Методы определения скорости потребления и усвояемости пищи
Вопросы питания, обмена веществ и участия почвенных беспозвоночных в круговороте веществ входят в широкий круг проблем, связанных с изучением вторичной продуктивности наземных экосистем.
В настоящее время разработана международная система наиболее важных понятий, используемых в исследованиях вторичной продукции, и приняты их унифицированные обозначения (Petrusewicz, 1967). Ниже приводятся некоторые символы, применяющиеся при исследовании вопросов питания животных:С (consumption) — количество пиши, потребляемое животным;
A (assimilation) — усвоенная часть пищи;
FU (rej'ecta) — неусвоенная часть рациона;
Ex (excreta) — конечные продукты обмена;
7? (respiration) — дыхание или трата на обмен;
Р (production) — прирост массы тела.
Эти величины находятся в следующем соотношении: C—A + FU,
A = R + P.
118
Г. Г. Винберг (1962, 1964) предложил формулу для определения коэффициента усвоения пищи, которая при использовании этих международных обозначений выглядит следующим образом:
где І/Л— безразмерный коэффициент, показывающий отношение количества усвоенной пищи к общему количеству потребленной пищи. Данная формула позволяет легко определить усвояемость животными разных видов растительных остатков.
У большинства крупных почвенных сапрофагов экскременты в основном состоят из непереваренных растительных остатков и минеральных частиц. Продукты конечного обмена занимают такую незначительную часть массы экскрементов, что ею можно пренебречь. Поэтому для многих групп беспозвоночных возможно определение' усвояемости пищи весовым методом, когда сравнивается масса потребляемого и выбрасываемого при дефекации растительного материала (Стриганова, 1969). Это относится прежде всего к тем беспозвоночным, которые питаются растительными тканями, сохраняющими свою структуру, т.
е. к первичным разрушителям. Для таких животных, как дождевые черви, обитающих в глубоких горизонтах почвы и питающихся частицами органического материала, диспергированного в минеральной массе почвы, этот метод неприменйм. Весовым методом нельзя также определить усвояемость пищи у таких животных, которые выбрасывают жидкие экскременты, например, у проволочников.Скорость потребления и усвояемость пищи определяются в краткосрочных экспериментах длительностью 1—3 суток. Беспозвоночных высаживают поодиночке в небольшие сосуды с точно взвешенным количеством растительных остатков. По окончании опыта определяют вес оставшегося растительного материала и вес экскрементов. Как правило, эти опыты проводят в чашках Петри. Размер их определяется величиной животного и количеством растительных остатков, необходимых для опыта. В чашку Петри следует помещать такой объем растительного материала, которого должно не только с избытком хватить для питания животных в течение опыта, но также для укрытия животного и для поддержания необходимой влажности воздуха в чашке. Например, в опытах с кивсяками Sarmatiulus kessleri весом 300—400 мг при суточном потреблении опада животным 20— 40 мг нужно помещать в опытный сосуд не менее 200—300 мг листвы (воздушно-сухой вес). Если животное в течение опыта съедает более 50% растительного материала в сосуде, ошибка результата опыта может превышать допустимый предел, и опыт следует повторить. Выбор размера чашки Петри должен определяться тем, чтобы растительный материал, необходимый для опыта, заполнял большую часть емкости сосуда и был несколько
119
прижат крышкой. Это создает, во-первых, высокую влажность воздуха, а, во-вторых, имитирует естественные условия нижнего спрессованного влажного слоя подстилки.
В краткосрочных опытах по определению активности питания в чашки Петри закладывают лишь растительный материал без минерального грунта. Растительные остатки перед экспериментом тщательно очищаются. Опад высушивают до постоянного веса, очищают его кисточкой от минеральных частиц, детрита и растительного мусора и взвешивают.
Затем замачивают его в воде в течение часа, чтобы растительные ткани пропитались водой, а избыток влаги убирают фильтровальной бумагой. В увлажненный таким образом опад помещают животных. При работе с корнями растений или разлагающейся влажной древесиной нужно использовать материал естественной влажности. Древесину очищают скальпелем, а корни можно слегка отмыть сверху от почвенных Частичек. Перед опытом взвешивают сырой очищенный материал, а его постоянный вес определяют при высушивании идентичных образцов.Длительность опытов по определению активности питания зависит от суточного ритма питания животных и времени прохождения пищи через жишечник, которые определяются в предварительных наблюдениях. Установлено, что для диплопод, мокриц, дождевых червей и личинок двукрылых достаточна продолжительность опыта 24 часа.
