低温环境对生长猪气体能量代谢的影响

相 冬，秦贵信*，姜海龙，于潇滢，孔祥杰，杨海天，王 雪，张广昊

（1.吉林农业大学动物科学技术学院，吉林长春 130118；2.吉林中粮生化有限公司，吉林长春 130033）

当前，通过间接测热法测定动物能量代谢率被广泛应用，依据是通过仪器测定机体在单位时间内的耗氧量和二氧化碳产生量，计算出气体交换时的呼吸熵（RespiratOry QuOtient，RQ），结合碳氮平衡实验，间接计算出产热量与三大营养物质体内代谢的结果[1-2]。研究表明,机体内营养物质底物氧化的种类和营养物质的利用情况可通过RQ来估测[3-5]。因不同营养物质在体内氧化时O2需要量和CO2产生量存在差异，故此，RQ可作为营养学中判断体内底物氧化的临床标准，即理想状态下以碳水化合物作为代谢底物被完全氧化，所有的O2生成CO2，此时RQ值为1。当脂类被氧化，部分O2会形成水，RQ值约为0.70；当蛋白质被氧化时，部分O2会形成水，RQ值约为0.80[3]。许贵善[6]研究表明，当营养不足时，体内存储的脂肪消耗量增加，导致RQ降低；营养过剩情况下，未被利用的碳水化合物转化成脂肪并储存，使RQ升高。此外，过度换气和酸中毒也会使RQ增加[7]。针对我国北方特殊气候环境，冬季寒冷漫长，年平均气温低于15℃。本试验旨在探讨低温环境对生长猪气体能量代谢的影响，为合理优化饲料配方、减少养猪碳排放、保护环境提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 8室并联开放回流式呼吸测热装置主要由呼吸小室、气体流程及自动分析装置系统、温度调控系统、动物代谢笼、呼吸测热数据采集控制仪、计算机控制和样品采集系统以及计算机计算系统组成[2-8]。

1.2 试验设计与饲养管理 试验在吉林省农业科学院能量代谢研究实验室进行，预试期为3 d，正试期19 d，期间自由采食、饮水，每日08:00和16:00饲喂2次，2组饲喂相同日粮。预试期将试验组和对照组两猪舍温度由18℃以每小时1℃缓慢调至13℃和23℃。正式试验第10天进行呼吸测热试验，连续进行5 d，期间均为无间断全天测热。 消化代谢试验和呼吸测热试验的温度设置相同。

1.3 试验动物及日粮 选用12头健康，初始体重为（30±0.5）kg，日龄相同的杜×长×大三元杂交去势公猪。日粮按照NRC（2012）猪营养需要配制，以玉米、豆粕为主要原料并添加20%的玉米淀粉，试验组与对照组饲粮相同。基础日粮配方及营养成分见表1。

表1 基础日粮组成及营养成分

1.4 测定指标及方法 呼吸测热过程中，各呼吸代谢室的气体通过分析仪依次按照：通道-户外空气；通道-A呼吸小室；通道-B呼吸小室；通道-C呼吸小室；....通道-G呼吸小室进行气体采集；每个小室采集分析气体1次时长3 min，分析CO2和O2，每27 min循环1次，即控制室中的计算机每27 min自动记录并储存1次各小室内CO2、O2和CH4浓度，大气内CO2、O2和CH4浓度。

1.5 计算公式

1）产耗气量的计算[9]：气体的实际容积在计算前应校正到标准容积，再进行计算（0℃，1013hPa，干燥环境）。

式中，SV为呼吸测热室内总气体的标准容积，0℃，780 mmHg，干燥；Vc为呼吸测热室的实际容积；P为呼吸测热室内的气压；Pw为水蒸气压；Tc为小室内的温度；Hc为测热小室内的相对湿度。

动物O2消耗量（L）=（大气O2含量%-呼吸室O2含量%）×气体标准容积（L）

动物CO2产量（L）=（呼吸室CO2%-大气CO2%）×气体标准容积（L）

2）产热量的计算[4]：

产热量（kJ）=16.175×O2+5.021×CO2-2.167 ×CH4-5.987×UN

式中，O2为猪单位时间内O2的消耗量（L）；CO2为猪单位时间内CO2的呼出量（L）；CH4为单位时间内CH4的排放量（L）；UN为单位时间内产生的尿氮（g）。结合体重可以计算出代谢体重产热量。

1.6 统计分析 数据用Excel 进行整理后用SPSS 22.0统计软件对其进行单因素方差分析，用Duncan's方法进行多重比较。试验结果用平均值±标准差表示，以P＜0.05作为差异显著判断标准，以P＜0.01作为差异极显著判断标准。

