动物营养学教案.docx

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动物营养学教案

《动物营养学》教案

主讲教师：

授课专业：

动物科学

动物养殖与疾病防治

讲课学时：

50学时

绪论

目的要求

掌握营养与营养学的概念、动物营养学的目的与任务；了解动物营养在动物生产中的地位和作用；了解动物营养学的发展历程。

第一节营养与动物营养学

一、营养的概念

营养是有机体消化吸收食物并利用食物中的有效成分来维持生命活动、修补体组织、生长和生产的全部过程。

食物中的有效成分能够被有机体用以维持生命或生产产品的一切化学物质，即通常所称的营养物质或营养素、养分。

由此可知，有机体的营养过程就是营养物质在机体内的代谢过程。

营养是生物界的共同现象，也是生物及其与环境相互联系的纽带。

自然界中的生物根据其营养特点不同，可分为自养生物和异养生物二大类。

自养生物和异养生物是生物界物质循环的二大主要生物群落。

它们相互制约、相互依存，并同时对环境产生影响，由此构成复杂的生态系统。

营养是维系这一系统及其平衡的根本机制，没有合理的营养，生态系统就会被破坏。

营养学是研究生物体营养过程的科学。

通过这一过程的研究，可以阐明生命活动的本质，并通过营养调控措施维持生态系统的平衡。

根据研究的对象，营养学分为动物营养学、植物营养学和微生物营养学三大学科。

动物营养学和植物营养学分别是动物生产和植物生产的支柱学科，微生物营养学不但可同时为动物生产和植物生产服务，而且可直接为人类健康和食物生产服务。

营养物质在土壤----植物----动物----人食物链中的流向与转移，不但是农业生产的根本基础，也是农业生产的最终目的。

现代农业的最大特点就是营养物质在食物链中的快速和高效转移与回流。

要体现这一特点，必需研究和掌握动物、植物和微生物营养。

因此，营养学或其三大分支学科是农业生产及其可持续发展的理论基础。

二、动物营养学的目的与任务

动物营养学是研究营养物质摄入与动物生命活动（包括生产）之间关系的科学。

养分是动物生命活动的物质基础。

研究养分的摄入与动物健康和高效生产的定性定量规律，不但可以为动物生产提供理论根据和实践指南，维持动物生产的高效进行，而且有助于揭示动物生命活动的本质、动物与人及环境的互作关系。

因此，动物营养学不但是动物生产的理论基础，也是生命科学和资源环境科学的组成部分。

动物营养学的主要研究内容包括以下几方面。

第一，确定必需营养素及其理化特性；

第二，研究必需营养素在体内的代谢过程及其调节机制；

第三，研究营养摄入与动物健康的关系；

第四，研究动物营养与人及环境之间的互作规律；

第五，制定不同条件下，不同生产目的的动物对各种营养物质的需要量；

第六，研究动物营养学的研究方法。

通过研究，揭示养分利用的定性定量规律，形成饲料资源的高效利用、动物产品的高效生产、人类健康及生态环境的长期维护的动物营养科学指南，使动物生产在土壤-------植物----动物----人食物链中与其他要素协调发展，为维持食物链的高效运转发挥积极作用。

由此可见，动物营养学研究内容深、广，研究目标远、难，任务十分艰巨。

完成这一任务，不但需要长期不懈的努力，更需要多学科理论和技术的融合。

动物营养学至少与30多门自然科学特别是与生命科学有关的学科，以及经济、政治、环境等社会学科有联系。

掌握或了解这些学科的基本知识有助于全面深入理解动物营养学的内涵，推动动物营养学的发展。

有些学科还是动物营养学的理论基础和方法基础。

与动物营养学关系十分密切的学科包括《普通化学》、《动物生物化学》、《动物生理学》、《数学》、《土壤学》、《微生物学》、《生态学》、《畜牧经济学》、《饲料与饲养学》等。

