Обменные (балансовые) опыты

Изучение балансов веществ основано на законе сохранения вещества. Для составления баланса любого вещества необходим учет всех путей его поступления в организм животного и выделения. Наиболее просто составить балансы азота, золы и отдельных минеральных элементов. В отличие от опытов по переваримости, кроме поступления корма и выделения кала, необходимо учесть количество поступившей воды (если определяется баланс кальция и фосфора), а также выделение мочи и молока.

Баланс азота. В обменных реакциях организма может участвовать только азот органических соединений, то есть азот корма. Азот воздуха, не принимающий участия в процессах обмена веществ, не учитывается. Проследим путь азота, поступившего с кормом. Азот поступает в кровь через стенку желудочно-кишечного тракта. Часть азотсодержащих веществ корма выделится с калом и мочой, к ним присоединятся азотистые вещества пищевых соков и клеток эпителия пищеварительного канала. Азотистые вещества, всосавшиеся в кровь, подвергаются различным превращениям: откладываются в теле или в виде продуктов обмена выделяются с мочой и калом, а у лактирующих животных – и с молоком. Следовательно, баланс азота составляется по схеме:

Азот корма = азот кала + азот мочи + азот отложений + азот молока

Азот служит индикатором суммарного обмена протеина. По аналогичной схеме составляются балансы кальция и фосфора.

Баланс углерода. Гораздо сложнее составить баланс углерода, являющегося индикатором обмена органических веществ. Для этого требуется специальная аппаратура и очень трудоемкие опыты с применением респирационной техники. Углерод поступает в организм с пищей в форме сложных органических соединений, с вдыхаемым воздухом в форме углекислого газа; выделяется с калом, мочой, кишечными газами в составе углекислого газа и метана, а также с продукцией. Оставшийся в теле углерод входит в состав различных питательных веществ.

Для изучения баланса углерода используют респирационные камеры закрытого и открытого типа.

В аппараты открытых систем постоянно поступает свежий воздух. Определяют количество воздуха, прошедшего через камеру, его состав на входе и выходе и путем вычислений ведут учет изменений, произошедших с животным за счет дыхания.

В установках закрытого типа имеются приборы, конденсирующие и поглощающие водяные пары и углекислоту и охлаждающие нагретый животным воздух. Запас кислорода в камере постоянно пополняется.

Так как респирационных камер имеется пока очень мало, для изучения баланса углерода чаще используется масочный метод. Учет количества воздуха ведут с помощью специальных масок и счетчиков. Состав воздуха изучают с помощью газоанализаторов.

Сочетая балансы углерода и азота, можно рассчитать количество белка и жира, отложенных в организме животного и выделенных с продукцией. При этом необходимо помнить, что обезжиренный и обеззоленный белок содержит 16,7% азота и 52,5% углерода, жир – 76,5% углерода.

Подготовка и проведение опытов по изучению переваримости и обмена веществ. Для этих целей необходим специально обученный персонал, который должен уметь обслуживать животных, собирать и учитывать выделения, отбирать средние пробы для анализа.

Животные должны быть методически правильно подобраны. Кроме общих требований по подбору аналогов, следует обратить внимание на типичность для породы, хороший постоянный аппетит и отсутствие отклонений от здоровья. Если не ставятся специальные задачи, обусловленные методикой, то лучше использовать кастрированных самцов, так как их физиологическое состояние более устойчиво. Подбор животных в группы ведется по тем же принципам, что и в научно-хозяйственном опыте. Однако ввиду ограниченного количества участвующих в физиологических опытах животных необходимо добиваться их максимальной уравненности.

Минимальной численностью животных в опытах по переваримости считают 3-4 головы в каждой группе. Вместе с тем установлено, что в опытах на взрослых баранах группа может состоять из двух животных. И наоборот, при работе с молодняком ранних стадий развития численность групп увеличивается (например, для поросят до двухмесячного возраста – до пяти голов).

Перед началом опыта заготавливают журнал балансового опыта. В нем предусматривают учет (индивидуально для каждого животного) количества заданных кормов и их остатков, воды, а также выделенных кала и мочи. В журнал записывают индивидуальные рационы. Тщательно готовят помещения и клетки. На каждой клетке должна быть прикреплена этикетка с указанием номера животного, его группы и нормы кормления. В помещении вывешивают распорядок дня и график дежурств. Возле каждой клетки устанавливают емкости для сбора кала и мочи, на которых должны быть этикетки с указанием их объема и массы.

На весь период опыта заготавливают консервирующие растворы, дистиллированную воду, другие материалы и оборудование.

