动物营养学(能量)

动物营养学主讲：徐奇友东北农业大学第七章能值第一节能量来源及能量单位一、能量来源二、能量单位第二节饲料能量在动物体内的转化一、总能二、消化能三、代谢能四、净能第三节动物能量需要的表示体系一、消化能体二、代谢能体系三、净能体系四、能量价值的相对单位体系第四节饲料的能量效率一、饲料能量的利用效率二、影响饲料能量利用率的因素第五节能量水平对动物健康和生产性能的影响一、能量缺乏对动物健康和生产性能的影响二、能量过量对动物健康和生产性能的影响前言能量（Energy）是物质的另一种表现形式。在动物体内物质代谢的过程中，同时伴随能量的代谢和转换。能量的定义是做功的能力，它在自然界中的表现形式有：热、功、电、光、辐射和化学能。储存于饲料营养物质分子化学键中的化学能，是动物可以利用的最主要能量形式。各种形式的能量可以经不同方式相互转化，转化结果是守恒的。第一节能量来源及能量单位能量来源能量单位一、能量来源饲料能量主要来源于碳水化合物、脂肪、蛋白质。能量来源主要是碳水化合物，其在常用植物中含量最高，来源丰富；脂肪有效能值虽高，但含量较少；蛋白质或氨基酸在动物体内不能完全氧化，并且产生过多的氨，对机体有害。二、能量单位过去用各种热量单位表示代谢过程中各种不同形式的能。采用的基本单位是热化学卡（cal），1cal指在标准大气压下1g水从14.5℃升到15.5℃所需要的热量。国际营养科学协会及国际生理科学协会的命名委员会建议用焦耳（Joule，简称J）作为营养、代谢和生理研究中能量单位。1J被定义为1N的力使物体沿力的方向上移动1m的位移所做的功，即：1N·m。换算关系：1cal=4.1840J1kcal=4.1840kJ第二节饲料能量在动物体内的转化动物摄入饲料能量伴随着养分的消化代谢过程，发生一系列转化，如图所示：总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热甲烷能维持净能生产净能净能代谢能一、总能（GE）概念：总能是指饲料在氧弹式测热计中完全燃烧，彻底氧化后以热的形式释放出来的能量。总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热甲烷能维持净能生产净能净能代谢能一、总能（GE）测定：总能是在一种弹式测热器中测定的。一、总能（GE）饲料的总能取决于碳水化合物、脂肪、蛋白质含量。平均能量含量为：碳水化合物17.5kJ/g，蛋白质23.64kJ/g，脂肪39.54kJ/g，其能量含量不同与其分子中C/H比值和O、N含量有关。一、总能（GE）总能只表明饲料经完全燃烧后化学能转变成热能的多少，而不说明被动物利用的有效程度。二、消化能（DE）概念：即饲料的总能减去未被消化以粪形式排出的饲料能量，公式如下：DE=GE－FE总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热甲烷能维持净能生产净能净能代谢能二、消化能（DE）FE即粪能，主要包括：未被消化吸收的饲料养分；消化道微生物及其代谢产物；消化道分泌物和经消化道排泄的产物；消化道粘膜脱落细胞。代谢粪能（FmE）:指粪能中除去未被消化吸收的饲料养分的能量。二、消化能（DE）表观消化能（ADE）和真消化能（TDE）ADE(kJ/kgDM)＝GE(kJ)－FE(kJ)TDE(kJ/kgDM)＝GE(kJ)－(FE－FmE)(kJ)用TDE反映饲料的能值比ADE准确，但测定较难。不同动物、不同饲料的粪能损失，差异很大；饲料通过消化道速度的加快，排粪量相对增加，粪能损失提高。三、代谢能（ME）（一）代谢能的计算公式概念：指食入的饲料总能减去粪能、尿能(UE)及消化道气体能量(Eg)后的剩余能量。总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热甲烷能维持净能生产净能净能代谢能公式表达如下：ＭE=GE－FE－UE－Eg三、代谢能（ME）（一）代谢能的公式计算UE即尿中有机物质所含的总能，包括蛋白质代谢产物尿素、尿酸、肌酐等。