动物营养如何利用生物钟爆发洪荒之力?
    2017-01-23      吴信 刘怡琳 谢春艳等     字体大小[]

      为什么没有闹钟的铃声,你却每天按时醒来?为什么雄鸡啼晨,蜘蛛总在半夜结网?生物体的生命过程复杂而又奇妙,生物节律时时都在奏着迷人的“节律交响曲”。生物体乃至植物体的生命随昼夜交替、四时更迭的周期性运动,揭示出生理活动的周期性节律。健康生物体的活动大多呈现24小时昼夜的生理节律,这与地球有规律自转所形成的24小时周期是相适应的,表明生理节律受外环境周期性变化(光照的强弱和气温的高低)的影响而同步。诸如体温、脉搏、血压、氧耗量、激素的分泌水平,均存在昼夜节律变化。这些规律性的变化其实是生物钟所产生的影响。生物钟是生物体生命活动的内在节律性,影响生物体内分泌系统、胃肠道的功能、肝脏代谢和睡眠与觉醒状态等生理功能和行为。

      此外,生物钟和营养也存在相互作用,生物钟系统的输出通路通过与外周生物钟协调合作进而对机体的代谢、繁殖、发育、免疫应答等生命过程进行调控。生物钟紊乱引起的生理功能异常甚至可能导致疾病的发生,如失眠、抑郁症、肥胖、糖尿病、心血管疾病等。

      俗话说:“早上吃的像皇帝、中午吃的像平民、晚上吃的像乞丐!”,“早上三片姜,赛过喝参汤,晚上吃姜,等于吃砒霜。”食物也有属于自己的“营养食物钟”。按照最佳的“食物钟”进食,就能在充分享受美食的同时,吸收最多的营养。食物钟通常与生物钟同步,在白天和夜晚的运作程序几乎与生物钟相平行。大脑、胃和肝中都有感受器,可以接受食物传递的信号。

      人类如此,动物是否也需要按照生物钟来进行饲喂呢?中科院亚热带农业生态研究所近些年来的系列研究表明,动物的营养需求同样的存在节律性。

      

      1 环境因子节律性

      畜舍环境因子主要包括温度、湿度、光照、气流、空气质量等,这些因子大都具有随昼夜和季节节律性变化的特点,与动物的生物钟形成密切相关。在养殖过程中,畜禽舍的环境因子对畜禽的健康生长和最大程度地发挥其生长性能有着重要影响。随着畜牧业集约化、规模化养殖模式的快速发展,特别是封闭式畜禽舍的普及应用,使得畜禽舍环境相对独立。

      因此,在研究动物营养需求时,要充分考虑环境因子的变化规律。

      2 生物钟与营养代谢

      动物必须从外界摄取营养物质,经过消化、吸收、代谢等过程,从而获得足够的能量和物质,进行生长、发育和生产等活动。动物营养学中饲料配制和营养物质摄入的精准化研究具有重要而现实的意义,国际上常用的美国NRC其版本不断修订内在原因就是对动物更佳健康状态和更高生产效率的追求。

      

      机体对营养物质的消化、吸收和代谢具有一定的节律性和周期性,例如胆固醇合成及糖异生过程,而且各种营养物质的消化、吸收和代谢并非同步进行的,有明显的空间和时间分布差异,这一系列的生命活动受机体自身的生理以及生物钟的共同调控。因此,早上和晚上饲喂统一标准的日粮并不一定科学,这可能会造成营养物质吸收利用的不充分和营养物质相互转化而产生的蛋白和能量的额外消耗。例如,晚上饲喂高蛋白日粮,不仅会造成一定的损耗,还会导致室内氨气等有害气体的产生量提高。这样,不仅会造成有限饲料资源的巨大浪费,单位畜产品的饲料成本增加,养殖业的竞争力降低,还严重污染生态环境。

      

      3 基于环境因子节律性的动态饲喂模式

      

      中国科学院亚热带农业生态研究所畜禽健康养殖研究中心在生物钟和营养方面的系列研究表明,根据对猪禽机体自身营养需求的实时动态变化的认识,结合环境因子变化规律,以及饲料原料氮/氨基酸和碳水化合物效价需要量的实时动态的精确评定,发明了一种提高猪吸收率的动态饲喂的方法,可以有效提高生长猪的料肉比和猪的健康,改善母猪泌乳性能,进而提高养殖效益。

      

      该课题组研究表明,与环境因子节律性相联系进行日动态饲喂,可以有效降低生长猪的料肉比,改善母猪泌乳性能,进而提高养殖效益。以上研究近年来获得了系列国家发明专利3项。加拿大等国家也已经有相关研究发现,采用动态的饲喂系统与传统的三餐饲喂相比,不仅不会影响动物的生长性能,还可将饲料成本降低1.0%,氮采食量降低7.3%,排泄量降低12%。

      

      养殖业机械化自动化的普及也为规模化养殖的动态饲喂模式提供了技术支持。因此,根据生物钟运行的主要环境因素,通过研究养殖过程中基于生物钟的环境因子的节律性变化与畜禽生长特性、动物行为与健康之间的联系规律,设计出集结合环境因子变化的新型饲料及其动态饲喂模式,实现畜禽营养的精确化供给,不仅可以提高饲料利用率,最大程度地发挥其生长性能,还可以促进畜禽健康,为动物营养开辟了新的研究领域,也将为人类的营养和健康提供了新的借鉴。

      该研究得到了十二五国家科技支撑计划(2012BAD39B00)、十三五国家重点研发计划(2016YFD0500504)等项目的资助。

    (作者:吴信 刘怡琳 谢春艳 郜陆敏 李冠亚 万丹 周锡红 印遇龙)

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