Effect of biologically active compounds on functional parameters and intestinal microbiome structure of laying hens

D. A. Silin; Силин Д. А.; S. V. Lebedev; Лебедев С. В.; I. A. Vershinina; Вершинина И. А.; T. V. Kazakova; Казакова Т. В.; O. V. Marshinskaya; Маршинская О. В.

doi:10.31857/S2500262725010091

Effect of biologically active compounds on functional parameters and intestinal microbiome structure of laying hens

Authors: Silin D.A.¹, Lebedev S.V.¹, Vershinina I.A.¹, Kazakova T.V.¹, Marshinskaya O.V.¹
Affiliations:
1. Federal Research Centre of Biological Systems and Agrotechnologies of the Russian Academy of Sciences
Issue: No 1 (2025)
Pages: 49-57
Section: Animal science and veterinary medicine
URL: https://journals.eco-vector.com/2500-2627/article/view/680915
DOI: https://doi.org/10.31857/S2500262725010091
EDN: https://elibrary.ru/CSPMML
ID: 680915

Cite item

Full Text

Abstract
Full Text
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Studies were conducted to evaluate the effect of phytobiotic and probiotic substances, as well as dietary fibers and enterosorbents on productive characteristics, blood biochemical parameters, mineral balance and intestinal microbiota of laying hens in order to develop measures to optimize mineral nutrition with the inclusion of bioactive substances in the diet. The work was carried out on hens of cross Hisex Brown at the age from 90 to 210 days, which corresponds to the phase of active formation of reproductive system and accumulation of key trace elements in the body. The inclusion of various biologically active substances had a specific effect on the excretion of certain minerals from the body and the balance of bacterial communities, which ultimately affected the overall productivity of poultry and the efficiency of feed utilization. The use of phytogenic Digestarom showed an increase in egg production by 7.78 % (p ≤ 0.05), which is associated with the activation of carbohydrate and protein metabolism, as well as changes in the composition of intestinal microflora. In the blind intestine of birds of the group receiving the enterosorbent Tsamax, there was a decrease in the number of bacteria of the genus Bifidobacterium, Faecalibacterium and Lactobacillus, while the number of cellulosolytics increased, correlating with the level of K, Cr and Mn. Application of the probiotic Vetom resulted in a decrease in the same families, which was correlated with the assimilation of Cr, Se and Co. The dietary fiber supplement Arbocel stimulated the growth of Pseudomonadota bacteria and decreased the amount of Bacillota; the number of microorganisms of the Oscillospiraceae family correlated with the levels of I, Fe and P. Digestarom use induced a decrease in Lactobacillaceae (by 13,7 %) and an increase in Oscillospiraceae (by 19,7 %), Clostridiaceae (by 61,2 %), Lachnospiraceae (by 39,2 %), related to Mg and K levels.

Keywords

laying hens, feeding, enterosorbent, probiotic, cellulose, phytogenetic, egg production, feed conversion, integral coefficient of elements, coefficient of metabolic potential, element pool, microbiome, correlation

Full Text

Совершенствование отрасли птицеводства направлено на разработку и реализацию стратегии повышения продуктивности яичных кур, сохранности, снижения себестоимости и безопасности производимых продуктов, что достигается путем обеспечения организма комплексом активных веществ, повышающих иммунитет и продуктивные показатели. Увеличение риска развития устойчивости патогенных микроорганизмов к антибиотикам привело к постепенному отказу от их использования в лечебных и профилактических целях при разведении сельскохозяйственных животных [1]. Это вызвало рост числа исследований, ориентированных на разработку эффективных методов контроля заболеваний и создание пищевых ингредиентов, направленных на улучшение здоровья и продуктивности животных. В птицеводстве используют широкий спектр препаратов, основанных на фитокомпонентах (эфирные масла, органические кислоты и др.), пробиотики и пребиотики [2, 3], альдегиды [4], бактериофаги [5], микроэлементы [6], экзогенные ферменты [7] и энтеросорбенты [8].

Энтеросорбенты обладают способностью к связыванию токсических веществ, переносу физиологически активных веществ, таких как ферменты и др., избирательному поглощению аминокислот, структуризации кишечного микробиома, хелатированию и видоизменению химического состава химуса, что неблагоприятно влияет на патогенную микрофлору [8, 9]. Фитогенные кормовые добавки благотворно влияют на здоровье и функционирование кишечника благодаря наличию таких биоактивных соединений, как полифенолы, с противомикробными, антиоксидантными, иммуномодуляционными и противовоспалительными свойствами [10, 11, 12]. Пробиотики улучшают здоровье кишечника, повышают стабильность кишечной флоры и подавляют колонизацию патогенов [13, 14], стимулируют яйценоскость [15], оказывают положительное влияние на качество скорлупы [16] путем воздействия на колонизацию симбиотических бактерий [17], количество бокаловидных клеток кишечника [18] и стимулирования кишечного Т-клеточного иммунитета [19, 20]. С физиологической точки зрения пищевые волокна содержат полисахариды и лигнин, которые не перевариваются эндогенными ферментами в пищеварительном тракте, поэтому, достигая задней части кишечника, они оказывают положительное воздействие на конверсию корма, снижают его общее потребление, улучшают кишечное пищеварение и общее влияние на рост и развитие организма [21, 22].

