Гипобиологический механизм накопления биологически активных веществ в зеленых криокормах

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

В течение чрезмерно длительного стойлового периода (270 дней) в Якутии, основным кормом для скота является сено природных сенокосов. Из-за несовершенства технологий, заготовленное сено теряет почти половину переваримого протеина, сахаров. В итоге резко ухудшается их кормовая ценность. Более половины заготавливаемого сена относится к третьему классу и ниже. Такой корм пригоден только для поддержания жизнеспособности животного [2]. Как пишет А.Д. Егоров [1], одной из главных причин низкого воспроизводства сельскохозяйственных животных является недостаток каротина в кормах. У коров, например, наблюдается повышенная яловость, аборты, рождение мертвого и нежизнеспособного приплода, снижение устойчивости к инфекциям, ослабление половой функции и другие нарушения.

При сушке травы на сено, в них происходит огромная потеря каротина, нередко, достигающая 80-90% от первоначального его количества в свежескошенной траве. Между тем, известно, что зимне-зеленые травянистые растения, имеющие высокую кормовую ценность, закаливаясь к холоду при осенних низких температурах, уходят под снег в зеленом состоянии. Так, среди местного населения хвощ пестрый славится, как прекрасное нажировочное растение. В кормовом отношении ему не уступает исключительно холодоустойчивое растение - пушица влгалищная, примерно 50% надземной массы этого растения зимой сохраняется в зеленом состоянии [4].

Дикие животные, а также олени и лошади, восполняют дефицит в витаминах и питательных веществах за счет поедания зеленых побегов и листьев, выкапываемых ими из-под снега, затрачивая при этом большое количество энергии на выживание. Крупный рогатый скот такой возможности не имеет и страдает от хронического дефицита витаминов

Учитывая, что природно-климатические условия криолитозоны неблагоприятны для заготовки и рационального использования высококачественных кормов стандартными технологиями, сотрудниками Института биологических проблем криолитозоны СО РАН, разрабатывается технология консервирования зеленых кормов с использованием бесплатных и неисчерпаемых естественных ресурсов холода зоны вечной мерзлоты (табл. 1).

Таблица 1 - Средняя месячная и годовая температура воздуха, С( ст. Якутск)

Зеленый криокорм - это замороженный естественным холодом зеленый корм, запрессованный в тюки малого размера.

Сырьем для производства зеленого криокорма служат холодоустойчивые однолетние кормовые культуры, выдерживающие низкие отрицательные температуры осенне-зимнего периода: овес, рапс, горох и т.д.

У них отмечается усиленное накопление запасных углеводов, особенно сахаров с наступлением осени, что повышает их холодоустойчивость.

Отличительная особенность технологии заготовки зеленого криокорма состоит в том, что посев однолетних кормовых культур проводится в более поздние сроки (8-15 июля) с расчетом максимального накопления их вегетативной массы с продуктивным использованием позднелетних и осенних осадков к периоду перехода среднесуточных температур с положительных к стабильно отрицательным [2].

Методика и материалы исследований.

Полевые опыты проведены на экспериментальных полях Якутского ботанического сада ИБПК СО РАН на мерзлотной лугово-черноземной почве. В 2009 г. овес сорта «Покровский» посеян в 3 срока: I - 17 июня; II - 6 июля; III - 30 июля.

В 2010 г. посев проведен 9 июля, испытано несколько холодоустойчивых кормовых культур (вайда, овес, рапс, горох, амарант). Урожай зеленой массы после скашивания по первому снегу хранился в 3-х вариантах: в копнах на поле; в холодном закрытом помещении; в подземной лаборатории Института мерзлотоведения СО РАН (в толще многолетнемерзлых пород). Определение питательбной ценности зеленых кормов проводилось общепринятыми методами [4, 5].

Результаты исследования и их обсуждение.

Растения овса 1-го срока посева (17.06), не достигшие молочной спелости, пожелтели, остались зелеными только нижние междоузлия с влагалищами листьев. У растений второго срока посева (07.07), находящихся в фазе выметывания колоса, пожелтели только нижние листья, урожайность с единицы площади была наиболее высокой. Соломина, хотя и оставалась зеленой, но огрубела.

Самая высококачественная зеленая масса была у растений позднего срока посева, которые находились в фазе трубкования (табл. 2). При этом растения остались до уборки по снегу с ярко зелеными упругими листьями с высоким содержанием воды (65-70%).

