CoG) та експериментальною групою ( Pre12), який отримав додаткову добавку до пребіотичного інуліну.

Матеріали та методи:

Дослідження проводили з десятьма телятами голштейнських фрізських (Bos taurus L.) середнім віком 33 ± 6 днів. Телят розділили на дві групи: 5 телят, яких годували контрольною недоповненою дієтою (CoG), і 5 телят, яких годували такою ж дієтою, додатково доповненою 12 г борошна топінамбура (Helianthus tuberosus L.), що містить 6 г пребіотичного інуліну на 0,5 кг дієти з ячмінного борошна (Pre12). Тривалість експерименту становила 56 днів. CH4 та CO2 вимірювали за допомогою порожнинного кільцевого спектроскопічного приладу Picarro G2508. Вагу та зразки рубця телят оцінювали 3 рази протягом експериментального періоду - на 1-й, 28-й та 56-й дні. Зразки отримували шляхом проколу телячого рубця.

Результати:

Приріст ваги (кг) протягом усього експериментального періоду був вищим у телят Pre12 (65,8 ± 6,57) порівняно з телятами CoG (36,8 ± 7,98) (р 0,05).

Висновок:

Основні результати показали, що пребіотичний інулін може сприяти збільшенню ваги телят, не впливаючи на середню концентрацію CH4 і CO2 у рубці телят.

Вступ

Тваринництво є важливим джерелом викидів парникових газів у всьому світі. Сектор тваринництва відповідає за 14,5% глобальних викидів парникових газів. Основними викидами ПГ серед худоби є CO2, CH4 та N2O. CH4 вносить найбільший внесок у викиди ПГ серед тваринництва (44%), а потім N2O (29%) та CO2 (27%) [1]. Викиди ПГ від великої рогатої худоби становлять близько 65% викидів у тваринницькому секторі, що робить велику рогату худобу найбільшим фактором загального обсягу викидів у секторі [3].

Загалом кількість викидів СО2 із худоби в процесі дихання не вважається джерелом викидів СО2, оскільки вони є частиною глобального циклу біологічної системи. Вегетація, яку споживає тварина, походить від перетворення атмосферного СО2 в органічні сполуки або біомасу. Тому передбачається, що споживані кількості СО2 у вегетативній формі еквівалентні тим, які викидає худоба. Навпаки, тварина є поглиначем вуглецю, оскільки спожитий вуглець всмоктується в живі тканини тварини та в її продуктах, таких як молоко [6].

Однак ситуація з CH4 не однакова. Жуйні тварини (велика рогата худоба, вівці, кози та інші) виробляють СН4 як частину процесу травлення [3]. У рубці мешкають мільярди мікроорганізмів, включаючи бактерії, археї (мікроорганізми, що продукують СН4), найпростіші та гриби. Ці мікроорганізми перетворюють вуглеводи в прості молекули, які тварина може перетравити і виробляти леткі жирні кислоти (VFA), CO2, аміак та CH4. VFA використовуються тваринами як джерело енергії, але гази виводяться переважно через рот відрижкою [7]. СН4 є кінцевим продуктом в анаеробних процесах ферментації мікробів у шлунково-кишковому тракті жуйних тварин, особливо в рубці [8]. Під час цього бродіння водень виділяється і видаляється завдяки діяльності мікроорганізмів, що продукують СН4, і вони об'єднують СО2 з воднем, утворюючи СН4. Отже, викиди CH4 забезпечують механізм запобігання накопиченню водню в рубці, що може негативно вплинути на продуктивність тварин. Тому, думаючи про стратегії зменшення викидів CH4, ми повинні запропонувати альтернативний спосіб видалення водню [9].

Пом'якшення CH4 від великої рогатої худоби має як економічні, так і екологічні переваги [7]. Найбільш перспективним підходом для зменшення викидів CH4 від худоби є підвищення продуктивності та ефективності виробництва продукції тваринництва, завдяки чому на одиницю м’яса чи молока виробляється менше CH4 [10]. Інший спосіб полягає в безпосередній модифікації бродіння рубця, щоб менше утворювалось CH4 [7].

Більшість викидів CH4 відбувається у стадах жуйних з низькою продуктивністю. Частина потенціалу щодо пом'якшення наслідків може бути досягнута шляхом поліпшення ефективності тварин та стада [3]. Поліпшення продуктивності тварин і, отже, мінімізація виробництва ПГ на одиницю похідного продукту стали предметом уваги більшості дослідників [2,11].

Зміни в раціоні тварин та додавання різних кормових добавок були визначені як основні стратегії для пом'якшення виробництва СН4. Більший викид жуйних тварин пов’язаний з низькою засвоюваністю кормів (що призводить до вищих викидів кишкових речовин та гною), біднішим тваринництвом, меншою масою забою (повільні темпи зростання призводять до збільшення викидів на кг виробленого м’яса) або більшим віком при забої (довше життя також призводить до збільшення викидів) [3].

