10255682

ГЛАВА 3. БАЛАНС ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ

В ОРГАНИЗМЕ ЖИВОТНОГО И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Проведение специальных опытов на животных по определению переваримости питательных веществ кормов дает возможность наиболее точно оценить их питательность по сравнению с оценкой по валовому химическому составу. Было установлено, что питательные вещества многих зерновых, корнеклубнеплодов и др. перевариваются животными почти полностью. В то же время отмечена очень низкая переваримость питательных веществ грубых кормов (соломы, мякины и др.).

Использование метода оценки питательности кормов по содержанию переваримых веществ нашло широкое применение в практике животноводства многих стран. Однако постепенно стали накапливаться данные о несоответствии питательной ценности отдельных кормов, выраженной суммой переваримых питательных веществ, с их оценкой по влиянию на продуктивность животного. Особенно эта противоречивость отмечалась при использовании животными грубых кормов и концентратов (табл. 11).

11. Использование переваримых веществ грубого корма и концентратов волами при откорме (по И.С. Попову)

Представленные данные показывают, что продуктивное действие переваримых питательных веществ выше в рационе с концентратами по сравнению с рационом, где преобладали грубые корма. Это объясняется тем, что значительная часть переваримых углеводов разрушается в рубце с образованием СО2, СН4, Н2 и теряется в виде энергии метана (до 10–14 % энергии переваримого вещества). При этом отмечается потеря до 70 % тепловой энергии метана.

Пищеварение является начальной фазой питания животного и не дает точного представления о дальнейшем использовании питательных веществ организмом. Поэтому истинную питательность корма можно определить на основе количественных и качественных изменений в обмене веществ животного организма, выраженных в итоге состоянием здоровья, плодовитости, роста и их продуктивности.

Для решения данной задачи наукой были разработаны новые методы изучения обмена веществ в организме животного, которые основываются на законе сохранения энергии.

Метод контрольных животных. Этот метод применяется с конца XIX века и дает возможность оценить количественно материальные изменения в организме животного под влиянием кормления.

Для этого подбирают две группы животных одного пола и одинаковых по возрасту, массе тела и упитанности, содержащихся на основном рационе. В начале опыта из каждой группы убивают по 1–2 головы и анализируют все продукты убоя на содержание белка и жира. В течение всего опытного периода оставшихся животных кормят одними и теми же кормами, но животным опытной группы дополнительно скармливают повышенное количество изучаемого корма. На протяжении опытного периода учитывают количество съеденного корма животными контрольной и опытной групп. В конце опыта из каждой группы животных также убивают по 2–3 головы и анализируют продукты убоя на содержание белка и жира. Обнаруженная разница в количестве белка и жира в организме убитых животных до опыта и после него будет говорить о материальных изменениях в теле животных под влиянием дополнительно съеденного корма.

Применение данного метода наглядно продемонстрировано в опыте И.С. Попова по определению питательности ячменя при откорме свиней. Дополнительное скармливание ячменя (81,89 кг) опытной группе свиней способствовало большему отложению в теле животных белка на 2 612,5 г и жира на 9 817,7, что соответствует отложению энергии (1 г жира равен 9,5 ккал и 1 г белка равен 5,7 ккал) в количестве 108 159 ккал.

Метод контрольных животных наиболее применим при оценке продуктивного действия тех или иных кормов на растущих и откарм-

ливаемых животных. На крупных и ценных в племенном отношении животных данный метод не применяется.

Более совершенным методом для определения качественных изменений в организме животного под влиянием кормления в настоящее время считается балансовый метод, основой которого является учет поступления и выделения азота и углерода или энергии.

Баланс азота и углерода. Азот и углерод являются основными элементами потребленного животными корма и входят в состав органического вещества любой продукции.

Азотсодержащие вещества корма после процесса переваривания в желудочно-кишечном тракте в основном всасываются в кровь, а непереваримая часть выделяется с калом. Всосавшиеся азотистые соединения в организме животного используются на восстановление тканей и синтез продукции и частично, в виде конечных продуктов обмена веществ, выводятся с мочой.