Eg指消化道微生物发酵产生的气体，主要为甲烷。非反刍产生的忽略不计，反刍动物的瘤胃微生物发酵产生的气体量大，占饲料总能的3%至10%。三、代谢能（ME）（二）表观代谢能和真代谢能内源尿能(UeE):来自于体内蛋白质动员分解的产物所含的能量。AME和TMEAＭE=GE－FE－UE－EgTME＝GE－(FE－FmE)－(UE－UeE)－EgTME反映饲料的营养价值比AME准确，但测定更麻烦。三、代谢能（ME）（三）氮校正代谢能(MEn)MEn是根据体内氮沉积进行校正的代谢能，主要用于家禽。校正公式：AMEn＝AME－RN×34.39TMEn＝TME－RN×34.39RN为家禽每日沉积的氮量（g），可为正、负和零，计算时将符号带入。34.39为每克尿氮所对应的能量。三、代谢能（ME）（四）影响代谢能的因素影响消化能、尿能和气体能的因素均影响代谢能。尿能的损失较稳定。影响尿能损失的因素：饲料结构，特别是饲料中的蛋白质水平、氨基酸平衡状况及饲料中有害成分。猪代谢能、消化能和粗蛋白质的关系：气体能损失在单胃动物较少，可忽略不计。对于反刍动物，气体能的损失与饲养水平和饲料性质有关。四、净能（NE）（一）计算公式概念：指饲料中用于动物维持生命和生产产品的能量。总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热甲烷能维持净能生产净能净能代谢能四、净能（NE）（一）计算公式即饲料的代谢能扣去饲料在体内的热增耗（HI）剩余的那部分能量。NE=ME－HI=GE－DE－UE－Eg－HIHI即特殊动力作用或食后增热，是指绝食动物在采食饲料后短时间内，体内产热高于绝食代谢产热那部分热能。四、净能（NE）（一）计算公式HI的来源：消化过程产热；营养物质代谢做功产热；与营养物质代谢相关器官肌肉活动产热；肾脏排泄做功；饲料在胃肠道发酵产热(HF)。HI在冷应激中，可用于维持体温；炎热条件下，则可成为动物额外负担，必须将其散失，以防止体温升高，同时需消耗能量。四、净能（NE）（二）维持净能（NEm）和生产净能（NEp）NEm指饲料中用于生命活动和逍遥运动所必需的能量，即机体器官必需的代谢能。NEp指的是饲料中用于合成产品或沉积到产品中的那部分能量，其中也包括用于劳役做功所需的那部分能量。生产净能表现形式包括:增重净能、产奶净能、产毛净能、产蛋净能和使役净能。四、净能（NE）（三）影响净能的因素影响净能的因素包括影响代谢能、热增耗的因素以及环境温度，影响热增耗因素主要有：1、动物因素反刍动物采食后HI比非反刍动物的更大(如表)。不同动物和养分的HI（占ME的百分比）四、净能（NE）（三）影响净能的因素2、饲料组成不同营养素HI不同，蛋白质HI最大，脂肪热增耗最低，碳水化合物居中。饲料中纤维素水平及饲料形状会影响消化过程产热及VFA中乙酸的比例，而影响HI。饲料缺乏某些矿物质或维生素时，热增耗也会增加。四、净能（NE）（三）影响净能的因素3、饲养水平当动物饲养水平提高时，动物用于消化吸收的能量增加。同时体内营养物质的代谢也增强，因而热增耗会增加。第二节饲料能量在动物体内的转化总能粪能消化能尿能热增耗动物总产热发酵热维持净能生产净能净能代谢能甲烷能第三节动物能量需要的表示体系消化能体系代谢能体系净能体系能量价值的相对单位体系一、消化能体系消化能可用来表示大多数动物的能量需要，且相对于代谢能和净能，消化能测定较易。目前，世界各国的猪营养多采用消化能体系。该体系仅考虑粪能损失，未考虑气体、热增耗损失，当用于评定动物尤其是反刍动物对饲料的利用时，与含低粗纤维、易消化饲料相比，过高估计高粗纤维饲料的有效能。二、代谢能体系代谢能体系考虑了尿能和气体能的损失，比消化能体系更准确，目前代谢能体系主要用于家禽。测定较难。三、净能体系该体系考虑了粪能、尿能与气体能损失，以及热增耗损失，比前两者准确。与净能和产品能紧密联系，可根据动物生产需要直接估计饲料用量。