飼喂水平對冬毛生長期北極狐能量、氮及氣體代謝的影響

鐘 偉 羅國良 趙 蒙 韓菲菲 李光玉

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，長春130112)

為了獲取較大且優(yōu)質(zhì)的皮張，在北極狐養(yǎng)殖生產(chǎn)中多以自由采食為主，然而冬毛生長期正值一年中最冷的季節(jié)，嚴(yán)寒的天氣會(huì)降低采食量，導(dǎo)致剩余飼料較多，從而降低飼料轉(zhuǎn)化效率[1]。研究表明，適當(dāng)限飼更有利于提高動(dòng)物對蛋白質(zhì)和能量的利用效率，增加飼料轉(zhuǎn)化效率，節(jié)約飼養(yǎng)成本，減少氮排放[2-4]，所以近幾年畜禽生產(chǎn)中開展限飼提高生產(chǎn)性能的研究報(bào)道較多[5-7]。在毛皮動(dòng)物上，靳世厚等[8]研究了長毛期藍(lán)狐饑餓產(chǎn)熱量和維持代謝能需要，并通過回歸方程計(jì)算出了長毛期藍(lán)狐的維持凈氮需要量。然而，我國北極狐營養(yǎng)需求標(biāo)準(zhǔn)還不完善，北極狐各種有效能量需要及維持凈氮與凈蛋白質(zhì)需要的基礎(chǔ)參數(shù)缺乏系統(tǒng)的研究，進(jìn)而制約了有效飼喂體系的發(fā)展。因此，本試驗(yàn)旨在通過研究不同飼喂水平對冬毛生長期北極狐能量與氮消化代謝的影響，為我國北極狐精細(xì)化飼養(yǎng)和飼糧精準(zhǔn)配制提供科學(xué)理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物

本試驗(yàn)在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所毛皮動(dòng)物試驗(yàn)基地完成，試驗(yàn)動(dòng)物選用的是該基地飼養(yǎng)的冬毛生長期雄性北極狐。

1.2 儀器設(shè)備

本試驗(yàn)通過6室并聯(lián)狐用開放式呼吸測熱裝置完成能量、氮和氣體代謝試驗(yàn)。該裝置為吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制，由氣體分析儀、數(shù)據(jù)采集控制儀、呼吸代謝室、氣路系統(tǒng)、漩渦風(fēng)機(jī)以及冷凍機(jī)組等配套設(shè)備組成。該裝置系統(tǒng)共有6個(gè)呼吸代謝室(A、B、C、D、E、F)，每個(gè)呼吸代謝室尺寸為100 cm×70 cm×60 cm(體積為0.42 m3)，呼吸代謝室包括小室門(密封性能好與方便進(jìn)出)、自動(dòng)飲水裝置、糞與尿收集裝置及一些設(shè)備(氣體循環(huán)、制冷、加熱、除濕、高精度溫度、濕度、氣壓傳感器等)。數(shù)據(jù)采集控制儀內(nèi)置氣路控制電路，按照試驗(yàn)流程驅(qū)動(dòng)氣體分析儀的各種傳感器采集氣路，實(shí)現(xiàn)戶外空氣和呼吸代謝室(A、B、C、D、E、F)按時(shí)間(1～30 min)順序循環(huán)采集自動(dòng)切換。系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算北極狐氧氣消耗量(VO2)、二氧化碳產(chǎn)生量(VCO2)、呼吸商(RQ)，同時(shí)記錄呼吸代謝室內(nèi)的溫度和濕度。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選取36只161日齡、平均體重為(7 285±6) g的健康雄性北極狐，隨機(jī)分成4組，每組設(shè)9個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)1只北極狐。各組北極狐飼喂相同的飼糧，但飼喂水平分別為自由采食(Ⅰ組)、自由采食量的80%(Ⅱ組)、自由采食量的60%(Ⅲ組)和自由采食量的40%(Ⅳ組)。試驗(yàn)共分6期完成，每個(gè)飼喂水平進(jìn)行3期，每期選取6只北極狐隨機(jī)放到6個(gè)呼吸代謝室中，每個(gè)呼吸代謝室中放入1只狐。

