Способ повышения продуктивности и стимуляции иммунного ответа организма рыб
Владельцы патента RU 2792439:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет" (RU)
Способ включает скармливание комбикорма, тонкий слой которого опрыскивают ультрадисперсными частицами SiO2, полученными методом плазмохимического синтеза. Частицы размером 388±117 нм предварительно обрабатывают ультразвуком с частотой 35 кГц в дистиллированной воде в течение 30 мин и используют в количестве 200 мг/кг корма. Изобретение обеспечивает увеличение продуктивности и стимуляцию иммунного ответа организма рыб. 3 табл.
Изобретение относится к рыбной промышленности и может быть использовано при производстве кормовых продуктов для обеспечения повышения продуктивности рыб и стимуляции иммунитета.
В настоящее время для повышения продуктивности и стимуляции иммунного ответа организма животных и рыб используют различные биодобавки: пробиотики, ферментные препараты, антиоксиданты, гормоны, витамины, микроэлементы и т.д.
Кремний признан важным элементом организма животных и человека. Особенно роль кремний играет в соединительной ткани, являясь основным ионом остеогенных клеток. Кроме того, кремний участвует в биохимии субклеточных ферментосодержащих структур и образует важные взаимосвязи с другими элементами (Carlisle EM. Silicon as an essential trace element in animal nutrition. Ciba Found Symp. 1986;121:123-39. doi: 10.1002/9780470513323.ch8.).
Наноматериалы на основе кремния продемонстрировали уникальные свойства для их применения в медицине (Peng F, Cao Z, Ji X, Chu B, Su Y, He Y. Silicon nanostructures for cancer diagnosis and therapy. Nanomedicine (Lond). 2015;10(13):2109-23. doi: 10.2217/nnm.15.53.), ветеринарии (Savage DJ, Liu X, Curley SA, Ferrari M, Serda RE. Porous silicon advances in drug delivery and immunotherapy. Curr Opin Pharmacol. 2013 Oct;13(5):834-41. doi: 10.1016/j.coph.2013.06.006.) и сельском хозяйстве (Carlisle EM. Silicon: an essential element for the chick. Science. 1972 Nov 10;178(4061):619-21. doi: 10.1126/science.178.4061.619.). В частности выявлено, что наночастицы кремния и его оксиды способны повышать продуктивность роста и стимулировать иммунный ответ организма рыбы (Zhang W, Zhu C, Xiao F, Liu X, Xie A, Chen F, Dong P, Lin P, Zheng C, Zhang H, Gong H, Wu Y. pH-Controlled Release of Antigens Using Mesoporous Silica Nanoparticles Delivery System for Developing a Fish Oral Vaccine. Front Immunol. 2021 Apr 19;12:644396. doi: 10.3389/fimmu.2021.644396.) и птицы (Dosoky WM, Fouda MMG, Alwan AB, Abdelsalam NR, Taha AE, Ghareeb RY, El-Aassar MR, Khafaga AF. Dietary supplementation of silver-silica nanoparticles promotes histological, immunological, ultrastructural, and performance parameters of broiler chickens. Sci Rep. 2021 Feb 18;11(1):4166. doi: 10.1038/s41598-021-83753-5.).
Известен способ получения кремнийсодержащего препарата (RU 2091071, МПК А61К 35/10, 1997 г.), включающий смешивание пирогенного кремнезема (96-97%) и гумата натрия (3-4%) с последующим диспергированием в шаровой мельнице в течении 2-3 часов.
Недостатком данного способа является её ограниченная область применения, так как используется только для крупного рогатого скота.
Известен способ повышения продуктивности животных (RU 2084178, МПК A23K 1/175, 1997 г.), путем скармливания стандартного комбикорма с измельченной минеральной добавкой размером 0,5-2 мм, содержащая аморфный кремнезем (опал-кристаболитовая порода) - 0,3-0,5 мас.%.
