- •Н.В. Ермакова химия в сельском хозяйстве
- •Н.В. Ермакова Учебное пособие химия в сельском хозяйстве
- •Содержание
- •Предисловие
- •Глава 1. Лекционный материал курса
- •Химия в растениеводстве Химия в сельском хозяйстве и её направления
- •Удобрения и их классификация
- •Азотные удобрения
- •Калийные удобрения
- •Фосфорные удобрения
- •Комплексные удобрения
- •Расчет питательной ценности и дозы удобрений
- •Пестициды
- •Неорганические пестициды
- •Органические пестициды
- •Регуляторы роста растений
- •Химия в животноводстве Значение животноводства в сельском хозяйстве
- •Химический состав организма животного
- •Функции белков
- •Функции липидов
- •Функции углеводов
- •Минеральные вещества
- •Функции минеральных веществ
- •Потребность животных в минеральных веществах
- •Стимуляторы роста и развития животных
- •Ферменты
- •Классификация ферментов
- •Основные группы и виды кормов. Химический состав кормов
- •Кормовые добавки. Использование кормовых дрожжей и микробиологического белка
- •Химические консерванты и стабилизаторы кормов
- •Реагенты для раскисление силоса
- •Микотоксины
- •Пораженное кормовое сырьё меняет свои свойства:
- •1.3. Химия почвы
- •Состав почв. Минеральные вещества почвы
- •Органическое вещество почвы
- •Жидкая фаза почвы
- •Газовая фаза почвы
- •Кислотность почвы
- •Химическая мелиорация почв
- •Известкование кислых почв
- •Гипсование и кислование почв
- •1.4. Химия воды
- •Физические свойства воды
- •Химические свойства воды
- •1.5 Химия воздуха
- •Химический состав воздуха в животноводческих помещениях
- •1.6. Химические процессы при эксплуатации автотранспортной техники Коррозия металлов
- •Образование коррозионной гальванопары на примере латуни – сплава Zn – Cu
- •Электрохимическая коррозия при контакте двух металлов Al – Cu:
- •Классификация металлов по их термодинамической неустойчивости в наиболее распространённых коррозионных средах
- •Способы защиты металлов от коррозии
- •Топливо и его характеристики
- •Химический состав твердого, жидкого и газообразного топлива
- •Высшая и низшая теплота сгорания топлива
- •Температура горения топлива
- •Минеральные примеси топлива
- •Влага топлива
- •Бензин: химический состав и свойства
- •Октановое число
- •1.7 Методы исследования объектов сельского хозяйства
- •Спектральные методы
- •Оптические методы
- •Электрохимические методы
- •Хроматографические методы
- •Электрофоретические методы
- •Глава 2. Лабораторный практикум
- •2.1. Правила работы в лаборатории и техника безопасности правила работы
- •Техника безопасности
- •2.2 Меры безопасности при работе с ядовитыми и едкими веществами
- •2.3 Лабораторная посуда
- •2.4. Элементы техники лабораторных работ Нагревание
- •Фильтрование
- •Взвешивание
- •2.5. Лабораторная работа №1 Распознавание минеральных удобрений
- •2.6. Лабораторная работа №2 Определение содержания нитратов в плодоовощной продукции с помощью экотестера Soeks
- •2.7. Лабораторная работа №3 Комплексонометрическое определение содержания общего кальция в сыворотке крови крупного рогатого скота
- •2.8. Лабораторная работа №4 Определение нитритов в кормах с использованием реактива Грисса
- •2.9. Лабораторная работа №5 Определение клетчатки в растительных кормах
- •2.10. Лабораторная работа №6 Определение меди в почве
- •Опыт 2. Определение общей жёсткости воды комплексонометрическим методом
- •Сн (трилонаБ) · V сред(трилонаБ)
- •Определение температуры замерзания антифриза
- •2.13. Лабораторная работа №9 Спектрофотометрический метод определения содержания белка в сыворотке крови
- •2.14. Лабораторная работа №10 Контроль качества молока с использованием ультразвукового анализатора «Лактан-1,4»
- •Глава 3. Тестовые задания для контроля знаний
- •Тематика рефератов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Свойства воздуха
- •Сравнительный состав атмосферного и почвенного воздуха, %
- •Пдк содержания металлов в почве
- •Пдк металлов в воде
- •Пдк металлов в кормах
- •Пдк хлорорганических и фосфорорганических пестицидов в основных кормах для с/х животных (мг/кг)
- •Максимально-допустимые уровни нитратов и нитритов в кормах и воде
- •Пдк микотоксинов в кормах
- •Пдк диоксина в воде и кормах для с/х животных
- •Требования к физико-химическим показателям молока
- •Пдк потенциально опасных веществ в сыром молоке
- •Нормативы биохимических показателей крови взрослых животных
- •Цельная кровь
- •Сыворотка крови
- •Нормативы показателей крови телят
- •Сыворотка (плазма) крови
- •Нормативы показателей крови ягнят
- •Сыворотка крови
- •Биохимические показатели молозива и молока здоровых коров
- •Литература
Пораженное кормовое сырьё меняет свои свойства:
Снижается питательность. Содержание питательных веществ в результате жизнедеятельности колоний из 40 000 грибов за месяц снижается на 6-7%.
