白羽綠頭鴨胸肌和腿肌生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律及其生長(zhǎng)曲線模型擬合分析

趙明明，劉博，吳瓊，趙家平，涂劍鋒※

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所，吉林 長(zhǎng)春 130112；2.龍巖學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，福建 龍巖 364012）

白羽綠頭鴨羽毛呈白色，是自20世紀(jì)初經(jīng)中國(guó)農(nóng)業(yè)特產(chǎn)研究所特禽養(yǎng)殖基地由綠頭鴨種群中選育出的綠頭鴨新品種[1]，具有綠頭鴨發(fā)育緩慢的生長(zhǎng)特性，但又有其獨(dú)特的表型特征。鴨是我國(guó)最重要的經(jīng)濟(jì)水禽，且我國(guó)鴨存欄量和出欄量均位居世界第一[2]。對(duì)于禽類產(chǎn)品，胸肌重和腿肌重是重要的屠宰性能指標(biāo)[3]。在禽類漫長(zhǎng)的人工選育歷程中，胸肌和腿肌是主要的關(guān)注點(diǎn)，但是人工選育耗時(shí)較長(zhǎng)，還不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其選育結(jié)果，隨機(jī)性較大，目前分子育種已成為主流。通過(guò)將關(guān)注的表型性狀與基因表達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合分析，探尋調(diào)控該性狀變化的內(nèi)在分子機(jī)制，是目前主要的分子育種研究手段[4]。由已有研究可知，鴨胸肌和腿肌具有其各自特異的肌肉特性[5]和生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律[6]。胸肌和腿肌發(fā)育既有相同又有不同的發(fā)育規(guī)律，意味著通過(guò)將胸肌和腿肌相同和不同表型數(shù)據(jù)與微觀分子表達(dá)相結(jié)合能夠找到調(diào)控肌肉發(fā)育的重要調(diào)控因子以及調(diào)控通路是可行的。經(jīng)查詢，未見(jiàn)有關(guān)綠頭鴨胸肌、腿肌生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律研究的相關(guān)報(bào)道，因此，本研究對(duì)白羽綠頭鴨胸肌和腿肌重及兩種肌肉總重量生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律進(jìn)行研究，后續(xù)篩選獲取白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌生長(zhǎng)發(fā)育模型是必要的，且為后續(xù)篩選調(diào)控白羽綠頭鴨肌肉發(fā)育關(guān)鍵候選基因奠定基礎(chǔ)。

2006年，戴國(guó)俊等[7]總結(jié)了Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy 3個(gè)畜禽生長(zhǎng)發(fā)育模型構(gòu)建中常用模型的SPSS實(shí)現(xiàn)以及評(píng)價(jià)方法，使模型構(gòu)建更加方便快捷。2011年，莊曉東等[8]通過(guò)Gompertz模型擬合連城白鴨公鴨和母鴨的生長(zhǎng)曲線，計(jì)算出其各自的體重拐點(diǎn)及拐點(diǎn)日齡。2016年，劉宏祥等[6]通過(guò)Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy 3種模型對(duì)高郵鴨和金定鴨胸肌、腿肌及個(gè)體重進(jìn)行生長(zhǎng)曲線擬合分析，并利用擬合曲線分析其各自的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，其研究發(fā)現(xiàn)，品種間體重、胸肌以及腿肌生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律沒(méi)有差異，而品種內(nèi)胸肌和腿肌之間具有不同的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，但從總體生長(zhǎng)發(fā)育擬合曲線上可以看出胸肌和腿肌重量隨著日齡的增加都是呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后趨于平穩(wěn)的發(fā)育規(guī)律。2021年，胡瑀等[9]同樣利用Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy模型模擬那米雞早期生長(zhǎng)發(fā)育模型，通過(guò)其生長(zhǎng)曲線推測(cè)了其生長(zhǎng)拐點(diǎn)。除此之外大量研究表明，使用Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy這3個(gè)模型進(jìn)行畜禽生長(zhǎng)發(fā)育模型構(gòu)建具有可行性[10-14]。

為了能更好地揭示白羽綠頭鴨肌肉生長(zhǎng)發(fā)育的內(nèi)在分析機(jī)制，采用宏觀和微觀相結(jié)合的方法，將骨骼肌表型數(shù)據(jù)與其對(duì)應(yīng)的骨骼肌轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行聯(lián)合分析，得到與表型數(shù)據(jù)變化具有強(qiáng)相關(guān)關(guān)系的基因，本試驗(yàn)通過(guò)Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy 3種模型擬合白羽綠頭公鴨腿肌、胸肌及兩種肌肉總重量的生長(zhǎng)曲線，通過(guò)圖表的形式可視化白羽綠頭公鴨腿肌和胸肌重量和生長(zhǎng)速率的變化規(guī)律，為進(jìn)一步揭示肌肉內(nèi)在分子作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)，同時(shí)補(bǔ)充肌肉發(fā)育相關(guān)研究。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物

