Features of development of visceral organs in embryos of egg cross chickens ‘Lohmann Brown’ under red and green monochromatic LED lighting

Full Text

Введение

Свет как абиотический фактор играет важную роль в росте и развитии живых организмов [1, 2]. У многих птиц свет является необходимым для эмбрионального развития и выступает в качестве фактора окружающей среды, влияющего на скорость эмбрионального роста, выводимость и раннее вылупление [3, 4]. Влияние световой стимуляции проявляется в раннем формировании фоторецепторов сетчатки глаз, активности супрахиазматического ядра гипоталамуса и шишковидной железы, которые являются основными компонентами циркадной системы птиц [1]. Искусственная инкубация лишает эмбриона полного объема естественной световой стимуляции. Поэтому использование световой стимуляции во время инкубации является одним из способов восполнить дефицит естественного освещения.

В настоящее время использование ламп накаливания во время инкубации стало менее распространенным, в то время как светодиодные лампы (LED) приобрели большую популярность благодаря наличию монохроматических вариантов, долговечности, экономичности и высокой энергоэффективности. Светодиодные лампы производят гораздо меньше тепла и снижают негативные эффекты на температурно-влажностный режим инкубации по сравнению с лампами накаливания и люминесцентными лампами [5]. Спектр и интенсивность монохроматического света оказывают влияние на показатели роста и фотопериодическую реакцию у домашних птиц [6]. Доказано, что светодиодная световая стимуляция во время инкубации повышает выводимость домашних птиц, улучшает качество птенцов и снижает их восприимчивость к стрессу в постнатальном онтогенезе [7]. Однако до сих пор не ясно, как влияет монохроматический свет разного спектра на развитие висцеральных органов эмбрионов кур яичного кросса «Ломанн Браун».

Цель исследования —  изучение влияния красного и зеленого монохроматического светодиодного освещения яиц в условиях искусственной инкубации на развитие висцеральных органов эмбрионов кур яичного кросса «Ломанн Браун».

Материалы и методы исследования

Дизайн эксперимента. Работа выполнена на эмбрионах кур яичного кросса «Ломанн Браун» из птицефабрики ОАО «Волжанин» (п. Ермаково) Ярославской области Рыбинского района. Инкубацию яиц с первого дня проводили в инкубаторе ИЛБ-0,5 (Волгасельмаш, Россия) при стабильном режиме с температурой воздуха 37,6±0,1 °C и относительной влажностью воздуха 55,0 %. Инкубатор был оснащен красными и зелеными светодиодными неонами (Elektrostandard LS 001 220V RGB 12W 80LED 5050 IP67 50м a045405, Россия-Китай). В экспериментальных группах (красный и зеленый свет) световая стимуляция осуществлялась непрерывно с 1 по 20-й день инкубации. В контрольной группе яйца инкубировали в темноте без световой стимуляции.

Методы исследования. Предварительно перед инкубацией оплодотворенные яйца взвешивали, отбирали по массе методом пар-аналогов и закладывали в инкубаторы. В ходе эксперимента было подвергнуто вскрытию 225 яиц. Вскрытие яиц (n = 9…10) проводили ежедневно с 14 по 20-е сутки инкубации с соблюдением этических норм при работе с живыми биологическими объектами. Массу висцеральных органов (сердце, мышечный желудок, печень) эмбрионов определяли по общепринятой методике на аналитических весах САРТОГОСМ ЛВ 210-А (ООО «Сартогосм», Россия).

Для расчета удельной скорости роста массы органов куриных эмбрионов в период с 14 по 20-е сутки инкубации применяли формулу Шмальгаузена — Б роди [8]:

             C_l = (lgL_n —  lgL_o)/0,4343(t_n – t₀),                            (1)

где C_l — у дельная скорость роста; L_n — м асса органа, г, в конечный момент времени t_n; L_о — м асса органа, г, в начальный момент времени t₀; 0,4343 — м одуль перехода от натуральных логарифмов к десятичным.

