AUTOREFERAT OPIS DOROBKU I OSIĄGNIĘĆ NAUKOWYCH

Transkrypt

1 AUTOREFERAT OPIS DOROBKU I OSIĄGNIĘĆ NAUKOWYCH DR INŻ. KRZYSZTOF KOZŁOWSKI KATEDRA DROBIARSTWA WYDZIAŁ BIOINŻYNIERII ZWIERZĄT UNIWERSYTET WARMIŃSKO-MAZURSKI W OLSZTYNIE ul. Oczapowskiego Olsztyn Tel. (089) kristof@uwm.edu.pl OLSZTYN 2012

2 Spis treści strona 1. Życiorys naukowy Główne kierunki prowadzonych badań Ważniejsze osiągnięcia w zakresie prowadzonych badań Prace stanowiące szczególne osiągnięcia naukowe pod tytułem: Efektywność stosowania fitazy nowej generacji w żywieniu drobiu Opis szczególnych osiągnięć naukowych pod tytułem: Efektywność stosowania fitazy nowej generacji w żywieniu drobiu Załącznik Top lista 20 najlepszych publikacji z tego samego obszaru nauki w 2012 roku według BioMedical Library Uniwersytetu Minnesota w USA. AUTOREFERAT Strona 2

3 1. Życiorys naukowy 1.1. Wykształcenie ukończone studia (magister inżynier zootechniki), Akademia Rolniczo - Techniczna w Olsztynie, Wydział Zootechniczny, doktorat (doktor nauk rolniczych z zakresu zootechniki), Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Wydział Bioinżynierii Zwierząt, Katedra Drobiarstwa Tytuł rozprawy doktorskiej: Wpływ pochodzenia, wieku i intensywności użytkowania rozpłodowego indorów na ilość, jakość i wartość biologiczną nasienia, Promotor - dr hab. Jan Jankowski 1.2. Doświadczenie zawodowe asystent, Akademia Rolniczo - Techniczna w Olsztynie, Wydział Zootechniczny, Katedra Drobiarstwa, stypendium naukowe Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) - Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, RFN (15 miesięcy), obecnie adiunt, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski, Wydział Bioinżynierii Zwierząt, Katedra Drobiarstwa, 2003 Georg-August-Universität Göttingen, RFN. Staż naukowy (2 tyg.), 2006 Lithuanian Veterinary Academy, Kaunas, Litwa. Staż naukowy (3 tyg.), 2008 Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, RFN. Staż naukowy (1 tyg.), 2010 Intestinal Health Workshop w University of Gent, Belgia. Szkolenie (1 tyg.). AUTOREFERAT Strona 3

4 2. Główne kierunki prowadzonych badań Czynniki warunkujące ilość, jakość oraz wartość biologiczną nasienia Wpływ zabiegów uszlachetniających na przydatność rzepaku w żywieniu drobiu Efektywność stosowania dodatków fitobiotycznych w żywieniu drobiu rzeźnego Strawność jelitowa aminokwasów w komponentach paszowych stosowanych w żywieniu indyków Efektywność stosowania fitazy nowej generacji w żywieniu drobiu 3. Ważniejsze osiągnięcia w zakresie prowadzonych badań Czynniki warunkujące ilość, jakość oraz wartość biologiczną nasienia Specyfika budowy anatomicznej oraz funkcjonowania układu rozrodczego ptaków jest od wielu lat tematem doświadczeń wielu zespołów badawczych. Dokładne poznanie czynników warunkujących ilość, jakość i wartość biologiczną nasienia ptaków może rozwiązać np. problem jego długotrwałego przechowywania w warunkach in vitro. Wykorzystanie ultrasonografii przezskórnej u ptaków związane jest z pewnymi problemami wynikającymi z ich anatomii. Przeszkodę dla rozchodzenia się fal ultrasonograficznych stanowią przede wszystkim worki powietrzne. W związku z powyższym nie istniała dotychczas możliwość bezinwazyjnego określenia stanu narządów płciowych ptaków. Jednak postęp, jaki dokonał się w rozwoju technik ultradźwiękowych, umożliwił obserwację zmian morfologicznych i funkcjonalnych układu rozrodczego wielu gatunków ptaków. Nasze doświadczenia z wykorzystaniem metody przezjelitowego obrazowania ultrasonograficznego miały na celu wykazanie, czy może ona znaleźć zastosowanie w badaniach in vivo, dotyczących oceny jąder czy jajników wybranych gatunków ptaków. Nowa metoda okazała się zabiegiem bezinwazyjnym. Dzięki wprowadzaniu sondy przez kloakę do jamy ciała, było możliwe wyeliminowanie problemów (odbicie fal) związanych z obecnością worków powietrznych, stanowiących istotną barierę przy badaniach przez skórę. W naszych doświadczeniach na wielu gatunkach ptaków (kura, indyk, gęś, emu, nandu, kazuar) mieliśmy możliwość obserwowania zmian oraz rozwój jąder i jajników przez cały okres reprodukcyjny oraz poza nim. Najważniejszym aspektem naszych badań było wykonywanie powtarzalnych AUTOREFERAT Strona 4

