建立数学模型估测肉鹅氨基酸需要量的研究

孙国荣 龚绍明 沈洪民 何大乾* 郁怀丹 夏来发 章世元 薛惠琴 杭怡琼

(1.上海市农业科学院畜牧兽医研究所,上海 201106;2.上海市饲料质量监督检验中心,上海 201106;3.扬州大学动物科学与技术学院,扬州 225009)

建立数学模型估测肉鹅氨基酸需要量的研究

孙国荣1龚绍明1沈洪民1何大乾1*郁怀丹1夏来发2章世元3薛惠琴1杭怡琼1

(1.上海市农业科学院畜牧兽医研究所,上海 201106;2.上海市饲料质量监督检验中心,上海 201106;3.扬州大学动物科学与技术学院,扬州 225009)

本研究旨在通过建立数学模型估测肉鹅的氨基酸需要量。利用析因法将肉鹅的氨基酸需要量剖分为生长和维持2部分。试验1:设计无氮和低氮2种饲粮,研究维持状态下肉鹅蛋白质需要量。试验2:利用屠宰试验,分析肉鹅沉积于羽毛、胴体和内脏中的蛋白质量,研究肉鹅生长的蛋白质需要量。结果表明:肉鹅由皮肤脱落损失的蛋白质量为6.52 g/d,肌酐代谢排出的蛋白质量为1.26 g/d,内源损失的蛋白质量为3.48 g/d,由此得出肉鹅维持每千克代谢体重的蛋白质需要量为5.37 g/d;单位体增重中沉积于羽毛和体组织(胴体和内脏)中的蛋白质量分别为0.045 1和0.141 8 g/d。由上述结果估测肉鹅氨基酸需要量的数学模型为:AA=5.37W2/3×MAA+0.045 1ΔW×FAA+0.141 8ΔW×CAA。式中:AA为氨基酸需要量(g/d);W2/3为代谢体重(kg);ΔW为日增重(g);MAA、FAA、CAA分别为维持、羽毛、胴体生长的氨基酸模式。利用此模型对肉鹅0～9周龄的氨基酸需要量进行动态估测,多数氨基酸的需要量高于前苏联畜牧科学研究所(1985)的建议量。

肉鹅;氨基酸需要量;数学模型

目前,鸡、猪的氨基酸平衡饲粮配制技术已较为成熟,但肉鹅的相关研究尚很落后。仅有的研究只局限于蛋白质、能量及少数矿物质和个别氨基酸方面,很少见有关肉鹅的氨基酸需要量及平衡模式的系统研究。

动物营养需要量的研究方法有剂量反应法和析因法2种。剂量反应法存在试验重复性多、试验动物数量大和试验周期长等缺点,且得出的研究结果仅适用于某个阶段,不能对任一时间点的需要量进行精确地描述。Fisher[1]认为用析因法评价动物的营养需要具有较多的优点,用其建立的数学模型具有生物学意义,且得出的数学模型可以根据不同日龄、生长速度及品种计算出对某一营养素的需要量。Hurw itz等[2]、尹清强等[3]以及贺建华等[4]分别用析因法对火鸡、蛋鸡及肉鸭的氨基酸需要量进行了研究,并得出了动态估测模型。王志跃等[5]利用析因法对5～10周龄肉鹅的氨基酸需要量进行了研究,得出了此阶段肉鹅的氨基酸需要量及理想氨基酸模式。到目前为止,还未见利用数学模型对肉鹅的氨基酸需要量进行动态估测的相关研究报道。

本试验采用析因法,将肉鹅的氨基酸需要量剖分为维持和生长2部分。通过氮平衡试验与屠宰试验对肉鹅维持和生长所需蛋白质分别进行研究,并找出其与体重、体增重之间的关系,建立数学模型,将肉鹅氨基酸需要量作为一个动态的、系统的指标进行研究。这不仅符合肉鹅生长发育的科学规律,同时对完善肉鹅蛋白质-氨基酸营养体系具有重要作用。

1 材料与方法

1.1 试验1:氮平衡试验

1.1.1 试验设计与饲养管理

挑选健康、平均体重为(3.5±0.5)kg的9周龄莱川(莱茵鹅×四川白鹅)商品代公鹅20只,随机分成2组(每组5个重复,每个重复2只鹅),分别饲喂无氮和低氮饲粮。试验鹅放入体积为60 cm×40 cm×45 cm的代谢笼中,每笼1只。代谢笼带底座净高90 cm,笼底离地面50 cm,鹅笼前放置可拆卸的不锈钢食槽和水槽。试验1的饲粮组成及营养水平见表1。

表1 试验1的饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of diets in trial 1(air-dry basis) %

