doi: 10.15389/agrobiology.2024.2.221rus
УДК 636.2/.3:636.085.22
Работа выполнена в рамках государственного задания FGGN-2022-0009.
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ КЛАССОВ ТАНИНОВ НА МЕТАНОГЕНЕЗ
У ЖВАЧНЫХ ЖИВОТНЫХ (обзор)
Н.С. КОЛЕСНИК ✉, Н.В. БОГОЛЮБОВА, А.А. ЗЕЛЕНЧЕНКОВА
К источникам парниковых газов часто относят жвачных животных, что становится актуальной экологической проблемой. Среди газов, с которыми связывают глобальное потепление, наибольшим потенциалом обладает метан (R.A. Muller с соавт., 2017). Сокращение эмиссии CН4 с кишечными газами поможет повысить эффективность использования энергии и снизить нагрузку на окружающую среду от сельского хозяйства (И.В. Петрунина с соавт., 2022). Существует несколько стратегий по снижению выбросов парниковых газов от жвачных животных, в частности через изменение рационов и использование различных кормовых добавок (Н.В. Боголюбова с соавт., 2022), включая жировые. Ненасыщенные жирные кислоты подавляют развитие метаногенов и простейших и снижают соотношение ацетат:пропионат в рубце, что приводит к уменьшению выработки метана (J.O. Zeitz с соавт., 2013). Другая многообещающая стратегией для сокращения выбросов метана жвачными — использование в качестве кормовой добавки вторичных метаболитов растений, в частности танинов, обладающих антиметаногенным потенциалом, выраженными антиоксидантными, антимикробными свойствами, а также способностью образовывать комплексы преимущественно с белками и некоторыми микроэлементами благодаря наличию большого количества фенольных гидроксильных групп (A.I. Roca-Fernández с соавт., 2020, P.R. Lima с соавт., 2019). Это высокомолекулярные полифенольные соединения, которые можно разделить на две группы — конденсированные и гидролизуемые танины (A.K. Patra с соавт., 2010). Их биологическая активность во многом зависит от химической структуры и дозировки. Гидролизуемые танины в отличие от конденсированных при высоких концентрациях обладают токсическим эффектом. Механизм их действия до конца не изучен. Одна из гипотез заключается в том, что танины воздействуют непосредственно на метаногены в рубце, изменяя проницаемость мембран некоторых микроорганизмов рубца и ингибируя их ферментативную активность (M.И. Caetano с соавт., 2019). Другая гипотеза предполагает ингибирование за счет уменьшения доступности питательных веществ для микроорганизмов рубца, что впоследствии снижает усвояемость субстрата и косвенно ингибирует микробные популяции (H.D. Naumann с соавт., 2017). Согласно еще одной гипотезе о том, как танины, а именно конденсированные танины, ингибируют CH4, они действуют как поглотитель протонов (H.D. Naumann с соавт., 2017). В настоящее время изучается влияние различных классов танинов на рубцовую микробиоту и процесс метаногенеза. Многочисленные исследования in vitro и in vivoпоказывают, что включение танинов в рацион жвачных животных (с растениями или в виде растительных экстрактов) приводит к снижению выделения CH4 (F. Hassanat с соавт., 2013, H.M. El-Zaiat с соавт., 2020). В некоторых работах также оценивается влияние смеси конденсированных и гидролизуемых танинов на характер ферментации в рубце (C.J. Marshall с соавт., 2022).
Ключевые слова: гидролизуемые танины, конденсированные танины, метаногенез, микробиом рубца, жвачные животные.
THE EFFECT OF DIFFERENT CLASSES OF TANNINS ON METHANOGENESIS IN RUMINANTS (review)
N.S. Kolesnik ✉, N.V. Bogolyubova, A.A. Zelenchenkova
The emission of greenhouse gases by ruminants is becoming an urgent environmental problem. Methane has the highest global warming potential among greenhouse gases (R.A. Muller et al., 2017). Reducing gastrointestinal CH4 emissions will help improve energy efficiency and reduce the environmental burden from agriculture (I.V. Petrunina et al., 2022). There are several strategies to reduce greenhouse gas emissions from ruminants, in particular, nutrition management and the use of various feed additives (N.V. Bogolyubova et al., 2022). Various fat additives are also used to reduce methane emissions. Dietary unsaturated fatty acids (FFAs) have a detrimental effect on methanogens and protozoa and reduces the acetate/propionate ratio in the rumen, resulting in reduced methane production (J.O. Zeitz et al., 2013). Another promising strategy to reduce methane emissions is the use of secondary plant metabolites as feed additives. In particular, these are tannins which have anti-methanogenic potential, pronounced antioxidant, antimicrobial properties, and can form complexes with proteins and some trace elements due to the presence of a large amount of phenolic hydroxyl groups (A.I. Roca-Fernández et al., 2020; P.R. Lima et al., 2019). These are high molecular weight polyphenolic compounds of two groups, the condensed and hydrolysable tannins (A.K. Patra et al., 2010). Their biological activity largely depends on the chemical structure and dosage. Hydrolysable tannins at high concentrations have a toxic effect, unlike condensed tannins. Mechanisms of tannins’ action are not fully understood. One hypothesis is that tannins act directly on methanogens in the rumen, changing the membrane permeability of some rumen microorganisms and inhibiting their enzymatic activity (M. Caetano et al., 2019). Another hypothesis is that indirect inhibition occurs due to a decrease in the availability of nutrients for rumen microorganisms, which subsequently reduces the digestibility of the substrate and indirectly inhibits rumen microbial populations (H.D. Naumann et al., 2017). A third hypothesis for how tannins, namely condensed tannins, inhibit CH4 production is that they act as a proton scavenger (H.D. Naumann et al., 2017). To date, a lot of work is underway to study the effect of various classes of tannins on the cicatricial microbiota and methanogenesis. Numerous in vitro and in vivo studies show that the inclusion of tannins directly from plants or as plant extracts in the diet of ruminants leads to a decrease in CH4 emission (F. Hassanat et al., 2013, H.M. El-Zaiat et al., 2020). Some studies also evaluate the effect of a mixture of condensed and hydrolysable tannins on rumen fermentation (C.J. Marshall et al., 2022).
Keywords: hydrolysable tannins, condensed tannins, methanogenesis, rumen microbiome, ruminants.
ФГБНУ ФИЦ животноводства — |
Поступила в редакцию |