5 pomiarów w kolejnych tygodniach okresu reprodukcyjnego na tym samym ptaku, bez konieczności jego ubijania. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: ) W stadach reprodukcyjnych indyków rutynowo stosuje się zabieg sztucznej inseminacji. Zazwyczaj nasienie od indorów pobiera się raz w tygodniu. Celem pracy było sprawdzenie możliwości częstszego wykorzystania reprodukcyjnego indorów. Dzięki stosowaniu dwukrotnego w tygodniu pobierania nasienia od indorów, możliwe jest uzyskanie większej liczby dawek inseminacyjnych, a tym samym zwiększenie liczby indyczek, inseminowanych nasieniem jednego samca. Jest to najważniejszy aspekt ekonomiczny przeprowadzonych doświadczeń. Zazwyczaj w ejakulatach indorów częściej użytkowanych rozpłodowo obserwowano istotne podwyższenie zawartości białka ogólnego, co ujemnie wpływa na zapłodnienie jaj i wylęgowość piskląt. W badaniach nie stwierdzono tej zależności, a wartości tych cech reprodukcyjnych były nawet wyższe u indyczek inseminowanych nasieniem samców częściej użytkowanych rozpłodowo. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: 1.2.5) Koszty związane ze sztuczną inseminacją można zmniejszyć poprzez wydłużenie przerw pomiędzy kolejnymi inseminacjami, prowadząc np. selekcję na wytrwałość zapłodnienia, która zależy między inymi od liczby zachyłków magazynujących plemniki w jajowodzie samicy. Plemniki zmierzające do komórki jajowej hydrolizują otwory w wewnętrznej warstwie błony żółtkowej IPVL. Otwory te widoczne są na całej powierzchni wewnętrznej warstwy błony żółtkowej, lecz największa ich koncentracja występuje bezpośrednio nad blastodyskiem, co pozostaje najprawdopodobniej w ścisłym związku z zapłodnieniem (Wishart, 1996). W doświadczeniu porównywano dwie linie indyczek na podstawie wytrwałości zapłodnienia oraz liczby otworów hydrolizowanych przez plemniki w wewnętrznej warstwie błony żółtkowej leżącej bezpośrednio nad blastodyskiem w kolejno znoszonych jajach. Wykazano, że w następstwie pojedynczej inseminacji indyczki znosiły zapłodnione jaja nawet przez okres 8 tygodni. Ponadto stwierdzono istotną korelację pomiędzy liczbą otworów w IPVL bezpośrednio nad tarczką zarodkową a zapłodnieniem jaj. W kolejno znoszonych jajach liczba tych otworów znacznie malała. Wiązało się to najpewniej z wyczerpywaniem się liczby plemników zdeponowanych w zachyłkach magazynujących jajowodu. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: ) AUTOREFERAT Strona 5

6 Nadal brak jest informacji na temat cech nasienia w zależności od pochodzenia indyków oraz zmian wartości wyznaczników biochemicznych podczas okresu reprodukcyjnego. Mimo, że cechy ilościowe nasienia indyków zostały już dobrze poznane, w naszych doświadczeniach zdecydowaliśmy się je jednak określić, aby ocenić ich związki z cechami biochemicznymi. Wiedza ta jest konieczna dla lepszego zrozumienia procesów fizjologicznych zachodzących wraz z wiekiem samca w jego nasieniu, a także do oceny zdolności reprodukcyjnej poszczególnych rodów indyków. W doświadczeniu stwierdzono, że wartość wyznaczników ilościowych nasienia tylko nieznacznie się zmieniała podczas 21- tygodniowego okresu reprodukcyjnego, natomiast wartość wyznaczników biochemicznych w badanym okresie wzrastała kilkukrotnie, co może mieć związek z uszkodzeniami plemników. Wydaje się więc, że wiek samca w większym stopniu wpływa na wyznaczniki biochemiczne niż na ilościowe. Postawiliśmy tezę, że wyznaczniki biochemiczne nasienia są raczej powiązane z morfologią i żywotnością plemników. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: 2.2.1) Celem przeprowadzonych doświadczeń było określenie wpływu dodatku różnych form selenu (organicznej i nieorganicznej) na cechy jakościowe i status antyoksydacyjny nasienia indorów. Wyniki przeprowadzonych badań wskazują na konieczność suplementacji selenem pasz stosowanych w żywieniu indorów reprodukcyjnych. Dodatek selenu w formie organicznej wydaje się być korzystniejszym w porównaniu do formy nieorganicznej. Cechy biochemiczne nasienia oraz ruchliwości plemników mogą znaleźć zastosowanie w ocenie wpływu wieku samca na jakość jego nasienia. Obserwacja fragmentacji DNA plemników pod koniec okresu reprodukcyjnego może stanowić użyteczne narzędzie do monitoringu jakości nasienia indorów. Dodatkowo, zawartość białka i aktywność fosfatazy kwaśnej w plazmie nasienia, podwyższona aktywność dysmutazy ponadtlenkowej mogą być wskaźnikiem występowania syndromu żółtego nasienia (YSS). Niższe wartości cech jakościowych nasienia o barwie żółtej może być związane z pogorszeniem cech ruchliwości plemników u indyków. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: ) AUTOREFERAT Strona 6