1.4 試驗(yàn)飼糧與飼養(yǎng)管理

參考美國NRC(1982)[9]和芬蘭NJF(2012)[10]狐營養(yǎng)需求，以膨化玉米、豆粕、玉米蛋白粉、魚粉、肉骨粉、油等為主要原料，同時(shí)添加由礦物質(zhì)、維生素等組成的營養(yǎng)性添加劑配制冬毛生長期北極狐飼糧，其組成及營養(yǎng)水平見表1。試驗(yàn)從2017年10月2日開始至2017年12月14日結(jié)束，每天08：00和15：00各飼喂1次，自由飲水。

表1 冬毛生長期北極狐飼糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))

1.5 消化代謝試驗(yàn)

第1天為適應(yīng)期，從第2天正式開始，連續(xù)進(jìn)行3 d，每天早空腹收集每只試驗(yàn)狐的糞便和尿液樣本，而且定時(shí)向糞便和尿液中噴灑10%稀硫酸，用于固氮。每只試驗(yàn)狐連續(xù)3 d的糞便收集后混勻稱重，取樣后放于烘箱中65 ℃恒溫烘干至恒重，烘干后粉碎過40目篩保存，用于糞氮(FN)的測定；3 d的尿液樣本混勻稱重后過濾，定量收集樣本，在-20 ℃冰箱中保存，用于尿氮(UN)的測定。

1.6 呼吸測熱試驗(yàn)

第1天適應(yīng)小室環(huán)境，第2天早晨08:00對各組試驗(yàn)狐進(jìn)行稱重分別給予飼糧，連續(xù)監(jiān)測3 d(第2～4天)，供應(yīng)充足飲水，記錄試驗(yàn)狐的VO2和VCO2，同時(shí)采集尿液樣本，混勻3 d的尿樣，用于測定UN，以計(jì)算產(chǎn)熱量(HP)。

1.7 絕食代謝試驗(yàn)

上述試驗(yàn)狐腸道排空(約30 h)后，開始進(jìn)行絕食代謝試驗(yàn)，連續(xù)監(jiān)測2 d，期間禁食但供應(yīng)充足飲水，記錄試驗(yàn)狐的VO2和VCO2，同時(shí)采集尿液樣本，混勻2 d的尿樣，用于測定UN，以計(jì)算絕食產(chǎn)熱量(FHP)。

1.8 測定指標(biāo)及方法

1.8.1 體重指標(biāo)

每期正式開始呼吸測熱試驗(yàn)時(shí)，早晨08：00空腹采用電子稱(精度為0.01 kg)稱重作為呼吸測熱試驗(yàn)初體重，3 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)早晨空腹稱重作為呼吸測熱試驗(yàn)?zāi)w重。呼吸測熱試驗(yàn)?zāi)w重作為絕食代謝試驗(yàn)初體重，2 d試驗(yàn)結(jié)束時(shí)早晨空腹稱重作為絕食代謝試驗(yàn)?zāi)w重。

1.8.2 氮代謝和能量代謝指標(biāo)

飼糧及糞便中干物質(zhì)含量參照GB/T 6435—2006的方法，采用恒溫烘干法測定；總能采用燃燒法，利用氧彈量熱儀(C2000，IKA Works Inc.，Staufen，德國)測定；粗蛋白質(zhì)含量參照GB/T 6432—1994的方法，采用凱氏定氮法測定。飼糧中粗脂肪含量參照GB/T 6433—1994的方法，采用索氏抽提法測定；粗灰分含量參照GB/T 6438—1992的方法，采用550 ℃灼燒法測定；鈣含量參照GB/T 6436—1992的方法，采用乙二胺四乙酸(EDTA)絡(luò)合滴定法測定；磷含量參照GB/T 6437—1992的方法，采用釩鉬酸銨比色法測定；賴氨酸和蛋氨酸含量參照GB/T 18246—2000的方法，采用酸提取法提取，用全自動(dòng)氨基酸分析儀(HITACHI，L-8900，日本)測定。尿液中氮含量參照GB/T 6432—1994的方法，采用凱氏定氮法測定；尿液中總能采用濾紙法，利用氧彈量熱儀測定，先進(jìn)行尿液樣本前處理，取直徑為9 cm的定量濾紙10張，每2張共同折疊稱重，計(jì)算5組濾紙的平均能值，然后將折疊的2張濾紙置于坩堝內(nèi)，吸取8 mL過濾后的尿樣分次滴加在濾紙上于65 ℃烘干后測定。