Перечисленные биологически активные соединения относятся к различным группам фармакологических средств с разным действием, но все они имеют непосредственное влияние на кишечник, а в частности, на микробиальный профиль.

Цель исследований – определить влияние включения в рацион различных биологических активных добавок на зоотехнические показатели, показатели крови, элементный статус и метагеном кишечника, а также установить взаимосвязь элементного статуса и микробиального содержимого кишечника кур-несушек в период активного формирования репродуктивной системы и накопления ключевых микроэлементов в организме для разработки мероприятий по оптимизации минерального питания при включении в рацион биоактивных веществ.

Методика. Объект исследования – куры-несушки (n = 30) кросса Хайсекс Браун возраста 90…210 суток (ЗАО «Птицефабрика Оренбургская»). Работу проводили на базе лаборатории прецизионных технологий в сельском хозяйстве, ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук». Эксперимент длительностью 120 дней был разделен на 2 этапа – подготовительный (90…110 суток) и учетный (110…210 суток). Птицу содержали в типовых клетках БН-1 для кур-несушек производства «Стимул-Инк» (Россия, Московская обл., г. Пушкино). Кормление и поение осуществляли групповым методом согласно рекомендациям ВНИТИП (2013). Микроклимат в помещении соответствовал требованиям ОНТП-4-88.

По окончании подготовительного периода было сформировано 5 групп. Птица контрольной группы получала основной рацион (ПК-1). В корм I группы добавляли 50 г/кг корма энтеросорбент Цамакс (производство ООО «Цамакс»), II группы – 1,5 г/кг корма пробиотик Ветом (производство ООО «Ветом»), III группы – 1 г/кг корма целлюлозы Арбоцел (производство J. RETTENMAIER & SÖHNE GMBH + CO. KG), IV группы – 1 г/кг корма фитогеник Дигестаром (производство Biomin).

В состав препарата Цамакс входят цеолит и серосодержащие компоненты, которые способствуют нормализации минерального обмена, а также улучшению работы желудочно-кишечного тракта. Ветом включает в свой состав бактерии Bacillus subtilis, которые, размножаясь преимущественно в толстом отделе кишечника, выделяют протеолитические, амилолитические, целлюлозолитические ферменты; стимулируют иммунную систему и снижают число патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. Арбоцел – это концентрат лигноцеллюлозы, волокна которого в незначительной степени перевариваются в толстом кишечнике и существенно влияют на микробиоценоз, а также процессы переваривания, усвоения и эвакуации корма. Фитогеник Дигестаром увеличивает устойчивость животного к воздействию иммунных стрессовых факторов и стимулирует рост полезной микробиоты кишечника, благодаря чему высвобождается больше энергии на рост и включает в свой состав анетол, карвакрол и лимонен.

Учет поедаемости кормов и яичной продуктивности осуществляли ежедневно. Биосубстраты изучали в Испытательном центре (http://цкп-бст.рф), ФГБНУ «Федеральный научный центр биологических систем и агротехнологий Российской академии наук»: кровь для анализа отбирали у каждой птицы (150 проб) из подкрыльцовой вены утром перед кормлением в возрасте 210 суток. Морфологические показатели крови определяли на гематологическом анализаторе URIT-2900 Vet Plus (URIT Medial Electronic Co., Китай), биохимический анализ крови проводили на анализаторе СS-T240 («Dirui Industrial Co., Ltd», Китай) с использованием наборов ДиаВетТест (Россия) и Randox Laboratories Limited (Великобритания). Концентрацию содержания химических элементов в крови и помете определяли методами атомно-эмиссионной спектрометрии и масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (Optima 2000 V, Perkin Elmer, США), а также масс-спектрометрии (Elan 9000, Perkin Elmer, США).

На 150-е и 210-е сутки отбирали образцы полостного содержимого слепого кишечника кур-несушек в 50 стерильных микропробирок типа «эппендорф» (Nuova Aptaca S. R.L., Италия). Для исследования использовали оборудование Центра коллективного пользования научным оборудованием «Персистенция микроорганизмов» Института клеточного и внутриклеточного симбиоза УрО РАН. Анализ осуществляли путем выделения ДНК из образцов кишечного содержимого кур-несушек с использованием коммерческого набора innuPREP Stool DNA Kit (Analytic Jena, Germany); затем проводили электрофорез выделенной ДНК в агарозном геле с оценкой концентраций двухцепочечной ДНК на приборе Qubit 4.0. После оценки концентрации следовал этап приготовления ДНК-библиотек на основе ампликонов с индексами Nextera для секвенирования на приборах Illumina и измерением концентрации на Qubit 4.0; а в конце секвенирование ампликоновых ДНК-библиотек на приборе MiSeq Illumina (чтение 500 циклов по 250 с двух сторон).

