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1、能量代谢Energy Metabolism,第七章,本章目的：了解和熟悉能量来源与测定，掌握饲料能量在动物体内的转化过程和各种能值的概念及影响因素。本章重点：、能量及各种能值的概念、饲料能量在动物体内的转化过程、影响能量转化的因素本章难点：饲料能量效率,第一节 能量的概念及其来源、衡量与测定第二节 饲料能量在动物体内的转化第三节 动物能量需要的表示体系第四节 饲料能量效率,主要内容,第一节 能量单位及能量来源,一、能量的基本概念二、动物的能量来源三、能量的衡量单位四、能量的测定,1、能量：做功的能力（或物质运动的动力）。以热能、光能、机械能、电能和化学能等不同形式表现出来。2、有效能：饲料能量
2、不能完全被动物利用，其中可被动物利用的能量（化学能）称为有效能。有效能的含量反映饲料能量的营养价值，称为能值。动物要维持生命和进行生产，需要能量供给，只有贮存于饲料营养物质分子中的化学能才是动物可利用的唯一形式。,一、能量的基本概念,化学能是物质在化学反应中吸收或放出的能量。物质在体内代谢中，同时伴随能量的代谢转换过程。动物通过采食饲料能量，将植物能转化为动物能，尤其反刍草食家畜，可以利用人类不能利用的秸秆等农副产品，转化为动物能供给人类。,一、能量的基本概念,1.主要来源主要来源于碳水化合物、脂肪和蛋白质。CHO：是哺乳动物和禽类能量的主要来源，因其含量最高，来源丰富。各种单糖、寡糖和淀粉是
3、单胃动物能源；以上+纤维素+半纤维素是反刍动物主要能量来源。蛋白质：在体内不能完全氧化，用作能源价值昂贵，产氨多，不宜作能源。但它是鱼类的主要能源物质。EE、FA：可以完全氧化，能量含量高，但饲料含量少不是主要能量来源，而是重要来源。,二、能量来源,2、特殊来源体贮糖元、脂肪和蛋白 动物在绝食、饥饿、产奶、产蛋时饲料来源的能量无法满足需要，只可缓冲临时需要，保持机体内环境稳定，能量利用效率很低。,二、能量来源,二、能量来源,1、国务院1984年2月27日发布关于我国实行法定计量单位的命名中规定，以焦尔（J）作为能量、功和热的法定计量单位。为了方便采用倍数计量单位，用千焦（KJ）或兆焦（MJ）表
4、示。1MJ=103KJ=106J,三、能量的衡量单位,2、其它单位卡（calorie）1克水从14.517.5需量 lcal=4.184J 1J=0.239cal 热姆（Therm）1Mcal 表示饲料的净能和生产能，模棱两可，使用少。淀粉价（SE）德国等欧洲，净能体系 1大麦=2356 Kcal 肥育净能饲料单位（FU）北欧，净能体系，1大麦=1650 Kcal 肥育净能,三、能量的衡量单位,1、方法 营养学中采用燃烧法测定物质释放的化学能，即燃烧热或总能。2、仪器 氧弹式热量计（Oxygen bomb calorimeter）,四、能量的测定,四、能量的测定,二、能量来源,3、三大营养物质
5、能量,4、燃烧热与体内生物氧化产热比较（误差）CHO和脂肪在体内完全氧化时，所产热量与热量计测定值完全相同，蛋白在体内氧化时首先脱氨基，使其转变成尿素、尿酸或肌酸酐等，随尿排出体外，使一部分能量损失。每克蛋白比热量计测值少5.44KJ CHO，脂肪产热2.25CHO或蛋白。,四、能量的测定,第二节 能量代谢,一、饲料能量在动物体内的转化（分配）二、各种能量含义及测定,总能GE,消化能（DE）粪能（FE）未消化饲料粪代谢产物（MFP）,代谢能（ME）尿能（UE）养分代谢产物集体分解产物气体能（Eg）,净能（NE）热增耗（HI）发酵热（HF）养分代谢热（HNM）,生产净能（NEp）维持净能（NEm
6、）基础代谢 随意运动 体温维持,动物总产热,一、饲料能量在动物体内的转化,1、概念：总能是指饲料有机物质完全氧化燃烧生成二氧化碳、水和其他氧化物时释放出来的能量。即：饲料完全燃烧所释放的能量 或：饲料养分中所含的化学能。主要是碳水化合物、脂肪和蛋白质能量的总和。,二、各种能值含义及测定,（一）总能（GE，gross energy）,2、测定（1）直接测定：氧弹式测热计（2）间接推算：（无条件情况下）GE=CP5.7+EE9.4+CF4.2+NFE4.2 Kcal/GE=CP23.64+EE39.54+(CF+NFE)17.5 KJ/,一、总能（gross energy，GE）,3、应用总能取决
