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加强环境生理研究应用 支撑畜禽养殖绿色发展

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“加强环境生理研究应用 支撑畜禽养殖绿色发展”专题导读     张宏福 中国农业科学   2018,51(16 ):3159 -3161. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.011 摘要  （241） HTML （10） PDF （260KB）（128） 收藏 介绍了“加强环境生理研究应用 支撑畜禽养殖绿色发展”专题研究的立项背景、研究意义和最新进展。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

热应激对奶牛泌乳性能的影响及其机制     韩佳良，刘建新，刘红云 中国农业科学   2018,51(16 ):3162 -3170. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.012 摘要  （513） HTML （30） PDF （385KB）（274） 收藏 随着温室效应加剧，奶牛热应激问题日益凸显，对乳业造成巨大经济损失。热应激是一复杂的生理应答过程，奶牛在温热环境下表现为呼吸和心率加快，直肠温度升高，采食量下降，对其内分泌系统和免疫系统造成负面影响，严重降低奶牛泌乳性能。目前关于奶牛热应激的报道多集中于生产试验，特别是饲喂功能性饲料添加剂对应激的缓解作用，但其具体作用机制尚不清晰。文章介绍了热应激对国内外不同地区奶牛产奶量和乳品质的广泛影响，并从能量代谢、内分泌、氧化应激、细胞凋亡和自噬等方面综述了热应激对奶牛泌乳性能的影响机制。能量代谢方面，从奶牛采食量减少、脂质分解和能量代谢紊乱等内在分子学机理角度解释了奶牛在热应激下处于能量负平衡状态的原因；内分泌方面，介绍了热应激对奶牛下丘脑-垂体-肾上腺轴/甲状腺轴/性腺轴/生长轴的调控，分析了激素变化对机体的影响及其作用机制；氧化应激方面，重点阐述了热应激通过影响机体内ROS水平从而产生氧化应激的分子机制及激活的相关防御信号通路；细胞凋亡和自噬方面，介绍了高温胁迫引起奶牛乳腺上皮细胞损伤，细胞凋亡相关基因表达引发的内源性和外源性细胞凋亡，而过度自噬引发的细胞损伤也对乳腺泌乳起负面调控作用。笔者指出，在可预见的未来，热应激将是奶牛养殖业面临的最大难题，应建立可控的奶牛热应激模型运用于生产实践研究，并加强奶牛乳腺上皮细胞水平的基础研究，结合高通量数据分析技术，系统揭示热应激的发病机制，为缓解热应激提供全面的理论依据。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

温热环境对母猪生产性能的影响及其调控技术研究进展     曾雅琼，王浩，刘作华，李爽，蒲施桦，龙定彪 中国农业科学   2018,51(16 ):3171 -3180. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.013 摘要  （557） HTML （15） PDF （494KB）（501） 收藏 生猪养殖业是我国农业和农村经济的支柱性产业之一，母猪作为生猪养殖场的核心猪群，其生产性能是决定生猪养殖场经济效益的关键因素。我国是世界生猪养殖的第一大国，能繁母猪存栏量和商品猪出栏量均超过世界总量的50%，然而，与发达国家相比，我国母猪饲养管理水平较低，在生产性能方面仍存在较大差距。实际生产中母猪的生产性能受到诸多因素的影响，主要包括母猪的营养摄取、机体特性、饲养空间环境及胎次等，其中温热环境是影响母猪健康和生产性能的重要因素之一。温热环境包括温度、相对湿度、空气流动、辐射及热传递等因素，他们共同作用于动物，使动物产生冷或热、舒适与否的感觉。