Если опыт длится одни сутки при комнатной температуре, растительный материал не требует дополнительного увлажнения. При более длительных опытах нужно сбрызгивать растительный материал сверху и при этом следить, чтобы на дне сосуда не скапливалась капельная влага. Определения активности питания обычно проводятся при постоянной температуру 20—21°. Это — верхняя гранцца оптимальной температурной зоны, в пределах которой у сапрофагов активность питания достигает максимума. Суточные колебания температуры могут повлиять на скорость потребления пищи. Поэтому опытные чашки Петри рекомендуется помещать в термостат.
Для получения достоверных данных определения необходимо проводить в 15—20 повторностях. У животных разного возраста и разного веса скорость потребления пищи и ее усвояемость значительно отличаются в пределах одного и того же вида, что необходимо учитывать как в экспериментальных исследованиях, так и при оценке активности питания отдельных видов.
После окончания опыта остатки растительного материала и экскременты высушивают до постоянного веса. Соотношение веса растительных тканей до и после опыта и 'веса экскрементов позволяет рассчитать скорость потребления и усвояемость пищи по приведенной выше формуле.
Количество потребленной и усвоенной пищи выражают не только в весовых, но и в энергетических единицах—калориях. 120
Для определения калорийности органического вещества существует ряд методов, из которых наиболее точным является метод прямой калориметрии. Измерения проводятся в приборе, называемом калориметрическрй бомбой. Методика работы с бомбой подробно излагается в инструкциях к прибору. Наиболее распространены калориметрические бомбы типов СКБ-52, Вертело, «Крекер». При соблюдении всех условий работы с бомбой точность определений теплоты сгорания биологического материала порядка ±1%.
Определения скорости потребления и усвояемости растительных остатков проводятся также с помощью радиоизотопного метода. В лаборатории животных кормят меченым опадом или детритом. При изучении пищевой активности почвенных беспозвоночных наиболее часто используются кальций-45, стронций-90 и углерод-14. Выбор изотопа для проведения эксперимента должен определяться тем, чтобы период его полураспада был длительнее, чем продолжительность опыта, чтобы он не был токсичен для животного, а также возможностью измерения его излучения в лабораторных условиях.
Для мечения растительных остатков применяются такие способы, как погружение в раствор изотопа, инъекция меченого раствора в центральные жилки листа, выращивание растений в растворе изотопа или его атмосфере (С14). Погружение в раствор изотопа используется чаще для мелко раздробленных растительных остатков — грубого гумуса и др. Для листьев этот способ непригоден, так как изотоп распределяется лишь по поверхности листовой пластинки и притом неравномерно. Для мечения листьев рекомендуется ставить ветки с листвой в раствор изотопа на 8—10 дней. За это время изотоп поступает в ткани листьев в достаточной для количественных измерений концентрации.
После мечения растительные остатки высушивают в термостате при 105° и затем измеряют концентрацию изотопа в исходном материале. После этого меченые растительные остатки помещают в пластиковые контейнеры, пускают Туда определенное количество животных и через некоторое время измеряют содержание радионуклида в экскрементах и телах животных. В зависимости от задач исследования продолжительность таких опытов от 1 до 20 дней. Весь материал перед определением высушивают до 105°. Измерение концентрации радионуклида проводят стандартными радиометрическими или радиохимическими методами. Коэффициент ассимиляции определяют по следующим формулам:
dA(t)/dt = I — kA(t),>
где Л(/)—количество усвоенного материала (мг/экз.); t — продолжительность опыта (в сутках); I — скорость потребления растительного материала (мг/экз./сутки); k — коэффициент вы-
121
ведения радионуклида (в сутки) (Kowal, 1969).
где I — коэффициент накопления радионуклида; k — биологический коэффициент выведения радионуклида (в сутки); Q