научная статья по теме РОЛЬ МИКРОБИОЦЕНОЗА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА В ПИТАНИИ ТЕТЕРЕВИНЫХ Биология

Текст научной статьи на тему «РОЛЬ МИКРОБИОЦЕНОЗА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА В ПИТАНИИ ТЕТЕРЕВИНЫХ»

ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 3, с. 281-285

= ЗООЛОГИЯ

УДК 599.325.1+591.434

РОЛЬ МИКРОБИОЦЕНОЗА ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА

В ПИТАНИИ ТЕТЕРЕВИНЫХ

© 2014 г. М. В. Вечерский*, Т. А. Кузнецова*, Н. В. Костина**, М. В. Горленко**, M. B. Голиченков**, М. М. Умаров**, Е. И. Наумова*

*Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН, 119071 Москва, Ленинский просп., 33 **Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, ф-т почвоведения, 119991 Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12 E-mail: Vecherskomy@mail.ru Поступила в редакцию 09.09.2013 г.

Для оценки роли микробиоценоза пищеварительного тракта растительноядных птиц в трансформации бедных кормов исследована активность нитрогеназы и целлюлолитических ферментов во всех отделах желудочно-кишечного тракта тетерева (Lyrurus tetrix) и глухаря (Tetrao urogallus). Также оценено функциональное разнообразие микробных сообществ разных отделов. У обоих видов птиц в пищеварительном тракте обнаружены нитрогеназная и целлобиогидролазная активности, максимальные значения которых отмечены в слепой кишке.

DOI: 10.7868/S0002332914030138

Сообщество микроорганизмов желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) животных выполняет ряд физиологических функций, необходимых для жизнедеятельности организма-хозяина. Это — участие в пищеварении, борьба с патогенными микроорганизмами, стимулирование иммунитета, синтез биологически активных веществ и т.д. Вклад микробов в пищеварение у разных животных неодинаков. У большинства травоядных животных, и особенно ксилофагов, микроорганизмы — это основное звено пищеварения. Они обеспечивают гидролиз сложных полимеров, делая их доступными для всасывания (Wong, 1995; Mackie et al, 1997; Фисинин, 1999). Также микробное звено играет важную роль в обогащении потребляемого бедного корма белком, синтезированным в процессах азотфиксации (Наумова и др., 2000; Вечерский и др., 2009; Формозов и др., 2012) и реутилизации мочевины.

Большой интерес представляет роль микробного сообщества ЖКТ в обеспечении углеводного и азотного питания тетеревиных. Их рацион зимой состоит из крайне бедных по пищевой ценности растительных кормов, хотя летом он несколько обогащается. Так, с середины осени и до середины весны тетеревиные переходят на питание сережками и почками деревьев (тетерева) или хвоей (глухари) (Дементьев и др., 1952; Потапов, 1985; Алексеев, 2012). Такие корма содержат очень мало усвояемого азота, а углеводы представлены главным образом клетчаткой и пектином. Поэтому можно предположить, что микробиоценоз ЖКТ этих птиц играет важную роль в

переваривании и обогащении этих кормов, особенно зимой.

Цель работы — оценка вклада микроорганизмов ЖКТ глухаря (Tetrao urogallus) и тетерева (Lyrurus tetrix) в усвоение клетчатки и обогащение белком бедных растительных кормов путем азот-фиксации.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования — отобранные стерильным инструментом образцы содержимого из отделов ЖКТ тетерева и глухаря (зоба, желудка, тонкой, слепой и прямой кишок). Всего было исследовано 12 птиц, добытых путем лицензионного отстрела в Нижегородской обл. в апреле и мае.

Целлобиогидролазную активность определяли флуориметрически (Синицын и др., 1990) на анализаторе "Флюорат-02-Панорама" (Россия). Температура инкубации составляла 40°C, время инкубации — 45 мин, объем пробы — 2 мл.

Нитрогеназную активность определяли ацетиленовым методом (Методы..., 1991) на газовом хроматографе "Кристалл-2000" (ЗАО СКБ Хро-матэк, Россия) в трехкратной повторности. Масса навески — 5 г, время инкубации — 1 ч, температура инкубации — 37°C, объем флакона — 14 мл, объем пробы — 1 мл.

Общую численность бактерий в разных отделах ЖКТ определяли методом люминесцентной микроскопии с окраской акридином оранжевым (Методы..., 1991).

Таблица 1. Активность целлобиогидролаз в ЖКТ тетеревиных

Отдел ЖКТ Целлобиогидролазная активность, мкмоль/мин

тетерев глухарь

Зоб 0 0

Желудок 0 0.02 + 0.05

Тонкий кишечник 0.03 + 0.01 0.21 + 0.06

Тело слепой кишки 0.04 + 0.01 0.58 + 0.33

Вершина слепой кишки 0.07 + 0.05 0.12 + 0.06

Прямая кишка 0 0

Примечание. ЖКТ — желудочно-кишечный тракт; для табл. 1—3.

Таблица 2. Активность азотфиксации в ЖКТ тетеревиных

Отдел ЖКТ Нитрогеназная активность, нмольС2Н4/(г • ч)

тетерев глухарь

Зоб 0 0.07 + 0.02

Желудок 0.16 + 0.04 0.13 + 0.06

Тонкий кишечник 0.09 + 0.07 0.07 + 0.02

Тело слепой кишки 0.96 + 0.05 0.44 + 0.08

Вершина слепой кишки 0.48 + 0.11 0.63 + 0.21

Прямая кишка 0.19 + 0.09 0.11 + 0.06

Функциональные возможности микробных сообществ оценивали методом мультисубстрат-ного тестирования (Горленко, Кожевин, 2005). Навески массой 1 г диспергировали в 30 мл стерильного фосфатного буфера и центрифугировали. Супернатант смешивали с индикатором протонного градиента — бромиддиметилдиазолилди-фенилтетразолием — и вносили по 0.2 мл в микрокюветы ECO-LOG (Россия), содержащие один из 47 органических субстратов (1%), а также смесь минеральных солей, аналогичную применяемой в среде Чапека. Микрокюветы инкубировали 72 ч при 37°C, после чего измеряли интенсивность окраски ячеек фотометрически. Результаты интерпретировали методами многомерной статистики с помощью программы ECO-LOG v4.2.

