日粮能量水平对蛋鸡繁殖性能的影响

辛 倩，王晓鹃，林 海

（山东农业大学动物科技学院，山东 泰安 271018）

能量是家禽必需营养素之一，是机体能源，日粮中能量主要来源于碳水化合物、脂肪和蛋白质三大能源物质。动物通过采食而满足能量需求，而采食量取决于日粮能量浓度。鸡蛋干物质中约有50%是蛋白质，故日粮蛋白质水平对家禽蛋重和产蛋率有显著影响，过低蛋白质水平影响蛋重和产蛋率。蛋白质摄入量需根据日粮能量浓度作调整，因此，日粮蛋白质与能量比对于维持蛋鸡繁殖性能具有重要作用。

随着蛋鸡世代选育的不断进展，蛋鸡生产性能逐步提高。目前，延长蛋鸡产蛋期成为新的选育目标，即蛋鸡饲养100周龄生产500枚蛋[1-2]。蛋鸡在18周龄开始产蛋，25周龄达产蛋高峰，高峰期后随蛋鸡周龄增加，产蛋率逐渐降低。Molnár等研究表明，产蛋率下降到79%的时间从74周龄到92周龄不等[3]。能量是一切生命活动基础，供应充足时促进动物下丘脑-垂体-性腺轴（Hypothalamus-pituitary-gonadal axis，HPG）繁殖激素合成，促进卵泡发育，提高繁殖性能[4-6]。为保证家禽具有良好生产性能，需提供高于机体正常代谢所需能量，但能量水平过高又限制家禽采食和提高饲料成本[7-8]。能量过高也导致机体过肥，易患输卵管炎、脂肪肝等疾病，降低产蛋性能[7]。当日粮中能量不足时，导致机体能量负平衡。如果机体无法有效补充能量，繁殖激素分泌不足，导致体成熟和性成熟延迟[9]。

本文重点综述日粮能量水平对蛋鸡生产性能和繁殖性能的影响，以及HPG轴与能量平衡之间关系，分析日粮能量水平影响蛋鸡产蛋和繁殖内在机制，为“超长期”蛋鸡产蛋和繁殖能量调控机制奠定理论基础和调控依据。

1 蛋鸡繁殖内分泌基础

1.1 卵泡发育

家禽卵巢卵泡发育主要受垂体分泌的促黄体生成激素（Luteinizing hormone,LH）和促卵泡激素（Follicle stimulating hormone,FSH）的调节，家禽卵巢卵泡发育状况决定家禽产蛋率等生产性能。卵泡发育是指卵泡由原始卵泡发育成为成熟卵泡的生理过程[10]。与哺乳动物不同，家禽卵泡发育是一个连续发育过程，卵泡经募集、选择和闭锁等机制建立起严格的等级体系，原始卵泡经募集开始发育进入等级前阶段，再经大白卵泡进入小黄卵泡库，但大量卵泡中仅少数能顺利进入等级发育，大约5%发育到小黄卵泡阶段[11]。在产蛋周期中，每日仅一个小黄卵泡被选择为优势卵泡并进入等级发育，成为排卵前卵泡，之后卵泡按大小顺序发育，直至排卵[12]。被选择进入等级发育的卵泡数目越多，家禽产蛋周期越长，其产蛋性能也越高。

1.2 卵泡发育内分泌调控

HPG轴是一个由内分泌腺组成的系统，其功能对于性成熟和调节生殖行为非常重要。脊椎动物从人类到无颚鱼类，均存在HPG轴[17]。生殖过程的发生，首先是下丘脑产生并分泌促性腺激素释放激素（Gonadotropin releasing hormone,GnRH），导致垂体分泌促性腺激素：LH和FSH[18]。LH和FSH通过血液循环作用于性腺（即睾丸或卵巢），从而控制性腺发育和性激素（如睾酮和雌二醇）分泌，这些类固醇性激素与HPG轴上分布的受体结合，形成调控生殖和性行为的负反馈系统。

