ПРИМЕНЕНИЕ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ
ЧАСТИЦ МЕТАЛЛОВ В КОРМЛЕНИИ РЫБ

Аннотация. В статье представлены результаты серий экспериментов, проводимых на базе Оренбургского государственного университета по использованию микроэлементов (железо, кобальт, медь, цинк) в ультрадисперсной форме в кормлении рыб (карповые, осетровые).

Ключевые слова: кормление, микроэлементы, ультрадисперсные частицы, железо, кобальт, медь, цинк

Abstract. The article presents the results of a series of experiments conducted on the basis of the Orenburg State University on the use of trace elements (iron, cobalt, copper, zinc) in an ultrafine form in feeding fish (carp, sturgeon).

Key words: feeding, trace elements, ultrafine particles, iron, cobalt, copper, zinc

Аквакультура является одной из самых перспективных и быстрорастущих отраслей в мировом производстве продуктов питания, с ожидаемым двукратным ростом производства продукции в течение ближайших двух десятилетий. Между тем интенсивное развитие аквакультуры сопряжено с целом рядом неблагоприятных изменений, в том числе с загрязнением окружающей среды; ухудшением качества воды и питания объектов аквакультуры; обеднением продукции по содержанию жизненно необходимых элементов, нарушением иммунитета.

Микроэлементы – это химические элементы, необходимые для протекания жизненно важных процессов в живых организмах и содержащиеся в них в очень небольших количествах [6]. Поддержание в тканях концентраций на физиологическом уровне необходимо для гомеостаза организма рыб [9]. Необходимыми для жизнедеятельности считаются более 30 элементов, среди них: кобальт, железо, кремний, марганец, медь, молибден, никель, селен, фтор, цинк и другие [14]. Избыток или недостаток микроэлементов может привести к нарушению нормальной жизнедеятельности, выражающийся снижением интенсивности роста и возникновению патологических изменений [8].

Корма, которые используются в рыбоводстве, должны обеспечивать интенсивный рост и развитие рыб, иметь оптимальный баланс основных питательных веществ, а также должны содержать комплекс минеральных и биологически активных веществ, витаминов и т.д. Одним из способов повышения эффективности кормления рыб является включение микроэлементов в рацион рыб в ультрадисперсной форме [5].

Механизм действия ультрадисперсных частиц (УДЧ) металлов на организм животных в настоящее время изучается многими учеными, что связано с набором уникальных свойств, которые радикально отличаются от свойств этого же вещества в форме сплошных фаз или макроскопических дисперсий. УДЧ имеют высокую удельную поверхность (в расчете на единицу массы), что увеличивает их адсорбционную емкость, каталитические свойства и химическую реакционную способность [4, 10], воздействуя на биологические объекты на клеточном уровне, внося свою избыточную энергию, повышающую эффективность протекающих процессов, а также, участвуя в процессах микроэлементного баланса.

Синтез минералов с модифицированной поверхностью и создание на их основе веществ с заданными свойствами положили начало целому научному направлению в ветеринарии. Изменение состава и структуры вещества позволяют создавать принципиально новые препараты, например, биологически активные кормовые добавки [12].

К настоящему времени в мире уже зарегистрировано и выпускается более 4000 наименований материалов на основе ультрадисперсных частиц металлов (т.е. структур в диапазоне размеров до 100 нм).

На базе кафедры биотехнологии животного сырья и аквакультуры Оренбургского государственного университета проведены серии экспериментов по изучению специфической активности ультрадисперсных частиц металлов в кормлении рыб [3, 13]. Исследования показали, что включение в рацион карпа УДЧ Fe (100±2 нм), синтезированные методом высокотемпературной конденсации на установке Миген-3, дозировкой 30 мг/кг корма позволяет увеличить интенсивность роста рыб до 8%. Перспективно совместное включение в рацион УДЧ Fe и пробиотиков (Bifidobacterium bifidum), выражающееся в повышении интенсивности роста рыб, в снижении концентрации токсических элементов в организме рыб, что объясняется синергизмом действия данных препаратов, высокой биодоступностью железа в наноформе на фоне благотворного воздействия пробиотика на микробиоценоз кишечника рыб.

Сравнительный анализ включения в рацион карпа железа и кобальта в форме минеральных солей (FeSO4*7H2O дозой 30 мг/кг корма и CoSO4*7H2O (дозой 0,08 мг/кг корма) и УДЧ (сплав Fe-Co (соотношение 70%-30%) размером 62,5 нм), показал эффективность ультрадисперсных частиц. Введение в рацион рыбы железа и кобальта в форме солей повышает интенсивность роста на 9,5 %, а в форме УДЧ на 15 % по сравнению с контролем. Кроме того, установлено, что действие УДЧ сплава Fe-Co носит дозозависимый характер и при дозе 40 мг/кг снижается биодоступность Fe на 27% (Р<0,001) и Co на 11,3% (Р<0,05) относительно контроля, что отразилось на достоверном снижение в теле рыб концентрации Ca на 31,1%, Mg на 10,0%, Na на 7,5%, P на 26,2%, Cu на 18,1%, I на 55,0%, Mn на 21,1%, Se на 33,2%, Zn на 19,0%, As на 16,0 %, B на 29,5%, Li на 8,1%, Ni на 14,1% и V на 24,5%, относительно контроля. Введение УДЧ сплава Fe-Co дозировкой 20 и 30 мг/кг приводило к увеличению содержания большинства эссенциальных микроэлементов [1, 11].

