建立數(shù)學模型估測肉鵝氨基酸需要量的研究

孫國榮 龔紹明 沈洪民 何大乾* 郁懷丹 夏來發(fā) 章世元 薛惠琴 杭怡瓊

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所,上海 201106;2.上海市飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,上海 201106;3.揚州大學動物科學與技術學院,揚州 225009)

建立數(shù)學模型估測肉鵝氨基酸需要量的研究

孫國榮1龔紹明1沈洪民1何大乾1*郁懷丹1夏來發(fā)2章世元3薛惠琴1杭怡瓊1

(1.上海市農(nóng)業(yè)科學院畜牧獸醫(yī)研究所,上海 201106;2.上海市飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心,上海 201106;3.揚州大學動物科學與技術學院,揚州 225009)

本研究旨在通過建立數(shù)學模型估測肉鵝的氨基酸需要量。利用析因法將肉鵝的氨基酸需要量剖分為生長和維持2部分。試驗1:設計無氮和低氮2種飼糧,研究維持狀態(tài)下肉鵝蛋白質(zhì)需要量。試驗2:利用屠宰試驗,分析肉鵝沉積于羽毛、胴體和內(nèi)臟中的蛋白質(zhì)量,研究肉鵝生長的蛋白質(zhì)需要量。結果表明:肉鵝由皮膚脫落損失的蛋白質(zhì)量為6.52 g/d,肌酐代謝排出的蛋白質(zhì)量為1.26 g/d,內(nèi)源損失的蛋白質(zhì)量為3.48 g/d,由此得出肉鵝維持每千克代謝體重的蛋白質(zhì)需要量為5.37 g/d;單位體增重中沉積于羽毛和體組織(胴體和內(nèi)臟)中的蛋白質(zhì)量分別為0.045 1和0.141 8 g/d。由上述結果估測肉鵝氨基酸需要量的數(shù)學模型為:AA=5.37W2/3×MAA+0.045 1ΔW×FAA+0.141 8ΔW×CAA。式中:AA為氨基酸需要量(g/d);W2/3為代謝體重(kg);ΔW為日增重(g);MAA、FAA、CAA分別為維持、羽毛、胴體生長的氨基酸模式。利用此模型對肉鵝0～9周齡的氨基酸需要量進行動態(tài)估測,多數(shù)氨基酸的需要量高于前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)的建議量。

肉鵝;氨基酸需要量;數(shù)學模型

目前,雞、豬的氨基酸平衡飼糧配制技術已較為成熟,但肉鵝的相關研究尚很落后。僅有的研究只局限于蛋白質(zhì)、能量及少數(shù)礦物質(zhì)和個別氨基酸方面,很少見有關肉鵝的氨基酸需要量及平衡模式的系統(tǒng)研究。

動物營養(yǎng)需要量的研究方法有劑量反應法和析因法2種。劑量反應法存在試驗重復性多、試驗動物數(shù)量大和試驗周期長等缺點,且得出的研究結果僅適用于某個階段,不能對任一時間點的需要量進行精確地描述。Fisher[1]認為用析因法評價動物的營養(yǎng)需要具有較多的優(yōu)點,用其建立的數(shù)學模型具有生物學意義,且得出的數(shù)學模型可以根據(jù)不同日齡、生長速度及品種計算出對某一營養(yǎng)素的需要量。Hurw itz等[2]、尹清強等[3]以及賀建華等[4]分別用析因法對火雞、蛋雞及肉鴨的氨基酸需要量進行了研究,并得出了動態(tài)估測模型。王志躍等[5]利用析因法對5～10周齡肉鵝的氨基酸需要量進行了研究,得出了此階段肉鵝的氨基酸需要量及理想氨基酸模式。到目前為止,還未見利用數(shù)學模型對肉鵝的氨基酸需要量進行動態(tài)估測的相關研究報道。

本試驗采用析因法,將肉鵝的氨基酸需要量剖分為維持和生長2部分。通過氮平衡試驗與屠宰試驗對肉鵝維持和生長所需蛋白質(zhì)分別進行研究,并找出其與體重、體增重之間的關系,建立數(shù)學模型,將肉鵝氨基酸需要量作為一個動態(tài)的、系統(tǒng)的指標進行研究。這不僅符合肉鵝生長發(fā)育的科學規(guī)律,同時對完善肉鵝蛋白質(zhì)-氨基酸營養(yǎng)體系具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 試驗1:氮平衡試驗

