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反刍动物主要养分代谢模型化研究进展 熊本海，杨亮，杨露 中国农业科学院北京畜牧兽医研究所 动物营养学国家重点实验室 摘要：本文从动物营养模型化的优势及反刍动物营养模型化的研究进展分析着手，简述了“关于 模型化农业动物的养分利用” 国际工作组近 20 年开展的学术研究进展，并着重分析了泌乳奶牛的养 分代谢与转化的典型模型研究进展：主要包括干物质采食量模型、荷斯坦奶牛的泌乳曲线模型、瘤 胃挥发性脂肪酸(VFAs) 的产生与吸收模型、小肠氨基酸吸收模型、饲料中脂肪酸代谢与转化定量模 型、体贮的激素调控模型、乳腺代谢及乳成分产量及浓度的定量计算模型等。文中所描述的模型具 有的共同特点是与日粮的成分特性和/或奶牛的泌乳特性建立了关联，可通过模型预测实际生产指 标。由于从饲料养分到牛乳产品的转化、调控等生理过程的复杂性，决定了通过动态的、模型化的 方法揭示这些转化过程是当今动物营养研究的又一主要方法。因此，必须借助计算机计算系统的开 发，才能揭示模型化计算的最终结果。 一、模型化研究的优势 模型化技术是研究复杂系统的有力工具，是各门科学尤其是系统科学广泛使用的技术。应用模 型化技术的水平成为各门科学发展水平的标志。它不仅是对该门科学过去的科研成果的总结和现有 理论知识的整合，而且还是该门科学通向未来的起点。概括起来，模型化技术有以下优势： 第一，正确的模型可以使复杂系统和复杂问题的处理大为简化，且又能保证不会发生大的偏差。 第二，用模型化技术研究复杂系统，可以先研究其理想模型，然后再对模型的研究结果不断加 以种种修正，使之逐步与实际情况完全相符为止。 第三，应用模型化技术可对现有理论知识进行整合，获得科学结论。 第四，模型化技术的运用，能使人们更好地发挥思唯的力量，揭示新的研究方向，形成新的科 学预见。 二、反刍动物营养代谢模型化研究进展 在动物营养的数学模型的构建即模型化研究领域，因反刍动物消化生理与代谢的复杂性，使得 通过数学模型化研究与揭示养分在整个消化道的消化、吸收与转化的规律研究活动越来越活跃，尤 其随着计算机与计算技术的发展，为复杂的机理或经验模型的建立及模块化的计算与优化提供了可 能，使得进入本世纪以来，以奶牛为研究对象的采食量模型、泌乳曲线模型、能量与碳水化合物在 全消化道的物质代谢与转化模型，以及通过神经内分泌的激素调控模型的研究报道呈现加速增加的 态势，而且新近构建模型的系统性、集成度及参数的实例化程度逐步与实际生产相吻合，为动物模 型化的研究结果指导实际生产提供了发展的空间。 在模型研究的专著方面，有代表性的成果： 1 首先，必须提到的是 NRC2001 年发布的《奶牛营养需要量》。该著作以康乃尔大学 Russell 等 （1992）和 Sniffen 等（1992）提出的瘤胃模型及净蛋白质及碳水化合物(CNCPS)体系为基础，系统 应用数学模型化技术，从奶牛饲料的营养价值评定及营养需要量的模型化表述两个方面，从打开瘤 胃灰箱、消化生理学及析因法着手，集成了奶牛营养需要量的模型化研究进展，实现了对奶牛基于 品种、饲养模式、环境因素，以及不同生长、生理及预期生产性能条件下对各种养分需要量的模型 化表达与动态预测，突破了静态的、传统的表格式的营养需要描述。 其次，英国 CABI 出版社 2006 年出版了《农业动物的养分消化与利用：模型化方法》。该出版 物是 2004 年 9 月 6~8 日在荷兰瓦赫宁根大学召开的第六次国际工作组“关于模型化农业动物的养分 利用”的论文集。同先前的 5 次会议一样，本次会议也是同国际反刍动物生理学专题研讨会协同召 开的。该书的主要贡献者包括加拿大奎尔夫大学的 E.Kebreab 教授和 J.France 教授，荷兰瓦赫宁根大 学的 J.Dijkstra 教授、A.Bannink 教授和 W.J.J. Gerrits 教授等。著作收集了 28 篇研究论文，并从养分 的发酵、吸收与流通（8 篇），奶牛与肉牛的生长与体成分的形成（8 篇），矿物元素代谢(4 篇) ，方 法学研究（4 篇），环境影响研究（3 篇）和生产及评价模型研究（7 篇）等 6 个方面综述了自第 5 次会议以来的研究进展，而且主要研究对象为奶牛。 在 2009 年的 9 月 1