7 Wpływ zabiegów uszlachetniających na przydatność rzepaku w żywieniu drobiu Rzepak stanowi bardzo wartościowy komponent paszowy dla zwierząt. Ze względu na zawartość związków antyżywieniowych (np. glukozynolanów) oraz włókna (surowego i pokarmowego) stosowanie rzepaku i produktów jego przerobu jest ograniczone w dietach dla drobiu. Celem niniejszych doświadczeń było ustalenie udziału poekstrakcyjnej śruty rzepakowej, wytłoków (po mechanicznym tłoczeniu oleju) oraz całych nasion rzepaku w paszach dla kurcząt brojlerów oraz ich wpływu na cechy wydajności i wyniki analizy rzeźnej. Analizując wyniki odchowu kurcząt brojlerów stwierdzono, że wytłoki rzepakowe lub poekstrakcyjna śruta rzepakowa w ilości do 10% może wchodzić w skład mieszanki starter i stanowić do 15% udziału w mieszance finiszer, natomiast rozdrobnione nasiona rzepaku (śrutowane lub płatkowane) można stosować w obu paszach w ilości do 11%. Wykazano korzystny wpływ zabiegu parowania nasion przed rozdrobnieniem czy tłoczeniem oleju. Parowanie nasion nie dorównywało jednak zabiegowi ich toastowania w procesie ekstrakcji (działanie przegrzanej pary wodnej pod ciśnieniem). Do badań użyto polskich odmian 00 Start i Jantar oraz kanadyjskiej odmiany Canola. W związku z obecnością w rzepaku substancji antyżywieniowych wprowadza się różne zabiegi mające poprawiać przydatność tych pasz do sporządzania mieszanek paszowych dla drobiu. Takim zabiegiem jest parowanie lub toastowanie nasion. Stosowanie śruty z surowych nasion rzepaku powodowało największe zmiany morfologiczne w tarczycach kurcząt brojlerów. Wykazaliśmy korzystny wpływ zabiegu parowania nasion i toastowania poekstrakcyjnej śruty rzepakowej na obraz morfologiczny tarczyc. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: 1.1.1, 1.2.1, 1.2.2, 1.2.3, 1.2.4, 1.2.6) Zawartość synapiny w nasionach rzepaku odmian 00 nie zmieniła się w porównaniu z rzepakiem nieuszlachetnionym. Z tego powodu udział surowych nasion rzepaku w dietach dla kur znoszących jaja o brązowej barwie skorupy nadal jest ograniczony. Ma to związek z wadą genetyczną tych kur, która polega na blokowaniu rozkładu trimetyloaminy, powstającej z rozpadu sina piny (niektóre firmy hodowlane dysponują już genotypami kur pozbawionych tej wady). Powstały związek przechodzi do krwi, a następnie z krwi do żółtek jaj, powodując specyficzny rybi zapach. Nowo opracowana metoda chemiczno-hydrotermicznej obróbki nasion prowadzić ma do usunięcia synapiny i glukozynolanów z nasion rzepaku i produktów rzepakowych. Uzyskane wyniki sugerują, że surowe nasiona rzepaku można stosować w AUTOREFERAT Strona 7

8 paszach dla kur nieśnych w maksymalnej ilości 7,5%. Stwierdzono, że metoda chemicznohydrotermicznej obróbki nasion rzepaku pozwoliła drastycznie obniżyć zawartość synapiny w nasionach rzepaku. Przez to możliwe jest wykorzystanie preparowanych nasion rzepaku jako komponentu w paszach (do 15%) także dla kur znoszących jaja o brązowej barwie skorupy. Nowoczesna metoda preparowania nasion rzepaku powoduje także wyraźny rozkład glukozynolanów. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: ) Spożycie kwasów n-3 (tzw. kwasy tłuszczowe omega-3) przez ludzi jest niższe od zalecanego, co powoduje występowaniu wielu chorób związanych z sercem. Wiadomo, że profil kwasów tłuszczowych w jaju można modyfikować, wprowadzając zmiany w żywieniu kur nieśnych. W ostatnich latach prowadzono wiele badań w celu wzbogacenia jaj kurzych w niezbędne kwasy tłuszczowe, w szczególności kwasy n-3. W związku z tym, nasze badania z wykorzystaniem nasion rzepaku w dietach dla niosek miały potwierdzić, czy na profil kwasów tłuszczowych w jajach ma wpływ olej obecny w nasionach rzepaku. Stwierdzono, że dodatek oleju z nasion rzepaku istotnie wpłynął na zmianę profilu kwasów tłuszczowych (zwiększenie ilości kwasów n-3) żółtka jaj, więc regularne spożywanie takich jaj może poprawiać stosunek kwasów n-6 do n-3 w diecie ludzkiej. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: 2.2.3) Efektywność stosowania dodatków fitobiotycznych w żywieniu drobiu rzeźnego Fitobiotyczne dodatki paszowe (fitobiotyki) są jedną z alternatyw dla antybiotykowych stymulatorów wzrostu, które od 1. stycznia 2006 roku objęto całkowitym zakazem stosowania w krajach Unii Europejskiej. Materiał wyjściowy do produkcji fitobiotyków jest zróżnicowany. Są to przetworzone produkty roślinne z ziół lub przypraw, czy przetworzone części tych roślin (nasiona, owoce, korzenie, kłącza), jak również wyciągi (olejki eteryczne, garbniki, alkaloidy) z całych roślin lub ich części. Fitobiotyczne preparaty to najczęściej produkty mieszane, a rzadziej pojedyncze, ściśle określone substancje aktywne. Stosowanie preparatów roślinnych w żywieniu zwierząt nie jest niczym nowym. Oprócz zastosowania w medycynie naturalnej, od dawna wykorzystywane są one w żywieniu zwierząt, nie tylko w Azji, ale również w Europie. I tak, w ekstensywnym odchowie młodych indyków, jako suplementy diety stosuje się np. krwawnik pospolity, czosnek i cebulę, które mają zapobiegać zakłóceniom przewodu pokarmowego. Z tego powodu Kämmerer i Fink AUTOREFERAT Strona 8