1.1.1 試驗設計與飼養(yǎng)管理

挑選健康、平均體重為(3.5±0.5)kg的9周齡萊川(萊茵鵝×四川白鵝)商品代公鵝20只,隨機分成2組(每組5個重復,每個重復2只鵝),分別飼喂無氮和低氮飼糧。試驗鵝放入體積為60 cm×40 cm×45 cm的代謝籠中,每籠1只。代謝籠帶底座凈高90 cm,籠底離地面50 cm,鵝籠前放置可拆卸的不銹鋼食槽和水槽。試驗1的飼糧組成及營養(yǎng)水平見表1。

表1 試驗1的飼糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎)Table 1 Composition and nutrient levels of diets in trial 1(air-dry basis) %

試驗前1周,將試驗鵝放入代謝籠,期間將飼糧由商品飼糧逐步過渡為試驗飼糧,同時記錄采食量和體重變化情況。消化代謝試驗采用全收糞法。對試驗鵝進行無菌手術,將適當大小的中空塑料瓶蓋縫合于泄殖腔外,鵝只適應后進入預試期(7 d)。按試驗鵝試驗前1周的平均日采食量稱出試驗飼糧,分裝在自封袋中,每袋125 g,每天分4次飼喂,每次飼喂1袋。飼喂有專人看管,采食結束后,將個別鵝只飼槽中的剩料強制喂入。進入正試期后,每天06:00、14:00和22:00分別收集排泄物1次,連續(xù)收集5 d。排泄物收集參照文獻[6]的方法,收集的排泄物標號稱重后,放入-20℃冰箱中備用。試驗期間養(yǎng)殖室內(nèi)溫度保持在24℃,相對濕度保持在60%左右,自由飲水,自然光照。

1.1.2 指標測定與方法

試驗結束后將所有試驗鵝的排泄物解凍,按鵝只分別混勻,平攤放置于搪瓷方盤中,65℃下烘干,室內(nèi)回潮24 h,稱重后粉碎機粉碎。四分法取樣約200 g放置于樣品瓶中,測定無氮飼糧組排泄物的氮及氨基酸含量、低氮飼糧組排泄物中的氮及肌酐含量。

氮含量采用凱氏定氮法測定。

氨基酸含量依據(jù)JY/T 019—1996氨基酸分析方法通則,利用Agilen t1100高效液相分析儀測定。具體方法:精確稱取0.5 g樣品,放入已標號的特制水解管中,加入6 m ol/L的鹽酸8 m L,抽真空,封口,110℃水解24 h,冷卻,全部轉(zhuǎn)移到25m L容量瓶中,定容至刻度,搖勻,用雙層濾紙過濾。取濾液1m L,放入25 m L小燒杯中,在真空干燥器中蒸干后,加入0.02 m ol/L的鹽酸5 m L,在空氣中放置30 min,然后上機測定消解樣品中的氨基酸含量。校正方法為單點校正。

肌酐含量采用苦味酸法測定。具體方法:取排泄物風干樣5 g,放入150 m L三角瓶中,加入蒸餾水30m L左右,搖勻,加入過氯酸,使過氯酸的最終濃度達到 7.5%,體積控制在 35 m L左右。以3 000 r/min、4 ℃離心15 min,將上清液倒入40m L燒杯中,用2 mo l/L的碳酸氫鉀中和,冷卻20 m in,以3 500 r/min、4 ℃離心20m in,取上清液,過濾至100 m L容量瓶中,定容至刻度,然后用 Beckm an Synchron LX 20自動分析儀測定肌酐含量。

1.2 試驗2:屠宰試驗

1.2.1 試驗設計與飼養(yǎng)管理

隨機選擇平均出殼重為(79.45±1.44)g的1日齡萊川商品代肉鵝健雛120只,公母各占1/2,合群飼養(yǎng)。試驗飼糧參照NRC(1994)推薦的肉鵝營養(yǎng)標準配制。試驗2的飼糧組成及營養(yǎng)水平見表2。

表2 試驗2的飼糧組成及營養(yǎng)水平(風干基礎)Table 2 Composition and nutrient levels of diets in trial 2(air-dry basis) %

采用階段飼養(yǎng)法,1日齡注射小鵝瘟疫苗,12日齡注射鵝副黏病毒-禽流感二聯(lián)苗。全期舍飼,無放牧、無放水。采用厚墊料地面平養(yǎng),墊料為優(yōu)質(zhì)刨花。育雛期采用電熱保溫傘供溫,平均室溫保持在25℃。自然光照,自由采食、飲水,舍內(nèi)相對濕度控制在60%～65%。