Статистический анализ. Статистическую оценку данных проводили в программе Statistica 10.0 (Statsoft Inc, USA, 2010). Для сравнения изучаемых показателей использовали параметрический дисперсионный анализ One-way Anova с апостериорным анализом Newman-Keuls, Duncan test и Fisher LSD test при уровне значимости р < 0,05.

Результаты исследований и обсуждение

Результаты собственных исследований показали, что красное или зеленое светодиодное освещение по-разному влияло на развитие висцеральных органов у куриных эмбрионов. В сравнении с контролем (в темноте) при красной и зеленой светодиодной стимуляциях куриные эмбрионы преобладали в массе сердца на протяжении всего исследуемого отрезка эмбриогенеза (табл. 1; р = 0,000^#, Newman-Keuls test). Мышечный желудок и печень куриных эмбрионов интенсивнее развивались при красном освещении на 18-е (р = 0,001^#, Newman-Keuls test; р = 0,032^#, Duncan test, соответственно) и 20-е сутки (р=0,000^#, Newman-Keuls test; р=0,000^#, Duncan test, соответственно), в сравнении с контролем, а при зеленом освещении аналогичное воздействие на мышечный желудок отмечалось на 19-е (р = 0,030^#, Duncan test) и 20-е сутки (р = 0,000^#, Duncan test), на печень —  на 20-е сутки (р = 0,000^#, Duncan test). Сравнительный апостериорный анализ двух световых воздействий показал, что при красном освещении достоверное увеличение массы сердца куриных эмбрионов наблюдалось на 18-е (табл. 1, р = 0,008^●, Newman-Keuls test) и 19-е сутки (табл. 1, р = 0,006^●, Newman-Keuls test), по сравнению с зеленым освещением, а мышечного желудка —  на 18-е сутки (табл. 1, р = 0,007^●, NewmanKeuls test).

Таблица 1 Характеристики абсолютных величин весовых размеров висцеральных органов куриных эмбрионов в контроле (темнота)  при красном и зеленом световом воздействии

Сутки развития	В контроле (темнота)			При красном светодиодном освещении			При зеленом светодиодном освещении
	МС, г	ММЖ, г	МП, г	МС, г	ММЖ, г	МП, г	МС, г	ММЖ, г	МП, г
14	0,089 ± 0,002	0,226 ± 0,005	0,207 ± 0,016	0,096 ± 0,002#	0,270 ± 0,002	0,223 ± 0,005	0,103 ± 0,001#	0,285 ± 0,009	0,232 ± 0,005
15	0,113 ± 0,001*	0,404 ± 0,018*	0,251 ± 0,006	0,124 ± 0,004*, #	0,425 ± 0,010*	0,261 ± 0,006	0,125 ± 0,002 *, #	0,454 ± 0,010*	0,296 ± 0,008*
16	0,137 ± 0,002*	0,579 ± 0,007*	0,366 ± 0,029*	0,141 ± 0,001#	0,486 ± 0,010*	0,351 ± 0,008*	0,148 ± 0,004*, #	0,642 ± 0,007*, ●	0,379 ± 0,012*
17	0,154 ± 0,009*	0,775 ± 0,013*	0,453 ± 0,023*	0,192 ± 0,009*, #	0,809 ± 0,007*	0,470 ± 0,007*	0,182 ± 0,004*, #	0,813 ± 0,008*	0,465 ± 0,008*
18	0,172 ± 0,006*	1,037 ± 0,016*	0,468 ± 0,016	0,225 ± 0,009*, #, ●	1,232 ± 0,032*, #, ●	0,535 ± 0,006*, #	0,191 ± 0,007	1,049 ± 0,025	0,507 ± 0,008*
19	0,186 ± 0,003*	1,302 ± 0,022*	0,556 ± 0,006*	0,234 ± 0,011*, #, ●	1,390 ± 0,064*	0,543 ± 0,019	0,200 ± 0,004#	1,437 ± 0,065*, #	0,586 ± 0,015*
20	0,192 ± 0,004	1,405 ± 0,015*	0,564 ± 0,009	0,261 ± 0,009*, #	1,754 ± 0,048*, #	0,680 ± 0,016*, #	0,263 ± 0,008*, #	1,664 ± 0,057*, #	0,678 ± 0,022*, #

Примечание: МС —  масса сердца; ММЖ —  масса желудка; МП —  масса печени; * —  статистически значимое отличие по отношению к предыдущим суткам развития; ^# — с татистически значимое отличие по отношению к контролю; ^● —  статистически значимое отличие между красным и зеленым светодиодном освещением.

