能量代谢研究动态和趋势

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1、开放式呼吸代谢测定装置杨华明张国良（吉林省农业科学院畜牧科学分院）摘要：项目研制的牛、羊用两套三室并联开放式呼吸代谢测定装置，是研究动物能量物质代谢的新型专用测试仪器。该装置系统中的呼吸代谢测定室内能长时间真实跟踪模拟异地动物舍饲内和户外气候环境。根据试验研究的不同需要，可分别提供4种采集分析模式。通过控制各种电磁阀和气路与三个并联的呼吸代谢测定室相连接，并与户外新鲜空气相连通，分别按时间顺序定时切换测试。采集和储存的数据有（1）O2%；（2)CO2%；（3)CH4%；（4、5）进、排各呼吸代谢测定室的

2、气体流量（L/min，在标准状态下VSTP)；（6）温度；（7）湿度；（8）气压；（9）风速米/秒；（10）光照强度等。该装置中的气体分析仪、数据采集控制仪、软件工作站和进、排气装置等系统的主要仪器，均为自主研发，根据实验需要具有多种智能和升级功能。该装置用于研究我国动物能量代谢规律和反刍动物甲烷产生量，并通过实施各种减排措施后，对减少饲料能量损失和提高饲料利用率及缓解温室效应具有重大现实意义。（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据1.1研究意义反刍动物牛、羊等在生产过程中，经瘤胃发酵和肠道消化产生

3、的两种气体排放物甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），均为国际上公认的主要限制排放的温室气体，而甲烷的温室效应约是CO2的24.5倍。这两种气体对人类健康及生态环境产生极大的负面影响。全球每年排入大气的甲烷量是0.4—0.6亿吨，其中约三分之一来自人类农业生产活动，而且每年以2.34%的速度增长，其中来自反刍动物的约达800万吨，占排放总量的15%—25%，对全球气候变暖产生越来越严重的影响，已引起各国的广泛关注。近十年随着我国奶牛、肉牛等大型反刍动物养殖数量增加，甲烷的排放量也随之快速增长，反刍动物排放

4、甲烷的能量约占饲料总能量的2—15%，即在反刍动物的消化代谢过程中有2—15%的能量被转变成甲烷而浪费掉。本项目研制“牛、羊用三室并联开放式呼吸代谢测定装置”，是在已有研究成果基础上，针对近年动物营养科研发展趋势和实际需要而设计提出的。该装置能准确监测反刍动物的甲烷、二氧化碳产生量及其规律，在此基础上通过营养调控技术研究，既可控制甲烷的生成量，同时还能相对提高反刍动物生产性能。能有效控制反刍动物甲烷排放量，还可以缓解温室效应，因此减少反刍动物甲烷的排放量，对于减少饲料能量的损失，提高饲料利用率和缓解温室

5、效应，具有重大的现实意义。该装置专用于牛、羊等反刍动物的呼吸气体代谢试验，与能量物质代谢、营养需要和制定科学日粮饲养标准等科研工作密切结合，能够获得多方面更为理想的研究成果，填补我国在牛、羊大型反刍动物营养和繁育研究的多项空白。1.2国内外研究现状近40年来，畜牧业先进国家都对反刍动物能量、蛋白质营养进行了大量深入的研究，反刍动物的饲养体系已经科学化、标准化，如美国、英国、荷兰、澳大利亚、丹麦和法国等，都相继制定了本国的饲养标准，而它们的这些研究，大多是利用了“开放式呼吸代谢测定装置”后，才得出各项科学

6、试验结果。我国，自80年代初期至90年代，相继有著名动物营养学家杨诗兴、杨嘉实、冯仰廉等开展呼吸代谢测定装置研究工作，并研制成功面罩式、密闭式、开放式等各种呼吸代谢测定装置。从而开始测定出动物呼出产生CO2、CH4和耗O2量的研究工作，填补了该领域国内空白。当时我国的呼吸代谢测定装置研制处于初级研制阶段，只是把甲烷气体作为能量损失来进行计算和研究。随着生物科学及电子技术的发展，2008和2009两年间，在我国又出现了新的（第二次）“能量代谢”或“呼吸代谢”的研究热潮，其进展之迅速，是前所未有的。如，江苏

7、省体育科学研究所、国家体育总局体育科学研究所，已先后从美国引进了人用的呼吸代谢测定装置系统；中国农业科学院畜牧兽医研究所，由美国引进三套牛的呼吸测热室，气体分析仪等主要设备；山东大学也从美国引进了一套小型动物呼吸代谢测定装置。为了加强这个领域的科研，在21世纪初，吉林省农业科学院曾研制出一台中型开放式呼吸代谢测定装置，采用了CO2、CH4和O2等自动分析仪，该装置具有在线测定、自动记录、可控温等功能，当时达到了国内同类技术研究的领先水平。并于2008、2009年对前述的已经研制成功的中型开放式呼吸代谢测

8、定装置，再次对其中的核心技术系统做了全面改造并积累了新的经验。同时，首次在国内研制成功了小型动物专用的新型“三室并联开放式呼吸代谢测定装置”，经对大白鼠实验结果认为：装置设计合理、性能稳定，首次得到可喜的新研究结果。2008年，吉林省农业科学院（中国农业科技东北创新中心）畜牧科学分院畜禽能量代谢实验室的负责人杨华明，受中国农业大学（农业部饲料工业中心）特邀，参与了该单位立项“猪用三室并联开放式呼吸代谢测定装置”的设计研制。利用自动化控制装置