Данные, полученные в эксперименте, подвергали статистической обработке с использованием программного обеспечения Microsoft Exсel, Statistica 10,0 (StatSoftInc., США) методами дисперсионного и корреляционного анализа. Проверку соответствия полученных данных нормальному закону распределения проводили с использованием критерия согласия Колмогорова. Гипотеза о нормальном распределении данных подтверждена во всех случаях с вероятностью 95 %, что дало основание для применения параметрических процедур обработки статистических совокупностей. Достоверность различий между сравниваемыми показателями определяли с использованием t-критерия Стьюдента. Достоверными считали различия при p ≤ 0,05, p ≤ 0,01, p ≤ 0,001. Коэффициенты корреляции рассчитывали по Спирмену, в исследовании отмечали корреляционные связи силой более 0,5.

По результатам корреляционного анализа были выбраны и указаны только те зависимости между накоплением химических элементов и численностью бактериальных таксонов на 210-е сутки, которые характеризовались прямой значимой корреляцией (коэффициент корреляции более 0,5).

Результаты и обсуждение. Включение биоактивных веществ в рацион птиц III и IV опытных групп сопровождалось увеличением яйценоскости соответственно на 10 % (p ≤ 0,05) и 7,78 %. Конверсия корма в расчете на 10 яиц в III опытной группе была выше, чем в контрольной, на 12,26 %, в IV – на 4,54 % (рис. 1). Это совпадает с результатами других исследований [23, 24].

Рис. 1. Разница в зоотехнических показателях кур-несушек опытных групп по сравнению с контрольной (ось X – показатели контрольной группы, %).

*Различия с контролем достоверны при р ≤ 0,05, ** – при р ≤ 0,01.

Конверсия корма, по данным Kothari D с соавторами [25], повышается благодаря способности фитогенных препаратов стимулировать аппетит, секрецию слюны, желчных кислот, выработку слизи в кишечнике, секрецию и активность пищеварительных ферментов и системные изменения метаболизма макроэлементов и микроэлементов. Аналогичное мнение высказывают и другие исследователи [26, 27].

В нашем эксперименте, изменение метаболизма выражалось в достоверном увеличении общего белка в крови во II опытной группе на 8,4 % (р ≤ 0,05), в III – на 10,6 % (р ≤ 0,05), в IV – на 8,9 % (р ≤ 0,05) (табл. 1).

Табл. 1. Биохимические показатели крови у кур-несушек при включении в рацион биологически активных веществ

Показатель	Контрольная (ОР)	I опытная (ОР + Цамакс)	II опытная (ОР + Ветом)	III опытная (ОР + Арбоцел)	IV опытная (ОР + Дигестаром)
Глюкоза, ммоль/л	8,52 ± 3,07	11,33 ± 0,22	10,15 ± 0,40	10,95 ± 0,16	8,85 ± 1,63
Общий белок, г/л	42,02 ± 14,12	56,47 ± 13,33	45,56 ± 3,16*	46,49 ± 2,90*	45,77 ± 4,27*
Альбумин, г/л	17,33 ± 4,63	24,33 ± 1,20	25,33 ± 0,67	23,33 ± 0,88	23,67 ± 0,67
Билирубин общий, мкмоль/л	0,72 ± 0,21	1,06 ± 0,11	1,10 ± 0,17	1,01 ± 0,07	1,01 ± 0,15
Билирубин прямой, мкмоль/л	1,09 ± 0,16	1,14 ± 0,10	1,17 ± 0,04	1,15 ± 0,00	1,49 ± 0,09
Билирубиновый индекс	1,51	1,07	1,06	1,13	1,47
Холестерин, ммоль/л	2,03 ± 0,95	2,59 ± 0,17	2,42 ± 0,30	2,28 ± 0,26	3,12 ± 0,27
Триглицериды, ммоль/л	10,23 ± 5,20	11,59 ± 0,74	9,93 ± 1,94	10,13 ± 0,73	15,86 ± 2,05
Мочевина, ммоль/л	0,30 ± 0,15	0,20 ± 0,12	0,37 ± 0,22	0,60 ± 0,31	0,20 ± 0,12
Креатинин, мкмоль/л	16,53 ± 3,77	23,67 ± 1,13*	24,40 ± 1,00	23,70 ± 1,96	21,03 ± 0,97
a-амилаза, Ед/л	82,67 ± 61,80	251,67 ± 30,44*	225,33 ± 42,53	219,00 ± 26,29*	260,33 ± 30,05*
Мочевая кислота, мкмоль/л	109,63 ± 27,46	166,00 ± 38,15	263,60 ± 3,65	196,30 ± 24,22	213,67 ± 55,96
р-амилаза, Ед/л	100,13 ± 85,09	321,87 ± 28,88	285,67 ± 42,54	271,00 ± 32,73	329,80 ± 40,72
Липаза, Ед/л	8,30 ± 1,00	11,00 ± 0,68*	12,00 ± 1,29*	10,63 ± 0,15*	13,13 ± 2,13*

В крови птиц опытных групп достоверно увеличивалось количество пищеварительных ферментов. Так, уровень α-амилазы в I группе был выше, чем в контрольной, в 3,04 раза (р ≤ 0,05), в III группе – в 2,65 раза (р ≤ 0,05) и в IV группе – в 3,15 раза (р ≤ 0,05), липазы – во всех опытных группах в 1,28…1,58 раза (р ≤ 0,05), что, возможно, связано с повышением кишечной всасываемости и улучшением пищеварения [28, 29, 30].

