КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 22-76-00003

НазваниеРазработка методов прижизненной комплексной оценки элементного статуса крупного рогатого скота с учётом влияния генетических и паратипических факторов.

РуководительНарожных Кирилл Николаевич, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский государственный аграрный университет", Новосибирская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2022 - 06.2024 

Конкурс№70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-204 - Животноводство

Ключевые словаэлементология, экология, химические элементы, элементный статус, крупный рогатый скот, прогнозирование, органы и ткани, референтные значения, нормирование, диагностика, маркеры, математические модели, почва, корма, вода

Код ГРНТИ68.39.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В настоящее время антропогенное загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами стало заметной угрозой для всех живых организмов, в том числе человека. Тяжелые металлы поступают в организм человека в повышенных концентрациях, преимущественно с животной и растительной продукцией. Ответная реакция животного организма на воздействие окружающей среды взаимосвязана с особенностями поллютантов, периодом и интенсивностью их действия. Эти факторы напрямую влияют на снижение продолжительности и качества жизни. Президент РФ В.В. Путин на пресс-конференции указал на необходимость создания системы экологического мониторинга состояния окружающей среды (https://ria.ru/20191219/1562600801.html), а также в послании Законодательному собранию подчеркнул, что государство готово поддержать исследования ученых по проблеме экологии и загрязнения окружающей среды (https://rg.ru/2020/01/15/stenogramma-o-chem-rasskazal-vladimir-putin-v-poslanii-federalnomu-sobraniiu.html). В этих условиях особенно актуальным становится вопрос биомониторинга и биоиндикации окружающей среды и звеньев трофических цепей с целью снижения депонирования избыточных концентраций тяжелых металлов в организме животных и человека. Актуальность научной проблемы связана с развитием нового научно-практического направления - Элементология сельскохозяйственных животных (Elementology of farm animals), которая занимается изучением содержания, связей и взаимодействия химических элементов в организме сельскохозяйственных животных в норме и при патологических состояниях. Накопление новых знаний в этой области позволит установить четкие физиологические нормы содержания уровня химических элементов в органах и тканях животных, что позволит разработать научно обоснованные подходы к получению экологически безопасных и качественных продуктов питания. Поставленные задачи будут достигнуты за счет проведения комплексного исследования более 1000 проб органов и тканей животных, а также образцов почвы, воды и кормов из зоны разведения животных на содержание химических элементов методами атомно-абсорбционной и атомно-эмиссионной спектрометрии. Благодаря широким возможностям по статистической обработке исходных данных в среде статистического программирования "R" будет проведен комплексный анализ результатов, будут построены и оценены модели взаимодействия химических элементов как внутри организма, так и с объектами внешней среды и кормами. Новизна исследований состоит в получении знаний об элементном статусе крупного рогатого скота с учетом генетических и паратипических компонентов. Эти данные позволят создать математические модели по прогнозированию уровня тяжелых металлов в органах и тканях крупного рогатого скота, взаимодействию химических элементов в организме, а также оценить связь элементного статуса с белковым, жировым, углеводным и минеральным обменами. Будут проведены масштабные поисковые исследования для выявления маркеров концентрации тяжелых металлов в органах и тканях животных. В качестве таких маркеров планируется использовать волос и кровь животных. Создание базы данных по содержанию химических элементов в органах и тканях крупного рогатого скота позволит разработать физиологически обоснованные референтные интервалы (по протоколу Американского общества ветеринарной клинической патологии с учётом протоколов экспертов Института клинических и лабораторных стандартов (CLSI)) по содержанию тяжелых металлов в органах и тканях животных.

