智能飼喂對幼兔生長發育及IGF-1表達的影響

邵樂 李健 秦楓 潘孝青 翟頻 張霞 孫雪峰 楊杰

摘要：為提高規模化兔場生產效率，以幼兔為試驗對象，設計了一種智能飼喂機器人，比較不同飼喂模式對幼兔生長發育及IGF-1表達量的影響。選取90只35日齡新西蘭幼兔，隨機分為3組，分別為對照組、試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組，預試期3 d，正飼期21 d。對照組由人工飼喂，2次/d，試驗Ⅰ組機械化飼喂，2次/d，試驗Ⅱ組智能化飼喂，3次/d。結果表明，與對照組相比，試驗Ⅱ組平均日增質量提高15.9%，差異顯著（P<0.05）;試驗Ⅱ組小腸指數顯著提高14.6%（P<0.05）;試驗Ⅱ組肝臟質量、肝臟指數分別顯著提高26.0%和20.6%（P<0.05，P<0.05）;試驗Ⅱ組粗蛋白質表觀消化率顯著升高14.1%（P<0.05）;試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組血清免疫球蛋白G、免疫球蛋白M、免疫球蛋白A、白蛋白、球蛋白、谷草轉氨酶、谷丙轉氨酶含量均無顯著差異;試驗Ⅱ組中的IGF-1表達量顯著升高（P<0.05）。由此可見，智能化飼喂可以降低料質量比，提高飼料粗蛋白消化率，增加體臟器官質量，促進腸黏膜發育，維持腸道健康，生產效率明顯優于人工對照組。

關鍵詞：智能飼喂;幼兔;生長性能;IGF-1基因

中圖分類號：S829.1 ??文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）23-0167-05

幼兔斷奶階段自身各個器官尚未發育完全，受采食、飼料及環境變化的影響，破壞了腸道微生物區系的平衡及機體相關免疫功能，導致腸道疾病高發，生長速度明顯降低，同時大多數兔場主要依賴人力，勞動強度大、技術水平低等制約了生產效率的提高。因此，選擇合適的飼喂模式對規模兔場幼兔的生長發育有重要影響。

國外智能化飼喂設備開發很多，其應用也獲得巨大成功，包括荷蘭Velos設備[1-2]、美國Osborne設備[3-5]、法國Elistar設備等[4]，引領了畜牧業智能設備發展方向。我國家畜養殖裝備尤其是智能設備研究基礎薄弱，整機可靠性和智能化程度不高，核心部件和高端產品依賴進口，導致設施養殖場的硬件投入大，成本回收期長。而核心養殖設備尤其是作業機器人嚴重缺乏，導致畜牧業綜合生產力較低，成本居高不下[6]。熊本海等研究表明，自動飼喂器有效地解決了妊娠母豬的精細化飼養技術，但國內智能化飼喂在家兔產業的應用卻鮮有報道[7]。

江蘇省農業科學院畜牧研究所自主研發基于單片機控制的自走式、省力化喂料機器人，具有專用輕量化、自主驅動、軌道式展臂多層自動落料的功能，實現定點、定時、定量柔性化投喂的效果。本試驗使用了新型的自動飼喂機器人，與兔場結構布局結合，與家兔的生理、生長及行為相結合，從滿足動物福利角度出發，形成設備與動物的相互適應，隨日齡動態增長控制系統飼喂幼兔。本試驗探討其對幼兔生長性能、IGF-1基因表達量的影響，為幼兔生長階段實施智能化飼喂提供理論基礎及技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗時間與地點

試驗時間為2019年3月28日至2019年4月18日。預飼期3 d，正試期21 d。試驗在江蘇省農業科學院兔場進行。

1.2 試驗設計

將隨機選取的90只新西蘭幼兔分為3組，每組3個重復，每個重復10只。試驗期間，每籠2只飼養，飼料統一，自由飲水。對照組為人工飼喂，2次/d，分別為07：00、17：00。安排1名優秀飼養員進行人工飼喂。試驗Ⅰ組機械化飼喂，2次/d，時間模擬人工對照組，早上（投料比例40%），下午（投料比例60%）。試驗Ⅱ組采用智能化飼喂，3次/d，分別為07：00（投料比例30%），15：00（投料比例30%），20：00（投料比例40%），依據幼兔生長曲線，隨日齡動態增長而增加飼喂量。預飼期3 d，試驗周期為21 d。試驗結束后對兔采血并進行屠宰。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 飼料營養測定 測定飼料中常規營養成分：粗蛋白（CP），粗脂肪（EE）、干物質（DM）、粗纖維（CF）、鈣（Ca）、磷（P），測定方法參照《飼料分析與檢測》[8]。

