動物營養和飼料科學是現代育種和飼料工業的主要科學支撐。動物營養和飼料科學主要研究：一是動物對特定吸收物質的數量和平衡的生理需求，二是天然植物和動物產品或合成物質提供全部或部分營養物質的能力。
中國工程院院刊《Engineering》出版的“動物營養和飼料科學”專題研究認為，目前，動物營養研究進入了一個新階段，現代動物營養學和飼料科學的研究已不再停留在研究動物營養需求方面，而是日益關注人類食品安全和環境保護，致力于可持續的動物營養和飼料科學研究。
一、引言
動物營養和飼料科學學科可簡單地分為以下兩類：
（1）研究動物對特定吸收物質的數量和平衡的生理需求（即營養需求）；
（2）天然植物和動物產品或合成物質提供全部或部分營養物質的能力（即飼料組成和營養成分利用率）。
為了平衡飼料供應以滿足動物的需求，營養學家為所涉及的物種建立了一套系統的飼喂標準或指南。在過去的一個世紀里，已經制定了許多畜禽、役用動物、寵物和其他圈養動物的飼養標準。
這些領域的研究可能涉及未知的某個物種的需求量、某種不了解的潛在飼料原料，或者為滿足動物需求提供平衡飼料而強加的額外約束或限制的一系列環境條件。
在充分了解動物營養和飼料科學之后，這個領域的研究重點可能是：
（1）飼料生產和加工中的關鍵控制問題；
（2）監測相關過程的方法；
（3）相關加工、設備和基礎設施的創新。
這些研究重點可為動物健康、動物管理、動物福利以及適當生產力的持續改善提供支持。
二、營養需求
關于營養需求，動物可以利用一系列的化學物質（如碳水化合物和脂肪）提供能量來滿足機體生理過程需求，從而使動物存活、健康和多產。作為機體組織成分的組成部分，其他物質（如蛋白質、某些脂質和某些礦物質）不僅用于生長和生產，如肉、蛋或牛奶，而且在基本水平上，涉及機體成分的退化和替換的自然維持過程。這種組織“周轉”（turnover）是所有生物的一個顯著特征。還有其他的營養物質（如礦物質和維生素這些獨特的有機分子）是常規用量小且非常特殊的物質，而且不能在體內合成，它們可作為大量生化反應的關鍵因子，可參與能量提供或機體組織成分構建過程。通常情況下這些相互關聯的生化反應或代謝途徑在各種動物體內都是一樣的。然而，將物種與特定食物來源聯系起來的進化策略反映在特定物種所需要的飼料成分或營養物質的性質和相對數量上存在一些差異。
動物的需求取決于品種、年齡和發育階段，以及產品的性質（如蛋、胎兒的生長和發育、牛奶或肉的生長）。研究為大多數畜禽提供了計算這些需求的指導方針，這些研究主要基于動物的體重、形成所需產品的特殊要求，以及用于該類產品的營養素的效率。
三、飼料科學
通常用作飼料的大多數植物或動物的化學組成都可以在飼料原料成分表中找到，飼料原料成分表是聯系飼料原料與動物營養需要量的一個橋梁。直接分析飼料原料可以更好地預估飼料的價值。
當一種新的物質或工業副產品作為潛在的動物飼料或人類食物來源引起人們的注意時，首先要進行化學分析。接著，在分析的基礎上，進行飼養試驗，將新材料加入到配方中，以觀察動物的反應。然而，對于已知和未知飼用價值的飼料原料，化學成分本身并不能確定化學成分或其消化產物被吸收的程度。這就需要更多的方法去評定，這些方法可能依賴于飼料原料組分的物理屬性和化學結構知識。在某些案例中，已經制定了標準的化學、物理或生物試驗方法，來說明營養物質在何種程度上可供動物食用。這一領域的新方法正在穩步發展，以便使給定的飼料原料能夠滿足動物的要求。本專題中俞培強和Prates的文章《飼料的分子結構與動物營養物質利用率和有效性的關系——一種新方法》就是嘗試來解釋這個問題的。
潛在的可用飼料原料也可能含有有害（甚至有毒）的成分。纖維作為飼料中難以消化的成分，可稀釋營養成分和限制采食量。在某種程度上，腸道健康的顯著獲益與低纖維含量有關。本專題中Agyekum和Nyachoti的文章《高纖維日糧對豬營養和代謝的影響綜述》是研究飼料科學這個領域典型的文章。