選取中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院特禽養(yǎng)殖基地的白羽綠頭公鴨，自白羽綠頭鴨出雛后，分別在白羽綠頭鴨第8、14、21、28、35、42、49、56、63、70、77、84、91和98日齡選取3只公鴨，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)屠宰，取其左側(cè)胸肌和腿肌進(jìn)行稱重。

1.2 飼養(yǎng)條件

采用半開(kāi)放式圈養(yǎng)，由陸地運(yùn)動(dòng)場(chǎng)和水上運(yùn)動(dòng)場(chǎng)組成，滿足白羽綠頭鴨生長(zhǎng)需求。飼料選擇適口性好、易消化、易采食的全價(jià)預(yù)混料，飼料營(yíng)養(yǎng)成分見(jiàn)表1。

表1 飼料營(yíng)養(yǎng)成分表Table 1 Ingredient and nutrient compositions of the feed

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

1.3.1 肌肉重量累計(jì)增長(zhǎng) 不同生長(zhǎng)時(shí)期所測(cè)得的器官重或體重都代表測(cè)試對(duì)象該階段對(duì)應(yīng)的生長(zhǎng)發(fā)育累計(jì)結(jié)果，是評(píng)價(jià)測(cè)試對(duì)象在該時(shí)期的生長(zhǎng)發(fā)育情況。用每個(gè)時(shí)期3只鴨子的胸肌和腿肌的平均值代表這一時(shí)期胸肌和腿肌肌肉重量的累計(jì)增長(zhǎng)值。

1.3.2 生長(zhǎng)速率 生長(zhǎng)速率利用擬合曲線在該點(diǎn)的切線斜率表示，表明該生長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)育潛能，并通過(guò)R軟件繪制生長(zhǎng)速率曲線圖。

1.3.3 擬合曲線模型 利用SPSS軟件[15]分別對(duì)白羽綠頭公鴨胸肌、腿肌以及兩種肌肉的總重量進(jìn)行非線性回歸分析，采用Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy 3種模型生長(zhǎng)發(fā)育進(jìn)行模型擬合，通過(guò)最佳模型對(duì)應(yīng)的計(jì)算方法預(yù)測(cè)胸肌和腿肌重及兩者總重的拐點(diǎn)質(zhì)量以及拐點(diǎn)日齡，見(jiàn)表2。

表2 研究中普遍采用的3個(gè)畜禽生長(zhǎng)曲線模型Table 2 Three animal growth curve models commonly used in the study

1.3.4 統(tǒng)計(jì)分析 采用配對(duì)法T檢驗(yàn)對(duì)兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，當(dāng)P＜0.05時(shí)表明兩組數(shù)據(jù)之間具有顯著性差異，當(dāng)P＜0.01時(shí)表明兩組數(shù)據(jù)之間差異極顯著。

1.3.5 評(píng)價(jià)指標(biāo)R2R2是用來(lái)度量回歸直線對(duì)觀測(cè)值之間的擬合優(yōu)度，也稱為確定系數(shù)。當(dāng)R2越接近1時(shí)，表明觀測(cè)值與回歸直線擬合越好，回歸分析得到的參數(shù)模型越可靠，當(dāng)R2接近于0時(shí)，說(shuō)明兩者之間擬合度差，應(yīng)放棄該擬合模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 白羽綠頭鴨胸肌和腿肌重量增長(zhǎng)

表3中以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差的形式表示對(duì)應(yīng)日齡白羽綠頭鴨胸肌、腿肌重量及胸肌和腿肌總重，在8～49日齡期間和98日齡時(shí)期對(duì)應(yīng)胸肌和腿肌重量具有極顯著性差異。84～91日齡期間對(duì)應(yīng)胸肌和腿肌重量之間存在顯著性差異。56～77日齡期間白羽綠頭公鴨對(duì)應(yīng)胸肌和腿肌重量不具有顯著性差異。由圖1可知，白羽綠頭鴨公鴨胸肌、腿肌以及兩者總重的生長(zhǎng)發(fā)育情況。

表3 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌重量統(tǒng)計(jì)表Table 3 The statistical table of breast muscle and leg muscle weight of White-feathered Mallards

