рительной функции у животных невозможно без деятельности микрофлоры. Особенно это касается жвачных, преджелудки которых населены многочисленной и разнообразной по составу микрофлорой и микрофауной, принимающими активное участие в переваривании корма.
Априори можно утверждать, что микрофлора пищеварительного тракта нуждается в тех же группах питательных веществ (включая минеральные элементы), что и макроорганизм, хотя пути их превращения у симбионтов могут быть принципиально иными.
О важной роли минеральных элементов для деятельности микрофлоры свидетельствуют: 1) увеличение количества и активности отдельных групп микроорганизмов при введении в рацион солей макро- и микроэлементов (в смеси или в отдельности); 2) положительное влияние добавок золы люцерны или меляссы на переваримость жвачными целлюлозы низкокачественных грубых кормов; 3) усиление биосинтеза микробного белка и снижение потерь азота при восполнении дефицита микроэлементов; 4) изменение метаболизма (всасывания и экскреции) минеральных веществ у моногастричных под влиянием ряда антибиотиков, изменяющих соотношение популяций микроорганизмов; 5) более низкая потребность в некоторых минеральных веществах (Mg, Zn, Са, Р) и более высокая их абсорбция у стерильных животных (в частности, цыплят) в сравнении с конвенциональными (т. е. зараженными кишечной микрофлорой); 6) резкое уменьшение содержания водорастворимых фракций микроэлементов в рубцовом содержимом в сравнении с кормом и химусом двенадцатиперстной кишки (связывание микроэлементов микрофлорой).
Очевидно, потребность микрофлоры в макро- и микроэлементах может зависеть от состава рациона. Так, при зерновом рационе быстрорастущие микроорганизмы имеют повышенную потребность в минеральных веществах в сравнении с медленнорастущими, переваривающими в основном грубые корма. При скармливании бобовых культур (богатых микроэлементами) потребность микрофлоры ниже, чем при использовании злаковых культур.
Потребность Рубцовых микроорганизмов в минеральных элементах определяли in vitro с использованием разных вариантов методики «искусственного рубца» (см. обзоры 3, 8, 35). Субстратом служила рубцовая жидкость с добавками или без добавок синтетических источников азота и клетчатки и с разными дозами изучаемых элементов. Критерием эффективности добавок служили: рост числа бактерий, переваривание целлюлозы, образование ЛЖК, уменьшение содержания небелкового азота и увеличение количества азота микроорганизмов.
В этих опытах было установлено, что рубцовые бактерии (иногда их отдельные виды) нуждаются в Са, Р, Na, К, Mg, CI, S, Мп, Си, Со, Fe, Mo, Zn*. По аналогии этот перечень можно распростра-
*** При культивировании отдельных видов микроорганизмов на питательных средах в состав последних также вводят минеральную смесь.**
нить и на кишечную микрофлору. Сведения, полученные in vitro, в целом согласуются с опытными in vivo. Простейшие в сравнении с бактериями менее активно реагировали на изучаемые добавки in vitro, что предполагает их большую потребность в микроэлементах [42].
Примерные оптимальные и токсические концентрации макро- и микроэлементов для микрофлоры приведены в таблицах 6 и 7,
6. Оптимальные и токсические дозы некоторых минеральных элементов для рубцовой микрофлоры [35]
| Элемент | Соединение | Оптимальная кон центрация, мкг/мл | Токсическая кон центрация, мкг/мл |
|---|---|---|---|
| S | Na 2S0 4 | 10-500 | 1000 |
| Mg | MgS0 4 | 20—160 | 320 |
| Са | СОС12 | 50—300 | 450 |
| Mn | MnS0 4.H 20 | 0-160 | 320 |
| Fe | FeS0 4.7H 20 | 0—50 | 300 |
| Cu | CuS0 4 5H 20 | 0—1 | 1,5 |
| Co | CoCl a6H 20 | 0—0 | 5 |
| Zn | ZnS0 4.7H 20 | 0—0,05 | 5 |
| В | Na 2B 4O r10H 2O | 0 - 0 | 0,5 |
П р и м е ч а н и е . Отмытые клетки рубцовой жидкости инкубировались в буферной среде in vitro. Критерием служила интенсивность переваривания целлюлозы.
