ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 456, № 4, с. 499-501
ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ
УДК 57.599.579
АКТИВНОСТЬ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОМ ТРАКТЕ ЗАЙЦА-РУСАКА
© 2014 г. Т. А. Кузнецова, М. В. Вечерский, М. В. Голиченков, Н. В. Костина, М. М. Умаров, Е. И. Наумова
Представлено академиком М.В. Ивановым 23.01.2014 г. Поступило 29.01.2014 г.
БО1: 10.7868/80869565214160324
Ключевой особенностью животных-фитофагов является питание клетчатковыми кормами с низким содержанием белка. Полноценное использование таких кормов в качестве источника энергии и питательных веществ возможно благодаря микробным эндосимбионтам. Они не только разрушают трудно перевариваемые полисахариды, но и обогащают пищевую массу бактериальным белком, накопленным в результате азотфик-сации. При этом у животных с постгастричной ферментацией (например, зайцеобразные и многие грызуны) накопленная биомасса симбионтов не может быть полностью лизирована и усвоена в толстом отделе кишечника. Поэтому у ряда млекопитающих, в том числе и зайцеобразных, выработался особый механизм потребления такой микробной биомассы — облигатная аутокопрофа-гия [1]. Физиологическое значение копрофагии, исследованное преимущественно на домашних кроликах, по одной из первоначальных версий специалисты усматривали в транспортировке бактериальных целлюлаз, продуцируемых в слепой кишке, в желудок и тонкий кишечник, где они отсутствуют [2]. В дальнейшем было показано, что цекотрофы (поедаемые зайцеобразными специально производимые экскременты мягкой консистенции, представляющие собой быстрый эвакуат из слепой кишки) содержат большое количество белка бактериального происхождения: до 30% у домашних кроликов (Огус1о1а§ш сишси-1ш) [3], 40% у зайца-беляка (Ьерш Итёш) [4], 47% у северной пищухи (ОсИоШпа ИурегЪогеа) [5]. По некоторым оценкам привнос дополнительного белка за счет цекотрофии у зайца-беляка составляет 23—56 г ежедневно [2]. Молекулярно-
Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова Российской Академии наук, Москва Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
биологическими методами также было показано наличие азотфиксаторов в цекотрофах северной пищухи (Ochotona hyperborea), представителя зайцеобразных [6]. Однако функциональная значимость обнаруженных микроорганизмов не выяснена, поскольку сведений об уровне нитроге-назной активности в пищеварительном тракте у зайцеобразных на настоящий момент практически нет.
Целью данной работы было изучение активности процессов азотфиксации в желудочно-кишечном тракте зайца-русака (Lepus europaeus) в разные периоды пищевой активности.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Объектами исследования послужили образцы желудочно-кишечного тракта 18 особей зайца-русака, добытых в Белгородской области (10 особей) и в Республике Калмыкия (8 особей). Зайцы были добыты в разные периоды кормовой активности — в дневное время, "на лёжке" (12 особей) и в сумерки, во время "жировки" (6 особей). Образцы отбирали из свода и тела желудка, тонкого кишечника, а также слепой и ободочной кишок (отдельно проксимальная и дистальная части).
Уровень активности азотфиксации в образцах желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) определяли ацетиленовым методом по стандартной методике [7] на газовом хроматографе "Кристалл 2000" (Россия) с пламенно-ионизационным детектором.
Статистический анализ полученных данных проводили с помощью пакета Statistica 8.0 для Windows.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Активность азотфиксации зафиксировали во всех исследуемых отделах ЖКТ зайца-русака (рис. 1 и 2). Минимальные значения диазотроф-ной активности были получены для содержимого тонкого кишечника, а максимальные — в толстом
500
КУЗНЕЦОВА и др.
Нмоль С2Н4/г • ч
1 2 3 4 5 6
Рис. 1. Активность азотфиксации в разных отделах ЖКТ зайца-русака в период "лёжки"; здесь и на рис. 2: 1 — свод желудка, 2 — тело желудка, 3 — тонкий кишечник, 4 — слепая кишка, 5 — проксимальная часть ободочной кишки, 6 — дистальная часть ободочной кишки.
