智能飼喂對(duì)幼兔生長(zhǎng)發(fā)育及IGF-1表達(dá)的影響

邵樂 李健 秦楓 潘孝青 翟頻 張霞 孫雪峰 楊杰

摘要：為提高規(guī)?；脠?chǎng)生產(chǎn)效率，以幼兔為試驗(yàn)對(duì)象，設(shè)計(jì)了一種智能飼喂機(jī)器人，比較不同飼喂模式對(duì)幼兔生長(zhǎng)發(fā)育及IGF-1表達(dá)量的影響。選取90只35日齡新西蘭幼兔，隨機(jī)分為3組，分別為對(duì)照組、試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組，預(yù)試期3 d，正飼期21 d。對(duì)照組由人工飼喂，2次/d，試驗(yàn)Ⅰ組機(jī)械化飼喂，2次/d，試驗(yàn)Ⅱ組智能化飼喂，3次/d。結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)Ⅱ組平均日增質(zhì)量提高15.9%，差異顯著（P<0.05）;試驗(yàn)Ⅱ組小腸指數(shù)顯著提高14.6%（P<0.05）;試驗(yàn)Ⅱ組肝臟質(zhì)量、肝臟指數(shù)分別顯著提高26.0%和20.6%（P<0.05，P<0.05）;試驗(yàn)Ⅱ組粗蛋白質(zhì)表觀消化率顯著升高14.1%（P<0.05）;試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組血清免疫球蛋白G、免疫球蛋白M、免疫球蛋白A、白蛋白、球蛋白、谷草轉(zhuǎn)氨酶、谷丙轉(zhuǎn)氨酶含量均無(wú)顯著差異;試驗(yàn)Ⅱ組中的IGF-1表達(dá)量顯著升高（P<0.05）。由此可見，智能化飼喂可以降低料質(zhì)量比，提高飼料粗蛋白消化率，增加體臟器官質(zhì)量，促進(jìn)腸黏膜發(fā)育，維持腸道健康，生產(chǎn)效率明顯優(yōu)于人工對(duì)照組。

關(guān)鍵詞：智能飼喂;幼兔;生長(zhǎng)性能;IGF-1基因

中圖分類號(hào)：S829.1 ??文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）23-0167-05

幼兔斷奶階段自身各個(gè)器官尚未發(fā)育完全，受采食、飼料及環(huán)境變化的影響，破壞了腸道微生物區(qū)系的平衡及機(jī)體相關(guān)免疫功能，導(dǎo)致腸道疾病高發(fā)，生長(zhǎng)速度明顯降低，同時(shí)大多數(shù)兔場(chǎng)主要依賴人力，勞動(dòng)強(qiáng)度大、技術(shù)水平低等制約了生產(chǎn)效率的提高。因此，選擇合適的飼喂模式對(duì)規(guī)模兔場(chǎng)幼兔的生長(zhǎng)發(fā)育有重要影響。

國(guó)外智能化飼喂設(shè)備開發(fā)很多，其應(yīng)用也獲得巨大成功，包括荷蘭Velos設(shè)備[1-2]、美國(guó)Osborne設(shè)備[3-5]、法國(guó)Elistar設(shè)備等[4]，引領(lǐng)了畜牧業(yè)智能設(shè)備發(fā)展方向。我國(guó)家畜養(yǎng)殖裝備尤其是智能設(shè)備研究基礎(chǔ)薄弱，整機(jī)可靠性和智能化程度不高，核心部件和高端產(chǎn)品依賴進(jìn)口，導(dǎo)致設(shè)施養(yǎng)殖場(chǎng)的硬件投入大，成本回收期長(zhǎng)。而核心養(yǎng)殖設(shè)備尤其是作業(yè)機(jī)器人嚴(yán)重缺乏，導(dǎo)致畜牧業(yè)綜合生產(chǎn)力較低，成本居高不下[6]。熊本海等研究表明，自動(dòng)飼喂器有效地解決了妊娠母豬的精細(xì)化飼養(yǎng)技術(shù)，但國(guó)內(nèi)智能化飼喂在家兔產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用卻鮮有報(bào)道[7]。