1.2.1 GnRH对卵泡发育的调控

大量研究表明，蛋鸡生殖发育受到HPG轴调控。FSH和LH刺激卵巢颗粒细胞分泌雌二醇，促进卵泡生成发育成熟，当FSH和LH达到一定水平时，成熟卵泡排卵[19]。Billig等研究表明，GnRH与垂体前叶分泌促性腺激素的细胞膜上的特异性受体结合，促进FSH和LH合成与释放[20]。苏友强等报道，GnRH也直接作用于卵巢促进卵泡膜细胞和颗粒细胞增殖，促进卵泡分泌孕酮（Progesterone,P4）和雌二醇[21]。

1.2.2 GnIH对卵泡发育的调控

促性腺激素抑制激素（Gonadotropin inhibitory hormone,GnIH）最初作为一种下丘脑神经肽在鸟类中发现，通过影响GnRH神经元和促性腺激素抑制促性腺激素合成和释放[22]。在鸟类中，光周期是控制繁殖的重要环境因素，光照抑制松果体褪黑素合成，黑暗促进其产生，褪黑素是松果腺和眼睛视网膜释放的一种激素，刺激GnIH分泌[23]。GnIH抑制促性腺激素释放激素产生和释放[24]，同时通过与其受体（垂体前叶促性腺激素抑制激素受体，Gonadotropin inhibitory hormone receptor,GnIHR）结合直接抑制促性腺激素LH和FSH合成和释放[25]。GnIH分泌减少促进GnRH和促性腺激素分泌，促进卵泡生长[26]。Manoochehri等研究不同周龄火鸡GnIH在下丘脑中的定位及mRNA表达，发现GnIH神经元在性成熟前火鸡中的数量显著高于性成熟后火鸡，表明GnIH神经元在调节火鸡性成熟中发挥重要作用[27]。

1.2.3 FSH和LH对蛋鸡卵泡发育的影响

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FSH是由垂体前叶嗜碱性细胞分泌的促性腺激素，促进蛋鸡卵黄前体物质沉积，进而促进卵泡发育[28]。FSH主要作用是促进卵泡成熟，FSH可促进卵泡颗粒层细胞增生分化，并促进卵巢生长。McElroy等研究发现FSH通过颗粒细胞上分布的FSH受体（Follicle stimulating hormone receptor,FSHR），促进鸡颗粒细胞增殖[29]。FSH通过刺激颗粒细胞增殖促使等级前卵泡进入等级发育。LH也是由垂体前叶分泌的一种糖蛋白类促性腺激素，作用于卵巢，加快卵巢血液循环，促进卵泡成熟并诱发排卵[30]。LH促进蛋鸡小黄卵泡的膜细胞增殖[31]。FSH和LH共同作用促进卵泡成熟，分泌雌激素、排卵。在肉种鸡上研究发现，产蛋量减少与小黄卵泡和血浆LH和FSH降低有关[32]。给老龄蛋鸡注射FSH促进其卵泡生长以及卵黄沉积[33]。

1.2.4 雌激素对蛋鸡卵泡发育的影响

雌激素主要由卵泡膜细胞分泌，具有调节卵泡发育以及促进排卵作用[34]。雌激素合成由生长卵泡的内膜细胞层开始，在LH刺激下，由胆固醇产生雄激素，如雄烯二酮和睾酮，其受体在卵泡膜细胞中表达，雄激素扩散至颗粒细胞，由芳香化酶转化为雌激素。雌激素与雌激素受体结合，作用于卵泡，使卵泡快速生长，促进卵泡发育。Onagbesan等研究报道，仅雌激素含量高、FSHR表达量高的优势卵泡能进一步发育为成熟卵泡；而雌激素合成低、FSHR表达低的卵泡趋于闭锁，并最终凋亡[12]。雌激素包括雌酮、雌二醇和雌三醇等，在生殖期主要产生雌二醇，雌二醇具有最高的生物潜能。雌二醇调节卵泡发育及排卵，另一方面，雌二醇作为HPG轴应答激素，受FSH和LH调节，反之又反馈到HPG轴上层，主要是下丘脑，以调节GnRH分泌。Tilly等研究表明，等级卵泡在排卵前3～6 h雌二醇分泌量逐渐增加，在排卵前4～6 h，血浆雌二醇浓度达最大值[15]。雌激素正反馈作用于泌乳素，影响卵泡发育。泌乳素由垂体分泌，雌二醇可直接作用于下丘脑，促进下丘脑分泌泌乳素释放因子，雌二醇也可直接作用于垂体，提高垂体对泌乳素释放因子的敏感性，进而促进泌乳素分泌[35]。