Известен способ повышения продуктивности животных (RU 2134042, МПК A23K 1/175, 1999 г.), путем скармливания корма совместно с опокой -горная измельченная порода нерудного месторождения природного минерала, включающая аморфный кремнезем (опал-кристаболитовая порода Красногвардейского месторождения в Свердловской области с содержанием кремнезема 50,0 - 85,8 %) измельченного до состояния муки в количестве 10-200 г на голову в сутки.
Известен способ повышения продуктивности животных (RU 2199883, A23K 1/16, A23K 1/175, 2003 г.), путем скармливания корма совместно с диатомитом Инзенского месторождения Ульяновской области (содержание кремнезема 81,3-85,6 %) или опокой Дубинского месторождения Ульяновской области (содержание кремнезема 84,10-89,62%).
Недостатком данных способов является трудоемкость приготовления опоки и диатомита, и соответственно ее высокая стоимость, а также их ограниченная область применения, так как используются только для крупного рогатого скота и птицы.
Известен способ повышения продуктивности животных (RU 2293472, A23K 1/175, 2007 г.), путем скармливания корма совместно с кремнесодержащим (цеолит на основе диоксида кремния (69-81%)) и серосодержащим компонентом (сера элементарная - отход установок сероочистки нефтепродуктов), и с сухим обезжиренным молоком.
Недостатком способа является её ограниченная область применения, так как используется для теплокровных животных и птицы.
Известен способ повышения продуктивности животных (RU 2729387, A23K 10/30, A23K 20/00, 2020 г.) путем скармливания корма совместно с препаратами «Йоддар-Zn» (доза 0,01 кг/100 кг добавки), «ДАФС-25» (доза 0,00016 кг/100 кг добавки), кремнесодержащим препаратом «Коретрон» (0,5 кг/100 кг добавки) и тыквенным жмыхом холодного прессования (остальное).
Недостатком способа является её ограниченная область применения, так как используется только для молодняка овец.
Известен способ повышения иммунитета животных (RU 2546222, A23K 1/14, A23K 1/16, A23K 1/18, 2015 г.), путем введения животному антиметаболита глюкозы, состоящей из 2-дезокси-D-глюкозы; 5-тио-D-глюкозы; 3-О-метилглюкозы; 1,5-ангидро-D-глюцитола; 2,5-ангидро-D-глюцитола; 2,5-ангидро-D-маннитола; манногептулозы и их комбинаций от 1 мг до приблизительно 50 мг манногептулозы на кг массы тела в день.
Недостатком данного способа является её ограниченная область применения, так как используется только для домашних животных.
Известен способ усиления обменных процессов и иммунитета у сельскохозяйственных животных и птицы (RU 2259832, A61K 31/714 A23K 1/22 A61P 3/00 A61P 37/04, 2005 г.), путем скармливания корма совместно с добавками, вес.%: рибоксин 10,0-40,0, кальция глицерофосфат 30,0-40,0, витамин B120,02-0,04, аскорбиновая кислота 2-4, лимонная кислота 2-4, янтарная кислота 2-4, фолиевая кислота 1-2, фруктоза 5-10, глюкоза – (остальное до 100).
Недостатком способа является её ограниченная область применения, так как используется только для теплокровных животных и птицы.
Известен способ повышения продуктивности животных и иммунного статуса организма (RU 2708161, A23K 10/16, A23K 10/30, A23K 20/28, 2019 г.) путем скармливания корма совместно с добавкой состоящей из порошка цеолита (30-32 %), пробиотика (8-18 %), включающий биомассу молочнокислых бактерий, выбранных из Lactobacillus acidophilus, или Propionobacterium freundenreichii, или Bifidobacterium longum, или Bifidobacterium adolescentis, или Streptococcus termophilus с титром не менее 109 КОЕ/мл, пресноводной микроводоросли хлореллы (13-14 %), глюкозы кормовой (3-3,5 %) и отруби злаковые (остальное до 100%).
