本文刊載於《中國科學院院刊》2021年第6期專題“生態草牧業高質量發展”
賀志雄1,2 周傳社1,2 王 敏1 楊 果3 鍾榮珍4 焦金真1 湯少勳1 譚支良1,2*
1 中國科學院亞熱帶農業生態研究所 中國科學院亞熱帶農業生態過程重點實驗室
2 中國科學院大學 現代農業科學學院
3 中國科學院西北生態環境資源研究院
4 中國科學院東北地理與農業生態研究所 吉林省草地畜牧重點實驗室
為滿足我國 14 億人口對肉、蛋、奶等動物性產品的剛性需求，我國畜牧業過去 40 年來數量型增長成就斐然。目前，我國飼養著全世界 1/2 的豬、1/3 的家禽、1/5 的羊和 1/11 的牛，畜牧業生產規模居世界前列。
一方面，我國草食畜牧業發展潛力巨大。統計資料顯示，2019 年我國全年肉產量 7759 萬噸，其中豬肉產量 4255 萬噸，牛肉產量 667 萬噸，羊肉產量 487 萬噸，禽肉產量 1897 萬噸；同時，禽蛋產量 3309 萬噸，牛奶產量 3298 萬噸。
與我國居民肉類消費結構進行對比，耗糧型豬禽肉佔比為 79%，而食草性牛羊肉僅佔 15%。耗糧型豬禽佔比扭曲不僅反映出我國畜牧業產業結構嚴重不合理，而且與我國自然資源稟賦和種植業副產物資源（擁有約 4 億公頃的草原，面積位列全世界第一，每年農作物秸稈約 8 億噸）不相匹配。與草食畜牧業發達國家相比較（例如，紐西蘭和澳大利亞食草性牛羊肉分別佔比 79% 和 65%），我國草食畜牧業發展潛力巨大。
另一方面，面對新發展階段、新發展理念和新發展格局框架下我國農業的發展趨勢，我國草食畜牧業發展走高質量轉型發展道路也是必然趨勢。功能農業將是繼高產農業、綠色農業之後第三個發展階段，功能性農產品被認為是未來高階食品的發展方向。
當前，我國部分畜產品出現結構性相對過剩：一般性同質化產品量大價低，高品質產品供給無法滿足消費需求。以奶牛為例，消費者對國產乳製品消費信心不足，伴隨著奶粉進口量大幅度增長，國內生鮮乳供需嚴重失衡。
因此，發展草食畜牧業國產乳肉功能性產品，不僅是草食畜牧業高質量發展的首要任務，還是重塑民族品牌、讓消費者重拾信心的新突破口，更是推動我國畜牧業進入世界先進行列的必由之路。
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國內外功能性動物產品發展現狀
功能性動物產品是以動物產品為原料的一類功能性食品。功能性食品除了具有營養和感官功能等食品的基本屬性外，還可在增強機體免疫功能、預防疾病、增強體質及調節機體功能等方面對人體健康起積極作用。
功能性食品發展大體分 3 個階段：
第一階段的功能性食品主要是各類強化食品，是沒有經過任何實驗予以驗證的最原始功能性食品，我國的多數功能性食品均屬於此類；
第二階段功能性食品，經過人體或動物試驗證明它具有某項生理調節功能；
第三階段功能性食品主要體現在對功能成分研究透徹，即在第二階段功能性食品基礎上，同時明確功能因子的結構、含量及其作用機制，且功能因子具有穩定的形態。目前，歐美等發達國家功能性食品研發基本處於第三階段。
現階段國內研發的功能性農產品主要表現為第一階段特徵的富含礦物元素（如硒、鈣、鋅等）食品。功能性雞蛋是研究較多的一類動物性產品。例如，富硒雞蛋是使用無機硒或有機硒等含硒量較高的飼料飼餵蛋雞，使硒在雞體內轉化為有機硒並沉積在雞蛋中。人體對雞蛋中有機硒的吸收率高達 80%，可見富硒雞蛋是較好的硒營養補充劑。另外，透過蛋雞飼料對雞蛋內膽固醇、脂肪酸、磷脂、氨基酸、礦物質、維生素和類胡蘿蔔素等含量進行調控，生產符合兒童、老人等人群飲食營養需求的功能雞蛋也有大量報道。