Уровень креатинина в крови птиц I опытной группы был выше, чем в контроле, на 43,2 % (р ≤ 0,05). Рост величины этого показателя отмечали и в других исследованиях, что может свидетельствовать об улучшении энергетического обмена в мышечной и нервной тканях организма [31].

В I опытной группе отмечена умеренная лейкопения со снижением количества лейкоцитов сна 6,0 % (p ≤ 0,05). Введение биологически активных веществ в рацион птицы стимулирует иммунные функции организма [32], что в нашем исследовании выражалось в тенденции к снижению лейкоцитарного индекса интоксикации. Во II опытной группе он был меньше, чем в контроле, на 24,69 %, в III – на 58,64 %, в IV – на 68,52 % (табл. 2).

Табл. 2. Морфологические показатели крови кур-несушек при включении в рацион биологически активных веществ

Показатель	Контрольная (ОР)	I опытная (ОР + Цамакс)	II опытная (ОР + Ветом)	III опытная (ОР + Арбоцел)	IV опытная (ОР + Дигестаром)
Количество лейкоцитов, 10⁹/л	39,67 ± 0,43	37,32 ± 0,30*	36,30 ± 2,63	37,93 ± 2,22	42,27 ± 1,73
Доля нейтрофилов, %	61,50 ± 0,50	66,63 ± 4,77*	55,40 ± 15,17	44,60 ± 12,66	33,90 ± 4,72
Доля лимфоцитов, %	14,35 ± 0,29	23,73 ± 5,14	33,97 ± 17,31	48,47 ± 13,65	55,63 ± 8,88
Доля моноцитов, %	1,88 ± 0,88	2,73 ± 0,24	0,48 ± 0,25*	0,93 ± 0,22***	0,57 ± 0,26***
Доля эозинофилов, %	4,60 ± 0,15	6,20 ± 0,45*	5,47 ± 0,32	5,70 ± 0,85	9,40 ± 3,96*
Доля базофилов, %	0,73 ± 0,03	0,70 ± 0,06*	0,37 ± 0,12	0,30 ± 0,00*	0,50 ± 0,12
Лейкоцитарный индекс интоксикации	1,62	2,03	1,22	0,67	0,51
Количество эритроцитов, 10¹²/л	2,24 ± 0,01	2,21 ± 0,05	2,12 ± 0,07	2,16 ± 0,12	2,30 ± 0,01
Количество гемоглобина, г/л	127,67 ± 0,33	121,33 ± 4,37	115,33 ± 3,18	115,67 ± 4,37	125,67 ± 1,76

*Различия с контролем достоверны при р ≤ 0,05, **при р ≤ 0,01, ***при р ≤ 0,001.

Содержание химических элементов в крови птиц опытных групп достоверно не изменялось по сравнению с контрольной, что свидетельствует о постоянстве состава крови и отсутствии негативного влияния биологически активных добавок на гомеостаз (табл. 3).

Табл. 3. Концентрация химических элементов в крови кур-несушек, мг/кг

Показатель	Контрольная (ОР)	I опытная (ОР + Цамакс)	II опытная (ОР + Ветом)	III опытная (ОР + Арбоцел)	IV опытная (ОР + Дигестаром)
Co	21 × 10^-4 ± 5 × 10^-4	20 × 10^-4 ± 5 × 10^-4	29 × 10^-4 ± 8 × 10^-4	22 × 10^-4 ± 6 × 10^-4	31 × 10-4 ± 0,8 × 10^-4
Cr	0,022 ± 0,004	0,0104 ± 0,0033	0,011 ± 0,003	0,013 ± 0,003	0,021 ± 0,005
Cu	0,34 ± 0,07	0,36 ± 0,07	0,36 ± 0,07	0,34 ± 0,07	0,34 ± 0,07
Fe	7,81 ± 1,17	9,39 ± 1,41	8,58 ± 1,29	10,07 ± 1,51	9,84 ± 1,48
I	0,021 ± 0,004	0,028 ± 0,008	0,019 ± 0,005	0,011 ± 0,004	0,023 ± 0,004
Mn	0,18 ± 0,04	0,19 ± 0,04	0,22 ± 0,04	0,18 ± 0,04	0,12 ± 0,03
Se	0,29 ± 0,06	0,16 ± 0,03	0,19 ± 0,04	0,23 ± 0,05	0,21 ± 0,04
V	532 × 10^-5 ± 154 × 10^-5	521 × 10^-5 ± 151 × 10^-5	512 × 10^-5 ± 163 × 10^-5	533 × 10^-5 ± 161 × 10^-5	511 × 10^-5 ± 153 × 10^-5
Zn	5,68 ± 0,85	5,39 ± 0,81	5,28 ± 0,79	5,42 ± 0,81	5,94 ± 0,89
Ca	0,302 ± 0,045	0,301 ± 0,045	0,283 ± 0,042	0,304 ± 0,045	0,292 ± 0,044
K	0,19 ± 0,03	0,21 ± 0,03	0,21 ± 0,03	0,21 ± 0,03	0,24 ± 0,04
Mg	0,0312 ± 53ґ	0,0411 ± 63ґ	0,0323 ± 54ґ	0,0341 ± 54ґ	0,0423 ± 62ґ
Na	3,22 ± 0,48	3,22 ± 0,48	3,22 ± 0,48	3,22 ± 0,48	3,22 ± 0,48
P	0,66 ± 0,1	0,57 ± 0,09	0,48 ± 0,07	0,50 ± 0,07	0,75 ± 0,11
Cd	23 × 10^-5 ± 6 × 10^-5	14 × 10^-5 ± 4 × 10^-5	32 × 10^-5 ± 13 × 10^-5	11 × 10^-5 ± 2 × 10^-5	12 × 10^-5 ± 5 × 10^-5
Pb	621 × 10^-6 ± 243 × 10^-6	632 × 10^-6 ± 241 × 10^-6	312 × 10^-6 ± 112 × 10^-6	523 × 10^-6 ± 223 × 10^-6	613 × 10^-6 ± 241 × 10^-6