Недостатком способа является её ограниченная область применения, так как используется для теплокровных животных и птицы.
Известна кормовая добавка (RU 2374900, A23K 1/16, A23K 1/175, 2009 г.), для повышения продуктивности и иммунитета животных и рыб, состоящая из смеси препаратов Мивала с Крезацином при соотношении 1:9, при этом добавку вводят в дозе 0,01-5 мг/кг живой массы или в дозе 75 мг/кг корма.
Недостатком данного способа является низкая сохранность рыб.
Известна иммуномодулирующая композиция (RU 2322452, C07K 14/52, A61K 38/19, 2008 г.) для перорального введения, содержащая водонерастворимую фракцию разрушенных клеток дрожжевого продуцента гетерологичного гидрофобного белка-цитокина, солюбилизатор и воду.
Недостатком способа является трудоемкость получения композиции и ее высокая стоимость.
Наиболее близкий к предлагаемому по технической сущности является способ повышения продуктивности роста, согласно которому цыплятам-бройлерам в основной рацион вводят ультрадисперсные частицы SiO2 дозой 300 мг/кг комбикорма после диспергирования в физиологическом растворе продолжительностью 45 мин, и аминокислоты: аргинин – дозой 7 г/кг, лизин - 6 г/кг, метионин - 2 г/кг.
Недостатком данного способа является её ограниченная область применения, так как используется только для цыплят-бройлеров. Кроме того, применение аминокислот в форме сухих сыпучих компонентов и жидкого в физиологическом растворе ультрадисперсных частиц SiO2 приводит к неравномерному распределению компонентов в корме во время перемешивания.
Технический результат – увеличение продуктивности и стимуляция иммунного ответа организма рыб.
Способ был реализован следующим образом. Тонкий слой корма опрыскивают ультрадисперсными частицами SiO2 полученными методом плазмохимического синтеза, размером 388±117 нм, предварительно обработанные ультразвуком в дистиллированной воде в течение 30 мин с частотой 35 кГц, в количестве 200 мг/кг корма.
На базе кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры Оренбургского государственного университета, методом аналогов было сформированы 4 группы (n=30) молоди карпа средней массой 20 г.
Рыбы контрольной группы получали основной рацион (ОР), рыбам опытных групп к ОР дополнительно вводили ультрадисперсные частицы (УДЧ) SiО2 в различных дозировках: 100 мг/кг корма (I опытная группа - O1); 200 мг/кг (II опытная группа – O2); 300 мг/кг (III опытная группа – O3).
В качестве ОР использовался сбалансированный по основным питательным веществам корм для карповых рыб КРК-110-1 (ОАО «Оренбургский комбикормовый завод», г. Оренбург), содержащий 26,0 % протеина.
УДЧ SiO2 были получены методом плазмохимического синтеза (ООО «Плазмотерм» г. Москва), размером 388±117 нм, удельная поверхность частиц - 109 м2/г, Z-потенциал - 27±0,1 мВ. УДЧ вводили после диспергирования препарата в дистиллированной воде в течении 30 мин с частотой 35 кГц с помощью УЗДН-2Т.
Обслуживание рыб и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с инструкциями Russian Regulations, 1987 (Order No.755 on 12.08.1977 the USSR Ministry of Health) и «The Guide for Care and Use of Laboratory Animals (National Academy Press Washington, D.С. 1966)». При выполнении исследований были приняты усилия, чтобы свести к минимуму страдания животных и уменьшения количества используемых образцов.
Суточная норма кормления определялась еженедельно в зависимости от массы рыбы, температуры воды и значений растворенного в воде кислорода (Пономарев С.В. Индустриальное рыбоводство: учебник / С. В. Пономарев, Ю. Н. Грозеску, А. А. Бахарева. - Санкт-Петербург: Лань, 2013. – 448 с.).