9 (1982) swoją pracę poświęconą fitobiotykom zatytułowali Stare mądrości dla nowych zadań (naturalne substancje w żywieniu zwierząt). W przeciwieństwie do lat ubiegłych tak zwane aktywne składniki preparatów roślinnych są obecnie lepiej zdefiniowane chemicznie, jak również więcej wiadomo na temat możliwych mechanizmów ich działania. Nadal niewiele jest jednak doświadczeń naukowych oraz opartych na nich publikacji w recenzowanych czasopismach naukowych, w porównaniu do wielu artykułów popularnych i referatów konferencyjnych. Doświadczenia przeprowadzone przez nasz zespół dotyczyły preparatu o nazwie handlowej Sangrovit (producent Phytobiotics Eltville, Niemcy), otrzymywanego z roślin z rodziny Papaveraceae (Tabela 1). Początkowo materiałem wyjściowym do produkcji preparatu były kłącza rośliny Sanguinaria canadensis L. Obecnie do tego celu wykorzystywana jest cała część nadziemna rośliny Macleaya cordata. Rośliny, z których produkuje się ten preparat, zawierają wiele alkaloidów (QBA), wśród których dominuje sangwinaryna. Preparat zawiera m.in. 1,5% sangwinaryny, więc w tym przypadku chodzi o produkt precyzyjnie zdefiniowany. Główne cele naszych doświadczeń z tym preparatem to: wpływ na cechy wzrostu i analizy rzeźnej kurcząt brojlerów i młodych indyków przy zastosowaniu paszy o różnym składzie (dawka standardowa, o obniżonej zawartości aminokwasów, czy różne gatunki zbóż jako nośnik energii), wpływ na strawność składników pokarmowych, metaboliczność energii całkowitej oraz bilans azotu, wpływ alkaloidów z roślin Papaveraceae na cechy metabolizmu, jak też na aktywność enzymów endogennych i bakteryjnych w przewodzie pokarmowym kurcząt brojlerów w następstwie podawania im sangwinaryny w paszy. Na podstawie wyników doświadczeń wzrostowych i strawnościowych, przeprowadzonych w latach , stwierdziliśmy: brak istotnego wpływu na spożycie paszy przez ptaki, co stawia pod znakiem zapytania przynależność badanego preparatu do grupy dodatków sensorycznych, brak wpływu suplementacji mieszanek konwencjonalnych dla drobiu (brojlery, indyki) preparatem z sangwinaryną na cechy wzrostu i wyniki wydajności rzeźnej. Nawet przy obniżonej zawartości aminokwasów w paszy dla brojlerów nie stwierdziliśmy wpływu preparatem z sangwinaryną na badane cechy. Jedynie w przypadku mieszanek paszowych z dużym udziałem pszenicy obserwowaliśmy istotną poprawę cech produkcyjnych indyków rzeźnych, co prawdopodobnie było związane ze zwiększoną AUTOREFERAT Strona 9

10 AUTOREFERAT Strona 10

11 zawartością rozpuszczalnych arabinoksylanów w użytej partii pszenicy. brak wpływu preparatu z sangwinaryną na procesy strawnościowe i metaboliczne u kurcząt brojlerów. Nie stwierdziliśmy wpływu alkaloidów z roślin Papaveraceae na strawność składników pokarmowych, metaboliczność energii całkowitej oraz wykorzystanie białka. Nawet przy obniżonej zawartości aminokwasów w diecie nie obserwowaliśmy pozytywnego działania badanego preparatu. najważniejszym aspektem badań przewodu pokarmowego kurcząt brojlerów było znaczne zahamowanie procesów fermentacyjnych w jelitach ślepych w wyniku działania zawartych w preparacie alkaloidów. Doprowadziło to do znacznego obniżenia produkcji lotnych kwasów tłuszczowych w badanym odcinku układu trawiennego. Wynik ten należy interpretować bardzo ostrożnie, zwłaszcza z punktu widzenia zdrowotności tego układu. Podsumowując można stwierdzić, że alkaloidy zawarte w preparacie nie miały wpływu na badane cechy, z wyjątkiem zahamowania metabolizmu drobnoustrojów w jelitach ślepych. Uzyskane wyniki zbliżone są do rezultatów innych prac, dotyczących tego samego dodatku fitobiotycznego. Wydaje się więc - wskazują na to wyniki uzyskane z użyciem innych fitobiotycznych dodatków paszowych - że drób nie reaguje tak pozytywnie na substancje roślinne, jak ma to miejsce w przypadku trzody chlewnej. W związku z tym, na obecną chwilę substancje fitobiotyczne nie stanowią alternatywy dla zakazanych antybiotyków paszowych. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: 2.1.5, 2.1.7, 2.1.8, , 2.2.2, 2.3.1) Strawność jelitowa aminokwasów w komponentach paszowych stosowanych w żywieniu indyków Ocena białka na podstawie aminokwasów trawionych do końca jelita cienkiego (aminokwasy strawne jelitowo) ma obecnie zastosowanie w żywieniu świń (NRC, 1998; GfE, 2006). W przypadku drobiu ta nowa ocena białka jest nadal na wstępnym etapie jej praktycznego wykorzystania. Obecnie istnieją przede wszystkim dane dotyczące strawności jelitowej aminokwasów wybranych komponentów paszowych dla kurcząt brojlerów (Lemme i in., 2004). Wyniki różnych doświadczeń wskazują jednak na to, że między gatunkami drobiu istnieją różnice w strawności jelitowej tych samych komponentów paszowych. Stawia to pod AUTOREFERAT Strona 11