氮代謝指標(biāo)計(jì)算公式如下：

消化氮(DN)=攝入氮(NI)-FN；
氮表觀消化率=[(NI-FN)/NI]×100；
沉積氮=NI-FN-UN。

能量代謝指標(biāo)計(jì)算公式如下：

消化能(DE)=攝入總能(GEI)-糞能(FE)；
代謝能(ME)=GEI-FE-尿能(UE)；
總能消化率(DE/GEI)=(DE/GEI)×100；
總能代謝率(ME/GEI)=(ME/GEI)×100；
消化能轉(zhuǎn)化成代謝能的效率(ME/DE)=
(ME/DE)×100；
代謝能轉(zhuǎn)化成凈能的效率(NE/ME)=
(NE/ME)×100；
沉積能(RE)=ME-HP；
凈能(NE)=RE+FHP；
HP或FHP=16.175 3×VO2+5.020 8×VCO2-
5.987 3×UN[11]。

氣體代謝指標(biāo)計(jì)算公式如下：

RQ=VCO2/VO2。

1.9 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，通過SAS V8.0軟件中的GLM程序進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析，采用PROC REG 模型對NI與RN進(jìn)行線性回歸分析，采用Duncan氏法進(jìn)行多重比較，以P<0.01為差異極顯著，P<0.05為差異顯著，P>0.05為差異不顯著。結(jié)果均以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 飼喂水平對冬毛生長期北極狐能量代謝的影響

由表2可知，隨著飼喂水平的降低，北極狐的GEI、FE、UE、DE、ME和NE極顯著降低(P<0.01)，但DE/GEI和ME/GEI未受飼喂水平的顯著影響(P>0.05)；隨著飼喂水平的降低，ME/DE和NE/ME顯著或極顯著降低(P<0.05或P<0.01)，飼糧凈能攝入(NEI)顯著降低(P<0.05)，而飼糧消化能攝入(DEI)和代謝能攝入(MEI)無顯著變化(P>0.05)。

表2 飼喂水平對冬毛生長期北極狐能量代謝的影響

2.2 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氮代謝的影響及維持凈氮需要量

由表3可知，飼喂水平對北極狐的NI、FN、UN、RN/NI、RN/DN均有顯著或極顯著影響(P<0.05或P<0.01)，上述指標(biāo)均隨著飼喂水平的降低而降低，而氮表觀消化率未受飼喂水平的顯著影響(P>0.05)。

表3 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氮代謝的影響

依據(jù)ARC(1984)[12]、樓燦[3]和Zhang等[13]研究中的試驗(yàn)方法，本試驗(yàn)建立了冬毛生長期北極狐NI與RN的回歸方程(圖1)：RN=-0.676 3(±0.126 3)+0.685 2(±0.047 3)NI(R2=0.89，RMSE=0.228 6，P<0.000 1，n=28)；該模型的截距即為北極狐每天的內(nèi)源尿氮(EUN)和代謝糞氮(MFN)的損失量，據(jù)此推算出維持凈氮需要量為676.3 mg/(kg BW0.75·d)，折算為維持凈蛋白質(zhì)需要量，則為4.227 g/(kg BW0.75·d)。

圖1 冬毛生長期北極狐沉積氮與攝入氮的回歸關(guān)系

2.3 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氣體代謝的影響

由表4可知，在呼吸測熱試驗(yàn)中，Ⅲ組的RQ極顯著高于Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ組(P<0.01)，Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ組間差異不顯著(P>0.05)；Ⅱ組的VO2極顯著高于Ⅲ和Ⅳ組(P<0.01)，顯著高于Ⅰ組(P<0.05)，Ⅲ和Ⅳ組間差異不顯著(P>0.05)；Ⅱ組的VCO2極顯著高于Ⅳ組(P<0.01)，顯著高于Ⅰ和Ⅲ組(P<0.05)，Ⅰ和Ⅲ組間差異不顯著(P>0.05)。在絕食代謝試驗(yàn)中，RQ、VO2和VCO2各組間差異不顯著(P>0.05)，RQ的平均值為0.77。呼吸測熱試驗(yàn)中RQ、VO2和VCO2的數(shù)值要高于絕食代謝試驗(yàn)。