7、于三大有机物含量，与分子中C/H、O、N含量相关，C/H高，O越低，则能量越高。不能反应饲料学价值的差异。一些低质饲料与优质饲料有相同的GE值，但被动物利用能量价值不一样。总能只表明饲料经完全燃烧后化学能热能的多少，并不说明被动物利用的有效程度。总能是评定代谢过程中其它能值的基础。,一、总能（gross energy，GE）,概念：消化能：饲料可消化养分所含能量的总和，即动物摄入饲料的总能与粪能之差。消化能（DE）=总能（GE）-粪能（FE）由于粪中含粪代谢产物，按上式计算的消化能为表观消化能（ADE）,二、消化能（digestible energy，DE）,粪能：粪中所含的能量（不能消化的养
8、分随粪便排出）。粪能的来源：未消化的饲料 内源性物质：-消化酶-消化道脱落组织-消化道微生物及代谢产物,二、消化能（digestible energy，DE）,内源性物质所含的能量称为代谢粪能（FmE）,真消化能=总能-（粪能-内源物质所含的能量)即:TDE=GE-（FE-FmE）FmE：代谢粪能表观消化能（ADE）（TDE）真消化能TDE反映饲料的值比ADE准确，但测定困难,二、消化能（digestible energy，DE）,2、表观消化能测定（1）直接测定：消化试验 GE-FE（2）间接推算：DE=【CPCP消化率5.7+EEEE消化率9.4+CFCF消化率4.2+NFENFE消化率4
9、.2】4.184 J/DM,二、消化能（digestible energy，DE）,3.影响消化能的因素（1）动物种类 反刍动物粪能损失2050%，猪20%。（2）年龄与个体 幼龄吮乳动物粪能损失10%。（3）日粮组成 低质粗料粪能损失高 反刍动物采食粗料粪能损失4050%，精料2030%。消化率取决于CF含量：DE（MJ/Kg）=17.15-0.41CF（4）饲料给量多，粪能损失多。（5）测定方法 直接法或间接法；动物头数、取样、分析,二、消化能（digestible energy，DE）,1.概念：代谢能：即食入的饲料消化能减去尿能（UE）及消化道气体的能量（Eg）后，剩余的能量，也就是饲
10、料中能为动物体所吸收和利用的营养物质的能量（可利用能）。ME=DE-（UE+Eg）=GE-FE-UE Eg Eg主要针对反刍动物甲烷（CH4）的损失，对于单胃动物气体能可忽略不计,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,尿能（UE）：被吸收的营养物质进一步参与机体代谢，其中饲料蛋白质和代谢机体蛋白质不能充分被氧化，以含氮化合物的形式排出，这些由尿中排出物质中的能量被称为尿能。尿能取决于蛋白质的高低和AA平衡。测定不同动物尿中含N量，就能测出尿能 猪：尿素 UE=28 M M为尿素含量 禽：尿酸 UE=34 MO MO为尿酸含量 反刍动物：尿素 UE=31M M为尿素含量,
11、三、代谢能（metabolizable energy，ME）,气体能（Eg）：消化道发酵产生气体所含能量。甲烷能占总能3%10%。绵羊：甲烷（g）=2.14x+9.80 x为可消化碳水化合物的百分数牛：甲烷（g）=4.012 x+17.68 x为可消化碳水化合物的百分数,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,AME=GE-FE-UE-EgTME=总能-粪能-代谢粪能）-（尿能-内源尿能）-气体能即：TME=GE-（FE-FmE）-（UE-UeE）-Eg内源尿能（UeE）：尿中能量除来自饲料养分吸收后在体内代谢的产物外，还有部分来自体内蛋白质动员分解的产物，后者称为内源氮