Таким образом, чтобы составить баланс азота в организме животного, необходимо знать его количество в корме, кале и моче:

Nотложения = Nкорма – Nкала – Nмочи.

У лактирующих животных из азота корма вычитают еще и Nмолока. Чтобы установить баланс азота в организме животного, проводят

опыт по методике определения переваримости корма и дополнительно учитывают выделение мочи, а также молока у лактирующих самок. При этом в зависимости от физиологического состояния животного и уровня кормления суточный баланс азота в теле животного может быть положительным (откладывается в организме растущих, откармливаемых и беременных животных), отрицательным (выделяется из организма у высокопродуктивных молочных коров) и нулевым (равновесие у полновозрастных животных при нормированном и полноценном кормлении).

По балансу азота вычисляют прирост или убыль белка в теле животного, так как он входит в основном в состав белка тканей. Сухое обезжиренное и обеззоленное мясо (мышечный белок) содержит 16,67 % азота.

Поэтому отложенный в теле азот умножают на коэффициент

и определяют количество отложенного в организме белка. Углеродсодержащие вещества корма в процессе переваривания

всасываются в кровь, а оставшаяся часть выводится из организма с непереваренными остатками корма. При этом в период переваривания кормов в желудочно-кишечном тракте образуется метан и углекислота, выделяющаяся с кишечными газами. Углерод всосавшихся веществ в процессе межуточного обмена распределяется в организме в отло-

вием при этом является поддержание нормального состава воздуха

вкамере для животного на период проведения опыта. В камерах закрытого типа воздух прогоняется насосом через систему, поглощающую углекислоту и воду, и вновь возвращается в камеру. При этом

вкамеру постоянно поступает кислород из баллона. Респирационный аппарат открытого типа представляет собой

герметизированную и термостатированную камеру, оборудованную приспособлениями для кормления, поения, доения животного, сбора мочи и кала. Камера имеет системы подачи и выведения воздуха с учетом его количества. На основании данных о составе поступающего в камеру и выходящего из нее воздуха определяют содержание углерода в газообразных выделениях животного.

Исходя из баланса углерода в организме животного рассчитывают, какое количество его идет на образование белка и жира, если известно, что в белке содержится 52,54 % углерода, а в жире — 76,5 %. Количество углерода, пошедшего на синтез жира, дает возможность определить фактическое жироотложение в организме.

Таким образом, зная баланс азота и углерода в организме животного, можно рассчитать фактическое отложение белка и жира в теле животного или количество отложенной энергии. Это наглядно видно на примере среднесуточного баланса азота, углерода и энергии у коровы (табл. 12).

12. Среднесуточный баланс азота, углерода и энергии у коровы

(по В.Н. Баканову и В.К. Менькину)

По отложенному в организме коровы азоту и углероду определяют количество образовавшегося белка (10,9 г · 6,0 = 65,4 г) и жира

Далее рассчитывают количество отложенной энергии в теле коровы за счет белка (65,4 г · 23,86 кДж) и жира (239,5 г · 39,77 кДж) и таким образом определяют суммарную энергию отложения (1562 кДж + 9520 кДж = 11 082 кДж, или 11,08 МДж).

Баланс энергии. Органические питательные вещества кормов необходимы животным не только как материал для построения тканей тела и синтеза продукции (молоко, яйца, шерсть, прирост и т. д.), но и как источник энергии. Поступающая с кормами энергия используется животными прежде всего для поддержания жизненных процессов (жизни) и для образования продукции (продуктивная энергия). У молодого растущего организма энергия кормов откладывается в основном

ввиде белка мышечной ткани, у взрослого откармливаемого животного — в виде жира, а у лактирующих животных — в виде составных частей молока. Энергия необходима также для образования шерсти, приплода, яйца и для выполнения работы мышцами тела животных.

Поэтому химические преобразования переваримых органических веществ корма в организме животного сопровождаются превращениями содержащейся в них энергии и являются единым процессом жизнедеятельности. Следовательно, о материальных изменениях

ворганизме животного можно судить и по балансу энергии.

