Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

DIFFERENCES BETWEEN BREEDS RELATIVE TO THE LEVEL OF MACRO- AND MICROELEMENTS IN MUSCLE TISSUE OF CATTLE OF WESTERN SIBERIA

Narozhnykh K.N. 1 Strizhkova M.V. 1 Konovalova T.V. 1
1 Novosibirsk State Agrarian University
The study has determined differences among breeds in content of potassium, iron, magnesium and lead in muscle tissue of cattle of black-motley and Hereford breeds of 17–18 months old grown in West Siberia. The level of chemical elements in muscle was determined by atomic absorption spectrometry. Content of macro- and microelements in muscle tissue of both breeds can be represented as a ranges: K > Na > Mg, Zn > Fe > Cu and Pb > Cd. Level of potassium, magnesium and lead of Hereford cattle is higher than the level of black-spotted cattle, while concentration of iron is higher for dairy cattle in muscle tissue. The levels of cadmium and lead are characterized by the highest phenotypic variability both for beef and dairy cattle. Analysis determined differences among breeds in magnitude and direction of relations between chemical elements.
cattle
muscles
macroelements
microelements
correlation
1. Efanova Yu.V. Soderzhanie marganca v nekotoryh organah bychkov gerefordskoy porody / Yu.V. Efanova, K.N. Narozhnyh, O.S. Korotkevich // Zootehniya 2013. no. 4. рр. 18.
2. Efanova Yu.V. Soderzhanie cinka v nekotoryh organah i myshechnoy tkani bychkov gerefordskoy porody / Yu.V. Efanova, K.N. Narozhnyh, O.S. Korotkevich // Glavnyy zootehnik 2012. no. 11. рр. 30–33.
3. Zheltikov A.I. Cherno-pestryy skot Sibiri / A.I. Zheltikov, V.L. Petuhov, O.S. Korotkevich i dr. Novosibirsk: NGAU, 2010. 500 р.
4. Zayko O.A. Vliyanie genofonda semeystv skorospeloy myasnoy porody na akkumulyaciyu svinca v nekotoryh organah i tkanyah sviney / O.A. Zayko, T.V. Konovalova // Mir nauki, kultury, obrazovaniya. 2013. no. 4 (41). рр. 432–434.
5. Zayko O.A. Osobennosti akkumulyacii makro- i mikroelementov v miokarde sviney skorospeloy myasnoy porody / O.A. Zayko, O.S. Korotkevich, V.L. Petuhov // Glavnyy zootehnik. 2013. no. 6. рр. 35–40.
6. Zayko O.A. Harakteristika genofonda liniy porody sviney SM-1 po akkumulyacii svinca v organah i tkanyah / O.A. Zayko, T.V. Konovalova // Svinovodstvo. 2013. no. 8. рр. 11–12.
7. Zaychik V.E. Medicinskaya i biologicheskaya elementologiya kak novye nauchnye discipliny: sostoyanie i perspektivy // Geohimiya zhivogo veschestva: materialy mezhdunarodnoy molodezhnoy shkoly-seminara (Tomsk, 2–5 iyunya 2013 g.). Tomsk: izd-vo Tomskogo politehnicheskogo universiteta, 2013. рр. 76–82.
8. Ilin V.B. Tyazhelye metally i nemetally v sisteme pochva-rastenie. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2012. 220 р.
9. Kamaldinov E.V. Polimorfizm belkov syvorotki krovi sviney sibirskoy severnoy porody / E.V. Kamaldinov, O.S. Korotkevich, V.L. Petuhov, A.I. Zheltikov, A.A. Fridcher Doklady Rossiyskoy akademii s.-h. nauk. 2010. no. 4. рр. 49–51.
10. Korotkevich O.S. Biohimicheskie, gematologicheskie parametry i akkumulyaciya tyazhelyh metallov v organah i tkanyah sviney skorospeloy myasnoy porody / O.S. Korotkevich, O.A. Zheltikova, V.L. Petuhov // Doklady Rossiyskoy akademii selskohozyaystvennyh nauk. 2009. no. 4. рр. 41–43.
11. Miller I.S. Osobennosti nakopleniya i korrelyacii tyazhelyh metallov v cheshue sudaka Novosibirskogo vodohranilischa / I.S. Miller, T.V. Konovalova, O.S. Korotkevich, V.L. Petuhov, O.I. Sebezhko // Fundamentalnye issledovaniya. 2014. no. 9–11. рр. 2469–2473.