12 znakiem zapytania wykorzystanie wartości obliczonych dla brojlerów do sporządzania receptur mieszanek paszowych dla indyków rzeźnych. Naszym zdaniem, niezbędne jest w tej sytuacji określanie strawności jelitowej osobno dla poszczególnych gatunków drobiu. Z uwagi na brak odpowiednich badań na rosnących indykach, który to gatunek drobiu ma w Polsce duże znaczenie dla produkcji mięsa drobiowego i odznacza się wysokimi wymaganiami odnośnie zapotrzebowania na aminokwasy, nasz zespół badawczy przeprowadził szereg doświadczeń strawnościowych. Uwzględniono w nich dotychczasowe zalecenia metodyczne do określania standaryzowanej strawności jelitowej białka surowego i aminokwasów u drobiu (Lemme, 2004, Kluth i Rodehutscord, 2009). Badania przeprowadzono na młodych indorkach w wieku 4 tygodni. Dotychczas przeanalizowano następujące komponenty paszowe z dokładnie zbadanych partii (m.in. pochodzenie, odmiana, zawartość składników pokarmowych): zboża: kukurydza, pszenica; komponenty białkowe pochodzenia roślinnego: poekstrakcyjna śruta sojowa, słonecznikowa i rzepakowa, łubin żółty, groch; komponenty białkowe pochodzenia zwierzęcego: mączka rybna; produkt uboczny produkcji bioetanolu: wywar pszenny (DDGS). Tabela 2. Standaryzowana strawność jelitowa białka surowego i wybranych aminokwasów u młodych indyków, % 1 Składnik Poekstrakcyjna śruta pokarmowy sojowa rzepakowa słonecznikowa Groch Łubin DDGS Białko surowe Ala Arg Asp Cys Glu Gly Ile Leu Lys Met Phe Ser Thr Val wyniki już opublikowane AUTOREFERAT Strona 12

13 Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono (wyniki opublikowanych badań zestawiono w tabeli 2), że pomiędzy strawnością tych samych aminokwasów z różnych komponentów paszowych istnieją nawet znaczne różnice. Przykładem tego może być lizyna, której strawność w poekstrakcyjnej śrucie: sojowej, słonecznikowej i rzepakowej oraz w DDGS, wynosi odpowiednio: 87%, 79%, 67% i 61%. Dotychczasowe bilansowanie dawek pokarmowych z wykorzystaniem aminokwasów brutto obarczone jest pewnym błędem. Dla pewności, przy bilansowaniu dawki z wykorzystaniem aminokwasów brutto stosuje się pewien naddatek tych składników. Stosowanie systemu standaryzowanej strawności jelitowej aminokwasów połączonego z koncepcją białka idealnego może prowadzić do optymalnego wykorzystania aminokwasów przez ptaka. Może to mieć duże znaczenie w efektywnym gospodarowaniu białkiem paszowym oraz może prowadzić do zmniejszenia ilości wydalanego azotu. (Publikacje wg Wykazu osiągnięć naukowo-badawczych: , ) AUTOREFERAT Strona 13

14 4. Prace stanowiące szczególne osiągnięcia naukowe pod tytułem: Efektywność stosowania fitazy nowej generacji w żywieniu drobiu 4.1. Kozłowski K, Jankowski J, Jeroch H. (2009) Efficacy of different phytase preparations in broiler rations. Pol J Vet Sci, 12(3): IF 2009 = 0,465; pkt MNiSW = 20; liczba cytowań = Kozłowski K, Jankowski J, Jeroch H. (2010) Efficacy of different levels of Escherichia coli phytase in broiler diets with a reduced P content. Pol J Vet Sci, 13(3): IF 2010 = 0,435; pkt MNiSW = 20; liczba cytowań = Kozłowski K, Jankowski J, Jeroch H. (2010) Efficacy of Escherichia coli-derived phytase on performance, bone mineralization and nutrient digestibility in meat-type turkeys. Vet Med Zoot, 52: IF 2011 = 0,165; pkt MNiSW = 20; liczba cytowań = Kozłowski K, Jeroch H. (2011) Einfluß von Escherichia coli Phytase auf die ileale Nährstoffverdaulichkeit bei der Legehenne. Arch Geflügelkd, 75(1): IF 2011 = 0,422; pkt MNiSW = 20; liczba cytowań = Kozłowski K, Jeroch H. (2011) The effects of Escherichia coli phytase on nutrient metabolizability and ileal digestibility in laying hens. Vet Med Zoot, 52: IF 2011 = 0,165; pkt MNiSW = 13; liczba cytowań = Kozłowski K, Jeroch H. (2011) Efficacy of different levels of Escherichia coli phytase in hens fed maize-soyabean meal based diets with a decreased non-phytate phosphorus content. J Anim Feed Sci, 20: IF 2011 = 0,659; pkt MNiSW = 20; liczba cytowań = 2 Prace: 4.1 and 4.2 zostały wyróżnione w 2012 roku na pierwszym i drugim miejscu Top 20 BioMedLib przez BioMedical Library Uniwersytetu Minnesota w USA, która kwalifikuje 20 najlepszych publikacji z tego samego obszaru nauki (załącznik). AUTOREFERAT Strona 14