该体系是评定动物能量需要和饲料能量价值的趋势。目前反刍动物的能量需要主要用净能体系来表示。净能体系比较复杂，测定难度大，费工费时。四、能量价值的相对单位体系（一）总消化养分（TDN）1910年美国创建，在世界广泛应用，对营养研究影响较大。计算公式：TDN=X1+X2×2.25+X3+X4X1、X2、X3、X4分别表示可消化粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、无氮浸出物含量(%或kg)优点：测算和应用方便，该公式仍具有能量的意义，考虑了部分能量损失。缺点：未考虑气体能的损失，高估动物尤其对反刍动物利用粗饲料的能量价值。四、能量价值的相对单位体系（二）淀粉价体系1924年，德国凯尔纳创建，曾广泛用于饲料营养价值的评定和动物营养需要确定。该体系通过氮碳平衡实验，测得所采食饲料在动物体内沉积的氮、碳数量，再推算出体内沉积的脂肪量。该体系具有能量的意义，属于净能体系，具有科学性，比较直观，使用方便。但评定难度和工作量大，当饲料种类不同，推算误差越大，校正方法繁杂，应用不方便。第四节饲料的能量效率饲料能能利用效率影响饲料能量利用率的因素一、饲料能量利用效率（一）能量总效率概念：指产出产品中所含的能与进食饲料的有效能（消化能或代谢能）之比。即：一、饲料能量利用效率（二）能量净效率概念：指动物在饲喂维持以上能量水平时产出的产品能值与除去用于维持所需要的有效能值之比。计算公式如下：二、影响饲料能量利用率的因素（一）动物种类、性别及年龄动物种类、品种、性别及年龄影响同种饲料或饲粮的能量效率。（如图）二、影响饲料能量利用率的因素（二）生产目的能量用于不同的生产目的，能量效率不同。能量利用率的顺序为：维持＞产奶＞生长、肥育＞妊娠和产毛。二、影响饲料能量利用率的因素（三）饲养水平在适宜的饲养水平范围内，随着饲喂水平的提高，饲料有效能量用于维持部分相对减少，用于生产的净效率增加。二、影响饲料能量利用率的因素（四）饲料成分饲料的种类、来源、品种、喂量、搭配比例、饲喂前的加工调制，以及饲养制度等对饲料能量利用率有不同程度的影响。饲料中营养促进剂等也影响动物对饲料有效能的利用。二、影响饲料能量利用率的因素（五）环境因素在环境因素中，对能量代谢影响最大的是温度。也包括湿度。动物在最适温度区内产热量最低，高于或低于适宜温度区，动物产热量均上升，可见温度过高和过低，都不利于能量的利用。二、影响饲料能量利用率的因素（五）其它影响因素昼夜节律，除了昼夜活动量的大小影响外，昼夜生理节律的变化影响达10%以上。活动量，站立增加热产量20%～30%。采食活动的能量消耗占总热损耗的30%。羽毛，成年鸡的羽毛是一重要的隔热屏障，在正常环境温度范围内，当去掉羽毛后，散热速率至少增加一倍。疾病的影响，如营养性疾患、酶系统的紊乱、寄生虫病等。不同代谢阶段的影响，如消化吸收、发酵损失、养分准备及合成的时间差。第五节能量水平对动物健康和生产性能的影响能量缺乏对动物健康和生产性能的影响能量过多对动物健康和生产性能的影响一、能量缺乏对动物健康和生产性能的影响幼龄生长动物若缺乏能量，生长速率明显减慢，日增重大幅度降低，并可导致初情期延迟；妊娠期缺乏能量，会使所产仔猪体重减轻，体质变弱；泌乳牛缺乏能量，体躯消瘦，泌乳量下降。母鸡能量供应不足，可出现生长减缓和产蛋率降低等。二、能量过量对动物健康和生产性能的影响母牛在高能日粮过量时往往呈现体躯过肥,影响母牛的正常繁殖、母牛的正常泌乳，可导致母牛产后瘫痪，乳房炎的发病率明显增高。妊娠母猪将会导致其体内脂肪大量沉积，体躯呈现过肥而影响正常的繁殖功能。日粮能量水平过高，可引起种公畜性机能衰退。产蛋母鸡常因此而出现肝脂肪浸润，从而使产蛋率大幅度下降。思考题1．试比较表观消化能与真消化能有何异同？2．产生热增耗的原因有哪些？3．影响饲料净能值的因素？4．影响能量利用率的因素？5．画出动物能量代谢模式框图?6．能量的摄食水平不当时会对动物健康和生产性能有什么影响？