Современное состояние и перспективы развития теории питания жвачных животных

Физиологические потребности

В энергетических и пластических субстратах

И нормирование питания молочных коров

С учетом доступности  питательных веществ

 

(справочное руководство)

 

 

ВНИИФБиП с.-х. животных

 

 

Боровск – 2007

 

 

Физиологические потребности в энергетических и пластических субстратах и нормирование питания молочных коров с учетом доступности питательных веществ. Справочное руководство. Боровск, 2007, – 130 с.

 

Основные положения справочного руководства обсуждены и одобрены на заседаниях Ученого совета ВНИИФБиП с.-х. животных  (протокол №7 от 10 октября 2005 г) и секции общей биологии, физиологии и биохимии сельскохозяйственных животных Отделения зоотехнии РАСХН (протокол №3 от 2 ноября 2005г).

 

Справочное руководство представляет собой научное развитие положений по современным подходам к нормированию питания молочного скота, изложенных в первом издании (2001г). Материал базируется на экспериментальных данных, полученных во ВНИИФБиП с.-х. животных в физиологических и научно-хозяйственных опытах на высокопродуктивных коровах, и на обобщенных данных отечественных и зарубежных исследователей. В материалах руководства отражено не только современное состояние разработок в области питания молочных коров, но и практические аспекты, направленные на повышение их продуктивности, продления сроков хозяйственного использования и на улучшение качества продукции. Представлены исходные данные для установления потребностей животных в основных субстратах в разные фазы репродуктивного цикла и для разного уровня молочной продуктивности, а также приведены характеристики доступности питательных веществ кормов и алгоритм расчета обеспечения этих потребностей.

Использование данного справочного материала позволяет объективно определять потребность коров в питательных веществах и энергии и, таким образом, снижать непроизводительные затраты отрасли.

Предлагаемый материал по нормированию питания молочных коров адресован зооветспециалистам, преподавателям ВУЗов и научным работникам сельскохозяйственного профиля.

 

Рецензенты: д.-с..н., профессор Фицев А.И., д.с.х. н. профессор Кирилов М.П.,  д.с.х..н. Первов Н.Г.

 

Составитель и научный редактор – д.б.н. Харитонов Е.Л.

 

Авторский коллектив:  Агафонов В. И., Кальницкий Б.Д., Лысов А.В., 

Харитонов Е.Л., Харитонов Л.В.

                                                      

Ó Коллектив авторов, 2007

                                                                         Ó ВНИИФБиП с.-х. животных

Содержание

	Введение	5
1.1.	Необходимость совершенствования существующих систем питания	5
1.2.	Современное состояние и перспективы развития теории питания жвачных животных	9
1.3.	Развитие теории питания жвачных животных на принципах субстратной обеспеченности метаболизма	11
	Литература	19
2.	Расчет потребности использования субстратов на метаболические нужды организма	21
2.1.	Эффективность использования обменной энергии  в зависимости от ее состава	23
2.1.1.	Определяющее влияние интенсивности липидного обмена в организме коров на эффективность использования обменной энергии	25
2.2.	Основные метаболические параметры для расчета потребности молочных коров в субстратах.	29
2.2.1.	Затраты энергетических субстратов в процессах основного обмена и поддержания	29
2.2.2.	Метаболизм субстратов в стенке пищеварительного тракта	32
2.2.3.	Метаболизм субстратов в печени	36
2.2.4.	Синтез компонентов молока в молочной железе	39
2.2.5.	Нормы потребности коров в энергетических субстратах	42
2.2.6.	Потребности молочных коров в субстратах и энергетических эквивалентах	48
2.2.7.	Экспериментальное физиологическое обоснование оптимальных потребностей молочных коров в энергетических и пластических субстратах	50
	Литература	56
3.	Нормирование аминокислотного питания молочного скота	63
3.1.	Потребности коров в незаменимых аминокислотах	63
3.2.	Расчет обеспеченности организма коров незаменимыми аминокислотами	69
3.3.	Научно-хозяйственная проверка норм аминокислотного питания молочных коров	77
	Литература	79
4.	Физиологическое обоснование нормирования питания с учетом обеспеченности метаболизма субстратами	81
4.1	Разработка научных подходов для расчета обеспеченности организма коров в субстратах	82
4.2	Образование ЛЖК при ферментации углеводов в рубце и толстом кишечнике	85
4.3.	Физиологическое обоснование расчета обеспеченности обменным белком и аминокислотами	88
4.4	Переваривание крахмала и всасывание глюкозы	93
4.5.	Образование высших жирных кислот при переваривании липидов	94
4.6.	Экспериментальная проверка способа расчета образования субстратов при переваривании кормов рациона	97
	Литература	101
5.	Экспериментальная проверка эффективности нормирования питания коров с учетом субстратного обеспечения метаболизма	103
5.1.	Экспериментальная проверка эффективности применения новых норм в доступных питательных веществах в условиях вивария	103
5.2.	Практическое применение подходов к определению поступления конечных продуктов переваривания при всасывании для оптимизации питания молочного скота в научно-хозяйственных опытах	114
	Литература	119
6.	Заключение	120
7.	Приложения	123

