中國養(yǎng)豬科學(xué)中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型

張偉力，張曉東

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036）

現(xiàn)代養(yǎng)豬育種中由指數(shù)選擇公式發(fā)展到數(shù)學(xué)模型組合已經(jīng)成為習(xí)以為常的技術(shù)手法。數(shù)學(xué)模型的組成形式與運算方法在趨向精細(xì)化的同時也變得越來越復(fù)雜，對于育種場家的使用條件要求也越來越苛刻。其實在養(yǎng)豬育種中對于中小型育種場來說，經(jīng)典實用的傳統(tǒng)數(shù)學(xué)模型具有更大的靈活性和準(zhǔn)確性。1984年全國育種會議在安徽屯溪召開，期間全國專家參觀了休寧縣皖南花豬育種場，考察皖南花豬的品系繁育和近交程度。當(dāng)時安徽省有關(guān)皖南花豬育種的科研人員投入了大量的精力對300多頭馬臉型皖南花豬逐個進(jìn)行系譜整理、通徑分析和近交系數(shù)計算，并對群體近交增量作了估算。按常理這些準(zhǔn)備工作在以算盤和計算尺為硬件條件的時代大約需要兩周時間。參觀期間南京農(nóng)業(yè)大學(xué)育種大師陳效華教授僅用了約兩分鐘從公豬圈的東頭走到西頭，一邊口里念念有詞一邊用手指頭掐算，彈指之間全場的近交增量已經(jīng)爛熟于胸。在討論皖南花豬近交問題的小組會上，陳教授對該場的近交量控制和近交程度的每一個細(xì)節(jié)對答如流、點到要害并指出下一步育種的應(yīng)對措施。陳教授在現(xiàn)場分析近交程度使用的就是經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型并達(dá)到了出神入化的程度。陳教授觀察種豬之細(xì)致入神到了忘我的程度，以至參觀完休寧豬場代表們登上長途車即將返回屯溪會場時找不到陳教授了，會務(wù)組成員返回育種場內(nèi)大呼其名，最后發(fā)現(xiàn)陳教授蹲在豬圈里正在聚精會神地打量和計算著種豬，這一招充分體現(xiàn)了經(jīng)典數(shù)學(xué)模型的魅力。下文試舉兩例對經(jīng)典數(shù)學(xué)模型作一介紹。

1《三國演義》中隱藏的養(yǎng)豬數(shù)學(xué)模型

《三國演義》120回的目錄中出現(xiàn)“三”字的共15次：宴桃園豪杰三結(jié)義，破關(guān)兵三英戰(zhàn)呂布，陶恭祖三讓徐州，曹孟德會合三將，袁曹各起馬步三軍，屯土山關(guān)公約三事，劉玄德三顧茅廬，定三分隆中決策，荊州城公子三求計，三江口曹操折兵，三江口周瑜縱火，孔明三氣周公瑾，識詐降三擒孟獲，諸葛亮智取三城，降孫皓三分歸一統(tǒng)。出現(xiàn)“七”字的共5次：袁公路大起七軍，七星壇諸葛祭風(fēng)，關(guān)云長放水淹七軍，陸遜營燒七百里，燒藤甲七擒孟獲。將上述數(shù)據(jù)歸納成矩陣如下：