12. Narozhnyh K. Soderzhanie zheleza v nekotoryh organah i myshechnoy tkani bychkov gerefordskoy porody / K. Narozhnyh, Yu. Efanova, O. Korotkevich, V. Petuhov // Molochnoe i myasnoe skotovodstvo. 2013. no. 1. рр. 24–25.
13. Narozhnyh K.N. Soderzhanie, izmenchivost i korrelyaciya himicheskih elementov v volose gerefordskogo skota / K.N. Narozhnyh // Sibirskiy vestnik selskohozyaystvennoy nauki. 2014. no. 4. рр. 74–78
14. Narozhnyh K.N. Soderzhanie kadmiya v nekotoryh organah i tkani bychkov gerefordskoy porody / K.N. Narozhnyh, Yu.V. Efanova, O.S. Korotkevich // Mir nauki, kultury, obrazovaniya, 2012. no. 4. рр. 315–318.
15. Narozhnyh K.N. Soderzhanie medi v nekotoryh organah i myshechnoy tkani bychkov gerefordskoy porody / K.N. Narozhnyh, Yu.V. Efanova, O.S. Korotkevich // Vestnik NGAU, 2013. no. 2 (27). рр. 73–76.
16. Nezavitin A.G. Problemy selskohozyaystvennoy ekologii / A.G. Nezavitin, V.L. Petuhov, A.N. Vlasenko, O.S. Korotkevich i dr. Novosibirsk: Nauka. SIF RAN, 2000. 255 р.
17. Petuhov V.L. Veterinarnaya genetika s osnovami variacionnoy statistiki / V.L. Petuhov, A.I. Zhigachev, G.A. Nazarova. M.: Agropromizdat, 1985. 368 р.
18. Petuhov V.L. Genetika / V.L. Petuhov, O.S. Korotkevich, S.Zh. Stambekov, A.V. Bakay, A.I. Zhigachev. Uchebnik / Ministerstvo obrazovaniya i nauki Respubliki Kazahstan; Semipalatinskiy gosudarstvennyy pedinstitut. Novosibirsk, 2007. 628 р. 2-e izdanie.
19. Petuhov V.L. Geneticheskaya struktura kemerovskoy i krupnoy beloy porod sviney po sistemam grupp krovi / V.L.Petuhov, A.I. Zheltikov, V.V. Gart, E.V. Kamaldinov O.A. Zheltikova // Selskohozyaystvennaya biologiya. 2004. no. 2. рр. 43–49.
20. Petuhov V.L. Immunogeneticheskie sistemy syvorotochnyh belkov krovi sviney / V.L. Petuhov, A.I. Zheltikov, M.L. Kochneva, O.I. Sebezhko, V.V. Gart, O.S. Korotkevich, E.V. Kamaldinov // Doklady Rossiyskoy akademii s.-h. nauk. 2003. no. 5. рр. 38–40.
21. Petuhov V.L. Nasledstvennaya obuslovlennost nekotoryh zabolevaniy krupnogo rogatogo skota i vozmozhnost selekcii zhivotnyh na ustoychivost k nim / Diss. dokt. biol. nauk. Novosibirsk, 1978.
22. Petuhov V.L. Soderzhanie tyazhelyh metallov v myshcah sudaka (Stizostedion Lucioperca) / V.L. Petuhov, I.S. Miller, O.S. Korotkevich // Vestnik Novosibirskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. T.2. 23–2. рр. 49–52.
23. Sposob opredeleniya soderzhaniya kadmiya v myshechnoy tkani krupnogo rogatogo skota. Petuhov V.L., Korotkevich O.S., Zheltikov A.I., Petuhova T.V. Patent na izobretenie RUS 2426119 24.03.2010.
24. Sposob opredeleniya soderzhaniya kadmiya v organah i myshechnoy tkani sviney. Petuhov V.L., Zheltikova O.A., Zheltikov A.I., Korotkevich O.S., Kamaldinov E.V., Sebezhko O.I. Patent na izobretenie RUS 2342659 28.03.2007.
25. Sposob opredeleniya soderzhaniya svinca v organah krupnogo rogatogo skota. Petuhov V.L., Korotkevich O.S., Strizhkova M.V. i dr. Patent na izobretenie RUS no. 2421726 08.04.2010.
26. Sposob otbora krupnogo rogatogo skota na ustoychivost k tuberkulezu / Petuhov V.L., Ernst L.K., Zheltikov A.I., Nezavitin A.G., Korotkevich O.S. Patent na izobretenie RUS 2058733 27.04.1996.
27. Strizhkova, M.V. Soderzhanie svinca v organah i tkani bychkov cherno-pestroy porody / M.V. Strizhkova, T.V. Petuhova, O.S. Korotkevich // Glavnyy zootehnik. 2011. no. 6. рр. 66–68.
28. Syso A.I. Zakonomernosti raspredeleniya himicheskih elementov v pochvoobrazuyuschih porodah i pochvah Zapadnoy Sibiri. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN, 2007. 277 р.