Схема баланса энергии в организме животного, разработанная Г. Армсби (рис. 4), может быть выражена следующими уравнениями:

Эпереваримых веществ = Экорма(валовая) – Экала – Экишечных газов

Эфизиологически полезная (обменная) = Эпереваримых веществ – Эмочи

Эотложений(нетто, чистая) = Эфизиологически полезная – Этеплопродукции организма

За валовую энергию корма принимают определенное количество образовавшегося тепла в результате сжигания единицы массы корма в калориметрической бомбе. В 1 кг сухого вещества большинства кормов содержится 18,4 МДж валовой энергии (при сжигании 1 г протеина освобождается 23,86 кДж, 1 г углеводов — 17,58 и 1 г жира — 39,77 кДж энергии).

Энергию переваримых питательных веществ определяют по разности между валовой энергией корма и энергией, содержащейся в выделенном кале и кишечных газах (у жвачных — с метаном).

Энергию питательных веществ, усвоенных организмом в процессе пищеварения, называют обменной энергией. Она представляет собой переваримую энергию за вычетом потерь энергии в моче.

В организме животного за счет обменной энергии обеспечиваются все основные жизненные функции (работа внутренних органов, поддержание температуры тела, работа мышц и др.).

Рис. 4. Схема баланса энергии в организме животных

Ужвачных животных в результате деятельности микроорганизмов

врубце часть энергии представлена в виде теплоты брожения, что составляет 5–10 % валовой энергии.

Таким образом, вся энергия, затраченная на обеспечение жизненных функций организма, в конечном итоге принимает форму тепла и может быть учтена по теплообразованию в организме. Определяют ее непосредственно у животных, помещенных в респирационные калориметры. Теплопродукцию животного определяют на основании повышения температуры воды в межстенном пространстве респирационного калориметра и введенных поправок на охлаждение или нагревание калориметра окружающей средой.

В конечном итоге баланса энергии в организме животного остается

чистая энергия (энергия отложений) (табл. 12). Следовательно, часть энергии, используемой организмом для образования продукции, называется продуктивной энергией.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

ПИТАТЕЛЬНОСТИ КОРМОВ

4.1.ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ УЧЕНИЯ ОБ ОЦЕНКЕ ПИТАТЕЛЬНОСТИ КОРМОВ

Сразвитием животноводства и науки о кормлении животных предпринимались попытки разработать методы оценки питательности кормов. Основой для разработки методов оценки явились фундаментальные законы физики и химии, открытия в области физиологии и биохимии животных и достижения в развитии общей биологии. По мере накопления знаний как о свойствах самих кормов, так и о преобразовании питательных веществ в продукцию животного способы выражения питательности кормов совершенствовались.

Впервые систему оценки питательности кормов предложил А. Тэер, по ней он сравнивал питательность кормов по их продуктивной ценности с сеном среднего качества. В опубликованных в 1810 году таблицах взаимной замены кормов он указывал, какое количество весовых единиц различных кормов способно обеспечить ту или иную продукцию животных, что и луговое сено:

Таким образом, А. Тэер был первым выразителем идеи о суммарной питательности корма через введение понятия сенного эквивалента — общей для всех кормов единицы сравнительного измерения их питательной ценности. Данная система сенных эквивалентов широко применялась в животноводстве западноевропейских стран до 50-х годов XIX века. Однако истинное питательное достоинство сена в то время было неизвестно, поэтому этот способ оценки питательности кормов был эмпирическим и не имел под собой физиологического обоснования.

По мере развития химии и физиологии, разработки схемы и методов химического анализа кормов в 50-х годах XIX века Э. Вольфом был предложен метод оценки питательности кормов по их хи-

мическому составу. Им были разработаны таблицы химического состава кормов, отражающие их питательную ценность.

В дальнейшем, на основании исследований Геннеберга и Штомана по переваримости питательных веществ и данных Э. Вольфа по определению переваримости питательных веществ различных кормов коровами, в 1874 году был усовершенствован метод оценки питательности кормов. Вместо оценки кормов по валовому содержанию питательных веществ Э. Вольфом был предложен новый метод сравнительной оценки кормов — по сумме содержащихся в них переваримых питательных веществ (протеина, жира, углеводов). Оценка кормов по сумме переваримых веществ применялась во многих странах мира до начала XX века.