Статистическую обработку результатов проводили с использованием программы Statistica 8.0 (StatSoft Inc, США). Нормальность распределе-

ния оценивали с помощью критерия Шапиро— Уилка. Для оценки различий произвольно распределенных значений использовали тесты Крас-кела—Уоллиса и Манна—Уитни. Количественные результаты представлены в виде среднее ± ошибка среднего.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Важнейший вклад микробного сообщества ЖКТ в пищеварение — деградация трудноперева-риваемых полимеров. В рационе тетеревиных птиц значительную долю растительных компонентов составляет клетчатка, которую микробные ферменты с целлобиогидролазной и эндо-глюконазной активностью могут разрушать до усвояемых мономеров и димеров. У тетеревиных есть два локуса (объемистый зоб и слепая кишка), где кормовая масса могла бы подвергаться длительной ферментации во влажных термостатических условиях.

Активность целлобиогидролазы. Она была обнаружена в кишечнике обоих видов птиц, причем максимальные уровни активности наблюдались в слепой кишке (табл. 1). В зобе активность целлю-лолитических ферментов не была выявлена. В желудке разрушения целлюлозы также практически не происходило. Отметим довольно высокую активность целлобиогидролаз в тонком кишечнике. Однако небольшое время инкубации в нем пищевой массы не позволяет рассматривать тонкий кишечник в качестве значимого микробного ферментера. При этом у глухаря в этом отделе наблюдалась достоверно более высокая целлобиогидро-лазная активность, чем у тетерева (критерий Краскалла—Уолиса, р = 0.023). По общему уровню целлобиогидролазной активности оба вида птиц оказались близки.

Активность нитрогеназы. Важные проблемы фитофагов — разложение целлюлозы и обеспечение организма доступным азотом. Один из путей обогащения пищевой массы белком — микробная азотфиксация. Она была обнаружена в разных отделах ЖКТ исследованных видов тетеревиных, а максимальный уровень активности был отмечен в слепой кишке (табл. 2). В прочих отделах ЖКТ азотфиксация была на полпорядка слабее. Различия в нитрогеназной активности между двумя видами птиц были недостоверными.

Мультисубстратное тестирование (МСТ). Оно было проведено для оценки интегральных метаболических возможностей микробных сообществ ЖКТ тетеревиных. При анализе характера потребления субстратов была выявлена высокая схожесть профилей МСТ у обоих видов птиц (табл. 3). Так, индекс разнообразия Шеннона, общая метаболическая активность и число потребляемых субстратов были максимальны для мик-

Таблица 3. Интегральные показатели микробных сообществ разных отделов ЖКТ тетеревиных

Показатель Выравненность Устойчивость Индекс разнообразия Шеннона Метаболическая активность Число потребляемых субстратов

Вид глухарь тетерев глухарь тетерев глухарь тетерев глухарь тетерев глухарь тетерев

Слепая кишка 0.98 0.99 1.22 1.13 4.6 4.7 1750 1600 28 28

Тонкая кишка 0.97 0.98 1.11 1.10 4.4 4.4 1350 1300 26 26

Зоб 0.76 0.91 0.56 0.66 3.5 3.8 920 1050 12 15

Желудок 0.97 0.96 1.05 0.95 3.8 4.2 1010 1200 21 19

робного сообщества слепой кишки и минимальны для зоба и желудка. При этом сообщество микроорганизмов тонкого кишечника незначительно отличалось от сообщества слепой кишки. Микробиоценозы слепой и тонкой кишок активно метаболизировали полисахариды и жирные кислоты (продукты сбраживания сахаров). Напротив, микробные сообщества желудка и зоба потребляли в основном короткоцепочечные сахара и аминокислоты. Все микробиоценозы характеризовались высокой выравненностью и довольно высокой устойчивостью, за исключением микробного сообщества зоба обеих птиц, которое отличалось не только низкой устойчивостью, но и неровным ранговым распределением. Высокое сходство МСТ-профилей слепой и тонкой кишок, безусловно, интересный факт. На самом деле сообщество толстого кишечника имеет преимущество только в скорости метаболизма. Все остальные параметры микробного сообщества в тонком и толстом отделах кишечника очень близки. У ранее изученных животных — грызунов — функциональные возможности микробных сообществ разных отделов ЖКТ различались кардинально (Вечерский, 2009).

Учет общей численности микроорганизмов в разных отделах ЖКТ. Максимальное число бактериальных клеток у обоих видов птиц наблюдалось в слепой кишке (10.2 и 10.5 1§ кл./г для тетерева и глухаря соответственно). Наименьшее число клеток бактерий было в зобе и желудке (~8.7 1§ кл./г). Это согласуется с представлениями о том, что слепая кишка — основной микробный ферментер ЖКТ птиц. Между исследованными видами птиц различия в численности микроорганизмов были несущественными. Абсолютные значения численности (~10 1§ кл./г) указывают на физиологическую значимость микробного комплекса слепой кишки.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Степень участия микробного сообщества разных отделов ЖКТ в пищеварении у тетеревиных зависит от морфологии этих отделов. Наиболее важные особенности

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.

Показать целиком