Table 1 Characteristics of absolute values of weight dimensions of visceral organs of chicken embryos in the control (darkness), with red and green light exposure

Development day	Control (darkness)			Red LED lighting			Green LED lighting
	HM, g	MSM, g	LM, g	HM, g	MSM, g	LM, g	HM, g	MSM, g	LM, g
14	0.089 ± 0.002	0.226 ± 0.005	0.207 ± 0.016	0.096 ± 0.002#	0.270 ± 0.002	0.223 ± 0.005	0.103 ± 0.001#	0.285 ± 0.009	0.232 ± 0.005
15	0.113 ± 0.001*	0.404 ± 0.018*	0.251 ± 0.006	0.124 ± 0.004*. #	0.425 ± 0.010*	0.261 ± 0.006	0.125 ± 0.002*. #	0.454 ± 0.010*	0.296 ± 0.008*
16	0.137 ± 0.002*	0.579 ± 0.007*	0.366 ± 0.029*	0.141 ± 0.001#	0.486 ± 0.010*	0.351 ± 0.008*	0.148 ± 0.004*. #	0.642 ± 0.007*. ●	0.379 ± 0.012*
17	0.154 ± 0.009*	0.775 ± 0.013*	0.453 ± 0.023*	0.192 ± 0.009*. #	0.809 ± 0.007*	0.470 ± 0.007*	0.182 ± 0.004*. #	0.813 ± 0.008*	0.465 ± 0.008*
18	0.172 ± 0.006*	1.037 ± 0.016*	0.468 ± 0.016	0.225 ± 0.009*. #. ●	1.232 ± 0.032*. #. ●	0.535 ± 0.006*. #	0.191 ± 0.007	1.049 ± 0.025	0.507 ± 0.008*
19	0.186 ± 0.003*	1.302 ± 0.022 *	0.556 ± 0.006 *	0.234 ± 0.011*. #. ●	1.390 ± 0.064*	0.543 ± 0.019	0.200 ± 0.004#	1.437 ± 0.065*. #	0.586 ± 0.015*
20	0.192 ± 0.004	1.405 ± 0.015*	0.564 ± 0.009	0.261 ± 0.009*. #	1.754 ± 0.048*. #	0.680 ± 0.016*. #	0.263 ± 0.008*. #	1.664 ± 0.057*. #	0.678 ± 0.022*. #

Note: heart mass (HM), muscular stomach mass (MSM), liver mass (LM); * is a statistically significant difference in relation to the previous days of development; # is a statistically significant difference in relation to the control;  ● is a statistically significant difference between red and green LED lighting.