12、，所含能量为内源尿能（urinary energy from endogenous origin products）。,2.表观代谢能（AME）和真代谢能（TME）,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,ME受体内N沉积的影响 氮校正代谢能：根据体内氮沉积进行校正后的代谢能。、主要用于家禽。校正公式：AMEn=AME-RN*34.39 TMEn=TME-RN*34.39 RN：家禽每日沉积的氮量,3.氮校正代谢能（MEn）,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,（1）直接法：代谢试验（2）间接法：反刍动物：ME=DE0.82猪：ME=DE96-(
13、0.202CP%)/100 式中：0.202 CP每增1%尿能增加0.202 96%ME/DE基本百分数。鸡：ME=GEGE代谢率（%）,4.代谢能测定,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,ME=总能-粪能-尿能-气能 影响饲料消化的因素（CF）粪能 碳水化合物含量 气体能 蛋白质水平 尿能 AA平衡 尿能,5.影响代谢能的因素,三、代谢能（metabolizable energy，ME）,能够真正用于动物维持生命和生产产品的能量，即饲料代谢能扣除饲料在体内的热增耗后剩余的那部分能量。,绝食动物饲给饲粮后，产热量增加，增加的那部分热量损失掉了，这个部分热量就叫热增耗。
14、体增热=采食动物产热量-绝食动物产热量,1.定义,NE=ME-HI=GE-DE-UE-Eg HI,2.热增耗（HI）,四、净能（Net Energy，NE）,消化过程产热，消化道运动产热。营养物质的代谢做功产热。营养物质代谢增加了器官肌肉活动所产生的热量。肾脏排泄做功产生热量。饲料在胃肠道发酵产热。,3.产生热增耗的原因,四、净能（Net Energy，NE）,动物种类 主要体现在反刍动物和单胃动物的区别。养分组成 不同的营养素热增耗不同。饲料中蛋白质或AA过高，会引起热增耗增加。脂肪体增热最低。脂肪转化为体脂的效率高。碳水化合物居中。,4.影响热增耗大小的因素,四、净能（Net Energy
15、，NE）,饲养水平 热增耗随饲养水平的增加而增加，夏季动物本能地降低采食量。,饲料中的CF和饲料形状饲料中缺乏某些矿物元素或维生素时，热增耗增加。,四、净能（Net Energy，NE）,指饲料能量用于沉积到产品中的部分，也包括用于劳役做功的部分。根据其目的的不同，可分为增重净能、产蛋净能，产奶净能，产肉净能，产毛净能等。,维持动物生命活动，适度随意运动和维持体温恒定所耗能量。这部分能量最终以热的形式散失。,5.维持净能（NEm）,6.生产净能（NEp）,四、净能（Net Energy，NE）,体温恒定产热：饲料，体组织散热：蒸发散热、呼吸、皮肤出汗 非蒸发散热 传导、对流、辐射环境温度影响两
16、个过程的强弱比例，也影响饲料的能量分配,1、通过影响动物的热调节来影响饲料能量的利用效率。,五、环境温度对能量代谢的影响,2、等热区：在环境温度的某一范围内，动物不需要提高代谢率，只靠物理调节（蒸发、传导、对流、辐射），即可维持体温的恒定，通常将这一温度范围称为等热区。等热区内动物的代谢率最低。3、临界温度:等热区的下限点温度叫下限临界温度，或简称临界温度。4、上限温度：等热区的上限点温度叫上限温度。,五、环境温度对能量代谢的影响,等热区能量利用最高。环境温度超过等热区高限，动物产热可能有点下降，但随着环境温度升高，动物机体代谢加快，产热增加。环境温度低，动物本能增加采食。环境温度高于一定值，
17、动物本能降低采食量，减少体增热。通过饲养管理，扩大等热区。低温下，每下降1，20kg猪多需13g饲料。,五、环境温度对能量代谢的影响,一、表示体系二、能量体系间的转化关系,第三节 动物能量需要的表示体系,考虑了粪能损失，准确性小于代谢能和净能，猪多采用消化能体系。2、代谢能体系 在消化能的基础上，考虑了尿能和气体能的损失，比消化能准确，但测定困难。代谢能体系主要用于家禽。,1、消化能体系,一、表示体系,不但考虑了粪能、尿能、气能的损失，还考虑了热增耗的损失，比消化能和代谢能都准确。但测定难度大，费工费时。反刍动物多采用净能体系。净能体系是动物营养学界评定动物能量需要和饲料能量价值的趋势。,3、