отделе кишечника. Кроме того, исследовали суточную динамику этого процесса. Так, диазотроф-ная активность во всех исследуемых отделах ЖКТ, кроме дистальной части ободочной кишки, в период пребывания зайца "на лёжке" была достоверно выше, чем в период "жировки" (р < 0.05). Активность азотфиксации также значимо различалась в разных отделах ЖКТ зайца-русака во время пребывания "на лёжке" (тест Краскала— Уоллиса Н(5, к = 99) = 21.78, р = 0.0006) и была выше в толстом отделе кишечника (рис. 1). Во время "жировки" достоверных различий в уровнях азот-фиксации в слепой кишке и разных частях ободочной кишки обнаружено не было (р = 0.3764). Свод и тело желудка также не различались по этому показателю (р = 0.9167).
В период "жировки" диазотрофная активность также была выше в толстом отделе кишечника, однако в этом случае максимальные значения отмечены в дистальной части ободочной кишки (рис. 2, р = 0.0155). Несмотря на то, что достоверных различий в уровнях азотфиксации между сводом и телом желудка обнаружено не было (р = 0.0966), все же наблюдалось некоторое увеличение диазо-трофной активности в содержимом свода.
ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Принято считать, что у моногастричных млекопитающих с железистым желудком микробное
Нмоль С2Н4/г • ч
J___|_|_|_
1 2 3 4 5 6
Рис. 2. Активность азотфиксации в разных отделах
ЖКТ зайца-русака в период "жировки".
преобразование компонентов пищи в этом органе невозможно [8]. Однако поступивший в желудок корм не сразу пропитывается кислым желудочным соком. В течение некоторого времени переваривание его осуществляется под действием ферментов слюны, а также ферментов, привносимых с цекотрофами, которые длительное время сохраняются в желудке [1, 9]. Значительное содержание в цекотрофах бактерий (до 109 клеток/г) говорит о возможности протекания микробных ферментных процессов в желудке.
Повышенные значения азотфиксации в толстом отделе кишечника сопряжены с формированием здесь цекотрофов. Поглощение обогащенного бактериальной массой эвакуата из слепой кишки происходит в период покоя зайцев [4, 9, 10]. Это объясняет значительное повышение активности азотфиксации в разных отделах ЖКТ зайца-русака в период пребывания "на лежке" и подтверждает влияние именно цекотрофов на этот процесс. Мягкие цекотрофы зайца-русака после потребления довольно быстро перемешиваются с содержимым желудка [10], поэтому различий в диазотрофной активности в своде и теле желудка обнаружено не было.
Однако поглощенные цекотрофы могут задерживаться в своде желудка на довольно продолжительный срок [1, 10], оставаясь там на какое-то время и после окончания "лежки". Время прохождения пищи от проксимального отдела ободочной кишки до дистального превышает 2 ч [10]. Этим, вероятно, объясняется повышение диазотрофной активности в дистальной части ободоч-
АКТИВНОСТЬ АЗОТФИКСИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ
501
ной кишки зайца в период "жировки", когда свежий корм уже наполнил ЖКТ
Высокий уровень нитрогеназной активности в ЖКТ говорит о большом вкладе микроорганиз-мов-азотфиксаторов в пищеварение зайца-русака и подтверждает значимость копрофагии как источника азота у зайцеобразных.
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (грант 12—04— 00500).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Наумова Е.И. Функциональная морфология пищеварительной системы грызунов и зайцеобразных. М.: Наука, 1981. 262 с.
2. Лактионов К.С. Симбионтное пищеварение у кроликов. Орел: Орел ГАУ, 1999. 164 с.
3. Eden A. // Nature. 1940. V. 145. № 3677. P. 628-629.
4. Пшенников А.Е., Борисов З.З., Васильев И.С. // Зоол. журн. 1988. Т. 67. Вып. 9. С. 1357-1362.
5. Пшенников А.Е., Алексеев В.Г., Корякин И.И., Гнутое Д.Ю. // Зоол. журн. 1990. Т. 69. В. 12. С. 106114.
6. Формозов Н.А., Кизилова А.К., Пантелеева А.Н., Наумова Е.И. // ДАН. 2012. Т. 443. № 5. С. 646-649.
7. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Звягинцева Д.Г. М.: Изд-во МГУ, 1991. 304 с.
8. Георгиевский В.И. Физиология сельскохозяйственных животных. М.: Агропромиздат, 1990. 512 с.
9. Hirakawa H. // J. Zool. London. 1994. V. 232. P. 447456.
10. Hirakawa H. // Mammal. Rev. 2001. V. 31. № 1. P. 6180.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.