为了获取较大且优质的皮张，在北极狐养殖生产中多以自由采食为主，然而冬毛生长期正值一年中最冷的季节，严寒的天气会降低采食量，导致剩余饲料较多，从而降低饲料转化效率[1]。研究表明，适当限饲更有利于提高动物对蛋白质和能量的利用效率，增加饲料转化效率，节约饲养成本，减少氮排放[2-4]，所以近几年畜禽生产中开展限饲提高生产性能的研究报道较多[5-7]。在毛皮动物上，靳世厚等[8]研究了长毛期蓝狐饥饿产热量和维持代谢能需要，并通过回归方程计算出了长毛期蓝狐的维持净氮需要量。然而，我国北极狐营养需求标准还不完善，北极狐各种有效能量需要及维持净氮与净蛋白质需要的基础参数缺乏系统的研究，进而制约了有效饲喂体系的发展。因此，本试验旨在通过研究不同饲喂水平对冬毛生长期北极狐能量与氮消化代谢的影响，为我国北极狐精细化饲养和饲粮精准配制提供科学理论支撑。
1 材料与方法 1.1 试验动物本试验在中国农业科学院特产研究所毛皮动物试验基地完成，试验动物选用的是该基地饲养的冬毛生长期雄性北极狐。
1.2 仪器设备本试验通过6室并联狐用开放式呼吸测热装置完成能量、氮和气体代谢试验。该装置为吉林省农业科学院研制，由气体分析仪、数据采集控制仪、呼吸代谢室、气路系统、漩涡风机以及冷冻机组等配套设备组成。该装置系统共有6个呼吸代谢室(A、B、C、D、E、F)，每个呼吸代谢室尺寸为100 cm×70 cm×60 cm(体积为0.42 m3)，呼吸代谢室包括小室门(密封性能好与方便进出)、自动饮水装置、粪与尿收集装置及一些设备(气体循环、制冷、加热、除湿、高精度温度、湿度、气压传感器等)。数据采集控制仪内置气路控制电路，按照试验流程驱动气体分析仪的各种传感器采集气路，实现户外空气和呼吸代谢室(A、B、C、D、E、F)按时间(1~30 min)顺序循环采集自动切换。系统自动计算北极狐氧气消耗量(VO2)、二氧化碳产生量(VCO2)、呼吸商(RQ)，同时记录呼吸代谢室内的温度和湿度。
1.3 试验设计选取36只161日龄、平均体重为(7 285±6) g的健康雄性北极狐，随机分成4组，每组设9个重复，每个重复1只北极狐。各组北极狐饲喂相同的饲粮，但饲喂水平分别为自由采食(Ⅰ组)、自由采食量的80%(Ⅱ组)、自由采食量的60%(Ⅲ组)和自由采食量的40%(Ⅳ组)。试验共分6期完成，每个饲喂水平进行3期，每期选取6只北极狐随机放到6个呼吸代谢室中，每个呼吸代谢室中放入1只狐。
1.4 试验饲粮与饲养管理参考美国NRC(1982)[9]和芬兰NJF(2012)[10]狐营养需求，以膨化玉米、豆粕、玉米蛋白粉、鱼粉、肉骨粉、油等为主要原料，同时添加由矿物质、维生素等组成的营养性添加剂配制冬毛生长期北极狐饲粮，其组成及营养水平见表 1。试验从2017年10月2日开始至2017年12月14日结束，每天08：00和15：00各饲喂1次，自由饮水。
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表 1 冬毛生长期北极狐饲粮组成及营养水平(风干基础) Table 1 Composition and nutrient levels of the diet for Arctic foxes during fur growth period (DM basis) |
第1天为适应期，从第2天正式开始，连续进行3 d，每天早空腹收集每只试验狐的粪便和尿液样本，而且定时向粪便和尿液中喷洒10%稀硫酸，用于固氮。每只试验狐连续3 d的粪便收集后混匀称重，取样后放于烘箱中65 ℃恒温烘干至恒重，烘干后粉碎过40目筛保存，用于粪氮(FN)的测定；3 d的尿液样本混匀称重后过滤，定量收集样本，在-20 ℃冰箱中保存，用于尿氮(UN)的测定。
1.6 呼吸测热试验第1天适应小室环境，第2天早晨08:00对各组试验狐进行称重分别给予饲粮，连续监测3 d(第2~4天)，供应充足饮水，记录试验狐的VO2和VCO2，同时采集尿液样本，混匀3 d的尿样，用于测定UN，以计算产热量(HP)。