Таблица 2 - Влияние сроков посева на величину и качество урожая зеленой массы овса

Предполагается, что молодые растения овса, не сформировавшие семена и прошедшие закаливание ежесуточными ночными низкими температурами (-8С), консервируются стабильно отрицательными температурами осенне-зимнего периода криолитозоны.

Образующиеся в процессе первой фазы закаливаия комплементарные к льдоподобной воде низкомолекулярные белки, углеводы, каротин и каротиноиды и.т.д., обеспечивают безопасное для тканей растений переохлаждение при слабых морозах.

Таблица 3 - Сравнительная характеристика кормового качества сена и зеленого криокорма

Такая высококачественная в кормовом отношении зеленая масса с максимально высоким содержанием сахаров, каротина и фотосинтезирующих пигментов, называемая «криокорм», превосходит сено по содержанию каротина в 20 раз, протеина - 5, сахаров более 15 раз (табл.3).

В Якутии быстрый переход осени к зиме без продолжительных оттепелей позволяет сохранить зеленый криокорм в естественных условиях без потери кормовых достоинств весь зимний период в копнах или мелких стогах, а также в холодных помещениях, защищенных от прямых солнечных лучей.

В центральных районах Якутии исключительно благоприятные условия для закаливания растений к холоду складываются в сентябре. Большое количество солнечных дней обеспечивает накопление в них питательных веществ, прохладные ночи задерживают расход углеводов на дыхание и процессы роста. Растения вступает в зиму более закаленными, чем в тех районах, где осенью преобладает пасмурная погода.

У однолетних холодоустойчивых растений, не прошедших полный цикл развития происходят аналогичные процессы закаливания. Оставаясь на корню в зеленом состоянии, они впадают в гипобиоз, а затем и мезобиоз. Затем, при наступлении зимы под действием сильных морозов они промерзают в зеленом состоянии. При этом в них полностью сохраняются биологически активные высокопитательные вещества.

В Якутии уже проводятся производственные испытания заготовки криокорма. В.А. Румянцевым разработан способ заготовки зеленого корма с использованием естественного холода и проведена его апрбация [5]. На первоначальном этапе работы посев осуществили на площади 200 га, урожайность с 1 га составлял 15-35 т продукции, на текущий момент рыночная стоимость сена составляет 5000 руб. за тонну. Организаторы надеются, что в дальнейшем зеленый криокорм может частично заменить сено, и “поднять” сельское хозяйство не только Якутии, но и всего Северо-Восточного региона и Арктической зоны России на новый уровень.

Основными потребителями зеленого криокорма могут быть коровы, лошади, свиньи, олени, птицы, питомцы звероферм, а также дикие животные в зоопарках, заказниках и заповедниках. Поедаемость криокорма оленями, лошадьми и крупным рогатым скотом - стопроцентная. При подкормке ими повышается продуктивность животных и качество продукции вне зависимости от сезона.

Растительные ткани содежат до 80% воды. Структура воды гетерогенна и при нормальных температуных условиях состоит из смеси 2-х форм: плотноупакованной или свободной и льдоподобной. С понижением тепературы доля льдоподьбной воды соответственно увеличивается и при теператур+40С, в воде происходит фазовый переход и вода превращается в состояние “жидкого льда”, Молекулы воды, ассоцированные в структуру “жидкого льда”, обладают малой растворяющей и проникающей способностью, вследствие агрегированности молекул и их малой кинетической энергией.

