Всероссийский научно-исследовательский институт физиологии, биохимии и питания животных – филиал Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр животноводства – ВИЖ имени академика Л.К. Эрнста»
Энергия и протеин (или аминокислоты) − это основные факторы, определяющие уровень продуктивности животных, однако количественные аспекты взаимосвязи этих факторов во многом остаются невыясненными. Для эффективного применения современных средств зоотехнического менеджмента, в том числе связанных с использованием компьютерных технологий организации кормления животных, необходимо чёткое понимание исходных научных положений и базовых количественных закономерностей. Без этого фундамента трудно ориентироваться в оценке достоинств разных систем питания и имеющихся программных средств. Обзор включает следующие основные разделы: трудности определения физиологической потребности в нутриентах; проблема сбалансированности аминокислот; концепция идеального протеина; эффекты влияния уровня питания, возраста и генотипа; эмпирический, факториальный и системно-физиологический подходы к определению потребностей животных в аминокислотах и энергии. Обобщены результаты экспериментов, проведенных на молодняке крупного рогатого скота и свиней, на лактирующих коровах и других видах продуктивных животных. На основе литературных данных и собственных исследований обосновано положение о том, что наиболее адекватное описание взаимосвязи протеина и энергии возможно в рамках системной функциональной модели продукционного процесса.
1. Ерсков Э.Р. Протеиновое питание жвачных животных. М.: Агропромиздат, 1985, 183 с.
2. Кальницкий Б.Д., Черепанов Г.Г. Современные тенденции развития биологических основ нормирования питания сельскохозяйственных животных. С.-х. биология, 1997, 2: 3-14.
3. Решетов В.Б. Энергетический обмен у коров в связи с физиологическим состоянием и условиями питания. Автореф. дисс....д.б.н., Боровск, 1998, 36 с.
4. Фицев А.И., Воронкова Ф.В. Современные тенденции в оценке и нормировании протеина для жвачных животных. М.: Агропромиздат, 1986, 124 с.
5. Харитонов Е.Л. Методические и инструментальные подходы к изучению физиологических и биохимических процессов образования конечных продуктов переваривания у продуктивных жвачных животных. Проблемы биологии продуктивных животных, 2008, 4: 42-71.
6. Харитонов Е.Л. Физиология и биохимия питания молочных коров. Обнинск: Обнинск Пресс, 2011, 377 с.
7. Черепанов Г.Г., Кузина И.Н. Количественный анализ процессов микробной ферментации и всасывания субстратов у коров (вычислительная модель). С.-х-биология, 1993, 4: 118-131.
8. Черепанов Г.Г., Агафонов В.И., Решетов В.Б. Прогнозирование роста крупного рогатого скота с учетом полового диморфизма на основе системной морфофизиологической модели. С.-х. биология, 1993, 2: 14-21.
9. Черепанов Г.Г. Системная морфофизиологическая теория роста животных, Боровск-Обнинск, 1994, 104 с.
10. Черепанов Г.Г., Агафонов В.И. Обоснование режимов кормления и сроков убоя скота. Зоотехния, 1994, 3: 12-14.
11. Черепанов Г.Г., Решетов В.Б., Морозова А.Ю. Прогнозирование продуктивного действия рациона и состояния метаболизма у телок с помощью системно-кинетической модели. Доклады РАСХН, 1995, 3: 35-37.
12. Черепанов Г.Г. Системно-кинетические принципы и модели в теории питания продуктивных животных, Боровск, 2002, 163 c.
13. Черепанов Г.Г., Катаев А.В. Анализ задачи оптимизации состава рациона с учётом требуемого минимального объёма всасывания основных субстратов (по данным компьютерной имитации биоценоза рубца). Труды ВНИИФБиП, 2004: 134-148.
14. Черепанов Г.Г., Макар З.Н. Адаптивные изменения активности транспорта аминокислот в секреторные клетки молочной железы при сдвигах нутритивного статуса. Рос. физиол. ж., 2005, 91(10):1182-1194.
15. ARC. The nutrient requirements of pigs. Commonwealth Agric. Bureaux: Slough, 1981.
16. Atinmo Т., Mbafung C.M.F. Nitrogen balance study in young Nigerian male adults using four levels of protein intake. Br. J. Nutr., 1988, 60: 451-458.