江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所自主研發(fā)基于單片機(jī)控制的自走式、省力化喂料機(jī)器人，具有專用輕量化、自主驅(qū)動(dòng)、軌道式展臂多層自動(dòng)落料的功能，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)、定時(shí)、定量柔性化投喂的效果。本試驗(yàn)使用了新型的自動(dòng)飼喂機(jī)器人，與兔場(chǎng)結(jié)構(gòu)布局結(jié)合，與家兔的生理、生長(zhǎng)及行為相結(jié)合，從滿足動(dòng)物福利角度出發(fā)，形成設(shè)備與動(dòng)物的相互適應(yīng)，隨日齡動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)控制系統(tǒng)飼喂幼兔。本試驗(yàn)探討其對(duì)幼兔生長(zhǎng)性能、IGF-1基因表達(dá)量的影響，為幼兔生長(zhǎng)階段實(shí)施智能化飼喂提供理論基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)時(shí)間與地點(diǎn)

試驗(yàn)時(shí)間為2019年3月28日至2019年4月18日。預(yù)飼期3 d，正試期21 d。試驗(yàn)在江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院兔場(chǎng)進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將隨機(jī)選取的90只新西蘭幼兔分為3組，每組3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)10只。試驗(yàn)期間，每籠2只飼養(yǎng)，飼料統(tǒng)一，自由飲水。對(duì)照組為人工飼喂，2次/d，分別為07：00、17：00。安排1名優(yōu)秀飼養(yǎng)員進(jìn)行人工飼喂。試驗(yàn)Ⅰ組機(jī)械化飼喂，2次/d，時(shí)間模擬人工對(duì)照組，早上（投料比例40%），下午（投料比例60%）。試驗(yàn)Ⅱ組采用智能化飼喂，3次/d，分別為07：00（投料比例30%），15：00（投料比例30%），20：00（投料比例40%），依據(jù)幼兔生長(zhǎng)曲線，隨日齡動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)而增加飼喂量。預(yù)飼期3 d，試驗(yàn)周期為21 d。試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)兔采血并進(jìn)行屠宰。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 飼料營(yíng)養(yǎng)測(cè)定 測(cè)定飼料中常規(guī)營(yíng)養(yǎng)成分：粗蛋白（CP），粗脂肪（EE）、干物質(zhì)（DM）、粗纖維（CF）、鈣（Ca）、磷（P），測(cè)定方法參照《飼料分析與檢測(cè)》[8]。

1.3.2 生長(zhǎng)性能測(cè)定 記錄正飼期投料量，及時(shí)收集剩料，風(fēng)干后回稱，統(tǒng)計(jì)正飼期各組實(shí)際消耗量。每周四上午空腹稱質(zhì)量，記錄0、1、2、3周體質(zhì)量。計(jì)算平均日采食量：記錄每周投料量和剩料量的差值后，除以各組試驗(yàn)兔的數(shù)量和天數(shù)，得出平均日采食量，統(tǒng)計(jì)3周數(shù)據(jù)求得均值，得到全期的平均日采食量。平均日增質(zhì)量：個(gè)體日增質(zhì)量=（實(shí)驗(yàn)兔的末質(zhì)量-初質(zhì)量）/試驗(yàn)天數(shù)，統(tǒng)計(jì)各組均值。料質(zhì)量比：料質(zhì)量比=平均日采食量/平均日增質(zhì)量。每天記錄腹瀉兔耳號(hào)，統(tǒng)計(jì)腹瀉天數(shù)，計(jì)算腹瀉率。

腹瀉率=∑（腹瀉兔數(shù)量×腹瀉天數(shù)）/（試驗(yàn)兔數(shù)量×試驗(yàn)天數(shù)）×100%。

1.3.3 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率測(cè)定 采用全收糞法，常規(guī)分析日糧及兔糞中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的表觀消化率計(jì)算公式：

日糧養(yǎng)分表觀消化率=攝入日糧養(yǎng)分量-排出糞便養(yǎng)分量攝入日糧養(yǎng)分量×100%。

1.3.4 內(nèi)臟器官指數(shù)測(cè)定 試驗(yàn)?zāi)┢诜Q質(zhì)量結(jié)束后，各組隨機(jī)選取6只，致死后分別將內(nèi)臟器官依次取下，用水洗凈，再用濾紙吸干后稱質(zhì)量。內(nèi)臟器官指數(shù)的計(jì)算公式如下：

內(nèi)臟器官指數(shù)=內(nèi)臟器官質(zhì)量/體質(zhì)量×1 000。

1.3.5 消化道小腸（空腸）測(cè)定 宰殺后，立即打開腹腔，按照解剖學(xué)特征小心剝離出小腸，測(cè)定小腸的長(zhǎng)度及質(zhì)量，再取空腸組織。通過(guò)HE染色，采用捷達(dá)圖像進(jìn)行分析，測(cè)定絨毛高度、腸壁厚度和隱窩深度。

