孵化前期二氧化碳调控对蛋鸡种蛋孵化胚胎的影响

童 勤，朱丽蓉，刘 畅，郑炜超，韩胜强,4，李 杜

·农业生物环境与能源工程·

孵化前期二氧化碳调控对蛋鸡种蛋孵化胚胎的影响

童 勤1,2,3，朱丽蓉1,2，刘 畅1,2，郑炜超1,2,3※，韩胜强1,2,4，李 杜5

（1. 中国农业大学水利与土木工程学院，北京 100083；2. 农业农村部设施农业工程重点实验室，北京 100083；3. 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心，北京 100083；4. 江苏立华牧业股份有限公司，常州 213168；5. 北京市华都峪口禽业有限责任公司，北京 101206）

为探究孵化前期高浓度CO2调控对蛋鸡种蛋孵化的影响机制，该研究以京红1号蛋鸡种蛋为试验对象，在孵化前期（0～10 d）处理组通过补充CO2的方式保持CO2浓度1%，对照组CO2浓度小于0.25%，对比研究了1% CO2浓度处理对种蛋孵化的影响。结果表明，CO2处理组与对照组的受精蛋孵化率无显著性差异（>0.05）；第9天和第12天CO2处理组的胚胎质量和相对胚胎质量显著高于对照组（<0.05）；第3天、第6天和第9天CO2处理组的蛋白pH值显著低于对照组（<0.05）；第11天，CO2处理组和对照组尿囊绒毛膜（CAM，Chorioallantoic Membrane）血管发育密度无显著性差异（>0.05）；第0天、第6天、第12天两组的蛋壳和胚胎钙含量不存在显著差异。在蛋鸡种蛋孵化前期（0～10 d）保持1%浓度的CO2，降低了蛋白pH值，加速了胚胎发育，但未影响孵化率。

二氧化碳；动物；孵化；胚胎发育；孵化率

0 引 言

孵化环境直接影响雏鸡质量，其中二氧化碳（CO2）作为重要的气体环境因子，对家禽胚胎发育起重要作用[1-2]。在自然孵化过程中，母鸡在孵化的前9 d集中孵蛋，种蛋周围通风较差，限制了胚胎早期的氧气量，二氧化碳浓度可达到0.9%，氧气浓度降为20.3%[3]。然而长期以来，CO2被认为是孵化的副产品，较高浓度的CO2不利于胚胎的发育[4-5]。因此现代巷道式孵化通常保持较高的通风以将孵化器内的CO2浓度保持在较低水平，这可能影响孵化质量的提高，过度通风换气又造成了一定程度的能源浪费。

近年来，研究人员开始关注在种蛋的孵化过程人工进行CO2调控，以提高孵化质量。研究发现，孵化前10 d通过减少通风提高二氧化碳浓度，可以刺激胚胎生长并提高孵化率[6-8]，且在胚胎发育后期，鸡胚能够耐受较高浓度的CO2[9]。Sadler等[10]以蛋鸡种蛋（White Leghorns）为试验对象，在胚胎发育前48 h分别使用0%、1%、2%和4%浓度CO2处理，在48 h使用10倍放大的解剖镜观察胚胎长度与体节数，发现胚胎长度和平均体节数随着CO2浓度增加而增加。Bruggeman等[11]使用43周龄的肉鸡（Cobb）种蛋，处理组CO2浓度在胚胎发育的第25～96 h逐渐上升至1.5%，保持1.5%持续到第10天（240 h），发现处理组的胚胎质量有更高的趋势，尤其在第6天和第10天差异显著。Willemsen等[12]使用肉鸡（Cobb）种蛋，在胚胎发育的前10 d，以减少通风的方式使孵化箱内CO2浓度缓慢提升至1%，发现CO2处理组的胚胎死亡率显著下降。Tona等[13]使用肉鸡（Ross）和蛋鸡（Isa Brown）种蛋，在胚胎发育前10 d处理组中CO2浓度从0.05%增至1%，对照组始终保持在0.1%以下，发现CO2处理使得内部啄壳时间、外部啄壳时间和出雏时间均缩短。以上研究表明孵化前10 d增加CO2浓度对胚胎发育有积极影响，但目前高浓度CO2调控对蛋鸡种蛋孵化的影响机制尚不清楚。

