Реферат: Ковальчук Ірина Іванівна кандидат ветеринарних наук, Інститут біології тварин наан лабораторія екологічної фізіології та якості продукції, докторант реферат

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ АГРАРНИХ НАУК

ІНСТИТУТ БІОЛОГІЇ ТВАРИН


Цикл наукових праць

на здобуття щорічної премії Президента України
для молодих вчених


ФІЗІОЛОГО-БІОХІМІЧНА ОЦІНКА ВПЛИВУ ВАЖКИХ МЕТАЛІВ НА ОРГАНІЗМ В СИСТЕМІ РОСЛИНА-ТВАРИНА-ПРОДУКЦІЯ ХАРЧУВАННЯ


Ковальчук Ірина Іванівна

кандидат ветеринарних наук,

Інститут біології тварин НААН

лабораторія екологічної фізіології та якості продукції,

докторант


РЕФЕРАТ


2012


^ Актуальність теми. Одним із головних завдань сучасної екології є вивчення впливу чинників антропогенних на оточуюче середовище, пошук біологічних тестів щодо оцінки змін показників життєдіяльності і розроблення науково обґрунтованих методів збереження його цілісності та поліпшення. Значну небезпеку для довкілля, біотичного середовища та життєдіяльності людини мають зростаючі техногенні навантаження, що зумовлюють підвищення рівнів ксенобіотиків, у т.ч. важких металів, у системі рослина-тварина-продукція. Більшість важких металів виявляють високу біологічну активність, однак окремі з них зумовлюють токсичний вплив навіть за незначного вмісту в організмі. Вони здатні нагромаджуватися у тканинах тварин і трофічним ланцюгом потрапляти в організм людини у небезпечних кількостях. Наслідки довготривалої дії невисоких рівнів важких металів виявляються в організмі людини і тварин повільно і погано розпізнаються. Надходження в організм окремих металів у більших кількостях може порушувати процеси обміну речовин, а нагромадження в організмі кадмію, свинцю, ртуті, миш’яку супроводжується токсичною дією (Покровская С.Ф., 1986; Трахтенберг И.М., 1994; Ноздрюхина Л.Р, 1997; Babonas J., 1997; Розпутній О.І., 1998; Кравців Р.Й., 1999, 2000). Погіршення екологічної ситуації в Україні зумовлює актуальність вивчення можливості безпечного ведення тваринництва й одержання якісної продукції харчування як в окремих біогеохімічних зонах, так і на територіях, що зазнали підвищеного техногенного впливу. Прослідковується чітка тенденція до підвищення техногенного забруднення довкілля та розширення зон і територій з високими рівнями важких металів у системі грунт - рослина – тварина-продукція харчування (Ягодин Б. А., Виноградова С. Б., Говорина В. В., 1989; ). Серед чисельних небажаних техногенних сполук, які можуть потрапляти у харчові продукти, важкі метали вважаються найбільш небезпечними для живих організмів. Небезпечна дія цих токсикантів проявляється негативним впливом на імунологічний статус, ферментні системи, репродуктивну функцію організму та їх кумулятивною здатністю.

Враховуючи дані літератури щодо негативного впливу екологічних факторів та дії різних токсичних речовин, в т. ч. техногенних, на організм тварин (Мазуркевич А.Й. 1996, 1998; Гуфрій Д.Ф., 1997, 2002; Богданов Г.О., 2003) актуальним є вивчення фізіолого-біохімічного впливу важких металів на організм і проведення моніторингу їх рівнів у системі рослина-тварина-продукція харчування в різних агроекологічних зонах.

^ Мета і завдання дослідження. Метою циклу проведених досліджень була ─ фізіолого-біохімічна оцінка дії на організм великої рогатої худоби та бджіл різних рівнів важких металів у кормах, інтенсивності виведення їх у продукцію, кумуляції у тканинах окремих органів, систем та розроблення ефективних способів і рекомендацій зниження надходження цих ксенобіотиків в організм тварин та їх продукцію.