适宜的温热环境有利于保障母猪的机体健康，提高其生产性能，反之，不适宜的温热环境会引起母猪的热环境应激，破坏体热平衡，甚至导致生产停止，使机体进入病理状态，引发疾病甚至死亡。因此，掌握母猪的温热环境需求并采取有效的调控措施，对提高母猪生产性能和生猪养殖场经济效益至关重要。文章从温热环境对母猪的影响和温热环境调控技术两个方面进行综述，旨在为我国生猪养殖场母猪生产管理的温热环境调控提供理论依据和技术支撑。（1）温热环境对母猪的影响方面。温热环境对母猪的影响主要体现在行为、生理和生产性能等方面的变化。在行为方面，高温环境下，由于侧卧时母猪体表与地面的接触面积更大，可增加机体散热量，母猪会通过行为姿势改变进行热调节，如增加侧卧时间、减少站立和俯卧时间，而母猪姿势行为的频繁改变会增加仔猪压死率。在生理方面，热应激时母猪会通过减少采食量、增加呼吸率和皮肤血流量等途径来减少代谢产热、增加散热，同时母猪血液中促肾上腺皮质激素和皮质醇会增加、甲状腺素降低、胰岛素敏感性增加，这些生理变化会破坏母猪机体内分泌和能量平衡，进而导致胚胎早期死亡、流产和泌乳量下降。在生产性能方面，热应激会对母猪发情间隔、产仔数和泌乳量等生产性能造成不利影响，妊娠前期热应激主要影响返情率和产仔数，妊娠后期主要影响产活仔数和死胎数，分娩后则主要影响仔猪存活率，环境高温通过影响母猪的泌乳量对哺乳仔猪生产性能产生不利影响，通过影响母猪的采食量、泌乳期母猪失重和体内生殖激素的分泌，导致母猪断奶后发情延迟。（2）温热环境调控技术方面。母猪温热环境调控技术主要包括猪舍整体降温和局部降温两种，整体降温以“湿帘-风机”蒸发冷却降温技术为代表，通过风机排风造成舍内负压，迫使舍外未饱和的空气流经湿润的多孔湿帘，引起水分蒸发吸收大量潜热，降低进入舍内的空气温度，从而达到降低舍内温度的目的，该技术具有设备简单、经济高效的优势。猪舍局部降温主要是针对猪只躺卧区地板、两侧猪栏、猪栏上方等区域进行温度调控，主要有风管喷气嘴蒸发冷却、冷水覆盖降温和猪舍地板降温等方式，具有降温效果良好和节能的优点。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

生物钟在蛋鸡排卵-产蛋过程中的调控作用     王晓鹃，刘磊，焦洪超，赵景鹏，林海 中国农业科学   2018,51(16 ):3181 -3190. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.014 摘要  （615） HTML （15） PDF （413KB）（738） 收藏 生物体内源性的昼夜节律使其能够预测周边环境周期性的变化，使机体的内在代谢和周边环境保持一致。在禽类卵泡的成熟、排卵和蛋的形成过程中，不同生理进程在时间上的吻合显示了机体自身以及机体与环境之间的协调统一。动物对营养物质的摄入、内分泌激素的生成、能量代谢等一系列的行为和生理过程都有生物钟参与调控。文章从光照和营养两种因素入手，综述了生物钟在神经内分泌、能量摄入和能量代谢中的调控作用，揭示了蛋鸡的排卵和产蛋机制。1.光信号通过调控生物钟影响下丘脑-垂体-性腺轴（HPG轴），从而调控机体的繁殖活动。在光信号刺激下，位于禽类视交叉上核（SCN）和松果体的中枢生物钟作用于下丘脑，使下丘脑定时性释放促性腺激素释放激素（GnRH）和促性腺激素抑制激素（GnIH），GnRH和GnIH继而作用于垂体调节释放促性腺激素-促黄体生成素（LH）和促卵泡激素（FSH），卵巢中存在的外周生物钟接受中枢的同步化信号来维持生物节律，促使禽类的卵泡成熟和定时排卵；2.除了受到HPG的神经内分泌调控之外，蛋鸡的排卵-产蛋过程还受到机体能量代谢的影响。中枢和外周的生物钟基因能够调控食欲调节系统，从而影响能量摄入；生物钟能够通过调控代谢过程中重要限速酶的表达、整合核受体和营养信号蛋白、调节代谢感受器和代谢物、影响肠道微生物等途径来调节能量代谢，影响卵黄前体物质的合成、转运和沉积；禽类松果体分泌的褪黑素可通过介导降钙素、甲状旁腺素（PTH）及雌激素分泌，节律性地调节体内钙代谢，影响蛋壳的形成。