17. Atinmo Т., Mbafung C.M.F., Hussain B.M., Osotimehin A.O. Human protein requirements: obligatory urinary and faecal nitrogen losses and the factorial estimation of protein needs of Nigerian male adults. Br. J. Nutr., 1985, 54: 605-611.
18. Baldwin R.L., Bywater A.C. Nutritional energetics of animals. Ann. Rev. Nutr., 1984, 4: 101-114.
19. Baldwin R.L., Thornley J.H., Beever D.E. Metabolism of the lactating cow. II. Digestive elements of a mechanistic model. J. Dairy Res., 1987, 54: 107-131.
20. Bannink A., De Visser H. Comparison of mechanistic models on mathematical formulation of extramicrobial and microbial processes. J. Dairy Sci., 1997, 80: 1296-1314.
21. Bergner H., Simon О., Adam K. Lysinbedarfbestimmung bei wachsenden Ratten anhand der Katabolisierungseate von С und N-markiertem Lysine. Arch. Tierernähr., 1978, 28: 21-29.
22. Black J.L., Campbell R.G., Williams I.H., James K.J., Davies G.T. Simulation of energy and amino acid utilization in the pig. Res. Dev. Agric., 1986, 3: 121-145.
23. Black J.L., Davies G.T., Fleming J.F. Role of computer simulation in the application of knowledge to animal industries. Austr. J. Agr. Res., 1993, 44: 541-555.
24. Campbell R.G., Taverner M.R. Effect of strain and sex on protein and energy metabolism in growing pigs. In: Energy metabolism of farm animals (Eds P.W. Мое et al.). Eur. Ass. Anim. Prod. Publ., 32, 1985: 78-81.
25. Campbell R.G., Taverner M.R., Curie D.M. Effects of sex and energy intake between 48 and 90 kg live weight on protein deposition in growing pigs. Anim. Prod., 1985, 40: 497-503.
26. Campbell R.G. Energy and protem metabolism in the pig. In: Manipulating pig production. Proc. Inaug. Conf. Austr. Pig Ass., Werribe, Australia, 1987: 85-96.
27. Campbell R.G., Johnson R.J., Taverner M. R., King R. H.Interrelationships between exogenous porcine somatotropin (pSTH) administration and dietary protein and energy intake on protein deposition capacity and energy metabolism. J. Anim. Sci., 1991, 69: 1522-1531.
28. Cherepanov G.G. A morphophysiological conception and model of animal growth. J. Anim. Feed Sci., 2001, 10: 385-397.
29. Christensen H.N. Role of amino acid transport and countertransport in nutrition and metabolism. Physiol. Rev., 1990, 70: 43-77.
30. Danfaer A. A dynamic model of nutrient digestion and metabolism in lactating dairy cows. 671 Report from the National Institute of Animal Science, Denmark, 1990.
31. Dijkstra J., France J., Davies D.R. Different mathematical approaches to estimating microbial protein supply in ruminants. J. Dairy Sci., 1998, 81: 3370-3384.
32. Di Marco O.N., Baldwin R.L., Calvert C.C. Simulation of DNA, protein and fat accretion in growing steers. Agric. Syst., 1989, 29, 1: 21-34.
33. Dunkin A.C., Black J.L., James K.J. Relationship between energy intake and nitrogen retention in the finisher pig. Anim. Prod. Austr., 1984, 15: 672-681.
34. Dunkin A.C., Black J.L. The relationship between energy intake and nitrogen balance in the growing pig. In: Energy metabolism of farm animals (Мое P.W. et al., eds.). Eur. Ass. Anim. Prod. Publ., 1985, 32: 110-114.
35. Dunkin A.C., Black J.L., James K.J. Nitrogen balance in relation to energy intake in entire male pigs weighing 75 kg. Br. J. Nutr., 1986, 55: 201-207.
36. Ferrell C.L., Jenkins T.G. A note on energy requirements for maintenance of lean and fat Angus, Hereford and Simmental cows. Anim. Prod., 1984: 39: 305-316.
37. Ferrell C.L., Jenkins T.G. Cow type and the nutritional environment: nutritional aspects. J. Anim. Sci., 1985, 61, 3: 725-741.
38. Fox D.G., Sniffen C.J., O'Connor J.D. The Cornell net protein and carbohydrate system. I. Predicting cattle requirements. Proc. Cornell Nutr. Conf., 1987: 36-41.