胚胎在发育过程中有3种气体交换方式：在胚胎发育0～4 d左右通过卵黄囊血管进行气体交换；尿囊绒毛膜（CAM，Chorioallantoic Membrane）血管，在胚胎发育第5天开始形成，第8天成为气体交换的主要器官[6]；第19天左右，雏鸡啄破内壳膜，喙进入气室，尿囊绒毛膜血管退化，开始进行肺呼吸[14]。长时间暴露于低氧环境会促进胚胎血管形成、心脏血液输出量改变，促进心血管发育，进而可能会促进胚胎代谢及发育[15]，前10 d高CO2浓度会使得O2浓度降低，进而可能影响尿囊绒毛膜血管发育。CO2在蛋白中高溶解度，较高CO2水平在孵化早期使蛋白液化，蛋白pH值下降，这可能使得胚胎吸收更多营养促进胚胎发育[16]。在胚胎的代谢中钙是最重要的矿物质，钙从蛋壳转移至胚胎中提供发育所需[17]。蛋内容物和胚胎的钙含量自孵化第12天起显著上升，二氧化碳与水的作用可使蛋壳中碳酸钙转化成可溶的碳酸氢钙，进而更好的转移钙，这可能有利于胚胎发育。

本文以京红1号蛋鸡种蛋为试验对象，研究在胚胎发育前10 d保持1%浓度的CO2对种蛋孵化率和胚胎发育情况的影响，根据尿囊绒毛膜（CAM）血管发育情况、蛋白pH值变化、蛋壳和胚胎钙含量变化，探究孵化前期CO2调控对蛋鸡种蛋孵化的影响机制。

1 材料与方法

1.1 孵化箱与二氧化碳调控系统

本试验使用2台相同的全自动孵化器（OvaEasy 380 Advance EX Series II，Brinsea，英国），孵化器尺寸为800 mm×420 mm×820 mm（长×宽×高），每台孵化器可以孵化放300枚种蛋。两台孵化器放置于同一房间，室内的通风量设置为500 m3/h。本试验所用的全自动孵化器在设置温度和湿度等相关条件后，孵化期自动调节通风量。室内装有一台2000 W的工业暖风机（SY-N2KWPTC220，中国）作为热源，工业暖风机配备温度控制器（MK-SM5，中国），调控精度为0.1 ℃，保证室内温度维持在25 ℃左右。室内装有一台负压风机（SF-2.5-4管道式-380 V，中国），通风量设置为500 m3/h，且室内还配备一台室内循环风机，用以保证室内环境的均衡。试验开始前为每台孵化器设计并构建基于控制器ZK2N PLC的CO2动态调控系统，用于调控孵化箱内CO2浓度，并实时监测环境数据。具体方案如下：

1）使用浓度为99.999%的CO2气瓶向孵化箱内补充气体，通过控制电磁阀的通闭时间调控CO2浓度。

2）孵化箱内部上端安装CO2传感器、温湿度传感器、O2传感器，孵化过程中实时监测CO2、温度、湿度、O2数值，并将电压模拟信号传送给CO2调控系统进行处理。当CO2传感器所检测信号低于设定值时，调控系统传递高电平给电磁阀，电磁阀打开，CO2进行补充直至达到设定值。

3）通过触摸屏（S430A）实现环境数据的实时监测，使用Arduino SD模块进行数据存储。

CO2调控系统以控制器（ZK2N PLC）为核心，由控制器、传感器、上位机、存储模块、驱动模块、执行机构6部分组成，如图1所示。

图2为控制系统的流程图，实现对CO2浓度的调控及CO2浓度、温度、湿度和O2浓度的数据采集。ZK2NPLC的AD模拟量采用中断输入输出模式，因此调控CO2浓度的同时进行数据采集和运算。控制步骤如图所示：首先控制器通电，控制器置初始状态，紧接着将数据寄存器清零（数据计算、寄存）。将VAISALAGMP251 CO2传感器的实时CO2数据与D100寄存器中的1% CO2浓度进行比较，如果CO2浓度低于1% PLC则发出脉冲信号使固态继电器置ON，随后气体电磁阀打开进行CO2气体补充，CO2浓度达到1%时停止气体补充，至此完成一个控制循环。