1.3.2 生長性能測定 記錄正飼期投料量，及時收集剩料，風干后回稱，統計正飼期各組實際消耗量。每周四上午空腹稱質量，記錄0、1、2、3周體質量。計算平均日采食量：記錄每周投料量和剩料量的差值后，除以各組試驗兔的數量和天數，得出平均日采食量，統計3周數據求得均值，得到全期的平均日采食量。平均日增質量：個體日增質量=（實驗兔的末質量-初質量）/試驗天數，統計各組均值。料質量比：料質量比=平均日采食量/平均日增質量。每天記錄腹瀉兔耳號，統計腹瀉天數，計算腹瀉率。

腹瀉率=∑（腹瀉兔數量×腹瀉天數）/（試驗兔數量×試驗天數）×100%。

1.3.3 營養物質消化率測定 采用全收糞法，常規分析日糧及兔糞中營養物質成分。營養物質的表觀消化率計算公式：

日糧養分表觀消化率=攝入日糧養分量-排出糞便養分量攝入日糧養分量×100%。

1.3.4 內臟器官指數測定 試驗末期稱質量結束后，各組隨機選取6只，致死后分別將內臟器官依次取下，用水洗凈，再用濾紙吸干后稱質量。內臟器官指數的計算公式如下：

內臟器官指數=內臟器官質量/體質量×1 000。

1.3.5 消化道小腸（空腸）測定 宰殺后，立即打開腹腔，按照解剖學特征小心剝離出小腸，測定小腸的長度及質量，再取空腸組織。通過HE染色，采用捷達圖像進行分析，測定絨毛高度、腸壁厚度和隱窩深度。

1.3.6 血液生化指標測定 幼兔屠宰前采血，取血清測定總蛋白、白蛋白、球蛋白、谷丙轉氨酶、谷草轉氨酶、IgG、IgA、IgM含量，所用試劑盒均購自南京建成生物工程研究所。

1.3.7 肝臟樣品中IGF-1表達量的測定 對照組，試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組分別采集8只兔的肝臟樣品，利用Trizol試劑提取總RNA，以1 μg總RNA為模板進行反轉錄（Prime ScriptTM RT Master Mix），-20 ℃ 保存待用。采用熒光定量PCR（SYBRTM Premix Ex TaqTM Ⅱ），對上述3組中兔的肝臟IGF-1的mRNA表達量進行測定，GAPDH為內參，定量引物參考文獻[9]。PCR擴增體系：10 μL SYBR Premix Ex TaqⅡ，0.5 μL正向引物，0.5 μL反向引物，0.4 μL ROX，2 μL cDNA模板，6.6 μL滅菌水，共20 μL。擴增條件：預變性 95 ℃ 2 min;95 ℃ 10 s，60 ℃ 30 s，72 ℃ 30 s，40個循環。根據熒光曲線的CT值利用2-ΔΔCT法算出基因的相對表達量。

1.4 統計分析

經Excel 2013整理數據后，采用SPSS20.0統計軟件檢驗分析，結果以“平均值±標準誤”（x±s）表示，P<0.05表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 智能化飼喂對幼兔生長性能的影響

由表2可知，試驗Ⅱ組平均日增質量和對照組相比顯著提高15.9%（P<0.05）;試驗Ⅱ組料質量比和腹瀉率最低，分別比對照組降低7.3百分點和1.3百分點，但差異均不顯著（P>0.05）。