圖1 白羽公綠頭鴨胸肌腿肌累計(jì)生長(zhǎng)曲線圖Fig.1 The cumulative growth curve of breast muscles and leg muscles of White-feathered Mallards

2.2 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌重量及其總重生長(zhǎng)曲線擬合分析

利用Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy 3種模型分別對(duì)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌重以及兩種肌肉總重進(jìn)行曲線擬合分析，通過(guò)擬合優(yōu)度R2值判斷對(duì)應(yīng)研究對(duì)象的最優(yōu)擬合模型。本研究分析得到的胸肌生長(zhǎng)發(fā)育3個(gè)對(duì)應(yīng)模型中，Gompertz模型對(duì)應(yīng)的R2值最大，其對(duì)應(yīng)R2值為0.997，其次Logstic和Von Bertalanffy模型對(duì)應(yīng)R2值為0.996，大小相等，且3個(gè)模型的R2值都非常接近1，說(shuō)明3個(gè)模型對(duì)白羽綠頭鴨胸肌發(fā)育的擬合度都非常高，其中Gompertz模型擬合最優(yōu)，其對(duì)應(yīng)擬合方程為：y=125.211exp[-7.926exp(-0.031x)]，其拐點(diǎn)日齡為46日齡，拐點(diǎn)質(zhì)量為66.78 g，最大日增重為2.07 g，見(jiàn)表4。白羽綠頭公鴨胸肌對(duì)應(yīng)3種模型的生長(zhǎng)擬合曲線見(jiàn)圖2、圖5和圖8。

圖2 白羽綠頭公鴨胸肌重量Gompertz模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.2 The Gompertz model growth fitting curve of breast muscle weight of White-feathered Mallards

圖5 白羽綠頭公鴨胸肌重量Logistic模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.5 The Logistic model growth fitting curve of breast muscle weight of White-feathered Mallards

圖8 白羽綠頭公鴨胸肌重量Von Bertalanffy模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.8 The growth fitting curve of the Von Bertalanffy model for breast muscle weight of White-feathered Mallards

表4 白羽綠頭公鴨胸肌3種模型生長(zhǎng)曲線參數(shù)估計(jì)值和擬合度Table 4 The growth curve parameter estimation and fitting degree of three models of pectoralis muscles of White-feathered Mallards

白羽綠頭公鴨腿肌發(fā)育3種模型擬合分析發(fā)現(xiàn)，Logistic模型對(duì)應(yīng)擬合度量R2值最大，接下來(lái)依次為Gompertz模型和Von Bertalanffy模型，分別為0.937、0.93和0.926，3種模型的擬合優(yōu)度R2值均接近于1，說(shuō)明3種模型對(duì)應(yīng)的回歸直線與腿肌觀測(cè)值擬合度高，其中Logistic模型擬合度最高，可得腿肌生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中拐點(diǎn)日齡大約為24日齡，拐點(diǎn)質(zhì)量為18.3 g，最大日增重為1.17 g，其對(duì)應(yīng)擬合方程為：y=47.194/[1+10.407exp(-0.128x)]，見(jiàn)表5。白羽綠頭公鴨腿肌對(duì)應(yīng)3種模型的生長(zhǎng)擬合曲線見(jiàn)圖3、圖6和圖9。

圖3 白羽綠頭公鴨腿肌重量Gompertz模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.3 The Gompertz model growth fitting curve of leg muscle weight of White-feathered Mallards

圖6 白羽綠頭公鴨腿肌重量Logistic模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.6 The Logistic model growth fitting curve of leg muscle weight of White-feathered Mallards

圖9 白羽綠頭公鴨腿肌重量Von Bertalanffy模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.9 The growth fitting curve of the Von Bertalanffy model for leg muscle weight of White-feathered Mallards

表5 白羽綠頭公鴨腿肌3種模型生長(zhǎng)曲線參數(shù)估計(jì)值和擬合度Table 5 The growth curve parameter estimation and fitting degree of three models of leg muscles of White-feathered Mallards

3種模型對(duì)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重量進(jìn)行擬合分析發(fā)現(xiàn)，Von Bertalanffy模型對(duì)應(yīng)的擬合優(yōu)度R2值最高，對(duì)應(yīng)R2值為0.992，而Gompertz和Logistic模型對(duì)應(yīng)的R2值為0.991和0.987，3種模型的R2值均接近于1，Logistic模型擬合優(yōu)度最低，最優(yōu)的擬合模型為Von Bertalanffy，其對(duì)應(yīng)擬合方程為：y=284.679[1-0.675exp(-0.012x)]3，并得到其拐點(diǎn)日齡大約為84日齡，拐點(diǎn)質(zhì)量為58.8 g，最大日增重為1.06 g，見(jiàn)表6。白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重對(duì)應(yīng)3種模型的生長(zhǎng)擬合曲線見(jiàn)圖4、圖7和圖10。