1.2 孵化种蛋和试验处理

入孵当天从孵化场选择京红1号28～50周龄的种蛋分3批次直接运输到实验室进行孵化，运输过程中运输车内温度为18～20℃，湿度为60%～70%。种蛋在孵化场存储1～3 d，保存温度为22～23℃，湿度为65%～75%。将种蛋随机分成2组，每组300枚，对照组平均蛋质量为（60.72±3.50）g，处理组的平均蛋质量为（61.06±3.62）g，将种蛋消毒后随机放入2台全自动孵化器内进行孵化。处理组在孵化前10 d控制CO2浓度为1%，1%浓度CO2从孵化开始持续到孵化第10天（240 h），第240 h时停止补充CO2，整个孵化过程中对照组CO2浓度在0.25%以下。孵化箱温度设置为37.6 ℃，相对湿度0～18 d为50%，19～21 d为60%。每90 min自动翻蛋，角度为90°。进行3次重复试验，为消除孵化箱对试验结果的影响，不同批次试验时2台孵化箱交替用于处理组和对照组。

1.3 测试指标

1）孵化率及雏鸡质量

512 h关闭孵化器，清点雏鸡出壳数量，并计算孵化率，对处理组和对照组的所有雏鸡进行质量评价，方法参考Tona等[18]研究。

受精蛋孵化率计算如下式所示：

2）胚胎发育

在第6天（144 h）、第9天（216 h）、第12天（288 h）、第15天（360 h）、第18天（432 h），分别随机选取CO2处理组和对照组15枚种蛋，使用304不锈钢开蛋器（K0154，中国）打开种蛋钝端处蛋壳，取出胚胎吸水后使用电子天平（JM-0.001，中国）称质量。称取胚胎绝对重量，计算公式如下：

3）尿囊绒毛膜（CAM）血管发育

在胚胎发育第11天（264 h），CO2处理组和对照组分别随机取3枚发育正常的种蛋，参考Verhoelst等[19]方法分析尿囊绒毛膜血管发育情况。尿囊绒毛膜血管在第11天时完全附着在蛋壳内表面，使用开蛋器打开种蛋钝端处蛋壳，再用解剖针和手术剪（BY-3143，中国）去除种蛋蛋白、蛋黄和胚胎等内容物，随后在蛋壳内充满10 %的中性福尔马林固定液（上海圻明生物科技有限公司，中国）并保持24 h，将红细胞固定在血管中。固定24 h后，将种蛋排空并分成3段，使用微型切割机（MNT-995201B-786，中国）将中间段均分成8部分，如图3a所示。

使用微距镜头（15×，对焦距离3～6 cm，BL-058，中国）对中间段每部分进行拍照，将拍摄初始图像裁剪成分辨率1 024×800（像素）的图片，水平和垂直分辨率为96 dpi。用Image J（Rawak Software，Inc. 德国）首先将1 024×800（像素）图片由RGB Color转化成8-bit类型的图片，然后用Trainable Weka Segmentation机器学习插件对血管和非血管背景进行识别学习，最后再次将处理好的图片由8-bit转化成RGB Color，使用Threshold自动计算出血管面积所占采样蛋壳比例。

4）蛋白pH值

胚胎发育第0天（0 h）、第3天（72 h）、第6天（144 h）、第9天（216 h）、第12天（288 h）和第15天（360 h），分别随机取CO2处理组和对照组15枚种蛋，使用304不锈钢开蛋器打开种蛋钝端处蛋壳，使用蛋白分离器分离出蛋白。使用高精度手持pH计（台湾衡欣AZ8601，精度0.02，中国）检测蛋白pH值。