Готовят специальный стол, на котором устанавливают отрегулированные весы, емкости для сбора средних проб кала и мочи.

Продолжительность опыта обуславливается длительностью нахождения корма в желудочно-кишечном тракте животного (табл. 10).

Таблица 10

Продолжительность периодов балансового опыта, суток

(по А.И. Овсянникову, 1976)

В настоящее время изучается вопрос о возможности сокращения сроков учетного периода опыта, появляются публикации на эту тему. Однако отказываться от классических методик следует очень осторожно.

Кормление подопытных животных. Кратность кормления зависит от физиологических возможностей и возраста животных, но не может быть менее 2-3 раз в сутки. Кормление ведут по существующим нормам. Исходя из них, рассчитывают потребность в кормовых единицах или энергии на 1 кг живой массы.

Пример. В опыте участвуют три подсвинка живой массой: 55,5; 56,0 и 56,5 кг. Средняя живая масса составляет 56 кг. По норме такому животному требуется 2,2 к.ед. Рассчитываем потребность в кормовых единицах на 1 кг живой массы: 2,2:56 = 0,039 к.ед. Тогда каждому животному этой группы в сутки требуется следующее количество кормовых единиц:

0,039´55,5=2,16

0,039´56,0=2,18

0,039´56,5=2,20

Определив потребность каждого животного в этом показателе, нормируют содержание других показателей в расчете на каждую кормовую единицу или килограмм сухого вещества.

Кормят животных индивидуально. Необходимый запас кормов, кроме скоропортящихся, должен быть заготовлен предварительно. Перед началом опыта на весь его период взвешивают в отдельные пакеты или мешки корма и хранят их в расфасованном виде. Скоропортящиеся корма взвешивают непосредственно перед кормлением.

Отбор средних проб производится из каждой суточной дачи каждого корма с таким расчетом, чтобы к концу опыта иметь пробу, в 5-10 раз превышающую размер образца для анализа.

Остатки корма учитывают по каждому животному при каждом кормлении.

При изучении обмена минеральных веществ учитывают количество выпитой воды и берут ее пробы для анализа.

Учет кала. Кал собирают в момент выделения или немедленно после него и помещают в эмалированные бачки с крышкой, а лучше – в эксикаторы или банки с притертой крышкой. Взвешивание и отбор средних проб проводят один раз в сутки. Для этого кал тщательно перемешивают и из разных мест берут пробу. Размер суточной пробы кала определяют в предварительный период балансового опыта на основе данных пробного учета выделений. Расчет ведут следующим образом. Для химического анализа необходимо 2 кг кала (400 г сухого вещества). При 10-дневном учетном периоде средняя суточная проба составит 200 г (2000 г : 10). При выделении в сутки 10 кг кала размер суточной пробы составит 2% от суточного количества. Консервируют 10%-ным раствором соляной кислоты или 10%-ным раствором винно-каменной кислоты из расчета 1 мл на каждые 10 г кала. Добавляют также несколько капель 40%-ного формалина или хлороформа до их ощутимого запаха. Банки с пробами хранят на льду или в холодильнике при температуре 2-3°С.

Моча по мере выделения через отверстие в днище клетки или иным путем поступает в бутыль, в которую предварительно наливают 10-15 мл 10%-ного раствора соляной кислоты и добавляют 2-3 г тимола. Учитывают мочу так же, как и кал, один раз в сутки. Размер средней пробы мочи рассчитывают так же, как и кала, учитывая при этом, что для химического анализа требуется 2 л мочи. В это время отбирают средние пробы в банки с притертыми пробками, консервируют 10%-ным раствором соляной кислоты в количестве 5% от массы пробы. После каждого мочеиспускания днище клетки обмывают кипяченой (при учете баланса минеральных веществ – дистиллированной) водой, которая должна быть заранее приготовлена. Количество воды учитывают, собирая ее в отдельную бутыль. Отбирают средние пробы смывной воды так же, как и пробы мочи.

У лактирующих животных учет молока и отбор средних проб ведут при каждом доении. Проба молока составляет 0,5-1% удоя, но не менее 100 мл. Консервируют молоко формалином из расчета 8 капель 40%-ного формалина на 1 л молока.

У свиноматок учет молока осуществляют путем взвешивания помета поросят до и после кормления с точностью до 5 г. Учет ведут в течение суток, дважды за опыт. Пробу для анализа (30-50 г) берут путем сдаивания разных сосков в течение суток.

Опыты на птицах ведут, исходя из принципов проведения физиологических опытов.