能量摄入的时间和行为、机体能量代谢和能量状态也可以通过腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）、过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）等一些与食欲调控和能量代谢相关的细胞因子反过来调控生物钟。营养-生物钟-能量代谢三者之间相互作用，使生物体适应环境的能力增强，能量利用达到最优。因此，通过调整进食时间和食物组分（如饲料能量水平和钙水平），能够改变能量代谢从而调节生物钟的功能。将环境（光照管理）和营养（饲喂时间、饲料配方）综合研究并加以运用，使机体生物钟成为连接外部环境信号和内部能量代谢的纽带，既能响应外界环境刺激，又能同时调控机体能量代谢进程，从而使各项生理功能得到更好地发挥，这将为蛋鸡的产蛋调控机制研究提供新的视角。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

光照节律调控鸡繁殖性能机制研究进展     石雷，李云雷，孙研研，陈继兰 中国农业科学   2018,51(16 ):3191 -3200. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.015 摘要  （467） HTML （18） PDF （395KB）（334） 收藏 光照是生物体重要的环境因子。现代家禽生产普遍采用人工光照。禽类视觉敏感，光照对禽类的生长发育和繁殖的影响直接关系到生产效率。光照是温度、湿度和通风因素之外的另一个重要的环境因子。此外，鸡作为一种重要的模式动物，光照对其繁殖生理的影响和相关作用机制研究也具有重要科学意义。文章就禽类对光照的感知，光照节律对鸡性成熟和繁殖的影响进行归纳总结，同时概述了非自然光照节律、光照不应性和种蛋孵化期光照技术的研究进展，为深入理解光照节律对鸡繁殖性能的影响及其调控机制提供理论参考。禽类的光感受器如眼球（视网膜）、丘脑深部和松果体，能够将光信号转变为生物信号，并依靠神经内分泌系统，尤其是下丘脑-垂体-性腺轴，影响鸡的生殖系统发育和繁殖行为。育成期鸡群性腺发育很快，并对光照时间长短反应敏感。光照时长过短或者过长，可能导致鸡只生长受阻或者性成熟提前；每天维持恒定8或9 h的光照时长，可保证体况和体重在性成熟时达标，充分发挥繁殖潜力。产蛋期光照节律主要包括光照刺激时间和光照时长。光照刺激能促进鸡性成熟，但必须在恰当的阶段实施才能有效发挥其促进适时和整齐开产的作用。对于黄羽种鸡光照刺激时间的研究鲜有报道，生产中多参照蛋鸡的光照方案，或适当推延。进入产蛋期的鸡群，光照节律则由恒定短光照转变为恒定长光照，光照时长的选择也是提高鸡繁殖力的关键控制点之一。母鸡产蛋期需要较长的光照时长以维持其高产，但肉种鸡与蛋鸡在体况、饲喂方式和生理特点等不同，如光照不应性等生理特征。因此，肉种鸡的光照时长短于蛋鸡或蛋种鸡，一般为14或15h，而蛋鸡或蛋种鸡为16或17h。种公鸡性早熟在实际生产中具有重要作用，随着精液稀释和存储，以及种公鸡隔代利用等技术的应用发展，种公鸡光照调控技术研究也逐步开展。种公鸡性成熟后采取与母鸡同样的光照时长可能会降低精液品质，提示在公母分饲的条件下有必要对公鸡和母鸡进行有区别的光照节律管理。与常规24h光照节律不同，非自然光照节律的光照制度可以提高蛋重，但可能降低产蛋数。非自然光照周期不符合欧盟规定动物福利标准，与饲养人员的正常作息时间不一致，在实际生产中并未广泛应用，但是研究非自然光照周期对了解家禽的生物节律具有一定的参考价值。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