15 5. Opis szczególnych osiągnięć naukowych pod tytułem: Efektywność stosowania fitazy nowej generacji w żywieniu drobiu 5.1. Wstęp Fosfor jest niezbędnym pierwiastkiem dla drobiu z uwagi na jego udział w wielu przemianach metabolicznych (Jeroch, 1994). Wchodzi w skład szkieletu kostnego oraz wielu związków organicznych (m. in. kwasów nukleinowych, białek, lipidów), substancji buforowych we krwi i płynach ustrojowych. Ponadto uczestniczy w reakcjach hormonalnych, bierze udział w magazynowaniu i uwalnianiu energii (bogate w energię fosforany, np. ATP, pełniące kluczowe funkcje w metabolizmie). W przypadku niedoboru fosforu u drobiu mogą wystąpić następujące objawy: spadek spożycia paszy, pogorszenie wyników odchowu i produkcyjności, zaburzenia mineralizacji kości, osteoporoza oraz łamliwość kości u kur nieśnych, gorsza jakość skorupy jaj i zwiększona śmiertelność zarodków. Jednak i nadmiar tego pierwiastka może być szkodliwy i wywoływać spadek wydajności, gorsze wykorzystanie wapnia i pierwiastków śladowych oraz zanieczyszczenie środowiska. Główne składniki pasz dla drobiu nasiona zbóż, produkty uboczne przerobu zbóż oraz produkcji oleju z bogatych w tłuszcz nasion roślin oleistych czy motylkowych - zawierają stosunkowo duże ilości fosforu. Zawartość tego pierwiastka waha się w nich od ok. 4 do 15g w kg suchej masy (Jeroch i in., 1993). Z ogólnej ilości fosforu obecnego w surowcach paszowych aż 50-90% znajduje się w fitynie, organicznym kompleksie wiążącym fosfor (Lantzsch, 1990, Eeckout i De Pape, 1994, Cossa i in., 1999, Oloffs i in., 2000, Viveros i in., 2000, Ravindran i Selle, 2007). W przeciwieństwie do nieorganicznych związków fosforu pozyskiwanie tego pierwiastka ze związków fitynowych wymaga obecności enzymu fitazy, która w przewodzie pokarmowym drobiu powoduje ich hydrolizę. Organizm ptaków produkuje jednak tylko niewielkie ilości tego enzymu (Maenz i Classen, 1998), co oznacza, że w dużej mierze brak mu endogennej fitazy. Produkcja fitazy przez mikroorganizmy obecne w przewodzie pokarmowym jest również bardzo ograniczona (Abudabos i in., 2000, Marounek i in., 2008). Tylko niektóre zboża, w szczególności żyto, pszenica i pszenżyto, zawierają enzym fitazę (tzw. fitazę roślinną), która jest w stanie uwolnić fosfor i inne pierwiastki z cząsteczki fityny (Cossa i in., 1999, Jeroch i in., 1999). Jednak także aktywność fitazy w ziarnach zbóż jest bardzo różna (Cossa i in., 1999, Oloffs i in., 2000). Poza tym często należy się liczyć z koniecznością dosuszania nasion, co także wiąże się z ubytkiem fitazy. Do dezaktywacji fitazy roślinnej dochodzi także podczas hydrotermicznych procesów przerobu pasz (np. AUTOREFERAT Strona 15

16 granulacji) oraz podczas ich przechowywania. W praktyce oznacza to, że podczas sporządzania receptur paszowych zazwyczaj nie uwzględnia się aktywności natywnej fitazy (De Pape, 2006), a mieszanki paszowe dla drobiu uzupełnia się fosforem nieorganicznym. Opisana sytuacja doprowadziła również do tego, że nie są już zadowalające obecnie używane systemy bilansowania fosforu w mieszankach paszowych. Dzięki przemysłowej produkcji fitazy przy pomocy mikroorganizmów produkujących enzymy, głównie grzybów i bakterii (De Pape, 2006, Simon, 2009), od około 25 lat istnieje możliwość uzupełniania tym enzymem mieszanek dla drobiu. Nowe możliwości daje produkcja mikrobiologicznych fitaz nowej generacji, będących wynikiem stosowania modyfikacji genetycznej mikroorganizmów. Fitazy te charakteryzują się większą odpornością na warunki produkcji pasz, szczególnie procesu granulacji. Uwalniają też z kompleksów fitynowych większe ilości fosforu i innych składników pokarmowych, wpływając m.in. na obniżenie kosztów produkcji paszy. W międzyczasie przeprowadzono wiele doświadczeń, dokumentujących skuteczność fitaz oferowanych przez przemysł paszowy (Jeroch, 1994, Ravindran i in., 1995, Selle i Ravindran, 2007, Singh i in., 2008). Brak jednak reprezentatywnych eksperymentów dotyczących stosowania fitaz nowej generacji. Celem przeprowadzonych badań było określenie efektywności dodatku do pasz fitazy nowej generacji w warunkach krajowych oraz poszukiwanie możliwości obniżenia poziomu fosforu w przypadku stosowania tego enzymu do mieszanek paszowych sporządzanych na bazie konwencjonalnych receptur dla drobiu. Ponadto porównywano różne preparaty zawierające fitazę (wytwarzaną przez różne szczepy mikroorganizmów grzyby lub bakterie). Niezmiernie ważne było określenie niezbędnych poziomów dodatku fitazy Escherichia coli do mieszanek paszowych, a także krytyczna ocena aktualnie stosowanych zaleceń odnośnie fosforu przyswajalnego pod kątem stosowania fitazy Materiał i metody Badania prowadzono na kurach nioskach, kurczętach brojlerach oraz młodych indykach rzeźnych. Ptaki żywiono mieszankami, w których zawartość składników pokarmowych (z wyjątkiem P i Ca) była zgodna z zaleceniami. Preparat użyty we wszystkich doświadczeniach zawierał nową bakteryjną 6-fitazę (EC ). Enzym ten wyprodukowano w wyniku wprowadzenia do genomu drożdży Pichia pastoris genu odpowiedzialnego za produkcję fitazy, pobranego od bakterii Escherichia coli (DSM 23036)). Doświadczenia przeprowadzone z dodatkiem preparatu zawierającego fitazę zestawiono w tabeli 3. AUTOREFERAT Strona 16