3 討 論

3.1 飼喂水平對冬毛生長期北極狐能量代謝的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著飼喂水平的降低，GEI、FE、UE、DE、ME和NE均呈極顯著降低，表明飼喂水平影響了能量攝入、排出及利用[14-15]。冬毛生長期北極狐為了滿足胴體生長、毛皮生長發(fā)育及抵御嚴(yán)寒，要消耗大量的能量產(chǎn)熱，當(dāng)每千克體重?cái)z入的能量降低時(shí)，實(shí)際用于維持和生長的能量將減少，這可能是各種形式能量隨著飼喂水平降低而降低的原因。Deng等[14]研究報(bào)道山羊自由采食組的DE/GEI和ME/GEI要低于45%自由采食組。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，飼喂水平對冬毛生長期北極狐的DE/GEI和ME/GEI無顯著影響，這可能與飼糧結(jié)構(gòu)組成和物種間差異有關(guān)，然而飼喂水平顯著影響冬毛生長期北極狐的DE/ME和NE/ME，這與在山羊[14]、肉雞[16]和綿羊[13]上所得結(jié)果相一致，但變化趨勢相反，隨著飼喂水平的降低，ME/DE和NE/ME呈逐漸降低趨勢，表明限飼會(huì)降低ME/DE和NE/ME。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，冬毛生長期北極狐的ME/DE和NE/ME平均值分別為95.62%和93.97%，高于山羊[14]、綿羊[13]和肉雞[16]。由于北極狐無甲烷排放，較少的UE排出，因此，DE轉(zhuǎn)化成ME的效率是較高的。北極狐在高寒環(huán)境中耐受饑餓的長期進(jìn)化，機(jī)體內(nèi)已經(jīng)形成了減少熱增耗保持體能，進(jìn)而維持生命活動(dòng)的代謝機(jī)制[17]，這可能是導(dǎo)致呼吸測熱HP和絕食代謝HP相對少的原因，所以NE/ME是較高的。本試驗(yàn)結(jié)果表明限飼降低了飼糧NEI，未影響飼糧DEI和MEI，不同于Zhang等[15]在生長豬和Liu等[16]在肉雞上所得研究結(jié)果，這可能是由于北極狐生活在高寒環(huán)境下，物種的進(jìn)化使其能夠耐受長期饑餓，對可利用的能量形式進(jìn)行調(diào)節(jié)而不影響機(jī)體自身能量代謝[17]。

3.2 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氮代謝的影響及維持凈氮需要量

本試驗(yàn)結(jié)果顯示NI、FN、UN和RN隨飼喂水平的降低呈逐漸降低趨勢，與Merchen等[18]和樓燦[3]在羊上的報(bào)道相一致。飼喂水平顯著或極顯著影響了冬毛生長期北極狐的RN/NI和RN/DN，隨著飼喂水平的降低，RN/NI和RN/DN均呈降低趨勢，飼喂自由采食量的40%組數(shù)值相對較低，說明當(dāng)北極狐攝入的氮較少時(shí)，機(jī)體會(huì)優(yōu)先考慮維持生命所需，如再有剩余的氮，才會(huì)沉積在組織中。然而，本試驗(yàn)結(jié)果顯示飼喂水平對冬毛生長期北極狐的氮表觀消化率未產(chǎn)生顯著影響。