第二节动物营养与动物生产

一、动物生产的特点

动物生产的目的是将粮食及人类不能直接利用的物质转化为人类生存的生活质量提高所必需的食物、衣物、药物、娱乐、劳力、自然环境等产品或方式。

其中，生产食物是动物生产的主要目的。

从生产人类食物的角度看，动物生产的重要特点是物质利用效率低。

表1说明，动物生产的蛋白质转化效率平均只有20%左右，而能量转化率只要15%左右。

表1各种动物将饲料能量、蛋白质转化为人类食物的效率

动物能量转化效率（%）蛋白质转化效率（%）

产蛋鸡1826

肉鸡1123

火鸡922

奶牛1725

肉牛36

肉猪1414

羔羊25

引自Gillespie，1987。

动物生产的另一个特点是动物可以将人类不能直接利用的养分资源（如牧草、各类副产物等）转化为人类食品，从而提高食物生产体系中的养分利用率。

从表2可知，以人类可食部分为基础计算的投入产出效率明显高于总效率。

其中，产奶的能量和蛋白质以及生产牛肉的蛋白质的投入产出效率均超过100%，意味着从事这二类产品的生产不仅不存在与人争食的矛盾，而且会提高人类食品的生产水平和效益。

表２动物生产的投入与产出

　　　　　　能量与蛋白质总量　　　　　　　　人类可食能量与蛋白质

　　　　　能量　　蛋白质　　　　　能量　　蛋白质

　　　投入量　产出率　投入量　产出率　投入量　产出率　投入量　产出率　　

（兆卡）（%）（千克）（%）（兆卡）（%）（千克）（%）

奶牛　1996023.170228.84555101.1111.5181.4

肉牛205605.28235.3186.957.139.9108.8

猪147123.26637.858858.029.086.0

家禽23.215.01.230.011.231.00.4875.0

注：

投入量按可消化能和可消化蛋白质计算，包括种畜（禽）的投入。

引自　Pond，1995

二、动物营养学在动物生产中的作用

动物营养学在动物生产和饲料工业中起着核心作用。

（一）   在动物生产中的作用

动物营养学在动物生产中的作用表现在以下几个方面。

第一，保障动物健康。

第二，提高生产水平。

动物生产的实质是养分的沉积（产肉）或分泌（产奶、产蛋），营养是生产产品的物质基础。

与50年前比较，现代动物的生产水平提高了80-200%。

其中，营养的贡献率占50-70%。

第三，  改善产品质量。

第四，降低生产成本。

动物生产的总成本中，饲料成本占50-80%（表3）。

表1-1-3饲料成本占动物生产总成本的比例（%）

动物饲料成本动物饲料成本

猪65-80蛋鸡55

奶牛50-60肉鸡、火鸡65

肉牛70羔羊育肥50

引自Gillespie，1987

第五，保护生态环境。

（二）       在饲料工业中的作用

饲料工业是以动物营养为基础，以养殖业为服务对象的从事商品饲料生产的工业行业，包括饲料原料工业、饲料添加剂工业、饲料机械工业和饲料加工工业。

动物营养是决定饲料企业产品定位、产品产量与质量、企业生产效率的核心因素。

饲料产品的结构、饲料原料及添加剂的选用与配比、饲料工厂的设计、饲料机械的选用、饲料加工工艺流程设计等均需要以动物营养学为理论基础和行动指南。

第三节动物营养学的发展历程

一、动物营养学的发展历史