З метою з’ясування механізмів впливу на організм підвищеного рівня цинку і кадмію в раціонах годівлі великої рогатої худоби проведено серію експериментів, що включали фізіолого - біохімічні дослідження з визначенням показників імунобіологічного статусу, мінерального складу крові та шерсті телиць, тканин і молока корів.

^ Наукова новизна одержаних результатів. На основі проведених комплексних досліджень вперше встановлено зв’язок між вмістом кадмію в раціоні та крові, тканинах органів і молоці корів, досліджено вплив його на рівень інших важких металів в організмі. З’ясовано дію їх на сорбційно-адсорбційну функцію молочної залози корів. Новими є результати щодо вивчення динаміки вмісту в артеріальній і венозній крові та інтенсивність сорбції окремих метаболітів і важких металів молочною залозою із крові, вміст їх у тканинах окремих органів корів за умов експериментального навантаження організму сульфатом кадмію. З’ясовано фізіолого-біохімічні механізми впливу підвищених рівнів добавок цинку і кадмію в раціоні на обмінні процеси та реактивність організму телиць до парувального віку. Встановлено, що надходження з раціоном телиць підвищених рівнів сульфату кадмію і цинку супроводжувалося змінами мінерального і морфологічного складу крові та шерсті телиць у віці 9-10 місяців. Відзначено вищий вміст кобальту, стронцію, марганцю та свинцю у крові телиць дослідних груп. Різниця між показниками була найбільшою стосовно вмісту Co, Pb та Sr. Доведено, що вміст кадмію у шерсті може бути біологічним індикатором надходження його в організм і якісно відображати концентрацію у тканинах нирок, печінки та в організмі в цілому. Показано, що високі рівні цинку і кадмію в раціонах телиць супроводжувались зниженням вмісту свинцю у шерсті та крові.

Отже, згодовування цинку на тлі підвищеного вмісту в раціоні теличкам кадмію суттєво впливає на обмін інших елементів в організмі і супроводжується підвищенням вмісту кобальту, марганцю і стронцію в крові і шерсті, що може бути наслідком стимулювання їх обміну у передшлунках, всмоктування у кишечнику та метаболізму у печінці.

Новими є дані щодо біологічної цінності молока корів за умов підвищеного вмісту кадмію в раціоні у стійловий і пасовищний періоди утримання, а також молока і яловичини за експериментального навантаження кадмієм сульфату. З’ясовано фізіолого – біохімічні механізми впливу кадмію сульфату на поглинання та виведення окремих компонентів крові молочною залозою корів під час лактації за показниками артеріовенозної різниці притікаючої та відтікаючої крові. Встановлено вплив сульфату кадмію на метаболічні реакції організму корів, що супроводжувалися активацією функції печінки і дезінтоксикаційної системи організму з підвищенням вмісту зв’язаних фенольних сполук в артеріальній і венозній крові і виділення їх молочною залозою.

^ Практичне значення одержаних результатів. Розроблено і апробовано склад кормової добавки на основі препарату „Сел-Плекс”, що підвищує продуктивну і репродуктивну здатність організму корів за умов утримання їх в зоні підвищеного техногенного навантаження, знижує вміст важких металів в організмі та молоці. У результаті застосування кормової добавки з першого місяця лактації коровам української чорно-рябої молочної породи (50 голів), отримано зменшення тривалості сервіс – періоду у корів дослідної групи на 14,5 % та індексу осіменіння на 14,0 %. Надій за пۥять місяців лактації у корів контрольної групи становив в середньому 2362 кг, а дослідної – 2665 кг. Різниця валового надою становила 12,8 % на користь дослідної групи. При впровадженні даної розробки на вказану підприємстві отримано фактичний економічний ефект в розмірі 1,8 грн. на 1 грн. затрат.