Існує кілька добавок до кормів, які досліджувались багатьма авторами, і, схоже, вони можуть зменшити вироблення CH4 у жуйних тварин та збільшити приріст ваги. Більшість ідентифікованих до сьогодні пребіотичних речовин - це ферментовані вуглеводи, які зазвичай не засвоюються, не всмоктуються в тонкому кишечнику, легко ферментуються корисною мікробіотою кишечника і погано ферментуються потенційно патогенними бактеріями в кишечнику та роті [12]. Харчові волокна, які зарекомендували себе як корисні пребіотичні добавки, включають пектин, вівсяну камедь, цукрову камедь, стійкий крохмаль та неперетравлювані олігосахариди, такі як фруктоолігосахариди, галактоолігосахариди, трансолігосахариди, поліфруктантний інулін та лактулозу [13]. Існує багато досліджень щодо різних пребіотиків та їх впливу на викиди СН4 та збільшення маси тіла телят. Наприклад, додавання галактоолігосахаридів до раціону молочної худоби спричинює зменшення вироблення СН4 до 11% [14]. У деяких дослідженнях на телятах показано, що добавки маннано-олігосахаридів збільшують середньодобовий приріст ваги та ефективність годівлі [15,16].

В даний час вчені-тварини вивчають ефективність пребіотичного інуліну для модуляції екосистеми кишечника як жуйних, так і не жуйних. Вже виявлено, що пребіотичний інулін бажано змінити екосистему кишечника. Як вказувалося, пребіотик інуліну зменшує вироблення азоту аміаку рубця та СН4 та збільшує синтез мікробного білка та збільшення живої ваги телят [17-19].

Оскільки проведено лише декілька досліджень щодо пребіотичного інуліну та його впливу на приріст живої ваги та викиди CH4 у телят, а результати наших попередніх досліджень не були повністю переконливими, метою цього дослідження було вимірювання кількості CH4 та CO2 в рубці телят, а також порівняйте приріст живої ваги між контрольною групою (CoG) та експериментальною групою, яка отримувала додаткову добавку пребіотичного інуліну в рекомендованій дозі, яка збігалася з найкращим збільшенням ваги у телят з нашого попереднього дослідження. Пом'якшення втрат CH4 від великої рогатої худоби має як економічні, так і екологічні вигоди.

Матеріали та методи

Етичне схвалення

Всі процедури, проведені в дослідженнях на тваринах, відповідали етичним стандартам. Дослідження було схвалено Радою з питань захисту тварин і етики факультету ветеринарної медицини Латвійського університету наук та технологій про життя (протокол No 2017/2).

У нашому експерименті метод збору рідини рубця був інвазивним (проколювання живота). Це викликало певний біль у литках; крім того, нам потрібно було забити телят в кінці експерименту, щоб отримати зразки з шлунково-кишкового каналу для гістологічного дослідження. Дотримуючись етичних вимог щодо мінімізації кількості тварин, що використовуються в експериментах, ми вирішили організувати якомога менші групи (по п’ять тварин у кожній групі).

Тварини

Дослідження проводилось на фермі молочних корів у Латвії, Салдуський район. Дослідження проводили з грудня 2017 р. По квітень 2018 р. Десять клінічно здорових випадково відібраних телят гольштейнського фрізського та червоного голштинського (Bos taurus L.) середнього віку 33 ± 5 днів та початкової маси тіла 74,4 ± 10,42 кг. нинішнє дослідження. Всі телята розміщувались групами в загоні з трьома твердими боками і одним частково відкритим. Усім тваринам було достатньо місця, щоб одночасно комфортно лежати, вільно пересуватися та взаємодіяти між собою. Підлога була бетонна і покрита тонким шаром соломи як підстилка. Цей простір був обладнаний двома кормами, один для корму та інший для заміни молока. Вимоги до простору кожного загону були придатні для восьми телят, але під час цього дослідження в ньому розмістилося не більше п’яти телят. Ми ретельно контролювали стан здоров’я телят протягом усього експериментального періоду та місяця після завершення експерименту.

Після народження всі телята отримували однаковий корм: першим прийомом їжі було молозиво, а протягом наступних 5 днів телята отримували незбиране молоко (3,5 л двічі на день), а згодом замінник молока у дозі, відповідної їх віку та вазі. Телята віком від 4 до 8 тижнів отримували по 8 л замінника молока на теля/день та передстартер без обмежень (якщо розрахувати тоді приблизно 0,5 кг/теля/день). У віці від 8 до 12 тижнів телята отримували приблизно 1,5 кг ячмінного борошна та 6 л замінника молока/теля/на день. Протягом усього експериментального періоду телята мали вільний доступ до необмеженої кількості сіна та води. Вміст поживних речовин у всіх кормах наведено в таблиці-1 .

Таблиця-1

Вміст поживних речовин на кг DM дієт, що використовуються під час вирощування телят.