18、净能体系,一、表示体系,各种动物的适用能量体系：猪：DE ME 一般用DE禽：AME TME 一般用AME反刍动物：NE,二、能量体系间的转化关系,TDN是可消化粗蛋白、可消化粗纤维、可消化无氮浸出物和2.25倍可消化粗脂肪的总和.TDN=X1+X22.25+X3+X4 X1：可消化粗蛋白;X2：可消化粗脂肪 X3：可消化粗纤维;X4：可消化无氮浸出物,可消化总养分（TDN）,二、能量体系间的转化关系,1 kgTDN=18.4MJ DE=15.1MJ ME 由于TDN没有考虑气能的损失，因此过高估计动物，尤其对反刍动物利用粗饲料能量价值。,TDN可换算成DE或ME,二、能量体系间的转化关系,第
19、四节 饲料能量效率,一、营养物质在体内的分解及合成的能量效率二、生产中饲料能量利用效率三、影响饲料能量利用率的因素,动物采食饲料经消化吸收后，营养物质：（1）氧化产生ATP氧化供能效率：指1mol营养物质在体内氧化产生ATP键能总和与该物质的燃烧热之比。（2）合成产品产品合成能量效率：产品的燃烧热/用做合成的养分燃烧热。由于理论计算没有考虑营养物质周转代谢和贮存前的转运以及内分泌系统进行调节等所耗能量，所以实际用动物实验测定的能量效率低。,一、养分在体内分解及合成的能量效率,（一）基本概念1、饲料能量效率：动物利用饲料中能量转化为产品净能的效率。即投入能量与产出能量比率。2、能量总效率：产品产
20、出中所含能量与进食饲料的有效能（消化能或代谢能）之比。总效率=产品能值/进食有效能3、能量净效率：动物在饲喂维持以上能量水平时产出的产品能值与扣除用于维持所需有效能之比。消除体重影响。净效率=产品能值/（进食有效能-维持有效能）,二、生产中饲料能量利用效率,（二）各种动物不同生产目的对DE、ME的利用率1、不同动物猪：少数国家采用消化能评定饲料的能量价值，大多数采用代谢能。一般DEME 96%，MENE 6672%。禽：采用代谢能，ME NE 7580%反刍动物：净能（我国）和代谢能 DEME 7686%MENE 3065%,二、生产中饲料能量利用效率,（二）各种动物不同生产目的对DE、ME的
21、利用率2、不同生产目的，能量利用效率不同一般，维持产奶生长、肥育妊娠、产毛ME：反刍动物生长肥育效率4060%，妊娠合成1030%猪：生长 71%妊娠合成 4150%,二、生产中饲料能量利用效率,（一）动物的种类、性别、年龄及个体不同种类动物能量代谢强度不同，ME用于生长育肥的效率猪禽等非反刍动物要比反刍动物高。母畜对饲料能量利用效率高于公畜。幼龄成年老年。体格大的体内产热量要多于体格小的动物，但产热量并不于体重成正比，而与W0.75成正比。因此W0.75越大，体表散热量越多。,三、影响饲料能量利用率的因素,（二）生产目的净能除用于维持以外，也用于生长、育肥、产奶、妊娠、使役、产毛等方面。能量
22、用于维持时效率最高（有效利用体增热和发酵热）。能量用于生产时效率较低（形成产品时耗能）。不同生产目的能量效率不同。产奶肥育、生长妊娠、产毛。ME用于沉积脂肪和体蛋白时的效率也不相同，前者可达7075%，后者约为4045%。,三、影响饲料能量利用率的因素,（三）饲养水平适宜范围内随饲喂水平增加，有效能用于维持部分相对减少，用于生产的净能效率增加。饲喂水平过高，消化率降低，从而影响能量代谢，降低效率。饲养水平应适当，并且在适宜饲养水平以上随采食水平的增加，饲料中DE和ME浓度要减少。,三、影响饲料能量利用率的因素,（四）日粮营养价值CF含量的影响 ME效率（%）=65.6-0.703，为饲料干物质
23、中CF百分含量.蛋白水平 营养需要适宜时，利用率最高，过高、过低均降低利用率。脂肪：增加定量脂肪可提高饲料能量效率。生产中应选择适宜料互相搭配，使日粮保持一定水平的粗纤维、粗蛋白、粗脂肪，可以大大提高饲料净能值。,三、影响饲料能量利用率的因素,（五）动物热增耗的多少应降低热增耗量，增加NE，提高利用率。（六）环境温度过高、过低会加大能量的消耗，生产中应给动物创造适温区，提高产量。,三、影响饲料能量利用率的因素,思考题：,1、解释：GE、DE、ME、TDN、NE、HI2、应用示意图说明能量在体内转化情况？3、生产实践中怎样满足动物的能量营养需要？4、对牛，1kg谷草DE为8.89KJ，计算其ME?5、1kg大麦含DE为12.3MJ和12.5%CP，用其喂猪的ME应为多少?,