试验前1周,将试验鹅放入代谢笼,期间将饲粮由商品饲粮逐步过渡为试验饲粮,同时记录采食量和体重变化情况。消化代谢试验采用全收粪法。对试验鹅进行无菌手术,将适当大小的中空塑料瓶盖缝合于泄殖腔外,鹅只适应后进入预试期(7 d)。按试验鹅试验前1周的平均日采食量称出试验饲粮,分装在自封袋中,每袋125 g,每天分4次饲喂,每次饲喂1袋。饲喂有专人看管,采食结束后,将个别鹅只饲槽中的剩料强制喂入。进入正试期后,每天06:00、14:00和22:00分别收集排泄物1次,连续收集5 d。排泄物收集参照文献[6]的方法,收集的排泄物标号称重后,放入-20℃冰箱中备用。试验期间养殖室内温度保持在24℃,相对湿度保持在60%左右,自由饮水,自然光照。

1.1.2 指标测定与方法

试验结束后将所有试验鹅的排泄物解冻,按鹅只分别混匀,平摊放置于搪瓷方盘中,65℃下烘干,室内回潮24 h,称重后粉碎机粉碎。四分法取样约200 g放置于样品瓶中,测定无氮饲粮组排泄物的氮及氨基酸含量、低氮饲粮组排泄物中的氮及肌酐含量。

氮含量采用凯氏定氮法测定。

氨基酸含量依据JY/T 019—1996氨基酸分析方法通则,利用Agilen t1100高效液相分析仪测定。具体方法:精确称取0.5 g样品,放入已标号的特制水解管中,加入6 m ol/L的盐酸8 m L,抽真空,封口,110℃水解24 h,冷却,全部转移到25m L容量瓶中,定容至刻度,摇匀,用双层滤纸过滤。取滤液1m L,放入25 m L小烧杯中,在真空干燥器中蒸干后,加入0.02 m ol/L的盐酸5 m L,在空气中放置30 min,然后上机测定消解样品中的氨基酸含量。校正方法为单点校正。

肌酐含量采用苦味酸法测定。具体方法:取排泄物风干样5 g,放入150 m L三角瓶中,加入蒸馏水30m L左右,摇匀,加入过氯酸,使过氯酸的最终浓度达到 7.5%,体积控制在 35 m L左右。以3 000 r/min、4 ℃离心15 min,将上清液倒入40m L烧杯中,用2 mo l/L的碳酸氢钾中和,冷却20 m in,以3 500 r/min、4 ℃离心20m in,取上清液,过滤至100 m L容量瓶中,定容至刻度,然后用 Beckm an Synchron LX 20自动分析仪测定肌酐含量。

1.2 试验2:屠宰试验

1.2.1 试验设计与饲养管理

随机选择平均出壳重为(79.45±1.44)g的1日龄莱川商品代肉鹅健雏120只,公母各占1/2,合群饲养。试验饲粮参照NRC(1994)推荐的肉鹅营养标准配制。试验2的饲粮组成及营养水平见表2。

表2 试验2的饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 2 Composition and nutrient levels of diets in trial 2(air-dry basis) %

采用阶段饲养法,1日龄注射小鹅瘟疫苗,12日龄注射鹅副黏病毒-禽流感二联苗。全期舍饲,无放牧、无放水。采用厚垫料地面平养,垫料为优质刨花。育雏期采用电热保温伞供温,平均室温保持在25℃。自然光照,自由采食、饮水,舍内相对湿度控制在60%～65%。

1.2.2 指标测定与方法

0周龄随机取20只(10公、10母),1、3周龄随机取10只(5公、5母),5、7、9周龄随机取6只(3公、3母)试验鹅,空腹8 h后称重。用苯巴比妥钠麻醉(心脏注射0.1%的苯巴比妥钠溶液2.0～5.0 m L),干拔羽毛后称重,以确定羽毛的重量。拔毛后的鹅体剖解成胴体和内脏2部分,分别称重。所有的样品装入塑料袋中,在-20℃冰箱中保存备用。当所有样品收集完以后,分别进行粉碎、均质后制样。

羽毛、胴体及内脏中氮及氨基酸含量测定方法同试验1:氮平衡试验。

1.3 数学模型的建立方法

用于计算维持和生长所需蛋白质的公式如下:

式中:CP维持为维持所需蛋白质(g/d);CP生长为生长所需蛋白质(g/d);W2/3为代谢体重(kg);ΔW为日增重(g);a为单位代谢体重维持所需要的蛋白质参数;b、c、d分别为羽毛、胴体、内脏生长所需要的蛋白质参数。

将公式(1)、(2)合并,乘以各自的氨基酸模式,可得到用于估测肉鹅氨基酸需求参数的数学模型:

式中:AA为氨基酸需要量(g/d);MAA、FAA、CAA、VAA分别为用于维持和羽毛、胴体、内脏生长的氨基酸模式。

2 结果与分析

2.1 维持用蛋白质参数a的值的计算

氮平衡试验的结果见表3。在公式(1)中,a为用于维持的蛋白质需求参数,其生物学意义是指单位代谢体重在维持状态下对蛋白质的需要量。肉鹅用于维持的蛋白质包括内源排泄、皮屑脱落和肝脏代谢3个部分。内源损失的蛋白质等于肉鹅在采食无氮饲粮时随排泄物排出的蛋白质,由氮平衡试验结果可知其值为3.48 g/d。皮屑损失的蛋白质由维持状态下(低氮饲粮组)存留于体内的蛋白质来估计,由氮平衡试验结果可知其值为6.52 g/d。每排泄1m ol的肌酐相当于1 mol精氨酸、1mol蛋氨酸和1mol甘氨酸在肝脏内参与了代谢。本试验中随排泄物排出的肌酐量为0.25 g/d,将其折合成蛋白质为1.26 g/d,将上述3项合并后除以代谢体重(以低氮饲粮组试验期的平均体重计算),得到每千克代谢体重的维持蛋白质需要量为5.37 g/d,即a的值为5.37。由此得出计算维持所需要的蛋白质的公式为:

表3 氮平衡试验结果Table 3 Experimental results of nitrogen balance

2.2 生长用蛋白质参数b、c的值的计算

由表4可知,随着肉鹅周龄的增加,羽毛中蛋白质含量较为稳定(P＞0.05);胴体中蛋白质含量在0～1周龄增加较快(P＜0.05),以后趋于稳定(P＞0.05);内脏中蛋白质含量虽在0～1周龄稍有上升,之后有下降趋势,但差异不显著(P＞0.05)。

由于内脏沉积氨基酸的模式与胴体沉积氨基酸的模式在以赖氨酸为基准时,除丝氨酸外,其余氨基酸的差异均较小[2-5],且内脏与胴体相比,在机体总氮沉积中所占的比例相对较少[7],所以本试验在计算生长沉积蛋白质时,将胴体和内脏中总氮量按周进行合并,统称为体组织。经回归分析,体组织中沉积的总氮与体重之间、羽毛中沉积的总氮与体重之间都存在强相关,相关系数分别为0.969和0.992,回归系数分别为7.051和22.170。依据其回归方程计算,体增重中沉积于羽毛中的蛋白质参数b的值为0.045 1,沉积于体组织中的蛋白质参数c的值为0.141 8。由此得出计算生长所需要的蛋白质的公式为:

表4 不同周龄肉鹅羽毛、胴体及内脏中蛋白质含量Tab le 4 Protein content in feather,carcass and viscera ofm eat geese at the age of dif ferent weeks %

2.3 氨基酸模式的分析与计算

用于胴体、羽毛生长的氨基酸模式等同于生长过程中沉积在这2部位中的氨基酸模式。内源氨基酸模式为饲喂无氮饲粮时排泄物中的氨基酸模式。维持用氨基酸为内源、皮屑及肌酐引起的氨基酸损失三者之和,其中,皮屑氨基酸模式按羽毛的氨基酸模式计算。各部分氨基酸模式的试验结果见表5。羽毛、胴体、内脏及维持氨基酸模式相比较,羽毛中脯氨酸的含量较高,而精氨酸、组氨酸和赖氨酸含量偏低;胴体中赖氨酸、蛋氨酸、胱氨酸的含量较高,而半胱氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量较低。内源损失以组氨酸、酪氨酸、半胱氨酸为最多,而丝氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和脯氨酸相对较少。天冬氨酸、甘氨酸、苏氨酸、丙氨酸、缬氨酸含量在各组织及内源排泄物中含量均较稳定。

表5 内源、羽毛、内脏、胴体及维持的氨基酸模式(占总氨基酸的比例)Tab le 5 Am ino acid patterns of intestine loss,feather,viscera,carcass,and maintenance(percentage of total am ino acid) %

2.4 建立模型并计算肉鹅各周龄的氨基酸需要量

根据析因法原理,将公式(4)和(5)合并,并乘以各自相对应的氨基酸模式后,即为氨基酸需要量估测模型:

根据肉鹅体重发育规律[8]及公式(6)可得出肉用仔鹅氨基酸需要量,再除以蛋白质用于生长和维持的平均效率0.6,可得到肉鹅生长早期对饲粮中氨基酸的需要量,结果见表6。