 

 

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы появилась необходимость в определенном пересмотре научно-методических подходов к развитию и совершенствованию теории и практики нормированного питания разных видов животных. В особенности это относится к нормированию энергетического и протеинового питания крупного рогатого скота и прежде всего – лактирующих коров. Возникла идея разработки новой, основанной на современных достижениях науки системы нормированного питания и оценки кормов.

В странах с развитым животноводством также все большее внимание уделяется совершенствованию систем нормированного кормления животных (Chady, 2001; Cornel sys. 1990). Сложность создания новых систем связана с тем, что до настоящего времени очень мало количественных данных по трансформации питательных веществ корма в доступные для усвоения субстраты и их метаболизму в стенке желудочно-кишечного тракта, в печени, молочной железе, мышечной и жировой ткани. Первые попытки создания таких моделей и коммерческих компьютерных программ относятся к 1987-1990 гг (Sprondly,1990).

 

1.1. Необходимость совершенствования существующих систем питания

Продолжающийся в мире рост продуктивности животных выдвигает новые требования к оценке питательности кормов и нормированию питания жвачных животных. Одним из путей повышения производства продукции животноводства является эффективное использование генетического потенциала животных, которое должно обеспечиваться применением современных научно-обоснованных систем питания животных.

Ключевым моментом систем питания животных является обоснование (определение) их потребностей в энергии и питательных веществах. Для этого используется или эмпирическое определение суммарной потребности в факторах питания, как правило, в сырых питательных веществах и энергии из расчета на целостный организм, или факториальная оценка затрат на комплексные физиологические функции (поддержание, молокообразование, рост, беременность и др.). Полученные в результате данные не отражают возможную другую реальную действительность, кроме той, в которой они установлены и, следовательно, не могут быть использованы в любых других ситуациях.

В существующих подходах, в том числе и факториальном, необоснованно допускается аддитивное использование питательных веществ из кормов рациона на различные функции, не учитываются взаимодействия между кормами рациона и физиологическими функциями, не учитываются долговременные эффекты предыдущего питания на текущую продуктивность и данного питания на последующую продуктивность, не предусматривается возможность регулирования качественного состава получаемой продукции.

Разработка эффективной системы оценки питательности кормов предъявляет новые требования к химическому анализу кормов. Нормирование и определение потребностей в традиционных системах питания производится в сырых и переваримых питательных веществах органической части рациона - протеине, клетчатке, сахаре, крахмале и жире. В тоже время установлено, что этот круг показателей явно недостаточен и позволяет определить в грубых кормах только 60 %, а в концентрированных до 80 % фактического содержания органических веществ. Это обстоятельство приводит к тому, что и в существующих справочных пособиях по кормлению жвачных нормируется не более 60 % органического вещества рациона.  Такое положение объясняется в основном тем, что широко используемые методы определения показателя "сырая клетчатка" далеко не полностью выявляет количество структурных полисахаридов -углеводно-лигнинового комплекса. Этими методами определяется лишь часть целлюлозы и лигнина, а более 50 % структурных углеводов в виде целлюлозы и гемицеллюлоз остаются не учтенными. Кроме того, существующие нормы сырой клетчатки являются завышенными, что очень затрудняет составление практических рационов, особенно для лактирующих коров. Вместе с тем, известны и сравнительно хорошо разработаны методы анализа кормов с применением нейтральных и кислых детергентов, позволяющих фракционировать и определять количество структурных полисахаридов корма. В принципе такое же положение относится и к жирам, и к протеину. Практика нормирования рационов крупного рогатого скота по липидам до последнего времени не находила отражения в существующих нормах кормления, термин липиды корма заменялся абстрактной формулировкой "сырой жир", совершенно не отражающей истинного содержания липидов, так как при его определении из корма извлекается не только липидная фракция, но и кампостерины, фитостерины, воска, часть жирорастворимых витаминов, а также пигменты, которые могут занимать от 20 до 30 %.

