精準營養(yǎng)在實驗動物飼料配方中的應(yīng)用

李慧賢

(北京科澳協(xié)力飼料有限公司，北京 100107)

實驗動物飼料是科研工作者利用動物實驗進行科學(xué)研究的重要工具之一，各種營養(yǎng)元素代謝、缺乏、過量以及中毒都和實驗動物質(zhì)量有著重要的關(guān)系[1]。為了保證動物實驗數(shù)據(jù)準確性好、重復(fù)性好、精確度高，需要對實驗動物進行精準化飼養(yǎng)，以每個物種或品系，乃至個體的年齡、體況、生長環(huán)境等方面不同為基礎(chǔ)，科學(xué)分析它們對營養(yǎng)物質(zhì)的需要，在日糧中提供最佳的營養(yǎng)物質(zhì)成分及配比至關(guān)重要。本文主要概述精準營養(yǎng)在實驗動物飼料配方中的應(yīng)用。

1 精準營養(yǎng)技術(shù)及現(xiàn)狀

近些年，精準營養(yǎng)的概念頻繁出現(xiàn)在畜牧領(lǐng)域，旨在通過個性化定制精準飼料配方來降低飼料成本，提高整個養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟效益。具體是指動物處于正常的生理代謝前提下，通過改變?nèi)占Z組成，充分挖掘飼料中潛在營養(yǎng)成分，使其被動物吸收利用最大化，從而降低養(yǎng)分流失，節(jié)約飼養(yǎng)成本，減輕養(yǎng)殖的環(huán)境污染問題[2]。優(yōu)質(zhì)飼料的評判標準是能否提高家畜的增重率，提升肉的品質(zhì)和口感，縮短出欄時間等[1]。與之不同的是，實驗動物并不要求動物生長快速以及獲取經(jīng)濟效益，良好的敏感性、準確性、重復(fù)性以及高度標準化才是其追求的最終目標。雖然精準營養(yǎng)的概念在實驗動物領(lǐng)域中還不常見，隨著實驗動物飼料向規(guī)?；?、專業(yè)化、科學(xué)化方向發(fā)展，實驗動物飼料的生產(chǎn)企業(yè)也開始向精準營養(yǎng)靠近，特別是在飼料配方設(shè)計方面不斷深入，挖掘不同實驗動物的營養(yǎng)需求差異，衍生出如轉(zhuǎn)基因動物飼料、高度免疫缺陷動物飼料等一系列具有特殊指向性的飼料產(chǎn)品。

2 精準營養(yǎng)在實驗動物飼料配方中的應(yīng)用原則

2.1 飼料原料營養(yǎng)成分的精確評定

實驗動物飼料是依照配方將不同飼料原料組合在一起的混合物，原料的質(zhì)量直接決定飼料的質(zhì)量(3)。常見的飼料原料有玉米、豆粕、小麥、面粉、麩皮、魚粉、肉骨粉、雞肉粉等。不同的飼料原料具有不同的營養(yǎng)價值，精確評估這些原料的營養(yǎng)價值才能精準定制飼料配方。隨著營養(yǎng)學(xué)的發(fā)展，除了常規(guī)分析匯總的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分、鈣、磷等指標外，增加了氨基酸、礦物質(zhì)、維生素、真菌、霉菌及其他有毒有害物質(zhì)的測定分析，從而對原料的營養(yǎng)價值精確取值。通常，常規(guī)原料取值可以參考《中國飼料成分及營養(yǎng)價值表》(2019年第30版)，該版本是在1990年第1版到2017年第28版的基礎(chǔ)上，結(jié)合國家農(nóng)業(yè)科學(xué)數(shù)據(jù)中心，動物營養(yǎng)國家重點實驗室自主研究課題，參考Feedstuff 2019版飼料成分表、NRC(2012)發(fā)布的《豬營養(yǎng)需要》、法國飼料數(shù)據(jù)庫、德固賽AMINODat5.0等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上修訂的，除繼續(xù)完善了飼料成分與營養(yǎng)價值數(shù)據(jù)外，對部分發(fā)布過的生物學(xué)效價數(shù)據(jù)再次進行了補充與完善[4]。通過查閱最新的飼料原料營養(yǎng)價值表，確定所選原料各養(yǎng)分含量,在此基礎(chǔ)上還應(yīng)考慮到由于品種、產(chǎn)地、品質(zhì)、級別等不同導(dǎo)致同一原料的營養(yǎng)成分也往往不同的事實。因此，在設(shè)計配方時應(yīng)盡量選擇條件相近的作參考，例如小麥，不同產(chǎn)地、品種小麥營養(yǎng)成分變化較大, 粗蛋白質(zhì)為10.5%～14.5%, 淀粉為55%～65%, 禽代謝能約 2.75～3.15 MCal/kg。棉粕因產(chǎn)地、品種、加工不同, 其營養(yǎng)價值相差也很大, 粗蛋白質(zhì)含量為38%～48%, 賴氨酸為1.34%～2.46%, 若不了解產(chǎn)品的營養(yǎng)價值,產(chǎn)品質(zhì)量就會出現(xiàn)較大波動(5)。在沒有把握選用現(xiàn)有數(shù)據(jù)時，原料營養(yǎng)值應(yīng)以實測值為準。除此之外，飼料原料的營養(yǎng)價值不僅僅取決于原料的營養(yǎng)組成，而且還取決于這些營養(yǎng)成分在動物體內(nèi)的可利用率。同種原料對不同品種動物營養(yǎng)價值不一樣，不同生產(chǎn)階段的動物對同種原料利用率也不一樣。另外，制粒、膨化等生產(chǎn)工藝也會影響飼料的營養(yǎng)價值。因此精準營養(yǎng)需要精準評定飼料原料的營養(yǎng)潛能。