Полученные результаты были статистически обработаны. Для выявления статистически значимых (достоверных) различий использовали критерий Стьюдента. Достоверными считали различия при уровне вероятности ошибки не выше 5% (P≤0,05) (Лакин Г.Ф. Биометрия. - М.: Высш. шк., 1990. - 352 с.).
В ходе экспериментальных исследований установлен ростостимулирующий эффект действия УДЧ SiO2 (таблица 1) - достоверные различия по динамике живой массы в опытных группах были зафиксированы на шестой неделе опыта и сохранились вплоть до конца эксперимента. К концу эксперимента в опытных группах констатировали увеличение живой массы рыб на 10,2% (О1), на 14,1% (О2) и на 11% (О3), по сравнению с контрольной группой. Лучшие показатели по динамике роста были зафиксированы при дозировке УДЧ SiO2 - 200 мг/кг корма (О2).
Для оценки физиологического состояния рыб и уровня метаболизма проводились морфо-биохимические исследования крови рыб с использованием оборудования ЦКП БСТ РАН http://цкп-бст.рф по стандартным методикам (аттестат аккредитации № RA.RU.21ПФ59 от 02.12.2015 г.). Анализ полученных данных показал, что добавление в корм молоди карпа используемых добавок не вызывает отклонений гематологических показателей от физиологической нормы.
Таблица 1 – Динамика живой массы молоди карпа, г
| Неделя учетного периода | Группа | |||
| контроль | О1 | О2 | О3 | |
| Начало опыта | 20,3±3,4 | 20,2±3,4 | 21,0±3,7 | 20,1±3,3 |
| 1 | 24,6±3,9 | 24,7±3,8 | 26±4,0 | 24,1±3,8 |
| 2 | 31,2±4,6 | 30,2±4,4 | 31,6±4,5 | 29,3±4,3 |
| 3 | 37,1±5,0 | 36,5±5,1 | 35,6±4,5 | 35,4±4,5 |
| 4 | 43,4±4,9 | 42,8±5,3 | 43,1±5,8 | 41,6±4,6 |
| 5 | 46,1±5,4 | 50,8±5,9 | 50,9±5,5 | 48,7±5,2 |
| 6 | 51,5±6,1 | 56,6±6,5* | 55,3±5,6* | 54,4±5,8 |
| 7 | 61,0±6,4 | 65,5±6,8* | 65,4±6,1* | 64,1±6,5* |
| 8 | 65,4±7,3 | 72,1±6,9* | 74,6±6,5* | 72,6±6,8* |
Примечание: * P ≤ 0,05
В опытных группах зафиксировано повышение уровня гемоглобина на 36 % (О1), 85,3 % (О2), 68 % (О3); эритроцитов на 14,4 % (О1) и на 15,6% (О2); относительно контрольных значений (таблица 2), что говорит о повышении обменных процессов, в частности гемопоэза, в организме благодаря кремнию (Колбин, И.А. Изменение показателей функциональной активности нейтрофильных гранулоцитов периферической крови доноров после инкубации с наночастицами диоксида кремния / И.А. Колбин, О.Л. Колесников // Вестник ЮУрГУ. Серия: Образование, здравоохранение, физическая культура. 2011. № 20(237). С. 116-119.). Повышение уровня гемоглобина и эритроцитов свидетельствует на благоприятное влияние заявленного препарата на стимуляцию гемопоэза.
Повышение количества лейкоцитов, лимфоцитов (центральное звено иммунной системы) и моноцитов в опытных группах относительно контрольных значений свидетельствуют об увеличении интенсивности метаболических процессов в организме рыб на фоне действия кремния в ультрадисперсной форме. Увеличение количества данных клеток играет важную роль в контроле иммунного ответа и устойчивости организма к различным патогенам, в частности моноциты составляют основную массу клеток мононуклеарной фагоцитарной системы, т. е. обладают способностью к фагоцитозу - основному механизму врожденной иммунной защиты организма (Estaiano de Rezende RA, Soares MP, Sampaio FG, Cardoso IL, Ishikawa MM, Lima Dallago BS, Rantin FT, Teixeira Duarte MC. Phytobiotics blend as a dietary supplement for Nile tilapia health improvement. Fish Shellfish Immunol. 2021 Jul;114:293-300. doi: 10.1016/j.fsi.2021.05.010.).