1.3.6 血液生化指標(biāo)測(cè)定 幼兔屠宰前采血，取血清測(cè)定總蛋白、白蛋白、球蛋白、谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶、IgG、IgA、IgM含量，所用試劑盒均購(gòu)自南京建成生物工程研究所。

1.3.7 肝臟樣品中IGF-1表達(dá)量的測(cè)定 對(duì)照組，試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組分別采集8只兔的肝臟樣品，利用Trizol試劑提取總RNA，以1 μg總RNA為模板進(jìn)行反轉(zhuǎn)錄（Prime ScriptTM RT Master Mix），-20 ℃ 保存待用。采用熒光定量PCR（SYBRTM Premix Ex TaqTM Ⅱ），對(duì)上述3組中兔的肝臟IGF-1的mRNA表達(dá)量進(jìn)行測(cè)定，GAPDH為內(nèi)參，定量引物參考文獻(xiàn)[9]。PCR擴(kuò)增體系：10 μL SYBR Premix Ex TaqⅡ，0.5 μL正向引物，0.5 μL反向引物，0.4 μL ROX，2 μL cDNA模板，6.6 μL滅菌水，共20 μL。擴(kuò)增條件：預(yù)變性 95 ℃ 2 min;95 ℃ 10 s，60 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，40個(gè)循環(huán)。根據(jù)熒光曲線的CT值利用2-ΔΔCT法算出基因的相對(duì)表達(dá)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

經(jīng)Excel 2013整理數(shù)據(jù)后，采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件檢驗(yàn)分析，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”（x±s）表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 智能化飼喂對(duì)幼兔生長(zhǎng)性能的影響

由表2可知，試驗(yàn)Ⅱ組平均日增質(zhì)量和對(duì)照組相比顯著提高15.9%（P<0.05）;試驗(yàn)Ⅱ組料質(zhì)量比和腹瀉率最低，分別比對(duì)照組降低7.3百分點(diǎn)和1.3百分點(diǎn)，但差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 智能化飼喂對(duì)幼兔營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

由表3可知，粗蛋白質(zhì)表觀消化率試驗(yàn)Ⅱ組與對(duì)照組相比顯著升高了14.1%（P<0.05）。粗纖維和粗灰分表觀消化率與對(duì)照組相比，試驗(yàn)Ⅰ組、試驗(yàn)Ⅱ組無(wú)明顯變化。

2.3 智能化飼喂對(duì)幼兔體臟器官質(zhì)量的影響

由表4可知，試驗(yàn)Ⅱ與對(duì)照組相比，組肝臟質(zhì)量、肝臟指數(shù)分別顯著提高了26.0%（P<0.05）和20.6%（P<0.05）。試驗(yàn)組Ⅱ、試驗(yàn)組Ⅰ和對(duì)照組相比，心臟質(zhì)量、胃質(zhì)量、脾臟質(zhì)量有增高趨勢(shì)，但差異不顯著（P>0.05）。

2.4 智能化飼喂對(duì)幼兔小腸長(zhǎng)度、質(zhì)量及空腸發(fā)育的影響

由表5可知，試驗(yàn)Ⅱ組與對(duì)照組相比，小腸指數(shù)顯著升高了14.6%（P<0.05）;與對(duì)照組相比，試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組小腸長(zhǎng)度分別提高4.6%和6.1%，腸壁厚度分別提高7.7%和9.8%，絨毛高度分別提高0.4%和1.3%，隱窩深度分別降低5.3%和6.7%，絨毛高度/隱窩深度分別提高6.0%和8.5%，但差異均不顯著（P>0.05），但絨毛高度、絨毛高度/隱窩深度有趨勢(shì)性增高，隱窩深度有趨勢(shì)性降低。

2.5 智能化飼喂對(duì)幼兔血液生化指標(biāo)的影響

由表6可知，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組IgG、IgA、IgM、ALB、GLB、AST、ALT含量均無(wú)顯著變化（P>0.05）。ALT和AST含量試驗(yàn)Ⅱ組比對(duì)照組分別高7.5%和8.2%，有增高趨勢(shì)。