Достоверные изменения концентрации химических элементов в помете наблюдали в I, II и IV опытных группах (табл. 4). В I опытной группе концентрация Mn увеличивалась на 7,7 % (р ≤ 0,05), Na – на 16,9 % (р ≤ 0,05), Pb – в 4,6 раза (р ≤ 0,01). Во II опытной группе концентрация I и Si возрастала соответственно на 53,1 % (р ≤ 0,05) и 29,9 % (р ≤ 0,05) с одновременным снижением содержания V и Ca на 32,8 % (р ≤ 0,01) и 34,8 % (р ≤ 0,01). В IV опытной группе достоверно уменьшалась концентрация натрия на 47,6 % (р ≤ 0,01).

Табл. 4. Концентрация химических элементов в помете кур-несушек, мг/кг

Показатель	Контрольная (ОР)	I опытная (ОР + Цамакс)	II опытная (ОР + Ветом)	III опытная (ОР + Арбоцел)	IV опытная (ОР + Дигестаром)
Co	0,89 ± 0,107	0,67 ± 0,080	0,61 ± 0,073	0,62 ± 0,074	0,76 ± 0,092
Cr	10,65 ± 1,07	7,59 ± 0,76	9,12 ± 0,91	6,90 ± 0,69	8,03 ± 0,80
Cu	44,84 ± 4,48	36,17 ± 3,62	34,55 ± 3,46	41,20 ± 4,12	40,79 ± 4,08
Fe	541,00 ± 54,00	524,00 ± 52,00	535,00 ± 53,00	437,00 ± 44,00	493,00 ± 49,00
I	1,75 ± 0,180	1,94 ± 0,190	2,68 ± 0,270*	1,89 ± 0,190	1,87 ± 0,190
Mn	336,00 ± 34,000	362,00 ± 36,000*	344,00 ± 34,000	348,00 ± 35,000	354,00 ± 35,000
Se	0,54 ± 0,065	0,53 ± 0,064	0,41 ± 0,049	0,42 ± 0,051	0,38 ± 0,045
Si	75,65 ± 7,56	65,76 ± 6,58	98,25 ± 9,82*	74,95 ± 7,50	86,88 ± 8,69
V	2,77 ± 0,28	2,03 ± 0,20	1,86 ± 0,19**	1,77 ± 0,18	1,80 ± 0,18
Zn	314,00 ± 31,00	338,00 ± 34,00	390,00 ± 39,00	461,00 ± 46,00	409,00 ± 41,00
Ca	71,09 ± 7,11	34,53 ± 3,45	46,35 ± 4,64**	29,76 ± 2,98	45,24 ± 4,52
K	16,95 ± 1,70	17,44 ± 1,74	22,08 ± 2,21	17,86 ± 1,79	18,60 ± 1,86
Mg	6,41 ± 0,641	6,79 ± 0,679	7,47 ± 0,747	7,18 ± 0,718	7,94 ± 0,794
Na	2,48 ± 0,248	2,90 ± 0,290*	1,82 ± 0,182	0,94 ± 0,094	1,30 ± 0,13**
P	9,65 ± 0,97	9,77 ± 0,98	14,45 ± 1,45	10,53 ± 1,05	12,52 ± 1,25
Cd	0,490 ± 0,0590	0,370 ± 0,0440	0,420 ± 0,0500	0,390 ± 0,0470	0,460 ± 0,0550
Pb	0,31 ± 0,037	1,42 ± 0,140**	0,34 ± 0,041	0,37 ± 0,044	0,32 ± 0,038

*Различия с контролем достоверны при р ≤ 0,05, **при р ≤ 0,01.

В помете контрольной группы отмечали повышенную, по сравнению с опытными, концентрацию таких элементов, как Co, Cr, Cu, Fe, Se, Ca и Cd, что может быть связано с лучшим их всасыванием в желудочно-кишечном тракте птиц опытных групп при введении исследуемых препаратов.

Исследование микробиома слепого отдела кишечника кур-несушек контрольной группы на разных этапах онтогенеза (рис. 2) показало, что доминирующими таксонами были филумы Bacillota (79,9…86,7 %), Pseudomonadota (3,9…9,75 %) и Actinomycetota (5,86…7,8 %), в основном представленные бактериями классов Bacilli, Gammaproteobacteria и Actinomycetes соответственно.

Рис. 2. Состав микробиома слепой кишки кур-несушек контрольной группы.