7. Стимулирующие и ингибирующие дозы микроэлементов для рубцовой микрофлоры [Ю)]*
| Элемент | Эффект стиму ляции, мкг/мл | Эффект ингиби- рования, мкг/мл | Особенности действия |
|---|---|---|---|
| Со | 0,09-0,45 | 2,95 | До 0,18 мкг/мл преобладают процессы синтеза, далее — распада |
| Си | 1,0-1,3 | 3,0 | Влияет на оба процесса: обра зование ЛЖК и синтез бак териального белка |
| Мп | 0,9—2,7 | 40,0 | Влияет на сбраживание угле водов; на синтез белка не влияет |
| Zn | 0,19—0,72 | > 1,44 | Влияет на сбраживание угле водов, процессы дезаминиро- вания. Синтез белка не ме няется |
*** Рубцовое содержимое инкубировалось in vitro; критериями служили образование ЛЖК, процессы дезаминирования и синтеза белка.**
Приведенные в таблицах 6 и 7 результаты в целом сравнимы. Вместе с тем они подтверждают точку зрения, что эффект минеральных добавок зависит от условий опыта: выбранного критерия, субстрата, источников азота и углеводов, времени инкубации. Так,'
при наличии легкосбраживаемых углеводов в среде концентрация микроэлементов может оказаться более высокой без токсического эффекта.
При культивировании разных видов Рубцовых бактерий на агаровой среде оптимальная потребность их в натрии определена в 40—400 иг/л. Ионы рубидия, цезия и лития в тех же дозах оказались токсичными. Калий же почти во всех случаях мог быть заменен рубидием [27].
Имеются сведения о положительном влиянии на целлюлозолитическую микрофлору рубца добавок йода [9]. Анализ литературных данных позволяет предположить существование следующих механизов взаимодействия минеральных элементов с симбиотической микрофлорой желудочно-кишечного канала.
- Элемент необходим и макроорганизму, и микроорганизмам, т. е. имеет место его конкурентное потребление. Требующиеся для макроорганизма вещества доставляются ему при переваривании микробных тел.
К числу таких элементов относятся: кальций (необходимый для роста некоторых видов микроорганизмов, например b. succinogenos), фосфор (необходимый для энергетических процессов и размножения клеток), магний, железо, цинк, молибден (как составные части или активаторы бактериальных ферментов). 2. Элемент необходим только (или главным образом) микроорганизмам; последние же продуцируют метаболиты, нужные макроорганизму.
Примером может служить кобальт, соли которого являются по существу питательным материалом для микрофлоры. Основная роль кобальта — обеспечение потребностей некоторых групп бактерий, продуцирующих необходимый животным витамин В12 или его аналоги (кобамины, кобаламины). Это происходит в преджелудках жвачных, толстом кишечнике моногастричных животных, в слепых кишках кроликов и кур.
- Элемент необходим обоим симбионтам, но в данной форме может быть ассимилирован лишь микроорганизмами.
В качестве примера можно назвать неорганическую серу, которая необходима для переваривания целлюлозы, усвоения небелкового азота, синтеза витаминов группы В.
Млекопитающие, как известно, лишены ферментов, обеспечивающих использование сульфидной серы. Образующийся H 2S окисляется у них до серной кислоты, которая затем нейтрализуется. Потребность в ионах SO^- удовлетворяется, таким образом, за счет сульфатов, образующихся при катализе серосодержащих аминокислот. Бактерии способны восстанавливать сульфаты до сульфидов, а последние включать в серосодержащие аминокислоты и белки (стр. 166). Аминокислоты в рубце, следовательно, могут синтезироваться с использованием углеводов, аммиака и минеральной серы.