2.2 智能化飼喂對幼兔營養物質表觀消化率的影響

由表3可知，粗蛋白質表觀消化率試驗Ⅱ組與對照組相比顯著升高了14.1%（P<0.05）。粗纖維和粗灰分表觀消化率與對照組相比，試驗Ⅰ組、試驗Ⅱ組無明顯變化。

2.3 智能化飼喂對幼兔體臟器官質量的影響

由表4可知，試驗Ⅱ與對照組相比，組肝臟質量、肝臟指數分別顯著提高了26.0%（P<0.05）和20.6%（P<0.05）。試驗組Ⅱ、試驗組Ⅰ和對照組相比，心臟質量、胃質量、脾臟質量有增高趨勢，但差異不顯著（P>0.05）。

2.4 智能化飼喂對幼兔小腸長度、質量及空腸發育的影響

由表5可知，試驗Ⅱ組與對照組相比，小腸指數顯著升高了14.6%（P<0.05）;與對照組相比，試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組小腸長度分別提高4.6%和6.1%，腸壁厚度分別提高7.7%和9.8%，絨毛高度分別提高0.4%和1.3%，隱窩深度分別降低5.3%和6.7%，絨毛高度/隱窩深度分別提高6.0%和8.5%，但差異均不顯著（P>0.05），但絨毛高度、絨毛高度/隱窩深度有趨勢性增高，隱窩深度有趨勢性降低。

2.5 智能化飼喂對幼兔血液生化指標的影響

由表6可知，與對照組相比，試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組IgG、IgA、IgM、ALB、GLB、AST、ALT含量均無顯著變化（P>0.05）。ALT和AST含量試驗Ⅱ組比對照組分別高7.5%和8.2%，有增高趨勢。

2.6 智能化飼喂對幼兔肝臟IGF-1表達水平的影響

飼養期結束后，對對照組、試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組兔的肝臟IGF-1進行定量PCR，由圖1可知，試驗Ⅰ組中的IGF-1比對照組表達稍高，但差異不顯著（P>0.05）;試驗Ⅱ組中的IGF-1表達量均顯著高于對照組與試驗Ⅰ組（P<0.05）。

3 討論

3.1 智能化飼喂對幼兔生長性能的影響

斷奶后幼兔貪食嚴重、消化能力低、消化負擔重、極易出現腹瀉，影響正常生長發育。本試驗智能化飼喂機器人運用籠位精準標定裝置和運動探測判定裝置，開展個性化柔性飼喂。結果發現，試驗Ⅱ組平均日增質量比對照組顯著提高15.9%，試驗Ⅱ組料質量比和腹瀉率均最低，分別比對照組降低7.3%和1.3%，說明智能飼喂3次/d的飼喂方式飼料轉換率更高。這主要是因為試驗Ⅱ組幼兔每次采食完飼料幾乎無剩余，動態投料量不但能夠滿足幼兔生長需求，而且有效解決了仔兔貪食問題，降低了腹瀉率，從而保護了幼兔腸道健康，生長發育也最好。

3.2 智能化飼喂對幼兔營養物質表觀消化率的影響

消化代謝試驗可用來測定飼料養分及能量被動物消化利用的程度。糞氮是飼糧蛋白質進入動物體內未能被消化道吸收的部分，受飼料蛋白質水平的影響很大[10]。本次研究發現，雖對照組、試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組的飼料營養水平一致，但粗蛋白質表觀消化率試驗Ⅱ組比對照組顯著升高了14.1%（P<0.05）。有可能因為試驗Ⅱ組少食多餐的模式，容易促進胰液分泌，增強營養物質的消化吸收，因此提高了粗蛋白表觀消化率。Schneider研究得出，在動物生長中，通過增加飼喂次數，可明顯提高消化率[11]，本結果與之相似。

3.3 智能化飼喂對幼兔內臟器官質量的影響

本試驗發現，試驗Ⅱ組、試驗Ⅰ組和對照組中心臟質量、胃質量、脾臟質量變化比較，差異不顯著。而試驗Ⅱ組肝臟質量、肝臟指數分別比對照組顯著提高26.0%（P<0.05）和20.6%（P<0.05）。肝臟是體內最大的消化代謝器官。肝臟代謝底物含量及類型的改變影響著肝臟代謝活性[12]。陳守云等研究發現，肝臟質量隨著肝臟代謝活性增加而增加，當體內營養水平升高時，流經肝臟的血液中營養物質含量及肝臟組織蛋白質沉積均升高[13]。試驗Ⅱ組增加1次采食后，幼兔通過對養分消化吸收率、能量分配、貯存形式等途徑影響肝臟增質量。