Основным таксоном микроорганизмов в кишечнике кур-несушек на разных этапах онтогенеза были представители р. Lactobacillus, на долю которых приходилось от 43,8 до 69,3 %. Cнижение их численности (на 28,7 % на 210-е сутки по сравнению с 150-ми сутками) наблюдали по мере роста и развития птицы. Численность бактерий классов Gammaproteobacteria и Actinomycetes в микробиоте кишечника кур-несушек контрольной группы изменялась волнообразно в зависимости от возрастного периода.

Включение в рацион кур-несушек кормовой добавки Цамакс к возрасту 150 суток (рис. 3) вело к снижению количества бактерий, относящихся к филуму Bacillota, по сравнению с контролем, на 29,3 %. На 150-е и 210-е сутки эксперимента отмечали высокое содержание представителей филума Pseudomonadota: 29,4 % и 24,3 % против, соответственно, 3,9 % и 9,75 % в контроле. При этом на 210-е сутки наблюдали снижение численности бактерий семейства Lactobacillaceae, по сравнению с контролем, на 26,4 % и увеличение Enterobacteriaceae на 39,6 %. На уровне рода на 150-е сутки отмечали уменьшение численности микроорганизмов р. Lactobacillus и р. Bifidobacterium, по сравнению с контролем, на 16,8 % и 2,8 % соответственно, на 210-е сутки – на 10,6 и 2,9 %. Кроме того, в возрасте 210 суток отмечено снижение на 4,3 % количества бактерий, относящихся к р. Faecalibacterium, что согласуется с данными других авторов [32].

Рис. 3. Состав микробиома слепой кишки кур-несушек I опытной группы.

В целом введение Цамакса сопровождалось уменьшением содержания облигатной микрофлоры желудочно-кишечного тракта птицы (Lactobacillaceae, Oscillospiraceae, Clostridiaceae и Lachnospiraceae) одновременно с увеличением численности класса Enterobacteriaceae. Снижение численности бактерий семейства Lactobacillaceae под влиянием цеолита в составе препарата Цамакс приводило к уменьшению продукции лактата, снижающего рН химуса, что приводит к увеличению численности необлигатных бактерий (в нашем случае – Enterobacteriaceae).

Известно, что цеолиты, к числу которых относится препарат Цамакс, оказывают бактерицидное воздействие на патогенные организмы в кишечнике птиц [25], однако в нашем исследовании этого не наблюдали. Этот факт можно объяснить тем, что на бактерицидный эффект цеолитов могут влиять такие факторы, как тип цеолита, его чистота, физико-химические свойства и уровень добавок, используемых в рационе [33]. Кроме того, в научной литературе имеются сведения о том, что введение цеолита способствовало снижению поедаемости корма и увеличению времени пребывания корма в кишечнике из-за набухания цеолита, что может подтверждать перспективность его включения в рационы для улучшения конверсии и снижения скорости прохождения корма через пищеварительную систему птицы [25].

Использование кормовой добавки Ветом (рис. 4) приводило к изменению количественного соотношения основных таксономических групп микроорганизмов в микробиоте слепого отдела кишечника в течение всего эксперимента. В частности, в возрасте 150 суток число микроорганизмов филума Bacillota уменьшилось, в сравнении с контролем, на 19,6 %, Actinomycetota – на 2,1 %. На уровне родов такие изменения в основном выражались в уменьшении количества бактерий р. Lactobacillus и р. Bifidobacterium соответственно на 17 и 2 %. В то же время увеличение числа бактерий, относящихся к филуму Pseudomonadota на 20,5 % в микробиоте слепого отдела кишечника птицы, не приводило к значимым изменениям количественных показателей на более глубоких таксономических уровнях.

Рис. 4. Состав микробиома слепой кишки кур-несушек II опытной группы.

Последующий анализ таксономического состава микробиома слепого отдела кишечника птицы в возрасте 210 суток показал схожие изменения. Количество бактерий филума Bacillota было ниже на 17,7 %, в сравнении с контролем, а число микроорганизмов таксона Pseudomonadota больше на 16,6 %. Как и в возрасте 150 суток, в микробиоте слепого отдела кишечника птицы в 210 суток наблюдали изменения численности бактерий р. Lactobacillus (–9,9 %) и р. Bifidobacterium (–2,4 %). Кроме того, отмечено уменьшение числа бактерий, относящихся к р. Faecalibacterium, на 2,3 %, в сравнении с контролем. Это может быть одной из причин более низкой яйценоскости из-за меньшей всасываемости питательных веществ в кишечнике, так как известно, что в организме птиц значительную часть пищеварительных ферментов выделяют бактерии [33]. Результаты наших исследований согласуются с данными, свидетельствующими о том, что B. subtilis могут способствовать увеличению относительной численности Pseudomonadota [34]. Отсутствие значимых изменений численности Pseudomonadota на более глубоких таксономических уровнях может быть обусловлено тем, что Bacillus subtilis, введенные в состав рациона, способствуют поддержанию здорового состава микробиоценоза пищеварительной системы птицы на всем его протяжении в результате конкурентного исключения и антагонизма [34].