Таблица 2 – Морфологические показатели крови рыб
| Группа | Показатели | ||||
| Гемоглобин, г/л | Эритроциты, 1012/л | Лейкоциты, 109 л | Лимфоциты, 109/л |
Моноциты, 109/л | |
| Контроль | 75 ± 6,0 | 0,45 ± 0,03 | 33,8 ± 3,1 | 33,3 ± 3,0 | 0,4 ± 0,06 |
| O1 | 102 ± 8,5* |
0,65 ± 0,045** |
71,2 ± 4,5*** |
69,8 ± 5,3*** |
1,2 ± 0,2** |
| О2 | 139 ± 11,7*** |
0,70 ± 0,05** |
115,8 ± 8,8*** | 111,9 ± 10,2*** | 3,4± 0,4*** |
| О3 | 126 ± 9,8*** |
0,45 ± 0,035 |
98,8 ± 7,4*** |
95,7 ± 9,5*** |
2,7± 0,35*** |
Примечание: * P ≤ 0,05; ** P ≤ 0,01; *** P ≤ 0,001
Об активации защитных функций организма, а также о повышении белкового обмена, свидетельствует высокий уровень белка сыворотки крови рыб (таблица 3).
Кроме того, анализ крови рыб показал в опытных группах высокое содержания такого важного элемента для гемопоэза, как железа. Максимальное количество которого зафиксировано при дозе введения УДЧ SiO2 200 мг/кг корма, в 10,6 раза (P≤0,001) выше контроля.
Таблица 3 - Биохимические показатели крови рыб
| Группа | Показатели | ||||
| Общий белок, г/л | Железо, мкмоль/л | Фосфор, ммоль/л | АСТ, Ед/л | АЛТ, Ед/л | |
| Контроль | 27,99 ± 1,23 | 3,9 ± 0,45 | 4,59 ± 0,33 | 483,7 ± 23,8 | 175,2 ± 5,4 |
| O1 | 34,88 ± 1,8** | 15,4 ± 1,9*** | 6,05 ± 0,4** | 504 ± 26 | 165,9 ± 5,1 |
| О2 | 33,43 ± 1,51* | 41,4 ± 3,5*** | 5,67 ± 0,37* | 487,4 ± 27,5 | 174 ± 7,4 |
| О3 | 32,12 ± 1,29* | 37,8 ± 3,2*** | 5,32 ± 0,35 | 324,4 ± 24,4** | 109,5 ± 4,5*** |
Примечание: * P ≤ 0,05; ** P ≤ 0,01; *** P ≤ 0,001
Анализируя полученные данные, можно сделать следующие выводы:
- добавление в основной рацион УДЧ SiO2 в количестве 200 мг/кг корма положительно влияет на продуктивность и развитие рыб, повышая интенсивность обменных процессов в организме.
- способ повышения продуктивности и стимуляции иммунного ответа организма рыб путем включения в рацион ультрадисперсных частиц оксида кремния в количестве 200 мг/кг корма подтвержден возможностью его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов.
- заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».
Способ повышения продуктивности и стимуляции иммунного ответа организма рыб, включающий скармливание комбикорма, отличающийся тем, что тонкий слой корма опрыскивают ультрадисперсными частицами SiO2, полученными методом плазмохимического синтеза, размером 388±117 нм, предварительно обработанными ультразвуком в дистиллированной воде в течение 30 мин с частотой 35 кГц, в количестве 200 мг/кг корма.
