Влияние фитонутриентов отдельно или в сочетании с монензином на продуктивность лактирующих молочных коров

Аннотация

Данный эксперимент был проведен с целью изучения влияния фитонутриентов по сравнению с монензином в качестве положительного контроля на производительность, молочные жирные кислоты, мобилизацию жира и клетки крови у лактирующих молочных коров. 36 коров голштинской породы были использованы в 9-недельном исследовании с конструкцией полного блока. После 2-недельного ковариационного периода коров разделили по дням в молоке, паритету и удою и случайным образом распределили по одному из трех методов лечения (12 коров/метод): 450 мг/кор/сут монензина (МО), 250 мг/кор/сут капсикума + 450 мг/кор/сут МО (MOCAP) и 1000 мг/кор/сут смеси циннамальдегида, эвгенола и капсикума (CEC). Потребление сухого вещества и удой молока не зависели от лечения. Добавка CEC повысила эффективность кормления по сравнению с МО, но не повлияла на эффективность кормления на основе молока с поправкой на энергию. Состав молока (жир, белок и лактоза), профиль молочных жирных кислот и концентрация в крови неэстерифицированных жирных кислот и β-гидроксибутирата также не были подвержены влиянию лечения. Экспрессия гормон-чувствительной липазы в жировых тканях имела тенденцию к увеличению при применении MOCAP по сравнению с MO. Количество лейкоцитов, нейтрофилов, лимфоцитов, эозинофилов и базофилов не зависело от лечения, хотя количество моноцитов снижалось под воздействием CEC. Лечение не оказало влияния на эритроциты, гемоглобин и тромбоциты. Результаты показывают, что диетическое добавление CEC и капсикума не оказало никакого производственного или иного воздействия на молочных коров по сравнению с МО, за исключением того, что CEC повысил эффективность кормления и снизил количество моноцитов в крови.

Ключевые слова: фитонутриенты, удой, производительность, молочные коровы.

Введение

Фитонутриенты (PN) - это биологически активные соединения растительного происхождения, образующиеся в результате вторичного метаболизма в растениях (Patra, 2012). Хорошо известно, что PN обладают антимикробным действием и используются в качестве агентов самозащиты в растениях (Cowan, 1999). В исследованиях с жвачными животными PN использовались для изменения ферментации в рубце, повышения эффективности использования питательных веществ и увеличения продуктивности животных (Calsamiglia et al., 2007). Некоторые фенольные PN, такие как циннамальдегид (CIN), эвгенол (EUG) и капсикум (CAP), снижали концентрацию ацетата и повышали концентрацию пропионата в содержимом желудка КРС (Cardozo et al., 2006; Yang et al., 2010a). Пропионат повышает эффективность использования энергии рациона за счет увеличения поступления энергии через глюконеогенез, а повышение концентрации пропионата связано с уменьшением выработки метана у жвачных животных (Aschenbach et al., 2010; Janssen, 2010). Эти рубцовые эффекты PN схожи с эффектами обычных модификаторов рубца, таких как моненсин (МО). Как ионофорный антибиотик, МО известен тем, что избирательно ингибирует грамположительные бактерии, что приводит к снижению концентрации ацетата и повышению концентрации пропионата в рубце (Russell and Strobel, 1989).

В дополнение к руминальным эффектам, PN может оказывать поструминальные эффекты (Oh et al., 2017a). В исследованиях на нежвачных животных капсаицин, основное активное соединение в CAP, связывается со своим рецептором в кишечнике, вызывая опосредованные хозяином реакции (Holzer, 2011). CAP проявлял про- и противовоспалительное действие (Lee et al., 2011; Liu et al., 2013) и стимулировал мобилизацию жира (Azhar et al., 2016) и секрецию пищеварительных ферментов (Srinivasan, 2016) у кур, свиней и крыс. Эти эффекты можно было бы ожидать и у жвачных животных, если бы CAP обходил рубец. В исследовании с участием молочных коров абдоминальное введение CAP модулировало иммунную систему путем увеличения кол-ва Т-хелперных клеток (Oh et al., 2013). Кормовая добавка незащищенного CAP повысила доступность энергии за счет увеличения мобилизации жира без влияния на рубцовую ферментацию (Oh et al., 2015). Выведение CAP из рубцового тракта у коров составляет от 15 до 33% в зависимости от дозировки (Oh et al., 2016).