Для более полного раскрытия содержания сухого вещества в химических компонентах кормов и тем самым для более точного составления рационов и установления связи переваривания от содержания в кормах питательных необходимо  проводить анализ кормов по следующим показателям: абсолютно сухое вещество, воздушно-сухое вещество, сырой, растворимый, распадаемый протеин, небелковый азот, лигнин, целлюлоза, гемицеллюлозы,  крахмал, сахара, липиды, минералы, витамины.

Анализ по данным показателям позволяет учесть почти на 100% состав сухого вещества, что обеспечивает объективное нормирование.

В настоящее время разработаны ГОСТы на определение в кормах растворимости и распадаемости протеина (ГОСТ-23074-89 и 23075-89). Подробно опубликованы методы фракционирования структурных углеводов кормов (Биохимические методы исследования, Боровск,1998).

Для оперативного контроля (не более 2-3 суток) химического состава кормов, входящих в рационы, целесообразно использовать анализатор NIR SCANER 4250, калиброванный на исследование указанных показателей в кормах.

Известно, что жвачные животные имеют принципиальные отличия в физиологии пищеварения и обмена веществ, которые изменяют количественные и качественные характеристики почти всех компонентов корма. Микробиологические процессы в преджелудках модифицируют аминокислотный состав корма, а углеводы при этом превращаются в летучие жирные кислоты, из не липидных компонентов синтезируется жир и высшие жирные кислоты. Специфика имеет место в синтезе витаминов и усвоении минеральных веществ. К сожалению, особенности физиологии и биохимии жвачных животных не в полной мере нашли свое отражение и в принятой в России системе оценки корма и нормирования питания.

В оценке протеиновой питательности корма до сих пор используется понятие "переваримый протеин", хотя этот показатель не отражает ни качества протеина корма, ни процессов расщепления азотистых соединений в рубце, ни синтеза бактериального белка. Нормирование рационов только по содержанию в кормах сырого и переваримого протеина, без учета его качества и уровня ферментативных процессов в преджелудках, часто приводит к перерасходу кормового протеина, недополучению и удорожанию продукции, нарушениям обмена веществ.

Переваримый протеин есть только мера исчезновения общего азота из пищеварительного тракта и не дает оценки тому, в какой форме азот всасывается - аммонийной или аминокислотной. Аминокислоты поступают в кишечник жвачных животных с микробным протеином, синтезированным в рубце, недеградируемым (нерасщепляемым) кормовым протеином и эндогенным белком. Поэтому, потребность в них обеспечивается за счет протеина, который поступает из сложного желудка в кишечник и там переваривается и всасывается. Степень деградации протеина в рубце зависит от его физических и химических характеристик в отдельных кормах рациона. Следовательно, имеется возможность повысить усвоение и снизить расход кормового протеина для жвачных животных подбором кормов с соответствующей протеиновой деградируемостью или путем защиты от расщепления в рубце бактериями. Низкопродуктивные животные покрывают свои потребности в протеине путем микробиального синтеза его в рубце. Напротив, высокопродуктивные, с их большими потребностями в белке (аминокислотах) нуждаются в дополнение к микробному протеину почти в таком же количестве недеградируемого в рубце (но переваримого в кишечнике) кормового протеина. На этих физиологических предпосылках нами совместно с другими НИИ разработана более прогрессивная система оценки и нормирования протеина в кормлении жвачных животных, в том числе лактирующих коров, позволяющая прогнозировать обеспеченность жвачных в обменном протеине и аминокислотах на различных кормовых рационах. Нормирование протеина по предлагаемым показателям обеспечивает повышение продуктивности животных и экономию кормового белка. Принципиальным моментом является также нормируемость нераспадаемого кормового протеина, доступного для переваривания в тонком кишечнике. В различных системах оценки и нормирования протеина колебания данного коэффициента составляют 0,6 - 0,8. По аминокислотному составу нераспавшегося кормового протеина и доступности отдельных аминокислот для всасывания в кишечнике данных вообще крайне мало, что не позволяет достаточно точно и обоснованно рассчитывать количество и состав аминокислот, всасывающихся из пищеварительного тракта жвачных животных.