此矩陣有兩個基本含義：上3行一共15個3，3×15=45，第 4 行一共 5 個 7，5×7=35。這是自西漢初期到羅貫中所處的歷史時代中國養(yǎng)豬最重要的基本數(shù)據(jù)，詮釋如下：中國養(yǎng)豬諺語中云“豬離母，四十五，秋寒霜，春清谷”。中國傳統(tǒng)養(yǎng)豬一年2窩與現(xiàn)代養(yǎng)豬的2.3窩完全不同，講究順天時，合地氣，順從自然生態(tài)為先，故1年2窩避開酷暑嚴(yán)寒，秋仔（5月初配）安排在9月1日左右產(chǎn)、10月15日左右斷奶，春仔（11月初配）安排在3月1日左右產(chǎn)、4月15日左右斷奶。為什么中國的地方品種要在45日齡斷奶呢？因為45日齡之前母子之間的感情難以割舍，如果過早斷奶對母豬的神經(jīng)系統(tǒng)是超負(fù)荷的打擊，可以導(dǎo)致下一胎產(chǎn)仔數(shù)和泌乳力的急劇下降。另一方面，如果超過45 d仔豬會過分依賴母豬，減少采食青粗飼料的積極性，從而影響大腸的早期發(fā)育和后期的耐粗能力。中國地方豬種大腸的早期發(fā)育對其后長成肥豬的肉質(zhì)有決定性的意義。如果大腸發(fā)育不起來不能形成消化粗纖維的寬腸大胃，則腸道的雙歧桿菌等有益的厭氧細(xì)菌數(shù)量不夠，就不足以形成肥育后期所需要的低級脂肪酸及其風(fēng)味前體物質(zhì)，這是從西漢到明朝羅貫中時代，而后從明朝到現(xiàn)在的歷史長河中反復(fù)驗證的鐵的規(guī)律。在現(xiàn)代養(yǎng)豬的1960年前后曾經(jīng)使用蘇聯(lián)的養(yǎng)豬技術(shù)把斷奶時間定在60日齡，其結(jié)果仔豬的身體和消化道發(fā)育反不如傳統(tǒng)方法的效果好。后來60日齡斷奶制被淘汰，西方的集約化養(yǎng)豬技術(shù)引入國內(nèi)大型豬場，加上飼料工業(yè)的發(fā)展和教槽料的應(yīng)用，在以杜長大為主的瘦肉型豬生產(chǎn)中采用28日齡斷奶制，一年2.3窩。這套技術(shù)本身沒有錯而且生產(chǎn)效率很高，但是有些豬場為了順應(yīng)市場品牌肉的需要，把西式集約化養(yǎng)豬的設(shè)備和技術(shù)生搬硬套地應(yīng)用到中國地方豬的生產(chǎn)工藝中，結(jié)果飼養(yǎng)效果極不理想。筆者親眼見證有些豬場的地方豬在28日齡斷奶后出現(xiàn)了大面積消化道疾病和呼吸道疾病，死亡率驟然上升，打針灌藥無濟于事。把上述豬群調(diào)整到45日齡斷奶之后上述疾病不藥而愈。為什么洋豬可以28日齡斷奶而中國地方豬必須45日齡斷奶？現(xiàn)在所用的洋豬其品種歷史都不會超過260年，它們是在現(xiàn)代育種和人工氣候條件下極度選育的產(chǎn)物，就其神經(jīng)類型而言基本上屬于冷血型。仔豬在28日齡的時候離開母體放到保育舍，在溫度營養(yǎng)控制到位的情況下重新組群有一定的應(yīng)激但不致命，數(shù)日之后即恢復(fù)正常食欲和生長。身邊的仔豬被拿走之后母豬也有一定的應(yīng)激但不會導(dǎo)致母豬瘋狂拒食和情期異常，有些母豬十分冷漠，身邊仔豬被拿走根本無所謂，這些情況促成了28日齡斷奶在以杜長大為主的西式集約化豬場中盛行以提高生產(chǎn)效率。中國地方豬種兩千年來一直保持著熱血型特點，如果在28日齡進(jìn)行斷奶母豬會狂躁不安甚至跳出豬欄要追回它的子女，其勢之兇猛如虎狼一般，此時母豬的生理狀態(tài)和血液中的激素水平正處于產(chǎn)奶和護(hù)仔的高峰期，如果強行取走仔豬則母豬不堪忍受忽然失去子女的精神打擊，這種打擊可以導(dǎo)致母豬絕食、不發(fā)情等病理狀態(tài)。另一方面，中國地方品種的仔豬對母體有強烈的感情依賴，它們不屬于傻吃傻睡的品種，他們在28日齡時需要在母體身邊嬉戲玩耍并追隨母體，模仿母體的行為，如果28日齡斷奶對仔豬來說最致命的是失去了精神依托產(chǎn)生恐慌，這種恐慌足以導(dǎo)致植物性神經(jīng)紊亂，從而發(fā)生大面積的消化道和呼吸道疾病也就在情理之中了。

