動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)是現(xiàn)代育種和飼料工業(yè)的主要科學(xué)支撐。動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)主要研究：一是動物對特定吸收物質(zhì)的數(shù)量和平衡的生理需求，二是天然植物和動物產(chǎn)品或合成物質(zhì)提供全部或部分營養(yǎng)物質(zhì)的能力。
中國工程院院刊《Engineering》出版的“動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)”專題研究認(rèn)為，目前，動物營養(yǎng)研究進(jìn)入了一個新階段，現(xiàn)代動物營養(yǎng)學(xué)和飼料科學(xué)的研究已不再停留在研究動物營養(yǎng)需求方面，而是日益關(guān)注人類食品安全和環(huán)境保護(hù)，致力于可持續(xù)的動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)研究。
一、引言
動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)學(xué)科可簡單地分為以下兩類：
（1）研究動物對特定吸收物質(zhì)的數(shù)量和平衡的生理需求（即營養(yǎng)需求）；
（2）天然植物和動物產(chǎn)品或合成物質(zhì)提供全部或部分營養(yǎng)物質(zhì)的能力（即飼料組成和營養(yǎng)成分利用率）。
為了平衡飼料供應(yīng)以滿足動物的需求，營養(yǎng)學(xué)家為所涉及的物種建立了一套系統(tǒng)的飼喂標(biāo)準(zhǔn)或指南。在過去的一個世紀(jì)里，已經(jīng)制定了許多畜禽、役用動物、寵物和其他圈養(yǎng)動物的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)。
這些領(lǐng)域的研究可能涉及未知的某個物種的需求量、某種不了解的潛在飼料原料，或者為滿足動物需求提供平衡飼料而強(qiáng)加的額外約束或限制的一系列環(huán)境條件。
在充分了解動物營養(yǎng)和飼料科學(xué)之后，這個領(lǐng)域的研究重點可能是：
（1）飼料生產(chǎn)和加工中的關(guān)鍵控制問題；
（2）監(jiān)測相關(guān)過程的方法；
（3）相關(guān)加工、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施的創(chuàng)新。
這些研究重點可為動物健康、動物管理、動物福利以及適當(dāng)生產(chǎn)力的持續(xù)改善提供支持。
二、營養(yǎng)需求
關(guān)于營養(yǎng)需求，動物可以利用一系列的化學(xué)物質(zhì)（如碳水化合物和脂肪）提供能量來滿足機(jī)體生理過程需求，從而使動物存活、健康和多產(chǎn)。作為機(jī)體組織成分的組成部分，其他物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、某些脂質(zhì)和某些礦物質(zhì)）不僅用于生長和生產(chǎn)，如肉、蛋或牛奶，而且在基本水平上，涉及機(jī)體成分的退化和替換的自然維持過程。這種組織“周轉(zhuǎn)”（turnover）是所有生物的一個顯著特征。還有其他的營養(yǎng)物質(zhì)（如礦物質(zhì)和維生素這些獨特的有機(jī)分子）是常規(guī)用量小且非常特殊的物質(zhì)，而且不能在體內(nèi)合成，它們可作為大量生化反應(yīng)的關(guān)鍵因子，可參與能量提供或機(jī)體組織成分構(gòu)建過程。通常情況下這些相互關(guān)聯(lián)的生化反應(yīng)或代謝途徑在各種動物體內(nèi)都是一樣的。然而，將物種與特定食物來源聯(lián)系起來的進(jìn)化策略反映在特定物種所需要的飼料成分或營養(yǎng)物質(zhì)的性質(zhì)和相對數(shù)量上存在一些差異。
動物的需求取決于品種、年齡和發(fā)育階段，以及產(chǎn)品的性質(zhì)（如蛋、胎兒的生長和發(fā)育、牛奶或肉的生長）。研究為大多數(shù)畜禽提供了計算這些需求的指導(dǎo)方針，這些研究主要基于動物的體重、形成所需產(chǎn)品的特殊要求，以及用于該類產(chǎn)品的營養(yǎng)素的效率。
三、飼料科學(xué)
通常用作飼料的大多數(shù)植物或動物的化學(xué)組成都可以在飼料原料成分表中找到，飼料原料成分表是聯(lián)系飼料原料與動物營養(yǎng)需要量的一個橋梁。直接分析飼料原料可以更好地預(yù)估飼料的價值。
當(dāng)一種新的物質(zhì)或工業(yè)副產(chǎn)品作為潛在的動物飼料或人類食物來源引起人們的注意時，首先要進(jìn)行化學(xué)分析。接著，在分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行飼養(yǎng)試驗，將新材料加入到配方中，以觀察動物的反應(yīng)。然而，對于已知和未知飼用價值的飼料原料，化學(xué)成分本身并不能確定化學(xué)成分或其消化產(chǎn)物被吸收的程度。這就需要更多的方法去評定，這些方法可能依賴于飼料原料組分的物理屬性和化學(xué)結(jié)構(gòu)知識。在某些案例中，已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)、物理或生物試驗方法，來說明營養(yǎng)物質(zhì)在何種程度上可供動物食用。這一領(lǐng)域的新方法正在穩(wěn)步發(fā)展，以便使給定的飼料原料能夠滿足動物的要求。本專題中俞培強(qiáng)和Prates的文章《飼料的分子結(jié)構(gòu)與動物營養(yǎng)物質(zhì)利用率和有效性的關(guān)系——一種新方法》就是嘗試來解釋這個問題的。