39. Fox D.G., Sniffen C.J., O'Connor J.D., Russel J.D., Van Soest P.J. A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets. J. Anim. Sci., 1992, 70: 3578-3596.
40. Fox D.G., Sniffen C.J., O'Connor J.D., Russel J.D., Van Soest P.J. A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets. I. Ruminal fermentation. J. Anim. Sci., 1992, 70: 3551-3561.
41. Fuller M.F., Chamberlain A.G. Protein requirements of pigs. In: Recent developments in pig nutrition. London e.a.: Butterworths, 1985: 85-96. Перевод: Фуллер М.Ф., Чамберлэн А.Г. Потребность свиней в протеине. В кн.: Новейшие достижения в исследовании питания животных. Вып. 4, М., 1985: 214-227.
42. Fuller M.F., McWilliam R.,Wang T.C. The amino acid requirements of pigs for maintenence and for growth. Anim. Prod., 1987a, 44: 486 (Abstr.).
43. Fuller MF. Reeds P.J., Cadenhead A., Seve B., Preston T. Effects of the amount and quality of dietary protein on nitrogen metabolism and protein turnover of pigs. Br. J. Nutr., 1987b, 58: 287-300.
44. Fuller M.F., Wang T.C. Amino acid requirements of the growing pig. In: Manipulating pig production. Proc. Inaug. Conf. Austr. Pig Sci. Ass., Australia, 1987: 97-111
45. Fuller M.F., McWilliam R. Wang T.C., Giles L.R. The optimum dietary amino acid pattern for growing pigs. 2. Requirements for maintenance and for tissue accretion. Br. J. Nutr., 1989, 62: 255-267.
46. Gabel M., Poppe S., Grosse F., Papstein H.-J. Einfluss der Futterungsintensitat auf die Mastleistungen und den Schlachtkorperwert von Mastrindern. Wiss. Z. UNI Rostock, N-Reihe 39, 1990, 8: 158-165.
47. Gill M., Beever D.E., France J. Biochemical bases needed for the mathematical representation of whole animal metabolism. Nutr. Res. Rev., 1989, 2: 181-200.
48. Grathwol J. Simulation der Nahrstoffdynamik im Gastrointestinum von Wiederkauern. Diss. (Hohenheim), 1993: 104 S.
49. Hammond A.C., Huntington G.B. et al. Absorption, plasma flux and oxidation of L-leucine in heifers at two levels of intake. J. Anim. Sci., 1987, 64: 420-425.
50. Hanigan M.D., Crompton L.A., Bequette B.J., Mills J.A.N., France J. Modelling mammary metabolism in the dairy cow to predict milk constituen yield, with emphasis on amino acid metabolism and milk protein production: model evaluation. J. Theor. Biol., 2002, 217: 311-330.
51. Hanigan M.D., Crompton L.A., Reynolds C.K., Wray-Cahen D., Lomax M.A., France J. An integrative model of amino acid metabolism in the liver of the lactating dairy cow. J. Theor. Biol., 2004, 228: 271-289.
52. Haussinger D. Nitrogen metabolism in liver: structural and functional organization and physiological relevance. Biochem. J., 1990, 267: 281-290.
53. Johnson D.E., Johnson K.A., Baldwin R.L. Changes in liver and gastrointestinal tract energy demands in response to physiological workload in ruminants. J. Nutr., 1990, 120(6): 649-655.
54. Kim K.I., McMillan L., Bayley H.S. Determination of amino acid requirement of young pigs using an indicator amino acid. Br. J. Nutr., 1983a, 50: 369-382.
55. Kim K.-H., Elliott J.I., Bayley H.S. Oxidation of an indicator amino acid by young pigs receiving diets with varying levels of lysine or threonine and an assessment of animal acid requirements. Br. J. Nutr., 1983б, 50: 391-399.
56. Kita K., Muramatsu T., Tasaki F., Okumura J. Influence of dietary non-protein energy intake с whole-body protein turnover in chicks. Br. J. Nutr., 1989, 61(2): 235-244.
57. Lescoat P, Sauvant D, Danfaer A. Quantitative aspects of blood and amino acid flows in cattle.Reprod. Nutr. Dev., 1996, 36(2): 137-174.