圖4 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重量Gompertz模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.4 The Gompertz model growth fitting curve of total breast muscle and leg muscle weight of White-feathered Mallards

圖7 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重量Logistic模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.7 The Logistic model growth fitting curve of total breast muscle weight and leg muscle weight of White-feathered Mallards

圖10 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重量Von Bertalanffy模型生長(zhǎng)擬合曲線圖Fig.10 The growth fitting curve of the Von Bertalanffy model for total breast muscle and leg muscle weight of the White-feathered Mallards

表6 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌總重3種模型生長(zhǎng)曲線參數(shù)估計(jì)值和擬合度Table 6 The growth curve parameter estimation and fitting degree of three models of breast muscles and leg muscles weight of White-feathered Mallards

2.3 白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌重量及兩種肌肉總重生長(zhǎng)速率計(jì)算

運(yùn)用白羽綠頭鴨胸肌和腿肌重及兩種肌肉總重量擬合的最優(yōu)生長(zhǎng)發(fā)育模型公式通過(guò)求導(dǎo)預(yù)測(cè)各時(shí)期生長(zhǎng)速率。其對(duì)應(yīng)生長(zhǎng)速率公式分別為：

胸?。簓'=30.74exp[-7.926exp（-0.031x）-0.031x]；

腿?。簓'=62.866 938 624exp（-0.128x）/[1+10.407 exp（-0.128x）]2；

胸肌和腿肌總重量：y'=6.917 699 7[1-0.675exp（-0.012x）]2exp（-0.012x）；

表7中顯示了各日齡觀測(cè)對(duì)象（胸肌和腿肌重及兩種肌肉總重量）預(yù)測(cè)的生長(zhǎng)速率，由8日齡胸肌和腿肌生長(zhǎng)速率可知，腿肌的生長(zhǎng)早于胸肌，但在35日齡左右，胸肌發(fā)育強(qiáng)度超過(guò)腿肌。胸肌發(fā)育在第70日齡生長(zhǎng)速率達(dá)到峰值，在達(dá)到峰值后，其生長(zhǎng)速率開(kāi)始回落，由圖11可知，其生長(zhǎng)發(fā)育速率將在250 d左右趨近于0。腿肌的生長(zhǎng)發(fā)育速率在白羽綠頭公鴨發(fā)育初始階段就很高，但在21日齡達(dá)到峰值之后，隨著白羽綠頭公鴨日齡的增長(zhǎng)逐漸回落。由圖12生長(zhǎng)速率預(yù)測(cè)曲線可知，腿肌生長(zhǎng)發(fā)育速率將在80日齡左右趨近于0。胸肌和腿肌總重量的生長(zhǎng)速率在28日齡左右達(dá)到峰值，之后隨著日齡的增長(zhǎng)逐漸回落。由圖13可知，其生長(zhǎng)發(fā)育速率將在400日齡左右趨近于0。

圖13 白羽綠頭鴨胸肌和腿肌總重生長(zhǎng)速率曲線圖Fig.13 The total weight growth rate curve of breast muscles and leg muscles of White-feathered Mallards

表7 各日齡白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌重以及兩種肌肉總重預(yù)測(cè)生長(zhǎng)速率統(tǒng)計(jì)表Table 7 The statistical table for predicting growth rates of breast muscles leg muscles and total weight of two kinds of muscles of White-feathered Mallards

圖11 白羽綠頭公鴨胸肌生長(zhǎng)速率變化曲線圖Fig.11 The variation curve of breast muscle growth rate of White-feathered Mallards

圖12 白羽綠頭公鴨腿肌生長(zhǎng)速率變化曲線圖Fig.12 The variation curve of leg muscles growth rate of Whitefeathered Mallards