潛在的可用飼料原料也可能含有有害（甚至有毒）的成分。纖維作為飼料中難以消化的成分，可稀釋營養(yǎng)成分和限制采食量。在某種程度上，腸道健康的顯著獲益與低纖維含量有關(guān)。本專題中Agyekum和Nyachoti的文章《高纖維日糧對豬營養(yǎng)和代謝的影響綜述》是研究飼料科學(xué)這個領(lǐng)域典型的文章。
對于通常食用牧草纖維基礎(chǔ)日糧的動物來說，如反芻動物（綿羊和牛），了解動物的消化生理以及受飲食影響的腸道微生物發(fā)酵過程的參數(shù)性質(zhì)是很重要的。在發(fā)酵過程中，特別是在腸道微生物群降解纖維碳水化合物的過程中，會產(chǎn)生甲烷。甲烷是一種重要的、強(qiáng)烈的和不受歡迎的溫室氣體。添加物質(zhì)來抑制甲烷生產(chǎn)，如果可能的話，推動生產(chǎn)對動物直接有益的發(fā)酵產(chǎn)品，是該領(lǐng)域的另一目標(biāo)。本專題中Morrison等的文章《利用六氟化硫示蹤技術(shù)預(yù)估不同年齡階段的放牧荷斯坦奶牛甲烷排放量》就涉及了這方面。這篇文章還提供了一個例子，說明示蹤方法用于估計代謝終產(chǎn)物的生產(chǎn)速率，有助于評估動物在開放環(huán)境中的消化和代謝過程。
隨著新的潛在飼料的出現(xiàn)，以及非營養(yǎng)物質(zhì)添加到飼料中以提高采食量或飼料轉(zhuǎn)化率，研究將繼續(xù)下去。例如，過去動物飼料中廣泛使用抗生素來改善動物的性能。鑒于全球?qū)股啬退幮约?xì)菌感染引起的人類死亡率和發(fā)病率的日益關(guān)注，此做法不能繼續(xù)下去。因此，可替代抗生素的食欲興奮劑、生長促進(jìn)劑、保健品和中草藥，正在被測試其在陸地和水生動物生產(chǎn)系統(tǒng)的有效性。本專題中蒲紅宇等的文章《中草藥在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用研究進(jìn)展》關(guān)注的就是這個領(lǐng)域的一個方面。另一種視角在本專題中覃思和侯德興的文章《植物化學(xué)物質(zhì)的生物功能及其在家畜中的應(yīng)用研究——以Nrf2 /Keap1系統(tǒng)為目標(biāo)》中有所體現(xiàn)。
某些化學(xué)物質(zhì)，如氨基酸或抗氧化劑的含量升高，可能有直接的代謝效應(yīng)，從而提高動物的性能。本專題中張博等的題為《低蛋白日糧中添加亮氨酸通過雷帕霉素靶蛋白信號通路增加成年大鼠骨骼肌重量及蛋白質(zhì)合成》的研究，就是在動物模型中測試這種可能性，從而用于評估實驗效果和識別可能的機(jī)制。
隨著對環(huán)境健康和飼料轉(zhuǎn)化生長效率目標(biāo)的要求越來越高，海洋和水生動物的飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和飼料轉(zhuǎn)化的發(fā)展受到了極大的關(guān)注。在開放水域環(huán)境中測量動物的變化成為挑戰(zhàn)，但這是改進(jìn)這種動物飼養(yǎng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。需要嚴(yán)格的方法來進(jìn)行必要的實驗測量。一種方法是通過數(shù)學(xué)建模，該數(shù)學(xué)模型基于來自封閉環(huán)境或流動室中測量的試驗動物的代謝終產(chǎn)物和排泄物稀釋率的實驗數(shù)據(jù)。只有這樣，動物營養(yǎng)學(xué)家才能應(yīng)對飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)和實踐的挑戰(zhàn)，提供最佳營養(yǎng)，以滿足水產(chǎn)動物的攝食行為。
四、產(chǎn)品保證的依據(jù)
在國內(nèi)和國際貿(mào)易的最高層次上，市場設(shè)置規(guī)范和要求質(zhì)量保證。這意味著飼料來源、所有添加劑、生產(chǎn)系統(tǒng)和動物產(chǎn)品（不論是否加工）必須對消費者是安全的，必須符合倫理要求。相應(yīng)的，這些要求可追溯以確保在問題的源頭能及時有效地處理違規(guī)。
五、總結(jié)
當(dāng)代動物營養(yǎng)學(xué)和飼料科學(xué)的研究主要涉及以下領(lǐng)域：
（1）完善家畜類型和品種飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫，以及完善已被指南涵蓋但缺乏所需精度的飼料等級；
（2）明確還不具備飼喂標(biāo)準(zhǔn)的動物的需求；
（3）分析可能提供營養(yǎng)來源但還沒有確定價值的飼料原料；
（4）建立并運用更好的方法，對碳水化合物、纖維、蛋白質(zhì)、脂類等飼料中重要營養(yǎng)成分進(jìn)行物理化學(xué)分析，以便與攝入量、消化速度和程度相關(guān)聯(lián)；
（5）建立并應(yīng)用分析方法，來確定飲食中可能對營養(yǎng)物質(zhì)消化或吸收產(chǎn)生不利影響的組分的存在和效力；
（6）研究攝食行為、消化過程和新陳代謝；
（7）發(fā)展飼養(yǎng)系統(tǒng)，確保動物獲得適當(dāng)數(shù)量的飼料，盡可能保持一致或盡可能接近最佳飼料量，同時避免浪費；
（8）探索特殊情況，例如，牧場或草場的牲畜或水生動物的補充飼養(yǎng)，其中一些飼料在動物所處環(huán)境中是天然存在的，但是補充飼料可以提高動物的生產(chǎn)力；
（9）按照市場要求（也稱為“標(biāo)簽上的誠信”），提供有據(jù)可依的產(chǎn)品安全和質(zhì)量保證。
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