Предполагается, что в живых организмах при оптимальных температурных усмловиях фнкционирует древняя теплолюбивая архесистема жизнедеятельности, которая хорошо вписывается в структуру свободной воды, но не толерантна к льдоподобной. Поэтому нижней границей функциональной активности и нативности этой системы является температура +40С, ниже которой она инактивруется. Все живые организмы обладают архесистемой жизнедеятельности, поэтому их активная жизнь наблюдается только до +40С. Однако у холодо- и морозоустойчивых растений, в процессе эволюционного развития, наряду с архесистемой, появилась вторая система гипобиометаболизма, имеющее сродство к льдопобной воде и способная сохранять функциональную активность в условиях холода [7]. Эта система, таким образом, полностью включается при температурах ниже +40С и заменяет инактиврованную архесистему. Поэтому от холода погибают только теплолюбивые, а холодоустойчивые организмы остаются живыми, однако физиологические процессы у них сильно замедляются и потому, переходят в состояние гипобиоза (покой у растений, спячка, оцепенение у животных и др), то при возвращении холодоустойчивых растений после воздействия холода и ночных заморозков в номальные температурные условия система гипобиометаболизма на некоторое время продолжает работать, дополнительно синтезируя продукты гидролиза. Это связана с тем, что в теплой воде также содержится определенное количество льдопобной структуры, которая не дает сразу разрушиться системе гипобиометаболизма. Поэтому после холодной ночи и, особенно, после несильных ночных заморозков, в клетках растений начинают одновременно функцинировать две системы - архесистема и система гипобиометаболизма, что дает эффект стимуляции ростовых процессов [7]. Высокая урожайность зеленой массы растений на двух последних вариантах нашего опыта может быть объяснена как раз результатом одновременной работы двух систем в погожие дни после заморозков, а заморозки в криолитозоне могут наступить в любой период вегетации растений, с резким снижением температуры воздуха (в августе до -8С).

В процессе развития устойчивости растений к неблагоприятному фактору выделяют два различных этапа: 1). быстрый первичный ответ и 2). значительно более длительный этап, связанный с формированием новых изоэнзимов или стрессорных белков [3].

Система гипобиометаболизма растений, в данном случае, используемых для заготовки зеленого криокорма, в условиях холода, то есть, с +40С начинает синтезировать криорезистентные структуры - изоэнзимы или стрессорные белки, которые обеспечивают протекание метаболизма в изменившихся условиях [ 3], а также полиненасыщенные жирные кислоты, в частности, линолевой и линоленовой, повышающие текучесть билипидного слоя мембран [5], происходит усиленный гидролиз крахмала, с образованием растворимых углеводов [4], которые служат в качестве криопротекторов и т.д. Поэтому количественный и качественный состав биологически активных и питательных веществ в зеленых криокормах существенно увеличивается.

Следует заметить, что у теплолюбивых растений, которые не устойчивы к холоду из-за отсутствия системы гипобиометаболизма, неспособны к синтезу биологически активных веществ, паоэтому непригодны в качестве объекта для заготовки криокорма.

Таким образом, проведенными научными исследованиями и производственными испытаниями доказана эффективность возделывания и использования зеленого криокорма.

Преимущества массового использования зеленого криокорма заключаются, прежде всего, в его полноценности в кормовом отношении, а также возможности механизации всего процесса его заготовки и использования.

Накопление в зеленых криокормах высокопитательных биологически активных веществ связано с работой гипобиометаболизма у холодоустойчивых растений, направленной на повышение их криорезистентности.

Понимание самими заготовителями и потребителями гипобиологических, гипобиометаболических механизмов образования и накопления высокопитательных, биологически активных соединений в тканях растений зеленого криокорма, которые благоприятно отражаются на здоровье и продуктивность животных, поможет широкому использованию этого нового перспективного вида корма в частных хозяйствах и кооперативных сельскохозяйственных предприятиях.

Литература

криокорм сельскохозяйственный каротин

1. Егоров А.Д. Витаин С и каротин в растительности Якутии. - М.: Изд-во АН СССР, 1954. - 248 с.

2. Иванов Б.И., Румянцев В.А., Петров К.А. Современные аспекты развития полевого кормопроизводства в Якутии //Наука и техника в Якутии. 2009. №1. С.16-20.

3. Кузнецов В.В., Дмитриева Г.А. Физиология растений. - М.: Высш. шк., 2011. - 784 с.

4. Нэш М.Дж. Консервирование и хранение сельскохозяйственных прлдутов // Превод с англ. - М.: Колос,1981, - 311 с.

5. Петров К.А., Перк А.А., Осипова В.В. Криорезистентсность и формирование кормовой ценности растений Якутии. - Якутск: Бичик, - 198 с.

6. Румянцев В.А. Агрохимические премы возделывания кормовых культур на зеленый замороженный (криокорм) в условиях Якутии. - Автореф.дисс. на сосик. Учен.степ.канд. с/х наук, Якутск, 2006. - 19 с.

7. Угаров Г.С. Теоретические основы гипобиологии // Фундаментальные исследования. - 2013. - №10. - С. 80-83.

Размещено на Allbest.ru