5）蛋壳与胚胎钙含量

在胚胎发育第0天、第6天和第12天，CO2处理组和对照组分别随机取3枚种蛋，首先使用304不锈钢开蛋器打开种蛋钝端处蛋壳，配合使用解剖针和手术剪（BY-3143，中国）将胚胎和蛋壳进行分离；称取适量样品至聚四氟乙烯消解罐中，加入5mL硝酸静置，反应结束后密封放入微波消解仪（MILESTONE-ETHOS1，意大利），按照顺序100 ℃保持3 min、140 ℃保持3 min、160 ℃保持3 min、180 ℃保持3 min、190 ℃保持15 min；待温度冷却至50 ℃以下，取出消解罐放入通风橱中，打开消解罐用超纯水润洗，转移至50 mL容量瓶中，用超纯水稀释至定容刻度，最后使用电感耦合等离子光谱仪（Perkin Elmer-optima 8000，美国）和钙元素标准溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心，中国）检测样品钙含量。

1.4 数据处理

试验数据均使用IBM SPSS Statistics 25.0（国际商业机器公司IBM，美国）和Microsoft Office Excel 2019（微软股份有限公司 Microsoft Corporation，美国）进行统计分析，以均数±标准差表示。其中孵化率采用独立样本检验。采用混合模型对影响鸡胚发育指标的日龄、二氧化碳处理进行主体效应检验，批次作为随机效应。其中，<0.05表示差异显著。

一般线性模型1：

1+A+C+B+AC+AB+CB+（3）

式中1是胚胎质量、相对胚胎质量、pH值或钙含量，是均值，是日龄（其中，当1是胚胎质量或相对胚胎质量时，=6、9、12、15、18；当1是pH值时，=0，3，6，9，12，15；当1是钙含量时，=0，6，12），是CO2处理（=处理组、对照组），是批次（=1、2、3），为误差。

一般线性模型2：

2+C+B +CB+（4）

式中2是CAM比值。

文中的图均使用Origin 2018（Origin Lab，美国）制作。

2 结果与分析

2.1 孵化期CO2浓度

基于ZK2NPLC的CO2动态调控及环境数据采集系统和基于Arduino的环境数据采集系统进行实验，图4为处理组和对照组孵化箱CO2浓度在基于ZK2NPLC的CO2动态调控及环境数据采集系统调控下的实际监测值，整个孵化期对照组CO2浓度在0.25%以下，第0～10天CO2浓度理论值为1%，实际监测值在（0.96±0.04）%之间，达到了预设的试验条件，孵化设备和CO2动态调控及环境数据采集系统的所有设备运行良好。

2.2 孵化率分析

统计分析结果显示CO2处理组和对照组的受精蛋孵化率分别为（89.17±2.53）%和（91.57±1.03）%，差异不显著（>0.05）。处理组和对照组雏鸡品质评分为100分的占比分别为76.22%和74.05%，处理组和对照组雏鸡品质评分为90～100分的占比分别为18.68%和20.91%，处理组和对照组雏鸡品质评分为80～90分的占比分别为4.36%和3.97%，处理组和对照组雏鸡品质评分在80分以下的占比分别为0.74%和1.07%。本研究试验中早期胚胎可以耐受1%浓度CO2，孵化环境条件中O2浓度应该是影响孵化率的关键，孵化前期处理组O2浓度维持在（20.2±0.1）%，该O2浓度不会对胚胎生长产生负面影响。

2.3 胚胎发育分析

经过6 d的发育，胚胎器官已经形成，此时可以解剖分离称质量，从第6天开始测量胚胎质量，在此后每隔2 d对胚胎质量进行跟踪测试。胚胎质量变化和相对胚胎质量变化如图5所示，处理组和对照组在第9天胚胎重分别为（1.747±0.177）g和（1.556±0.137）g，第12天分别为（5.182±0.491）g和（4.606±0.440）g；处理组和对照组在第9天相对胚胎重分别为（3.16±0.37）%和（2.83±0.28）%；第12天分别为（9.39±0.97）%和（8.51±0.76）%。在胚胎发育第9天和第12天，CO2处理组和对照组胚胎质量和相对胚胎质量存在显著差异（<0.05）；在胚胎发育第6天、第15天和第18天，CO2处理和对照组胚胎质量和相对胚胎质量无显著性差异（>0.05）。

2.4 尿囊绒毛膜（CAM）血管发育分析

对CO2处理组和空白对照组的各24个尿囊绒毛膜血管样品进行图像分析，CO2处理组和对照组的血管比例分别为（11.81±2.41）%和（11.74±2.31）%，两组数据在统计学上不存在显著性差异（>0.05）。