1.7 绝食代谢试验上述试验狐肠道排空(约30 h)后，开始进行绝食代谢试验，连续监测2 d，期间禁食但供应充足饮水，记录试验狐的VO2和VCO2，同时采集尿液样本，混匀2 d的尿样，用于测定UN，以计算绝食产热量(FHP)。
1.8 测定指标及方法 1.8.1 体重指标每期正式开始呼吸测热试验时，早晨08：00空腹采用电子称(精度为0.01 kg)称重作为呼吸测热试验初体重，3 d试验结束时早晨空腹称重作为呼吸测热试验末体重。呼吸测热试验末体重作为绝食代谢试验初体重，2 d试验结束时早晨空腹称重作为绝食代谢试验末体重。
1.8.2 氮代谢和能量代谢指标饲粮及粪便中干物质含量参照GB/T 6435—2006的方法，采用恒温烘干法测定；总能采用燃烧法，利用氧弹量热仪(C2000，IKA Works Inc.，Staufen，德国)测定；粗蛋白质含量参照GB/T 6432—1994的方法，采用凯氏定氮法测定。饲粮中粗脂肪含量参照GB/T 6433—1994的方法，采用索氏抽提法测定；粗灰分含量参照GB/T 6438—1992的方法，采用550 ℃灼烧法测定；钙含量参照GB/T 6436—1992的方法，采用乙二胺四乙酸(EDTA)络合滴定法测定；磷含量参照GB/T 6437—1992的方法，采用钒钼酸铵比色法测定；赖氨酸和蛋氨酸含量参照GB/T 18246—2000的方法，采用酸提取法提取，用全自动氨基酸分析仪(HITACHI，L-8900，日本)测定。尿液中氮含量参照GB/T 6432—1994的方法，采用凯氏定氮法测定；尿液中总能采用滤纸法，利用氧弹量热仪测定，先进行尿液样本前处理，取直径为9 cm的定量滤纸10张，每2张共同折叠称重，计算5组滤纸的平均能值，然后将折叠的2张滤纸置于坩埚内，吸取8 mL过滤后的尿样分次滴加在滤纸上于65 ℃烘干后测定。
氮代谢指标计算公式如下：
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能量代谢指标计算公式如下：
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气体代谢指标计算公式如下：
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采用Excel 2010进行试验数据整理，通过SAS V8.0软件中的GLM程序进行统计与分析，采用PROC REG模型对NI与RN进行线性回归分析，采用Duncan氏法进行多重比较，以P < 0.01为差异极显著，P < 0.05为差异显著，P>0.05为差异不显著。结果均以“平均值±标准差”表示。
2 结果与分析 2.1 饲喂水平对冬毛生长期北极狐能量代谢的影响由表 2可知，随着饲喂水平的降低，北极狐的GEI、FE、UE、DE、ME和NE极显著降低(P < 0.01)，但DE/GEI和ME/GEI未受饲喂水平的显著影响(P>0.05)；随着饲喂水平的降低，ME/DE和NE/ME显著或极显著降低(P < 0.05或P < 0.01)，饲粮净能摄入(NEI)显著降低(P < 0.05)，而饲粮消化能摄入(DEI)和代谢能摄入(MEI)无显著变化(P>0.05)。
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表 2 饲喂水平对冬毛生长期北极狐能量代谢的影响 Table 2 Effects of feeding level on energy metabolism of Arctic foxes during winter fur growth period (n=9) |
由表 3可知，饲喂水平对北极狐的NI、FN、UN、RN/NI、RN/DN均有显著或极显著影响(P < 0.05或P < 0.01)，上述指标均随着饲喂水平的降低而降低，而氮表观消化率未受饲喂水平的显著影响(P>0.05)。