Поэтому мы предположили, что PN могут, благодаря своему рубцовому и пострубцовому действию, повышать производительность животных за счет улучшения эффективности исполь-ния питательных веществ. В данном исследовании изучалось рубцовое действие фенольных PN (CIN, EUG и CAP) по сравнению с МО и потенциальное пострубцовое действие CAP при добавлении вместе с МО. Цель - изучить влияние PN отдельно или в сочетании с МО на потребление корма, удой и состав молока, мобилизацию жира и клетки крови у лактирующих коров.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Животные и обработки

Комитет по уходу и использованию животных Университета Пенсильвания одобрил все процедуры, использованные в данном эксперименте. Эксперимент проводился в Учебно-исследовательском центре жив-ва УП. В эксперименте участвовали 36 лактирующих голштинских коров (ср удой=46±8,8 кг; вес=676±75,8 кг; и 120±23,1 DIM в начале), распределенных по схеме с полным блоком. Коровы содержались в коровнике с песчаной подстилкой, оборудованном системой кормления Calan Broadbent (American Calan Inc., Northwood, NH) для измерения индивид. потребления корма. Перед началом эксперимента коровы были обучены пользоваться системой Calan и имели свободный доступ к пит. воде. Эксперимент длился 9 недель, включая 2-нед. ковариантный период, за которым следовал 7-нед. экспериментальный период, вкл. 3 недели для адаптации рациона и 4 недели для сбора данных и образцов. В ковариативный период коров кормили рационом, кот. состоял из (% от СВ) 39,0% кукурузного силоса, 16,6% люцернового сенажа, 2,5% травяного сена, 8,3% молотой и 1,6% дробленой кукурузы, 7. 5% экстрагированного растворителем рапсового шрота, 7,4% муки из побочных продуктов конфет?, 5,8% термически обраб. цельных соевых бобов, 5% тростниковой патоки, 3,3% хлопковой шелухи, 2,7% минерально-витаминного премикса и 0,3% Optigen (Alltech Inc, Николасвилл, шт. Нью-Йорк) в качестве медленно высвобождающейся мочевины. Ковариативный рацион содержал (% от СВ) 14,9% CP, 31,2% NDF, 21,9% ADF, 44,4% NFC и 1,56 мкал/кг NEL.

Эксперим. рацион (Табл.1) был составлен так, чтобы удовлетворить или превысить потребности коров в пит. веществах на основе NRC (2001), исходя из их ср. DMI (30,2 кг/сут), вес (671 кг), удоя (47,1 кг/сут) и состава молока (3,80% мол. жира, 3,20% белка и 4,78% лактозы) в ковариативный период.

Коровы были разбиты на блоки по 3 головы в зависимости от DIM, паритета и удоя в течение ковариативных периодов. Коровы в блоке были случайным образом распределены на 1 из видов лечения (12 коров/лечение): 450 мг/день МО (Румензин, Elanco Animal Health, Greenfield, IN), 450 мг/сут МО+250 мг/сут продукта, содержащего 20% CAP (XTRACT CapsXL, Pancosma; MOCAP), и 1000 мг/сут смеси из 5. 5% CIN, 9,5% EUG и 3,5% CAP (XTRACT Ruminant; CEC). Дозы PN были определены из исследований (Oh et al., 2015; Oguey and Wall, 2016). Коровы получали базовый рацион ad libitum один раз в день утром, ориентируясь на 10% отказов. Лечебные препараты добавлялись сверху, смешиваясь с порцией (примерно 500 г) ПКС. Всех коров доили дважды в день в 06:00 и 18:00.