58. Lobley G.E., Cornell A., Lomax M.A., Brown D.S., Milne E., Calder A.G., Farningham D.A.H. Hepatic detoxification of ammonia in the oven liver: possible consequences of amino acid catabolism. Br. J. Nutr., 1995, 73: 66-85.
59. Lobley G.E., Milano G.D. Regulation of hepatic nitrogen metabolism in ruminants. Proc. Nutr. Soc., 1997, 46:547-563.
60. Lobley G.E., Milano G.D., Van der Walt G. The liver integrator of nitrogen metabolism. In: Ruminant Physiology: Digestion, Metabolism, Growth and Reproduction (Ed. P.B. Cronje). Wallingon: CABI, 2000.
61. MacRae J.C, Lobley G.E. Interactions between energy and protein. In: Control of digestion and metabolism in ruminants (Eds R.A. Milligan et al.). Prentice-Hall, Engelwood Cliffs, 1986: 367-379.
62. McNamara J.P. Regulation of adipose tissue metabolism in support of lactation. J. Dairy Sci., 1991. 74: 706-719.
63. McNamara J.P. Lipid metabolism in adipose tissue during lactation: a model of metabolic control system. J. Nutr., 1994, 124: 1383S-1391S.
64. Millward D.J., Jackson A.A., Price G., Rivers J.P. Human amino acid and protein requirements: current dilemmas and uncertainties. Nutr. Res. Rev., 1989, 2: 109-132.
65. Moughan P.J. Simulation of the daily partitioning of amino acids in the 50 live weight pig. In: Proc. Austr. Pig Sci. Ass. Inaug. Conf, Albury, 1987: 112-121.
66. Moughan P. J., Smith W.C. Prediction of dietary protein quality based on a mo of the digestion and metabolism of nitrogen in the growing pig. N.Z. J. Agric. Res., 1984, 27: 501-507.
67. Moughan P.J.,Verstegen M.W.A. The modelling of growth in the Nether. J. Agric. Sci., 1988, 36, 2: 145-166.
68. Muramatsu T. Nutrition and whole-body protein turnover in the chicken in relation to mammalian species. Nutr. Res. Rev., 1990, 3: 211-228.
69. National Research Council. Nutrient Requirements of Swine. 9th ed. Washington: National Academic Press, 1988.
70. National Research Council. Nutrient Requirements of Swine. 10th ed. Washington: National Academic Press, 1998.
71. Nocek J.E., Russell J.B. Protein and energy as an integrated system. Relation of ruminal protein and carbohydrate availability to microbial synthesis and milk production. J. Dairy Sci., 1988, 71: 2070-2107.
72. Nossaman D.A., Schinckel A.P., Miller L.F., Mills S.F. Interaction of somatotropin and genotype on the requirement for energy in two lines of finishing. J. Nutr., 1991, 121: 223-230.
73. O'Connor J.D., Sniffen C.J., Fox D.G., Chalupa W. A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets. IV Predicting amino acid adequacy. J. Anim. Sci., 1993, 1298-1311.
74. Oldham J.D. Protein-energy interrelationships in dairy cows. J. Dairy Sci., 1984, 67: 1090-1102.
75. Oldham J.D., Emmans G.C. Prediction of responses to protein and energy yielding nutrients. In: Nutrition and lactation in the dairy cow. London e.a.: Butterworth, 1988: 76-96.
76. Oltjen J.W., Bywater A.C., Baldwin R.L. Simulation of normal protein accretion in rats. J. Nutr., 1985, 115: 45-52.
77. Oltjen J.W., Bywater A.C., Baldwin R.L., Carrett W.N. Development of a dynamic model of beef cattle growth and composition. J. Anim. Sci., 1986, 62(1): 86-97.
78. Orskov E.R., Reid G.W., McDonald I. The effects of protein degradability and food intake on milk yield and composition in cows in early lactation. Br. J. Nutr., 1981, 45: 547.
79. Parker D.S., Lomax M.A., Seal C.J., Wilton J.C. Metabolic implications of ammonia production in the ruminant. Proc. Nutr. Soc, 1995, 54: 549-563.
80. Parks J.R. Growth curves and the physiology of growth. I. Animals. Am. J. Physiol., 1970, 219: 833-836.
81. Parks J.R. A theory of feeding and growth of animals. Berlin: Springer-Verlag, 1982: 322 p.
82. Petruzzi H., Danfaer A. A dynamic model of feed intake regulation in dairy cows. Model description. J. Anim. Feed Sci., 2004, 13: 1-23.