矩陣最后一行5×7=35是對傳統(tǒng)養(yǎng)豬肥育期時間跨度的高度概括，要想得到優(yōu)質(zhì)豬肉，宰前的肥育期可以拉長到60 d但不能少于35 d。歷史經(jīng)驗證明宰前需要一個相當(dāng)?shù)耐头蕰r間以保證豬肉的脂肪細(xì)胞處于一個膨脹和充盈的狀態(tài)，肌纖維細(xì)胞膜外處于被脂肪層包裹的狀態(tài)，而膜內(nèi)處于肌糖原和風(fēng)味前體物質(zhì)濃縮后肌漿飽滿的充盈狀態(tài)，用屠宰行業(yè)肉質(zhì)品加工的行話表達(dá)：豬肉的干貨多了，結(jié)實了，切出來的肉塊像打了氣的車胎能“站”出個切塊的型來。這35 d的屯肥不是外行人理解的長肥油而是真真實實地提高豬肉的質(zhì)量檔次。現(xiàn)在有些場家從營銷策略出發(fā)，讓消費者親臨現(xiàn)場親眼目睹地方豬在綠水青山之中放牧而且用狩獵方式現(xiàn)場抓捕屠宰以吸引顧客，這種方法是屬于影視攝制藝術(shù)處理不是養(yǎng)豬科學(xué)。這種豬抓回來以后在高度應(yīng)激條件下被屠宰導(dǎo)致放血不全、肉色灰暗、PSE肉時而可見，煲湯時會出現(xiàn)大量的泡沫和腥味有礙觀瞻；也有出現(xiàn)肌糖原耗竭的個案，其結(jié)果肉質(zhì)粗老、寡淡無味，由于沒有經(jīng)過屯肥，肌細(xì)胞外面的脂肪保護(hù)層幾乎沒有發(fā)育起來，肌細(xì)胞內(nèi)的游離氨基酸在烹飪過程中大量損失，肉的鮮美口感蕩然無存。所以在山區(qū)和田野放牧的豬必須經(jīng)過屯肥飼養(yǎng)工藝才能獲得高品質(zhì)的豬肉。

如果將上述矩陣按三國時期軍隊出行的形式分成前軍、中軍、后軍、左翼、右翼，可以排成如下形式：

將中軸6位數(shù)據(jù)抽出來即373333。中國傳統(tǒng)養(yǎng)豬基本技術(shù)數(shù)據(jù)盡在其中：在37后畫一條線將此數(shù)碼分為兩個部分即37和3333。含義是母豬的發(fā)情周期是3×7=21 d，如果配上種了要經(jīng)過3個月3個星期加3 d產(chǎn)仔，分娩時間從第1頭小豬產(chǎn)出到排出胎衣大約3個小時。把此行數(shù)據(jù)相加得22意為母豬發(fā)情后的22個小時開始進(jìn)入旺盛排卵生理階段，配種和輸精要結(jié)合壓背反射適當(dāng)調(diào)準(zhǔn)時間。

上列數(shù)碼也可用于飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，第1個3是豬的精料飼糧的通用消化能標(biāo)準(zhǔn)，大約在3 Cal/kg，如果是現(xiàn)代瘦肉品種其通用飼糧蛋白質(zhì)水平是第2、3、4、5位數(shù)字之和的百分?jǐn)?shù)即16%，如果是中國地方豬種其通用飼糧蛋白質(zhì)水平是第3、4、5、6位數(shù)字之和的百分?jǐn)?shù)即12%。

在大學(xué)本科畜牧專業(yè)的教材中，把上述矩陣介紹給學(xué)生可以使他們輕而易舉地記住有關(guān)的養(yǎng)豬基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不會記錯，同時也傳承了中國養(yǎng)豬的某些國粹數(shù)學(xué)模型。