Ожидаемые результаты
Будет проведен масштабный и комплексный атомно-абсорбционный и атомно-эмиссионный анализ большого объема проб (более 1000) от крупного рогатого скота наиболее распространенных пород (герефордской, голштинской, черно-пестрой и др.). Полученные результаты лягут в основу базы данных по содержанию тяжелых металлов в органах и тканях животных, что позволит провести комплексный статистический анализ исходных данных, на основании которого будут выявлены биологические маркеры накопления химических элементов в организме скота и разработаны прижизненные неинвазивные способы оценки уровня тяжелых металлов в органах и тканях животных. Созданные методы будут апробированы в животноводческих хозяйствах Западной Сибири. Это позволит проводить прижизненную диагностику стад и выявлять уровень нагрузки тяжелых металлов в организме животных с целью коррекции состояния здоровья животных и получения экологически безопасной продукции животноводства. В результате можно будет улучшить качественные характеристики конечной продукции, повысить ее конкурентоспособность на мировых рынках, что соответствует общемировой тенденции на запрос со стороны населения развитых стран на "экологичность" продуктов питания. Будут разработаны референтные интервалы уровня тяжелых металлов, которые будут отражать физиологическую норму содержания химических элементов в органах и тканях крупного рогатого скота, что позволит научно обоснованно проводить мониторинг и коррекцию элементного статуса животных. Исходя из вышесказанного результаты проекта в долгосрочной перспективе окажут благоприятное влияние на экономику и социальную сферу.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Совершено 8 выездов в Новосибирский, Маслянинский и Краснозерский районы Новосибирской области и Целинный район Алтайского края для отбора проб мышечной ткани, печени, почек, легких, семенников, селезенки, сердца, волоса и крови от крупного рогатого скота герефордской породы из животноводческих предприятий на территории Западной Сибири (Новосибирская область и Алтайский край). Были последовательно построены всевозможные модели регрессии с различным сочетанием коэффициентов и оценкой качества каждой из них. В результате селекции выявлена лучшая модель для прогноза уровня железа в мышечной ткани с учетом внутренних и внешнего критерия качества, которая содержит три предиктора: количество эритроцитов, цветовой показатель и глобулин (https://rscf.ru/news/release/novyy-matematicheskiy-metod-pomozhet-sledit-za-urovnem-zheleza-v-myshtsakh-u-krupnogo-rogatogo-skota/). Предлагаемое уравнение прогноза уровня железа в мышечной ткани крупного рогатого скота имеет вид: y = -9,583 + 1,551 × КЭ + 11,503 × ЦП + 0,212 × Г где y – концентрация железа в мышечной ткани, мг/кг; КЭ – количество эритроцитов; ЦП – цветовой показатель крови; Г – глобулин. Наиболее оптимальная и точная модель прогноза концентрации цинка в мышечной ткани включает три предиктора - уровень общего холестерина, значение цветового показателя крови и скорость оседания эритроцитов: y = 73,576 - 9,409 × СОЭ - 14,461 × ЦП - 5,218 × ОХ, где y – концентрация цинка в мышечной ткани (мг/кг); СОЭ – скорость оседания эритроцитов (мм/ч); ЦП – цветовой показатель крови; ОХ – общий холестерин (ммоль/л). Для прогноза уровня марганца в мышечной ткани крупного рогатого скота достаточно установить концентрацию глобулина и скорость оседания эритроцитов, и на основании полученных данных построить уравнение регрессии: y = 0,2 - 0,052 × СОЭ + 0,002 × Г где y – концентрация марганца в мышечной ткани (мг/кг); СОЭ – скорость оседания эритроцитов (мм/ч); Г – уровень глобулина (г/л). Установлены медианные значения содержания цинка, марганца и железа в семенниках скота, которые находились в интервале 11,9–15,4, 0,35–0,50 и 16,4–26,1 мг/кг соответственно. Уровень фенотипической изменчивости содержания изученных микроэлементов у бычков из Маслянинского района был значительно выше, чем у скота из других районов. Групповые дисперсии по концентрации цинка в семенниках бычков – гомоскедастичны (ꭓ2 = 5,42; Р = 0,14). Выявлено влияние паратипических факторов на уровень цинка в семенниках животных (Н = 16,35; p < 0,001). В ходе исследования установлено существенное влияние паратипических факторов на концентрацию цинка в семенниках герефордского скота. Уровень цинка в семенниках бычков из Маслянинского района на 16-23% выше, чем в Новосибирском, Кроснозерском и Целинном районах. Не выявлено различий между показателями содержания марганца и железа в семенниках животных в изученных районах. Наибольшая фенотипическая изменчивость концентрации микроэлементов в семенниках характерна для животных из Маслянинского района. Референтный диапазон содержания марганца и железа в семенниках герефордского скота, разводимого в условиях юга Западной Сибири, составляет 0 – 0,959 и 8,72 – 37,19 мг/кг соответственно. Установлена концентрации железа в почках скота герефордской породы, разводимого в Маслянинском, Новосибирском и Краснозерском районах Новосибирской области и в Целинном районе Алтайского края. Наибольшая фенотипическая изменчивость наблюдается в Новосибирском районе, наименьшая - в Целинном. Медианные значения концентрации элемента в почках варьируются от 33,6 до 43,8 мг/кг. Влияния эколого-географического фактора выявлено не было. Референтные интервалы содержания Fe в почках животных герефордской породы в условиях юга Западной Сибири находятся в интервале от 10,965 до 67,373 мг/кг. Доверительные 90% интервалы для верхнего предела составляют 0,303-18,833, а для нижнего – 58,583-78,970 мг/кг. Содержание марганца в миокарде характеризуется низкой фенотипической изменчивостью. Медианные значения металла находились в диапазоне 0,3-0,35 мг/кг. Не выявлено статистически значимого влияния паратипических факторов на уровень марганца в сердце крупного рогатого скота (Н = 0,661; Р = 0,882). Референтные интервалы содержания Mn в миокарде животных герефордской породы в условиях юга Западной Сибири находятся в интервале 0,106-0,545 мг/кг. Доверительные 90% интервалы для верхнего предела составляют 0,488-0,609, а для нижнего – 0,051-0,153 мг/кг. Установлен диапазон медианных значений содержания цинка (15,2-19,8 мг/кг) в легких бычков. Максимальный уровень цинка обнаружен у животных, разводимых в Маслянинском районе (26,6 мг/кг), минимальный – в Краснозёрском (13,8 мг/кг). Для скота из Маслянинского района характерна более высокая фенотипическая изменчивость содержания цинка в легких, чем в других районах. В целом изменчивость изученного металла в легких бычков находится на относительно низком уровне. Групповые дисперсии по уровню цинка в легких крупного рогатого скота гомоскедастичны (ꭓ= 2,27; Р = 0,518). Установлено влияние эколого-географического фактора на уровень цинка в легких герефордского скота (Н = 12,158; Р = 0,007). У бычков из Краснозёрского района концентрация цинка в легких статистически значимо ниже, чем у животных из Маслянинского района (Z = -2.96; P = 0,009). Между животными из других районов не выявлено статистически значимых различий по уровню Zn в тканях легких. Референтный диапазон по содержанию цинка в легких герефордского скота, разводимого в условиях Западной Сибири, составляет 12,44-24,12 мг/кг, с доверительными 90% границами для нижнего интервала 10,15-13,66 мг/кг и для верхнего – 22,73-26,49 мг/кг. Полученные референтные значения содержания можно рассматривать в качестве физиологической нормы. В перспективе будет продолжено изучение содержания микроэлементов в других органах и тканях крупного рогатого скота и разработаны референтные значения для них. Описанные результаты исследований представлены в 7 статьях, в том числе одна работа в журнале из списка Scopus/WoS (Q1), 4 статьи в журналах, входящих в отечественный индекс RSCI и ВАК и две работы в изданиях РИНЦ. Кроме того подана одна заявка на патент.