29. Henning A. Mineralnye veschestva, vitaminy, biostimulyatory v kormlenii selskohozyaystvennyh zhivotnyh / A. Henning; per. s nem. N.S. Gelman; pod red. A.L.Paduchevoy i Yu.I. Raeckoy. M.: Kolos, 1976. 560 р.
30. Fridcher A.A. Hozyaystvenno-poleznye kachestva sviney priobskogo tipa skorospeloy myasnoy porody SM-1 / A.A. Fridcher, V.L. Petuhov // Sibiskiy vestnik s.-h. nauki. 2010. no. 8. рр. 59–63.
31. Ernst L.K. Fiziologicheskie i immunologicheskie pokazateli golshtinizirovannogo cherno-pestrogo skota / L.K. Ernst, A.I. Zheltikov, V.L. Petuhov // Doklady Rossiyskoy akademii s.-h. nauk. 1999. no. 6. рр. 35–36.
32. Chysyma R.B. Heavy metal concentration in water and soil of different ecological areas of Tyva Republic / R.B. Chysyma, Y.Y. Bakhtina, V.L. Petukhov G.N. Korotkova, M.L. Kochneva // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. 2003. рр. 301–302.
33. Chysyma R.B. The content of heavy metals in feeds of the Tyva Republic / R.B. Chysyma, V.L. Petukhov, E.E. Kuzmina et al. // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors C. Boutron, C. Ferrari. 2003. рр. 297–299.
34. Content of 137 Cs and 90 Sr in the forages of various ecological zones of Western Siberia / O.S. Korotkevich, V.L. Petukhov, O.I. Sebezhko, Ye.Ye. Barinov, T.V. Konovalova // Russian Agricultural Sciences. 2014. Vol.40. no. 3. pp. 195–197.
35. Konovalova T.V. The content of heavy metals in the liver of West Sibiria`s cattle / 17th International Conference of Heavy Metals in the Environment Proceeding of Abstract. 2014. рр. 75.
36. Miller I.S., Рetukhov V.L., Korotkevich O.S., Korotkova G.N., Konovalov I.S. Accumulation of heavy metals in the muscles of Zander from Novosibirsk water basin / Proceeding of the 16 th International Conference on Heavy Metals in the Environment. Edited by N. Pirrone. Rome. Italy // E3S Web of Conferences 1,11007 (2013). DOI: 10.1051/ e3sconf/20130111007.
37. Narozhnyh K.N., Efanova Y.V. Рetukhov V.L. [et al.] The content of lead in some organs and tissues of Hereford bull-calves / 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, 23–27 September 2012. Rome (Italy), 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/e3sconf/20130115003.
38. Patrashkov S.A., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Petukhov I.V. Content of heavy metals in the hair / В сборнике: Journal De Physique IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. 2003. рр. 1025–1027.
39. Patrashkov S.A., Petukhov V.L., Korotkevich O.S., Zheltikova O.A. Heavy metals level in the hair of cows of disappearing breed / Book of Abstract the 55th Annual Meeting of the European Association for Animal Production, 2004. Bled. Slovenia. no. 10. рр. 264.
40. Petukhov V.L., Dukhanov Yu. A., Sevryk I.Z., Patrashkov S.A., Korotkevich O.S., Gorb T.S., Petukhov I.V. Cs-137 and Sr-90 level in dairy products // Journal De Physique. IV: JPXII International Conference on Heavy Metals in the Environment. Еditors: C. Boutron, C. Ferrari. Grenoble. 2003. pp. 1065-1066.
41. Petukhov V.L., Narozhnykh K.N., Konovalova T.V., Korotkevich O.S., Sebezhko O.I., Korotkova G.N. Cadmium content variability in organs of West Siberian Hereford bull-calves // 17th International Conference of Heavy Metals in the Environment Proceeding of Abstract. 2014. рр. 74.
42. Petukhova T.V. Content of heavy metals in the muscle tissue of cattle / 16th International Conference on Heavy Metals in the Environment, 23-September 2012. Rome (Italy), 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1051/e3sconf/20130115002.