Однако применение данного метода оценки питательности кормов в практике животноводства не давало возможности определить роль отдельных питательных веществ в обменных процессах при формировании продукции животного. Поэтому возникла необходимость более объективной оценки питательности различных кормов.

Основополагающими разработками, которые определили научную оценку питательности кормов, были исследования Макса Рубнера о приложимости законов физики (закон сохранения энергии) к обменным процессам в животном организме. Им было установлено, что все жизненные проявления организма могут быть измерены в единицах энергии, следовательно, можно проследить количественное распределение всей поступающей в организм энергии с кормом.

На основании исследований М. Рубнера Г. Армсби (1915) разработал схему энергетического баланса животного организма и ввел понятие о валовой, переваримой, физиологически полезной и чистой энергии корма. Им было предложено оценивать общую питательность кормов в единицах чистой энергии (термах), отложенной в организме животного в виде белка и жира.

Дальнейшему совершенствованию оценки общей питательности кормов посвящены исследования О. Кельнера по определению баланса азота, углерода и энергии в опытах по кормлению волов. В серии балансовых опытов (около 100 опытов) в респирационных камерах было изучено использование углерода и азота чистых переваримых питательных веществ (белков, жиров, клетчатки, крахмала, сахара) на фоне поддерживающего кормления. Питательную ценность кормов О. Кельнер (1905) предложил выражать в абсолютных единицах в виде массы отложенного жира на единицу потребленного корма. За эквивалент питательной ценности кормов принят 1 кг переваримого крахмала, обеспечивающий отложение в теле взрослого вола 248 г жира (крахмальный эквивалент).

Оценка питательности кормов, рассчитанная Кельнером и Армсби

по продуктивному действию переваримых питательных веществ (чистая энергия жира), явилась первым научно обоснованным методом нормированного кормления животных во многих странах мира. На основе этого метода в разных странах были разработаны свои эквиваленты — кормовые единицы: в довоенной Германии — крахмальные эквиваленты Кельнера, в США — термы Армсби.

ВРоссии под руководством профессора Е.А. Богданова была разработана и принята (1933) овсяная кормовая единица. Все испытуемые корма сравнивались по жироотложению с 1 кг овса среднего качества, при скармливании которого в теле животного откладывается 0,15 кг жира.

Вскандинавских странах на основании многочисленных исследований была разработана своя система оценки общей питательности кормов, и с 1915 года установлена единая скандинавская кормовая единица, равная 1 кг ячменя.

Таким образом, во всех странах мира к 50-м годам XX века стали применять в основном пять способов оценки энергетической питательности кормов: крахмальные эквиваленты, термы Армсби, сумму переваримых питательных веществ, скандинавскую (ячменную) и советскую

(овсяную) кормовые единицы. Длительное использование этих способов

впрактике высокоразвитого животноводства показало, что они имеют ряд недостатков и, прежде всего, не учитывают взаимодействие и соотношение в кормах и многокомпонентных рационах энергетической части со специфическими факторами питания — переваримым протеином, отдельными аминокислотами, витаминами и минеральными веществами. В связи с этим продуктивное действие корма не является величиной постоянной, так как степень усвоения организмом потенциальной энергии зависит от возраста, продуктивности и физиологического состояния животных разных видов. Поэтому в большинстве стран с развитым животноводством стала разрабатываться новая система оценки питательности кормов и рационов на основе прямого (или косвенного) учета обменной энергии и ее использования для поддержания жизни и образования продукции. Следовательно, величина обменной энергии более правильно характеризует энергетическую питательность корма для животного организма, так как животное расходует доступную ему энергию не только на образование продукции, но и на поддержание жизни, включая затраты энергии на усвоение корма, а также для целей воспроизводства.

Энергетическую питательность кормов выражают для разных видов животных в единицах обменной энергии — килоджоулях (кДж) или килокалориях (ккал).