2.2 精準定位動物營養(yǎng)需求量

實驗動物的營養(yǎng)需要是指為滿足動物維持正常生長和繁殖所需的各種基本養(yǎng)分，即其對蛋白質(zhì)、糖類、脂肪、礦物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)素的日平均需求量。實驗動物的營養(yǎng)需求是根據(jù)消化代謝特點進行綜合研究的結(jié)果，實驗動物因性別、年齡、生理狀況不同需求量也不同。通常，在實驗動物生產(chǎn)中常根據(jù)動物的品種、年齡及生理狀態(tài)將其營養(yǎng)需要分為生長、繁殖和維持3種，并在此基礎(chǔ)上考慮飼料營養(yǎng)配比。大鼠和小鼠是醫(yī)學(xué)實驗和教學(xué)中常用的實驗動物，具有性成熟早、產(chǎn)仔多、繁殖快、體型小、便于管理等特點。大鼠和小鼠的品系較多，如KM、ICR、BALB/c等品系，飼料中18%粗蛋白，4%粗脂肪則能滿足其繁殖需求，而NOD/SCID小鼠因其自身生理特點，飼料中蛋白質(zhì)要在大于23%時才能獲得滿意的繁殖效果。另外，大鼠對維生素A較為敏感，應(yīng)注意補充維生素A。無菌小鼠為適應(yīng)無菌環(huán)境，其生物學(xué)特性發(fā)生了巨大變化。因為不能發(fā)酵食物中的多糖，盲腸變得膨大；為攝取更多的營養(yǎng)物質(zhì)，其腸壁更薄，絨毛更長；無菌小鼠的免疫系統(tǒng)因缺乏微生物抗原刺激處于低發(fā)育水平；同時，無菌動物的基礎(chǔ)代謝率更高、不易累積脂肪；其應(yīng)激反應(yīng)、行為學(xué)特征等均有異于常規(guī)動物。正常小鼠腸道菌群能夠合成身體新陳代謝所需的B族維生素和維生素K，一般不會發(fā)生缺乏，而無菌小鼠腸道內(nèi)沒有細菌，普通小鼠飼料里B族維生素和維生素K的含量滿足不了無菌小鼠正常的生長繁殖需要，加之無菌小鼠飼料經(jīng)高劑量輻照滅菌之后，部分營養(yǎng)成分損失嚴重。所以依據(jù)其生物學(xué)特性及生活環(huán)境提示無菌小鼠的營養(yǎng)需求異于普通小鼠[6]。早期研究還發(fā)現(xiàn)[7]，無菌小鼠體內(nèi)膽汁酸含量少，膽固醇轉(zhuǎn)化利用率低，這將直接影響參與脂肪酶分解運輸?shù)腃a2+和Mg2+的吸收，無菌小鼠很可能會增加Ca2+和Mg2+吸收滿足體內(nèi)需求的目的。另有研究表明，無菌小鼠因?qū)κ澄锏南绽寐实?，采食量要高于普通動物[8]。豚鼠屬于草食性動物，胃壁比較薄，盲腸發(fā)達，對粗纖維的消化能力強，纖維不足，豚鼠會出現(xiàn)排糞障礙和脫毛現(xiàn)象。豚鼠不能自身合成維生素C，對維生素C缺乏特別敏感，豚鼠維生素C缺乏癥最初反映是采食量減少和體質(zhì)量下降,隨后出現(xiàn)貧血癥和大面積出血[9]。兔也屬于草食性動物，對粗纖維的含量要求較高，粗纖維含量應(yīng)該大于12%，對鈣有較高的耐受性。兔飼料中應(yīng)該補充精氨酸和賴氨酸，精氨酸是第一限制性氨基酸[1]。犬飼料要注意全價營養(yǎng)，喂量以體質(zhì)量而定，飼料中動物性蛋白應(yīng)該占全部蛋白質(zhì)食物的1/3。日糧中應(yīng)該含有一定量的不飽和脂肪酸，對維生素A的需求量比較大。猴飼料日糧能量的50%以上來自碳水化合物，體內(nèi)不能合成維生素C，需日糧額外提供，且要充分考慮適口性。就目前研究而言，對實驗動物營養(yǎng)需求的研究還較少。