现代动物营养学大体经历了三个阶段共200多年时间才形成的。

从18世纪中叶到19世纪中叶的100年时间为第一阶段。

此期的最大成就是法国化学家AntoineLavoisier（1743-1794）创立了燃素学说，奠定了营养学的理论基础。

第一阶段营养学进展很慢。

从19世纪中叶开始，以后的100年为第二阶段。

此阶段的主要成就是认识到了蛋白质、脂肪和碳水化合物三大有机物是动物的必需养分。

大部分研究集中在这三大养分及能量利用率上，并开始积累有关矿物元素的资料。

从20世纪中叶起，动物营养学的发展进入第三个阶段，即现代动物营养学的形成与发展阶段。

从30年代开始，维生素、氨基酸、必需脂肪酸、无机元素、能量代谢、蛋白质代谢、动物营养需要及养分互作关系的研究取得巨大进展。

特别是在30-40年代，分离并阐明了维生素的化学结构以后，微量养分的营养就初步形成了。

40年代开始了对氨基酸的营养研究。

到50年代，对微量元素、维生素、氨基酸这些微量养分的营养功能和需要量进行了大量研究，同时发现了低剂量的抗生素具有促进动物生产和改善饲料利用率的功效。

这些研究成果表明，在天然饲料中加入这些微量的营养性物质（微量元素、维生素和氨基酸）以及非营养性的抗生素，可使动物生产潜力得到最大发挥。

由此诞生了“饲料添加剂”的概念。

到了60年代，维生素、氨基酸、抗生素的人工合成取得成功，养殖业也开始向规模化集约化方式发展，大大促进了动物营养学在生产实际中的应用。

与此同时，饲料工业进入迅速发展时期。

应用已知的动物营养学知识所生产的配合饲料能够促使养殖生产水平和饲粮利用率的大幅度提高，标志着现代动物营养学已经形成。

从60年代至今，现代动物营养学得到了迅速发展。

动物营养学的形成与发展归因于长期以来农牧民养殖经验的总结和近一个世纪以来动物科学及相关学科科学技术的发展。

二、动物营养学的现状

在过去的四五十年间，现代动物营养学取得了巨大成就，主要体现在以下几方面。

第一，        确定了50种必需养分（表4）。

表1-1-4动物可能需要的营养物质

水维生素A钾

能量维生素D硫*

氮*维生素E铁

精氨酸维生素K铜

甘+丝氨酸硫胺素钴*

组氨酸核黄素锰

异亮氨酸烟酸硒

亮氨酸维生素B6碘

赖氨酸泛酸氟

蛋+胱氨酸生物素镍

苯丙+酪氨酸叶酸硅

苏氨酸维生素B12钒

色氨酸钙锡

缬氨酸磷砷

必需脂肪酸镁钼

胆碱钠铬

肌醇氯

注：

肩注*的养分被瘤网胃微生物用作合成如氨基酸、维生素K

和B族维生素等反刍动物所需养分的底物。

引自Pond，etal.1980.

第二，        了解了养分的主要代谢过程，掌握了养分的基本功能，弄清了养分的缺乏症和某些养分的中毒症。

第三，        制定了各类动物对主要养分的营养需要量，掌握了主要养分的利用效率，使动物生产能够在较准确的营养调控下进行。

第四，        建立了一整套动物营养学的研究方法。

第五，        了解了多种因素对营养代谢和需要量的影响。

第六，        认识了饲料添加剂在动物营养中的重要作用。

第七，        研究领域正在由宏观向微观、由群体营养向细胞营养分子营养、由局部向整体、由静态向动态方向发展，分支学科和交叉学科正在形成，如环境营养学、免疫营养学、微生态营养学、分子营养学等。