17 AUTOREFERAT Strona 17

18 Celem doświadczenia 1., przeprowadzonego na kurczętach brojlerach, było określenie efektywności stosowania trzech różnych fitaz (wytworzonych przez Aspergillus niger, Penicillium canescens i Escherichia coli/pichia) na wyniki odchowu, wartość rzeźną oraz mineralizację kości. Celem doświadczenia 2., przeprowadzonego na kurczętach brojlerach, było określenie efektywności stosowania różnych poziomów fitazy Escherichia coli/pichia na wyniki odchowu, wartość rzeźną oraz mineralizację kości. Stwierdzono, że żywienie mieszankami paszowymi o obniżonej zawartości fosforu przyswajalnego spowodowało pogorszenie końcowej masy ciała oraz zużycia paszy w porównaniu do ptaków żywionych paszami o zalecanym poziomie tego składnika. Należy jednak podkreślić, że nie zaobserwowano zwiększonej śmiertelności oraz symptomów niedoboru fosforu. Nie był to więc niedobór, a tylko suboptymalne zaopatrzenie ptaków w fosfor. Dzięki uzupełnieniu dawek o obniżonej zawartości fosforu różnymi fitazami pochodzenia mikrobiologicznego (Aspergillus niger, Penicillium canescens, Escherichia coli/pichia) doszło do osiągnięcia wyników odchowu obserwowanych w grupie kontrolnej pozytywnej, w której mieszanki zawierały zalecane ilości fosforu. W przypadku mineralizacji kości piszczelowej obniżone wartości popiołu surowego, wapnia i fosforu stwierdzono w grupie brojlerów żywionych paszami o obniżonej zawartości fosforu. Wskazuje to na zaopatrzenie w fosfor ptaków z tej grupy poniżej ich zapotrzebowania. Poprzez uzupełnienie mieszanek paszowych fitazą poprawiła się mineralizacja kości kurcząt. Analogicznie do masy ciała ptaki z grupy żywionej dietami o obniżonej zawartości fosforu charakteryzowały się istotnie niższą masą tuszek. Dodatek fitazy do tych pasz skutkował jednak wynikami odchowu, zbliżonymi do uzyskanych przez ptaki otrzymujące pasze o zalecanym poziomie fosforu. Nie stwierdzono wpływu dodatku fitazy na zawartość poszczególnych części składowych w tuszce. Wszystkie trzy porównywane fitazy przy tej samej dawce (500 FTU/kg paszy) okazały się zbliżone w działaniu; obserwowano korzystny wpływ dodatku tego enzymu na wyniki odchowu i mineralizację kości. Na podstawie wyników doświadczenia 2. można stwierdzić, że w mieszankach paszowych dla kurcząt brojlerów, zawartość fosforu można obniżyć w stosunku do zaleceń o 1,0 1,5 g/kg paszy, w przypadku gdy diety suplementuje się fitazą Escherichia coli w ilości FTU. (Kozłowski i in., 2009, Pol J Vet Sci, 12(3): , publikacja 4.1; Kozłowski i in., 2010, Pol J Vet Sci, 13(3): , publikacja 4.2) Prace wyróżnione przez BioMedical Library Uniwersytetu Minnesota w USA, na pierwszym i drugim miejscu wśród 20 najlepszych publikacji w ocenianym obszarze badań w 2012 roku (załącznik). AUTOREFERAT Strona 18

19 Celem doświadczenia 3. było określenie wpływu różnych dawek fitazy Escherichia coli na wyniki odchowu młodych indyków rzeźnych, mineralizację kości piszczelowej i pozorną strawność jelitową suchej masy, fosforu i wapnia. Podobnie jak w doświadczeniach na kurczętach brojlerach stwierdzono, że żywienie indorów rzeźnych mieszankami paszowymi o obniżonej zawartości fosforu przyswajalnego przez cały okres odchowu powodowało pogorszenie (o 6%) końcowej masy ciała. W grupie tej obserwowano również nieistotne pogorszenie zużycia paszy na 1kg przyrostu masy ciała. Suplementacja diet indyczych fitazą powodowała poprawienie wyników odchowu, przy wyższych dawkach (500 i 1000 FTU/kg) nawet do poziomu uzyskiwanego przez ptaki z grupy kontrolnej pozytywnej. W przypadku wydajności rzeźnej odnotowano podobne tendencje, choć różnice w obrębie tej cechy nie były istotne. Żywienie ptaków doświadczalnych mieszankami paszowymi o obniżonej zawartości fosforu negatywnie wpływało na mineralizację kości. Dodatek fitazy eliminował ten negatywny wpływ i także w tym przypadku obserwowawano zależność efektu od dawki zastosowanego enzymu. Wyniki strawności jelitowej suchej masy, fosforu i wapnia wykazują również zależność od dawki fitazy. Przy wzroście z 125 do 1000 FTU/kg paszy ilość przyswojonego fosforu wzrosła z 0,25 do 0,72g/kg mieszanki paszowej. Wyniki doświadczenia sugerują, że w przypadku suplementacji fitazą w ilości FTU/kg możliwe jest obniżenie poziomu fosforu o 1,5 do 2,0g/kg paszy w kolejnych fazach żywienia indyków. (Kozłowski i in., 2010, Vet Med Zoot, 52: 59-66, publikacja 4.3) Celem doświadczenia 4. było określenie wpływu zróżnicowanego poziomu fitazy Escherichia coli dodanej do mieszanek paszowych z dużym udziałem kukurydzy i poekstrakcyjnej śruty sojowej o obniżonej zawartości fosforu, na pozorną strawność jelitową fosforu, wapnia oraz suchej masy u kur nieśnych. W badaniach stwierdzono, że enzym dodany do paszy (125 FTU do 500 FTU/kg) istotnie poprawiał strawność fosforu w porównaniu do grupy kontrolnej negatywnej, a obserwowany efekt był zależny od dawki fitazy. Najwyższy zastosowany poziom dodatku fitazy (500 FTU/kg) poprawiał strawność fosforu (o 45%) nawet bardziej niż w grupie ptaków żywionych paszami o zalecanym poziomie fosforu bez dodatku tego enzymu (o 42%). Wynika z tego, że dodatek fitazy w ilości 500 FTU/kg paszy zastępuje około 0,6 g nieorganicznego fosforu (na 1kg paszy) w dietach z dużym udziałem kukurydzy i AUTOREFERAT Strona 19