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表 3 饲喂水平对冬毛生长期北极狐氮代谢的影响 Table 3 Effects of feeding level on nitrogen metabolism of Arctic foxes during winter fur growth period (n=9) |
依据ARC(1984)[12]、楼灿[3]和Zhang等[13]研究中的试验方法，本试验建立了冬毛生长期北极狐NI与RN的回归方程(图 1)：RN=-0.676 3(±0.126 3)+0.685 2(±0.047 3)NI(R2=0.89，RMSE=0.228 6，P < 0.000 1，n=28)；该模型的截距即为北极狐每天的内源尿氮(EUN)和代谢粪氮(MFN)的损失量，据此推算出维持净氮需要量为676.3 mg/(kg BW0.75·d)，折算为维持净蛋白质需要量，则为4.227 g/(kg BW0.75·d)。
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图 1 冬毛生长期北极狐沉积氮与摄入氮的回归关系 Fig. 1 Relationship between RN and NI of Arctic foxes during winter fur growth period |
由表 4可知，在呼吸测热试验中，Ⅲ组的RQ极显著高于Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ组(P < 0.01)，Ⅰ、Ⅱ和Ⅳ组间差异不显著(P>0.05)；Ⅱ组的VO2极显著高于Ⅲ和Ⅳ组(P < 0.01)，显著高于Ⅰ组(P < 0.05)，Ⅲ和Ⅳ组间差异不显著(P>0.05)；Ⅱ组的VCO2极显著高于Ⅳ组(P < 0.01)，显著高于Ⅰ和Ⅲ组(P < 0.05)，Ⅰ和Ⅲ组间差异不显著(P>0.05)。在绝食代谢试验中，RQ、VO2和VCO2各组间差异不显著(P>0.05)，RQ的平均值为0.77。呼吸测热试验中RQ、VO2和VCO2的数值要高于绝食代谢试验。
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表 4 饲喂水平对冬毛生长期北极狐气体代谢的影响 Table 4 Effects of feeding level on gas metabolism of Arctic foxes during winter fur growth period |
本试验结果表明，随着饲喂水平的降低，GEI、FE、UE、DE、ME和NE均呈极显著降低，表明饲喂水平影响了能量摄入、排出及利用[14-15]。冬毛生长期北极狐为了满足胴体生长、毛皮生长发育及抵御严寒，要消耗大量的能量产热，当每千克体重摄入的能量降低时，实际用于维持和生长的能量将减少，这可能是各种形式能量随着饲喂水平降低而降低的原因。Deng等[14]研究报道山羊自由采食组的DE/GEI和ME/GEI要低于45%自由采食组。本试验结果显示，饲喂水平对冬毛生长期北极狐的DE/GEI和ME/GEI无显著影响，这可能与饲粮结构组成和物种间差异有关，然而饲喂水平显著影响冬毛生长期北极狐的DE/ME和NE/ME，这与在山羊[14]、肉鸡[16]和绵羊[13]上所得结果相一致，但变化趋势相反，随着饲喂水平的降低，ME/DE和NE/ME呈逐渐降低趋势，表明限饲会降低ME/DE和NE/ME。本试验结果显示，冬毛生长期北极狐的ME/DE和NE/ME平均值分别为95.62%和93.97%，高于山羊[14]、绵羊[13]和肉鸡[16]。由于北极狐无甲烷排放，较少的UE排出，因此，DE转化成ME的效率是较高的。北极狐在高寒环境中耐受饥饿的长期进化，机体内已经形成了减少热增耗保持体能，进而维持生命活动的代谢机制[17]，这可能是导致呼吸测热HP和绝食代谢HP相对少的原因，所以NE/ME是较高的。本试验结果表明限饲降低了饲粮NEI，未影响饲粮DEI和MEI，不同于Zhang等[15]在生长猪和Liu等[16]在肉鸡上所得研究结果，这可能是由于北极狐生活在高寒环境下，物种的进化使其能够耐受长期饥饿，对可利用的能量形式进行调节而不影响机体自身能量代谢[17]。