草食家畜牛羊肉是優質蛋白質來源，膽固醇含量低，且富含許多人體必需氨基酸及其他重要礦物質。牛肉中富含豬、禽肉無法相比的共軛亞油酸、肉毒鹼、肌氨酸、生物氫化中間體等功能成分，在減少脂肪攝入、預防糖尿病、癌症和心血管疾病方面對人體健康表現出積極功效。
我國草食家畜乳肉功能性產品近年來也有一些報道。例如，以鮮嫩清香、無腥羶味而聞名的國家地理標誌產品“柏籽羊肉”，是一種高蛋白、低脂肪且富含遊離氨基酸和多種微量元素的優質山羊肉。
此外，初乳由於其富含免疫球蛋白、乳鐵蛋白和細胞因子等增強機體免疫功能和促進生長髮育的生物活性物質，被認為是一種極具潛力的功能性食品。
目前，我國草食家畜乳肉功能性產品的研發尚處於起步階段（第一階段產品）；隨著國人健康意識的提高和功能性食品市場的挖掘，瞄準第三階段功能性食品特徵開展草食家畜乳肉功能性產品的精細研發，提升產品科技內涵對於指導草食家畜生產和居民科學膳食均具有極其重要的戰略意義。
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草食畜牧業乳肉功能性產品發展過程中的前沿科學和技術問題
草食家畜乳肉功能性產品研究總體目標。透過在草食家畜乳肉功能性產品的“靶點解析—動物生產—人體健康”3 個層面開展科技創新，解析乳肉產品重要功能成分形成機理，構建草食家畜乳肉功能成分靶向提升技術，並闡明乳肉營養與人體健康的關係，為指導精準日糧設計和開展個性化的第三階段草食家畜乳肉功能性產品研發提供基礎理論支撐，其主要研究戰略如圖 1 所示。
圖1 草食畜牧業乳肉功能性產品研究戰略路線圖
草食家畜乳肉產品功能形成理論問題。主要圍繞草食家畜的生物學基礎和營養過程調控 2 個方面。
1. 從自身生物學基礎角度，需闡明草食家畜乳肉產品重要功能成分（如生鮮肉共軛亞油酸、肉毒鹼和肌氨酸等；生鮮乳乳鐵蛋白和卵磷脂等）的遺傳基礎，解析表徵乳肉重要功能成分及其前體物的關鍵靶基因等。
2. 從營養過程調控角度，需闡明草食家畜發育過程中重要功能成分的化學結構、生物合成過程及其前體物累積規律、閾值範圍、影響因素及其調控機理等；解析飼料關鍵營養素（如碳水化合物、蛋白和脂類）消化、吸收、轉運途徑及分配等如何調控乳肉產品的品質與功能。以脂肪代謝為例：因大部分不飽和脂肪酸會被食草家畜瘤胃中的微生物氫化為飽和脂肪酸，所以需明確瘤胃內不飽和脂肪酸氫化與乳肉產品中共軛亞油酸生成的關係是什麼等。
基於乳肉產品功能成分提升的動物生產技術問題。草食家畜生產環節的主要問題是，如何透過生物和非生物技術，在保障乳肉產品產量和品質的基礎上改善其功能成分。
1. 對於生鮮肉，通常用肌肉 pH 值、肉色、系水力、嫩度、肌間脂肪含量、硫代巴比妥酸反應物值和風味評分等指標來量化評定肉品質量。從生鮮肉功能成分角度出發，草食家畜養殖需要關注的問題包括：在環境友好基礎上，如何利用日糧氨基酸平衡、日糧陰陽離子平衡、日糧能氮釋放同步化指數和功能性綠色新增劑等技術提升肉產品支鏈氨基酸、磷脂、共軛亞油酸、生物氫化中間體、肌氨酸和肉毒鹼等重要功能成分含量；功能性調控劑的適宜新增形式、新增量與生產成本和動物耐受劑量研究等。
2. 對於生鮮乳，我國已制定嚴格的生產和質量標準，對生鮮乳乳脂率、乳蛋白和非脂乳固體等指標做了嚴格的閾值限定。在滿足行業標準基礎上，如何提升生鮮乳重要功能成分（如卵磷脂、共軛亞油酸、乳鐵蛋白）含量，以及生鮮乳調控劑的劑量效應與生產成本等是奶用草食家畜養殖層面需要關注的問題。
草食家畜乳肉功能成分與人類健康的理論基礎問題。主要包括：乳肉重要功能成分在人體內的消化吸收和功效問題，明確乳肉產品的功能型分類；不同年齡階段人群攝入草食家畜乳肉功能成分後，機體免疫系統、肝臟、胃腸道及其微生物等組織器官如何響應；功能成分攝入量與人體生理過程的量效關係和時空效應如何；根據草食家畜乳肉產品功能成分含量，制定不同生理階段與不同健康水平人群的膳食方案等。