2 结 果

2.1 低温环境对生长猪CO2、O2和RQ的影响 从表2中可以看出，试验组中CO2产生量和O2消耗量都较对照组分别极显著增加23.23%和26.20%（P＜0.01），试验组代谢体重CO2产生量和代谢体重O2消耗量也较对照组分别极显著增加28.67%和31.77%（P＜0.01）。此外，试验组中RQ低于对照组。

表2 低温环境对生长猪CO2、O2和RQ的影响

2.2 低温环境对生长猪产热量的影响 从表3中可以看出，试验组平均每小时产热量和代谢产热量较对照组分别均极显著增加了25.52%和31.08%（P＜0.01）。

表3 低温对生长猪产热量的影响

3 讨 论

3.1 低温环境对生长猪气体代谢的影响 通过试验可知，生长猪在低温环境时，CO2呼出量与O2消耗量均极显著增加，这与Han等[10]和彭红芳[11]的研究结果相似，冬季猪舍内CO2呼出量与O2消耗量均极显著高于夏季，原因可能是饲料中营养物质在机体内的能量代谢过程中，空气中的O2由肺吸入，经血液进入各组织进行氧化作用(主要包括糖酵解循环、三羧酸循环、氧化磷酸化），经氧化作用中的脱氢和脱羧后最终成为CO2和水，CO2经血液由肺排出。而在低温环境下，机体代谢强度增加，使氧化作用需氧量也增加，因而CO2的呼出量也随之增加[12]。低温环境下CO2排放量增多，一些小型猪舍在寒冷季节，为保暖通常通风条件都不佳，而猪只因为寒冷刺激会消耗更多的O2，产生更多CO2，导致猪舍内积累过高浓度的CO2[13]。当猪舍内CO2浓度过高，会导致猪只精神萎靡，食欲减退，免疫力降低，减弱了对其他疾病的抵抗能力，进而对生产性能产生的影响[14]。每头平均体重35 kg的生长猪在低温环境下较高温环境多呼出CO2120 L/d，约231.28 g/d；4500头35 kg左右的猪多呼出将近1t CO2，而若通过植物的呼吸作用将多产出的这些CO2在1d内被吸收完，需要1 hm2的阔叶林地。虽然单只猪因冷环境造成的CO2产出量增加的量不多，但是我国北方地区养猪基数大，整体碳排放增加量也不容小觑。

3.2 低温环境对呼吸熵的影响 RQ可用于评定产生能量所消耗的底物种类，理想状态下，以碳水化合物作为代谢底物被完全氧化，所有的O2生成CO2，此时RQ值为1，然而在实际中，饲料中各营养组分配比不同，饲料营养过剩或饲料营养不足时，会使RQ结果偏离理想值。

在本试验的结果中，根据对照组RQ值可以分析出，猪只自由采食情况下，摄入充足的营养物质，氧化底物主要为碳水化合物，机体内合成代谢增强，未被利用的碳水化合物可以转化为脂肪；而未被利用的碳水化合物在转化为脂肪时，原来碳水化物中有剩余的O2，这部分O2参与机体氧化，所以相应的减少了对O2的摄入，因此使RQ值较高。本试验结果与Chwalibog等[15]研究结果相似，这是由于机体氧化过程中，氨基酸脱氨基，脱羧基作用产生了CO2，从而使RQ值较高。当环境温度降低时，RQ值减小，这是由于动物在低温环境时，机体内单以碳水化合物氧化时，供能不能满足能量需要，因此动用体储脂肪和蛋白质氧化供能，导致RQ值的降低[16]。

3.3 低温环境对产热量的影响 产热量是动物体内营养物质代谢过程中释放出的能量，包括体增热和维持净能，试验中测量的产热量与畜体散热量相当，畜体散热量又代表着畜体维持的能量需要量。本试验结果显示，试验组的生长猪较对照组中单位时间内产生了更多的热量，可知低温环境中动物用于维持的能量增加；若按照代谢体重统计，平均温度每千克代谢体重产热增加31.08%，温度每降低1℃，代谢体重产热量增加22.5 kJ/d，本试验结果与Noblet 等[17]试验结果相似，其利用开放回流式呼吸测热室对体重为21 kg的哈白猪分别在13℃和23℃时的代谢产热量测定结果表明13℃时产热量增加约35%。本试验结果略高于Goodband等[18]和Collin等[19]研究报道的结果。通过对产热量的影响可以总结得出，低温环境下动物体内代谢速率加快，机体内更多的能量被用于产热以维持体温，即使在不限制能量物质摄入的条件下，猪只用于沉积的能量仍然减少，从而影响动物生长速度，降低饲料效率。

4 结 论

生长猪在低温环境下的气体能量代谢显著增强，CO2产生量和O2消耗量均显著增加。

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