Гематологические исследования. Кровь вместе с лимфой и тканевой жидкостью составляет внутреннюю среду организма, отличающуюся динамическим постоянством состава и физико-химических свойств. По морфологическим и биохимическим показателям крови можно судить о сдвигах в обмене веществ, интерьерных особенностях и физиологическом состоянии животного, так как все обменные процессы, протекающие в отдельных органах, тканях и целом организме, отражаются на составе крови.

Основными факторами, влияющими на состав крови здоровых животных, являются их продуктивность, физиологическое состояние, кормление, содержание и возраст.

Чтобы получить достоверные результаты анализа крови, необходимо правильно ее взять. Кровь берут до кормления животных или не менее чем через три часа после него. Необходимо знать топографию поверхностных кровеносных сосудов.

Способ взятия крови зависит от того, сколько ее требуется для анализа. Большое количество крови берут полыми кровопускательными иглами из венозных сосудов, расположенных близко к поверхности тела: у лошади и рогатого скота – из яремной вены в средней трети шеи в области яремного желоба; у собак и пушных зверей – из бедренной внутренней вены, расположенной на внутренней поверхности бедра, или передненаружной плюсневой вены на наружной поверхности голени; у кроликов – из наружной ушной вены, а также из полости сердца – иглу при этом вводят в третьем межреберье слева в области наилучшего ощущения сердечных толчков; у птицы – из подкрыльцовой вены, расположенной на внутренней поверхности крыла на уровне локтевого сустава; у свиней – из хвостовых сосудов, отсекая кончик хвоста на 1 см (после взятия крови его обязательно дезинфицируют йодом и перетягивают бинтом). У мелких животных кровь берут тонкими иглами, насасывая в шприц. Место взятия крови у животных выстригают и обрабатывают спиртовым тампоном.

Малые количества крови берут из мягких тканей, богатых мелкими кровеносными сосудами, предварительно обрабатывая место укола спиртовым тампоном и прокалывая копьем-скарификатором или надрезая ножницами. У крупных животных прокалывают мягкие ткани ушной раковины, у собак и зверей – ткани ушной раковины или мякиша пальца, у птицы надрезают гребень или бородку.

Для исследований чаще всего требуется получить сыворотку или цельную кровь. Сыворотка – жидкая часть крови, лишенная специфического белка фибрина, принимающего участие в свертывании крови. Получают сыворотку таким образом: в пробирку осторожно, по стенке, берут кровь и ставят ее в термостат при температуре 37-38°С на 12-18 часов. Образуется сгусток фибрина и форменных элементов и желтая жидкость, интенсивность окраски которой зависит от вида животных – сыворотка. Ее сливают, отделяя от сгустка, и исследуют.

Для получения цельной (консервированной) крови в пробирку вносят антикоагулянты, препятствующие свертыванию крови. Для этой цели используют 20 мг (на кончике скальпеля) щавелевокислого или лимоннокислого натрия или калия, либо 1-2 капли (100 ед. на 1 мл крови) гепарина. Антикоагулянт помещают в пробирку, затем берут кровь и осторожно смешивают ее с антикоагулянтом. Хранят, как и сыворотку, в холодильнике. После отстаивания консервированная кровь расслаивается на плазму и форменные элементы, поэтому перед проведением анализа ее необходимо осторожно перемешать.

Иногда требуется получить дефибринированную кровь и фибрин. Для этого кровь берут в колбочку, в которой находятся 10-15 бусинок, и взбалтывают круговыми движениями. Фибрин при этом оседает на бусинках. Кровь сливают в другой сосуд, а фибрин отделяют от бусинок и отмывают водой.

По составу крови возможно прогнозирование продуктивных качеств сельскохозяйственных животных.

Современными исследованиями установлена взаимосвязь морфологического состава крови с молочной продуктивностью. Так, наиболее высокое количество эритроцитов и гемоглобина наблюдается у коров перед отелом, причем у высокопродуктивных оно выше, чем у среднепродуктивных. При равной продуктивности лучше раздаиваются коровы с повышенным содержанием эритроцитов и гемоглобина.

Биохимические показатели крови также связаны с продуктивностью животных. Установлена положительная корреляция между содержанием общего белка сыворотки крови и удоем. У коров жирномолочных пород понижено содержание общего белка и глобулинов, а содержание альбуминов повышено.

Нуклеиновые кислоты исследуют в связи с их важной ролью в биосинтезе белка. Изучение уровня рибонуклеиновых кислот в крови показало, что между удоем за лактацию и их содержанием существует положительная корреляция 0,81±0,09.

Широко изучаются и ферменты крови, так как их активность отражает уровень лактации, регуляцию секреции молока. Например, фермент каталаза изменяет свою активность соответственно удою, и у высокопродуктивных коров она выше, чем у низкопродуктивных.