2.5 蛋白pH值分析

统计分析显示日龄和处理组对蛋白pH值影响显著（<0.05）。前期研究表明在孵化第1～3天蛋白pH值会显著升高随后逐渐降低，蛋白从第12～13天开始被吸收，到孵化的第16天被吸收完[20]。本研究从孵化第0天开始每隔2 d对蛋白pH值进行跟踪测试，种蛋的蛋白pH值的变化如图6所示。随着胚胎发育的进行，蛋白pH值整体变化趋势为先升高后降低，第3天达到峰值。第3天、第6天和第9天CO2处理组的蛋白pH值分别是8.82±0.19，8.20±0.20和7.85±0.19，对照组的蛋白pH值分别是9.27±0.13，8.56±0.24和8.21±0.29。CO2处理组蛋白pH值整体低于处理组，且在第3天，第6天和第9天存在显著差异（<0.05）。

图6 蛋白pH值变化

2.6 蛋壳钙与胚胎钙含量分析

经过6 d的发育，胚胎器官已经形成，此时采集胚胎样品对钙含量进行检测，跟踪充CO2前后钙含量变化。在胚胎发育第0天测试种蛋蛋壳钙含量，在第6天和第12天测试胚胎和种蛋蛋壳的钙含量，结果如表 1所示，统计分析显示日龄和处理组对蛋壳钙含量影响不显著（>0.166），日龄对胚胎钙含量影响显著（=0.014），处理组对胚胎钙含量影响不显著（=0.143）。从第0天到第12天蛋壳钙含量变化不大，且处理组和对照组的差异不显著（>0.05）；第12天胚胎的钙含量显著高于第6天（<0.05），而孵化同一时期处理组和对照组胚胎的钙含量不存在显著差异（>0.05）。

表1 不同天数的蛋壳和胚胎钙质量分数

注：同一组不同字母代表不同天数的数据有显著性差异。

Note: There are significant differences in data that the same group of different letters mark represents different days.

3 讨 论

在Taylor等[21-22]的研究中，在胚胎发育的0～4 d，CO2浓度在0～1%时对孵化率无影响，当CO2浓度高于1.1%时，孵化率会显著降低；胚胎发育的5～8 d，CO2浓度高于3%会显著降低孵化率；胚胎发育的9～12 d，CO2浓度高于5%会显著降低孵化率。Sadler等[10]研究中，第10～21天CO2浓度从1%逐渐升至5%对孵化率无显著性影响。Gildersleeve[6]使用火鸡种蛋在胚胎发育的0～10 d保持0.3%浓度的CO2，相对于对照组0.1% CO2浓度，孵化率显著提高，这与Taylor等[21-22]和Sadler等[10]的研究结果不一致，造成这种现象可能与物种差异有关，因为自然孵化巢中CO2浓度在不同物种间变化很大。De Smit等[23]在胚胎发育0～10 d通过减少通风的方式提高孵化器内CO2浓度至1.5%，与对照组相比孵化率无显著性差异。上述研究与本试验结果一致，孵化前期高浓度CO2不会影响孵化率，说明早期胚胎可以耐受1%浓度CO2。

Bruggeman等[11]在胚胎发育第25～96小时，将孵化器内CO2浓度提升至1.5%左右，保持CO2浓度直到240 h，加速了胚胎发育，在第6天和第9天CO2处理组胚胎重量显著高于对照组。De Smit等[23]在胚胎发育过程中减少通风，处理组在前10 d缓慢上升至0.7%，观察到胚胎发育的第10～18天，处理组的胚胎平均重量显著大于对照组（CO2浓度小于0.1%）。本研究表明孵化前期（0～10 天）采用1%浓度的CO2处理会加速中期胚胎发育。孵化前期，胚胎主要利用蛋白中的蛋白质，前期补充CO2使蛋白液化可能促进了胚胎从蛋白吸收营养，从而加速了胚胎发育。第12天时，鸡胚消化系统发育完全，随着胚胎的发育，卵黄中的蛋白成为胚胎蛋白质的主要来源。处理组停止补充CO2后，随后两组的胚胎发育的显著性差异消失。