动物营养学的巨大成就促进了饲料工业的迅速发展和动物生产水平与效益的提高。

动物营养学存在的主要问题有以下几方面。

第一，缺乏动物组织代谢和生长的细胞调节和分子调节过程的基本知识。

第二，缺乏对动物与其消化道微生物生态系统相互关系的了解。

第三，对营养与遗传、营养与健康、营养与环境及动物福利、营养与产品品质等关系的研究十分薄弱。

综合考虑这些因素的相互作用时，动物营养需要的含义及需要量有何变化，目前知之极少。

第四，对动物达到最佳生产性能时的采食量及其调控机制与措施了解不足。

第五，高效迅速地检测饲料中养分和抗营养因子的含量以及评定养分的生物利用率的技术尚不完善。

第六，新饲料资源的开发及利用各类副产物合成动物的必需养分或其前体物的研究十分有限。

第七，缺乏准确、客观评定动物福利要求的理论和技术。

三、动物营养学的发展趋势

现代动物营养学的薄弱领域就是动物营养学未来的研究重点和发展方向。

重要领域包括：

第一，     蛋白质合成与动物生长的细胞调节与分子调节机制。

第二， 消化道微生物生态系统、消化功能和动物营养之间的相互关系。

第三，     动物营养需要的动态模型。

第四， 采食量的调控机制与措施。

第五，     饲料及饲粮养分生物学效价的快速准确评定。

第六， 动物生产目标的改变、动物福利、环境与资源保护、人畜健康、立法等因素将明显影响动物营养需要与饲养方式，成为未来动物营养学的热门研究领域。

第七， 提高生产效率的营养管理综合技术。

第八，   研究手段的更新。

第一章动物与饲料

目的要求

了解动物与植物的相互关系，动植物体的化学组成及其比较，掌握饲料中各种营养物质的基本概念和基本功能。

第一节动物与植物的关系

一、动物代谢特点（在“绪论”部分已讲）

动物：

异养生物

植物：

饲养生物

二、动植物的相互关系

动物人植物

第二节动植物的化学组成

一、元素组成

已知的化学元素中，动植物体有90多种，其中以C、H、O、N含量最多，总占动植物体DM的90%以上，差异大。

二、化合物组成

含C、H、O，H∶O=2∶1主要由六聚糖组成，少数为5，甚至4、3和2聚糖。

（1）单糖

C6H12O6，在植物中形成：

6CO2+6HO2→C6H12O6+6O2

在动物体内反应逆转。

常见单糖有：

葡糖（已糖）：

常见于玉米糖蜜的动物血液中，甜度为蔗糖的3/4。

果糖：

主要存在成熟水果和蜂蜜中，是最甜的糖。

半乳糖：

乳糖水解后产生（同时产生葡糖）。

（2）双糖

化学式C12H22O11，由二分子单糖失水缩合而成。

常见双糖：

蔗糖：

水解产生葡糖和果糖。

麦芽糖：

由淀粉水解产生，甜度为蔗糖的1/4。

乳糖：

主要存在于乳中，甜度为蔗糖的1/6，水解产生半乳糖和葡糖。

（3）多糖：

少于15个单糖单元的多糖叫寡糖。

化学式：

（C6H10O5）n，由数量不等的多个已糖分子缩合而成，动物营养中最重要的多糖有：

淀粉：

植物以淀粉形式贮存能量，是日粮的主要成分，易消化，家畜的主要能源，水解式：

淀粉+H2O→糊精→麦芽糖→葡糖

糖原：

动物淀粉，存在于动物体，在肝中产生，是动物主要的C.H2O贮备形式，水解产生葡糖。

半纤维素：

是一类化性介于糖（淀粉）和纤维素之间的物质，其消化率比淀粉低，但比纤维素高。

广泛存在于粗饲料中。

纤维素：

植物细胞壁的主要成分，在纤维质饲料中含量丰富，消化率低，且可降低其他养分消化率，通过特殊水解过程，可产生葡糖。

木质素：

不是真正的碳水化合物，含C过多，H：

O比也不是2：

1，还有少量N。

在过熟的稻秆、夹壳中含量多，动物不能消化，除作填充剂外，对动物没有营养价值。

2．脂肪

含C、H、O，C、H对O的比例高于C.H2O，由下式形成：

脂肪酸+甘油→脂肪+水

硬脂酸（C18:

0）和软脂酸（16:

0）是二种常见的饱和脂肪酸，油酸（C18:

1）、亚油酸（C18:

2）、亚麻酸（C18:

3）和花生油酸（C20:

4），是常见的不饱和脂肪酸。

3．蛋白质

含C、H、O、N，有时含Fe、P、S。

饲料蛋白质平均含N16%。

由20多种AA组合而成，通式：

RCHCOOH

NH2

R长度和结构随AA不同而变化，AA分子含1个或2个羧基，1-2个NH2，1个AA的COOH与另一个AA的NH2产生肽键，释放1分子水。

由于AA种类不同，不同蛋白质的性质与功能就不同，蛋白质在适量温度、时间、pH和酶作用下可水解产生AA或小肽。

4．矿物质

在已知20种必需化学元素中，C、H、O、N被认为是非矿物元素，其他16种为矿物元素，其中7种为常量元素，9种为微量元素。

常量元素：

CaPKNaSClMg

微量元素：

FeCuMnZnSeICoFMo

5．维生素

有机物、动物需要量少，用于调节代谢过程。

分子中含C、H、O，有些含N及矿物元素。

6．水

由O、H组成，在动物代谢，饲料贮藏及饲料营养价值方面有重要作用。

三、动植物体组成成分的比较

1．元素比较

早在19世纪初就作了此工作，发现二者种类基本相同，数量略有差异（表1-3）。

饲料种类不同，元素含量差异大，而动物差异小。

动物体均以O最多，C、H次之，Ca、P较少。

动物体内含Ca高于植物，动物Na高于植物而K低于植物。

2．化学物组成

动物摄入多种元素后，经代谢形成多种化合物，有三类，一是构成动物机体的成分，如蛋白质、脂肪、碳水化合物、水、矿物质；二是合成或分解产物（一类的代谢产物），如AA、NH3、尿素、甘油等；三是生物活性物质，如酶、H、V、抗体等。

比较这三类物质发现有如下异同。

（1）动植物体均以水分含量为最高，但植物变异大，动物小（表1-4）；

（2）植物体内含CF，而动物完全无CF；

（3）植物的能量贮备为淀粉，且含量高，动物体的为脂肪，C、H2O含量少（<1%），主要是糖原和少量葡糖。

（4）植物体内除真蛋白质外，还有非蛋白质与N物（氨化物），而动物体内主要是真蛋白质及游离AA、激素，无其他氨化物，动物体蛋白质含量高，且蛋白品质优于植物蛋白。

（5）植物体内除真脂肪外，还有脂溶性物质，如脂肪酸、色素、蜡质、磷脂等，动物体主要是真脂肪、脂肪酸和脂溶性V，动物体内脂肪含量高于除油料植物外的植物。

第三节饲料养分

一、饲料

在正常情况下，凡能被动物采食、消化吸收、无毒无害、且能提供营养物质的所有物质均叫饲料。

饲料种类多，营养价值各不相同，如何认识和合理利用饲料资源，提高饲料利用率和动物生产力是《饲料学》的研究内容。

二、养分

凡能被动物用以维持生命、生产产品的物质叫养分。

对养分种类的认识也是随研究手段的进步而深入的。

（一）概略养分

100多年前在德国Weende农业站发明了一套评定饲料营养价值的体系，将饲料养分概略分为六大成分，分别为水分、粗蛋白质、粗纤维、粗脂肪、无N浸出物和粗灰分，将这些养分叫概略养分，这套体系叫概略养分分析体系（系统）。

1．水分或干物质（DM）

初水（游离水、自由水）：

含于细胞间，与细胞结合不紧密，在室温下易挥发。

结合水：

含于细胞内，与细胞内成分紧密结合，难以挥发。

总水：

初水+结合水。

不同分析方法得到不同水分含量，饲料在60-70℃烘干，失去初水，剩余物叫风干物，这种饲料叫风干（半干）饲料，这种状态叫风干基础；在100-105℃烘干，失去结合水，其干物质叫全干（绝干）物质，其状态叫全干基础。

饲料水分含量取决于饲料种类、植物部位。

2．粗蛋白质（CP）

饲料中一切含N物质的总称，包括饲料非蛋白质含N物，如AA、酶、某些V、尿素、氨、无机含N盐。

数值上，CP等于N×6.25。

事实上，不同蛋白质的含N量不全是16%。

饲料蛋白质含量与种类、部位及加工方式有关。

3．粗脂肪（EE）

所有脂溶性物质叫粗脂肪，用乙醚浸提，又叫醚浸出物，包括真脂肪及其他脂溶性物质。

饲料脂肪含量与种类有关。

4．粗纤维（CF）

饲料中的纤维性物质，理论上包括全部纤维素、半纤维素和木质素，而概略分析中的粗纤维是在强制条件下（1.25%碱、1.25%酸、乙醇和高温处理）测出的，其中，部分半纤维素、纤维素和木质素被溶解，测出的CF值低于实际纤维物质含量，同时增加了无N浸出物的误差。