Одно из объяснений полученных нами результатов можно связать с выработкой гормонов соматотропной оси (гормона роста (GH), инсулиноподобного фактора роста-I (IGF-I) и пролактина), которые находятся в прямой связи с процессами роста и метаболизма в эмбриогенезе курицы. Существуют доказательства того, что воздействие светодиодного света стимулирует выработку гормонов соматотропной оси, которые играют решающую роль в качестве модуляторов формирования тканей, органов и напрямую влияют на их рост в эмбриогенезе курицы [9–11]. Ориентируясь на эти данные, можно полагать, что механизмы, опосредующие возможные стимулирующие эффекты разного светодиодного света на развитие висцеральных органов куриных эмбрионов, связаны с изменениями в функциональной активности соматотропной оси в разные сутки эмбриогенеза. В пользу рассмотренных выше суждений следует подчеркнуть, что в литературе встречается неоднозначная информация о влиянии разного светодиодного освещения на развитие эмбрионов у разных кроссов кур в зависимости от их продуктивности. Так, в исследованиях зарубежных авторов показан стимуляционный положительный эффект монохроматического зеленого освещения во время инкубации по сравнению с красным, синим и в темноте, проявляющийся на поздних стадиях эмбриогенеза выраженным развитием куриных эмбрионов мясного кросса Arbor Acres и ростом их скелетных мышц за счет усиления пролиферации и дифференцировки сателлитных клеток [12, 13]. Однако красное монохроматическое освещение является более эффективным для развития эмбрионов породы White Leghorn, поскольку повышает выводимость и качество молодняка по сравнению с белым освещением [14]. Позднее исследование этого автора показало, что для развития эмбрионов мясного кросса Cobb 500 эффективным послужило красное и белое монохроматическое освещение по сравнению с зеленым освещением, поскольку повышало выводимость, качество молодняка и усиливало восприимчивость цыплят к стрессу в постнатальном онтогенезе [7]. Вышеуказанные литературные данные приводят нас к размышлению о необходимости дальнейших исследований для выяснения вопроса, насколько тесно связана селекция сельскохозяйственных птиц с пролиферацией и дифференцировкой клеток органов, регуляцией гормонов (GH и IGF-I) и развитием куриного эмбриона при воздействии светодиодного освещения разного цветового спектра. Результаты собственных исследований, проведенных нами ранее, показали, что красное и зеленое светодиодное освещение оказывало стимулирующее влияние на эмбриональное развитие кур кросса «Ломанн Браун», сопровождающееся повышением массы тела, а также уровня метаболизма в сравнении с контролем (темнота) [15]. Причем, красное светодиодное освещение во время инкубации является более эффективным, поскольку повышало массу тела куриных эмбрионов и ускоряло процессы энергетического обмена к периоду вылупления (20-е сутки) по сравнению с зеленым освещением [15].

Другое объяснение разного воздействия красного и зеленого светодиодного освещения на рост висцеральных органов куриных эмбрионов связано с эмбриогенезом шишковидной железы. По данным Hassanzadeh с соавторами [16] до образования шишковидной железы свет влияет на митоз нервного гребня. После образования шишковидной железы свет действует на развитие куриного эмбриона и его органов, главным образом, путем модуляции синтеза мелатонина. Монохроматический светодиодный свет способствует выработке мелатонина, который влияет на секрецию гормонов соматотропной оси (GH и IGF-I) и оказывает комплексное воздействие на регуляцию роста куриных эмбрионов и его органов [4, 7, 10, 14]. Также в научной литературе имеются отдельные сообщения, указывающие на то, что секреция мелатонина пинеальной железы куриных эмбрионов зависит от цветового спектра монохроматического света [17]. Авторами определена максимальная секреция мелатонина пинеальной железы у 20-дневных эмбрионов кросса Ross 308, развитие которых проходило при красном и белом светодиодном освещении, а наименьшая —  у эмбрионов, развивающихся при синем освещении [17]. Последнее исследование указывает на то, что при воздействии зеленого светодиодного света на соматотропную ось критический период развития куриных эмбрионов Cobb 500 наступает на заключительных стадиях эмбрионального развития, после 18-х суток, когда биосинтез мелатонина резко возрастает [11]. Согласно данным гистологических исследований, при прерывистом зеленом светодиодном освещении увеличивается площадь фолликул, толщина стенок и площадь просвета шишковидной железы куриных эмбрионов породы White Leghorn на 10-е и 12-е сутки, а на 18-е сутки —  только толщина стенки органа [18].

Нами установлен факт, что к периоду вылупления на 20-е сутки не выявлено различий в развитии висцеральных органов куриных эмбрионов кросса «Ломанн Браун» в зависимости от красного и зеленого светового спектра (см. табл. 1; сердце: р = 0,866, Newman-Keuls test; мышечный желудок: р = 0,183, Newman-Keuls test; печень: р = 0,919, Duncan test). Полученные данные находят свое подтверждение в нескольких работах по влиянию светодиодной стимуляции разного светового спектра на развитие органов куриных эмбрионов [4, 19]. В [19] на эмбрионах кросса Arbor Acres не обнаружено различий в массе сердца, печени и глазного яблока во время последних суток развития в условиях непрерывного зеленого и белого светодиодного освещения. Аналогичные результаты были сообщены позднее в [4], где сравнивали массу тела, головного мозга эмбрионов кросса Ross 308 при непрерывистом освещении разного цветового спектра (красный, синий, зеленый).