3.2 饲喂水平对冬毛生长期北极狐氮代谢的影响及维持净氮需要量本试验结果显示NI、FN、UN和RN随饲喂水平的降低呈逐渐降低趋势，与Merchen等[18]和楼灿[3]在羊上的报道相一致。饲喂水平显著或极显著影响了冬毛生长期北极狐的RN/NI和RN/DN，随着饲喂水平的降低，RN/NI和RN/DN均呈降低趋势，饲喂自由采食量的40%组数值相对较低，说明当北极狐摄入的氮较少时，机体会优先考虑维持生命所需，如再有剩余的氮，才会沉积在组织中。然而，本试验结果显示饲喂水平对冬毛生长期北极狐的氮表观消化率未产生显著影响。
维持净氮需要量测定目前主要采用3种方法：氮平衡法(回归方程法)、绝食代谢法和无氮饲粮法，其中氮平衡法是较为常用的评定维持净氮需要量的方法。Martins等[19]研究报道，通过比较屠宰法建立了蛋白质沉积与蛋白质摄入的回归方程来评价净蛋白质维持需要量。楼灿[3]和Zhang等[13]通过氮平衡试验建立了RN与NI的线性回归方程，用于估算山羊和绵羊的维持净蛋白质需要量，当NI为零时，RN的数值就代表内源氮损失和代谢氮。Chizzotti等[20]研究表明，通过氮平衡试验建立RN和NI的回归方程推算的维持净蛋白质需要量低于通过比较屠宰法建立的回归方程的推算数值，其差异主要由于头屑、毛发、唾液等造成的氮损失，这些是不能在氮平衡试验中计算出的。然而，通过氮平衡试验估算净蛋白质维持需要量能减少动物伤害，满足动物福利要求。本试验通过建立RN与NI的线性回归方程，推算冬毛生长期北极狐的维持净氮需要量为676.3 mg/(kg BW0.75·d)，维持净蛋白质需要量为4.227 g/(kg BW0.75·d)，要高于靳世厚等[8]在蓝狐上所得维持净氮需要量[292 mg/(kg BW0.75·d)]。动物的品种、环境温度、机体组成成分和绝食时间差异均会影响其基础代谢产热[21-24]，而基础代谢产热则直接影响其维持净氮需要量，本试验中呼吸测热室内的温度设为22 ℃，绝食代谢时间为48 h，可能是造成2个结果存在差异的原因，影响的机理有待于进一步研究。
3.3 饲喂水平对冬毛生长期北极狐气体代谢的影响对于动物而言，VO2和VCO2能反映出营养物质在机体内的代谢情况。RQ是根据生成的CO2与消耗的O2的比值计算。三大营养物质在动物体内代谢时，其RQ均有各自的数值范围，葡萄糖氧化分解RQ为1.00，脂肪的RQ均值为0.70，蛋白质在动物体内被氧化分解时，其RQ均值为0.80[25]。毛皮动物能量代谢过程中，三大营养物质是同时被分解又共同消耗O2和产生CO2的，RQ为综合值。本试验结果显示，呼吸测热试验中，Ⅲ组RQ较高，Ⅱ组VO2和VCO2较高，说明饲喂水平显著影响了冬毛生长期北极狐气体代谢，RQ从0.87升至0.95，说明适当限饲会提高营养物质的氧化代谢程度，增加O2消耗和CO2排出，满足北极狐机体的代谢与利用。在绝食代谢试验中，RQ、VO2和VCO2并不受饲喂水平的显著影响，并且其数值均低于呼吸测热试验中的相应数值，绝食代谢试验中RQ的平均值为0.77，说明绝食改变营养物质的氧化程度，体内沉积的脂肪、蛋白质用于碳水化合物合成。
4 结论在本试验条件下，限饲显著降低了冬毛生长期北极狐各种有效能的摄入与利用及DE和ME的转化效率、氮的摄入与沉积；同时，适量限饲未显著降低冬毛生长期北极狐对氮的利用，且提高了营养物质氧化代谢的程度，增加了O2消耗和CO2排出；通过建立RN与NI的回归方程，推算冬毛生长期北极狐的维持净氮需要量为676.3 mg/(kg BW0.75·d)，维持净蛋白质需要量为4.227 g/(kg BW0.75·d)。
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