2 能量水平对蛋鸡繁殖性能的影响

日粮中适当提高能量水平提高蛋鸡营养利用，使蛋鸡性成熟日龄提前，增加鸡蛋重量，从而提高繁殖性能[7]。反之，能量不足导致动物繁殖性能降低。

2.1 日粮能量水平对卵泡发育和产蛋性能的影响

2.1.1 日粮能量水平对卵泡发育与性成熟的影响

性成熟是个体发育的一个重要方面，过程复杂。性成熟年龄是指生殖系统完全发育的年龄，长期以来被认为是决定生殖性状和影响后续表现的重要因素[36]。在蛋鸡中，性成熟标志为蛋鸡产第一枚蛋[37]。Perez-Bonilla等研究表明，日粮能量从2 650 kcal·kg-1增至2 850 kcal·kg-1，蛋鸡产蛋量增加[38]。肉鸡研究发现，与饲喂低能日粮所得到的鸡胚相比，饲喂高能日粮的鸡胚早期胚胎死亡率显著降低，但晚期胚胎死亡率显著升高[39]。

日粮能量在家禽复杂的卵泡发育过程中发挥重要的作用。自由采食和限制饲养的比较研究表明，自由采食的肉种鸡有更多优势卵泡，且小黄卵泡闭锁率比限饲组低，限制饲养被用来延缓性器官发育，防止性早熟[40]。但也有研究报道，限饲可提高肉种鸡产蛋量[41]。在商品蛋鸡育成阶段开展能量限饲可改善产蛋期产蛋性能。研究发现，在18、20和22周龄时，如皋蛋鸡小黄卵泡数量随能量限制水平增加而减少；随饲养期间能量限制程度增加，性成熟平均年龄增加，与能量限制饲养组母鸡相比，自由饲养组母鸡身体成熟较早，性器官发育较早[42]。杨玉等研究表明，日粮能量水平从11.70 MJ·kg-1升高至13.57 MJ·kg-1，海兰褐蛋鸡开产日龄提前[7]。研究文昌鸡也发现高能日粮促进开产[43]，研究柴鸡和塞北乌骨鸡也发现，饲喂高能日粮促进卵泡发育，提高产蛋量[44-45]，表明能量不但调节鸡性成熟时间还影响产蛋量。

能量通过调节体内繁殖激素分泌影响卵泡发育。海兰褐蛋鸡饲喂低能日粮（11.7 MJ·kg-1）降低P4和雌二醇分泌，从而影响卵巢卵泡发育[4]。14周龄柴鸡饲喂不同能量水平日粮3周，日粮能量为12.3 MJ·kg-1组柴鸡血浆FSH和LH浓度极显著高于11.63和11.13 MJ·kg-1组，且与低能组相比，FSH浓度升高123%，高能组LH浓度升高141%[46]；蛋鸭研究也表明适当提高日粮能量水平提高血清中P4和雌二醇水平[47-48]。研究浙东白鹅表明，日粮能量通过下丘脑GnRH信号，提高血液P4和雌二醇浓度，进而提高浙东白鹅繁殖性能[49]。说明日粮能量可通过促进家禽P4和雌二醇分泌影响卵泡发育，从而改变家禽繁殖性能。