Снижается содержание сухого вещества. Зерно, пораженное грибами, может иметь вес в 2 раза меньше, чем вес неповреждённого зерна.
Ухудшаются вкусовые качества. Появляется характерный отталкивающий запах плесени, неприятный вкус, что снижает потребление корма.
Изменяются физические свойства. Проявляется в образовании плотных комков, затрудняющих транспортировку и раздачу кормов.
Изменяется химический состав. Плесени заражают корма продуктами своего метаболизма, в том числе и микотоксинами, тем самым изменяя его химический состав.
К микотоксикозам наиболее чувствительна птица, лошади, свиньи, несколько меньше крупный и мелкий рогатый скот. На чувствительность к микотоксинам влияет возраст и физиологическое состояние. Поэтому микотоксикозы проявляются в первую очередь у молодняка и беременных животных. Ниже приведены некоторые симптомы присутствия микотоксинов в кормах сельскохозяйственных животных и птицы.
Крупный рогатый скот:
Сокращение потребления корма, низкий среднесуточный прирост, снижение молочной продуктивности
Увеличение количества абортов и эмбриональной смертности
Слабая охота, неправильный цикл воспроизводства
Снижение коэффициента оплодотворения
Задержка плаценты и метрит
Иммуносупрессия
Смещение сычуга, кетоз, жирная печень
Остатки токсинов в молоке
Свиньи:
Отказ от пищи, снижение усвоения кормов, скорости роста
Нарушение воспроизводительной функции: снижение оплодотворяемости, многоплодия, учащение абортов, увеличение количества мёртворождённых и слаборождённых поросят
Диарея, острые кишечные расстройства, рвота
Изменения в формуле крови
Птица:
Слабый рост, плохой аппетит, пониженная конверсия корма
Снижение яйценоскости, массы и качества яйца
Атрофия яичников
Низкая выводимость и неправильная форма яйца
Жирная геморрагическая печень
Снижение титра антител
Снижение количества Т-лимфоцитов и белых кровяных телец
Повреждения ротовой полости
Классификация микотоксинов
В настоящее время не существует единой классификации микотоксинов. Возможным представляется деление микотоксинов на «полевые» и «амбарные».
Полевые микотоксины выделяют грибы, которые поражают растения во время вегетации. Эти грибы являются паразитами, т.е. питаются только за счет своих хозяев - живых организмов, вследствие чего организм-донор получает огромный вред или погибает. Амбарные микотоксины поражают зерно, готовый комбикорм в процессе хранения. Эти токсины выделяют грибы-сапрофиты - организмы, питающиеся остатками растений и животных.
Рис.1.2.5 Классификация микотоксинов
Зеараленон - лактон 6-(10-окси-6-кето-транс-1-ундеценил)-b-резорциловой кислоты (F-2-токсин).