2.6 智能化飼喂對(duì)幼兔肝臟IGF-1表達(dá)水平的影響

飼養(yǎng)期結(jié)束后，對(duì)對(duì)照組、試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組兔的肝臟IGF-1進(jìn)行定量PCR，由圖1可知，試驗(yàn)Ⅰ組中的IGF-1比對(duì)照組表達(dá)稍高，但差異不顯著（P>0.05）;試驗(yàn)Ⅱ組中的IGF-1表達(dá)量均顯著高于對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組（P<0.05）。

3 討論

3.1 智能化飼喂對(duì)幼兔生長(zhǎng)性能的影響

斷奶后幼兔貪食嚴(yán)重、消化能力低、消化負(fù)擔(dān)重、極易出現(xiàn)腹瀉，影響正常生長(zhǎng)發(fā)育。本試驗(yàn)智能化飼喂機(jī)器人運(yùn)用籠位精準(zhǔn)標(biāo)定裝置和運(yùn)動(dòng)探測(cè)判定裝置，開展個(gè)性化柔性飼喂。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)Ⅱ組平均日增質(zhì)量比對(duì)照組顯著提高15.9%，試驗(yàn)Ⅱ組料質(zhì)量比和腹瀉率均最低，分別比對(duì)照組降低7.3%和1.3%，說(shuō)明智能飼喂3次/d的飼喂方式飼料轉(zhuǎn)換率更高。這主要是因?yàn)樵囼?yàn)Ⅱ組幼兔每次采食完飼料幾乎無(wú)剩余，動(dòng)態(tài)投料量不但能夠滿足幼兔生長(zhǎng)需求，而且有效解決了仔兔貪食問題，降低了腹瀉率，從而保護(hù)了幼兔腸道健康，生長(zhǎng)發(fā)育也最好。

3.2 智能化飼喂對(duì)幼兔營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率的影響

消化代謝試驗(yàn)可用來(lái)測(cè)定飼料養(yǎng)分及能量被動(dòng)物消化利用的程度。糞氮是飼糧蛋白質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)未能被消化道吸收的部分，受飼料蛋白質(zhì)水平的影響很大[10]。本次研究發(fā)現(xiàn)，雖對(duì)照組、試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組的飼料營(yíng)養(yǎng)水平一致，但粗蛋白質(zhì)表觀消化率試驗(yàn)Ⅱ組比對(duì)照組顯著升高了14.1%（P<0.05）。有可能因?yàn)樵囼?yàn)Ⅱ組少食多餐的模式，容易促進(jìn)胰液分泌，增強(qiáng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，因此提高了粗蛋白表觀消化率。Schneider研究得出，在動(dòng)物生長(zhǎng)中，通過(guò)增加飼喂次數(shù)，可明顯提高消化率[11]，本結(jié)果與之相似。

3.3 智能化飼喂對(duì)幼兔內(nèi)臟器官質(zhì)量的影響

本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)Ⅱ組、試驗(yàn)Ⅰ組和對(duì)照組中心臟質(zhì)量、胃質(zhì)量、脾臟質(zhì)量變化比較，差異不顯著。而試驗(yàn)Ⅱ組肝臟質(zhì)量、肝臟指數(shù)分別比對(duì)照組顯著提高26.0%（P<0.05）和20.6%（P<0.05）。肝臟是體內(nèi)最大的消化代謝器官。肝臟代謝底物含量及類型的改變影響著肝臟代謝活性[12]。陳守云等研究發(fā)現(xiàn)，肝臟質(zhì)量隨著肝臟代謝活性增加而增加，當(dāng)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)水平升高時(shí)，流經(jīng)肝臟的血液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量及肝臟組織蛋白質(zhì)沉積均升高[13]。試驗(yàn)Ⅱ組增加1次采食后，幼兔通過(guò)對(duì)養(yǎng)分消化吸收率、能量分配、貯存形式等途徑影響肝臟增質(zhì)量。