20 poekstrakcyjnej śruty sojowej. Dodatek fitazy do pasz dla kur nieśnych nie miał wpływu na pozorną strawność jelitową suchej masy i wapnia. (Kozłowski i Jeroch, 2011, Arch Geflügelkd, 75(1): 36 39, publikacja 4.4) Celem doświadczenia 5. było określenie wpływu różnych poziomów fitazy Escherichia coli dodanej do pasz sojowo-kukurydzianych na metaboliczność energii i pozorną strawność jelitową fosforu, wapnia oraz białka surowego u kur niosek. Nie stwierdzono istotnego wpływu zastosowanej fitazy na przyswajalność składników pokarmowych. Pomimo, że współczynniki przyswajalności wapnia, fosforu i białka surowego przyswajalności były najniższe u kur żywionych paszami o obniżonej zawartości fosforu, nie stwierdzono istotnych różnic pomiędzy tą grupa ptaków i ptakami, których diety uzupełniane były badaną fitazą. Pozorna strawność jelitowa wybranych składników pokarmowych była najniższa u kur żywionych paszami o niższym, niż zalecany, poziomie fosforu przyswajalnego Różnice statystyczne istotne uzyskano jednak tylko w przypadku białka surowego. Wyniki pozornej strawności jelitowej fosforu wskazują na zależność od dawki fitazy dodanej do paszy o obniżonym poziomie fosforu. Na podstawie uzyskanych wyników można stwierdzić, że badana fitaza w dietach sojowo-kukurydzianych pozytywnie wpływa na przyswajalność i strawność jelitową P, Ca i białka surowego, poprawiając wykorzystanie analizowanych składników pokarmowych; redukując ich ilość wydalaną z kałomoczem, dzięki czemu umożliwia zmniejszenie ilości fosforu nieorganicznego dodawanego do pasz dla kur nieśnych. (Kozłowski i Jeroch, 2011, Vet Med Zoot, 52: 25-29, publikacja 4.5) Celem doświadczenia 6. na kurach nioskach było określenie wpływu różnych dawek fitazy Escherichia coli stosowanych w dietach kukurydziano-sojowych, zawierających około 50% zalecanych ilości fosforu przyswajalnego na produkcyjność kur nieśnych oraz jakość jaj. Podobnie jak w poprzednich doświadczeniach stwierdziliśmy, że zawartość fosforu przyswajalnego w paszach dla kur była na poziomie suboptymalnym i powodowała istotne pogorszenie ich produkcyjności oraz ocenianych cech jakościowych jaj w porównaniu do niosek, żywionych paszami o zalecanym poziomie fosforu przyswajalnego. Dodatek fitazy do paszy o obniżonej zawartości P przyswajalnego pozytywnie wpłynął na wyniki odchowu kur podczas całego okresu nieśności, powodując istotne zwiększenie przyrostów masy ciała i poprawiając produkcyjność (liczbę zniesionych jaj, całkowitą masę AUTOREFERAT Strona 20

21 jaj oraz zużycie paszy na 1kg jaj). Zastosowanie fitazy w paszach dla kur nieśnych poprawiał także cechy jakości jaj barwę żółtka jaja (istotnie pod koniec okresu nieśności) oraz grubość skorupy (istotnie w 12. tygodniu nieśności). Wyniki niniejszej pracy wskazują, że zastosowanie fitazy Escherichia coli w paszach dla kur nieśnych poprawia wykorzystanie fosforu z komponentów paszowych. Możliwe jest więc zmniejszenie ilości fosforu przyswajalnego dodawanego do paszy bez pogarszania produkcyjności ptaków. Jego ilość w dietach dla niosek może być obniżona o 1,2g/kg paszy, jeśli stosujemy w nich badaną fitazę w ilości FTU. (Kozłowski i Jeroch, 2011, J Anim Feed Sci, 20: , publikacja 4.6) 5.3. Podsumowanie Doświadczenia na kurczętach brojlerach, młodych indykach rzeźnych oraz kurach nieśnych, a więc gatunkach i grupach produkcyjnych, które dominują w polskim drobiarstwie, zgodnie potwierdzają, że badana nowa bakteryjna 6-fitaza (wyprodukowana w wyniku wprowadzenia do genomu drożdży Pichia pastoris genu odpowiedzialnego za produkcję fitazy, pobranego od bakterii Escherichia coli) jest bardzo efektywnym dodatkiem paszowym. Enzym ten rozkłada fityny w układzie pokarmowym ptaka, dzięki czemu uwalnia z tych struktur przede wszystkim fosfor i wapń. Wykorzystując fosfor fitynowy zawarty w komponentach paszowych można znacznie ograniczyć uzupełnianie mieszanek paszowych fosforem nieorganicznym. Obniża to koszty żywienia ptaków, a także pozwala znacznie zmniejszyć ilość fosforu wydalanego przez ptaki z kałomoczem, co niewątpliwie jest aspektem proekologicznym. Ponadto, nasze doświadczenia dowiodły, że dotychczasowy system bilansowania fosforu w paszach dla drobiu na podstawie fosforu przyswajalnego posiada pewne słabe strony i prowadzi do podawania ilości przekraczających zapotrzebowanie. Z tego powodu niezbędny jest system oceny, który w sposób dokładny będzie określał ilość fosforu do wykorzystania z poszczególnych komponentów paszowych, dodawanych do pasz dla drobiu z fitazą i bez jej dodatku. Pozorna strawność jelitowa może być podstawą takiego systemu. Olsztyn, r. dr inż. Krzysztof Kozłowski AUTOREFERAT Strona 21

22 Załącznik AUTOREFERAT Strona 22

23 AUTOREFERAT Strona 23

24 AUTOREFERAT Strona 24

25 AUTOREFERAT Strona 25

26 AUTOREFERAT Strona 26