表4 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氣體代謝的影響

維持凈氮需要量測定目前主要采用3種方法：氮平衡法(回歸方程法)、絕食代謝法和無氮飼糧法，其中氮平衡法是較為常用的評定維持凈氮需要量的方法。Martins等[19]研究報(bào)道，通過比較屠宰法建立了蛋白質(zhì)沉積與蛋白質(zhì)攝入的回歸方程來評價(jià)凈蛋白質(zhì)維持需要量。樓燦[3]和Zhang等[13]通過氮平衡試驗(yàn)建立了RN與NI的線性回歸方程，用于估算山羊和綿羊的維持凈蛋白質(zhì)需要量，當(dāng)NI為零時(shí)，RN的數(shù)值就代表內(nèi)源氮損失和代謝氮。Chizzotti等[20]研究表明，通過氮平衡試驗(yàn)建立RN和NI的回歸方程推算的維持凈蛋白質(zhì)需要量低于通過比較屠宰法建立的回歸方程的推算數(shù)值，其差異主要由于頭屑、毛發(fā)、唾液等造成的氮損失，這些是不能在氮平衡試驗(yàn)中計(jì)算出的。然而，通過氮平衡試驗(yàn)估算凈蛋白質(zhì)維持需要量能減少動(dòng)物傷害，滿足動(dòng)物福利要求。本試驗(yàn)通過建立RN與NI的線性回歸方程，推算冬毛生長期北極狐的維持凈氮需要量為676.3 mg/(kg BW0.75·d)，維持凈蛋白質(zhì)需要量為4.227 g/(kg BW0.75·d)，要高于靳世厚等[8]在藍(lán)狐上所得維持凈氮需要量[292 mg/(kg BW0.75·d)]。動(dòng)物的品種、環(huán)境溫度、機(jī)體組成成分和絕食時(shí)間差異均會(huì)影響其基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱[21-24]，而基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱則直接影響其維持凈氮需要量，本試驗(yàn)中呼吸測熱室內(nèi)的溫度設(shè)為22 ℃，絕食代謝時(shí)間為48 h，可能是造成2個(gè)結(jié)果存在差異的原因，影響的機(jī)理有待于進(jìn)一步研究。

3.3 飼喂水平對冬毛生長期北極狐氣體代謝的影響

對于動(dòng)物而言，VO2和VCO2能反映出營養(yǎng)物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)的代謝情況。RQ是根據(jù)生成的CO2與消耗的O2的比值計(jì)算。三大營養(yǎng)物質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)代謝時(shí)，其RQ均有各自的數(shù)值范圍，葡萄糖氧化分解RQ為1.00，脂肪的RQ均值為0.70，蛋白質(zhì)在動(dòng)物體內(nèi)被氧化分解時(shí)，其RQ均值為0.80[25]。毛皮動(dòng)物能量代謝過程中，三大營養(yǎng)物質(zhì)是同時(shí)被分解又共同消耗O2和產(chǎn)生CO2的，RQ為綜合值。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，呼吸測熱試驗(yàn)中，Ⅲ組RQ較高，Ⅱ組VO2和VCO2較高，說明飼喂水平顯著影響了冬毛生長期北極狐氣體代謝，RQ從0.87升至0.95，說明適當(dāng)限飼會(huì)提高營養(yǎng)物質(zhì)的氧化代謝程度，增加O2消耗和CO2排出，滿足北極狐機(jī)體的代謝與利用。在絕食代謝試驗(yàn)中，RQ、VO2和VCO2并不受飼喂水平的顯著影響，并且其數(shù)值均低于呼吸測熱試驗(yàn)中的相應(yīng)數(shù)值，絕食代謝試驗(yàn)中RQ的平均值為0.77，說明絕食改變營養(yǎng)物質(zhì)的氧化程度，體內(nèi)沉積的脂肪、蛋白質(zhì)用于碳水化合物合成。

4 結(jié) 論

在本試驗(yàn)條件下，限飼顯著降低了冬毛生長期北極狐各種有效能的攝入與利用及DE和ME的轉(zhuǎn)化效率、氮的攝入與沉積；同時(shí)，適量限飼未顯著降低冬毛生長期北極狐對氮的利用，且提高了營養(yǎng)物質(zhì)氧化代謝的程度，增加了O2消耗和CO2排出；通過建立RN與NI的回歸方程，推算冬毛生長期北極狐的維持凈氮需要量為676.3 mg/(kg BW0.75·d)，維持凈蛋白質(zhì)需要量為4.227 g/(kg BW0.75·d)。