精准营养在实验动物饲料配方中的应用
李慧贤
(北京科澳协力饲料有限公司，北京 100107)
实验动物饲料是科研工作者利用动物实验进行科学研究的重要工具之一，各种营养元素代谢、缺乏、过量以及中毒都和实验动物质量有着重要的关系[1]。为了保证动物实验数据准确性好、重复性好、精确度高，需要对实验动物进行精准化饲养，以每个物种或品系，乃至个体的年龄、体况、生长环境等方面不同为基础，科学分析它们对营养物质的需要，在日粮中提供最佳的营养物质成分及配比至关重要。本文主要概述精准营养在实验动物饲料配方中的应用。
近些年，精准营养的概念频繁出现在畜牧领域，旨在通过个性化定制精准饲料配方来降低饲料成本，提高整个养殖业的经济效益。具体是指动物处于正常的生理代谢前提下，通过改变日粮组成，充分挖掘饲料中潜在营养成分，使其被动物吸收利用最大化，从而降低养分流失，节约饲养成本，减轻养殖的环境污染问题[2]。优质饲料的评判标准是能否提高家畜的增重率，提升肉的品质和口感，缩短出栏时间等[1]。与之不同的是，实验动物并不要求动物生长快速以及获取经济效益，良好的敏感性、准确性、重复性以及高度标准化才是其追求的最终目标。虽然精准营养的概念在实验动物领域中还不常见，随着实验动物饲料向规模化、专业化、科学化方向发展，实验动物饲料的生产企业也开始向精准营养靠近，特别是在饲料配方设计方面不断深入，挖掘不同实验动物的营养需求差异，衍生出如转基因动物饲料、高度免疫缺陷动物饲料等一系列具有特殊指向性的饲料产品。
2.1 饲料原料营养成分的精确评定
实验动物饲料是依照配方将不同饲料原料组合在一起的混合物，原料的质量直接决定饲料的质量(3)。常见的饲料原料有玉米、豆粕、小麦、面粉、麸皮、鱼粉、肉骨粉、鸡肉粉等。不同的饲料原料具有不同的营养价值，精确评估这些原料的营养价值才能精准定制饲料配方。随着营养学的发展，除了常规分析汇总的水分、粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、粗灰分、钙、磷等指标外，增加了氨基酸、矿物质、维生素、真菌、霉菌及其他有毒有害物质的测定分析，从而对原料的营养价值精确取值。通常，常规原料取值可以参考《中国饲料成分及营养价值表》(2019年第30版)，该版本是在1990年第1版到2017年第28版的基础上，结合国家农业科学数据中心，动物营养国家重点实验室自主研究课题，参考Feedstuff 2019版饲料成分表、NRC(2012)发布的《猪营养需要》、法国饲料数据库、德固赛AMINODat5.0等数据基础上修订的，除继续完善了饲料成分与营养价值数据外，对部分发布过的生物学效价数据再次进行了补充与完善[4]。通过查阅最新的饲料原料营养价值表，确定所选原料各养分含量,在此基础上还应考虑到由于品种、产地、品质、级别等不同导致同一原料的营养成分也往往不同的事实。因此，在设计配方时应尽量选择条件相近的作参考，例如小麦，不同产地、品种小麦营养成分变化较大, 粗蛋白质为10.5%～14.5%, 淀粉为55%～65%, 禽代谢能约 2.75～3.15 MCal/kg。棉粕因产地、品种、加工不同, 其营养价值相差也很大, 粗蛋白质含量为38%～48%, 赖氨酸为1.34%～2.46%, 若不了解产品的营养价值,产品质量就会出现较大波动(5)。在没有把握选用现有数据时，原料营养值应以实测值为准。除此之外，饲料原料的营养价值不仅仅取决于原料的营养组成，而且还取决于这些营养成分在动物体内的可利用率。同种原料对不同品种动物营养价值不一样，不同生产阶段的动物对同种原料利用率也不一样。另外，制粒、膨化等生产工艺也会影响饲料的营养价值。因此精准营养需要精准评定饲料原料的营养潜能。
2.2 精准定位动物营养需求量
实验动物的营养需要是指为满足动物维持正常生长和繁殖所需的各种基本养分，即其对蛋白质、糖类、脂肪、矿物质、维生素等营养素的日平均需求量。实验动物的营养需求是根据消化代谢特点进行综合研究的结果，实验动物因性别、年龄、生理状况不同需求量也不同。通常，在实验动物生产中常根据动物的品种、年龄及生理状态将其营养需要分为生长、繁殖和维持3种，并在此基础上考虑饲料营养配比。大鼠和小鼠是医学实验和教学中常用的实验动物，具有性成熟早、产仔多、繁殖快、体型小、便于管理等特点。大鼠和小鼠的品系较多，如KM、ICR、BALB/c等品系，饲料中18%粗蛋白，4%粗脂肪则能满足其繁殖需求，而NOD/SCID小鼠因其自身生理特点，饲料中蛋白质要在大于23%时才能获得满意的繁殖效果。另外，大鼠对维生素A较为敏感，应注意补充维生素A。无菌小鼠为适应无菌环境，其生物学特性发生了巨大变化。因为不能发酵食物中的多糖，盲肠变得膨大；