2.1.2 日粮能量水平对产蛋性能的影响

现代蛋鸡品系养殖过程中一个主要问题是产蛋初期饲料摄取减少，导致母鸡未达到标准体重，进而降低产蛋周期鸡蛋大小[50]。与能量水平为11.71 MJ·kg-1对照组相比，饲喂高能日粮（12.88MJ·kg-1）显著提高鸡蛋蛋重（提高2.6 g）[51]。肉种鸡研究表明，7～15周龄限饲，自由采食，提高繁殖性能[52]。蛋鸡通常根据能量需求调整饲料摄入量，罗曼褐蛋鸡研究发现，限饲提高蛋鸡饲料转化率[53]。与能量为2 653 kcal·kg-1饲料相比，2 753 kcal·kg-1日粮能量水平下产蛋率有所提高[54]。研究表明，产蛋量随日粮能量增加（2 650～2 850 kcal·kg-1）而增加，但日粮能量增加到2 950 kcal·kg-1并未提高产蛋量[38]。白莱航蛋鸡研究发现，随日粮能量从2 500 kcal·kg-1增至3 100 kcal·kg-1，产蛋量无显著差异[62]。

在产蛋期，研究表明破壳蛋率不受日粮能量含量影响[38]，然而Zimmermann和Wu等提出相反结论，蛋壳质量随日粮能量升高而下降[55-56]。日粮成分组成可能影响鸡蛋品质[57]，Wu等研究随日粮能量升高哈氏单位降低，可能原因是饲料中粗蛋白和氨基酸含量不均衡[56]。Perez-Bonilla等报道使日粮保持粗蛋白和氨基酸水平不变情况下，哈氏单位仍随日粮能量升高而降低[58]。Grobas和Safaa等在日粮中补充脂质对哈氏单位无显著影响[59]。饲喂低能量水平日粮蛋鸡所产鸡蛋蛋黄重量增加，随日粮能量浓度增加，哈氏单位和蛋壳重降低，蛋黄色素沉着增加[38,60]。研究表明，提高日粮能量或脂肪水平显著增加开产早期鸡蛋重量，鸡蛋重量增加因蛋黄重量增加而增加[51,61]。

2.1.3 日粮能量水平对HPG轴的影响

林小辉等研究发现，产蛋率低或停产的蛋鸡血浆和垂体LH降低，LH对GnRH反应性降低[31]。同样，Dunn等研究发现卵巢退化的老龄蛋鸡血浆LH降低与GnRH肽降低无关，但与下丘脑GnRHmRNA降低有关[62]，表明老龄蛋鸡卵巢功能下降可能通过减少GnRHmRNA转录或稳定性介导。Ciccone等发现下丘脑GnIHmRNA与老龄蛋鸡中血浆LH降低有关[63]。在日本鹌鹑中，食物戒断导致垂体LHβ和FSHβ亚基mRNA表达降低[64]；在蛋鸡中，卵巢切除后LHβ和α-亚基mRNA表达增加，而卵巢切除后使用外源雌激素可抑制促性腺激素mRNA表达增加[65]。

日粮能量通过调节HPG轴上相关繁殖激素的mRNA表达影响家禽繁殖性能。杨玉等研究表明，适当提高能量水平（12.42 MJ·kg-1）促进海兰褐蛋鸡卵巢FSHRmRNA表达，提高产蛋率[66]。但研究浙东白鹅却发现提高日粮能量水平，上调下丘脑GnRHmRNA表达量，下调卵巢FSHRmRNA相对表达[49]。日粮能量调节繁殖激素基因表达进而影响繁殖性能的机制还需进一步研究。

2.2 HPG轴与能量调控信号的对话

动物体内存在精准的稳态调节系统，将能量贮存与消耗之间的平衡维持在一个相对稳定状态，称为能量稳态[67]。能量稳态的调节离不开中枢神经系统，尤其是下丘脑调控。能量平衡代谢包括能量供应与分配，一方面下丘脑通过摄食长期调节维持机体能量平衡[68]，另一方面也可通过短期调节每次采食的起始与终止[69]，维持机体生长发育与体内新陈代谢[70]。能量平衡的适当调节对生育非常重要，机体拥有足够能量储备是繁殖成功的必要条件。