К недостаткам традиционной  оценки кормов относится и неточная (не адекватная) характеристика компонентов углеводов корма. Широко применяемый метод определения «сырой» клетчатки учитывает максимум 40 % фактического содержания в кормах целлюлозы и гемицеллюлозы. Более полную информацию о качестве корма и его переваривании можно получить при определении нейтрально-детергентной и кислотно-детергентной фракций структурных углеводов, включающих целлюлозу, гемицеллюлозу и лигнин. Для жвачных, однако, структурные углеводы не могут быть индикатором низкой их питательной доступности, поскольку в некоторых кормах они не хуже, а даже лучше усваиваются жвачными, чем безазотистые экстрактивные вещества, что подтверждается данными о высоком образовании летучих жирных кислот из структурных углеводов. Образование летучих жирных кислот из структурных углеводов на разных рационах кормления колеблется от 27 до 54 % от их общего количества.

Итак, существующие системы ограничены тем, что в них отсутствует интеграция обмена энергии и протеина, неадекватное представление состава ОЭ в отношении индивидуальных нутриентов, неспособность предсказать состав молока, неспособность разделить энергию затрачиваемую на синтез молока и тела, неспособность предсказать продуктивную реакцию на изменения в поступлении питательных веществ с кормом.

Необходим новый подход, учитывающий поступление, использование и самое главное взаимодействия индивидуальных субстратов. С учетом взаимодействия нутриентов на уровне рубца и тканей условии совершенствования классификации кормов и оценки состояния животного можно будет улучшить предсказание реакции молочных коров.

 

Современное состояние и перспективы развития теории питания жвачных животных

Мировой опыт развития животноводства показывает, что достигнутый за последние 20-25 лет прогресс в повышении продуктивности и снижении себестоимости животноводческой продукции примерно на 30-35 % определяется достижениями в генетике и селекции и на 50-60 % за счет научно обоснованного кормления. Поскольку затраты корма составляют главную статью расходов на получение животноводческой продукции, прогресс в области питания является главным фактором повышения эффективности животноводства. Приоритетность исследований по питанию связана с ростом генетического потенциала животных, внедрением новых технологий, перспективой и необходимостью повышения конверсии питательных веществ корма в продукцию и общей эффективности отрасли.

В условиях интенсивного животноводства резко возрастает нагрузка на эволюционно выработанные физиологические возможности организма животных и увеличивается вероятность различных физиологических и биохимических нарушений функций. Поэтому в задачах оптимизации технологий содержания и кормления животных возникает ряд вопросов, связанных с необходимостью учета природы и механизмов формирования высокой продуктивности, в том числе биологических взаимосвязей и ограничений, проявляющихся на уровне потребления корма, процессов пищеварения, обмена веществ и эффективности использования субстратов на биосинтез продукции животных.

Современные технологии высокопродуктивного животноводства требуют создания новых физиологически адекватных и экономически обоснованных систем нормирования питания сельскохозяйственных животных. Ключевым вопросом совершенствования теории и практики питания является обоснование физиологических потребностей организма в конкретных субстратах. Уровень имеющихся биологических знаний и появление новых технологических возможностей позволяют более полно оценивать химический состав корма, его переваримость в разных отделах пищеварительного тракта и на основании этого количественно определять образование субстратов из питательных веществ корма и прогнозировать их поступление в метаболический фонд организма. Развитие теории и практики питания, адекватного физиологическим потребностям животного, также предполагает получение новых данных, количественно характеризующих транспорт и использование субстратов на обеспечение основных физиологических функций организма животного. Эти знания позволяют обосновывать и разрабатывать критерии и способы оценки субстратной обеспеченности метаболизма и подойти к решению проблемы нормирования питания высокопродуктивных животных с учетом их потребности в субстратах.