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

3 讨 论

析因法是将动物对蛋白质的需要量剖分为维持和生长2部分,并将维持所需的蛋白质又分解成皮肤的再生代谢、内源损失、肝脏代谢3部分,生长所需的蛋白质又分解为羽毛和体组织生长2部分,然后分别进行研究。本研究结果中,将肉鹅用于维持需要的蛋白质换算成代谢体重时,远远低于肉鸭[4]和火鸡[2],这可能是由于肉鹅的皮肤代谢能力强于火鸡和肉鸭,通过皮肤损失的氮较高,导致维持需要增加。此外,虽然析因法评价动物的营养需要具有较多优点,但是该方法测得的维持氨基酸需要量偏低。贺建华等[4]采用析因法研究肉鸭的氨基酸需要量,结果显示肉鸭的维持需要与NRC(1994)相比偏低,这与本试验得出的肉鹅用于维持需要的蛋白质偏低的结果相一致。

本试验结果表明,肉鹅维持用氨基酸模式与羽毛生长用氨基酸模式基本一致,其原因可能是因为在维持状态下,绝大部分蛋白质需求是用于羽毛和皮肤代谢的。此外,本试验得出的肉鹅的氨基酸需要量与肉鸭[4]和火鸡[2]的氨基酸需要量均存在差异,在维持和生长状态下,肉鹅蛋氨酸需要量低于肉鸭和火鸡,肉鸭的亮氨酸需要量远高于火鸡和肉鹅;在胴体的氨基酸模式中,肉鹅的精氨酸需要量高于肉鸭和火鸡,火鸡的亮氨酸需要量高于肉鸭和肉鹅,而火鸡的赖氨酸需要量高于肉鸭和肉鹅。出现上述差异可能与品种有关。

目前养鹅中使用的饲养标准一般参考前苏联畜牧科学研究所(1985)和NRC(1994)推荐的鹅的营养需要量。其中NRC(1994)鹅的营养需要量标准中只有赖氨酸、蛋氨酸2个指标,而前苏联畜牧科学研究所(1985)建议的鹅的营养需要量包括13种氨基酸。这2种需要量标准中,氨基酸的需要量均为相对含量,而且均分为3阶段。本试验结果与前苏联畜牧科学研究所(1985)建议的氨酸酸需要量(以赖氨酸含量为参比所得的比值)相比较,除组氨酸外,其他16种氨基酸的差异均较大,其中甘氨酸、苏氨酸、胱氨酸、精氨酸、酪氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸的比值均大于前苏联畜牧科学研究所(1985)的建议量。王志跃等[5]用析因法研究了5～10周龄扬州鹅的氨基酸需要量,大部分氨基酸的水平低于前苏联畜牧科学研究所(1985)建议的营养需要量。引起差异的原因是否与肉鹅品种有关,有待于进一步探讨。

4 结 论

①肉鹅维持每千克代谢体重需要的蛋白质为5.37 g/d,低于肉鸭和火鸡,其中63%以上用于皮肤代谢,维持的氨基酸模式与组成羽毛的氨基酸模式一致。

②利用析因法估测肉鹅氨基酸需要量的数学模型为:AA=5.37W2/3×MAA+0.045 1ΔW×FAA+0.141 8ΔW×CAA。利用此模型对肉鹅0～9周龄的氨基酸需要量进行动态估测,多数氨基酸的需要量高于前苏联畜牧科学研究所(1985)的建议量。

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[3] 尹清强,韩友文,滕冰,等.利用析因法测定产蛋鸡必需氨基酸需要量、模式及模型[J].动物营养学报,1997,14(4):31-38.

[4] 贺建华,王康宁,陈可容,等.肉鸭氨基酸需要量的研究[J].畜牧兽医学报,1996,27(2):105-123.

[5] 王志跃,施寿荣,周秋燕,等.5～10周龄扬州鹅理想氨基酸模式及氨基酸需要量的研究[J].动物营养学报,2010,22(1):31-38.

[6] HONG D,RAGLAND D,ADEOLA O.A dditivity and assoc iative effects of m etabolizable energy and am ino acid digestibility in barley and cano lameal for W hite Pekin ducks[J].Poultry Science,2001,80:1600-1606.

[7] 孙国荣,沈洪民,郁怀丹,等.肉用仔鹅蛋白质沉积规律的研究[J].家畜生态学报,2007,28(4):27-29,61.

[8] 孙国荣,朱祖明,何大乾,等.莱川杂交肉鹅早期体重发育规律及生长曲线拟合[J].中国畜牧杂志,2006,42(15):10-11.

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

(编辑 菅景颖)

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

国家“十五”科技攻关项目(2004BA 514A 09)资助;现代水禽产业技术体系

孙国荣(1971—),女,内蒙古呼和浩特人,副研究员,主要从事动物营养与饲料科学研究。E-mail:sunguorong@saas.sh.cn

*通讯作者:何大乾,研究员,E-mail:hedaqian@saas.sh.cn