 

Публикации

1. Нарожных К.Н. Prediction models of iron level in beef muscle tissue toward ecological well-being Global Journal of Environmental Science and Management, Vol. 9(4) P. 833-850 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.22035/gjesm.2023.04.12

2. Нарожных К.Н. Референтные интервалы концентрации микроэлементов в семенниках крупного рогатого скота с учетом паратипических факторов Вестник КрасГАУ, №6 (год публикации - 2023)

3. Нарожных К.Н. Математическое моделирование уровня марганца в мышечной ткани крупного рогатого скота Сибирский вестник сельскохозяйственной науки, №4, С. 81-92 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.26898/0370-8799-2023-4-9

4. Нарожных К.Н. Модели прогнозирования уровня цинка в мышечной ткани крупного рогатого скота Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии, вып. 1, С. 89-103 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.268970021-342Х-2023-1-89-103

5. Нарожных К.Н., Силованова А.Н. Воздействие паратипических факторов на уровень марганца в сердце крупного рогатого скота в условиях юга Западной Сибири Современные тенденции сельскохозяйственного производства в мировой экономике. г. Кемерово, Материалы XXI Международной научно-практической конференции. 7-8 декабря 2022 г. Кемерово (год публикации - 2022)

6. Нарожных К.Н., Силованова А.Н. Влияние паратипических факторов на уровень цинка в легких бычков герефордской породы в условиях Западной Сибири Вестник НГАУ (Новосибирский государственный аграрный университет), № 1 (66). С. 150-156. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31677/2072-6724-2023-66-1-150-156

7. Нарожных К.Н., Силованова А.Н. Воздействие эколого-географического фактора на уровень железа в почках крупного рогатого скота сборник Международной научно-практической конференции, приуроченной к 100-летнему юбилею Почётного ректора НГАУ, профессора, доктора сельскохозяйственных наук Гудилина Ивана Ивановича, 112-115 (год публикации - 2022)

8. Нарожных К.Н., Коновалова Т.В., Себежко О.И., Майер Р.В., Короткевич О.С., Петухов В.Л., Желтиков А.И., Быстрова Е.Ю., Климанова Е.А., Тарасенко Е.И., Петухова Е.И. Способ оценки содержания меди в мышечной ткани крупного рогатого скота -, - (год публикации - )

9. - Новый математический метод поможет следить за уровнем железа в мышцах у крупного рогатого скота Пресс-служба РНФ, 26 апреля 2023 (год публикации - )

10. - Новый математический метод поможет следить за уровнем железа в мышцах у крупного рогатого скота Indicator.ru (Идикатор), 27 апреля 2023 (год публикации - )