Уровень липидов крови коррелирует с жирномолочностью, а уровень летучих жирных кислот имеет прямую связь с содержанием жира в молоке.

Состав крови связан с убойными и мясными качествами животных. Скороспелые животные имеют более высокие показатели окислительных свойств крови и более высокое содержание общего белка сыворотки крови. Установлена положительная корреляция между содержанием мяса в туше и числом нейтрофилов; отрицательная – между содержанием мяса в туше и количеством лимфоцитов. Уровень липидов крови имеет положительную связь с жирностью туши свиней.

У кур яйценоскость коррелирует с окислительными свойствами крови и интенсивностью роста. Установлена связь между белковым составом крови и жизнеспособностью, скороспелостью и яйценоскостью. Возможно прогнозирование яйценоскости по уровню кальция в сыворотке крови.

Рабочая способность лошадей связана с окислительными свойствами крови.

Таким образом, изучение состава крови позволяет не только контролировать ход обменных процессов, но и прогнозировать продуктивность сельскохозяйственных животных.

Определение энергетической ценности кормов, продуктов животноводства и выделений. Изучение обмена веществ и энергии в организме животных является одной из важных проблем зоотехнической науки, так как познание объективных закономерностей обменных процессов в организме позволяет выявить пути снижения непродуктивных затрат и повысить коэффициент продуктивного действия питательных веществ кормов. Установлено, что у свиней только около 30% валовой энергии кормов используется на образование продукции, остальные 70% идут на осуществление жизненных функций и теряются с непереваренными остатками кормов.

Одним из главных этапов в изучении обмена веществ и энергии является определение энергетической ценности кормов, продуктов обмена и убоя.

Валовая энергия представляет собой число калорий, освобождающихся при полном сгорании корма или другого вещества в калориметре. Измерение энергии ведут также в джоулях. При этом считают, что 1 калория равна 4,184 джоуля.

Содержание валовой энергии в органических веществах растительного и животного происхождения можно определить двумя способами – прямым или косвенным.

Прямой способ основан на непосредственном учете выделения тепла при сгорании навески корма в кислороде под давлением в специальном калориметре. Этот способ дает высокую точность, но он требует наличия специальной аппаратуры и оборудования. Сжигание навески веществ ведут в калориметрической стальной бомбе, которую помещают в никелевое ведерко, а ведерко – в медный двустенный сосуд. В состав калориметра входят также мешалка с мотором и реостатом и термостат Бекмана, позволяющий измерять изменение температуры с точностью до 0,001°С. Кроме того, необходимы кислородный баллон с манометром, пресс для изготовления брикетов из исследуемого вещества, секундомер, стол, аналитические и технические весы.

При расчетном (косвенном) способе определения содержания валовой энергии используют данные о химическом составе вещества и коэффициенты энергетической ценности. Этот способ является менее трудоемким и дает незначительные расхождения по сравнению с прямым способом. Расчетный способ определения энергетической ценности кормов изучается в курсе кормления сельскохозяйственных животных.

Химический состав и питательность кормов. Для определения химического состава и вычисления питательной ценности кормов, отбирают их средние пробы, которые затем анализируют по схеме зоотехнического анализа. В течение опыта питательные свойства корма периодически контролируют, и особенно это необходимо для кормов, химический состав которых может значительно измениться в процессе хранения (травяная мука, корнеклубнеплоды).

Экстерьер и конституция. Изучение этих показателей проводят для сравнения линейных или породных различий, для определения особенностей роста и развития молодняка и других целей. Исследования ведут путем взятия промеров, вычисления индексов телосложения, фотографирования.

Промеры берут в день взвешивания животных или на следующий день. Объективные данные по промерам можно получить лишь в случае нормального развития и средней упитанности животных. Измерения проводят на ровной площадке с твердым грунтом или покрытием.

Точность измерения зависит от наличия подходящих инструментов (мерные палки, ленты, циркули). Для повышения точности полученных результатов каждый промер берут 2-3 раза и выводят среднюю величину.

По промерам вычисляют индексы телосложения, т.е. процентное отношение анатомически взаимосвязанных промеров.

Зоогигиенические исследования. Эти показатели так же, как изучение экстерьера и конституции, могут выступать в качестве самостоятельных или сопутствующих исследований. К ним относят контроль микроклимата, исследование почвы и воды, санитарный контроль за качеством кормов, их зоогигиеническую оценку и другие исследования.

Кроме перечисленных методов биологических исследований, в зоотехнических опытах могут использоваться и другие. Их выбор зависит от вида животных, цели и задач проводимого опыта.