Все живые организмы являются полуоткрытыми системами, поскольку осуществляется постоянный обмен между ними и средой. Следовательно, все химические элементы, которые содержатся в окружающей среде, могут попадать в организм животных, накапливаться и участвовать в химических реакциях [8, 16, 18]. На всех уровнях живого организма: внутренняя среда, органы, ткани, клетки – осуществляется гомеостаз макро- и микроэлементов [5, 42]. В различных регионах Сибири проводится экологический мониторинг воды, почв, растений, животных и продуктов питания [28, 32–34, 36–39].

Комплексную оценку интерьера сельскохозяйственных животных по содержанию химических элементов, гематологическим, биохимическим, иммунологическим и другим показателям необходимо проводить для обеспечения высокой продуктивности животных, их здоровья и экологической безопасности получаемой продукции [9, 10, 19, 20, 22, 29, 40]. Важно отметить, что до настоящего времени нет официально признанных национальных диапазонных значений ни по одному химическому элементу в органах и тканях человека и животных с учетом направления продуктивности, породной принадлежности и экологических условий [6, 7, 13].

Цель исследования – выявить межпородные различия в содержании микро- и макроэлементов в мышечной ткани крупного рогатого скота.

Материалы и методы исследования

Исследования проведены в биохимической лаборатории СибНИПТИЖ. Были взяты 47 образцов тканей мышц от быков молочной черно-пестрой и мясной герефордской пород в возрасте 17–18 месяцев, выращенных на экологически безопасной территории Западной Сибири. Все животные на момент убоя были клинически здоровы. Элементный анализ производился на атомно-абсорбционных спектрометрах Shimadzu AA-7000 (Япония) и Perkin Elmer 360 (США). Определение концентрации химических элементов осуществлялось с использованием двух способов атомизации. Для определения концентрации Cd и Pb атомно-абсорбционный анализ проводился электротермическим методом атомизации на приборе Shimadzu AA-7000. На атомно-абсорбционном спектрометре Perkin Elmer 360 атомизация происходила в пламени (ацетилен/воздух). Этим способом определяли содержание других элементов в мышечной ткани. Данные по содержанию тяжелых металлов представлены в пересчете на натуральную влажность пробы.

Полученные материалы обработаны методом описательной статистики на персональном компьютере с использованием программы Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

Установлена значительная разность в аккумуляции K, Mg, Fe и Pb в мышечной ткани у животных молочного и мясного направлений продуктивности (табл. 1). Так, содержание Pb и Mg было выше в 2,5 и 1,5 раза соответственно у животных герефордской породы. Однако уровень свинца находился в пределах ПДК (0,5 мг/кг). По концентрации в мышцах остальных изученных элементов животные двух пород не различались.

Таблица 1

Содержание макро- и микроэлементов в мышечной ткани крупного рогатого скота, мг/кг

Химический элемент

Порода

черно-пестрая

герефордская

narog01.wmf

Lim

narog01.wmf

Lim

K

2216 ± 56***

1388–2500

2845 ± 58

2199–3204

Na

804,9 ± 49,3

556–1671

837,6 ± 22,2

623,7–1000

Mg

182,8 ± 2,9***

153,6–221

273,4 ± 10,9

230–377,5

Fe

50,9 ± 2,6***

30,3–79,5

23,6 ± 2,3

9,7–43,0

Zn

53,0 ± 1,9

24,6–63,7

46,9 ± 2,1

27,5–57,9

Cu

1,57 ± 0,05

1,10–2,90

1,31 ± 0,12

0,80–2,37

Pb

0,070 ± 0,013**

0,024–0,200

0,178 ± 0,032

0,08–0,43

Cd

0,015 ± 0,001

0,009–0,036

0,022 ± 0,004

0,01–0,043

Примечания: ***Р < 0,001; **Р < 0,01; *Р < 0,05.

 

Ранжированные ряды по содержанию макро- и микроэлементов в мышечной ткани для черно-пестрого и герефордского скота были одинаковы: K > Na > Mg, Zn > Fe > Cu и Pb > Cd, но несколько в других соотношениях, соответственно 12:4,4:1 и 10,4:3,1:1; 33,7:32,4:1 и 35,8:18,0:1; 4,7:1 и 8,1:1.