Характерная особенность действия кормовой добавки Арбоцел на микробиом слепого отдела кишечника кур-несушек заключалась в росте числа бактерий таксона Pseudomonadota (на 9…11 %) и уменьшении количества представителей филума Bacillota (на 6,4…8,34 %) в течение всего эксперимента (рис. 5). Происходило постепенное нарастание эффекта действия кормовой добавки на микробиом на высоких таксономических уровнях. В то же время на более низких таксономических уровнях степень воздействия на отдельные группы микроорганизмов микробиома кишечника снижалась. Значимые изменения отмечены для бактерий р. Lactobacillus. Уменьшение их численности, в сравнении с контролем, в возрасте 150 суток составило 10,7 %, 210 суток – 4,6 %. Количество микроорганизмов р. Faecalibacterium в микробиоме слепого отдела кишечника в возрасте птицы 150 суток было выше, чем в контроле, на 3 %, а в 210 суток – практически не изменялось. Бактерии рода Faecalibacterium обладают повышенной целлюлозолитической активностью, что позволяет курам-несушкам более успешно переваривать целлюлозу и положительно влияет на их продуктивность [34, 35].

Рис. 5. Состав микробиома слепой кишки кур-несушек III опытной группы.

В ходе эксперимента отмечали увеличение численности бактерий, разлагающих целлюлозу (Oscillospiraceae, Clostridiaceae, Lachnospiraceae), на 210-е сутки по сравнению со 150-ми сутками. Известно, что у несушек отсутствуют эндогенные ферменты, разлагающие клетчатку, поэтому большую роль в деструкции пищевых волокон, например целлюлозы, играют микроорганизмы, чем можно объяснить увеличение таких бактерий в кишечнике птицы в исследуемой группе при повышенной нагрузке целлюлозой из препарата Арбоцел.

Отмечено снижение численности других бактерий, традиционно обнаруживаемых в пищеварительном тракте птицы (Lactobacillus, Bacilli). Полученные неоднозначные результаты могут быть объяснены, с одной стороны, тем, что добавленные пищевые волокна в препарате Арбоцел служат своего рода разбавителем питательных веществ, а высокая концентрация клетчатки отрицательно влияет на пищеварение и всасывание питательных веществ в кишечнике [36], с другой стороны, добавление клетчатки может не оказывать значимого воздействия на микробиом слепой кишки [37], поэтому полученные в нашей работе данные соответствуют картине возрастного изменения микробиома несушек. Обсуждая воздействие введения в рацион с препаратом Арбоцел целлюлозных волокон, отметим наличие противоречивых данных относительно влияния пищевых волокон на микробиоту кишечника кур.

Общепризнано, что нерастворимые источники клетчатки не подвергаются интенсивному разложению бактериями, обитающими в пищеварительном тракте птиц [38]. С одной стороны, это связано с его анатомическими особенностями (относительно небольшая длина), которые обусловливают низкую скорость прохождения корма. Кроме того, некоторые исследования показывают, что в слепую кишку, которая, по-видимому, служит основным местом бактериальной ферментации клетчатки у кур [40], могут попасть только небольшие и растворимые фракции клетчатки [39]. С другой стороны, есть данные о невысокой целлюлозолитической активности бактерий в задней кишке кур [41]. Следовательно, влияние нерастворимой клетчатки на состав и активность кишечных бактерий может быть минимальным. Однако некоторые авторы предполагают, что пищевые волокна могут ферментироваться в слепой кишке кур, поскольку изменяется кишечный бактериальный состав [42, 43], что совпадает с нашими данными.

При использовании в кормлении кур-несушек кормовой добавки Дигестаром (рис. 6) число бактерий, относящихся к филуму Pseudomonadota, увеличилось, по сравнению с контролем, на 25,1 % на 210-е сутки, что в основном было связано с ростом количества микроорганизмов класса Gammaproteobacteria. Одновременно наблюдали снижение числа бактерий, относящихся к филумам Bacillota и Actinomycetota, соответственно на 9,4 и 2,2 %. При этом в рамках таксона Bacillota изменения численности отдельных групп микроорганизмов были разнонаправленными. Так, число бактерий р. Lactobacillus снизилось, в сравнении с контролем, на 7,9 %, микроорганизмов р. Faecalibacterium – увеличилось на 4,9 %. По окончании эксперимента в возрасте птицы 210 суток численность Lactobacillaceae снизилась, по сравнению с результатами в возрасте 150 суток, на 13,7 %, Oscillospiraceae – увеличилась на 19,7 %, Clostridiaceae – на 61,2 %, Lachnospiraceae – на 39,2 %.

Рис. 6. Состав микробиома слепой кишки кур-несушек IV опытной группы.

Наблюдаемая пластичность микробиома означает изменение количественного и качественного состава бактерий под влиянием вносимых препаратов, что впоследствии прямым образом может оказывать влияние на эффективность выращивания птицы. В исследовании зарубежных коллег пластичность микробиома выражалась в увеличении численности бактерий, разлагающих целлюлозу, что способствовало более эффективному перевариванию кормов [44].