为摄取更多的营养物质，其肠壁更薄，绒毛更长；
无菌小鼠的免疫系统因缺乏微生物抗原刺激处于低发育水平；
同时，无菌动物的基础代谢率更高、不易累积脂肪；
其应激反应、行为学特征等均有异于常规动物。正常小鼠肠道菌群能够合成身体新陈代谢所需的B族维生素和维生素K，一般不会发生缺乏，而无菌小鼠肠道内没有细菌，普通小鼠饲料里B族维生素和维生素K的含量满足不了无菌小鼠正常的生长繁殖需要，加之无菌小鼠饲料经高剂量辐照灭菌之后，部分营养成分损失严重。所以依据其生物学特性及生活环境提示无菌小鼠的营养需求异于普通小鼠[6]。早期研究还发现[7]，无菌小鼠体内胆汁酸含量少，胆固醇转化利用率低，这将直接影响参与脂肪酶分解运输的Ca2+和Mg2+的吸收，无菌小鼠很可能会增加Ca2+和Mg2+吸收满足体内需求的目的。另有研究表明，无菌小鼠因对食物的消化吸收利用率低，采食量要高于普通动物[8]。豚鼠属于草食性动物，胃壁比较薄，盲肠发达，对粗纤维的消化能力强，纤维不足，豚鼠会出现排粪障碍和脱毛现象。豚鼠不能自身合成维生素C，对维生素C缺乏特别敏感，豚鼠维生素C缺乏症最初反映是采食量减少和体质量下降,随后出现贫血症和大面积出血[9]。兔也属于草食性动物，对粗纤维的含量要求较高，粗纤维含量应该大于12%，对钙有较高的耐受性。兔饲料中应该补充精氨酸和赖氨酸，精氨酸是第一限制性氨基酸[1]。犬饲料要注意全价营养，喂量以体质量而定，饲料中动物性蛋白应该占全部蛋白质食物的1/3。日粮中应该含有一定量的不饱和脂肪酸，对维生素A的需求量比较大。猴饲料日粮能量的50%以上来自碳水化合物，体内不能合成维生素C，需日粮额外提供，且要充分考虑适口性。就目前研究而言，对实验动物营养需求的研究还较少。
2.3 精准饲料配方设计
一个好的饲料配方需要满足营养全面、充足、平衡且能充分发挥动物的生产潜力。养分不足不能满足动物生理需求，养分过多，可能会造成资源浪费，或者妨碍其他养分的吸收利用，甚至还可能引起动物中毒。因此，饲料配方中各养分之间，如能量与蛋白质、钙和磷、各种氨基酸、维生素、矿物质等，应当保持一定的比例。氨基酸比例不当，不但会降低利用率，没有被利用的氨基酸还要消耗额外的能量进行降解、转移、排泄，使得能量的利用效率降低；
如果蛋白质刚好满足需要而能量过高时，多余的能量会转化为体内的脂肪，可能会引起动物脂肪肝等问题；
当钙和磷比例不当时会互相阻碍其吸收利用。因此，在设计实验动物饲料配方时，除满足GB14 924.3-2010营养水平要求外，还应保证各养分间比例适当。另外，在配方设计过程中，还应考虑生产工艺对配方营养素组成的影响，如制粒、膨化等环节对蛋白质、氨基酸、维生素等营养水平的影响，以及辐照或高压灭菌对维生素水平的影响等。有研究发现[10]实验犬粮经过膨化后，脂肪损失 6%，组氨酸、赖氨酸、蛋氨酸分别损失 8%、6%、2%，维生素E、维生素B2、烟酸、胆碱、维生素B6损失率分别为 29%、65%、46%、1%、81%。北京科澳协力饲料有限公司就高压和辐照灭菌对大鼠和小鼠繁殖饲料维生素水平的影响进行了研究，结果显示相比辐照来讲，高压后饲料产品的维生素损失较大，尤其是B族维生素，像叶酸、VB6、VB12等损失高达50%以上。所以，只有综合考虑各种可能影响动物饲料质量的因素，才能设计出真正适合实验动物的饲料。
对实验动物饲料来讲，精准营养虽然能使实验动物受益，但在实际应用中却存在很多阻碍。首先，目前国内外对实验动物的营养需求研究还很少，如大鼠和小鼠在营养需求上有哪些区别，模型动物之间的营养需求是否一样，种群中较弱的个体对哪种营养素要求更高等，目前仍旧处于空白阶段。其次，配制符合精准营养的平衡饲料有所难度，受地域和原料成本等因素的影响，各种饲料原料的营养价值不尽相同，同一种原料有不同形式，如玉米有东北玉米、河北玉米、美国玉米等；
类别又分为普通玉米、爆裂玉米、甜糯玉米等，截至2011年，农业部统计出玉米品种共有26种。小麦品种丰富，包括春小麦、冬小麦等，也可分为白皮小麦、红皮小麦，或分为硬质小麦、软质小麦；
菜籽粕有普通菜籽粕和低毒菜籽粕之分[11]。测定各种饲料原料的营养价值是一项枯燥而繁琐的工作，且每批次饲料原料的品质也难以保持一致[12]。因此，要真正做到实验动物的精准营养，还有很长的路要走。
精准营养技术将使实验动物保持在最佳状态，对生命科学研究和生物技术发展具有重要保障作用。尽管精准营养技术在实际生产过程中的实施有一定难度，但是随着对实验动物研究的深入，精准营养一定能更好的服务于实验动物科学的发展。
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