1.2.2 指標測定與方法

0周齡隨機取20只(10公、10母),1、3周齡隨機取10只(5公、5母),5、7、9周齡隨機取6只(3公、3母)試驗鵝,空腹8 h后稱重。用苯巴比妥鈉麻醉(心臟注射0.1%的苯巴比妥鈉溶液2.0～5.0 m L),干拔羽毛后稱重,以確定羽毛的重量。拔毛后的鵝體剖解成胴體和內(nèi)臟2部分,分別稱重。所有的樣品裝入塑料袋中,在-20℃冰箱中保存?zhèn)溆?。當所有樣品收集完以?分別進行粉碎、均質(zhì)后制樣。

羽毛、胴體及內(nèi)臟中氮及氨基酸含量測定方法同試驗1:氮平衡試驗。

1.3 數(shù)學模型的建立方法

用于計算維持和生長所需蛋白質(zhì)的公式如下:

式中:CP維持為維持所需蛋白質(zhì)(g/d);CP生長為生長所需蛋白質(zhì)(g/d);W2/3為代謝體重(kg);ΔW為日增重(g);a為單位代謝體重維持所需要的蛋白質(zhì)參數(shù);b、c、d分別為羽毛、胴體、內(nèi)臟生長所需要的蛋白質(zhì)參數(shù)。

將公式(1)、(2)合并,乘以各自的氨基酸模式,可得到用于估測肉鵝氨基酸需求參數(shù)的數(shù)學模型:

式中:AA為氨基酸需要量(g/d);MAA、FAA、CAA、VAA分別為用于維持和羽毛、胴體、內(nèi)臟生長的氨基酸模式。

2 結果與分析

2.1 維持用蛋白質(zhì)參數(shù)a的值的計算

氮平衡試驗的結果見表3。在公式(1)中,a為用于維持的蛋白質(zhì)需求參數(shù),其生物學意義是指單位代謝體重在維持狀態(tài)下對蛋白質(zhì)的需要量。肉鵝用于維持的蛋白質(zhì)包括內(nèi)源排泄、皮屑脫落和肝臟代謝3個部分。內(nèi)源損失的蛋白質(zhì)等于肉鵝在采食無氮飼糧時隨排泄物排出的蛋白質(zhì),由氮平衡試驗結果可知其值為3.48 g/d。皮屑損失的蛋白質(zhì)由維持狀態(tài)下(低氮飼糧組)存留于體內(nèi)的蛋白質(zhì)來估計,由氮平衡試驗結果可知其值為6.52 g/d。每排泄1m ol的肌酐相當于1 mol精氨酸、1mol蛋氨酸和1mol甘氨酸在肝臟內(nèi)參與了代謝。本試驗中隨排泄物排出的肌酐量為0.25 g/d,將其折合成蛋白質(zhì)為1.26 g/d,將上述3項合并后除以代謝體重(以低氮飼糧組試驗期的平均體重計算),得到每千克代謝體重的維持蛋白質(zhì)需要量為5.37 g/d,即a的值為5.37。由此得出計算維持所需要的蛋白質(zhì)的公式為:

表3 氮平衡試驗結果Table 3 Experimental results of nitrogen balance

2.2 生長用蛋白質(zhì)參數(shù)b、c的值的計算

由表4可知,隨著肉鵝周齡的增加,羽毛中蛋白質(zhì)含量較為穩(wěn)定(P＞0.05);胴體中蛋白質(zhì)含量在0～1周齡增加較快(P＜0.05),以后趨于穩(wěn)定(P＞0.05);內(nèi)臟中蛋白質(zhì)含量雖在0～1周齡稍有上升,之后有下降趨勢,但差異不顯著(P＞0.05)。

由于內(nèi)臟沉積氨基酸的模式與胴體沉積氨基酸的模式在以賴氨酸為基準時,除絲氨酸外,其余氨基酸的差異均較小[2-5],且內(nèi)臟與胴體相比,在機體總氮沉積中所占的比例相對較少[7],所以本試驗在計算生長沉積蛋白質(zhì)時,將胴體和內(nèi)臟中總氮量按周進行合并,統(tǒng)稱為體組織。經(jīng)回歸分析,體組織中沉積的總氮與體重之間、羽毛中沉積的總氮與體重之間都存在強相關,相關系數(shù)分別為0.969和0.992,回歸系數(shù)分別為7.051和22.170。依據(jù)其回歸方程計算,體增重中沉積于羽毛中的蛋白質(zhì)參數(shù)b的值為0.045 1,沉積于體組織中的蛋白質(zhì)參數(shù)c的值為0.141 8。由此得出計算生長所需要的蛋白質(zhì)的公式為:

表4 不同周齡肉鵝羽毛、胴體及內(nèi)臟中蛋白質(zhì)含量Tab le 4 Protein content in feather,carcass and viscera ofm eat geese at the age of dif ferent weeks %

2.3 氨基酸模式的分析與計算

用于胴體、羽毛生長的氨基酸模式等同于生長過程中沉積在這2部位中的氨基酸模式。內(nèi)源氨基酸模式為飼喂無氮飼糧時排泄物中的氨基酸模式。維持用氨基酸為內(nèi)源、皮屑及肌酐引起的氨基酸損失三者之和,其中,皮屑氨基酸模式按羽毛的氨基酸模式計算。各部分氨基酸模式的試驗結果見表5。羽毛、胴體、內(nèi)臟及維持氨基酸模式相比較,羽毛中脯氨酸的含量較高,而精氨酸、組氨酸和賴氨酸含量偏低;胴體中賴氨酸、蛋氨酸、胱氨酸的含量較高,而半胱氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量較低。內(nèi)源損失以組氨酸、酪氨酸、半胱氨酸為最多,而絲氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和脯氨酸相對較少。天冬氨酸、甘氨酸、蘇氨酸、丙氨酸、纈氨酸含量在各組織及內(nèi)源排泄物中含量均較穩(wěn)定。

表5 內(nèi)源、羽毛、內(nèi)臟、胴體及維持的氨基酸模式(占總氨基酸的比例)Tab le 5 Am ino acid patterns of intestine loss,feather,viscera,carcass,and maintenance(percentage of total am ino acid) %

2.4 建立模型并計算肉鵝各周齡的氨基酸需要量

根據(jù)析因法原理,將公式(4)和(5)合并,并乘以各自相對應的氨基酸模式后,即為氨基酸需要量估測模型:

根據(jù)肉鵝體重發(fā)育規(guī)律[8]及公式(6)可得出肉用仔鵝氨基酸需要量,再除以蛋白質(zhì)用于生長和維持的平均效率0.6,可得到肉鵝生長早期對飼糧中氨基酸的需要量,結果見表6。

表6 肉鵝氨基酸需要量Table 6 Am ino acid requirements ofmeat geese g/d

3 討 論

析因法是將動物對蛋白質(zhì)的需要量剖分為維持和生長2部分,并將維持所需的蛋白質(zhì)又分解成皮膚的再生代謝、內(nèi)源損失、肝臟代謝3部分,生長所需的蛋白質(zhì)又分解為羽毛和體組織生長2部分,然后分別進行研究。本研究結果中,將肉鵝用于維持需要的蛋白質(zhì)換算成代謝體重時,遠遠低于肉鴨[4]和火雞[2],這可能是由于肉鵝的皮膚代謝能力強于火雞和肉鴨,通過皮膚損失的氮較高,導致維持需要增加。此外,雖然析因法評價動物的營養(yǎng)需要具有較多優(yōu)點,但是該方法測得的維持氨基酸需要量偏低。賀建華等[4]采用析因法研究肉鴨的氨基酸需要量,結果顯示肉鴨的維持需要與NRC(1994)相比偏低,這與本試驗得出的肉鵝用于維持需要的蛋白質(zhì)偏低的結果相一致。

本試驗結果表明,肉鵝維持用氨基酸模式與羽毛生長用氨基酸模式基本一致,其原因可能是因為在維持狀態(tài)下,絕大部分蛋白質(zhì)需求是用于羽毛和皮膚代謝的。此外,本試驗得出的肉鵝的氨基酸需要量與肉鴨[4]和火雞[2]的氨基酸需要量均存在差異,在維持和生長狀態(tài)下,肉鵝蛋氨酸需要量低于肉鴨和火雞,肉鴨的亮氨酸需要量遠高于火雞和肉鵝;在胴體的氨基酸模式中,肉鵝的精氨酸需要量高于肉鴨和火雞,火雞的亮氨酸需要量高于肉鴨和肉鵝,而火雞的賴氨酸需要量高于肉鴨和肉鵝。出現(xiàn)上述差異可能與品種有關。