Межпородные различия по содержанию некоторых химических элементов могут свидетельствовать об определенной роли наследственности в детерминации этих признаков [17, 30]. В немногочисленных работах было показано, что резистентность к аккумуляции ряда элементов у различных видов животных генетически детерминируется [4, 6]. При достижении оптимального эколого-экономического плато продуктивности возможно включение в селекционные программы не только признаков резистентности к различным болезням [12, 18, 21, 26], но и повышение устойчивости животных к накоплению поллютантов в органах и тканях [15, 38, 42]. Поиск и использование прижизненных малоинвазивных биологических маркеров накопления тяжелых металлов в организме позволяет получать экологически безопасную продукцию [13, 23–25].

Выявлены значительные различия между отдельными животными мясного направления продуктивности по аккумуляции кадмия, свинца и железа, а у скота молочного направления – натрия и свинца (табл. 2). Наибольшая фенотипическая изменчивость у исследуемых пород была по концентрации кадмия и свинца.

Между химическими элементами в мышечной ткани крупного рогатого скота мясного и молочного направлений продуктивности выявлены различные по силе и направлению и связи (табл. 3). У молочного скота между уровнем калия и натрия существует высокая отрицательная корреляция, тогда как у мясного скота эта связь отсутствует. У животных герефордской породы обнаружена отрицательная связь между Zn и Fe, а у черно-пестрого скота сопряженность между этими элементами отсутствует. Противоположная зависимость характерна для молочной и мясной пород по содержанию Zn и K. Корреляция между концентрацией Zn и K у герефордов средняя положительная, а у животных черно-пестрой породы – отрицательная. Между концентрациями Fe и Mg направление и величина связи приблизительно одинаковы для животных двух пород.

Таблица 2

Изменчивость макро- и микроэлементов в мышечной ткани крупного рогатого скота

Химический элемент

Порода

черно-пестрая

герефордская

Cv

Отношение крайних вариантов

Cv

Отношение крайних вариантов

K

12,8

1:1,8

8,4

1:1,5

Na

31,2

1:3,0

10,9

1:1,6

Mg

8,0

1:1,4

16,4

1:1,7

Fe

20,8

1:2,6

39,5

1:4,4

Zn

13,0

1:2,6

37,6

1:2,1

Cu

28,6

1:2,6

18,8

1:3,0

Pb

69,7

1:2,9

56,8

1:5,4

Cd

38,6

1:2,4

57,0

1:4,3

Таблица 3

Связь химических элементов в мышечной ткани крупного рогатого скота

Порода

черно-пестрый скот

герефордский скот

Пары элементов

r

Пары элементов

r

Fe – Mg

0,33

Fe – Mg

–0,66**

K – Fe

0,13

K – Fe

0,48*

Zn – Fe

–0,001

Zn – Fe

–0,59*

Fe – Mn

0,64**

Fe – Mn

0,25

Zn – K

–0,30

Zn – K

0,63**

Cu – Pb

0,56**

Cu – Pb

0,001

Cu – K

–0,68**

Cu – K

0,11

K – Mg

0,47**

K – Mg

–0,11

Zn – Na

0,30

Zn – Na

0,49*

K – Na

–0,77***

K – Na

–0,01

Примечания: ***Р < 0,001; **Р < 0,01; *Р < 0,05.

Таким образом, полученные результаты отражают сложное влияние наследственных факторов на процессы депонирования и взаимосвязи макро- и микроэлементов в мышцах крупного рогатого скота и различные механизмы их аккумуляции в зависимости от породы и направления продуктивности [1, 2].

Выводы

1. Выявлены межпородные различия по уровню некоторых макро- и микроэлементов в мышечной ткани крупного рогатого скота. Концентрация калия, магния и свинца выше в мышечной ткани у герефодского скота, чем у черно-пестрого, а концентрация железа больше у молочного скота. Средние популяционные уровни некоторых макро- и микроэлементов различны для пород разного направления продуктивности.

2. Распределение макро- и микроэлементов в мышечной ткани крупного рогатого скота мясного и молочного направлений продуктивности отражено в ранжированных рядах K > Na > Mg, Zn > Fe > Cu и Pb > Cd. Для концентрации Cd и Pb характерна высокая фенотипическая изменчивость у исследуемых пород, что отражает различия в их метаболизме.

3. В мышечной ткани крупного рогатого скота двух пород выявлены различия по величине и направлению связи между макро-, микроэлементами.

Рецензенты:

Желтиков А.И., д.с.-х.н., профессор кафедры разведения, кормления и частной зоотехнии, Новосибирский государственный аграрный университет, г. Новосибирск;

Кочнев Н.Н., д.б.н., профессор кафедры ветеринарной генетики и биотехнологии, Новосибирский государственный аграрный университет, г. Новосибирск.

Работа поступила в редакцию 18.03.2015.