3.4 智能化飼喂對(duì)幼兔小腸長(zhǎng)度、質(zhì)量及空腸發(fā)育的影響

小腸是吸收的重要器官，可以吸收大部分的糖類、蛋白質(zhì)和脂肪。小腸結(jié)構(gòu)與功能是否正常決定了營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能否被充分消化與吸收[14]。幼兔采食固體飼料過(guò)程中，飼料容易導(dǎo)致小腸絨毛萎縮和隱窩加深，容易對(duì)生長(zhǎng)及健康造成不利影響[15]。腸道黏膜絨毛高度與細(xì)胞數(shù)量呈正相關(guān)，黏膜隱窩深度體現(xiàn)了細(xì)胞成熟率，絨毛高度/隱窩深度比值綜合反映小腸的功能狀態(tài)，以上指標(biāo)均可表明小腸消化能力是否受損。本研究表明，小腸指數(shù)試驗(yàn)Ⅱ組與對(duì)照組相比顯著提高了14.6%（P<0.05），但是小腸長(zhǎng)度、腸壁厚度、絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度比值相互間有增高趨勢(shì)，隱窩深度有降低趨勢(shì)。這說(shuō)明試驗(yàn)Ⅱ組和試驗(yàn)Ⅰ組、對(duì)照組相比，幼兔腸道發(fā)育良好，有可能是因?yàn)橹悄茱曃鼓Ｊ桨碓黾?次投喂，滿足了幼兔夜間采食的需求，更加符合家兔的生物學(xué)習(xí)性，有效地促進(jìn)了腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。

3.5 智能化飼喂對(duì)幼兔血液生化指標(biāo)的影響

血清總蛋白對(duì)于修補(bǔ)組織和提供能量起了重要作用，因此，血清總蛋白含量越高說(shuō)明機(jī)體蛋白質(zhì)合成能力越強(qiáng)。體液免疫應(yīng)答中最主要的因子之一是免疫球蛋白。本結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)Ⅰ組和試驗(yàn)Ⅱ組白蛋白、球蛋白及各種血清免疫球蛋白均無(wú)明顯變化。一般來(lái)說(shuō)，谷丙轉(zhuǎn)氨酶和谷草轉(zhuǎn)氨酶等細(xì)胞內(nèi)酶活性受細(xì)胞膜的屏障限制，不易逸出。細(xì)胞膜的通透性因?yàn)榧?xì)胞受到損傷時(shí)，開始升高，血清酶活性也會(huì)隨之顯著升高[16]。試驗(yàn) Ⅱ 組中AST和ALT含量，相比對(duì)照組和試驗(yàn) Ⅰ 組有升高趨勢(shì)，但差異不顯著。分析誘發(fā)機(jī)體轉(zhuǎn)氨酶升高的原因可能是幼兔有時(shí)會(huì)處于饑餓刺激狀態(tài)，或者長(zhǎng)期采食亢奮造成一定影響，其機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

3.6 智能化飼喂對(duì)幼兔肝臟IGF-1表達(dá)水平的影響

胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin-like growth factors，IGFs）是一種肽類物質(zhì)，具有促生長(zhǎng)作用，又叫生長(zhǎng)素介質(zhì)，可通過(guò)生長(zhǎng)激素誘導(dǎo)靶細(xì)胞產(chǎn)生，主要包括IGF-1和IGF-2[17-23]。IGF可提高蛋白質(zhì)的凈增率，促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育。本次結(jié)果顯示，試驗(yàn)Ⅱ組中的IGF-1表達(dá)量均高于對(duì)照組與試驗(yàn)Ⅰ組，差異顯著（P<0.05）。劉靜波等研究表明，降低飼喂頻率可能通過(guò)上調(diào)激活I(lǐng)GF-1通路和下調(diào)MSTN受體表達(dá)促進(jìn)骨骼肌生長(zhǎng)和機(jī)體蛋白質(zhì)沉積[24]，本試驗(yàn)結(jié)果與之不完全一致。而Gazzaneo等發(fā)現(xiàn)，采食-禁食循環(huán)可促進(jìn)豬骨骼肌蛋白質(zhì)的合成[25]。本研究試驗(yàn)Ⅱ組的幼兔每次采食行為耗時(shí)最短，而且每次采食欲望最旺盛，這也驗(yàn)證了Gazzaneo等的觀點(diǎn)，通過(guò)少食多餐能夠更加促進(jìn)機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成，生長(zhǎng)發(fā)育也最好。

4 小結(jié)

一種適合幼兔采食需求的飼喂機(jī)器人，可以達(dá)到定時(shí)、定點(diǎn)、定量的柔性化、智能化飼喂效果。與傳統(tǒng)人工飼喂相比，智能化飼喂能夠達(dá)到降低料質(zhì)量比、提高飼料粗蛋白消化率。增加體臟器官質(zhì)量、促進(jìn)腸黏膜發(fā)育、維持腸道健康，提高生產(chǎn)效率的作用。綜上，本試驗(yàn)條件下，試驗(yàn)Ⅱ組飼喂效果明顯優(yōu)于人工對(duì)照組。

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