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發展草食畜牧業乳肉功能性產品的實踐探索
利用遺傳改良方法培育新品系
家畜優秀遺傳背景是形成良種的基礎。透過品種選育或基因工程方法培育重要功能成分基因高表達的家畜品種是生產富含特定功能成分功能性動物產品的有效途徑。
例如，乳鐵蛋白是可以從牛奶中提取獲得的核心營養蛋白質，對人體健康具有調節免疫和促骨生長等多種保健功能。國內外科研人員利用體細胞克隆技術獲得人乳鐵蛋白基因，培育人乳鐵蛋白克隆奶牛，提高了生鮮乳中重組人乳鐵蛋白含量。
高肌間脂肪是牛羊肉大理石紋生成的基礎，也是影響肉品質重要因素之一。肌間脂肪的沉積與草食家畜的品種、管理、營養和遺傳基礎密切相關。中國科學院生態草牧業畜牧科研團隊前期明確了影響綿羊肌間脂肪沉積的相關基因，篩選構建了以我國綿羊品種為基礎的肉質性狀基因篩選晶片，以生產高品質羊肉為目標，利用良種選育聯合育種技術正在開展具有高肌間脂肪的雪花羊肉新品系選育工作。
此外，草食家畜乳肉產品含有可改善心血管健康、代謝疾病和神經健康的磷脂，尤其是牛羊肉中含有較高濃度的可增長人類肌肉和增強力量的肌氨酸和肉毒鹼。雖然這些功能成分是草食家畜乳肉產品異於豬禽肉產品重要的功能成分，但目前關注較少。透過剖析影響草食家畜乳肉產品中磷脂、肌氨酸、肉毒鹼等重要功能成分主控基因，利用遺傳改良方法培育磷脂、肌氨酸或肉毒鹼高表達本土草食家畜種源，是實現乳肉產品功能化的發展方向。
調控日糧配方改變功能成分合成過程
由於草食家畜具有迥異於單胃動物的消化器官——瘤胃，使得關鍵營養素在動物機體內表現出特有的消化代謝機制。
例如：在瘤胃微生物發酵作用下，包括粗纖維等在內的碳水化合物降解生成短鏈脂肪酸以作為動物主要能量來源，蛋白質降解為氨氮並進一步生成含各種必需氨基酸的微生物蛋白質，脂肪中不飽和脂肪酸氫化生成飽和脂肪酸等。國內外科研人員從草食家畜營養代謝過程角度調控乳肉產品重要功能成分已進行了多年研究探索，其中以共軛亞油酸研究最多。草食家畜乳肉產品中含有較高的共軛亞油酸，在減少脂肪攝入、預防糖尿病、癌症和心血管疾病方面對人體健康有著積極作用。研究表明可透過提高草食家畜日糧粗飼料比例、改變脂肪酸種類和數量等方法來改善乳肉共軛亞油酸含量。
中國科學院生態草牧業畜牧科研團隊前期在應用植物功能成分調控草食畜產品品質的研究中發現，在肉羊日糧中新增 3.0—4.0 g/kg 兒茶素可有效改善肉羊肌肉品質，提升肌肉中不飽和脂肪酸的比例；在泌乳羊日糧中增加單寧，羊乳中單不飽和脂肪酸及多不飽和脂肪酸含量隨日糧中單寧新增量增加而線性增加。
目前，透過日糧調控方法改善草食家畜乳肉產品中磷脂、肌氨酸和肉毒鹼等重要功能成分研究較少，基於其在草食家畜乳肉產品和人類營養中的重要性，需要加強針對這些重要功能成分的靶向日糧配製技術和功能型飼料產品研發。
靶向合成草食家畜乳肉功能成分前體物質
近年來，合成生物學在改造微生物的遺傳物質和代謝途徑方面已經取得了令人矚目的進展。DNA 序列的從頭設計合成能力已經從單純的某個基因發展到整個微生物的基因組，病毒、原核生物基因組及真核生物染色體相繼被成功合成。
伴隨合成生物學技術的不斷突破，研究人員已經能夠在特定微生物宿主體內引入複雜的外源代謝途徑並進行工程化改造，實現定向進化。對於草食家畜而言，瘤胃內棲息著複雜多樣的微生物，包括細菌、真菌、古菌和原蟲等，具有種類多樣性和功能複雜性，可以作為各種功能性成分（如氨基酸、脂肪酸、維生素）的天然資源庫。