2 循環(huán)小數(shù)在選育泌乳力中的應(yīng)用

泌乳力歷來是養(yǎng)豬育種中比較難以選擇和提高的性能。由于泌乳力的遺傳力僅0.15左右，個體選擇難以奏效，家系選擇有理論上的科學(xué)性，但在生產(chǎn)實踐中很難找到分布于不同豬場的、同品種同生理階段的家系的泌乳力成績，用于比較和計算進(jìn)而做出較為準(zhǔn)確的選擇。豬的泌乳力測定通常是以21日齡窩重代表母豬的泌乳能力，此方法屬于間接測定，與奶牛產(chǎn)奶量常規(guī)化的個體直接測定的準(zhǔn)確性完全不是一個檔次。可見豬的泌乳力的測定和選擇不是一個立竿見影輕而易舉的科研課題。21日齡窩重可以受到母豬胎次、飼料營養(yǎng)水平、仔豬疾病、豬舍環(huán)境條件等因素干擾，使測定的表型值與其基因型值相去甚遠(yuǎn)。此外，21日齡仔豬窩重的稱重費時費力，對被測豬群及其相鄰豬群產(chǎn)生較大的應(yīng)激干擾，嚴(yán)重影響母豬的產(chǎn)奶生理過程和仔豬的生長發(fā)育。稱重時抓捕仔豬的操作本身就可使母豬產(chǎn)奶量急劇下降。有鑒于上述原因是否能有一個更簡便實用的方法來取代21日齡稱重操作？

下文介紹另一種簡單快速實用的方法供業(yè)內(nèi)同仁參考。測定時間依舊定為產(chǎn)后21日，只需一人操作。當(dāng)母豬橫臥休息時測定其體斜長（肩關(guān)節(jié)到坐骨結(jié)節(jié)直線距離，此二關(guān)節(jié)可用手觸摸感覺）和第1、2對奶頭之間的距離（圖1），按下式計算乳頭間距參考值：

例如某一母豬體斜長為110 cm（相當(dāng)于160～210 kg的母豬），乳頭7對則乳頭間距參考值=110 cm/7=15.71 cm，同理如果是8對或6對奶頭則間距參考值分別為13.75 cm和18.33 cm。由于大多數(shù)母豬都是7對奶頭，所以上面公式可以簡化為：乳頭間距參考值=體斜長×1/7=體斜長×0.14。1/7=0.142 857……，這是數(shù)學(xué)領(lǐng)域里的無限循環(huán)小數(shù)，它在養(yǎng)豬育種數(shù)學(xué)模型當(dāng)中的應(yīng)用可以看成是數(shù)學(xué)三大基本猜想（富馬猜想、四色猜想、哥德巴赫猜想）在生物科學(xué)中的拓展和應(yīng)用。上例中110 cm/7=15.71 cm實際上是110 cm×0.142 857=15.71 cm。用圖1中乳頭間距的實測值與計算的參考值作一比較，按照表1將實測值對號入座，即可將待選母豬按泌乳力的高低分類篩選。此外，采用乳頭間距法測定母豬泌乳力比采用21日齡窩重法測定母豬泌乳力具有如表2所列的諸多優(yōu)點。

圖1 乳頭間距法測定泌乳力示意

表1 利用乳頭間距對母豬泌乳力進(jìn)行分類篩選

表2 乳頭間距測定與窩重測定對比

3 小結(jié)

中國養(yǎng)豬科學(xué)中的經(jīng)典數(shù)學(xué)模型是博大精深的國粹養(yǎng)豬科學(xué)中的冰山一角。這種數(shù)學(xué)模型往往是文史哲與數(shù)理化的綜合，它是哲學(xué)中的數(shù)學(xué)，也是人類文明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中的數(shù)學(xué)。它既是有道理的又是說不出道理的，就像《三國演義》中的養(yǎng)豬數(shù)學(xué)模型可以準(zhǔn)確地應(yīng)用到養(yǎng)豬生產(chǎn)實踐，但是無法證明為什么這個模型是隱藏在《三國演義》中而不是隱藏在《水滸傳》中，就像牛頓發(fā)現(xiàn)了萬有引力但是到老也沒弄清楚為什么有萬有引力。