В нашем эксперименте на 210-е сутки, по сравнению со 150-ми сутками, при внесении Дигестарома на фоне снижения численности бактерий семейства Lactobacillaceae отмечено увеличение численности представителей семейства Bifidobacteriaceae, Lachnospiraceae, Ruminococcaceae. Известно, что добавки растительных экстрактов, к которым относится и препарат Дигестаром, улучшают показатели роста, усвояемость питательных веществ, эффективность корма и состояние микробиома кишечника домашней птицы, в том числе благодаря изменению качественного и количественного состава микробиоты желудочно-кишечного тракта [45].

Добавка Дигестаром оказывала влияние на показатели роста птицы. Это выражалось в приросте массы тела с одновременным снижением конверсии корма у цыплят-бройлеров [45].

По результатам корреляционного анализа в I группе увеличение численности бактерий семейства Oscillospiraceae прямо коррелировало с содержанием в помете птицы K, Cr, Mn; во II группе увеличение численности бактерий семейства Lachnospiraceae и Oscillospiraceae – с Cr, Se, Co; в III группе корреляция была выявлена между численностью бактерий семейства Oscillospiraceae и I, Fe, P; в IV группе – между численностью бактерий семейств Oscillospiraceae, Lachnospiraceae и Mg, K (табл. 5).

Табл. 5. Корреляция между содержанием химических элементов в помете и микробиомом слепой кишки в опытных группах кур-несушек

Группа	Элемент	Семейство	Коэффициент корреляции
I	K	Oscillospiraceae	0,56
	Cr	Oscillospiraceae	0,63
	Mn	Oscillospiraceae	0,59
II	Cr	Lachnospiraceae	0,55
	Cr	Oscillospiraceae	0,60
	Se	Lachnospiraceae	0,72
	Se	Oscillospiraceae	0,58
	Co	Lachnospiraceae	0,67
	Co	Oscillospiraceae	0,50
III	I	Oscillospiraceae	0,72
	Fe	Oscillospiraceae	0,63
	P	Oscillospiraceae	0,53
IV	Mg	Oscillospiraceae	0,74
	Mg	Lachnospiraceae	0,69
	K	Oscillospiraceae	0,70
	K	Lachnospiraceae	0,55

Выявленные корреляции могут быть связаны с рядом факторов, включая различия в соединениях металлов, качественном и количественном разнообразии видов бактерий в базовой микробиоте, ионной селективности бактерий, а также метаболическими процессами в бактериальном сообществе [46]. В нашем случае изученные пищевые добавки в ходе эксперимента способствовали накоплению ряда эссенциальных микроэлементов на 210-е сутки, что может быть связано с ионообменными свойствами препаратов Цамакс, Арбоцел и Дигестаром [47], а также со способностью пробиотических препаратов в составе Ветома аккумулировать металлы [48].

Выводы. Введение биологически активных добавок в рацион кур-несушек обеспечивало увеличение яйценоскости птиц, а также улучшение конверсии корма в продукцию. Влияние вводимых добавок на организм птиц выражалось в увеличении количества белка и липазы в крови во всех опытных группах, α-амилазы – в I, III и IV группе, а также в тенденции к снижению лейкоцитарного индекса интоксикации во II, III и IV группе.

При этом изучаемые добавки не влияли на концентрацию химических элементов в крови. Наибольшее содержание минеральных элементов в помете отмечено в контрольной группе, что может быть связано с их повышенным всасыванием в желудочно-кишечном тракте птиц опытных группах на фоне введения исследуемых добавок, которые в разной степени улучшают кишечное пищеварение и усвоение этих элементов.

Изменение профиля микробного сообщества слепой кишки кур-несушек в большей степени зависело от возрастной динамики, чем от вводимых добавок. Введение препаратов в корм птице к 210-м суткам вело к преимущественному повышению численности целлюлозоразлагающих бактерий с одновременным накоплением макро- и эссенциальных микроэлементов, по сравнению с контролем, что свидетельствует о возможности увеличения усвояемости питательных веществ при их использовании.

Наличие зависимостей между численностью определенных семейств бактерий и содержанием различных химических элементов в помете птиц позволяет глубже понять механизмы взаимодействия между элементами питания и микробиотой кишечника, что открывает возможности для коррекции элементного статуса организма птиц посредством целенаправленного подбора рационов с учетом выявленных закономерностей.

Таким образом, проведенное исследование демонстрирует возможность оптимизации кормления кур-несушек с использованием биологических добавок, что ведет к улучшению продуктивности и снижению затрат корма. Полученные данные могут служить основой для разработки рекомендаций по корректировке рационов с целью достижения оптимального элементного баланса в организме птицы.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа финансировалась за счет средств бюджета ФГБНУ ФНЦ БСТ РАН при поддержке Государственного проекта № FNWZ-2024-0003. Никаких дополнительных грантов на проведение или руководство данным конкретным исследованием получено не было.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Все процедуры над животными были выполнены в соответствии с Национальным стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 53434-2009 и правилами Комитета по этике животных ФНЦ БСТ РАН. Протокол заседания комиссии по контролю за содержанием и использованием лабораторных животных № 2/1 от 30.04.2024 г.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы работы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

БЛАГОДАРНОСТИ

Авторы благодарят сотрудников Центра коллективного пользования (http://ckp-rf.ru/ckp/77384) Федерального научного центра биологических систем и агротехнологий Российской академии наук за помощь в лабораторных исследованиях и технической поддержке.