猪舍内CO2的排放研究进展     周丹，刁亚萍，高云，黄飞若，李季，王娇娇，雷明刚，黎煊 中国农业科学   2018,51(16 ):3201 -3213. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.016 摘要  （446） HTML （11） PDF （468KB）（745） 收藏 CO2是猪舍中主要的温室气体，与其它有害气体不同，CO2已经以一定浓度存在于空气中，正常浓度范围的CO2不会对猪的健康有害，容易被人忽视。近年来，随着规模化、集约化猪舍的发展，对猪舍中的温湿度、NH3、H2S、CO2等影响猪只正常生长的因素研究日渐增多。其中CO2在猪舍环境中扮演很重要的角色，是评估舍内环境质量的重要参数。猪舍内CO2的有效管理可提高猪场饲养管理水平，实现经济效益最大化。文章首先阐述了猪舍中CO2的排放主要来源猪的呼吸、粪便排放、取暖设备,分析了CO2排放量主要受外界环境、猪的数量和种类、猪舍体积以及粪便存储时间等因素影响。对比分析了生猪在断奶、育成、育肥、母猪不同生长时期，在漏缝地板、部分漏缝地板、垫草、木屑地板条件下CO2排放量。论述了舍内不同浓度CO2所产生的对饲养人员、猪只生理行为、猪肉品质的影响,根据CIGR数据，得出畜禽舍内最大CO2浓度限值为0.3%，对人CO2浓度限值为0.5%。猪舍内CO2含量过高时，氧气的含量不足，时间长会使猪出现慢性缺氧、精神萎靡、食欲下降、增重减缓、体质虚弱、易感染传染病、生产水平下降等问题，严重时会致死，致死后的猪出现瘀斑，宰杀出现血溅，肉质的pH值、导电性、含水率下降，极大影响猪肉的品质。其次概述了舍内CO2含量监测方法以及国内外研究进展，目前主要使用光谱分析仪器测量猪舍内CO2含量。归纳分析了CO2与通风强度、通风率、进风口位置之间的关系，详细论述了粪坑通风系统通过改变通风强度、进风口位置、地板开口的大小，可有效地降低舍内CO2含量。归纳出猪舍中计算通风率的方法有三种，一是利用动物本身体温平衡来计算，二是利用空气湿度来测定，三是CO2平衡方程法。目前的主流方法是利用空气中的CO2平衡特性，监测CO2浓度，根据CO2浓度与通风率的关系式，计算通风率的大小。最后，对猪舍中CO2含量的未来研究方向以及发展趋势进行了展望。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

畜禽养殖场颗粒物污染特征及其危害呼吸道健康的研究进展     戴鹏远，沈丹，唐倩，李延森，李春梅 中国农业科学   2018,51(16 ):3214 -3225. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.017 摘要  （392） HTML （22） PDF （2071KB）（316） 收藏 随着畜禽养殖集约化程度的提高，高密度饲养引起畜禽养殖场空气质量问题日益突出，特别是养殖舍内环境颗粒物（particulate matter:PM）污染引起的家畜呼吸道健康问题不容忽视。畜禽养殖生产过程中可产生大量PM，已成为大气细颗粒物PM2.5（空气动力学直径小于等于2.5 μm）和PM10（空气动力学直径小于等于10 μm）的重要来源，影响大气环境空气质量。畜禽养殖场的PM主要来源于饲料、粪便、羽毛、皮屑等，其成分主要是有机物，含有C、H、O、N、S、Ca、Na、Mg、Al和K等多种元素；PM表面还附着细菌、真菌、病毒等多种微生物以及内毒素、氨气、硫化氢等有害物质。畜禽养殖舍PM的产生和释放受到家畜的种类、日龄、活动以及季节等多种因素的影响，鸡舍内PM的浓度高于猪舍，冬季舍内PM的浓度高于夏季。但是，目前缺少标准化设备和标准方法来测量不同类型的畜禽舍PM的浓度和排放水平。畜禽养殖舍PM的成分复杂，具有很强的生物学效应，严重危害家畜的健康和生产。畜禽舍内高浓度PM主要通过以下3种形式影响呼吸道健康，一是PM直接刺激呼吸道，降低机体对呼吸系统疾病的免疫抵制；其次是PM表面附着的多种化合物的刺激；第三种是PM表面的病原性和非病原性微生物的刺激。