Отбор проб и анализы

Индивид. потребление корма, удой и вес коров (система весов AfiFarm 3.04E; S.A.E. Afikim, Реховот, Израиль) регистрировались ежедневно в течение всего эксперимента. Еженедельные комбин. образцы ПКС и отказных кормов готовились из подпроб, собранных дважды в неделю. Пробы кормов и концентратов отбирались еженедельно. Составные образцы ПКС, кормов и концентратов высушивались в печи при 65°C до постоянного веса и измельчались через 1-мм сито, после чего анализировались на содержание CP (AOAC International, 2000), NDF (Van Soest et al., 1991), ADF (AOAC International, 2000), эфирного экстракта (AOAC International, 2006), Ca (AOAC International, 2000), P (AOAC International, 2000) и расчетного NFC (NRC, 2001) и NEL (NRC, 2001) компанией Cumberland Valley Analytical Services (Maugansville, MD). Анализ ОМ проводился путем озоления образцов ПКС в течение 4 ч при 600°C.

Образцы для анализа состава молока были взяты из вечернего и утреннего доения на 2-й неделе ковариантного периода и на 4, 5 и 6-й неделях эксперимент. периода. Один набор образцов молока консервировали 2-бром-2-нитропропан-1,3-диолом и передавали в лабораторию Dairy One (Итака, штат Нью-Йорк) для анализа молочного жира, чистого белка, лактозы, КСК и MUN с помощью инфракрасной спектроскопии (MilkoScan 4000; Foss Electric, Хиллерёд, Дания). Данные о составе молока были взвешены для соответств. вечерних и утренних надоев. Второй набор образцов молока был собран без консерванта и заморожен при -20°C для анализа жирных кислот молока. Образцы молока были составлены по коровам в зависимости от удоя в дни отбора проб и проанализированы на содержание жирных кислот в молоке в соотв. с процедурой, описанной Рико и Харватином (2013).

Для анализа гематологии, жирных кислот и BHB образцы крови собирали из копчиковой хвостовой вены или артерии через 2 ч после кормления на 1 день на 5-й и 6-й неделях эксперим. периода. Образцы крови (приблизительно 10 мл) собирали в вакуумированные пробирки, содержащие EDTA (BD Biosciences, Franklin Lakes, NJ), хранили в холодильнике при 4°C и анализировали на гематологию в тот же день. Анализ включал количество эритроцитов, гемоглобин, гематокрит, количество тромбоцитов, средний объем тромбоцитов и общее количество лейкоцитов, включая общее количество нейтрофилов, лимфоцитов, моноцитов, эозинофилов и базофилов с помощью автоматического гематолог. анализатора (HemaVet; Drew Scientific, Oxford, CT). Отдельный набор образцов крови был собран в пробирки, содержащие EDTA (BD Biosciences).

Плазма крови отделялась центрифугированием при 1 500 × г при 4°C в течение 15 мин и хранилась при -80°C для анализа жирных кислот и BHB. Для определения содержания жирных кислот и BHB в крови использовались ферментативные колориметрические методы [NEFA-HR(2) и Autokit 3-HB, соответственно, Wako Diagnostics, Mountain View, CA]. Мин-льно определяемые уровни этих методов составляли 0,0014 мкмоль/л (эквивалент олеиновой кислоты) и 3 мкмоль/л для жирных кислот и BHB, соответств.