Зеараленон - бесцветное кристаллическое вещество, плохо растворим в воде и гексане, хорошо растворим в низших спиртах, ацетонитриле, ацетоне, бензоле, с молекулярной массой 318 а.е.м. Зеараленон обладает сине-голубой флуоресценцией низкой интенсивности при возбуждении длинноволновым (360 нм) УФ-светом, которая повышается при возбуждении коротковолновым УФ-светом (254 нм).
|
Зеараленон: X= CO Mолекулярная масса – 318 Зеараленол: X= CHOH Mолекулярная масса – 312 |
Основной продуцент — гриб Fusarium graminearum. Гриб распространен в южной части Российской Федерации, а также во многих странах, выращивающих кукурузу на зерно. Споры гриба обитают в почве, откуда они попадают на вегетирующие растения и при благоприятных условиях (высокая влажность) прорастают, поражая колос или початок и образуя продукты своей жизнедеятельности — микотоксины. Наибольшей продуцирующей способностью грибы обладают на кукурузе, рисе, сорго, меньшей — на других зерновых культурах. Токсигенный штамм гриба F. graminearum продуцирует также дезоксиниваленол, поэтому нередко в образцах зерна, пораженного этим грибом, присутствуют оба микотоксина, в результате чего не исключена возможность развития потенциированного эффекта.
Обладает выраженным эстрогенным действием на большинство видов сельскохозяйственных животных, а также на приматов, вызывая нарушения функций воспроизводства. Эстрогенное действие зеараленона, по-видимому, проявляется так же, как и растительных эстрогенов, содержащихся в клевере и люцерне, например кумэстрола. Однако полностью механизм действия как растительных эстрогенов, так и зеараленона недостаточно выяснен. Однако зеараленон не влияет отрицательно на воспроизводительные функции кур.
Зеараленон, как и другие микотоксины, сравнительно быстро разрушается в организме животных. Его не удается обнаружить в тканях через 5 сут после однократного введения внутрь в дозах 40—50 мг/кг массы животного.
Фумонизины впервые были выделены из F. vericillioides и позже обнаружены в культурах F. proliferatum и некоторых других видов Fusarium, менее распространенных.
Фумонизин В1
Содержат диэфир пропан-1,2,3-трикарбоновой кислоты и 2-амино-12,16-диметил-3,5,10,14,15-пентагидроксиэйкозана. Было описано четыре группы фумонизинов, обозначенных как А, В, С и Р. Группа В включает наиболее активные фумонизины, в частности, вызывающий большой микотоксикологический интерес В1.
Фумонизин В1 встречается повсеместно в биологически значительных количествах в кукурузе и продуктах питания и кормах, изготовляемых из нее. Загрязнение пищи вызывает лейкоэнцефалопатию у лошадей, отек легких и печеночный синдром у свиней, плохое развитие птицы, нарушение функции печени и иммунной системы крупного рогатого скота.
Дезоксиниваленол – 3,7,15-тригидрокси-12,13-эпокси-трихотец-9-ен-8-он (ДОН, вомитоксин). Относится к химическому классу 8-оксотрихотеценов.
Дезоксиниваленол - бесцветное кристаллическое вещество с молекулярной массой 296 а.е.м., имеет слабо выраженный максимум поглощения УФ-света при длине волны 219 нм, не обладает флуоресценцией.. Дезоксиниваленол хорошо растворим в воде, спиртах, ацетонитриле, этилацетате, нерастворим в гексане и бензоле.
|
Дезоксиниваленол (ДОН): R1=R3=R4=OH, R2=Н Mолекулярная масса – 296 Нивеленол: R1=R2=R3=R4=OH Mолекулярная масса – 312 3-ацетил-дезоксиниваленол: R1=OAc, R2=Н, R3=R4=OH Mолекулярная масса – 338 15-ацетил-дезоксиниваленол: R1=R4=OH, R2=Н, R3=OAc Mолекулярная масса – 338 Фузаренон: R1=R3=R4= OH, R2=OAc Mолекулярная масса – 354 |
Основной гриб — продуцент ДОНа — возбудитель фузариоза зерновых культур Fusarium graminearum. Он распространен в южной зоне европейской части России, начиная от Белгородской области. Споры гриба обитают в почве, откуда они попадают в вегетирующие растения. При повышенной влажности (затяжная дождливая весна) споры прорастают, поражают колос, продуцируя ДОН.