З’ясовано механізми впливу селеновмісного препарату “Сел-Плекс” на окремі біохімічні показники крові та молока корів у період роздою і стан антиоксидантної системи їх організму, вивчено особливості формування імунобіологічного статусу, росту та розвитку одержаних від них телят (патент України “Спосіб підвищення імунобіологічної реактивності та інтенсивності росту телят”). На основі одержаних результатів і даних літератури розроблено методичні рекомендації щодо застосування біологічно активних добавок з антиоксидантними властивостями у годівлі корів для підвищення продуктивності і репродуктивної здатності за умов інтенсивного техногенного навантаження на довкілля. Розроблено і затверджено ДКВМ ТУ України “Добавка кормова на основі селену та вітаміну Е”, що забезпечують нормативно-технічну базу виробництва і застосування добавок сполук селену в годівлі ВРХ.

З метою з’ясування механізмів впливу агроекологічних, сезонних і техногенних факторів на організм бджіл, біологічну цінність корму і продукції бджільництва проведено серію досліджень, що включали вивчення особливостей протікання фізіологічних процесів в організмі медоносних бджіл та їх продукції у різні періоди утримання залежно від агроекологічних умов розведення, зокрема: фізіологічні особливості впливу агроекологічних умов середовища на вміст мінеральних елементів у тканинах і продукції бджіл; вміст основних біогенних елементів у тканинах бджіл і їх продукції в зонах інтенсивного та помірного техногенного навантаження; фізіологічні механізми впливу екологічних чинників зони Лісостепу України на біохімічні показники бджіл і біологічну цінність їх продукції та вплив кочівного і стаціонарного утримання бджіл у різних агроекологічних умовах на вміст мінеральних елементів в бджолопродукції.

Використання бджіл та їх продукції у якості біоіндикаторів –– це сучасний і перспективний напрям екологічного моніторингу. Унікальна структура цього біологічного об’єкта, його постійний зв’язок з оточуючим середовищем, фізіологічні особливості життєдіяльності і живлення бджіл дають змогу вивчити не лише тимчасові впливи різних ксенобіотиків, але й розрахувати залежність їх вмісту в продуктах бджільництва від рівня у трофічному ланцюгу: рослина-тварина-продукція.

Проведені дослідження вказують на наявність тісного зв’язку між хімічними показниками пилку, нектару і води та тканин бджіл, важливий вплив їх мінерального складу на біологічну цінність і якість продукції бджільництва, що залежить від умов довкілля і технології утримання, життєдіяльності бджіл. На основі проведених досліджень встановлено, що вміст окремих важких металів в організмі бджіл залежить від екологічних умов зони їх життєдіяльності, а також є різним в тканинах окремих анатомічних відділів бджіл. Проте співвідношення їх умісту в тканинах голови, грудей і черевця бджіл, які утримувалися в різних агроекологічних умовах, зберігалося примірно однаковим.

Встановлено зміни вмісту окремих важких металів у бджолиному обніжжі медоносних рослин, як основного білкового корму, стільниках («язиках») і тканинах організму медоносних бджіл залежно від агроекологічних умов їх живлення. Це свідчить про виражено відмінний фізіологічний вплив агроекологічних чинників Лісостепу, Прикарпаття і Карпат на вміст і кумуляцію окремих біогенних і токсичних елементів в організмі бджіл, що може визначати їх життєдіяльність, розмноження, біологічну цінність та якість продукції.

З’ясовано, що агроекологічні умови стаціонарного і кочового утримання та живлення медоносних бджіл, зумовлюють коливання вмісту окремих важких металів в їх організмі та продукції. Застосування кочового методу утримання бджіл у літній період супроводжується зниженням вмісту таких небезпечних важких металів, як свинець і кадмій у їх тканинах і продукції бджільництва. На основі аналізу та узагальнення одержаних результатів обґрунтовано гіпотезу щодо визначального впливу умов утримання медоносних бджіл на концентрацію шкідливих і токсичних елементів у тканинах організму медоносних бджіл. Розроблено рекомендації з широкого використання кочового способу утримання бджіл у період медозбору для одержання екологічної бджолопродукції за умов розміщення пасік у зонах підвищеного техногенного навантаження.