Биопсии жировой ткани (около 1 г) были взяты из области головы хвоста (Smith and McNa-mara, 1989) на 1 день 7-й недели эксперим. периода для анализа гормон-чувствительной липазы (HSL). Жировую ткань немедленно помещали в реактив Trizol (Qiagen, Valencia, CA) и хранили при -80°C.  Вестерн-блот анализ проводили с использованием процедуры выделения белка, как описано производителем(https://tools.thermofisher.com/content/sfs/manuals/trizol_reagent.pdf). Концентрацию белка в гомогенате каждой ткани определяли количественно (Bio-Rad Protein Assay, Hercules, CA), и проводили SDS-PAGE, используя равное количество общего белка на образец. Каждая поливинилидендифторидная мембрана была окрашена Ponceau S (Aqua Solutions, Deer Park, TX) для проверки равной загрузки белка. Тридцать микрограммов экстракта общего белка разделяли на 10% геле SDS-PAGE. Блотты затем блокировали в 5% обезжиренном сухом молоке и инкубировали в течение ночи с первичным антителом к HSL (Cell Signaling Technology, Beverly, MA; #4107; разведение 1:1,000) при 4°C. Блотты промывали соответств. вторичным антителом (конъюгированным с пероксидазой хрена козьим антирабитовым IgG; разведение 1:2 000) и обрабатывали для обнаружения белка с помощью хемилюминесцентного субстрата Super Signal (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA) в соотв. с инструкциями произв-ля (https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/LSG/manuals/MAN0015920_2162617_SuperSigWestPicoPLUS_Chemil_Substr_UG.pdf). Блотты были визуализированы с помощью FluorChem (ProteinSimple, Сан-Хосе, Калифорния), а плотность в линейном диапазоне была определена с помощью ImageJ (NIH, Бетесда, MD). Этот анализ проводился только для MO и MOCAP для изучения влияния CAP на HSL.

Статистический анализ

Данные анализировались с помощью процедуры MIXED в SAS 9.3 (SAS Institute Inc., Cary, NC).  Выпадающие значения были удалены с помощью процедуры REG в SAS на основ. абсолютного знач-ия остатка по Стьюденту >3. Данные были проверены на нормальность с помощью процедуры UNIVARIATE в SAS. Данные по гематологии были преобразованы в логарифмическую форму, поскольку W-статистика теста Шапиро-Уилка была <0,05; все остальные данные были нормально распределены.

Усредненные по неделям данные по DMI, надою и составу молока, расчетной эффек-сти корма, весу и данные по гематологии, жирным кислотам крови и BHB были проанализированы с использованием недели в кач-ве повторной меры, предполагая ковариационную стр-ру AR(1). Статистическая модель включала неделю, лечение, взаим-вие лечения и недели и ковариационный термин. Ковариативный показатель в стат. модели только для DMI, удоя и состава молока, расчетной эффективности корма и веса. Блок и блок × лечение были приняты в качестве случайных эффектов, в то время как лечение, неделя, и неделя × лечение были фиксированными эффектами. Данные для HSL и жирных кислот молока были проанализированы с помощью той же модели, искл. неделю и взаим-вие "лечение × неделя".

Если основной эффект от лечения был значительным, ср. значения разделялись с помощью парного t-теста (опция pdiff в PROC MIXED). Статистические различия были объявлены при P<0,05. Различия между обработками при 0,05≤P<0,10 рассматривались как тенденция к значимости. Данные представлены как ср. значение по методу наименьших квадратов.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Данные по DMI, удою и составу молока представлены в табл. 2. Обработка не оказала влияния на DMI и удой. В сравн. с МО, CEC повысил (P = 0,04) эфф-сть кормл., но не повлиял на эфф-сть кормл. ECM. Состав молока (жир, чист. белок и лактоза), NEL, MUN, SCC и вес не зависели от обработки. Обработка не повлияла на жирнокислотный профиль молока (табл. 3).