83. Reeds P.J., Lobley G.E. Protein synthesis: are there real species differences? Proc. Nutr. Soc., 1980, 39: 43-51.
84. Roffler R.E., Thaker D.L. Early lactational response to supplemental protein by dairy cows fed grass-legume forage. J. Dairy Sci., 1983, 66: 2100-2112.
85. Roseler D.K. The use of nutrition models in the commercial feed industry. Proc. Cornell Nutr. Conf. Feed Manufact., Cornell Univ., Ithaka, 1991.
86. Riis P.M., Danfaer A., Hvelplund T., Madsen A., Madsen J., Nielsen M.O., Petersen P.H., Sejrsen K., Thilsted Sh.H. A model for the efficient use of new information within physiology, nutition and breeding of dairy cows. 666 Report from the National Institute of Animal Science, Denmark, 1990, 69 p.
87. Siebrits F.K., Kemm E.H. Body composition and energetic efficiency of lean and obese pigs. In: Energy metabolism of farm animals (Eds A. Ekern, F. Sundstol). Eur. Ass. Anim. Prod. Publ., 1982, 29: 237-241.
88. Smith W.C, Moughan P.J., Pearson G. Effect on pig performance of decreasing amino acid levels in practical grower diets of equal lysine content. N.Z. J. Agric. Res., 1986, 29: 243-248.
89. Sniffen C.J., O'Connor J.D., Van Soest P.J., Fox D.G., Russel J.D. A net carbohydrate and protein system for evaluating cattle diets. II. Carbohydrate and protein availability. J. Anim. Sci., 1992, 70: 3562-3577.
90. Strathe A.B., Sørensen H., Danfaer A. A new mathematical model for combining growth and energy intake in animals: the case of the growing pig. J. Theor Biol., 2009, 261(2): 165-175.
91. Teller E., Godeau J.-M. Protein and energy relationships in dairy cattle. I. Dry cows. Arch. Anim. Nutr, 1989, 39(6): 535-542.
92. Tyrrell H.F. Protein and energy relationships in rations for lactating dairy cows. SW Nutr. Manag. Conf., Tempe, AZ, 1987: 105-114.
93. Van Soest P.J., Sniffen C.J., Allen M.S. Rumen dynamics. In: Asp. Digest. Physiol. Rum., Ithaka, London, 1988: 21-42.
94. Vogt J. Entwicklung des Simulationsmodell zur Beschreibung der Wachstumsdynamik des Fettgewebes. Hohenheim, 1987.
95. Waldo D.R., Glenn B.P. Comparison of new protein systems for lactating cows. J. Dairy Sci, 1984, 67: 1115-1133.
96. Wang T.C., Fuller M.F. An optimal dietary amino acid pattern for growing pig. Anim. Prod., 1987, 44: 476 (Abstr.)
97. Wang T.C., Fuller M.F. The optimum dietary amino acid pattern for grown pigs. 1. Experiments by amino acid deletion. Br. J. Nutr., 1989, 62: 77-89.
98. Whitelaw F.G., Milne E.R., Orskov E.R., Smith J.S. The nitrogen and energy metabolism of lactating cows given abomasal infusions of casein. Br. J. Nutr., 1986, 55: 537-548.
99. Whittemore C.T. An approach to pig growth modelling. J. Anim. Sci., 1986, 63: 615-621.
100. Whittemore C.T. Development of recommended energy and protein allowances for growing pigs. Agric. Syst, 1983, 11: 159-186.
101. Whittemore С.Т., Gibson A. A growth model for pigs designed to include recent concepts of nutrient requirement. Anim. Prod., 1983, 36: 516-526.
102. Wiesemuller W. Physiological basis of the protein requirements of pigs. Critical analysis of allowances. In: Metabolism et nutrition azote. Vol.1. IV Intern. Symp. Prot. Metab. Nutr. (Eds M. Arnal et al.), INRA, Paris, 1983: 405-431.
103. Yen H.T., Cole D.J.A., Lewis D. Amino acid requirements of growing pigs. The response of pigs from 25 to 55 kg live weight to dietary ideal protein. Anim. Prod., 1986, 43: 141-154.