2.3 精準飼料配方設(shè)計

一個好的飼料配方需要滿足營養(yǎng)全面、充足、平衡且能充分發(fā)揮動物的生產(chǎn)潛力。養(yǎng)分不足不能滿足動物生理需求，養(yǎng)分過多，可能會造成資源浪費，或者妨礙其他養(yǎng)分的吸收利用，甚至還可能引起動物中毒。因此，飼料配方中各養(yǎng)分之間，如能量與蛋白質(zhì)、鈣和磷、各種氨基酸、維生素、礦物質(zhì)等，應(yīng)當(dāng)保持一定的比例。氨基酸比例不當(dāng)，不但會降低利用率，沒有被利用的氨基酸還要消耗額外的能量進行降解、轉(zhuǎn)移、排泄，使得能量的利用效率降低；如果蛋白質(zhì)剛好滿足需要而能量過高時，多余的能量會轉(zhuǎn)化為體內(nèi)的脂肪，可能會引起動物脂肪肝等問題；當(dāng)鈣和磷比例不當(dāng)時會互相阻礙其吸收利用。因此，在設(shè)計實驗動物飼料配方時，除滿足GB14 924.3-2010營養(yǎng)水平要求外，還應(yīng)保證各養(yǎng)分間比例適當(dāng)。另外，在配方設(shè)計過程中，還應(yīng)考慮生產(chǎn)工藝對配方營養(yǎng)素組成的影響，如制粒、膨化等環(huán)節(jié)對蛋白質(zhì)、氨基酸、維生素等營養(yǎng)水平的影響，以及輻照或高壓滅菌對維生素水平的影響等。有研究發(fā)現(xiàn)[10]實驗犬糧經(jīng)過膨化后，脂肪損失 6%，組氨酸、賴氨酸、蛋氨酸分別損失 8%、6%、2%，維生素E、維生素B2、煙酸、膽堿、維生素B6損失率分別為 29%、65%、46%、1%、81%。北京科澳協(xié)力飼料有限公司就高壓和輻照滅菌對大鼠和小鼠繁殖飼料維生素水平的影響進行了研究，結(jié)果顯示相比輻照來講，高壓后飼料產(chǎn)品的維生素損失較大，尤其是B族維生素，像葉酸、VB6、VB12等損失高達50%以上。所以，只有綜合考慮各種可能影響動物飼料質(zhì)量的因素，才能設(shè)計出真正適合實驗動物的飼料。

3 精準營養(yǎng)在實驗動物飼料配方中的應(yīng)用阻礙

對實驗動物飼料來講，精準營養(yǎng)雖然能使實驗動物受益，但在實際應(yīng)用中卻存在很多阻礙。首先，目前國內(nèi)外對實驗動物的營養(yǎng)需求研究還很少，如大鼠和小鼠在營養(yǎng)需求上有哪些區(qū)別，模型動物之間的營養(yǎng)需求是否一樣，種群中較弱的個體對哪種營養(yǎng)素要求更高等，目前仍舊處于空白階段。其次，配制符合精準營養(yǎng)的平衡飼料有所難度，受地域和原料成本等因素的影響，各種飼料原料的營養(yǎng)價值不盡相同，同一種原料有不同形式，如玉米有東北玉米、河北玉米、美國玉米等；類別又分為普通玉米、爆裂玉米、甜糯玉米等，截至2011年，農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計出玉米品種共有26種。小麥品種豐富，包括春小麥、冬小麥等，也可分為白皮小麥、紅皮小麥，或分為硬質(zhì)小麥、軟質(zhì)小麥；菜籽粕有普通菜籽粕和低毒菜籽粕之分[11]。測定各種飼料原料的營養(yǎng)價值是一項枯燥而繁瑣的工作，且每批次飼料原料的品質(zhì)也難以保持一致[12]。因此，要真正做到實驗動物的精準營養(yǎng)，還有很長的路要走。

4 結(jié)論

精準營養(yǎng)技術(shù)將使實驗動物保持在最佳狀態(tài)，對生命科學(xué)研究和生物技術(shù)發(fā)展具有重要保障作用。盡管精準營養(yǎng)技術(shù)在實際生產(chǎn)過程中的實施有一定難度，但是隨著對實驗動物研究的深入，精準營養(yǎng)一定能更好的服務(wù)于實驗動物科學(xué)的發(fā)展。