尿囊绒毛膜（CAM）血管是胚胎发育过程中的呼吸器官，是不同气体浓度条件下胚胎发育的重要参考，其发育情况可能会对胚胎发育、胚胎健康状况产生影响[12]。孵化约100 h绒毛膜和尿囊膜融合时CAM血管开始形成，第6天CAM血管与内壳膜接触，第11天CAM血管完全附着在蛋壳内表面，此时采样对CAM血管的干扰最小，能够观察到发育中完整的CAM血管，到第12天CAM血管延伸到内壳膜的整个表面，此时发育完全[19]。Dusseau等[24]在胚胎发育第7～10天，处理组使用15%浓度O2、85%浓度N2的气体环境，对照组使用21%浓度O2（室内空气）的气体环境，发现处理组尿囊绒毛膜血管密度显著性大于对照组（P<0.05）。在医学研究中缺氧是明确的血管生成刺激物，Bradbury等[25]研究表明，胚胎缺氧时缺氧诱导因子1（hypoxia-inducible factor-1）刺激血管内皮生长因子（VEGF，vascular endothelial growth factor）的形成，进而刺激血管生成。本研究表明，在胚胎发育的第0～10天1%浓度CO2处理对尿囊绒毛膜血管发育无显著影响。在低氧环境下孵化的鸡胚尿囊绒毛膜血管有增生反应，使得血管密度增加的启动信号最有可能是氧气供应减少，本研究采用补充CO2的方式，孵化前期处理组O2浓度维持在（20.2±0.1）%，可能该O2浓度尚不足以引起尿囊绒毛膜血管增生的反应。

Johnston等[29]研究了蛋壳、蛋白和蛋黄中的钙分布及其在胚胎发育中的贡献，胚胎发育前9天蛋黄和蛋白是胚胎钙的主要来源，之后胚胎骨骼开始形成，蛋壳钙成为胚胎发育的主要来源。由于环境CO2浓度的升高使得蛋白pH值降低，这可能为促进蛋壳中钙向胚胎转移提供一种有利的环境[30]。然而本研究中处理组的蛋壳和胚胎钙含量与对照组无显著差异。这可能是由于在孵化前期胚胎处于卵裂及器官形成期，所需钙含量较少，由卵内容物提供即可满足生长发育需求，此时期由于蛋壳不是胚胎发育的主要钙源，因此蛋壳的钙变化较小。房兴堂等[31]研究了不同胚龄乌骨鸡胚胎钙含量变化表明在胚胎发育第6天、第12天、第18天和第21天乌骨鸡胚胎钙含量分别为32.96、88.97、1164.4、2626.9 mg/kg，随着发育的进行胚胎中钙的含量不断增加，而且发育后期胚胎钙含量增加的总量大大增加。本研究中第12天胚胎钙含量高于第6天，也呈现显著的增长。第12胚龄钙的转移是重要转折点，这时候蛋壳开始为胚胎发育提供钙，为出壳后的雏鸡发育提供所需要的钙。

4 结 论

本研究以28～50周龄的蛋鸡（京红1号）种蛋为试验对象，构建了孵化箱CO2调控系统，研究了孵化前期（0～10 d）1%浓度的CO2调控对蛋鸡孵化的影响，主要结论如下：

1）CO2处理组和对照组的受精蛋孵化率分别为（89.17±2.53）%和（91.57±1.03）%，差异不显著（>0.05）。孵化前期（0～10 d）1%浓度CO2调控未对孵化率产生不良影响。

2）孵化前期（0～10）d 1%浓度CO2调控加速了早期胚胎发育，处理组和对照组在第9天胚胎质量分别为（1.747±0.177）g和（1.556±0.137）g，第12天分别为（5.182±0.491）g和（4.606±0.440）g；处理组和对照组在第9天相对胚胎质量分别为（3.16±0.37）%和（2.83±0.28）%；第12天分别为（9.39±0.97）%和（8.51±0.76）%。处理组的胚胎质量和相对胚胎质量在第9天和第12天显著高于对照组。

3）第3天、第6天和第9天CO2处理组的蛋白pH值分别是8.82±0.19，8.20±0.20和7.85±0.19，对照组的蛋白pH值分别是9.27±0.13，8.56±0.24和8.21±0.29。第3天、第6天和第9天CO2处理组的蛋白pH值显著低于对照组。CO2会使蛋白液化，加速了胚胎对营养物质的吸收。