目前关于PM对呼吸道健康危害机制的研究主要集中在PM对呼吸道的致炎作用，研究发现：PM通过刺激肺泡巨噬细胞产生前炎症因子，继而诱发其它细胞释放炎症因子，引起肺发生炎症反应；另外，PM2.5通过引起肺组织细胞发生氧化应激，激活丝裂原活化蛋白激酶 (MAPKs)活性，上调核转录因子κB (NFκB) 和转录激活因子AP-1的表达而诱发肺的炎症; PM2.5也可通过激活模式识别受体Toll样受体TLR2和TLR4的表达，激活NFκB信号通路而导致炎症的发生。也有研究发现，PM2.5在诱导呼吸道炎症的同时，还会激活细胞自噬和核因子相关因子-2 (nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2）相关信号通路，这为缓解和治疗PM引起细胞损伤提供了靶点。尽管PM危害呼吸道健康的机制研究较多，但是PM成分复杂，并处在不断变化中，因此PM诱导呼吸道损伤的机制也十分复杂，仍需进一步系统深入研究。畜禽养殖生产过程中释放的大量PM严重影响环境空气质量和家畜健康，而PM对环境和家畜健康的危害程度与其组成和浓度密切相关。因此，正确认识畜禽舍PM的形态、大小、组成、浓度水平及其形成排放影响因素，对确定畜禽舍PM的来源和PM的毒性危害具有重要意义。文章就畜禽生产过程中产生的PM的来源、化学组成、浓度、排放、影响因素，以及PM对呼吸道功能的影响及作用机制作一综述，为正确评估PM对畜禽健康生产的影响提供参考依据。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价

猪舍环境参数研究综述     高航，袁雄坤，姜丽丽，王军军，臧建军 中国农业科学   2018,51(16 ):3226 -3236. DOI:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.16.018 摘要  （548） HTML （77） PDF （493KB）（734） 收藏 适宜的畜舍环境是保障畜禽健康养殖的重要条件。据国家统计局数据表明：在2017年我国猪肉产量5 340万t，增长0.8%，生猪存栏量68 861万头，增长0.5%，我国是传统的猪生产和猪肉消费大国，随着我国养猪业规模化、福利化的发展，在当前已经拥有了高产品种猪和优质全价的配合饲料之后，猪舍内小气候环境对猪群健康的影响引起越来越多的关注和重视。早在20世纪40年代，欧美等西方发达国家学者就开始建立家畜人工气候室，通过在畜舍中模拟自然环境的气候变化，研究在不同气候条件下家畜的生理变化规律，制定猪适宜环境参数并应用于生产管理，以较好的环境换取更高的生产效益。近年来，欧美国家更加关注饲养环境对畜禽精准饲养和动物福利与健康的影响。美国NRC（2012）提出了以环境温度和饲养密度为变量的代谢能摄入量动态模型，实现营养供给的动态预测。我国生态气候复杂，生产要素的集成缺乏统一的环境基础，当猪舍环境较差时，会严重影响猪群的健康并制约猪生长性能的发挥。文章以我国现有的猪舍内环境参数标准为基础，结合国内外现有的相关环境参数标准与试验研究，比较并分析了国内外猪舍内环境温度、湿度、有害气体浓度和饲养密度等适宜参数的异同；畜舍中温度主要影响猪的采食量进而对其生长性能产生影响，在高温环境中生长猪采食量降低从而导致生产性能下降，低温环境条件下生长猪增加的采食量，更多的用于维持体温的恒定，能量利用率因而较低；畜舍中的湿度往往是伴随着舍内温度产生的协同效应；猪舍中的有害气体主要包括氨气、硫化氢、二氧化碳、甲烷和氧化氮，有害气体不仅影响人类身体健康，同时也会严重影响猪的健康生长，诱发疾病以及降低饲料转化效率。猪是社会性很强的动物，在规模化猪场发展的前提下，群居会给猪带来一定的好处，但因饲养密度增加导致的应激，会破坏猪的生理机能、行为习惯和环境之间的动态平衡，从而严重影响猪的健康，制约猪生长性能的发挥。 参考文献丨 相关文章丨 多维度评价