3.4 智能化飼喂對幼兔小腸長度、質量及空腸發育的影響

小腸是吸收的重要器官，可以吸收大部分的糖類、蛋白質和脂肪。小腸結構與功能是否正常決定了營養物質能否被充分消化與吸收[14]。幼兔采食固體飼料過程中，飼料容易導致小腸絨毛萎縮和隱窩加深，容易對生長及健康造成不利影響[15]。腸道黏膜絨毛高度與細胞數量呈正相關，黏膜隱窩深度體現了細胞成熟率，絨毛高度/隱窩深度比值綜合反映小腸的功能狀態，以上指標均可表明小腸消化能力是否受損。本研究表明，小腸指數試驗Ⅱ組與對照組相比顯著提高了14.6%（P<0.05），但是小腸長度、腸壁厚度、絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度比值相互間有增高趨勢，隱窩深度有降低趨勢。這說明試驗Ⅱ組和試驗Ⅰ組、對照組相比，幼兔腸道發育良好，有可能是因為智能飼喂模式傍晚增加1次投喂，滿足了幼兔夜間采食的需求，更加符合家兔的生物學習性，有效地促進了腸道對營養物質的吸收。

3.5 智能化飼喂對幼兔血液生化指標的影響

血清總蛋白對于修補組織和提供能量起了重要作用，因此，血清總蛋白含量越高說明機體蛋白質合成能力越強。體液免疫應答中最主要的因子之一是免疫球蛋白。本結果表明，與對照組相比，試驗Ⅰ組和試驗Ⅱ組白蛋白、球蛋白及各種血清免疫球蛋白均無明顯變化。一般來說，谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶等細胞內酶活性受細胞膜的屏障限制，不易逸出。細胞膜的通透性因為細胞受到損傷時，開始升高，血清酶活性也會隨之顯著升高[16]。試驗 Ⅱ 組中AST和ALT含量，相比對照組和試驗 Ⅰ 組有升高趨勢，但差異不顯著。分析誘發機體轉氨酶升高的原因可能是幼兔有時會處于饑餓刺激狀態，或者長期采食亢奮造成一定影響，其機理有待進一步研究。

3.6 智能化飼喂對幼兔肝臟IGF-1表達水平的影響

胰島素樣生長因子（insulin-like growth factors，IGFs）是一種肽類物質，具有促生長作用，又叫生長素介質，可通過生長激素誘導靶細胞產生，主要包括IGF-1和IGF-2[17-23]。IGF可提高蛋白質的凈增率，促進動物生長發育。本次結果顯示，試驗Ⅱ組中的IGF-1表達量均高于對照組與試驗Ⅰ組，差異顯著（P<0.05）。劉靜波等研究表明，降低飼喂頻率可能通過上調激活IGF-1通路和下調MSTN受體表達促進骨骼肌生長和機體蛋白質沉積[24]，本試驗結果與之不完全一致。而Gazzaneo等發現，采食-禁食循環可促進豬骨骼肌蛋白質的合成[25]。本研究試驗Ⅱ組的幼兔每次采食行為耗時最短，而且每次采食欲望最旺盛，這也驗證了Gazzaneo等的觀點，通過少食多餐能夠更加促進機體內蛋白質的合成，生長發育也最好。

4 小結

一種適合幼兔采食需求的飼喂機器人，可以達到定時、定點、定量的柔性化、智能化飼喂效果。與傳統人工飼喂相比，智能化飼喂能夠達到降低料質量比、提高飼料粗蛋白消化率。增加體臟器官質量、促進腸黏膜發育、維持腸道健康，提高生產效率的作用。綜上，本試驗條件下，試驗Ⅱ組飼喂效果明顯優于人工對照組。

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