對于通常食用牧草纖維基礎日糧的動物來說，如反芻動物（綿羊和牛），了解動物的消化生理以及受飲食影響的腸道微生物發酵過程的參數性質是很重要的。在發酵過程中，特別是在腸道微生物群降解纖維碳水化合物的過程中，會產生甲烷。甲烷是一種重要的、強烈的和不受歡迎的溫室氣體。添加物質來抑制甲烷生產，如果可能的話，推動生產對動物直接有益的發酵產品，是該領域的另一目標。本專題中Morrison等的文章《利用六氟化硫示蹤技術預估不同年齡階段的放牧荷斯坦奶牛甲烷排放量》就涉及了這方面。這篇文章還提供了一個例子，說明示蹤方法用于估計代謝終產物的生產速率，有助于評估動物在開放環境中的消化和代謝過程。
隨著新的潛在飼料的出現，以及非營養物質添加到飼料中以提高采食量或飼料轉化率，研究將繼續下去。例如，過去動物飼料中廣泛使用抗生素來改善動物的性能。鑒于全球對抗生素耐藥性細菌感染引起的人類死亡率和發病率的日益關注，此做法不能繼續下去。因此，可替代抗生素的食欲興奮劑、生長促進劑、保健品和中草藥，正在被測試其在陸地和水生動物生產系統的有效性。本專題中蒲紅宇等的文章《中草藥在水產養殖中的應用研究進展》關注的就是這個領域的一個方面。另一種視角在本專題中覃思和侯德興的文章《植物化學物質的生物功能及其在家畜中的應用研究——以Nrf2 /Keap1系統為目標》中有所體現。
某些化學物質，如氨基酸或抗氧化劑的含量升高，可能有直接的代謝效應，從而提高動物的性能。本專題中張博等的題為《低蛋白日糧中添加亮氨酸通過雷帕霉素靶蛋白信號通路增加成年大鼠骨骼肌重量及蛋白質合成》的研究，就是在動物模型中測試這種可能性，從而用于評估實驗效果和識別可能的機制。
隨著對環境健康和飼料轉化生長效率目標的要求越來越高，海洋和水生動物的飼養標準和飼料轉化的發展受到了極大的關注。在開放水域環境中測量動物的變化成為挑戰，但這是改進這種動物飼養系統的基礎。需要嚴格的方法來進行必要的實驗測量。一種方法是通過數學建模，該數學模型基于來自封閉環境或流動室中測量的試驗動物的代謝終產物和排泄物稀釋率的實驗數據。只有這樣，動物營養學家才能應對飼養標準和實踐的挑戰，提供最佳營養，以滿足水產動物的攝食行為。
四、產品保證的依據
在國內和國際貿易的最高層次上，市場設置規范和要求質量保證。這意味著飼料來源、所有添加劑、生產系統和動物產品（不論是否加工）必須對消費者是安全的，必須符合倫理要求。相應的，這些要求可追溯以確保在問題的源頭能及時有效地處理違規。
五、總結
當代動物營養學和飼料科學的研究主要涉及以下領域：
（1）完善家畜類型和品種飼養標準的現有數據庫，以及完善已被指南涵蓋但缺乏所需精度的飼料等級；
（2）明確還不具備飼喂標準的動物的需求；
（3）分析可能提供營養來源但還沒有確定價值的飼料原料；
（4）建立并運用更好的方法，對碳水化合物、纖維、蛋白質、脂類等飼料中重要營養成分進行物理化學分析，以便與攝入量、消化速度和程度相關聯；
（5）建立并應用分析方法，來確定飲食中可能對營養物質消化或吸收產生不利影響的組分的存在和效力；
（6）研究攝食行為、消化過程和新陳代謝；
（7）發展飼養系統，確保動物獲得適當數量的飼料，盡可能保持一致或盡可能接近最佳飼料量，同時避免浪費；
（8）探索特殊情況，例如，牧場或草場的牲畜或水生動物的補充飼養，其中一些飼料在動物所處環境中是天然存在的，但是補充飼料可以提高動物的生產力；
（9）按照市場要求（也稱為“標簽上的誠信”），提供有據可依的產品安全和質量保證。
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