基於合成生物學，挖掘草食家畜功能成分前體物質的合成途徑，在瘤胃模式微生物中構建相應的合成通路；並將經過功能驗證的功能成分前體物質代謝途徑按照功能簇的形式進行組合合成；透過高效合成元件的挖掘、增加關鍵限速酶的複製數和引入分子調控線路等手段實現合成網路的組合最佳化。靶向改造草食家畜瘤胃特定微生物以合成功能成分前體物質，促進草食家畜功能性肉品質（支鏈脂肪酸和風味氨基酸等）和乳成分（共軛亞油酸、磷脂和乳鐵蛋白等）合成與沉積，在提升草食家畜乳肉產品質量方面的應用潛力巨大，亟待挖掘。
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政策建議
草食畜牧業乳肉功能性產品發展還處於摸索階段，在國家戰略層面圍繞草食家畜乳肉功能性產品開展重大基礎研究、重大技術攻關和重大產品開發，對形成差異化草食畜牧業乳肉產品，打造旗艦乳肉品牌，並推動我國草食畜牧業走高質量發展道路和引導消費者健康膳食具有重要的戰略意義。對於草食畜牧業的高質量發展，提出 2 點政策建議。
1
完善組織管理
需進一步強化頂層設計，統籌草食畜牧業功能產品技術和產品研發的相關科技資源。積極主動與國內外頂尖學術機構和科學家建立起緊密的合作關係，形成科研共同體，發揮主動權和話語權，搶佔若干領域制高點，並組建一支頂尖的學術隊伍，建立一批頂尖的學術科研平臺。
2
加強研究投入
在國家戰略層面各級政府發揮在政策制定中的引導作用，針對不同區域和不同人群消費需求，圍繞草食畜牧業功能性產品發展產業鏈部署重大科技任務，加大政府投入用於基礎研究，並引導企業和社會資本投入草食家畜乳肉功能性產品的技術研發和產品開發。
背景
自 20 世紀以來，全球人口普遍出現了由於營養過剩而引起的“富貴病”，如糖尿病、心腦血管疾病等，繼而引發功能性食品的概念。2017 年，十九大報告提出“健康中國”發展戰略。在大健康戰略背景下，發展集營養和健康為一體的功能性動物產品，不僅是驅動畜牧業供給側改革逐步形成高質量發展的產業新格局的有力抓手，而且是助力健康中國戰略落地的重要途徑。2020—2035 年，我國在全面建成小康社會、實現第一個百年奮鬥目標後，將向第二個百年奮鬥目標進軍。全社會對健康產品的需求日益多元化、差異化和個性化，肉、蛋、奶等動物性產品在我國居民膳食結構中的消費量逐年增加，人們對動物產品質量的要求將愈發迫切。未來 15 年，我國中等收入群體規模預計將從 4 億人增長到 8 億人。強大的內生市場需求在牽引產品產量增加的同時，也將促進高質量功能性動物產品的生產和發展，以滿足中等收入群體的消費需求。
賀志雄 中國科學院亞熱帶農業生態研究所研究員。主要從事母體和幼齡草食動物營養生理研究，以及牛羊肉育肥、肉品質調控、幼畜最佳化培育技術等方面的科技示範工作。近年來主持國家自然科學基金面上專案、中國科學院人才擇優專案、中國科學院科技服務網路計劃（STS）重點專案等科研專案。在畜牧學主流期刊發表 SCI 論文 50 餘篇。
譚支良 中國科學院亞熱帶農業生態研究所所長、研究員。科學技術部重點領域“畜禽消化道健康與養殖生態安全”創新團隊首席科學家，湖南省現代農業草食動物產業技術體系首席科學家，中國畜牧獸醫學會動物營養學分會副理事長。曾獲國家科技進步獎二等獎 2 項，湖南省科技進步獎一等獎 4 項。先後主持湖南省重大科技專項、科學技術部國際合作專案、國家自然科學基金重大國際（地區）合作專案和重點專案等 30 餘項，發表 SCI 論文 150 餘篇。
文章源自：賀志雄,周傳社,王敏,楊果,鍾榮珍,焦金真,湯少勳,譚支良.草食畜牧業乳肉功能性產品發展的戰略思考.中國科學院院刊,2021,36(6):685-691.