后来提出了多种纤维素含量测定的改进方法，最有影响的是VanSoest分析法，如下（图1-1）。

植物性饲料

中性洗涤剂（3%十二烷基硫酸钠）

中性洗涤可溶物（NX）NDF（半纤维素、纤维素、木质素、硅酸盐）

（细胞壁养分）

酸性洗涤剂（2%十六烷三甲溴化铵）

酸性洗涤可溶物酸性洗涤纤维ADF（纤维素、木质素、硅酸盐）

（半纤维素等）>2%硫酸消化

溶解物（纤维素）残渣1（木质素、硅酸盐）

500℃，2h灰化

逸出物残渣2

（酸性洗涤木质素ADL）（灰分，即硅酸盐）

NDF-ADF=半纤维素

ADF-残渣1=纤维素

残渣1-残渣2=木质素

5．粗灰分

饲料完全燃烧后的残渣，主要是矿物元素及其盐类，有时有少量泥砂。

（二）纯养分

饲料中最基础的、不可再分的营养物质叫纯养分，包括蛋白质中的AA，脂肪中的脂肪酸，C.H2O中的各种糖、各种矿物元素、维生素等，测定纯养分的分析方法叫纯养分分析法，需要用更复杂的方法和设备才能进行纯养分分析。

纯养分分析比概略养分分析更准确，更能反应饲料的营养价值。

三、养分的基本功能

1．作为结构物质；

2．作为能源；

3．作为生理及代谢调节物；

4．形成产品。

四、养分含量的表示方法

1．表示法

（1）以%表示

（2）g/kg或mg/kg，g/t

（3）ppm/ppb

2．不同干物质基础的换算

新鲜基础（原样基础）

绝干基础（全干基础）

风干基础（半干基础），通常含水10-15%。

将某一基础下的养分含量换算成另一基础下的养分含量的，须按养分占干物质的比例不变的原则来计算，如：

某饲料新鲜基础含CP5%，水分75%，求饲料风干基础（含水10%）下含蛋白质多少？

设为x，则

x:

∶90%=5%∶25%

x=（5%×90%）÷25%=18%

饲料中养分在不同基础的含量

养分

新鲜基础

风干基础

全干基础

水分

0-100

一般10

0

DM

100-水分

100-10

100

CP/CF/%…

0-90

0-90

0-100

第二章动物对饲料的消化

目的要求

学习并掌握动物对饲料中各种营养物质的消化方式、消化特点及影响饲料养分消化率的诸因素。

第一节      饲料的消化性

消化吸收

营养物质（大分子）简单可吸收形式组织

一、消化方式

1．物理消化

牙齿和消化道运动，反刍动物的反刍。

2．化学消化

主要是酶消化，见表2-1（p10）

3．微生物消化

反刍动物瘤胃内有大量微生物，主要是厌氧细菌和原生动物，正常饲养条件下，内容物中有1011细菌/ml，106原生物/ml。

细菌有二类，一类是可利用纤维素、淀粉、葡糖等养分的细菌，另一类是可发酵第一类细菌的代谢产物的细菌。

大多数原生动物为纤毛原虫，可吞噬食物和细胞颗粒，并可利用纤维素。

微生物消化中，细菌的作用比原生动物更大。

反刍动物微生物消化非常重要，饲料内70-85%DM和50%的CF在瘤胃内消化，瘤胃微生物的正常消化取决于瘤胃内环境的稳定，包括下列因素。

①食物稳定地进入瘤胃以不断提供微生物的作用底物；

②pH在6-7，通过唾液中的NaHCO3来维持；

③渗透压接近血浆水平，通过内容物与血液的离子交换完成；

④温度调节机制使T在38-42℃。

非反刍食物动物盲肠微生物消化也十分重要，特点类似于瘤胃微生物消化。

二、消化后营养物质的吸收

已消化的营养物质经消化道上皮进入血液或淋巴的过程叫吸收。

吸收部位：

小肠及瘤胃

吸收方式：

被动转运高浓度→低浓度（短链脂肪酸、某些水溶性V和无机元素的吸收）

主动转运低浓度→高浓度（葡糖和AA吸收）

饱饮作用细胞直接吞噬大分子或离子，如幼龄动物吸收免疫球蛋白

三、各类动物的消化特点

1．单胃动物：

胃肠消化和化学消化为主；

2．反刍动物：

瘤胃消化和微生物消化为主。

第二节      动物的消化力与饲料的可消化性

一、消化力与消化性

1．1． 消化力：

动物消化饲料的能力；

2．2． 消化性：

饲料被动物消化的特性。