По мере познания процессов метаболизма и механизмов, регулирующих распределение субстратов между органами и тканями для обеспечения различных физиологических функций, становится ясным, что физиологические потребности не являются постоянными величинами и для различных условий содержания и физиологического состояния самого организма и для отдельных метаболических подсистем и функций организма (мышечная, жировая ткань, печень, функции желудочно-кишечного тракта, молочная железа) могут быть свои критерии адекватности условий питания а также. Так, в первую половину лактации лактационная доминанта обеспечивает приоритет в распределении энергии и субстратов в организме коров для реализации процессов молокообразования.

Приводимые в современных рекомендациях потребности лактирующих коров в питательных веществах, как известно, устанавливаются в зависимости от удоя и концентрации жира в молоке. При этом продукция молочного белка прогнозируется по соотношению его с жиром и СОМО. Однако в реальности это соотношение не является постоянной величиной и зависит от породы, стадии лактации и условий питания. Этими фактами обосновывается необходимость разработки и учета потребностей в субстратах на продукцию отдельных компонентов молока, особенно если это касается разработки способов управления качеством продукции. Эмпирические исследования не обеспечивают в полной мере решения этой задачи, так как в эксперименте невозможно исследовать все сочетания факторов и учесть все генотипы. Поэтому прогноз распределения и использования субстратов для синтеза компонентов продукции должен основываться на учете фундаментальных биологических закономерностей, общих для разных генотипов, с возможностью последующей привязки системы для данных конкретных условий и типов животных.

Известно, что эффективность использования обменной энергии для обеспечения процессов молокообразования может быть разной в зависимости от количества и соотношения субстратов в обменном фонде организма. Наиболее важными факторами, лимитирующими реализацию продуктивного потенциала животного, является обеспеченность обменных процессов аминокислотами и глюкозой, получаемой за счет активизации процессов глюконеогенеза. Ключевым моментом в разработке систем питания является блок установления потребности организма в питательных веществах и энергии. Существующие системы оценки и нормирования питания основаны, как известно, на показателях  обменной (ОЭ) или чистой энергии, протеина и других питательных веществ корма. Еще в 60-70 годах (Блэкстер, Арстронг, Рук, Холтер) провели исследования по определению эффективности использования ОЭ при инфузии различных ЛЖК и их смесей в рубец лактирующих коров. Были получены неоднозначные результаты. Исходя только из состава питательных веществ в рационах, Ван Эс и Нийкамп (1969) не смогли обнаружить у коров влияния содержания сырого протеина и сырой клетчатки на использование обменной энергии для производства молока, если не был превышен нижний физиологический предел физиологической потребности. Моу и Тиррел (1971) скармливали молочным коровам рационы с содержанием 16 и 11% сырого протеина. С помощью регрессионного анализа они выявили лишь незначительную разницу в использовании энергии (59,4 и 60,0%). Обобщающая интерпретация 102 измерений энергетического обмена у коров в исследованиях Института им. Кельнера, при скармливании различных по составу питательных веществ рационов (сырой протеин-12-27%, сырая клетчатка-15-28%, БЭВ-44-64%), проведенная Гофманом и др. (1972), содержит оценку использования энергии питательных веществ для синтеза молока. Использование ОЭ корма для производства молока, равно как и для образования жира, зависит по этой оценке, от состава питательных веществ в рационе. Это значит, что ОЭ рационов с разным составом питательных веществ по-разному используется для синтеза молока. Однако в силу ряда причин, связанных в основном с проблемами «переваримого» протеина и показателем “сырая клетчатка” результаты этих опытов не нашли широкого практического воплощения. Лишь в некоторых системах были введены поправки на эффективность использования ОЭ в зависимости от структуры рациона, которые в среднем составляют лишь 5%.