Включение в рацион молоди осетровых рыб (стерлядь, ленский осетр) УДЧ сплава меди и цинка (соотношение 40%(Cu):60%(Zn), d=55±15 нм; ζ = 31±0,1 мВ, Sуд = 9±0,8 м2/г, «Передовые порошковые технологии», г. Томск) в дозировке 2,84 мг/кг корма положительно влияет на интенсивность роста рыб – повышение массы до 20-30 % по сравнению с контролем и на физиологическое состояние рыб [2, 7].

Таким образом, уникальные свойства ультрадисперсных частиц металлов-микроэлементов, такие как устойчивая сорбция биомолекул, малые размеры, сопоставимые с биомолекулами, биосовместимость и высокая поверхностная энергия открывают широкие перспективы их использования в кормлении рыб. В частности, УДЧ Fe и УДЧ сплава Fe-Co могут стать альтернативной формой изучаемых элементов в питании, особенно для лечения и профилактики железодефицитной анемии рыб.

Список литературы:

1. Antagonist metal alloy nanoparticles of iron and cobalt: impact on trace element metabolism in carp and chicken / E. Miroshnikova, A. Arinzhanov, Y. Kilyakova, E. Sizova, S. Miroshnikov // Human & Veterinary Medicine. International Journal of the Bioflux Society. 2015. Vol. 7. Iss. 4. - P. 253-259.

2. Аринжанов, А.Е. Изучение влияние ультрадисперсных частиц сплава Cu-Zn на продуктивность ленского осетра / А.Е. Аринжанов, Е.П. Мирошникова, Ю.В. Килякова // Нанотехнологии в сельском хозяйстве: перспективы и риски. Материалы международной научно-практической конференции. Оренбург. 2018. С. 29-33.

3. Аринжанов, А.Е. Использование биодобавок и наночастиц железа в кормлении карпа / А.Е. Аринжанов, Е.П. Мирошникова, Ю.В. Килякова // Вестник Оренбургского государственного университета. 2015. № 6 (181). С. 44-48.

4. Аринжанов, А.Е. Перспективы использования наночастиц в животноводстве (обзор) / А.Е. Аринжанов, Е.П. Мирошникова, Ю.В. Килякова // Вестник мясного скотоводства. 2014. № 2 (85). С. 7-12.

5. Аринжанов, А.Е. Продуктивное действие совместного использования наночастиц железа и биодобавок в питании рыб / А.Е. Аринжанов, Е.П. Мирошникова, Ю.В. Килякова // В сборнике: Нанотехнологии в сельском хозяйстве: перспективы и риски. Материалы международной научно-практической конференции. Оренбург. 2018. С. 33-37.

6. Васильев, А.А. Продуктивность карпа при иcпользовании в кормлении органичеcкого микроэлементного комплекcа / А.А. Васильев // Актуальные вопросы производства продукции животноводства и рыбоводства: материалы Международной научно-практической конференции (Саратов, 02–03 марта 2017 г). Саратов. 2017. С. 53-57.

7. Гематологические параметры молоди стерляди на фоне совместного использования культуры Bacillus Subtilis и наночастиц сплава Cu-Zn / Е.П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова, М.С. Мирошникова, К.А. Маленкина, И.С. Мирошников // Животноводство и кормопроизводство. 2018. Т. 101. № 3. С. 100-109.

8. Измайлович, И.Б. Ультрадисперсные порошки металлов - новое поколение микроэлементов / И.Б. Измайлович, Н.Н. Якимович // Животноводство и ветеринарная медицина. 2018. № 4. С. 7-11.

9. Минеральные элементы в кормах и метод их анализа: монография / В.М. Косолапов, В.А. Чуйков, Х.К. Худякова, В.Г. Косолапова - М., Угрешская типография. 2019. 272 с.

10. Мирошников, С.А. Наноматериалы в животноводстве (обзор) / С.А. Мирошников, Е.А. Сизова // Вестник мясного скотоводства. 2017. № 3(99). С. 7-22.

11. Мирошникова, Е.П. Влияние наночастиц различной дозировки на продуктивность карпа и обмен химических элементов / Е.П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова // Достижения науки и техники АПК. 2014. № 5. С. 30-32.

12. Мирошникова, Е.П. Особенности обмена химических элементов в организме рыб при введении в рацион биодобавок и наночастиц железа / Е.П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова // Вестник Оренбургского государственного университета. 2017. № 6 (206). С. 80-84.

13. Мирошникова, Е.П. Оценка эффективности применения наночастиц железа и биодобавок в кормлении карпа / Е.П. Мирошникова, А.Е. Аринжанов, Ю.В. Килякова // Аграрный научный журнал. 2018. № 9. С. 34-36.

14. Орлова, А.С. Использование природных минеральных кормовых добавок в составе комбикормов для карпа / А.С. Орлова, И.А. Шайдуллин // В мире научных открытий: Материалы IV Всероссийской студенческой научной конференции (с международным участием). Ульяновск. 2015. С. 86-88.