目前養(yǎng)鵝中使用的飼養(yǎng)標準一般參考前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)和NRC(1994)推薦的鵝的營養(yǎng)需要量。其中NRC(1994)鵝的營養(yǎng)需要量標準中只有賴氨酸、蛋氨酸2個指標,而前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)建議的鵝的營養(yǎng)需要量包括13種氨基酸。這2種需要量標準中,氨基酸的需要量均為相對含量,而且均分為3階段。本試驗結果與前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)建議的氨酸酸需要量(以賴氨酸含量為參比所得的比值)相比較,除組氨酸外,其他16種氨基酸的差異均較大,其中甘氨酸、蘇氨酸、胱氨酸、精氨酸、酪氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸的比值均大于前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)的建議量。王志躍等[5]用析因法研究了5～10周齡揚州鵝的氨基酸需要量,大部分氨基酸的水平低于前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)建議的營養(yǎng)需要量。引起差異的原因是否與肉鵝品種有關,有待于進一步探討。

4 結 論

①肉鵝維持每千克代謝體重需要的蛋白質(zhì)為5.37 g/d,低于肉鴨和火雞,其中63%以上用于皮膚代謝,維持的氨基酸模式與組成羽毛的氨基酸模式一致。

②利用析因法估測肉鵝氨基酸需要量的數(shù)學模型為:AA=5.37W2/3×MAA+0.045 1ΔW×FAA+0.141 8ΔW×CAA。利用此模型對肉鵝0～9周齡的氨基酸需要量進行動態(tài)估測,多數(shù)氨基酸的需要量高于前蘇聯(lián)畜牧科學研究所(1985)的建議量。

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*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:hedaqian@saas.sh.cn

(編輯 菅景穎)

Development of Mathematic Models to Estimate Amino Acid Requirements of Meat Geese

SUN Guorong1GONG Shaom ing1SHEN Hongm in1HE Daqian1*YU Huaidan1XIA Laifa2ZHANG Shiyuan3XUE Huiqin1HANG Yiqiong1

(1.Animal Husbandry and Veterinary Research Institu te,Shanghai Academy of Agricultural Sciences,Shanghai201106,China;2.Shanghai Feed Test Center,Shanghai201106,China;3.College of An imal Science and Technology,Yangzhou University,Yangzhou225009,China)

The objective of th is study w as toformulate a mathem aticm odel to calculate the am ino acid requirements of meat geese.The am ino acid requirements ofmaintenance and growth were calculated according to the factorialmethod.In trial 1,a nitrogen-free diet and a nitrogen-low dietwere designed and applied for the determ ination of p rotein requirement of maintenance.In trial 2,in order to research into the p rotein requirem entof growth,a slaughter testw as used tomeasure the amount of protein deposition in feather,carcass and viscera,respec tively.The resultsshowed that theamountof protein lost was 6.52 g/d from skin,1.26 g/d from the creatininemetabolism and 3.48 g/d from intestinal losses,so the protein requirement ofm aintenance ofmeatgeese should be 5.37 g/(d?W2/3).The am ountof p rotein deposition in feather and body tissue(carcass and viscera)per kg daily w eight gain was 0.045 1 and 0.141 8 g,respectively.A ccording to the results,we have formulated amathematicmodel for development of am ino acid requirements ofmeat geese as follows:AA=5.37W2/3×MAA+0.045 1ΔW×FAA+0.141 8ΔW×CAA,whereAAis am ino acid requirement(g/d);W2/3ismetabolic body w eight(kg);ΔWis daily weight gain(g);MAA,FAAandCAAare the am ino acid patterns formaintenance,feather growth and carcass growth,respectively.Using thism odel,w e get the am ino acid requirements ofm eat geese from 0 to 9 weeks of age,most of which are higher than the recommended requirements by the Former Soviet Union Institute of Anim al Sc ience.[Chinese Journalof Animal Nutrition,2010,22(6):1717-1723]

m eat geese;am ino acid requirements;mathematic model

S835

A

1006-267X(2010)06-1717-07

10.3969/j.issn.1006-267x.2010.06.036

2010-05-10

國家“十五”科技攻關項目(2004BA 514A 09)資助;現(xiàn)代水禽產(chǎn)業(yè)技術體系

孫國榮(1971—),女,內(nèi)蒙古呼和浩特人,副研究員,主要從事動物營養(yǎng)與飼料科學研究。E-mail:sunguorong@saas.sh.cn

*通訊作者:何大乾,研究員,E-mail:hedaqian@saas.sh.cn