2.2.1 Kisspeptin在生殖过程中的能量平衡

Kisspeptin由Kiss1基因编码，是一种下丘脑神经肽，通过Kisspeptin受体（Kiss1R）刺激GnRH神经元进而驱动生育过程[71]。Kisspeptin功能之一是作为性类固醇系统与GnRH神经元调节的桥梁而发挥作用[72]。Kisspeptin等在GnRH神经元产生雌激素正反馈和性激素负反馈中均起重要作用，前者是GnRH/LH激增和排卵关键，后者则参与GnRH分泌调节[73]。Kisspeptin作为能量平衡调节器，将代谢信号传递到生殖轴，是能量平衡和生殖功能之间建立良好联系的途径。Kisspeptin除在刺激生殖方面发挥作用外，还参与代谢和能量平衡调节。研究表明，Kisspeptin神经元受代谢因素调节，并根据能量状态直接或间接整合外周代谢因子（如瘦素、胰岛素、Ghrelin、前阿黑皮素（Proopiomelanocortin,POMC）和神经肽Y（Neusopeptide Y,NPY）进而调节生殖状态[74]。Saldanha等研究雄性绿头鸭发现，Kisspeptin可能调节HPG轴，且Kisspeptin信号通过中枢（下丘脑）影响代谢和能量平衡[75]。

2.2.2 Leptin在能量平衡与生殖过程中的作用

瘦素（Leptin）是能量平衡调控系统重要组成部分。瘦素分泌与脂肪储备呈比例，并作用于大脑以表示足够的能量储备和饱足感[76]。瘦素作为能量信号，参与下丘脑对摄食和能量消耗的调节，保持体内能量平衡状态[77]。瘦素在脑营养信号传导、生殖和能量调节中具有潜在作用，与下丘脑弓状核的主要靶通路平衡[78]。足够瘦素浓度也被认为是生殖轴的关键，通过大脑中的行为控制青春期起始[79]。动物生长发育到一定阶段后，Leptin作为动物繁殖系统重要信号，体内脂肪含量持续升高，Leptin释放后进入血液的含量不断增加，促进下丘脑分泌GnRH，促性腺激素分泌，导致性腺类固醇激素持续上升，开启发情周期。Barash等研究发现，Leptin可作用于HPG轴，参与摄食等能量相关代谢途径，且参与发情期起始及生殖功能启动[80]。在禽类研究中发现，Leptin与其摄食调节也有重要关系。给予白来航鸡脑室内注射重组Leptin，鸡采食量随注射剂量增加而逐渐降低[81]；研究蛋鸡发现，血浆中Leptin含量受营养状态调节，与禁食状态相比，自由采食蛋鸡血浆Leptin含量更高；血浆Leptin还受年龄影响，与15周龄蛋鸡相比，22周龄蛋鸡Leptin水平较高[82]。研究笼养大山雀发现，肌肉注射Leptin后，其采食量降低11%～34%[83]。研究家鸭证明，禁食显著抑制家鸭卵巢Leptin受体（Leptin receptor，LEPR）LEPR-βmRNA表达，同时通过外源Leptin可促进卵巢LEPR-βmRNA表达；在受损卵巢中LEPR-αmRNA表达量增加，因此推测卵巢LEPR-α或许是LEPR-β在信号传导过程中的调节因子[84]。