3 討論

本研究根據(jù)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌各日齡重量的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析得到了胸肌、腿肌重以及兩種肌肉總重量的最優(yōu)生長(zhǎng)發(fā)育模擬曲線及其數(shù)學(xué)表達(dá)公式，其對(duì)應(yīng)的最優(yōu)擬合模型分別為Gompertz、Logistic和Von Bertalanffy。經(jīng)過(guò)計(jì)算得到胸肌和腿肌重及兩種肌肉總重量生長(zhǎng)發(fā)育的拐點(diǎn)日齡分別在46.06、23.6和84.35日齡，相應(yīng)最大日增重分別為2.07 g、1.17 g和1.06 g。白羽綠頭公鴨腿肌重量的拐點(diǎn)日齡早于胸肌，迅速發(fā)育階段早于胸肌，而胸肌在生長(zhǎng)后期優(yōu)于胸肌，與北京鴨[16]、金定鴨、高郵鴨和烏嘴優(yōu)質(zhì)肉鴨[17]一致。而高郵鴨和金定鴨胸肌重量的拐點(diǎn)日齡為52日齡，腿肌重的拐點(diǎn)日齡為16日齡，白羽綠頭公鴨胸肌重量的拐點(diǎn)日齡早于高郵鴨和金定鴨，而腿肌重量的拐點(diǎn)日齡晚于金定鴨和高郵鴨[6]，由此可知白羽綠頭公鴨胸肌發(fā)育快速時(shí)期較金定鴨和高郵鴨結(jié)束較早，而腿肌快速生長(zhǎng)期相比后者結(jié)束較晚。根據(jù)胸肌和腿肌兩種肌肉總重量的拐點(diǎn)日齡考慮，若只考慮其肉用性能，則可以選擇在84日齡左右出欄。就鴨的肉用性能而言，白羽綠頭公鴨胸肌的貢獻(xiàn)率高于腿肌，與已有研究結(jié)果一致，這是由于胸肌重的遺傳力高于腿肌重，所以胸肌的選育較容易[16-20]。

白羽綠頭公鴨胸肌以及兩種肌肉總重量生長(zhǎng)發(fā)育擬合曲線跟觀測(cè)值的擬合程度都表現(xiàn)較好，胸肌發(fā)育擬合曲線中除73日齡胸肌重量觀測(cè)值略微偏離擬合曲線外，其他時(shí)期觀測(cè)值均與擬合曲線重疊。腿肌3種生長(zhǎng)發(fā)育后期的實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)與模擬生長(zhǎng)曲線的擬合度相對(duì)于胸肌來(lái)說(shuō)較差，通過(guò)圖3，圖6和圖9可知，從35日齡至后期腿肌質(zhì)量觀測(cè)值與擬合曲線均有些偏移，推測(cè)腿肌生長(zhǎng)發(fā)育較胸肌來(lái)說(shuō)更易受到環(huán)境的影響，腿肌相對(duì)于胸肌更易受到病菌的感染[2]，說(shuō)明兩種骨骼肌發(fā)育及其免疫應(yīng)答中存在不同的主效應(yīng)調(diào)控通路，若能提高腿肌的抗應(yīng)激能力將有助于白羽綠頭鴨的穩(wěn)定生長(zhǎng)發(fā)育。從文獻(xiàn)中可知，金定鴨和高郵鴨的胸肌和腿肌生長(zhǎng)速率變化趨勢(shì)為隨著日齡的增長(zhǎng)逐漸的上升，達(dá)到峰值后逐漸回落，金定鴨和高郵鴨的胸肌生長(zhǎng)速率均在56日齡時(shí)達(dá)到峰值，而腿肌均在20日齡達(dá)到峰值，本研究中白羽綠頭公鴨胸肌、腿肌生長(zhǎng)速率與之相比峰值出現(xiàn)相對(duì)較晚，說(shuō)明白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌發(fā)育調(diào)控進(jìn)程較金定鴨和高郵鴨均緩慢，推測(cè)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌可能受到同一內(nèi)在分子或通路調(diào)控[6]。

通過(guò)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌生長(zhǎng)速率比較，在腿肌與生長(zhǎng)發(fā)育存在正相關(guān)關(guān)系的基因表達(dá)要早于胸肌，同時(shí)對(duì)骨骼肌發(fā)育存在負(fù)調(diào)控的基因的表達(dá)或正相關(guān)基因表達(dá)量下降的時(shí)期早于胸肌，說(shuō)明若通過(guò)各具有不同生長(zhǎng)速率的胸肌和腿肌轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)差異基因表達(dá)對(duì)比分析來(lái)挖掘與骨骼肌肌肉發(fā)育相關(guān)基因的方法具有可行性。

4 結(jié)論

本研究通過(guò)對(duì)白羽綠頭公鴨胸肌和腿肌生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律的研究發(fā)現(xiàn)，胸肌和腿肌重在白羽綠頭公鴨生長(zhǎng)發(fā)育前期和后期存在極顯著性差異，且腿肌的發(fā)育早于胸肌，但是胸肌在生長(zhǎng)發(fā)育后期生長(zhǎng)速率高于腿肌，且胸肌的肉用性能高于腿肌，從經(jīng)濟(jì)角度考慮出欄日期應(yīng)不晚于84日齡。