Микотоксин малотоксичен для кур. Наибольшую опасность ДОН представляет для свиней, вызывая в очень низких концентрациях отказ от корма, в сравнительно высоких — рвоту, непосредственно действуя на рвотный центр. Отсюда второе название микотоксина — вомитоксин (рвотный токсин). В результате этого резко снижается прирост живой массы. Степень интоксикации напрямую зависит от содержания в рационе незаменимых серосодержащих аминокислот — метионина, цистина, триптофана, которые выполняют функции антидота. ДОН, так же как и другие микотоксины, сравнительно быстро разрушается в желудочно-кишечном тракте и печени животных, не накапливаясь в их органах и тканях. Поэтому продукты убоя животных, получавших с кормами ДОН, неопасны и могут использоваться в пищу без ограничений.
Т-2 токсин – относится к группе 12-, 13-эпокситрихотеценов. Хорошо растворяется в ацетоне, ацетонитриле, хлороформе, практически нерастворим в воде. При щелочном гидролизе Т-2-токсина происходит образование НТ-2-токсина, Т-2-триола и Т-2-тетраола, которые по физико-химическим свойствам незначительно отличаются от Т-2-токсина, но обладают значительно меньшей биологической активностью.
В 1968г. Бамбург из культуры гриба Fusarium tricinctum выделил в кристаллическом виде микотоксин, обладавший высокой общей токсичностью, дерматонекротическим действием и вызывавший клинические симптомы отравления. Его назвали Т-2-токсином.
Основным продуцентом Т-2-токсина в условиях России является гриб F. sporotrichioides. Этот вид грибов широко распространён во всех зонах России. Уровень содержания микотоксина невысок и составляет 30-80 мкг/кг. Т-2-токсин, так же как и другие микотоксины, сравнительно быстро метаболируется в организме животных, превращаясь в более полярные соединения, такие, как НТ-2-токсин, Т-2-триол и Т-2-тетраол, обладающие меньшей биологической активностью. Микотоксин полностью выводится из организма в течение 48 ч.
Т-2-токсин обладает резко выраженным дерматонекротическим действием. Аналогично он действует на слизистые оболочки ротовой полости, пищевода, желудочно-кишечного тракта, а также на клетки печени, кроветворных органов. В результате этого в начале интоксикации развивается лейкоцитоз, а в последующем — лейкопения.
|
Токсин T-2: R1=OH, R2=R3=OAc, R4=H, R5=OCOCH2CH(CH3)2 Mолекулярная масса – 424 Токсин HT-2: R1=R2=OH, R3=OAc, R4=H, R5=OCOCH2CH(CH3)2 Mолекулярная масса – 466 Диацетоксискирпенол (ДАЗ): R1=OH, R2=R3=OAc, R4=H, R5=CH2 Mолекулярная масса – 366 |
Афлатоксины – по химической структуре относятся к классу фурокумаринов. Группа афлатоксины включает два основных соединения — B1 и G1, получившие обозначения по голубому (blue) и зеленому (grееn) свечениям в ультрафиолетовых лучах после разделения продуктов метаболизма гриба-продуцента посредством тонкослойной хроматографии (ТСХ). Кроме основных метаболитов гриба В1 и G1 в субстрате могут присутствовать гидроксилированные дериваты В2 и G2. Основное санитарно-токсикологическое значение имеет афлатоксин В1, на который приходится более 80 % всей суммы афлатоксинов.
Афлатоксин B1 является одним из наиболее опасных микотоксинов. Он обладает резко выраженным гепатотоксическим, мутагенным, канцерогенным и эмбриотоксическим действием. Микотоксин не выделяется с яйцами кур. Вероятность загрязнения мяса и мясопродуктов очень мала. В Индии, где арахисовый шрот служит основным источником белков растительного происхождения и вводится в комбикорм для животных в количестве до 25 % от массы его, не удавалось обнаружить остатков афлатоксинов в органах и тканях животных. При попадании афлатоксина В1 вместе с кормом дойным животным в молоке может присутствовать его метаболит, получивший обозначение M1. Степень выделения с молоком не превышает 0,2% от дозы, поступившей внутрь с кормами.