综上所述，在蛋鸡种蛋孵化前期（0～10 d）保持1%浓度的CO2，加速了胚胎发育，但未影响孵化率；CO2处理降低了蛋白pH值，可能加快了营养物质吸收，促进了胚胎发育。

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Effects of carbon dioxide regulation during early incubation stage on the hatching embryos of layer eggs

Tong Qin1,2,3，Zhu Lirong1,2，Liu Chang1,2，Zheng Weichao1,2,3※，Han Shengqiang1,2,4，Li Du5

(1,,100083,2,,100083,3,100083,4,.,213168,5,,101206,)

Environmental parameters generally determine the incubation performance and chick quality, one of which is carbon dioxide (CO2). However, the mechanism still remains unclear, particularly the effects of high CO2levels during early incubation on the hatching quality. In this study, three batches of fertile eggs from Jinghong No. 1 were incubated in two small-scale incubators, in order to investigate the influence of normal and higher CO2levels during the early stage of incubation (0-10 d). The treatment and control incubator maintained the CO2concentration of 1% and below 0.25%, respectively. The incubators were also swapped for the next batch. A higher CO2level was controlled during the incubation using a purpose-built system with CO2sensors and a CO2gas adding unit. The specific parameters were measured, including hatchability, chick quality, embryo weight, and relative embryo weight at the 6th, 9th, 12th, 15th, and 18thday, vascular development density of allantoic chorion (CAM) at day 11, albumen pH at day 0, day 3, day 6, day 9, day 12 and day 15, and the calcium content of eggshells and embryos at day 0, day 6 and day 12. The results showed that the CO2concentrations in the treatment and control incubator were achieved the target levels of about (0.96±0.04)%, lower than 0.25%. There was no significant difference between the two groups in hatchability and fertilized egg hatchability, where were (89.17±2.53)% and (91.57±1.03)% in the treatment and control group, respectively. Moreover, the higher CO2during early stage did not have much effect on the chick quality. The vascular development density of CAM on the 11thday had no significant difference between the treated and control groups, because the O2concentration was maintained around (20.2±0.1)%. There was also no significant difference in the calcium content of eggshells and embryos in the treated and control groups005, but the calcium content of embryos increased significantly from day 6 to day 12 in both groups (<0.05). However, the embryo weight and relative embryo weight in the treatment group were significantly higher than those in the control group on the 9thand 12thday (<0.05), but they were not consistent on day 6, day 15, and day 18 (>0.05). The effect of higher CO2on the embryo weight only occurred around the final stage of CO2stimulation. The reason was that the liquefaction of protein by CO2contributed greatly to promote the embryo absorption of nutrients from the protein, thereby accelerating embryonic development. But the effects just remained for a short term, until the CO2level was lower. Furthermore, the albumen pH in the treatment group was lower than that in the control group, due mainly to the higher external CO2level, particularly the significant differences on the 3rd, 6th, and 9thdays. The overall change trend of protein pH value increased first and then decreased, finally reaching the peak on day 3. Consequently, 1% CO2treatment during the early stage of incubation (0-10 d) lowered the protein pH, while accelerated the embryo development without affecting the hatchability and chick quality.

carbon dioxide; animals; hatching; embryonic development; hatchability

童勤，朱丽蓉，刘畅，等. 孵化前期二氧化碳调控对蛋鸡种蛋孵化胚胎的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(16)：177-183.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.022 http://www.tcsae.org

Tong Qin，Zhu Lirong，Liu Chang, et al. Effects of carbon dioxide regulation during early incubation stage on the hatching embryos of layer eggs[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(16): 177-183. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.022 http://www.tcsae.org

2021-05-27

2021-07-17

国家自然科学基金（31802109）

童勤，博士，副教授，研究方向为畜禽环境控制。Email：tongqin@cau.edu.cn

郑炜超，博士，副教授，研究方向为畜禽设施养殖工艺与环境控制。Email：weichaozheng@cau.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2021.16.022

S8

A

1002-6819(2021)-16-0177-07