2.2.3 Ghrelin在生殖过程中的能量平衡

Ghrelin最早发现于1999年[85]，是一种胃泌素，通常与食欲和新陈代谢的神经控制有关[86]，然而，与Leptin不同，Ghrelin作为食欲素起作用。Menyhért等在人类下丘脑类似区域也发现Ghrelin阳性细胞分布，而该区域均有神经末梢和NPY、刺 鼠相关蛋白（Agouti-related protein，AgRP）、POMC神经元相连，从组织学上说明Ghrelin可能参与调节动物摄食、能量代谢及生殖功能调节[87]。Ghrelin也在下丘脑局部合成[88]，在哺乳动物中，在下丘脑通过激活NPY神经元和POMC神经元发挥旁分泌作用，导致食欲增加[89]。然而，Ghrelin在家禽上对食欲的调控不同于其他动物，表现为抑制食欲[90]。禁食刺激鸡Ghrelin分泌，并在重新喂食后保持在较高水平[91]，表明Ghrelin是能量稳态的调节信号。研究发现，分别用高能日粮和低能日粮饲喂AA肉仔鸡3周后，循环血清中Ghrelin无显著变化，但下丘脑中GhrelinmRNA显著升高，表明日粮能量水平在Ghrelin功能中发挥作用。研究42日龄AA肉仔鸡发现，禁食10 h后循环血清中Ghrelin相比自由采食组浓度增加，同时下丘脑中Ghrelin表达上调，禁食10 h后再饲喂2 h后血清Ghrelin浓度增加，下丘脑中Ghrelin进一步上调，说明Ghrelin对机体能量水平变化敏感[92]。Ghrelin也影响生殖系统，例如，向卵巢切除大鼠或用雌激素治疗的卵巢切除大鼠注射Ghrelin，可抑制LH浓度和脉冲频率[93]。Ghrelin显著抑制下丘脑外植体GnRH释放，且在体外Ghrelin抑制GnRH诱导LH释放[94]。因此，负能量平衡条件似乎增加血液Ghrelin浓度，进而抑制生殖轴。

2.2.4 食欲调节肽在生殖过程中的能量平衡

下丘脑是采食和能量平衡控制中心，下丘脑食欲调控网络包括促食欲调控中枢和食欲抑制中枢。促食欲中枢包括NPY和AgRP神经元，而具有较强的刺激食欲和调节能量代谢的作用。Wu等研究表明，NPY和AgRP神经元参与生殖和代谢之间的重要联系[95]。这些神经元是食欲和启动食物摄取关键[96]。NPY与育成期蛋鸡食欲调节有关[97]；AgRP在家禽中枢及外周组织中广泛存在，且在弓状核中表达量最高[98]。Phillips-Singh等研究报道，禁食增加日本鹌鹑下丘脑AgRPmRNA表达[99]。食欲抑制中枢还包括POMC和可卡因和安非他明调节的转录肽（Cocaine and amphetamine regulated transcript,CART）神经元，这些神经元主要作用是控制食物摄入量和能量消耗[100]。POMC在控制家禽采食以及体重方面发挥重要作用[101]。POMC基因是一个潜在的靶基因，在调节鸡繁殖性状（如产蛋）方面非常重要[102]。Backholer等研究结果表明，POMC神经元通过调节代谢过程调节动物生殖功能[103]。此外，其他研究结果表明，弓状核内POMC产生的黑素皮质素通过调节动物食物摄入，抑制生殖系统发育[104]。可知，POMC基因调控与动物繁殖相关联。

3 小结与展望

综上所述，适宜的日粮能量水平增加家禽血液中FSH、LH、P4和雌二醇浓度，促进卵泡发育，卵泡数量增加，提高蛋鸡产蛋量；同时能量水平还能通过改变HPG轴相关基因mRNA水平调节繁殖性能，影响蛋鸡产蛋性能。下丘脑作为机体能量代谢信号整合中心，通过食欲调节肽、Ghrelin、Leptin等信号维持机体能量平衡和生长发育，这些能量调控信号与HPG轴对话对家禽繁殖活动具有重要影响。蛋鸡100周龄超长产蛋期和精准饲养是提高蛋鸡生产效率的未来趋势，阐明机体能量代谢与HPG轴互作机制及其对产蛋性能的影响规律，是全面实现“100周龄500枚蛋”目标的一个重要途径。