Встановлена пряма залежність між інтенсивністю техногенного навантаження на навколишнє середовище та віддалю до джерела промислових викидів. На основі виконаних досліджень впливу викидів гірничо-збагачувальних підприємств, вугільних шахт та цементного заводу на різних агроекологічних територіях, з’ясовано фізіолого-біохімічні механізми надходження окремих важких металів в організм тварин та їх продукцію у системі рослина-тварина-продукція. Встановлено підвищений вміст важких металів в організмі медоносних бджіл і їх продукції з пасік, які розміщені в умовах промислових центрів, що свідчить про виражений фізіологічний вплив антропогенної діяльності та агроекологічних факторів на організм бджіл і якість їх продукції. Доведено, що інтенсивне техногенне навантаження супроводжується не однаковою кумуляцією окремих важких металів в тканинах різних відділів їх організму, а також концентрації цих елементів у продукції бджільництва.

Таким чином, відмінності вмісту досліджуваних важких металів у пилку, перзі з різних екологічних зон техногенного навантаження різної інтенсивності західного регіону України здійснюють вплив на рівень цих мінеральних елементів в організмі медоносних бджіл, а також і на їх трансформацію в продукцію бджільництва, що може змінювати її біологічну цінність та якість.

Отже, проведені дослідження впливу кадмію і цинку на організм великої рогатої худоби у зонах з підвищеним фоновим рівнем важких металів у кормах і воді вносять нові методичні підходи в методологію вивчення дії ксенобіотиків на тварин і біологічну цінність їх продукції. Одержані результати можуть використовуватися як теоретична основа для прийняття нових рішень щодо утримання тварин і виробництва продукції скотарства за цих умов, а також мати практичне значення для удосконалення технології годівлі худоби в умовах інтенсивного техногенного навантаження. Результати досліджень щодо аліментарного навантаження кадмієм організму корів під час лактації дозволяють розробити та уточнити рекомендації з гранично допустимих рівнів кадмію в кормах раціону, особливості надходження його в організм та виведення з молоком корів у стійловий та пасовищний періоди. Одержані експериментальні дослідження поглиблюють наукові уявлення про механізм дії кадмію і цинку на організм продуктивних тварин у різні періоди росту і розвитку, вплив цих елементів на вміст інших важких металів у молоці, мۥязах та окремих органах. Рекомендації щодо проведення контролю за вмістом кадмію і цинку в організмі великої рогатої худоби у зонах підвищеного техногенного навантаження з визначенням концентрації цих елементів у молоці та шерсті тварин і використання в їх годівлі добавки селеновмісних препаратів і сорбентів сприятимуть зменшенню трансформації важких металів із травного тракту в організм корів та виділення їх з молоком.

На основі оцінки продукції бджільництва з різних екологічних зон західного регіону України удосконалені елементи технології ведення бджільництва та розроблені способи отримання екологічно чистої продукції. Одержані результати щодо з’ясування механізмів впливу агроекологічних, сезонних і техногенних факторів на біологічну цінність корму і продукції бджільництва забезпечило теоретичну основу для розроблення методів підвищення життєздатності та екологічної безпеки живлення бджіл, їх продукції в регіонах України з різною інтенсивністю техногенного навантаження.


Результати досліджень за темою наукової роботи знайшли відображення у видрукуваних самостійно та у співавторстві методичних рекомендаціях (1), статтях (50), патенті (1) та технічних умовах (1).


Кандидат ветеринарних наук,

старший науковий співробітник,

докторант Інституту біології тварин НААН Ковальчук І.І.