Исследования, изучающие влияние CIN, EUG и CAP на произ-сть мясного и молочного скота, немногочисленны, а результаты противоречивы. Yang и др. (2010b) наблюдали увеличение DMI и ССП при использовании 400, 800 и 1600 мг/голову в день CIN у мясного скота. Смесь из 3 PN (CIN, EUG и CAP; 800 мг/голову в день) увеличила ССП в исследовании с исп-ием мясного скота (Compiani et al., 2013). У молочных коров CAP повышал удой или эфф-сть использов. корма (Oh et al., 2015; Stelwagen et al., 2016; Oh et al., 2017b). Oguey и Wall (2016) повторно показали, что удой молока был выше у коров, которых кормили той же смесью, которая использовалась в исследовании (CEC); однако в др. исследованиях не сообщалось о влиянии CIN, EUG или CAP на прод-сть жвачных животных. Например, добавление в рацион CIN (1 г/день или 50 мг/кг суточного рациона) не оказало влияния на прим. СВ, удой и состав молока у молочных коров (Benchaar et al., 2008; Benchaar, 2016). В исследованиях с мясным и молочным скотом не было отмечено влияния EUG на ССП и удой (Yang et al., 2010c; Benchaar et al., 2012, 2015). Tager и Krause (2011) и Tekippe и др. (2013) не наблюдали никакого влияния на прод-сть коров, получавших смесь из 17% CIN и 28% EUG. Вероятно, что различия в хим. свойствах акт. соединений, дозах и видах животных привели к разл. ответам в разн. исследованиях. Производ. эффекты PN сравнивались с эффектами MO из-за перв. догмы, что PN может действовать как ест. модификаторы рубца (Calsamiglia et al., 2007). Смесь CIN и EUG (400 мг/мг/сут) увеличила ССП в сравн. с MO у быков, не оказывая влияния на DMI (Geraci et al., 2012). Однако Бенчаар (2016) сообщил, что у молочных коров CIN (50 мг/кг рациона СВ) не влияет на DMI, удой и состав молока по сравнению с МО (24 мг/кг DM). Это соответствует исследованию Chapman et al. (2017), где CIN (1 и 2 мг/кг массы) не оказывал влияния на DMI или ССП в сравн. с МО (1 мг/кг массы) у мол. коров. В исследовании мы не обнаружили разницы между PN и МО в удоях. Повышение эфф-сти кормления с помощью CEC может быть следствием незначит. снижения DMI при этом методе лечения в срав. с МО. Отсутствие влияния леч. на жир. кис-ты молока в исследовании согласуется с др. отчетам с PN. Benchaar et al. (2015) сообщили, что прикорм EUG (50 мг/кг DMI) не повлиял на жирные кислоты у молочных коров. Корм. добавки CIN и CAP не оказывали никакого или незнач. влияния на ЖК у мол. коров (Benchaar and Chouinard, 2009; Oh et al., 2015). Концентрации ЖК и BHB в крови были схожи между методами лечения (Таблица 4). По сравнению с МО, MOCAP имел тенденцию к увеличению (P = 0,09) экспрессии HSL в жир. ткани хвостовой обл-ти (Рис. 1).

Отсутствие влияния леч. на уровень ЖК и BHB в крови в эксперименте означает, что PN не влиял на мобилизацию жира в срав. с MO. Капсаицин и CINувеличивали мобилизацию жира в исследованиях с нежвачными животными (Azhar et al., 2016). У коров корм. добавка CAP повышала концентрацию BHB или ЖК в крови (Oh et al., 2015, 2017b), не влияя на ферментацию в рубце и DMI. Влияние CIN, EUG или CAP на подвижность жира, не было послед. в исследованиях на жвачных животных.. Добавка CIN (от 400 до 1 600 мг/сут/гол) в 4 раза снижала концентрацию ЖК в крови быков и мясных коров, из-за более выс. поступления энергии за счет увеличения DMI (Yang et al., 2010a,b). Однако такое же кол-во EUG (от 400 до 1 600 мг/день на голову) не повлияло на сод-ние ЖК в крови мясных коров (Yang et al., 2010c). Calsamiglia et al. (2009) использовали ту же смесь (17% EUG, 11% CIN и 7% CAP), что и CEC в исследовании, и наблюдали снижение ЖК в крови только у молочных коз перед родами. MOCAP немн. увеличил экспрессию HSL в жир. ткани в срав. с MO в исследовании. Являясь внутриклет. липазой, HSL гидролизует триглицериды в ЖК (Lampi- donis et al., 2011); она является одним из осн. регуляторов липолиза жир. ткани и ингибируется инсулином.