Основными грибами-продуцентами афлатоксинов являются токсигенные штаммы грибов Aspergillus flavus и A. parasiticus. От видового названия гриба A. flavus произошло и название этой группы микотоксинов. Гриб A. flavus сапрофитный, широко распространен во всех сельскохозяйственных зонах России. Однако потенциальная токсинообразующая способность выделенных штаммов грибов в условиях нашей страны не может реализоваться из-за низкой температуры окружающего воздуха и субстрата. Афлатоксины наиболее широко распространены в тропических странах с влажным климатом, таких, как Индия, Бразилия, Таиланд, Филиппины. В связи с развитием мировой торговли и значительным импортом Россией фуражного и продовольственного сырья проблема афлатоксикозов имеет определенное значение и для нашей страны. Описаны случаи отравления афлатоксинами крупного рогатого скота, свиней, индеек, уток, лошадей и других животных.
|
Афлатоксин В1: R=H Mолекулярная масса – 312 Афлатоксин В2: R=H, положение 8 и 9 гидрированы Mолекулярная масса – 314 Афлатоксин М1: R=OH Mолекулярная масса – 328
|
|
Афлатоксин G1 Mолекулярная масса – 328 Афлатоксин G2: положения 9 и 10 гидрированы Mолекулярная масса – 330 |
Охратоксины продуцируются грибами родов Aspergillus и Penicillium. Первые сообщения о токсичности для уток продуктов жизнедеятельности гриба A. ochraceus сделаны Скоттом в 1965 г. Охратоксины были названы по виду гриба — первого продуцента этого микотоксина. Из культуры гриба A. ochraceus выделено четыре охратоксина — А, В, С и D. Наибольшее санитарно-токсикологическое значение имеет охратоксин А. Он хорошо растворяется в ацетоне, бензоле, ацетонитриле, хлороформе, спиртах. При взаимодействии с железа хлоридом образует окрашенный в красный цвет комплекс, прочные комплексы — с щелочами.
|
Охратоксин А: R=H, R1=Cl Mолекулярная масса – 403 Охратоксин B: R=H, R1=H Mолекулярная масса – 369 Охратоксин C: R=Cl, R1=C2H5 Mолекулярная масса – 431 |
Основные грибы-продуценты охратоксинов — грибы A. ochraceus и P. veridicatum. В странах с теплым климатом корма наиболее часто контаминированы охратоксином гриба A. ochraceus, в странах умеренного климата — гриба P. veridicatum. Грибы — продуценты охратоксина А — достаточно часто обнаруживают в кормах в России, однако случаев заболевания животных зарегистрировано очень мало. Это связано с отсутствием чувствительного и специфичного метода определения охратоксина А в кормах. Охратоксины, так же как и другие микотоксины, сравнительно быстро разрушаются в организме животных. Однако имеются сообщения, что микотоксин в зависимости от дозы может задерживаться в мышечной ткани и в мышцах свиней до 2 нед, в печени до 3 и в почках до 4 нед. Наиболее чувствительны к нему свиньи, особенно молодые, затем птицы. Охратоксин А преимущественно действует на почки, поэтому в Дании, где впервые был зарегистрирован этот микотоксикоз у свиней, его назвали «микотоксическая нефропатия свиней».
Патулин – лактон (4-окси-4Н-фуро[3,2-с]пиран-2-(6Н)-один).
Патулин
Термоустойчив, устойчив в растворах кислот и лабилен в щелочной среде. Впервые патулин был выделен в 1943 году из культуры Penicillium patulum (синоним Penicillium urticae) как антибиотик. Сначала патулин не считали особо опасным микотоксином, однако в 1954г. он стал причиной гибели 100 коров в Японии, потреблявших корма, контаминированные продуцентами микотоксина. Наиболее важным продуцентом патулина считается гриб Penicillium expansum. Обладает высокими токсическими, канцерогенными и мутагенными свойствами. Ингибирует синтез белка, ДНК, РНК, ферменты, содержащие в активном центре группы SH.