Собственные данные указывают на то, что в раннем онтогенезе кур кросса «Ломанн Браун» отмечается несколько критических этапов (фаз), выпадающих на различные сутки развития и характеризующие особенности ритмичности процессов роста висцеральных органов в эмбриогенезе кур при светодиодной стимуляции красного и зеленого спектра (рис., А —  С). У куриных эмбрионов при красном освещении наибольшая скорость роста сердца выявлена на 17-е (рис., А, красный свет: р = 0,028*, Duncan test), а при зеленом —  20-е сутки (рис., А, зеленый свет: сутки (р = 0,028*, Duncan test), мышечного желудка — н а 17, 20-е сутки (рис., Б, красный свет: р = 0,000*, Newman-Keuls test), печени —  на 16-е (рис., С, красный свет: р = 0,040*, Duncan test) и 17-е сутки (рис., С, зеленый свет: р = 0,034*, Duncan test).

Известно, что световая стимуляция повышает уровень метаболизма [15], и именно его мы видим причиной интенсивного роста массы висцеральных органов у куриных эмбрионов, которые развивались при красном и зеленом светодиодном освещениях, в отличие от эмбрионов, инкубируемых в темноте. Следствием этого являются сдвиги критических периодов развития в скорости роста массы висцеральных органов (см. рис., А —  С) при обоих видах освещения на более поздние дни эмбрионального развития и сокращение продолжительности последнего. Вылупление куриных эмбрионов кросса «Ломанн Браун», подвергающихся красному и зеленому световому воздействию, происходило на 20-е сутки инкубации — на сутки раньше, чем в контрольных условиях (темнота).

Заключение

На основании проведенного исследования можно заключить, что дополнительное непрерывное монохроматическое светодиодное освещение разного цветового спектра является более эффективным, поскольку ускоряет развитие висцеральных органов зародышей курицы во время искусственной инкубации. Красное и зеленое светодиодное освещение может использоваться в практике инкубации яиц сельскохозяйственной птицы яичной продуктивности и при изучении синергетического воздействия светодиодного освещения и переменных температур инкубации на эмбриональное развитие кур разного направления продуктивности.

Изменения удельной скорости роста C_l массы висцеральных органов куриных эмбрионов в контроле (темнота) при красном и зеленом светодиодном освещении: А —  C_l массы сердца; Б —  C_l массы мышечного желудка; С —  C_l массы печени; ↑ — п одъем скорости роста (критические сутки); ↓ —  депрессия скорости роста; * —  статистически значимое отличие по отношению к предыдущим суткам развития; ^# —  статистически значимое отличие по отношению к контролю; ● —  статистически значимое отличие между красным и зеленым светодиодном освещением

Change in the specific growth rate C_l of the mass of visceral organs of chicken embryos in the control (darkness), under red and green LED lighting: A —  C_l of the mass of the heart; B —  C_l of the mass of the muscular stomach;  C —  C_l of the mass of the liver; ↑ —  increase in growth rate (critical day); ↓ —  depression of growth rate; * —  statistically significant difference in relation to the previous days of development; ^# —  statistically significant difference in relation to control; ● —  statistically significant difference between red and green LED lighting

About the authors

Marina I. Chelnokova

Velikie Luki State Agricultural Academy

Email: marinachelnokova@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-9353-767X

Candidate of Biological Sciences, Head of the Veterinary Department, Faculty of Animal Husbandry Technology and Agroecology

2 Lenin ave., Velikiye Luki, Pskov region, 182112, Russian Federation

Andrey A. Chelnokov

Velikie Luki State Agricultural Academy

Author for correspondence.
Email: and-chelnokov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-0502-5752

Doctor of Biological Sciences, Professor of the Department of Animal Husbandry and Processing Technology, Faculty of Animal Husbandry Technology and Agroecology

2 Lenin ave., Velikiye Luki, Pskov region, 182112, Russian Federation

References

Supplementary files