На кол-во общих лейкоцитов, нейтрофилов, лимфоцитов, эозинофилов и базофилов лечение не повлияло (Табл 5). На проц. соотношение нейтрофилов, лимфоцитов, эозинофилов и базофилов к общ. кол-ву лейкоцитов лечение не повлияло. Кол-во моноцитов имело тенденцию к снижению (P = 0,10) в случае CEC в срав. с MO. Кол-во лейкоцитов в исследовании находилось в пределах нормы для мол. коров: от 4 000 до 12 000, от 600 до 4 100, от 2 500 до 7 500, от 0 до 1 200 и от 0 до 2 400 клеток/мкл для общ. кол-ва лейкоцитов, нейтрофилов, лимфоцитов, моноцитов и эозинофилов, соотв-но (Kramer, 2000). Красные кровяные тельца, концентрация гемоглобина и тромбоциты были схожи между методами лечения.

Моноциты явл. одним из видов белых кровяных телец и составляют от 2 до 7% от общ. кол-ва белых кровяных телец у КРС (Jones and Allison, 2007). Периферические моноциты попадают в ткани и дифференцируются в макрофаги, главные клетки-уборщики имм. системы, во время бактер. инфекции (Ginhoux and Jung, 2014). В исс-нии CEC имела тенденцию к снижению кол-ва моноцитов в срав. с МО. В исс-ниях сообщалось о регуляторном влиянии CIN, EUG и CAP на моноциты и макрофаги. У нежвач. животных CIN проявлял противовосп. реакцию, снижая уровень восп. цитокинов, таких как IL-1 и фактор некроза опухоли, выраб. мышиными макрофагами (Chao et al., 2005, 2008). Liu et al. (2012) показали, что фактор некроза опухоли ингибируется CIN и EUG в макрофагах свиней с или без имм/ стимуляторов. Добавка CAP уменьшила кол-во макрофагов у свиней, зараж. кишечной палочкой (Liu et al., 2013). Фитонутриенты активируют каналы переходного рецепторного потенциала, экспрессируемые на нейронах, эпителии кишечника и имм. клетках (Holzer, 2011). У млекопитающих переход. рецептор. потенц. каналы действуют как вторич. преобразователи активации клеток. Эти физиолог. эффекты PN могут иметь место и у жвачных животных, если PN минует рубец. Фенольные PN устойчивы к микробной деградации. Franz et al. (2010) сообщили в исс-нии непрерывной культуры, что некот. фенольные PN показали степень восстановления до 60% после 12 ч инкубации in vitro.

Oh et al. (2016) сообщили, что скорость выхода капсаицина из рубца составляет от 15 до 33% в зависимости от дозы. В исс-нии CEC снизил кол-во моноцитов, за счет регуляторных эффектов в ЖКТ, хотя количество CEC, доставл. в ЖКТ, не оценивалось. Этот результат позволяет предположить, что добавление CEC может уменьшить чрезмерный моноцитоз, вызванный бактериаль. инфекцией у мол. коров (Roland et al., 2014). Коровы в исс-нии не подвергались иммун. вызову; имм. клетки могут по-разному реагировать на PN, когда им бросают вызов активирующие молекулы, такие как LPS (Liu et al., 2012; Oh et al., 2017c). В исс-ниях с жвачными животными, CIN, EUG и CAP не влияли на моноциты. Добавление CIN и EUG (400, 800 и 1600 мг/сут/гол) в рацион растущего мясного скота не повлияло на кол-во моноцитов (Yang et al., 2010a,c). Несколько исс-ний на мол. коровах показали, что CAP не влияет на моноциты (Oh et al., 2013, 2015, 2017c); необходимы дальн. исс-ния влияния PN на моноциты и скорости шунтирования PN в рубце.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В исс-нии на надои, состав молока и эфф-сть кормления дойных коров не повлияла добавка CAP к рациону, содерж. МО. Смесь PN (CEC) не оказала влияния на показатели лактации, за исключ. повышения эфф-сти испол-ния корма в сравн. с МО.

Незначит. увеличение кол-ва моноцитов в крови и HSL указывает на возможные пострубцовые эффекты PN. Дальнейшие исс-ния должны быть направлены на изучение скорости шунтирования рубца и потенц. пострубцовых эффектов фенольного PN у молочных коров.

Данную статью можно скачать ниже.